煤礦供電技術(shù) 6供電系統(tǒng)的過電流保護

1第六章工廠供電系統(tǒng)的過電流保護第一節(jié)過電流保護的任務和要求第二節(jié)熔斷器保護第三節(jié)低壓斷路器保護第四節(jié)常用的保護繼電器第五節(jié)高壓電力線路的繼電保護第六節(jié)電力變壓器的繼電保護第七節(jié)高壓電動機的繼電保護2一.過電流保護裝置的類型和任務為了保證工廠供電系統(tǒng)的安全運行，避免過負荷和短路對系統(tǒng)的影響，因此在工廠供電系統(tǒng)中裝有各種類型的過電流保護裝置。工廠供電系統(tǒng)的過電流保護裝置有：熔斷器保護、低壓斷路器保護和繼電保護。第一節(jié)過電流保護的任務和要求3(1)熔斷器保護適用于高低壓供電系統(tǒng)。由于其裝置簡單經(jīng)濟，所以在工廠供電系統(tǒng)中應用非常廣泛。但是其斷流能力較小，選擇性較差，且其熔體熔斷后要更換熔體才能恢復供電，因此在要求供電可靠性較高的場所不宜采用熔斷器保護。(2)低壓斷路器保護又稱低壓自動開關(guān)保護，適用于要求供電可靠性較高和操作靈活方便的低壓供配電系統(tǒng)中。(3)繼電保護適用于要求供電可靠性高、操作靈活方便特別是自動化程度較高的高壓供配電系統(tǒng)中。熔斷器保護和低壓斷路器保護都能在過負荷和短路時動作，斷開電路，切除過負荷和短路部分，而使系統(tǒng)的其他部分恢復正常運行。但熔斷器大多主要用于短路保護，而低壓斷路器則除了可作過負荷和短路保護外，有的還可作低電壓或失壓保護。

41.電力系統(tǒng)的故障與不正常運行1）故障：相間短路、中性點直接接地系統(tǒng)的單相接地短路、變壓器和電動機、電力電容器等可能發(fā)生的匝間或?qū)娱g短路。危害：產(chǎn)生很大的短路電流，產(chǎn)生很大的熱量和電動力，造成設(shè)備損壞，影響其它設(shè)備的正常運行，甚至造成系統(tǒng)解列。2）不正常運行：過負荷、一相斷線、小電流接地系統(tǒng)中的單相接地等。長時間過負荷會加速設(shè)備絕緣老化，甚至損壞設(shè)備，發(fā)展成為故障。一相斷線會造成點擊過負荷。小電流接地系統(tǒng)的單相接地會造成非故障相電壓升高，威脅絕緣，井下發(fā)生容易造成人身觸電及瓦斯煤塵爆炸事故。為避免故障和不正常運行造成的嚴重后果，保證供電安全可靠，在電力系統(tǒng)中必須設(shè)置繼電保護裝置。繼電保護裝置的作用與任務5繼電保護裝置裝置作用：能反映電力系統(tǒng)中設(shè)備或線路發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并能使斷路器跳閘和發(fā)出信號的自動裝置。基本任務：1）當被保護線路或設(shè)備發(fā)生故障時，繼電保護裝置能自動迅速準確有選擇地通過斷路器將故障元件斷開，保證系統(tǒng)其他部分正常運行。2）當被保護線路或設(shè)備出現(xiàn)不正常運行時，保護裝置能發(fā)出信號，提醒工作人員采取有效措施，消除不正常運行狀態(tài)。3）繼電保護裝置能夠與系統(tǒng)其他自動化裝置配合，縮短事故停電時間，提高系統(tǒng)運行可靠性。6二、繼電保護工作原理

系統(tǒng)出現(xiàn)故障或不正常運行時，會引起電壓、電流幅值變化、電壓、電流相位變化等。利用故障時參數(shù)與正常參數(shù)的差異，可以組成不同形式的繼電保護裝置。如：過流保護：利用過流故障時電流增大特征低電壓保護：某些故障發(fā)生時電壓降低瓦斯保護：變壓器油箱內(nèi)部故障，產(chǎn)生瓦斯分解7二、對繼電保護裝置的基本要求四性：可靠性、靈敏性、快速性、選擇性可靠性：

1）要求保護裝置本身應具有較高的可靠性，不出問題，隨時處于可靠的準備動作狀態(tài)；

2）要求保護性能可靠，即當本保護范圍內(nèi)發(fā)生過流故障時，它一定動作（不拒動）；當保護范圍以外發(fā)生過流故障時，它一定不動作（不誤動）?？焖傩裕褐冈诠收想娏鳑]有造成危害之前，將過流故障切除。選擇性：保護裝置只切除故障設(shè)備或線路的電源，使事故停電的范圍最小，有利于生產(chǎn)與安全。8靈敏性：

動作靈敏是指保護裝置對故障的反應能力要強，對于短路保護，即使是在保護范圍末段發(fā)生最小兩相短路時，它也能可靠的動作。衡量短路保護裝置這一能力的參數(shù)叫靈敏度，又稱靈敏系數(shù)，用Kr表示。

——保護范圍末端最小兩相短路電流，kA;——短路保護裝置一次動作電流值，kA

對于主保護，Kr≥1.5;對于后備保護，Kr≥1.2；熔斷器保護，Kr≥4～7。9一.熔斷器在供配電系統(tǒng)中的配置

熔斷器在供配電系統(tǒng)中的配置，應符合選擇性保護的原則，也就是熔斷器要配置得能使故障范圍縮小到最低限度。此外應考慮經(jīng)濟性，即供電系統(tǒng)中配置的數(shù)量要盡量地少。圖6-1是熔斷器在低壓放射式配電系統(tǒng)中合理配置的方案，既可滿足保護選擇性的要求，又使配置的熔斷器數(shù)量較少。圖中熔斷器FU5用來保護電動機及其支線。當k-5處發(fā)生短路時，F(xiàn)U5熔斷。熔斷器FU4主要用來保護動力配電箱母線。當k-4處發(fā)生短路時，F(xiàn)U4熔斷。同理，熔斷器FU3主要用來保護配電干線，F(xiàn)U2主要用來保護低壓配電屏母線，F(xiàn)U1主要用來保護電力變壓器。在k-1～k-3處短路時，也都是靠近短路點的熔斷器熔斷。第二節(jié)熔斷器保護10

圖6-1熔斷器在低壓放射式線路中的配置

必須注意：低壓配電系統(tǒng)中的PE線和PEN線上，不允許裝設(shè)熔斷器，以免PE線或PEN線因熔斷器熔斷而斷路時，致使所有接PE線或接PEN線的設(shè)備外露可導電部分帶電，危及人身安全。

11(一)保護電力線路的熔斷器熔體電流的選擇保護電力線路的熔斷器熔體電流，應滿足下列條件：

(1)熔體額定電流IN.FE

應不小于線路的計算電流I30（Ica），以使熔體在線路正常運行時不致熔斷，即二.熔斷器熔體電流的選擇12式中K為小于1的計算系數(shù)。

對供單臺電動機的線路熔斷器來說，此系數(shù)K應根據(jù)熔斷器的特性和電動機的啟動情況來決定：啟動時間在3s以下（輕載啟動），宜取K=0.25～0.35；啟動時間在3～8s（重載啟動），宜取K=0.35～0.5；啟動時間超過8s或頻繁啟動、反接制動，宜取K=0.5～0.8。對供多臺電動機的線路熔斷器來說，此系數(shù)K應視線路上容量最大的一臺電動機的啟動情況、線路尖峰電流與計算電流的比值及熔斷器的特性而定，取為K=0.5～1；如果線路尖峰電流與計算電流的比值接近于1，則可取K=1。但必須說明，由于熔斷器品種繁多，特性各異，因此上述有關(guān)計算系數(shù)K的取值方法，不一定都很恰當，故GB50055-1993《通用用電設(shè)備配電設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：保護交流電動機的熔斷器熔體額定電流“應大于電動機的額定電流，且其安秒特性曲線計及偏差后略高于電動機啟動電流和啟動時間的交點。當電動機頻繁啟動和制動時，熔體的額定電流應再加大1～2級?！?2)熔體額定電流IN.FE還應躲過線路的尖峰電流Ipk

，以使熔體在線路上出現(xiàn)正常的尖峰電流時也不致熔斷。由于尖峰電流是短時最大電流，而熔體加熱熔斷需一定時間，所以滿足的條件為13式中Ial為絕緣導線和電纜的允許載流量；KOL

為絕緣導線和電纜的允許短時過負荷倍數(shù)。(3)熔斷器保護還應與被保護的線路相配合，使之不致發(fā)生因過負荷和短路引起絕緣導線或電纜過熱起燃而熔體不熔斷的事故，因此熔斷器熔體電流還應滿足以下條件

如果熔斷器只作短路保護，對電纜和穿管絕緣導線，取KOL=2.5；對明敷絕緣導線，取KOL=1.5。如果熔斷器不只作短路保護，而且要求作過負荷保護時，例如住宅建筑、重要倉庫和公共建筑中的照明線路，有可能長時間過負荷的動力線路，以及在可燃建筑物構(gòu)架上明敷的有延燃性外層的絕緣導線線路等，則應取KOL=1；當A時，則取為KOL=0.85。對有爆炸性氣體和粉塵的區(qū)域內(nèi)的線路，應取KOL=0.8。

14(二)保護電力變壓器的熔斷器熔體電流的選擇保護電力變壓器的熔斷器熔體電流，根據(jù)經(jīng)驗，應滿足下式要求：

上式考慮了以下三個因素：

(1)熔體電流要躲過變壓器允許的正常過負荷電流。油浸式變壓器的正常過負荷，室內(nèi)為20%，室外為30%。正常過負荷下熔斷器不應熔斷。

(2)熔體電流要躲過來自變壓器低壓側(cè)的電動機自啟動引起的尖峰電流。

(3)熔體電流還要躲過變壓器自身的勵磁涌流。勵磁涌流又稱空載合閘電流，是變壓器在空載投入時或者在外部故障切除后突然恢復電壓時所產(chǎn)生的一個電流。15

圖6-2變壓器空載投入時勵磁涌流的變化曲線

由圖6-2可以看出，勵磁涌流中含有數(shù)值很大的非周期分量，而且衰減較慢（與短路電流非周期分量相比），因此其波形在過渡過程中相當長一段時間內(nèi)，都偏向時間軸的一側(cè)。很明顯，熔斷器的熔體電流如果不躲過勵磁涌流，就可能在變壓器空載投入時或電壓突然恢復時使熔斷器熔斷，破壞了供電系統(tǒng)的正常運行。16(三)保護電壓互感器的熔斷器熔體電流的選擇由于電壓互感器二次側(cè)的負荷很小，因此保護電壓互感器的RN2型熔斷器熔體額定電流一般為0.5A。三.熔斷器的選擇與校驗選擇熔斷器時應滿足下列條件：

(1)熔斷器的額定電壓應不低于線路的額定電壓。對高壓熔斷器，其額定電壓應不低于線路的最高電壓。

(2)熔斷器的額定電流應不小于它所裝熔體的額定電流。

(3)熔斷器的類型應符合安裝條件（戶內(nèi)或戶外）及被保護設(shè)備對保護的技術(shù)要求。

17(3)對具有斷流上下限的熔斷器（如RW4等型跌開式熔斷器）其斷流上限應滿足式（6-7）的校驗條件，其斷流下限應滿足下列條件(2)對非限流熔斷器（如RW4、RM10等型）由于非限流熔斷器不能在短路電流達到?jīng)_擊值之前熄滅電弧，切除短路故障，因此需滿足的條件為(1)對限流式熔斷器（如RN1、RT0等型）由于限流式熔斷器能在短路電流達到?jīng)_擊值之前完全熔斷并熄滅電流，切除短路故障，因此滿足的條件為

(6-6)(6-7)

(6-8)18

注：表中K值適用于符合IEC標準的一些新型熔斷器如RT12、RT14、RT15、NT等型熔斷器。對于老型熔斷器，可取K=4～7，即近似地按表中熔斷時間為5s的熔斷器來取值。

四.熔斷器保護靈敏度的檢驗為了保證熔斷器在其保護區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障時可靠地熔斷，按規(guī)定，熔斷器保護的靈敏度應滿足下列條件(6-9)

Ik.min為熔斷器所保護線路末端在系統(tǒng)最小運行方式下的最小短路電流（對TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)，為線路末端的單相短路電流或單相接地故障電流；對IT系統(tǒng)和中性點不接地系統(tǒng)，為線路末端的兩相短路電流；對保護變壓器的高壓熔斷器來說，為低壓側(cè)母線的兩相短路電流換算到高壓側(cè)之值）；K為靈敏系數(shù)的最小比值，如表6-1所示。表6-1檢驗熔斷器保護靈敏度的最小比值K—1110980.4s76554.55s熔斷時間250～500A80～200A40～63A16～32A4～10A熔體額定電流19繼電器20

一.概述繼電器：在檢測的信號達到設(shè)定值時，其電氣輸出電路被接通或被分斷的自動電器。按輸入量性質(zhì)分：電氣繼電器、非電氣繼電器按用途分：控制繼電器、保護繼電器，前者用于自動控制電路中，后者用于繼電保護電路中。保護繼電器按功能分：測量繼電器和有或無繼電器兩大類。測量繼電器裝設(shè)在繼電保護電路中的第一級，用來反應被保護元件的特性變化。當其特性量達到動作值時即行動作，它屬于基本繼電器或啟動繼電器。有或無繼電器是一種只按電氣量是否在其工作范圍內(nèi)或者為零時而動作的電氣繼電器，包括時間繼電器、信號繼電器、中間繼電器等，在繼電保護裝置中用來實現(xiàn)特定的邏輯功能，屬于輔助繼電器，亦稱邏輯繼電器。第四節(jié)常用的保護繼電器21

繼電器按組成元件分：電磁式、感應式、晶體管式、微機式保護繼電器按反應的物理量分：電流繼電器、電壓繼電器、功率繼電器、瓦斯（氣體）繼電器等。保護繼電器按其反應的物理量數(shù)量變化分：過量繼電器和欠量繼電器，例如過電流繼電器、欠電壓繼電器等。保護繼電器按其在保護裝置中的用途分：啟動繼電器、時間繼電器、信號繼電器、中間（出口）繼電器等。22定時限過流保護QFQFYR-BC+BC+BC+BS+BC-BC-BC1KA2KAKTKSKMTAaTAc去信號I>I>2324

保護繼電器型號的表示和含義如下：□□-□□/□□

動作原理代號派生產(chǎn)品代號主要功能代號主要規(guī)格代號設(shè)計序號產(chǎn)品特征或改進代號(1)動作原理代號：D-電磁式；G-感應式；L-整流式；B-半導體式；W-微機式。

(2)主要功能代號：L-電流；Y-電壓；S-時間；X-信號；Z-中間；C-沖擊；CD-差動。

(3)產(chǎn)品特征或改進代號：用阿拉伯數(shù)字或字母A、B、C等表示。

(4)派生產(chǎn)品代號：C-可長期通電；X-帶信號牌；Z-帶指針；TH-濕熱帶用。

(5)設(shè)計序號和規(guī)格代號：用阿拉伯數(shù)字表示。下面分別介紹工廠供電系統(tǒng)中常用的幾種機電型保護繼電器。25圖6-6DL-10系列電磁式電流繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1-線圈2-電磁鐵3-鋼舌片4-靜觸點5-動觸點6-啟動電流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)桿7-標度盤(銘牌)8-軸承9-反作用彈簧10-軸

二.電磁式繼電器電磁式電流繼電器和電壓繼電器在繼電保護裝置中均為啟動元件，屬測量繼電器類。電流繼電器的文字符號為KA，電壓繼電器的文字符號為KV。

(一)電磁式電流繼電器工廠供電系統(tǒng)中常用的DL-10系列電磁式電流繼電器的基本結(jié)構(gòu)如圖6-6所示，其內(nèi)部接線和圖形符號如圖6-7所示。這種電流繼電器的動作極為迅速，可認為是瞬時動作的，因此它是一種瞬時繼電器。26電流繼電器27

圖6-7DL-10系列電磁式電流繼電器的內(nèi)部接線和圖形符號

a)DL-11型b)DL-12型c)DL-13型

d)集中表示的圖形e)分開表示的圖形28

過電流繼電器線圈中的使繼電器動作的最小電流，稱為繼電器的動作電流，用Iop表示。過電流繼電器動作后，減小其線圈電流到一定值時，鋼舌片在彈簧作用下返回起始位置。使過電流繼電器由動作狀態(tài)返回到起始位置的最大電流，稱為繼電器的返回電流，用Ire

表示。繼電器的返回電流與動作電流的比值，稱為繼電器的返回系數(shù)，用Kre表示，即(6-23)

對于過量繼電器（例如過電流繼電器），Kre總小于1，一般為0.8。Kre越接近于1，說明繼電器越靈敏。如果過電流繼電器的Kre過低時，還可能使保護裝置發(fā)生誤動作，這將在后面講述過電流保護的電流整定要求時進一步說明。

29(二)電磁式電壓繼電器供電系統(tǒng)中常用的電磁式電壓繼電器的結(jié)構(gòu)和動作原理，與上述電磁式電流繼電器基本相同，只是電壓繼電器的線圈為電壓線圈，且多作成低電壓（欠電壓）繼電器。低電壓繼電器的動作電壓Uop，為其線圈上的使繼電器動作的最高電壓；其返回電壓Ure

，為其線圈上的使繼電器由動作狀態(tài)返回到起始位置的最低電壓。低電壓繼電器的返回系數(shù)為Kre：(6-24)

Kre值越接近于1，說明繼電器越靈敏。低電壓繼電器的Kre

一般為1.25。30電壓繼電器31

三.電磁式時間繼電器電磁式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）。它屬于機電式有或無繼電器。時間繼電器的文字符號為KT。供電系統(tǒng)中DS-110、120系列電磁式時間繼電器的基本結(jié)構(gòu)如圖6-8所示，其內(nèi)部接線和圖形符號如圖6-9所示。DS-110系列用于直流，DS-120系列用于交流。圖6-8時間繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1-線圈2-電磁鐵3-可動鐵心4-返回彈簧5、6-瞬時靜觸點7-絕緣件8-瞬時動觸點9-壓桿10-平衡錘11-擺動卡板12-扇形齒輪13-傳動齒輪14-主動觸點15-主靜觸點16-動作時限標度盤17-拉引彈簧18-彈簧拉力調(diào)節(jié)器19-摩擦離合器

20-主齒輪21-小齒輪22-掣輪23、24-鐘表機構(gòu)傳動齒輪32時間繼電器33

圖6-9DS-110、120系列時間繼電器的內(nèi)部接線和圖形符號

a)DS-111、112、113、121、122、123型

b)DS-111C、112C、113C型

c)DS-115、116、125、126型

d)時間繼電器的緩吸線圈及延時閉合觸點

e)時間繼電器的緩放線圈及延時斷開觸點34功率方向繼電器35母線差動繼電器36信號繼電器37中間繼電器38差動繼電器39瓦斯繼電器40第五節(jié)高壓線路的繼電保護一、電流保護裝置的接線形式常用接線形式：完全星形接線、不完全星形接線、兩相電流差接線特點：可以反映各種類型故障各類型故障下接線系統(tǒng)Kkx均為1使用設(shè)備較多主要用于中性點直接接地系統(tǒng)中，作為相間短路和單相接地保護41不完全星形接線特點：有反應相間故障的能力，但對沒有裝設(shè)電流互感器的一相發(fā)生接地短路時，保護不動作接線系數(shù)Kkx=1所用設(shè)備較少，主要用于小電流接地系統(tǒng)（中性點不接地或經(jīng)阻抗接地系統(tǒng)）4243圖6-21兩相一繼電器式接線不同相間短路的相量分析a)三相短路b)A、C兩相短路c)A、B兩相短路d)B、C兩相短路44兩相電流差接線特點：能反應各種相間短路但不能保護全部的單相短路對不同的相間短路接線系數(shù)Kkx不同正常和三相短路時，Kkx=√3U、V或V、W兩相短路，Kkx=1U、W兩相短路，Kkx=2V相接地短路時，電流繼電器無流過，不動作只能做相間短路保護，接線簡單，設(shè)備少，靈敏度低，主要作為電動機或不太重要的10kV及以下線路過流保護451、保護動作原理與整定計算：①定義：對于僅反應于電流增大而瞬時動作電流保護，稱為電流速斷保護。②對速斷保護的期望和要求速動性好保護本線路全長（靈敏性：全線速動，最理想效果）；下條線路出口短路時保護不動作（選擇性：基本要求，必須滿足）二、電流速斷保護（電流Ⅰ段）46單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)電流速斷保護工作原理圖

如圖所示的單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)，為切除故障線路，需在每條線路的電源側(cè)裝設(shè)斷路器和相應的保護裝置，即無時限電流速斷保護分別裝設(shè)在線路L1、L2、L3的電源側(cè)(也稱為線路的首端)。47注意：期望無法同時得到滿足，存在矛盾解決方法：優(yōu)先保證選擇性。即：下一條線路出口短路時不啟動，又稱按躲開下一條線路出口短路電流的條件整定或者以快速切除故障為首要條件時，可以采用無選擇速斷保護，再以自動重合閘提高供電可靠性。48

當線路上任一點發(fā)生三相短路時，通過被保護元件(即線路)的電流為式中ES——系統(tǒng)等效電源的相電勢，也可以是母線上的電壓；ZS——保護安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗，即系統(tǒng)阻抗；Z1——線路單位長度的正序阻抗，單位為Ω/km；Lk——短路點至保護安裝處之間的距離。③電流速斷保護整定計算49

最大運行方式：當系統(tǒng)阻抗最小時，流經(jīng)被保護元件短路電流最大的運行方式稱為最大運行方式。如圖曲線1表示系統(tǒng)在最大運行方式下短路點沿線路移動時三相短路電流的變化曲線。在最大運行方式下，發(fā)生三相短路時通過被保護元件的電流最大，即最大短路電流為：50

最小運行方式:短路時系統(tǒng)阻抗最大，流經(jīng)被保護元件短路電流最小的運行方式稱為最小運行方式。如圖：曲線2表示系統(tǒng)在最小運行方式下短路點沿線路移動時最小短路電流的變化曲線在最小運行方式下，發(fā)生兩相短路時通過被保護元件的電流最小，即最小短路電流為：5152為了實現(xiàn)速斷保護的選擇性，動作電流按躲過本線路末端短路時的最大短路短路整定，即最大運行方式下三相短路條件下（短路情況最嚴重），保護1動作電流：同理：532靈敏性校驗（保護范圍）電流速斷保護的靈敏系數(shù)通常用保護范圍來衡量，保護范圍越長，表明保護越靈敏。保護范圍通常用線路全長的百分數(shù)表示，一般要求最大保護范圍≥50%，最小保護范圍≥15%。電流速斷保護單相原理接線其中增加ZJ的原因：增大觸點容量（ZJ繼電器的觸點容量大）躲過管型避雷器放電時間（相當于瞬時接地短路）

0.04～0.06s避雷器放電時間

0.06～0.08sZJ動作時間（選擇）574速斷保護評價僅靠動作電流值來保證其選擇性動作迅速，故稱速斷保護（速動性）接線簡單可靠（可靠性）不能保護線路全長，并且保護范圍受系統(tǒng)運行方式變化的影響（靈敏性）58三、限時電流速斷保護（電流Ⅱ段）：1定義：由于電流速斷保護不能保護本線路全長，為了切除本線路速斷保護范圍外的故障，并作為作為速斷保護的后備，需增加一段新的保護，因該保護動作帶有延時，故稱限時電流速斷保護。2對速斷保護的期望和要求任何情況下能保護線路全長，并具有足夠的靈敏性；在滿足上述要求的前提下，力求動作時限最小。593限時電流速斷保護整定計算為保證選擇性及最小動作時限，首先考慮其保護范圍不超出下一條線路第Ⅰ段的保護范圍,動作時限高出下一條線路Ⅰ段保護Δt。即整定值與相鄰線路第Ⅰ段配合。6061動作電流整定假設(shè)保護2裝有電流速斷保護，其動作電流整定為保護1限時電流速斷保護的動作電流應整定為62動作時限的整定靈敏性校驗為了能夠保護本線路的全長，限時電流速斷保護在系統(tǒng)最小運行方式下線路末端發(fā)生兩相短路時，應具有足夠的靈敏性，一般用靈敏系數(shù)來校驗，即規(guī)程規(guī)定原理接線655限時電流速斷保護的特點：限時電流速斷保護的保護范圍大于本線路全長依靠動作電流值和動作時間共同保證其選擇性與第Ⅰ段共同構(gòu)成被保護線路的主保護，兼作第Ⅰ段的后備保護。能夠保護線路全長，并且保護范圍受系統(tǒng)運行方式變化的影響。66四、定時限過電流速斷保護（電流Ⅲ段）：原理：是指動作電流按照躲開最大負荷電流來整定的保護裝置。當電網(wǎng)發(fā)生短路時，則能反應于電流的增大而動作。由于短路電流一般比最大負荷電流大得多，所以保護的靈敏性較高，不僅能保護本線路的全長，作本線路的近后備保護，而且還能保護相鄰線路全長，作相鄰線路的遠后備保護。672.定時限過電流速斷保護整定計算對定時限過電流速斷保護的期望和要求：保護本線路全長，作為本線路主保護的近后備保護相鄰線路全長，作為下一線路主保護的遠后備。動作電流整定應滿足兩個條件：過電流保護的動作電流應大于該線路上可能出現(xiàn)且通過保護裝置的最大負荷電流；在外部故障切除后電壓恢復時負荷自啟動電流作用下保護裝置必須能夠可靠返回，即返回電流應大于負荷自啟動電流。68對于QF1處過電流保護，有：返回電流動作電流69動作時限的整定70靈敏性校驗過電流保護的靈敏系數(shù)校驗類似于限時電流速斷保護，即原理接線724定時限過電流保護評價第Ⅲ段的IdZ比第Ⅰ、Ⅱ段的IdZ小得多，其靈敏度比第Ⅰ、Ⅱ段更高；保護范圍是本線路和相鄰下一線路全長；電網(wǎng)末端第Ⅲ段的動作時間可以是保護中所有元件的固有動作時間之和（可瞬時動作），故可不設(shè)電流速斷保護；越接近電源，tⅢ越長，應設(shè)三段式保護。73

五、三段式電流保護裝置1.階段式電流保護的構(gòu)成與配合為保證迅速、可靠而有選擇性地切除故障，可將電流速斷保護（電流Ⅰ段）限時電流速斷保護（電流Ⅱ段）定時限過電流速斷保護（電流Ⅲ段），根據(jù)需要組合在一起構(gòu)成一整套保護，稱為三段式電流保護。具體應用時，可以采用電流速斷保護加定時限過電流保護，或限時電流速斷保護加定時限過電流保護，也可以三者同時采用。74階段式電流保護的配合說明圖三段式電流保護單相接線圖Ⅰ段Ⅱ段Ⅲ段保護范圍本線路一部分本線路全部到相鄰線路靈敏度最低次之最高作用主保護主保護后備保護動作時間00.5～1st下max+0.5s選擇性保證整定電流整定電流與時間時間整定電流運行方式大、尤其是短線路考慮下一線路為短線路長距離重負荷線路低（最小短路電流小、而整定電流大）靈敏度降低三段式電流保護的特點772三段式電流保護的評價對繼電保護的評價，主要是從選擇性、速動性、靈敏性和可靠性四個方面出發(fā)，看其是否滿足電力系統(tǒng)安全運行的要求，是否符合有關(guān)規(guī)程的規(guī)定。1)選擇性在單測電源輻射網(wǎng)中，有較好的選擇性，但在多電源或單電源環(huán)網(wǎng)等復雜網(wǎng)絡中可能無法保證選擇性。2)速動性電流速斷保護以保護固有動作時限動作于跳閘；限時電流速斷保護動作時限一般在0.5s以內(nèi)，因而動作迅速是這兩種保護的優(yōu)點。過電流保護動作時限較長，特別是靠近電源側(cè)的保護動作時限可能長達幾秒，這是過電流保護的主要缺點。783)靈敏性受系統(tǒng)運行方式影響大、靈敏性差是三段式電流保護的主要缺點。例：第Ⅰ段：運行方式變化較大且線路較短，可能失去保護范圍；第Ⅲ段：長線路重負荷，靈敏性不滿足要求。4)可靠性由于三段式電流保護中繼電器簡單，數(shù)量少，接線、調(diào)試和整定計算都較簡便，不易出錯，因此可靠性較高。應用

35KV及以下單電源輻射性電網(wǎng)

特殊情況可不必設(shè)全部三段:線路變壓器組——Ⅰ段、Ⅲ段

因為：Ⅰ段可以保護線路全長短線路上——Ⅱ段、Ⅲ段或縱差保護因為：Ⅰ段靈敏度太小，沒有實際意義在線路的次末端——Ⅰ段、Ⅲ段因為：Ⅲ段保護的整定時間較短接線舉例:

(1)完全星形接線(2)不完全星形接線討論完全星形各種故障情況下各繼電器的動作情況

(a)ABC-I(b)ABC-II(c)AB-I(d)AB-II(e)AB-III(f)BC-I(g)BC-II(h)BC-III(i)CA-I(j)CA-II(k)CA-III(2)不完全星形接線討論不完全星形各種故障情況下各繼電器的動作情況

(a)ABC-I(b)ABC-II(c)AB-I(d)AB-II(e)AB-III(f)BC-I(g)BC-II(h)BC-III(i)CA-I(j)CA-II(k)CA-III兩種接線方式的分析相間短路對大電流接地系統(tǒng)完全星形可以反應：

三相短路、兩相短路、兩相短路接地、接地故障不完全星形可以反應：三相短路、兩相短路、兩相短路接地、A相或C相接地故障；但不能反應B相接地故障。所以：110KV及以上系統(tǒng)要采用完全星形接線。小電流接地系統(tǒng)的相間短路故障完全星形和不完全星形都可以發(fā)反應。不同線路兩點接地情況分析（小電流接地系統(tǒng)）(a)串行線路完全星形：100％有選擇正確動作（靠三段式保護的選擇性）。不完全星形：2/3機率正確、1/3機率不正確（保護1、2滿足選擇性）

故障相L1\L2ABCA

＊切除L1

切除L2B

切除L2＊

切除L2C

切除L2

切除L1＊正確的應為切除線路L2原理圖

交流回路展開圖直流回路展開圖112第六節(jié)變壓器保護1概述2變壓器瓦斯保護3變壓器電流速斷保護4變壓器縱聯(lián)差動保護5變壓器相間短路的后備保護1136.1概述1.變壓器的故障：油箱內(nèi)部故障：各相繞組之間的相間短路單相繞組部分線匝之間的匝間短路單相繞組或引出線通過外殼發(fā)生的單相接地故障引出線的相間短路保護設(shè)置：

1采用氣體（瓦斯）保護，瞬時作用于信號或跳閘；

2采用差動保護或電流速斷保護，瞬時作用于跳閘。第六節(jié)變壓器保護114油箱外部故障：引出線的相間短路絕緣套管閃絡或破壞造成引出線通過外殼發(fā)生的單相接地短路保護設(shè)置：

1采用差動保護或電流速斷保護，瞬時作用于跳閘；

2過電流保護，作為內(nèi)部保護的后備保護，帶時限作用跳閘

3過負荷保護，作用于信號（變壓器有可能過載時裝設(shè)）；

4溫度信號，監(jiān)視變壓器溫度升高和油冷卻系統(tǒng)故障，作用于信號。1152變壓器不正常工作狀態(tài)：外部短路或過負荷引起的過電流油箱漏油造成油面降低變壓器中性點電壓升高外加電壓過高或頻率降低引起過勵磁等1163.變壓器保護裝設(shè)原則變壓器應設(shè)保護：（1）瓦斯保護：用于反應變壓器油箱內(nèi)部的各種故障。（容量800kVA及以上油浸變壓器和容量400kVA的室內(nèi)油浸變壓器均應裝設(shè)作為變壓器內(nèi)部故障主保護）（2）縱聯(lián)差動保護或電流速斷保護：差動保護（容量≥6300kVA并列運行的變壓器，或≥10000kVA單獨運行的變壓器，以及上述安裝過流速斷保護靈敏度不合格的變壓器）電流速斷保護（容量≤6300kVA并列運行的變壓器，或≤10000kVA單獨運行的變壓器，過流保護動作時間大于0.5s）.

上述保護動作后，均應跳開變壓器各電源側(cè)的斷路器。117(3)外部相間短路時的保護反應變壓器外部相間短路并作為瓦斯保護和縱差保護(或電流速斷保護)后備的過電流保護、低電壓啟動的過電流保護、復合電壓啟動的過電流保護。過電流保護宜用于降壓變壓器，保護裝置的整定值應考慮事故狀態(tài)下可能出現(xiàn)的過負荷電流。復合電壓啟動的過電流保護，宜用于升壓變壓器、系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器和過電流保護不滿足靈敏性要求的降壓變壓器。（4）零序電流保護：防御大接地電流系統(tǒng)中變壓器外部接地短路（5）過負荷保護：防御變壓器對稱過負荷（6）過勵磁保護：防御變壓器過勵磁118（1）瓦斯保護防御變壓器油箱內(nèi)各種短路故障和油面降低重瓦斯跳閘輕瓦斯信號對800kVA及以上油浸式變壓器和400kVA及以上車間內(nèi)油浸式變壓器，均應裝設(shè)瓦斯保護。119瓦斯保護原理

油箱內(nèi)部發(fā)生故障（包括匝間短路、經(jīng)電阻的接地等輕微故障）→故障點電流、電弧→變壓器油及其它絕緣材料受熱分解→產(chǎn)生氣體→流向油枕的上部。當故障嚴重時變壓器油迅速膨脹產(chǎn)生大量的氣體，氣體夾雜著油流沖向油枕的上部。反映上述氣體或油流而動作的保護———瓦斯保護1、氣體與油的混合物——重（嚴重故障）反應油流速度跳閘2、氣體與油的混合物——輕（不正常or少數(shù)匝間）氣體體積發(fā)信號120輕瓦斯：反應油面降低，匝數(shù)很少的匝間故障重瓦斯：嚴重故障跳閘特點：內(nèi)部保護之一，反應油箱內(nèi)部故障H2：潮氣CO、CO2：固體絕緣材料分解C2H2：放電故障

CH4、C2H4：過熱性通過瓦斯氣體分析，診斷變壓器潛伏性故障121（2）縱差保護或電流速斷保護：防御變壓器繞組和引出線的多相短路、大接地電流系統(tǒng)側(cè)繞組和引出線的單相接地短路及繞組匝間短路對6.3MVA及以上并列運行的變壓器和10MVA單獨運行的變壓器以及6.3MVA以上廠用變壓器應裝設(shè)縱差保護。1226.2

變壓器瓦斯保護1定義：當變壓器內(nèi)部故障時，由于故障點電流和電弧的作用，使得變壓器油及其他絕緣材料因局部受熱而分解產(chǎn)生氣體，因氣體比較輕，因而從油箱流向油枕的上部。當故障嚴重時，油會迅速膨脹并產(chǎn)生大量氣體，此時將有大量的氣體夾雜著油流沖向油枕的上部。利用變壓器內(nèi)部故障時的這一特點構(gòu)成的保護裝置稱為瓦斯保護。1232

瓦斯保護動作原理氣體繼電器安裝示意圖1—瓦斯繼電器；2—油枕；3—變壓器頂蓋；4—連接管124圖6-43FJ1-80型瓦斯繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖1-蓋板2-容器3-上油杯4-永久磁鐵5-上動觸點6-上靜觸點7-下油杯8-永久磁鐵9-下動觸點10-下靜觸點11-支架12-下油杯平衡錘13-下油杯轉(zhuǎn)軸14-擋板15-上油杯平衡錘16-上油杯轉(zhuǎn)軸17-放氣閥18-接線盒（內(nèi)接線端子）125

在電力變壓器正常運行時，瓦斯繼電器的容器內(nèi)包括其中的上下開口油杯，都是充滿油的；而上下油杯因各自平衡錘的作用而升起，如圖6-44a所示。此時上下兩對觸點都是斷開的。圖6-44瓦斯繼電器動作說明a)正常狀態(tài)b)輕瓦斯動作c)重瓦斯動作d)嚴重漏油時1-上開口油杯2-下開口油杯126“電力負荷”在不同的場合可以有不同的含義，它可以指用電設(shè)備或用電單位，也可以指用電設(shè)備或用電單位的功率或電流的大小。

3瓦斯保護接線1274瓦斯保護評價如果變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重漏油或匝數(shù)很少的匝間短路、鐵芯局部燒損、線圈斷線、絕緣劣化和油面下降等故障時，往往縱差保護等其他保護均不能動作，而瓦斯保護卻能夠動作。因此，瓦斯保護是變壓器內(nèi)部故障最有效的一種主保護；瓦斯保護能反應油箱內(nèi)各種故障，且動作迅速、靈敏性高、接線簡單；不能反應油箱外的引出線和套管上的故障。故不能作為變壓器唯一的主保護，須與縱差保護配合共同作為變壓器的主保護。128

瓦斯保護不能保護變壓器外部故障，故對于較小容量變壓器，可在變壓器電源側(cè)加裝電流速斷保護，作為變壓器電源側(cè)主保護。并用過流保護作為變壓器內(nèi)部故障的后備保護。6.3變壓器電流速斷保護129接線原理圖130動作電流的整定電流速斷保護的動作電流，按照躲過變壓器二次出口的最大短路電流來整定。即：

Iop=Krel*Is2.max（3）

還應躲過變壓器空載投入時的勵磁電流涌流。經(jīng)驗表明，一般動作電流應大于變壓器額定電流的3~5倍。131靈敏度校驗變壓器電流速斷保護的靈敏度系數(shù)：K=Is1.min(2)/Iop≥2即以電流互感器安裝處（變壓器一次側(cè)）的最小運行方式下的兩相短路電流進行靈敏度校驗。132電流速斷保護的評價優(yōu)點是接線簡單，動作迅速。缺點：動作電流按躲開二次側(cè)的最大短路電流整定，所以僅能保護變壓器繞組的一部分。其余部分繞組及非電源側(cè)套管及引出線側(cè)不能保護，必須由過電流保護來完成。這對大容量變壓器是不允許的。133圖6-35電力變壓器定時限過電流保護、電流速斷保護和過負荷保護綜合電路圖134變壓器縱差保護主要是用來反應變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路故障，是變壓器的主保護。6.4變壓器的縱差保護135正常運行或外部故障時，差動繼電器中的電流等于兩側(cè)電流互感器的二次電流之差，欲使這種情況下流過繼電器的電流基本為零，則應恰當選擇兩側(cè)電流互感器的變比。1保護原理和不平衡電流136若上述條件滿足，則當正常運行或外部故障時，流入差動繼電器的電流為：

當變壓器內(nèi)部故障時，流入差動繼電器的電流為137但是，在實際運行過程中，不論正常運行還是外部故障，差動繼電器內(nèi)都有某些電流流入，稱之為不平衡電流。下面分析不平衡電流產(chǎn)生原因及克服方法：1)由電力變壓器兩側(cè)電流互感器變流比選擇而引起的不平衡電流及其消除措施由于電力變壓器的變壓比和電流互感器的變流比各有標準，因此不太可能使之完全配合恰當，從而不太可能使差動保護兩邊的電流完全相等，這就必然在差動保護回路中產(chǎn)生不平衡電流。為消除這一不平衡電流，可在互感器二次回路中接入自耦電流互感器來進行平衡，或者利用速飽和電流互感器中的或差動繼電器中的平衡線圈來實現(xiàn)平衡，消除不平衡電流。1382)變壓器的勵磁涌流由于電力變壓器在空載投入時產(chǎn)生的勵磁涌流只通過變壓器一次繞組，而二次繞組因開路而無電流，從而在差動回路中產(chǎn)生相當大的不平衡電流。這可以通過在差動保護回路中接入速飽和電流互感器，而繼電器則接在速飽和電流互感器的二次側(cè)，以減小勵磁涌流對差動保護的影響。1393)變壓器各側(cè)電流相位不同引起的不平衡電流工廠總降壓變電所的主變壓器通常采用Yd11聯(lián)結(jié)組，這就造成變壓器兩側(cè)電流有30°的相位差。因此，雖然可通過恰當選擇變壓器兩側(cè)電流互感器的變流比使互感器二次電流相等，但由于變壓器兩側(cè)電流之間存在30°電位差，從而在差動回路中仍然有相當大的不平衡電流為互感器二次電流。為了消除差動回路中的這一不平衡電流，因此將裝設(shè)在變壓器星形聯(lián)結(jié)一側(cè)的電流互感器接成三角形聯(lián)結(jié)，而將裝設(shè)在變壓器三角形聯(lián)結(jié)一側(cè)的電流互感器接成星形聯(lián)結(jié)，如圖6-41a所示。由圖6-41b所示相量圖可知，如此連接進行相位差的相互補償后，即可消除差動回路中因變壓器兩側(cè)電流相位不同所引起的不平衡電流。1403)變壓器各側(cè)電流相位不同引起的不平衡電流1412縱差保護的整定計算1)縱差保護動作電流的整定原則躲過電流互感器二次回路斷線時引起的差動電流變壓器某側(cè)電流互感器二次回路斷線時，另一側(cè)電流互感器的二次電流全部流入差動繼電器中，此時引起保護誤動動作電流必須大于正常運行情況下變壓器的最大負荷電流（可取變壓器I1NT的1.2~1.3倍），即當負荷電流不能確定時，可采用變壓器的額定電流，可靠系數(shù)一般取1.3。142躲過保護范圍外部短路時的最大不平衡電流143躲過變壓器的最大勵磁涌流

Krel：1.3~1.5。按上面三個條件計算縱差保護的動作電流，選取最大值作為保護的整定值。所有電流都是折算到電流互感器的二次值。1442)縱差保