供配電技術(shù) 課件 項目7、8 供配電系統(tǒng)的保護、電氣設(shè)備的防雷和接地

供配電技術(shù)項目七

供配電系統(tǒng)概述任務(wù)1供配電系統(tǒng)繼電保護裝置的任務(wù)和要求任務(wù)2常用的保護繼電器任務(wù)3電力線路的繼電保護任務(wù)4電力變壓器的繼電保護任務(wù)5供配電系統(tǒng)微機保護項目練習(xí)項目小結(jié)任務(wù)1供配電系統(tǒng)繼電保護裝置的任務(wù)和要求（1）掌握供配電系統(tǒng)保護裝置的作用。（2）掌握供配電系統(tǒng)保護裝置的要求。任務(wù)目標(biāo)任務(wù)1供配電系統(tǒng)繼電保護裝置的任務(wù)和要求重點：（1）掌握供配電系統(tǒng)保護裝置的作用。（2）掌握供配電系統(tǒng)保護裝置的要求。難點：（1）掌握供配電系統(tǒng)保護裝置的作用。（2）掌握供配電系統(tǒng)保護裝置的要求。任務(wù)1供配電系統(tǒng)繼電保護裝置的任務(wù)和要求

供配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行對國民經(jīng)濟、人民生活、社會穩(wěn)定都有著極其重要的影響。運行中的工廠供配電系統(tǒng)，由于雷擊、倒塔、內(nèi)部過電壓或運行人員誤操作等原因會造成電力系統(tǒng)故障和不正常運行狀態(tài)。因此，需要專門的技術(shù)為供配電系統(tǒng)建立一個安全保障體系，其中最重要的專門技術(shù)就是繼電保護技術(shù)。繼電保護是供配電系統(tǒng)重要的組成部分，是保證供配電系統(tǒng)安全可靠運行的不可缺少的技術(shù)措施。任務(wù)提出任務(wù)1供配電系統(tǒng)繼電保護裝置的任務(wù)和要求7.1.1供配電系統(tǒng)繼電保護裝置的基本任務(wù)

1．供配電系統(tǒng)的工作狀態(tài)

供配電系統(tǒng)的工作狀態(tài)可分為正常、故障及不正常運行三種狀態(tài)。

（1）正常運行狀態(tài)。供配電系統(tǒng)正常運行時，三相的電壓和電流對稱或基本對稱，電氣元件和系統(tǒng)的運行參數(shù)都在允許范圍內(nèi)變動。

（2）故障狀態(tài)。在繼電保護中所指的“故障”是指不能繼續(xù)運行，必須跳閘或停電的設(shè)備故障，在目前電站運行中，通常叫做事故。電氣元件發(fā)生短路、斷線時的狀態(tài)均為故障狀態(tài)。最常見且最危險的故障是各種類型的短路，三相短路的后果最為嚴(yán)重。發(fā)生短路時，通過短路回路的短路電流比正常運行時的負(fù)荷電流大若干倍甚至幾十倍。任務(wù)1供配電系統(tǒng)繼電保護裝置的任務(wù)和要求

（3）不正常運行狀態(tài)。供配電系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞時，但沒有發(fā)生故障，這種情況屬于不正常運行狀態(tài)。例如因負(fù)荷超過供電設(shè)備的額定值引起的電流升高，稱為過負(fù)荷，就是一種常見的不正常工作狀態(tài)。在過負(fù)荷時，使電氣元件載流部分和絕緣材料溫度升高而過熱，加速絕緣材料老化和損壞，并有可能發(fā)展成故障。

供配電系統(tǒng)中發(fā)生不正常運行狀態(tài)和故障時，都可能引起系統(tǒng)事故。事故指系統(tǒng)或其中一部分的正常工作遭到破壞，并造成對用戶少送電或電能質(zhì)量變壞到不能容許的程度，甚至造成人身傷亡和電氣設(shè)備損壞。故障一旦發(fā)生，故障量將以近于光速影響其他非故障設(shè)備，甚至引起新的故障。為防止系統(tǒng)事故擴大，保證非故障部分仍能可靠地供電，并維持電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，要求迅速有選擇的切除故障元件。切除故障的時間有時要求短到十分之幾秒到百分之幾秒，顯然在這樣短的時間內(nèi)，由運行人員發(fā)現(xiàn)故障設(shè)備，并將故障設(shè)備切除是不可能的。只有借助于安裝在每一個電氣設(shè)備上的自動裝置，即繼電保護裝置，才能實現(xiàn)。任務(wù)1供配電系統(tǒng)繼電保護裝置的任務(wù)和要求

2．繼電保護裝置

繼電保護裝置是指安裝在被保護元件上，反應(yīng)被保護元件故障或不正常運行狀態(tài)并作用于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。

繼電保護裝置的基本任務(wù)是：

（1）自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，并保證其他無故障元件迅速恢復(fù)正常運行。

（2）反應(yīng)電氣元件不正常運行情況，并根據(jù)不正常運行情況的種類和電氣元件維護條件，發(fā)出信號，由運行人員進行處理或自動地進行調(diào)整或?qū)⒛切├^續(xù)運行會引起事故的電氣元件予以切除。反應(yīng)不正常運行情況的繼電保護裝置允許帶有一定的延時動作。任務(wù)1供配電系統(tǒng)繼電保護裝置的任務(wù)和要求

（3）繼電保護裝置還可以和電力系統(tǒng)中其他自動化裝置配合，在條件允許時，采取預(yù)定措施，縮短事故停電時間，盡快恢復(fù)供電，從而提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。

綜上所述，繼電保護在電力系統(tǒng)中的主要作用是通過預(yù)防事故或縮小事故范圍來提高系統(tǒng)運行的可靠性。繼電保護裝置是電力系統(tǒng)中重要的組成部分，是保證電力系統(tǒng)安全和可靠運行的重要技術(shù)措施之一。在現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)中，如果沒有繼電保護裝置，就無法維持電力系統(tǒng)的正常運行。任務(wù)1供配電系統(tǒng)繼電保護裝置的任務(wù)和要求

7.1.2供配電系統(tǒng)繼電保護裝置的要求

為了使繼電保護能及時、正確地完成它所擔(dān)負(fù)的任務(wù)，對繼電保護提出了選擇性、快速性、靈敏性和可靠性等四個基本要求。

1.選擇性圖7.1繼電保護選擇性示意圖任務(wù)1供配電系統(tǒng)繼電保護裝置的任務(wù)和要求

7.1.2供配電系統(tǒng)繼電保護裝置的要求

當(dāng)供配電系統(tǒng)中某部分發(fā)生故障時，要求保護裝置只將故障設(shè)備切除，盡量縮小停電范圍，從而保證非故障部分能盡快恢復(fù)正常運行，這就應(yīng)保證使最靠近故障點的斷路器首先跳閘。這種動作稱為繼電保護動作的選擇性。在圖7.1所示系統(tǒng)中，在K點發(fā)生短路故障，應(yīng)由離故障點最近的保護裝置3動作，使斷路器3QF跳閘，將故障線路3WL切除，線路1WL和2WL仍繼續(xù)運行。任務(wù)1供配電系統(tǒng)繼電保護裝置的任務(wù)和要求

7.1.2供配電系統(tǒng)繼電保護裝置的要求

2.快速性快速性就是當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生故障時，繼電保護及斷路器能快速動作，以最短時限將故障切除，使電力系統(tǒng)的損失及設(shè)備損壞程度為最小的一種性能。任務(wù)1供配電系統(tǒng)繼電保護裝置的任務(wù)和要求

7.1.2供配電系統(tǒng)繼電保護裝置的要求3.靈敏性靈敏性是指繼電保護裝置對其保護范圍內(nèi)的電器設(shè)備可能發(fā)生的故障和不正常運行狀態(tài)的反應(yīng)能力。一般是用被保護的電氣設(shè)備發(fā)生故障時，通過保護裝置的故障參數(shù)量（例如短路電流值）與保護裝置的動作參數(shù)量（例如動作電流整定值）的比值大小來判斷的，這個比值稱為靈敏系數(shù)，用來表示。=（7-1）—保護范圍內(nèi)的最小短路電流；—保護裝置動作電流整定值。任務(wù)1供配電系統(tǒng)繼電保護裝置的任務(wù)和要求

7.1.2供配電系統(tǒng)繼電保護裝置的要求4.可靠性繼電保護在其所規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)時，要準(zhǔn)確動作，不應(yīng)該拒動作；發(fā)生任何保護裝置不應(yīng)該動作的故障或不正常運行狀態(tài)時，不應(yīng)誤動作。如圖7-1所示系統(tǒng)K點發(fā)生短路，保護裝置3不應(yīng)該拒動作，保護裝置1和保護裝置2不應(yīng)該誤動作。繼電保護的可靠性可用正確動作率來衡量，即（7-2）

其值應(yīng)盡可能接近于100%。任務(wù)2常用的保護繼電器（1）掌握電磁型繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理（2）掌握過電壓繼電器與欠電壓繼電器的區(qū)別與聯(lián)系（3）理解信號繼電器自保持觸點的作用（4）掌握中間繼電器特點任務(wù)目標(biāo)任務(wù)2常用的保護繼電器

重點：（1）掌握電磁型繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理（2）掌握過電壓繼電器與欠電壓繼電器的區(qū)別與聯(lián)系（3）理解信號繼電器自保持觸點的作用（4）掌握中間繼電器特點難點：（1）掌握電磁型繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理（2）掌握過電壓繼電器與欠電壓繼電器的區(qū)別與聯(lián)系（3）理解信號繼電器自保持觸點的作用（4）掌握中間繼電器特點任務(wù)2常用的保護繼電器

供配電系統(tǒng)的繼電保護裝置由各種保護用繼電器構(gòu)成。保護繼電器的種類很多，按繼電器的結(jié)構(gòu)原理分，有電磁式、感應(yīng)式、數(shù)字式、微機式等繼電器；按繼電器反應(yīng)的物理量分，有電流繼電器、電壓繼電器、功率方向繼電器、氣體繼電器等；按繼電器反映的物理量變化分，有過量繼電器和欠量繼電器，如過電流繼電器、欠電壓繼電器；按繼電保護在保護裝置中的功能分，有啟動繼電器、時間繼電器、信號繼電器和中間繼電器等。

供配電系統(tǒng)中常用的繼電器主要是電磁式繼電器。在現(xiàn)代化的大型企業(yè)中也開始使用微機式繼電器或微機保護。任務(wù)提出任務(wù)2常用的保護繼電器7.2.1電磁式電流和電壓繼電器

電磁型繼電器的結(jié)構(gòu)型式主要有三種：即螺管線圈式、吸引銜鐵式及轉(zhuǎn)動舌片式，如圖7.2所示。

1—電磁鐵；2—可動銜鐵；3—線圈；4—止擋；5一反作用彈簧；6一觸點

圖7.2電磁型繼電器三種基本結(jié)構(gòu)型式任務(wù)2常用的保護繼電器7.2.1電磁式電流和電壓繼電器

電磁型電流繼電器和電壓繼電器在繼電保護裝置中均為起動元件，屬于測量繼電器。電流繼電器的文字符號為KA，電壓繼電器文字符號為KV。

1.電磁型電流繼電器

電流繼電器的作用是測量電流的大小，常用的DL系列電磁型電流繼電器的基本結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)動舌片式，如圖7.2（Ｃ）所示。具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7.3所示，圖7.4是其內(nèi)部接線圖和圖形符號，其線圈導(dǎo)線較粗，匝數(shù)較少，串接在電流互感器的二次側(cè)，作為電流保護的啟動元件，用于判斷被保護線路的運行狀態(tài)。

任務(wù)2常用的保護繼電器7.2.1電磁式電流和電壓繼電器

由圖7.3可知常見的電磁型電流繼電器由鐵心、線圈、固定在轉(zhuǎn)軸上的Z形舌片，及動觸點、靜觸點等構(gòu)成。通過繼電器的電流產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩

，作用于Z形舌片，彈簧產(chǎn)生反作用力矩

，作用于轉(zhuǎn)軸。當(dāng)

大于

時，使Z形舌片轉(zhuǎn)動（忽略軸與軸承的摩擦力矩），動合觸點（亦稱常開觸點，繼電器不帶電時處在斷開狀態(tài)、動作時閉合的觸點）閉合，稱之繼電器動作。繼電器動作條件為：

＞（7-3）任務(wù)2常用的保護繼電器7.2.1電磁式電流和電壓繼電器

1-線圈2-電磁鐵3-Z形鐵片4-靜觸頭5-動觸頭6-動作電流調(diào)整桿7-標(biāo)度盤8-軸承9-反作用彈簧10-軸7.3DL型電磁式電流繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（a）內(nèi)部接線（b）圖形符號圖7.4DL型電磁式電流繼電器的內(nèi)部接線圖和圖形符號任務(wù)2常用的保護繼電器7.2.1電磁式電流和電壓繼電器

使繼電器動作的最小電流稱為動作電流，用表示。

繼電器動作后，減小通過繼電器的電流，電流產(chǎn)生的電磁力矩也隨之減小，當(dāng)小于彈簧產(chǎn)生的反作用力矩時，Z形舌片在的作用下，回到動作前的位置，動合觸點斷開，稱之繼電器的返回。繼電器的返回條件為：

＞（7-4）使繼電器返回的最大電流稱為返回電流，用表示。由于動作前后Z形舌片的位置不同，動作后磁路的氣隙變小，故返回電流總是小于動作電流。返回電流與動作電流的比值稱為返回系數(shù)，即

任務(wù)2常用的保護繼電器7.2.1電磁式電流和電壓繼電器

=（7-5）

取=0.85～0.95實際應(yīng)用中根據(jù)具體要求選用電流繼電器。電磁型電流繼電器動作電流的調(diào)整可采用以下兩種辦法：（1）改變線圈的連接方式。利用連接片可以將繼電器兩個線圈接成串聯(lián)或并聯(lián)。由于繼電器的動作磁動勢是一定的，線圈串聯(lián)時流人繼電器的電流與通過線圈的電流相等；改為并聯(lián)時通人線圈電流是流人繼電器電流的1/2，因此必須使流入繼電器的電流增加一倍才能獲得與串聯(lián)時相同的磁動勢。如圖7.5所示。

任務(wù)2常用的保護繼電器7.2.1電磁式電流和電壓繼電器（2）通過調(diào)整把手改變彈簧的反作用力矩。要注意的是調(diào)整把手的刻度盤的標(biāo)度不一定準(zhǔn)確，需要進行實測，同時當(dāng)采用并聯(lián)接法時刻度盤的數(shù)值應(yīng)該乘以2。2．電磁型電壓繼電器電磁式電壓繼電器的基本結(jié)構(gòu)與DL系列電磁型電流繼電器相同。電壓繼電器分為低電壓繼電器和過電壓繼電器兩種。

（1）過電壓繼電器。過電壓繼電器其動作電壓、返回電壓和返回系數(shù)的概念及表達(dá)式和過電流繼電器相似。任務(wù)2常用的保護繼電器7.2.1電磁式電流和電壓繼電器

(a)線圈串聯(lián)；（b）線圈并聯(lián)圖7.5電流繼電器內(nèi)部線圈連接任務(wù)2常用的保護繼電器7.2.1電磁式電流和電壓繼電器（2）低電壓繼電器。低電壓繼電器是一種欠量繼電器，它與過電流繼電器及過電壓繼電器等過量繼電器在許多方面不同。典型的低電壓繼電器它具有一對常閉觸點，正常情況下，繼電器加的是電網(wǎng)的工作電壓(電壓互感器二次電壓)，觸點斷開。當(dāng)電壓降低到“動作電壓”時，繼電器動作，觸點閉合。這個使繼電器動作的最大電壓，稱為繼電器的動作電壓。當(dāng)電壓再繼續(xù)增高時，使繼電器觸點重新打開的最小電壓，稱為繼電器的返回電壓，顯然此時低電壓繼電器的返回系數(shù)大于1。任務(wù)2常用的保護繼電器7.2.2電磁型時間繼電器

電磁型時間繼電器在繼電保護裝置中用來使保護裝置獲得所要求的延時(時限)。時間繼電器的文字符號為KT。圖7.6時間繼電器結(jié)構(gòu)1l一線圈}2一彈簧I3銜鐵}4一連桿l5彈簧；6一傳動齒輪；7主傳動齒輪；8鐘表延時機構(gòu)}9、10動、靜觸點；11一刺輪}12一擺卡擺錘任務(wù)2常用的保護繼電器7.2.2電磁型時間繼電器

電力系統(tǒng)中常用的DS-110、120系列電磁型時間繼電器，DS-110系列用于直流；DS-120系列用于交流。基本結(jié)構(gòu)如圖7.6所示。圖7.7為其內(nèi)部接線圖和圖形符號，主要由電磁部分、時鐘部分和觸點組成。當(dāng)繼電器的線圈1通電時，銜鐵在磁場作用下向下運動，時鐘部分開始計時，動觸點隨時鐘機構(gòu)而旋轉(zhuǎn)，延時的時間決定于動觸點旋轉(zhuǎn)至靜觸點接通所需轉(zhuǎn)過的角度，這一延時從可讀盤上可粗略地估計。當(dāng)線圈失壓時，時鐘機構(gòu)在返回彈簧的作用下返回。有的繼電器還有滑動延時觸點，即當(dāng)動觸點在靜觸點上滑過時才閉合的觸點。a．內(nèi)部接線；b．圖形符號圖7.7DS型時間繼電器內(nèi)部接線圖和圖形符號

任務(wù)2常用的保護繼電器7.2.3電磁型信號繼電器

信號繼電器作為裝置動作的信號指示，標(biāo)示裝置所處的狀態(tài)或接通燈光信號(音響)回路。信號繼電器觸點為自保持觸點，應(yīng)由值班人員手動復(fù)歸或電動復(fù)歸。信號繼電器的文字符號為KS。信號繼電器作為裝置(繼電保護裝置和自動裝置，下同)動作的信號指示，表示裝置所處的狀態(tài)或接通燈光信號(音響)回路。信號繼電器的觸點自保持，由值班人員手動復(fù)歸或電動復(fù)歸。任務(wù)2常用的保護繼電器7.2.3電磁型信號繼電器

1-電磁鐵；2-線圈；3-銜鐵；4-動觸點；5-靜觸點；6-彈簧；7-信號牌顯示窗口；8-復(fù)歸旋鈕；9-信號牌圖7.8DX-11型信號繼電器的結(jié)構(gòu)原理圖

（a）內(nèi)部接線（b）圖形符號圖7.9DX-11型信號繼電器內(nèi)部接線圖和圖形符任務(wù)2常用的保護繼電器7.2.3電磁型信號繼電器

圖7.8為Dx-11型信號繼電器的結(jié)構(gòu)及表示符號。圖7.9是其內(nèi)部接線圖和圖形符號。當(dāng)線圈中通電時，銜鐵3克服彈簧6的拉力被吸引，信號牌9失去支持而落下，并保持在垂直位置，動靜觸點閉合，從信號牌顯示窗口可以看到掉牌。信號繼電器觸點自保持在值班員手動轉(zhuǎn)動復(fù)歸旋鈕后才能將掉牌信號和觸點復(fù)歸，信號牌恢復(fù)到水平位置由銜鐵3支持準(zhǔn)備下一次動作。任務(wù)2常用的保護繼電器7.2.4電磁型中間繼電器

中間繼電器是保護裝置中不可缺少的輔助繼電器，與電磁式電流、電壓繼電器相比具有如下特點：⑴觸點容量大，可直接作用于斷路器跳閘；⑵觸點數(shù)目多，可同時接通或斷開幾個不同的回路，⑶具有固有的延時。主要作用是用來彌補主繼電器觸頭容量或觸頭數(shù)目的不足。1-線圈2-電磁鐵3-彈簧4-銜鐵5-動觸頭6、7-靜觸頭8-連接線9-接線端子10-底座圖7.10DZ-10型中間繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

DZ-15型內(nèi)部接線（b）圖形符號圖7.11DZ-10型中間繼電器的內(nèi)部接線圖和圖形符號

任務(wù)2常用的保護繼電器7.2.4電磁型中間繼電器

圖7.10是DZ-10型中間繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。其內(nèi)部接線圖和圖形符號如圖7.11所示。中間繼電器的文字符號為KM.通常中間繼電器采用吸引銜鐵式結(jié)構(gòu)，電力系統(tǒng)中常用DZ-10系列中間繼電器，一般采用吸引銜鐵結(jié)構(gòu)，其工作原理與電流繼電器基本相同。

任務(wù)3電力線路的繼電保護（1）掌握電流互感器與電流繼電器的接線方式（2）掌握電力線路過電流保護的動作原理和動作過程（3）掌握電力線路電流速斷保護的動作原理和動作過程（4）掌握電力線路單相接地保護的保護原理任務(wù)目標(biāo)任務(wù)3電力線路的繼電保護

重點：（1）掌握電流互感器與電流繼電器的接線方式（2）掌握電力線路過電流保護的動作原理和動作過程（3）掌握電力線路電流速斷保護的動作原理和動作過程（4）掌握電力線路單相接地保護的保護原理難點：（1）掌握電流互感器與電流繼電器的接線方式（2）掌握電力線路過電流保護的動作原理和動作過程（3）掌握電力線路電流速斷保護的動作原理和動作過程（4）掌握電力線路單相接地保護的保護原理任務(wù)3電力線路的繼電保護

高壓電力線路的電壓等級一般為6kV~35kV,線路較短，通常為單端供電，常見的故障主要有相間短路、單相接地、過負(fù)荷。因此，繼電保護比較簡單，按GB50062-92《電力裝置的繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范》規(guī)定應(yīng)采用電流保護，裝設(shè)相間短路保護、單相接地保護和過負(fù)荷保護。任務(wù)提出任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.1電流互感器與電流繼電器的接線方式

電流互感器反應(yīng)主電路電流的情況，是保護裝置可靠工作的前提，為了解決這一問題必須了解繼電保護和互感器的接線方式。電流保護的接線方式是指電流保護中的電流繼電器與電流互感器二次繞組的連接方式。為了便于分析和保護的整定計算，引入接線系數(shù)，它是流入繼電器的電流與電流互感器二次繞組電流的比值，即

（7-6）電流互感器與電流繼電器之間的接線，主要有如下三種形式，即三相三繼電器的三相星形接線（簡稱三相式接線），兩相兩繼電器的兩相星形接線（簡稱兩相式接線），兩相一繼電器的兩相差式接線（簡稱兩相差式接線）。下面分別進行介紹。任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.1電流互感器與電流繼電器的接線方式

圖7.12三相式接線1．三相式接線

三相式接線（見圖7.12）這種接線時，互感器二次側(cè)電流與流入電流繼電器的電流是相等的，因此接線系數(shù)

＝1。采用這種接線方式，如一次電路發(fā)生三相短路或任意兩相短路或當(dāng)中性點接地系統(tǒng)發(fā)生單相短路時，都至少有一個繼電器動作，從而使一次電路的斷路器跳閘。采用這種接線方式，保護裝置能反映所有形式的故障，且動作電流相同。但接線方式較復(fù)雜，所用設(shè)備較多。常用于110kV及以上中性點直接接地系統(tǒng)中，作為相間短路和單相短路的保護。Yd11變壓器的過電流保護大都采用這種接線方式，以提高繼電保護裝置的靈敏度任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.1電流互感器與電流繼電器的接線方式

2．兩相式接線。

此種接線的接線系數(shù)=1。這種接線方式能反映三相和兩相短路。當(dāng)一次電路發(fā)生三相或任意兩相短路時，都至少有一個繼電器動作，從而使一次電路的斷路器跳閘。單相短路若發(fā)生在未裝電流互感器的一相時，故障電流反映不到繼電器線圈。如圖7.13中B相接地時保護裝置不能動作?？梢妰上嗍浇泳€能保護各種相間短路，但不能完全反映單相短路。但由于本接線方式只用了兩個電流互感器和兩個繼電器，接線簡單，所用設(shè)備較少，在6~10kV小接地短路電流系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。在這樣的系統(tǒng)中，單相接地只是一種不正常的運行方式，并不需要跳閘

圖7.13兩相式接線任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.1電流互感器與電流繼電器的接線方式

3．兩相差式接線。

如圖7.14所示，這種接線，流入繼電器的電流為兩相電流互感器二次電流之差。在其一次電路發(fā)生三相短路時，流入繼電器的電流為電流互感器二次電流的倍，即。在其一次電路的A、C兩相發(fā)生短路時，流入繼電器的電流（兩相電流差）為電流互感器二次電流的2倍，即。在其一次電路的A、B兩相或B、C兩相發(fā)生短路時，流入繼電器的電流只有一相（A相或C相）電流互感器的二次電流，即。此種接線能反映所有相間短路，而不能完全反映單相短路和兩相接地短路，但保護靈敏度有所不同，有的甚至相差一倍，因此不如兩相式接線。但它接線簡單，使用繼電器最少，可以作為10KV及以下工廠企業(yè)的高壓電動機保護。工廠高壓線路的繼電保護裝置中，繼電器與電流互感器之間的連接方式，應(yīng)用較廣泛的是兩相式接線和兩相差式接線。

圖7.14兩相差式接線任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

電力線路發(fā)生相間短路時，最主要的特征是電源至故障點之間的電流會突然增大，故障相母線上電壓會降低。利用電流突然增大使保護動作而構(gòu)成的保護裝置，稱為電流保護。利用電壓降低構(gòu)成的保護，稱為電壓保護。電流、電壓保護在35kV及以下輸電線路中被廣泛采用。1.瞬時(無時限)電流速斷保護根據(jù)電網(wǎng)對繼電保護裝置速動性的要求，在保證選擇性及簡單可靠的前提下，在各種電氣元件上，應(yīng)裝設(shè)瞬時電流速斷保護(又稱第1段電流保護)它是反映電流升高，不帶時限動作的一種電流保護。任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

（1）.工作原理及整定計算在單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)各線路的始端裝設(shè)有瞬時電流速斷保護。當(dāng)系統(tǒng)電源電勢一定，線路上任一點發(fā)生短路故障時，短路電流的大小與短路點至電源之間的電抗(忽略電阻)及短路類型有關(guān)，三相短路和兩相短路時，流過保護安裝地點的短路電流為

（7-7）

（7-8）任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

式中Es——系統(tǒng)等效電源相電勢；xs——系統(tǒng)等效電源到保護安裝處之間的電抗；X1——線路單位公里長度的正序電抗；l——短路點至保護安裝處的距離，km。從式(7-7)和式(7-8)可見，當(dāng)系統(tǒng)運行方式一定時，和是常數(shù)，流過保護安裝處的短路電流，是短路點至保護安裝處間距離l的函數(shù)。短路點距離電源越遠(yuǎn)l越大)，短路電流值越小。

任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

當(dāng)系統(tǒng)運行方式改變或故障類型變化時，即使是同一點短路，短路電流的大小也會發(fā)生變化。在繼電保護裝置的整定計算中，一般考慮兩種極端的運行方式，即最大運行方式和最小運行方式。流過保護安裝處的短路電流最大時的運行方式稱為系統(tǒng)最大運行方式，此時系統(tǒng)的阻抗為最小；反之，當(dāng)流過保護安裝處的短路電流最小的運行方式稱為系統(tǒng)最小運行方式，此時系統(tǒng)阻抗最大。必須強調(diào)的是，在繼電保護課程中的系統(tǒng)運行方式與電力系統(tǒng)分析課程中所提到的運行方式相比，概念上存在著某些差別。圖7.15中曲線1表示最大運行方式下三相短路電流隨l的變化曲線。曲線2表示最小運行方式下兩相短路電流隨l的變化曲線。

圖7.15瞬時電流速斷保護動作特性分析任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

假定在線路L1和線路L2上分別裝設(shè)瞬時電流速斷保護。根據(jù)選擇性的要求，瞬時電流速斷保護的動作范圍不能超出被保護線路，即對保護1而言，在相鄰線路L2首端K。點發(fā)生短路故障時，不應(yīng)動作，而應(yīng)由保護2動作切除故障。因此，瞬時電流速斷保護1的動作電流應(yīng)大于K2點短路時流過保護安裝處的最大短路電流。由于在相鄰線路L2首端K2點短路時的最大短路電流和線路Ll末端B母線上短路時的最大短路電流幾乎相等。故保護1瞬時電流速斷保護的動作電流可按大于本線路末端短路時流過保護安裝處的最大短路電流來整定，即（7-9）

任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

式中——保護裝置1瞬時電流速斷保護的動作電流，又稱一次動作電流；——可靠系數(shù)，考慮到繼電器的整定誤差、短路電流計算誤差和非周期分量的影響等而引入的大于1的系數(shù)，一般取1．2～1．3——被保護線路末端B母線上三相短路時流過保護安裝處的最大短路電流，一般取次暫態(tài)短路電流周期分量的有效值。

任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

在圖7.15中，以動作電流畫一平行于橫坐標(biāo)的直線3，其與曲線1和曲線2分別相交于M和N兩點，在交點到保護安裝處的一段線路上發(fā)生短路故障時，保護1會動作。在交點以后的線路上發(fā)生短路故障時，保護1不會動作。因此，瞬時電流速斷保護不能保護本線路的全長。同時從圖7.15中還可看出，瞬時電流速斷保護范圍隨系統(tǒng)運行方式和短路類型而變。在最大運行方式下三相短路時，保護范圍最大，為在最小運行方式下兩相短路時，保護范圍最小，為。對于短線路，由于線路首末端短路時，短路電流數(shù)值相差不大，在最小運行方式下保護范圍可能為零。瞬時電流速斷保護的選擇性是依靠保護整定值保證的。

任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

瞬時電流速斷保護的靈敏系數(shù)，是用其最小保護范圍來衡量的，規(guī)程規(guī)定，最小保護范圍不應(yīng)小于線路全長的15％～20％。保護范圍既可以用圖解法求得，也可以用計算法求得。用計算法求解的方法如下：圖6-1中在最小保護區(qū)末端(交點N)發(fā)生短路故障時，短路電流等于由式(7-10)所決定的保護的動作電流，即

（7-10）

（7-11）任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

解上式得最小保護長度

式中——系統(tǒng)最小運行方式下，最大等值電抗,——輸電線路單位公里正序電抗，。

（7-12）

同理，最大保護區(qū)末端短路時解得最大保護長度任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

（7-13）

式中——系統(tǒng)最大運行方式下，最小等值電抗，。通常規(guī)定，最大保護范圍(l為被保護線路長度)，最小保護范圍時，才能裝設(shè)瞬時電流速斷保護。

（2）．線路一變壓器組瞬時電流速斷保護瞬時電流速斷保護一般只能保護線路首端的一部分，但在某些特殊情況下，如電網(wǎng)的終端線路上采用線路一變壓器組的接線方式時，如圖7.16所示，瞬時電流速斷保護的保護范圍可以延伸到被保護線路以外，使全線路都能瞬時切除故障。

任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

因為線路變壓器組可以看成一個整體，當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時，切除變壓器和切除線路的后果是相同的，所以當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時，由線路的瞬時電流速斷保護切除故障是允許的，因此線路的瞬時電流速斷保護的動作電流可以按躲過變壓器二次側(cè)母線短路流過保護安裝處最大短路電流來整定，從而使瞬時電流速斷保護可以保護線路的全長。圖7.16線路一變壓器組的瞬時電流保護

任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

瞬時電流速斷保護動作電流為(7-14)式中——配合系數(shù)，取1.3；——變壓器低壓母線C短路，流過保護安裝處最大短路電流。(3)．原理接線瞬時電流速斷保護單相原理接線，如圖7.17所示，它是由電流繼電器KA(測量元件)、中間繼電器KM、信號繼電器KS組成

任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

正常運行時，流過線路的電流是負(fù)荷電流，其值小于其動作電流，保護不動作。當(dāng)在被保護線路的速斷保護范圍內(nèi)發(fā)生短路故障時，短路電流大于保護的動作值，KA常開觸點閉合，起動中間繼電器KM，KM觸點閉合，起動信號繼電器KS，并通過斷路器的常開輔助觸點，接到跳閘線圈YT構(gòu)成通路，斷路器跳閘切除故障線路。圖7.17瞬時電流速斷保護原理接線圖任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

接線圖中接人中間繼電器KM，這是因為電流繼電器的接點容量比較小，若直接接通跳閘回路，會被損壞，而KM的觸點容量較大，可直接接通跳閘回路。另外，考慮當(dāng)線路上裝有管型避雷器時，當(dāng)雷擊線路使避雷器放電時，而避雷器放電的時間約為0.01s，相當(dāng)于線路發(fā)生瞬時短路，避雷器放電完畢，線路即恢復(fù)正常工作。在這個過程中，瞬時電流速斷保護不應(yīng)誤動作，因此可利用帶延時0.06～0.08s的中間繼電器來增大保護裝置固有動作時間，以防止管型避雷器放電引起瞬時電流速斷保護的誤動作。信號繼電器KS的作用是用以指示保護動作，以便運行人員處理和分析故障。

任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

2限時電流速斷保護由于瞬時電流速斷保護不能保護線路全長，因此可增加一段帶時限的電流速斷保護(又稱第Ⅱ段電流保護)。用以保護瞬時電流速斷保護保護不到的那段線路，因此，要求限時電流速斷保護應(yīng)能保護線路全長。(1)．工作原理及整定計算由于瞬時電流速斷保護不能保護線路的全長，其保護范圍以外的故障必須由其他的保護來切除。為了較快地切除其余部分的故障，可增設(shè)限時電流速斷保護，它的保護范圍應(yīng)包括本線路全長，這樣做的結(jié)果，其保護范圍必然要延伸到相鄰線路的一部分。為了獲得保護的選擇性，以便和相鄰線路保護相配合，限時電流速斷保護就必須帶有一定的時限(動作時間)，時限的大小與保護范圍延伸的程度有關(guān)。

任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

為了盡量縮短保護的動作時限，通常是使限時電流速斷保護的范圍不超出相鄰線路瞬時電流速斷保護的范圍，這樣，它的動作時限只需比相鄰線路瞬時電流速斷保護的動作時限大一時限級差△t。

圖7.18限時電流速斷保護的動作電流與動作時限任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

限時電流速斷保護的工作原理和整定原則可用圖7.18來說明。圖中線路L1和L2都裝設(shè)有瞬時電流速斷保護和限時電流速斷保護，線路L1和L2的保護分別為保護1和保護2。為了區(qū)另4起見，右上角用I、Ⅱ分別表示瞬時電流速斷保護和限時電流速斷保護，下面討論保護1限時電流速斷保護的整定計算原則。為了使線路L1的限時電流速斷保護的保護范圍不超出相鄰線路L2瞬時電流速斷保護的保護范圍，必須使保護1限時電流速斷保護的動作電流大于保護2的瞬時電流速斷保護的動作電流，即任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

寫成等式（7-15）任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

式中——可靠系數(shù)，因考慮短路電流非周期分量已經(jīng)衰減，一般取1.1～1.2。同時也不應(yīng)超出相鄰變壓器速斷保護區(qū)以外，即（7-16）式中——配合系數(shù)，取1.3；——變壓器低壓母線D點發(fā)生短路故障時，流過保護安裝處最大短路電流。為了保證選擇性，保護l的限時電流速斷保護的動作時限，還要與保護2的瞬時電流速斷保護、保護3的差動保護(或瞬時電流速斷保護)動作時限、相配合，即

任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

(7-17)式中△t——時限級差。對于不同型式的斷路器及保護裝置，△t在0.3～0.6s范圍內(nèi)。

(2)．靈敏系數(shù)的校驗確定了保護的動作電流之后，還要進行靈敏系數(shù)校驗，即在保護區(qū)內(nèi)發(fā)生短路時，驗算保護的靈敏系數(shù)是否滿足要求。其靈敏系數(shù)計算公式為任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

(7-18)式中——在被保護線路末端短路時，流過保護安裝處的最小短路電流；——被保護線路的限時電流速斷保護的動作電流。規(guī)程規(guī)定，。如果靈敏系數(shù)不能滿足規(guī)程要求，可采用降低動作電流的方法來提高其靈敏系數(shù)。即使線路L1的限時電流速斷保護與線路L2的限時電流速斷保護相配合，即(7-19)任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

限時電流速斷保護的單相原理接線圖如圖7.19所示，它與瞬時電流速斷保護的接線圖相似，不同的是必須用時間繼電器KT代替圖7.17中的中間繼電器，時間繼電器是用來譬立保護裝置所必須的延時，由于時間繼電器接點容量較大，故可直接接通跳閘回路。當(dāng)保護范圍內(nèi)發(fā)生短路故障時，電流繼電器KA起動，其動合觸點閉合，起動時間繼電器KT，經(jīng)整定延時閉合其動合觸點，并起動信號繼電器KS發(fā)出信號，接通斷路器的跳閘線圈YT，使斷路器跳閘，將故障切除。

任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

+圖7.19限時電流速斷保護單相原理接線圖任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

3.定時限過電流保護(1)．工作原理定時限過電流保護(又稱第Ⅲ段電流保護)。前面已闡述瞬時電流速斷保護和帶時限電流速斷保護的動作電流都是根據(jù)某點短路值整定的，而定時限過電流保護與上述兩種保護不同，它的動作電流按躲過最大負(fù)荷電流整定。正常運行時它不應(yīng)起動，而在發(fā)生短路時起動，并以時間來保證動作的選擇性，保護動作于跳閘。

任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

這種保護不僅能夠保護本線路的全長，而且也能保護相鄰線路的全長及相鄰元件全部，可以起到遠(yuǎn)后備保護的作用。過電流保護的工作原理可用圖7.20所示的單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)來說明。過電流保護1、2、3分別裝設(shè)在線路Ll、L2、L3靠電源的一端。當(dāng)線路L3上點發(fā)生短路時，短路電流將流過保護1、2、3，一般均大于保護裝置1、2、3的動作電流。所以，保護1、2、3均將同時起動。但根據(jù)選擇性的要求，應(yīng)該由距離故障點最近的保護3動作，使斷路器QF3跳閘，切除故障，而保護1、2則在故障切除后立即返回。顯然要滿足故障切除后，保護1、2立即返回的要求，必須依靠各保護裝置具有不同的動作時限來保證。用、、島分別表示保護裝置1、2、3的動作時限，則有

（7-20）

任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

保護動作時限如圖7.19所示。由圖7.19可知，各保護裝置動作時限的大小是從用戶到電源逐級增加的，越靠近電源，過電流保護動作時限越長，其形狀好比一個階梯，故稱為階梯形時限特性。由于各保護裝置動作時限都是分別固定的，而與短路電流的大小無關(guān)，故這種保護稱為定時限過電流保護。圖7—20定時限過電流保護工作原理圖

任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

(2)．整定計算定時限過電流保護動作電流整定一般應(yīng)按以下兩個原則來確定：(1)在被保護線路通過最大正常負(fù)荷電流時，保護裝置不應(yīng)動作，即(2)為保證在相鄰線路上的短路故障切除后，保護能可靠地返回，保護裝置的返回電流應(yīng)大于外部短路故障切除后流過保護裝置的最大自起動電流即根據(jù)第2條件，過電流保護的整定式為（7-21）任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

式中——可靠系數(shù)，取1.15～l.25；——自起動系數(shù)，由電網(wǎng)電壓及負(fù)荷性質(zhì)所決定；——返回系數(shù)，與保護類型有關(guān)；——最大負(fù)荷電流。任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

(3)．靈敏系數(shù)校驗靈敏系數(shù)仍按公式進行靈敏系數(shù)的校驗。應(yīng)該說明的是，對于過電流保護應(yīng)分別校驗本線路近后備保護和相鄰線路及元件遠(yuǎn)后備保護的靈敏系數(shù)。當(dāng)過電流保護作為本線路主保護的近后備保護時，應(yīng)采用最小運行方式下，本線路末端兩相短路的短路電流來進行校驗，要求；當(dāng)過電流保護作為相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護時，應(yīng)采用最小運行方式下，相鄰線路末端兩相短路時的短路電流來進行校驗，要求；作為y，d連接的變壓器遠(yuǎn)后備保護時，短路類型應(yīng)根據(jù)過電流保護接線而定。任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.2電力線路三段式電流保護

(4)．時限整定為了保證選擇性，過電流保護的動作時限按階梯原則進行整定，這個原則是從用戶到電源的各保護裝置的動作時限逐級增加一個△t。從上面的分析可知，在一般情況下，對于線路Ln的定時限過電流保護動作時限整定的一般表達(dá)式為（7-22）式中——線路Ln過電流保護的動作時間；——由線路Ln供電的母線上所接的線路、變壓器的過電流保護最長動作時間。定時限過電流保護的原理接線圖與限時電流速斷保護相同。任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.3工廠電力線路單相接地保護

在中性點直接接地系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，將產(chǎn)生很大的短路電流，一般能使保護裝置迅速動作，切除故障部分。在中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，其故障電流不大，只有很小的接地電容電流，而相間電壓仍然是對稱的，因此仍可繼續(xù)運行一段時間。如故障點系高電阻接地，則接地相電壓降低，其它兩相對地電壓高于相電壓；如系金屬性接地，則接地相電壓為零，但其它兩相的對地電壓升高倍，故對電氣設(shè)備的絕緣不利，如果長此下去，可能使電氣設(shè)備的絕緣擊穿而導(dǎo)致兩相接地短路，從而引起斷路器跳閘，線路停電，因此必須裝設(shè)專用的絕緣監(jiān)察裝置或單相接地保護裝置。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，一般不跳閘，僅給出信號，使工作人員及時發(fā)現(xiàn)，采取措施。任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.3工廠電力線路單相接地保護

1．絕緣監(jiān)察裝置利用單相接地后出現(xiàn)零序電壓而發(fā)出信號的，在供電系統(tǒng)中常用三相五柱式電壓互感器或三只三繞組單相電壓互感器作中性點不接地系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測裝置，其接線如圖7.20所示。正常工作時，三相對地電壓均為相電壓，開口三角形所接的電壓繼電器無電壓，不能動作，也無信號發(fā)出。如果有三只電壓表接于相間，三只電壓表接于相與零線間，那么三只接于相間的電壓表指示線電壓，三只接于各相的電壓表則指示各相對地電壓。一旦有一相發(fā)生金屬性接地，由于接地相對地電壓為零，其他兩相升高倍，于是在開口三角形處有100V的電壓加到繼電器。由于繼電器一般整定為15~25V，故立即動作，接通信號電路，這時運行人員可觀察三只接于各相的電壓表，若其中兩只指示電壓升高，而另一只為零，那么指零的那一相為發(fā)生接地的相。但不能找出發(fā)生接地的線路。這種保護方式給出的信號沒有選擇性,要想發(fā)現(xiàn)接地點在哪一條線路上，還需運行人員依次斷合每條線路，對于中小型企業(yè)，當(dāng)變電所出線不多，并允許短時停電時，這種方法是可行的。任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.3工廠電力線路單相接地保護

單母線接線的10kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地用瞬停拉線查找法，依次斷開故障所在母線上各分路開關(guān)。7.21三相五芯柱式電壓互感器的絕緣監(jiān)測任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.3工廠電力線路單相接地保護

（1）試?yán)潆娋€路。（2）試?yán)p回線路或有其他電源的線路。（3）試?yán)€路長、分支多、質(zhì)量差的線路。（4）試?yán)瓱o重要用戶或用戶的重要程度差的線路。（5）最后試?yán)瓗в兄匾脩舻木€路。如果接地信號消失，絕緣監(jiān)察電壓表指示恢復(fù)正常，即可以證明所瞬停的線路上有接地故障。對于一般不重要的用戶線路，可以停電并通知查找；對于重要用戶的線路，可以轉(zhuǎn)移負(fù)荷或者通知用戶做好準(zhǔn)備后停電查找故障點。任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.3工廠電力線路單相接地保護

經(jīng)逐條線路試停電查找，但接地現(xiàn)象仍不能消失，可能的原因是，兩條回路線路同時接地或站內(nèi)母線及連接設(shè)備接地。2．零序電流保護在中性點不接地的系統(tǒng)中，除采用絕緣監(jiān)測裝置以外，也可以在每條線路上裝設(shè)單獨的接地保護，又稱零序電流保護，它是利用故障線路的比非故障線路的零序電流大的原理來實現(xiàn)有選擇性動作的。（1）架空線路的單相接地保護。對架空線路一般采用三只電流互感器組成零序接線,如圖7.22所示。三相的二次電流矢量相加后流入繼電器。當(dāng)三相對稱運行以及三相或兩相短路時，流入繼電器的電流等于零，發(fā)生單相接地時，零序電流才流過繼電器，所以稱它為零序電流過濾器。當(dāng)零序電流流過繼電器時，繼電器動作并發(fā)出信號。在工廠供電系統(tǒng)中，如果工廠的高壓架空線路不長，也可不裝。任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.3工廠電力線路單相接地保護

1—零序電互感器；2—電纜；3—接地線；4—電纜頭；KA—電流繼電器圖7.23零序電流互感器的結(jié)構(gòu)及接線圖7.22由三個電流互感器構(gòu)成的零序電流過濾器任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.3工廠電力線路單相接地保護

（2）電纜線路的單相接地保護。電纜線路的單相接地保護一般采用零序電流互感器。零序電流互感器的一次側(cè)即為電纜線路的三相，其鐵芯套在電纜的外面，二次線圈繞在零序電流互感器的鐵芯上，并與過電流繼電器相接，如圖7.23所示。在三相對稱運行以及三相或兩相短路時，二次側(cè)三相電路電流矢量和為零，即沒有零序電流，繼電器不動作。當(dāng)發(fā)生單相接地時，有零序電流通過，此時電流在二次側(cè)感應(yīng)電流，使繼電器動作發(fā)出信號。注意：電纜頭的接地線必須穿過零序電流互感器的鐵芯，否則接地保護裝置不起作用3.單相接地保護裝置動作電流的整定線路發(fā)生單相接地時，流入保護裝置的電流為所有非故障線路的電容電流之和，所以線路單相接地動作電流的整定值大于被保護線路流入電網(wǎng)的電容電流。公式如下：任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.3工廠電力線路單相接地保護

(7-23)式中，——發(fā)生單相接地時，被保護線路本身流入電網(wǎng)的電容電流；——零序電流互感器的變流比；——可靠系數(shù)。保護裝置不帶時限，取4~5，保護裝置帶時限，取1.5~2。還應(yīng)校驗在本線路發(fā)生單相接地時保護裝置的靈敏度，即(7-24)

式中—流經(jīng)接地點的接地電容電流總和。任務(wù)3電力線路的繼電保護7.3.3工廠電力線路單相接地保護

對于裝有絕緣監(jiān)察裝置和各出線裝有零序保護的系統(tǒng)，若各裝置正常投入，當(dāng)該系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，故障范圍很容易區(qū)分，若在報出母線接地信號的同時，某一線路也有接地信號，則故障點多在該線路上。應(yīng)先檢查站內(nèi)設(shè)備有無異常，再查找線路。若只報出母線接地信號，對于這種情況，故障點可能在母線及連接設(shè)備上。應(yīng)檢查母線及連接設(shè)備、變壓器有無異常。如經(jīng)檢查站內(nèi)設(shè)備無異常，則有可能是某一線路又故障，而其接地故障保護裝置失靈，應(yīng)用瞬停的方法查明故障線路。在某些情況下，系統(tǒng)的絕緣并沒有損壞，而是由于其他原因產(chǎn)生某些不對稱狀態(tài)，可能報出接地信號，此種接地稱為虛幻接地應(yīng)注意區(qū)分判斷。如電壓互感器內(nèi)部發(fā)生故障時，電壓互感器一相高壓熔斷器熔體可能熔斷，而報出接地信號，此時應(yīng)將電壓互感器立即停運。任務(wù)3電力線路的繼電保護1．試整定圖7.24所示線路1WL的定時限過電流保護。已知1TA的變比為750/5A，線路最大負(fù)荷電流（含自啟動電流）670A，保護采用兩相兩繼電器接線，線路2WL定時限過電流保護的動作時限0.7s，最大運行方式時K1點三相短路電流4kA，K2點三相短路電流2.5kA，最小運行方式時K1和K2點三相短路電流分別為3.2kA和2kA探索與實踐圖7.24電路圖任務(wù)3電力線路的繼電保護

解：1．整定動作電流

選DL-11/10電流繼電器，線圈并聯(lián)，整定動作電流7A過電流保護一次側(cè)動作，電流為探索與實踐任務(wù)3電力線路的繼電保護

2．整定動作時限

線路1WL定時限過電流保護的動作時限應(yīng)較線路2WL定時限過電流保護動作時限大一個時限級差Δt。探索與實踐任務(wù)3電力線路的繼電保護

3．校驗保護靈敏度保護線路1WL的靈敏度按線路1WL末端最小兩相短路電流校驗：

線路2WL后備保護靈敏度，用線路2WL末端最小兩相短路電流校驗。由此可見，保護整定滿足靈敏度要求。探索與實踐任務(wù)4電力變壓器的繼電保護（1）了解電力變壓器的常見故障和保護配置。（2）掌握變壓器電流保護的動作原理和動作過程。（3）掌握變壓器氣體保護的動作原理和動作過程。（4）掌握變壓器差動保護的的動作原理和動作過程。任務(wù)目標(biāo)任務(wù)4電力變壓器的繼電保護

重點：（1）了解電力變壓器的常見故障和保護配置。（2）掌握變壓器電流保護的動作原理和動作過程。（3）掌握變壓器氣體保護的動作原理和動作過程。（4）掌握變壓器差動保護的的動作原理和動作過程。難點：（1）了解電力變壓器的常見故障和保護配置。（2）掌握變壓器電流保護的動作原理和動作過程。（3）掌握變壓器氣體保護的動作原理和動作過程。（4）掌握變壓器差動保護的的動作原理和動作過程。任務(wù)4電力變壓器的繼電保護

變壓器是供電系統(tǒng)中的重要電氣元件，必須根據(jù)其容量的大小和重要程度，設(shè)置性能良好、動作可靠的保護裝置，確保變壓器的正常運行。任務(wù)提出任務(wù)4電力變壓器的繼電保護

7.4.1電力變壓器的常見故障和保護配置

1．變壓器易產(chǎn)生的故障和不正常工作狀態(tài)變壓器故障分內(nèi)部故障和外部故障兩種。常見內(nèi)部故障包括：線圈的相間短路、匝間或?qū)娱g短路、單相接地短路以及燒壞鐵芯等。這些故障都伴隨有電弧產(chǎn)生，電弧將會引起絕緣油的劇烈汽化，從而可能導(dǎo)致油箱爆炸等更嚴(yán)重的事故。常見的外部故障包括：套管及引出線上的短路和接地。最容易發(fā)生的外部故障是由于絕緣套管損壞而引起引出線的相間短路和碰殼后的接地短路。變壓器常見的不正常工作狀態(tài)是：過負(fù)荷、溫升過高以及油面下降超過了允許程度等。變壓器的過負(fù)荷和溫度的升高將使絕緣材料迅速老化，絕緣強度降低，除影響變壓器的使用壽命外，還會進一步引起其他故障。任務(wù)4電力變壓器的繼電保護

7.4.1電力變壓器的常見故障和保護配置

2．變壓器的保護裝置根據(jù)長期的運行經(jīng)驗和有關(guān)的規(guī)定，對于高壓側(cè)為6～10kV的車間變電所主變壓器應(yīng)裝設(shè)以下幾種保護裝置：（1）帶時限的過電流保護裝置。反映變壓器外部的短路故障，并作為變壓器速斷保護的后備保護，一般變壓器均應(yīng)裝設(shè)。（2）電流速斷保護裝置。反映變壓器內(nèi)外部故障。如果帶時限的過電流保護動作時間大于0.5～0.7s均應(yīng)裝設(shè)。（3）瓦斯保護裝置。反映變壓器內(nèi)部故障和油面降低時的保護裝置。對于800kVA及以上的油浸式變壓器和400kVA及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器均應(yīng)裝設(shè)。通常輕瓦斯動作于信號，重瓦斯動作于跳閘。任務(wù)4電力變壓器的繼電保護7.4.1電力變壓器的常見故障和保護配置

（4）過負(fù)荷保護裝置。反映因過負(fù)荷引起的過電流。應(yīng)根據(jù)可能過負(fù)荷的情況裝設(shè)過負(fù)荷保護裝置，一般過負(fù)荷保護裝置動作于信號。（5）溫度保護裝置。反映變壓器上層油溫超過規(guī)定值（一般為95℃）的保護裝置，一般動作于信號。對于高壓側(cè)為35kV及以上的工廠總降壓變電所主變壓器來說，也應(yīng)裝設(shè)過電流保護裝置、電流速斷保護裝置和瓦斯保護裝置；在有可能過負(fù)荷時，需裝設(shè)過負(fù)荷保護裝置和溫度保護裝置。如果單臺運行的變壓器容量在10000kVA及以上和并列運行的變壓器每臺容量在6300kVA及以上時，則要求裝設(shè)縱聯(lián)差動保護裝置來取代電流速斷保護裝置。任務(wù)4電力變壓器的繼電保護

7.4.2變壓器的電流保護

1．變壓器的過電流保護變壓器過電流保護裝置的接線、工作原理和線路過電流保護的接線、工作原理完全相同，這里不再敘述。變壓器過電流保護的整定和線路過電流保護的整定類似，變壓器過電流保護的動作電流整定如下

（7-26）式中，為變壓器一次側(cè)額度電流；可靠系數(shù)、接線系數(shù)、返回系數(shù)同線路過電流保護；為電流互感器的變比。任務(wù)4電力變壓器的繼電保護

7.4.2變壓器的電流保護

變壓器過電流保護動作時間的整定同線路過電流保護，按級差原則整定。變壓器過電流保護動作時限應(yīng)比二次側(cè)出線過電流保護的最大動作時限大一個時限級差。對車間變電所的變壓器過電流保護動作時限，一般取0.5~0.7s。變壓器過電流保護的靈敏度按下式校驗：（7-27）式中，為變壓器二次側(cè)在系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生兩相短路時一次側(cè)的穿越電流。任務(wù)4電力變壓器的繼電保護

7.4.2變壓器的電流保護

2．變壓器的電流速斷保護變壓器的電流速斷保護的接線、工作原理也與線路的電流速斷保護相同。圖7-23是變壓器定時限過電流保護和電流速斷保護接線圖。定時限過電流保護和電流速斷保護均為兩相兩繼電器式接線。變壓器電流速斷保護的動作電流，與線路的電流速斷保護相似，應(yīng)躲過變壓器二次側(cè)母線三相短路時的最大穿越電流，即(7-28)式中，為變壓器二次側(cè)母線在系統(tǒng)最大運行方式下三相短路時一次側(cè)的穿越電流；為可靠系數(shù)，同線路的電流速斷保護。任務(wù)4電力變壓器的繼電保護7.4.2變壓器的電流保護

變壓器的電流速斷保護與線路的電流速斷保護一樣，也有保護“死區(qū)”，只能保護變壓器的一次繞組和部分二次繞組。變壓器電流速斷保護的靈敏度校驗，與線路速斷保護靈敏度校驗一樣，以變壓器一次側(cè)最小兩相短路電流進行校驗，即(7-29)若電流速斷保護的零敏度不滿足要求，應(yīng)裝設(shè)差動保護?！?任務(wù)4電力變壓器的繼電保護7.4.2變壓器的電流保護

（a）原理圖（b）展開圖圖7.25變壓器的定時限過電流保護和電流速斷保護接線圖

任務(wù)4電力變壓器的繼電保護7.4.2變壓器的電流保護

3．變壓器的零序電流保護Yyn0連接的變壓器二次側(cè)單相短路時，若變壓器過電流保護的靈敏度不滿足要求，可在變壓器二次側(cè)零線上裝設(shè)電流保護，其接線如圖7.25所示。零序電流保護的動作電流按躲過變壓器二次側(cè)最大不平衡電流整定，最大不平衡電流取變壓器二次側(cè)額度電流的25%，即(7-30)式中可靠系數(shù)，取1.2；為零序電流互感器的變比；為變壓器二次側(cè)的額度電流。任務(wù)4電力變壓器的繼電保護7.4.2變壓器的電流保護

零序電流保護的動作時間一般取0.5~0.7s，以躲過變壓器瞬時最大不平衡電流。保護靈敏度校驗，按變壓器二次側(cè)干線末端最小單相短路電流來進行校驗對于架空線路要求≥1.5對于電纜線路要求≥1.25任務(wù)4電力變壓器的繼電保護7.4.2變壓器的電流保護

4．變壓器的過負(fù)荷保護運行中可能出現(xiàn)過負(fù)荷的變壓器應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷保護。其接線、工作原理與線路過負(fù)荷保護相同，動作電流整定按變壓器一次側(cè)額度電流整定，動作時間一般整定10~15s。

任務(wù)4電力變壓器的繼電保護7.4.3變壓器的瓦斯保護

瓦斯保護時保護油浸式電力變壓器內(nèi)部故障的一種主要保護裝置。按GB50062-92規(guī)定，800kVA及以上的油浸式變壓器均應(yīng)裝瓦斯保護。瓦斯保護裝置主要由氣體繼電器構(gòu)成，當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部故障時，電弧的高溫使變壓器油分解為大量的油氣體（瓦斯），氣體保護就是利用這種氣體來實現(xiàn)保護的裝置。1.瓦斯繼電器的工作原理瓦斯保護的測量元件是瓦斯繼電器（氣體繼電器）。如圖7.27所示，氣體繼電器安裝在變壓器油箱與油枕間的連接管道上。為使氣體能夠順利進入瓦斯繼電器和油枕，變壓器的頂蓋與水平面之間夾角應(yīng)有1～1.5%的坡度。連接管道應(yīng)有2～4%的坡度。任務(wù)4電力變壓器的繼電保護7.4.3變壓器的瓦斯保護

1-瓦斯繼電器；2-油枕；3-變壓器頂蓋；4-連接管道圖7.26氣體繼電器安裝示意圖

l-罩；2-頂針；3-氣塞；4-永久磁鐵；5-開口杯；6-重錘；7-探針；8-開口銷；9-彈簧；10-擋板；11-永久磁鐵；12-螺桿；13-干簧觸點（重瓦斯用）；14-調(diào)節(jié)桿；15-干簧觸點（輕瓦斯用）；16-套管；17-排氣口圖7.27開口杯擋板式氣體繼電器結(jié)構(gòu)圖任務(wù)4電力變壓器的繼電保護7.4.3變壓器的瓦斯保護

開口杯擋板式氣體繼電器的結(jié)構(gòu)如圖7.27所示。在上部有一個附帶永久磁鐵4的開口杯5，下部有一面附帶永久磁鐵11的擋板10。在正常情況下，繼電器充滿油，開口杯在油的浮力和重錘6作用下，處于上翹位置，永久磁鐵4遠(yuǎn)離干簧觸點15，干簧觸點15斷開，