《城市軌道交通繼電保護》教學課件合集

《城市軌道交通繼電保護》?精品課件合集第1章緒論1.1繼電保護的基本知識1.2繼電保護的原理與分類1.3對繼電保護裝置的基本要求1.4繼電保護的發(fā)展1.1繼電保護的基本知識一、短路故障電力系統(tǒng)是由發(fā)電機、變壓器、輸電線路及許多電氣設(shè)備組成的龐大而復雜的網(wǎng)絡(luò)。一方面要經(jīng)常受到自然環(huán)境的影響，例如冰雪、風雨、雷電、飛鳥等自然環(huán)境的影響；另一方面，這些設(shè)備在制造、安裝和檢修過程中，難免遺留下某些隱患，以及在運行過程中絕緣老化，值班人員誤操作等。電力系統(tǒng)可能發(fā)生各種故障和出現(xiàn)不正常運行狀態(tài)。下一頁返回1.1繼電保護的基本知識電力系統(tǒng)發(fā)生故障是指由于系統(tǒng)中某一元件的正常運行狀態(tài)遭到破壞而無法正常供電的一種特殊狀況。最常見也是最危險的故障是各種形式的短路故障，其中包括三相短路、兩相短路、兩相接地短路、不同地點的兩點接地短路、單相接地短路以及電機和變壓器繞組的匝間短路等。除了短路故障外，還可能發(fā)生輸電線路的斷線故障，或在不同地點同時發(fā)生上述某幾種故障的復故障。上一頁下一頁返回1.1繼電保護的基本知識短路故障將會引起下列嚴重后果：（1）短路點通過很大的短路電流，此電流形成的電弧有可能燒毀發(fā)生故障的元件；（2）短路電流通過其它非故障元件時，產(chǎn)生很大的熱量和電動力，使這些元件的使用壽命縮短或損壞；（3）電力系統(tǒng)發(fā)生故障處附近的電壓急劇下降，影響用戶的正常用電；（4）使電力系統(tǒng)各發(fā)電廠之間并聯(lián)運行的穩(wěn)定性受到破壞，引起系統(tǒng)振蕩，甚至可能使整個電力系統(tǒng)解列。上一頁下一頁返回1.1繼電保護的基本知識電力系統(tǒng)出現(xiàn)不正常運行狀態(tài)，是指系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞，但未發(fā)展成為故障時的情況。最常見的不正常運行狀態(tài)是過負荷運行。電氣設(shè)備長期過負荷運行，會加速設(shè)備的絕緣老化，或者損壞設(shè)備，嚴重時還可能發(fā)展成為故障。此外，系統(tǒng)的振蕩、低頻率運行等也屬于不正常運行狀態(tài)。電力系統(tǒng)中的故障和不正常運行狀態(tài)都可能引起系統(tǒng)事故。所謂系統(tǒng)故障，是指系統(tǒng)的全部或部分的正常運行狀態(tài)遭到破壞，并由此造成對用戶的供電中斷，或供電質(zhì)量變到不能容許的程度，甚至造成人身傷亡或設(shè)備損壞等。一旦發(fā)生故障，應(yīng)立即迅速切除故障元件。切除故障元件的時間，常常要求小到十分之幾秒，甚至百分之幾秒。目前普遍利用繼電保護裝置來完成這個任務(wù)。上一頁下一頁返回1.1繼電保護的基本知識二、繼電保護的概念及任務(wù)“繼電”，是指電路的相互更替和延續(xù)，利用電路的這種相互更替和延續(xù)而構(gòu)成的電力系統(tǒng)的保護措施稱為繼電保護。繼電保護裝置是指能夠反應(yīng)電力系統(tǒng)元件故障和不正常運行狀態(tài)，并能使斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。上一頁下一頁返回1.1繼電保護的基本知識作用：（1）當被保護元件發(fā)生故障時，能自動、迅速而有選擇地借助斷路器將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，以保證系統(tǒng)的其它元件正常運行，并使故障元件免于繼續(xù)遭受損壞。（2）反應(yīng)電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護的條件（如有無經(jīng)常值班人員），而動作于發(fā)出信號、減負荷或跳閘。（3）與自動重合閘配合，恢復由于瞬時自消性故障引起的保護動作跳閘，迅速恢復供電，提高供電可靠性。上一頁下一頁返回1.1繼電保護的基本知識三、繼電保護裝置維護的基本知識（1）物理環(huán)境①防止機械性撞擊。②儲存/工作于合適的環(huán)境溫度或濕度中。③使用過程中要安裝固定牢靠，接線完整、牢靠。（2）整定及校驗①根據(jù)供電系統(tǒng)情況，計算機保護整定值，選擇合適的繼電保護裝置。②根據(jù)產(chǎn)品使用說明書及注意事項，正確整定。③根據(jù)繼電保護試驗的相關(guān)規(guī)程，定期對保護裝置實行校驗。④做好事故后繼電保護裝置的校驗工作。上一頁下一頁返回1.1繼電保護的基本知識四、繼電保護裝置維護的相關(guān)規(guī)程最重要的是國標《GB14285-1993繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》。該規(guī)程規(guī)定了電力系統(tǒng)繼電保護和安全自動裝置的科研、設(shè)計、制造、施工及運行相關(guān)部門共同遵守的基本原則。它適用于3kV及以上電力系統(tǒng)中電力設(shè)備和線路的繼電保護和安全自動裝置，是相關(guān)部門共同遵守的技術(shù)規(guī)程。上一頁下一頁返回1.1繼電保護的基本知識五、城軌供電系統(tǒng)繼電保護作用城市軌道交通供電系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的組成部分，為城市軌道交通列車提供牽引電能，為城市軌道交通車站提供動力照明電能。當系統(tǒng)中某個設(shè)備或者某條線路由于某種原因發(fā)生短路時，可能會對短路點附近的電氣設(shè)備造成不能恢復的破壞，對非近端電氣設(shè)備同樣有損壞。城軌供電系統(tǒng)繼電保護不僅具有快速解除短路故障危害的性能，還具有對各種故障隱患進行預防和識別的能力，是確保供電系統(tǒng)能夠正常運營的重要措施，在城市軌道交通供電系統(tǒng)中占據(jù)著舉足輕重的地位。上一頁下一頁返回1.2繼電保護的原理與分類1.2.1繼電保護的原理為了完成繼電保護裝置的任務(wù)，繼電保護裝置必須做到：（1）能正確區(qū)分被保護元件的工作狀態(tài)；（2）能正確識別是保護區(qū)內(nèi)故障，還是保護區(qū)外故障。故保護裝置需要對電力系統(tǒng)發(fā)生故障前后電氣物理量的特征變化進行識別。

準確識別被保護設(shè)備的電氣量在故障前后的突變信息，是構(gòu)成繼電保護裝置的基本原理。上一頁下一頁返回1.2繼電保護的原理與分類電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，工頻電氣量變化的主要特征如下：（1）電流增大。（2）電壓降低。（3）電流與電壓之間的相位角改變。正常時為功率因數(shù)角，一般約為20°；三相短路時為線路的阻抗角決定的，一般為60°～85°，而在保護反方向三相短路時，電流與電壓之間的相位角則是180°+（60°～85°）。（4）測量阻抗發(fā)生變化。正常運行時測量阻抗為負荷阻抗；金屬性短路時測量阻抗為線路阻抗。故障后測量阻抗顯著減小，而阻抗角增大。不對稱短路時，出現(xiàn)負序分量，如兩相及單相接地短路時，出現(xiàn)負序電流和負序電壓；單相接地時，出現(xiàn)負序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常運行時是不出現(xiàn)的。上一頁下一頁返回1.2繼電保護的原理與分類繼電保護就是以這些變化的物理量為基礎(chǔ)，及時反應(yīng)電力系統(tǒng)故障，根據(jù)反應(yīng)物理量的不同，可構(gòu)成以下各種不同類型的繼電保護：（1）反應(yīng)電流變化，如電流速斷、定時限過流、反時限過流及零序電流保護等。（2）反應(yīng)電壓改變，如低電壓保護和過電壓保護。（3）既反應(yīng)電流又反應(yīng)電流、電壓間相位變化，如方向過流保護。（4）反應(yīng)電壓與電流的比值，即反應(yīng)故障點至保護安裝處阻抗，如距離保護。（5）反應(yīng)輸入電流、輸出電流差，如差動保護。上一頁下一頁返回1.2繼電保護的原理與分類圖1-1所示為牽引變電所27.5kV饋線過電流保護原理圖。其中：QF-斷路器主閘刀

TA-電流互感器

KA-電流繼電器KT-時間繼電器KS-信號繼電器

QF1-斷路器輔助接點

YT-斷路器分閘線圈上一頁下一頁返回圖1-127.5kV饋線過電流保護原理圖1.2繼電保護的原理與分類當一次電路發(fā)生電路故障時，饋線電流增大，TA的二次電流也隨之增大。當二次電流增大至KA的整定動作值時，KA動作，其常開觸點閉合，接通了KT線圈的直流回路，其帶時限的常開觸點延時閉合，使直流電源的正極經(jīng)KT的常開觸點、KS的線圈、斷路器的常開輔助觸點QF1、分閘線圈YT與直流電源的負極接通，分閘線圈YT受電，斷路器QF操作機構(gòu)動作，使斷路器跳閘，自動切除故障線路。同時，信號繼電器KS受電動作，其觸點轉(zhuǎn)換，發(fā)出分閘信號。下一頁返回1.2繼電保護的原理與分類1.2.2繼電保護裝置的構(gòu)成圖1-2繼電保護的系統(tǒng)組成框圖各種類型的繼電保護，在組成上一般都具有測量部分、邏輯部分及執(zhí)行部分等三部分。上一頁下一頁返回1.2繼電保護的原理與分類（1）測量部分。對被保護對象工作狀態(tài)的一個或幾個物理量的采集工作，并將采集結(jié)果與保護整定相比較，比較結(jié)果將用于下一步的邏輯運算。給出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0”或“1”性質(zhì)的一組邏輯信號，從而判斷保護是否應(yīng)該啟動。（2）邏輯部分。根據(jù)測量與整定的比較結(jié)果，由邏輯作出判斷，以決定保護裝置采取何種反應(yīng)。使保護裝置按一定的邏輯關(guān)系工作，最后確定是否應(yīng)該使斷路器跳閘或發(fā)出信號，并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行部分。（3）執(zhí)行部分。執(zhí)行邏輯運算做出的決定，將邏輯運算結(jié)果通過電氣執(zhí)行回路完成報警、跳閘或保持不動作。如故障時，動作于跳閘；不正常運行時，發(fā)出信號；正常運行時，不動作等。上一頁下一頁返回1.2繼電保護的原理與分類1.2.3繼電保護的分類（1）根據(jù)被保護對象不同分為發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)備的繼電保護和輸電線路的繼電保護。前者為元件保護，后者指線路保護。（2）根據(jù)保護反應(yīng)物理量的不同，分為電流保護、電壓保護、距離保護、差動保護和瓦斯保護等。（3）根據(jù)保護裝置組成元件不同分為感應(yīng)型、電磁型、晶體管型、集成電路型及微機型保護裝置等。（4）按作用不同分為主保護、后備保護和輔助保護。輔助保護是指為補充主保護和后備保護的不足而增設(shè)的簡單保護。（5）按操作電源性質(zhì)的不同分為直流操作電源保護和交流操作電源保護。上一頁下一頁返回1.3對繼電保護裝置的基本要求1.3.1選擇性選擇性有兩層含義：一是當電力系統(tǒng)某一元件發(fā)生故障時，電力系統(tǒng)中很大范圍內(nèi)的電氣量都將發(fā)生變化，因此，位于此范圍內(nèi)的繼電保護裝置都有可能動作，這樣勢必造成大面積的停電。為了縮小電力系統(tǒng)的停電范圍，要求保護裝置只將發(fā)生故障的元件切除掉。

二是當由于某種原因，距離短路點最近的保護裝置或斷路器拒絕動作時，相鄰元件的保護裝置應(yīng)起后備作用。上一頁下一頁返回1.3對繼電保護裝置的基本要求當K1點發(fā)生短路故障時，應(yīng)由故障線路上的保護1和保護2動作，將故障線路切除，這時變電所B則仍可由另一條非故障線路繼續(xù)供電。當K3點發(fā)生短路故障時，應(yīng)由線路的保護6動作，使6處的斷路器跳閘，將故障線C-D切除，這時只有變電所D停電。由此可見，繼電保護有選擇性的動作可將停電范圍限制到最小，甚至可以做到不中斷對用戶的供電。上一頁下一頁返回圖1-3選擇性動作說明圖1.3對繼電保護裝置的基本要求當K3點發(fā)生短路故障時，距短路點最近的保護6應(yīng)動作切除故障，但由于某種原因，該處的保護或斷路器拒動，故障便不能消除，此時，如其前一條線路（靠近電源側(cè)）的保護5動作，故障也可消除。將保護5稱為保護6的后備保護。同理保護1和3應(yīng)該作為保護5和7的后備保護。上一頁下一頁返回圖1-3選擇性動作說明圖1.3對繼電保護裝置的基本要求這種后備作用是通過相鄰元件的保護裝置，且在遠處實現(xiàn)的，故稱為遠后備保護。一般情況下，遠后備保護動作切除故障時將使供電中斷的范圍擴大。一般情況下，遠后備保護動作切除故障時將使供電中斷的范圍擴大。在復雜的高壓電網(wǎng)中，當實現(xiàn)遠后備保護有困難時，也可采用近后備保護的方式。即當本元件的主保護拒絕動作時，由本元件的另一套保護作為后備保護。由于這種后備保護作用是在主保護安裝處實現(xiàn)，所以稱為近后備保護。只有當遠后備不能滿足靈敏度和速動性的要求時，才考慮采用近后備的方式。選擇性是保證安全供電的基本條件之一，在設(shè)計保護方案與進行保護裝置的整定計算時，必須首先滿足選擇性的要求。上一頁下一頁返回1.3對繼電保護裝置的基本要求1.3.2速動性速動性是指故障發(fā)生后，繼電保護裝置應(yīng)能盡快地動作切除故障，以減少設(shè)備及用戶在大電流、低電壓狀態(tài)下的運行時間，降低設(shè)備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。動作迅速而又能滿足選擇性要求的保護裝置，一般結(jié)構(gòu)都比較復雜，價格昂貴，對大量的中、低壓電力設(shè)備，不一定都采用高速動作的保護。對保護速動性的要求應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)的接線和被保護設(shè)備的具體情況，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。上一頁下一頁返回1.3對繼電保護裝置的基本要求一般必須快速切除的故障有以下幾種：（1）使發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于有效值（一般為0.7倍額定電壓）。（2）大容量的發(fā)電機、變壓器和電動機內(nèi)部故障。（3）中、低壓線路導線截面過小，為避免過熱不允許延時切除的故障。（4）可能危及人身安全、對通信系統(tǒng)或軌道交通信號造成強烈干擾的故障。上一頁下一頁返回1.3對繼電保護裝置的基本要求故障切除時間包括保護裝置和斷路器動作時間，一般快速保護的動作時間為0.04～0.08s，最快的可達0.01～0.04s，一般斷路器的跳閘時間為0.06～0.15s，最快的可達0.02～0.06s。對不同電壓等級和不同結(jié)構(gòu)的電網(wǎng)，切除故障的最小時間有不同的要求。例如，對于35～60kV的配電網(wǎng)絡(luò)，一般為0.5～0.7s；110～330kV的高壓電網(wǎng)為0.15～0.3s；500kV及以上的超高壓電網(wǎng)為0.1～0.12s。對于反應(yīng)不正常運行情況的繼電保護裝置，一般不要求快速動作，而應(yīng)按照選擇性的條件，帶延時地發(fā)出信號。上一頁下一頁返回1.3對繼電保護裝置的基本要求1.3.3靈敏性靈敏性是指電氣設(shè)備或線路在被保護范圍內(nèi)發(fā)生短路故障或不正常運行情況時，保護裝置的反應(yīng)能力。能滿足靈敏性要求的繼電保護，在規(guī)定的范圍內(nèi)故障時，不論短路點的位置、短路的類型以及短路點是否有過渡電阻，都能正確反應(yīng)動作。要求在系統(tǒng)最大運行方式下發(fā)生三相短路時能可靠動作，在系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生經(jīng)過較大的過渡電阻的兩相或單相短路故障時也能可靠動作。系統(tǒng)最大運行方式是指系統(tǒng)等效阻抗最小、被保護線路末端短路，通過保護裝置的短路電流為最大的運行方式；系統(tǒng)最小運行方式就是在同樣短路故障情況下，系統(tǒng)等效阻抗為最大，通過保護裝置的短路電流為最小的運行方式。上一頁下一頁返回1.3對繼電保護裝置的基本要求保護裝置的靈敏性通常用靈敏系數(shù)來衡量。靈敏系數(shù)用Ksen表示，計算方法如下。（1）對于反應(yīng)故障參量增加的保護裝置：

Ksen=例如，反應(yīng)相間短路的過電流保護的靈敏系數(shù)為

Ksen=式中，為保護范圍末端兩相短路時的最小故障電流，單位為A；為過電流保護的動作電流值，單位為A。上一頁下一頁返回1.3對繼電保護裝置的基本要求

（2）對于反應(yīng)故障參量降低的保護裝置：

Ksen=

例如，反應(yīng)電壓降低而動作的低電壓保護的靈敏系數(shù)為

Ksen=式中，為保護范圍末端短路時，保護安裝處母線最大殘余電壓，單位為V；為低電壓保護的動作電壓值，單位為V。上一頁下一頁返回1.3對繼電保護裝置的基本要求1.3.4可靠性可靠性是對繼電保護最根本的要求，是指被保護范圍內(nèi)發(fā)生故障時，保護裝置動作的可靠程度，即不誤動、不拒動。不誤動是要求繼電保護在不需要它動作時可靠不動作，不拒動是要求繼電保護在規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動作的故障時可靠動作。可靠性取決于保護的工作原理、裝置本身的制造質(zhì)量、保護回路的連接和運行維護的水平。一般而言，保護的工作原理越簡單、保護裝置的組成元件質(zhì)量越高、回路接線越簡單，保護的工作就越可靠。同時正確的調(diào)試、整定、運行及維護，對于提高保護的可靠性都具有重要的作用。在城市軌道交通供電系統(tǒng)中，考慮到工作人員和乘客的安全，“寧誤動不拒動”成為主要策略。上一頁下一頁返回1.4繼電保護的發(fā)展繼電保護技術(shù)是隨著電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。最早的繼電保護，是當發(fā)生短路故障時，反應(yīng)線路電流增大的電流保護。通常采用的熔斷器（保險絲）就是一種最簡單的電流保護。但隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，熔斷器已遠遠不能滿足電力系統(tǒng)保護的要求，而出現(xiàn)了繼電器。繼電器反應(yīng)電流的變化，并使斷路器跳閘，這就形成了所謂“繼電保護”。最早出現(xiàn)的繼電器是安裝于油斷路器上直接反應(yīng)一次短路電流，并作用于斷路器的一次式電磁型過電流繼電器。19世紀初，隨著電力系統(tǒng)發(fā)展，繼電器開始廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的保護，這個時期可認為是繼電保護技術(shù)發(fā)展的開端。1901年出現(xiàn)了利用感應(yīng)型電流繼電器構(gòu)成的過電流保護。1908年提出了比較被保護線路兩端電流為基礎(chǔ)的電流差動保護。上一頁下一頁返回1.4繼電保護的發(fā)展1920年初制成了距離保護裝置，1927～1928年，開始出現(xiàn)利用被保護線路傳遞高頻載波電流的高頻保護。20世紀50年代，出現(xiàn)了利用故障點產(chǎn)生的行波實現(xiàn)快速繼電保護的設(shè)想。隨著光纖通信在電力系統(tǒng)中的大量采用，利用光纖通道的繼電保護得到了廣泛應(yīng)用。在繼電保護原理飛速發(fā)展的同時，構(gòu)成繼電保護裝置的元件、材料、保護裝置的結(jié)構(gòu)形式和制造工藝也發(fā)生了巨大的變革，經(jīng)歷了機電式保護裝置、靜態(tài)保護裝置和數(shù)字式保護裝置三個發(fā)展階段。上一頁下一頁返回1.4繼電保護的發(fā)展20世紀50年代，隨著晶體管的發(fā)展，出現(xiàn)了晶體管保護裝置。20世紀70年代，在我國大量采用晶體管保護。20世紀80年代后期，靜態(tài)繼電保護裝置由晶體管式向集成電路式過渡，成為靜態(tài)繼電保護的主要形式。20世紀60年代末，有人提出了用小型計算機實現(xiàn)繼電保護的設(shè)想，但當時由于小型計算機價格昂貴，難于實際采用。隨著微處理器技術(shù)的快速發(fā)展和價格的急劇下降，在20世紀70年代后期，便出現(xiàn)了性能比較完善的微機保護樣機并投入運行。20世紀80年代，微機保護在硬件和軟件技術(shù)方面已趨成熟，進入90年代，微機保護已在我國大量應(yīng)用，微機型繼電保護裝置的主運算器由8位機、16位機發(fā)展到數(shù)字信號處理器（DSP）。這種由計算機技術(shù)構(gòu)成的繼電保護稱為數(shù)字式繼電保護。上一頁下一頁返回第2章繼電器2.1電磁型繼電器概述2.2常用電磁型繼電器2.3其他新型繼電器2.4繼電器技術(shù)的發(fā)展2.1電磁型繼電器概述繼電器是一種電控制器件，當輸入量的變化達到規(guī)定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預定的階躍變化的一種電器。繼電器具有輸入電路（又稱感應(yīng)元件）和輸出電路（又稱執(zhí)行元件）之間的互動關(guān)系。當感應(yīng)元件的輸入量（如電流、電壓、頻率、溫度等）的變化達到某一定值時，繼電器動作，執(zhí)行元件便接通或斷開控制電路。繼電器實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關(guān)”，在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。廣泛應(yīng)用于電力保護、生產(chǎn)過程自動化及各種自動、遠動、遙控、遙測和通訊等自動化裝置中，是現(xiàn)代自動化系統(tǒng)中最基本的電器元件之一。上一頁下一頁返回2.1繼電器2.1.1繼電器的分類按動作原理可分為電磁型繼電器、感應(yīng)型繼電器、整流型繼電器、晶體管型繼電器、熱繼電器、加速度繼電器等；按輸入信號的性質(zhì)可分為電流繼電器、電壓繼電器、脈沖繼電器、頻率繼電器、功率繼電器、阻抗繼電器、溫度繼電器、速度繼電器、壓力繼電器等；按被控電路負荷可分為微功率繼電器(0.5A以下)、小功率繼電器(0.5A~1A)、中功率繼電器(1A~10A)、大功率繼電器(10A以上)；按防護特征可分為封閉式繼電器、密封式繼電器和敞開式繼電器；按用途可分為控制繼電器和保護繼電器?？刂评^電器包括中間繼電器、時間繼電器等，保護繼電器包括熱繼電器、電流繼電器和電壓繼電器等。上一頁下一頁返回2.1繼電器2.1.2電磁型繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理一、電磁型繼電器的結(jié)構(gòu)

上一頁下一頁返回(a)螺管線圈式(b)吸引銜鐵式(c)轉(zhuǎn)動舌片式1—線圈2—銜鐵3—鐵心4—止擋5—動觸點6—反作用彈簧圖2-1電磁型繼電器電磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.1繼電器2.1.2電磁型繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理一、電磁型繼電器的結(jié)構(gòu)

電磁型繼電器依據(jù)構(gòu)成原理可分為：螺管線圈式、吸引銜鐵式、轉(zhuǎn)動舌片式，如圖2-1所示。電磁型繼電器的主要結(jié)構(gòu)有電磁機構(gòu)和觸頭系統(tǒng)，包括電磁鐵、線圈、可動銜鐵、止擋、觸點和反作用彈簧等部件。

只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力作用下返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。上一頁下一頁返回2.1繼電器二、基本工作原理設(shè)繼電器線圈匝數(shù)為Wk，當線圈中通以電流IJ時，鐵芯中產(chǎn)生磁通。磁通經(jīng)鐵心、銜鐵和氣隙形成回路，銜鐵被磁化，在鐵心和銜鐵之間產(chǎn)生電磁力Fem。Fem的大小與成正比，又與磁勢WkIJ成正比，與磁通所經(jīng)過的磁阻Rm成反比，磁阻Rm又與空氣隙近似成正比（鐵心和銜鐵磁阻和氣隙磁阻相比可以忽略），即電磁力Fem可通過公式2.1求解。（2.1）式中，K1，K2為比例系數(shù)，當此路不飽和時為常數(shù)。上一頁下一頁返回2.1繼電器繼電特性是繼電器的主要特性，也稱輸入——輸出特性。如圖2.2所示為過電流繼電器的繼電特性。當線圈電流IJ較小時，F(xiàn)em在銜鐵上產(chǎn)生的吸合轉(zhuǎn)矩還不足以克服彈簧拉力和摩擦力所產(chǎn)生的阻力矩，繼電器不動作。當繼續(xù)增大電流IJ=Iop時，吸合轉(zhuǎn)矩等于阻力矩，于是銜鐵被吸合，空氣隙減小，因而吸力更大，瞬間把銜鐵吸起，常開觸點接通，稱為繼電器動作。習慣上把能使繼電器動作的最小電流Iop，叫做該繼電器的動作電流（或起動電流）。上一頁下一頁返回圖2-2過電流繼電器的繼電特性示意圖2.1繼電器繼電器起動之后，繼續(xù)增大線圈電流，繼電器仍保持動作狀態(tài)。只有當線圈電流IJ降到Ire時，吸合轉(zhuǎn)矩開始小于彈簧的作用力矩，則銜鐵被彈簧拉回原來的位置，繼電器瞬間返回。習慣上把能使繼電器由動作狀態(tài)返回到起始位置的最大電流，稱為返回電流Ire。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)上一頁下一頁返回2.1繼電器2.1.3繼電器的主要技術(shù)參數(shù)一、繼電器的型號[1][2]—[3][1]代表繼電器的工作原理，[2]代表繼電器的用途，[3]表示設(shè)計序號。例如：DL-11/10電流繼電器的型號代表：D——電磁型；L——電流型繼電器；11——設(shè)計序號；10——最大電流10A上一頁下一頁返回2.1繼電器上一頁下一頁返回表2.1繼電器的型號含義第一位（原理代號）第二位（用途代號）D-電磁型L-整流型G-感應(yīng)型B-半導體型J-極-化或晶體管型Z-組合型W-微機型S-數(shù)字型L-電流繼電器FL-負序電流繼電器Y-電壓繼電器FY-負序電壓繼電器G-功率型繼電器T-同步繼電器S-時間繼電器CH-重合閘繼電器X-信號繼電器ZS-中間延時繼電器Z-中間繼電器DP-低頻繼電器P-平衡繼電器D-接地繼電器2.1繼電器二、繼電器的主要技術(shù)參數(shù)（1）額定工作電壓是指繼電器正常工作時所規(guī)定的線圈電壓的標稱值，也就是控制電路的控制電壓。根據(jù)繼電器的型號不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。（2）額定工作電流是指電器正常工作時所規(guī)定的線圈電流的標稱值。（3）直流電阻是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過萬用表測量。上一頁下一頁返回2.1繼電器（4）吸合電流是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動作的最小電流。在正常使用時，給定的電流必須略大于吸合電流，繼電器才能穩(wěn)定地工作。而對于線圈所加的工作電壓，一般不要超過額定工作電壓的1.5倍，否則會產(chǎn)生較大的電流而把線圈燒毀。（5）釋放電流是指繼電器產(chǎn)生釋放動作的最大電流。當繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到一定程度時，繼電器就會恢復到未通電的釋放狀態(tài)，這時的電流遠遠小于吸合電流。（6）觸點切換電壓和電流是指繼電器允許加載的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時不能超過此值，否則很容易損壞繼電器的觸點。上一頁下一頁返回2.2常用電磁型繼電器2.2.1電流繼電器電流繼電器是一種常用的電磁式繼電器，輸入信號為電流，根據(jù)電路中流過的電流大小來控制電路的接通或斷開。電流繼電器的線圈被串接在被測電路中（直接串接或通過電流互感器串接），作為電流保護的啟動元件，用來判斷被保護對象的運行狀態(tài)。電流繼電器按流過線圈電流的種類分為交流電流繼電器和直流電流繼電器；按工作方式可分為過電流繼電器和欠電流繼電器。電流繼電器是一種轉(zhuǎn)動舌片式的繼電器，其外形及結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。上一頁下一頁返回2.2常用電磁型繼電器（a）外形圖（b）結(jié)構(gòu)圖1—線圈2—電磁鐵3—Z型銜鐵4—靜觸點5—動觸點6—整定值調(diào)整把手7—整定值刻度盤8—軸端9—螺旋彈簧10—軸圖2-3電磁型電流繼電器上一頁下一頁返回2.2常用電磁型繼電器過電流繼電器在正常工作時，線圈中通過正常的負荷電流，繼電器不動作，即銜鐵不吸合。當流過線圈的電流達到整定的動作電流后，電磁力克服螺旋彈簧的反力矩，使Z型銜鐵沿順時針方向轉(zhuǎn)動，繼電器動作，銜鐵吸合，帶動常開觸點閉合，常閉觸點斷開。只有當流過線圈的電流低于返回電流后，銜鐵才會在復位彈簧的作用下復位，繼電器返回。欠電流繼電器在正常工作時，線圈中通過正常的負荷電流，銜鐵吸合，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。當流過線圈的電流低于返回電流后，銜鐵釋放，繼電器返回。欠電流繼電器用于電路欠電流保護，動作電流為線圈額定電流30％～65％，返回電流為額定電流10％～20％。在電路正常工作時，銜鐵是吸合的，只有當電流降低到返回值以下時，繼電器釋放，控制電路失電，從而及時分斷電路。上一頁下一頁返回2.2常用電磁型繼電器為了使串入電流繼電器后不影響電路的正常工作，電流繼電器的線圈具有匝數(shù)少、阻抗小、導線粗的特點。電流繼電器通常具有兩個線圈，可根據(jù)實際需要將兩者串聯(lián)或并聯(lián)。電流繼電器的內(nèi)部接線如圖2-4所示，兩線圈串聯(lián)連接時，將端子4和6短接，繼電器的動作電流為刻度盤的指示值；若兩線圈需要并聯(lián)連接，將端子2和4短接，6和8短接，此時繼電器的動作電流為刻度盤指示值的兩倍。圖2-4電流繼電器的內(nèi)部接線圖上一頁下一頁返回2.2常用電磁型繼電器電流繼電器的電氣符號如圖2-5所示，文字符號用KA表示。圖2-5電流繼電器的電氣符號上一頁下一頁返回2.2常用電磁型繼電器2.2.2電壓繼電器電壓繼電器是一種常用的電磁式繼電器，輸入信號為電壓，根據(jù)電路中電壓的大小來控制電路的接通或斷開，常用于電路的過電壓或欠電壓保護。電壓繼電器的線圈被并聯(lián)連接在被測電路中（直接或通過電壓互感器并聯(lián)），以反映電路電壓的變化，作為電壓保護的啟動元件。電壓繼電器按線圈電壓的種類分為交流電壓繼電器和直流電壓繼電器；按工作方式分為過電壓繼電器和欠電壓繼電器。下一頁返回2.2常用電磁型繼電器過電壓繼電器在電壓超過整定值（一般為額定電壓的105%-120%）時才動作，其工作原理與過流繼電器類似。過電壓繼電器在正常工作時，線圈電壓為額定電壓，繼電器不動作，即銜鐵不吸合。只有當線圈電壓達到整定值時，繼電器動作，銜鐵吸合，同時帶動觸頭動作，常開觸頭閉合，常閉觸頭斷開。交流過電壓繼電器在電路中起過電壓保護的作用。直流電路中一般不會出現(xiàn)波動較大的過電壓，故產(chǎn)品中沒有直流過電壓繼電器。上一頁下一頁返回2.2常用電磁型繼電器欠電壓繼電器在電壓為額定電壓的40%-70%時動作，原理與欠電流繼電器類似。當欠電壓繼電器線圈電壓達到某一定值（返回值）時，電磁力增大，銜鐵被吸合，稱為欠電壓繼電器返回；當線圈電壓低于某一定值（動作值）時，電磁力減小使銜鐵立即釋放，稱欠電壓繼電器動作。欠電壓繼電器的動作值、返回值的定義和電流繼電器相反，欠電壓繼電器的動作值低于返回值，因此一般欠電壓繼電器的返回系數(shù)大于1，但不超過1.2。欠電壓繼電器按流過的電流類型可分為直流欠壓繼電器和交流欠壓繼電器，在電路中用于欠壓保護。上一頁下一頁返回2.2常用電磁型繼電器電壓繼電器的外形和電氣符號如圖2-6所示，文字符號用KV表示。（a）外形（b）電氣符號圖2-6電壓繼電器上一頁下一頁返回2.2常用電磁型繼電器2.2.3時間繼電器時間繼電器是一種輔助繼電器，利用電磁原理或機械動作原理實現(xiàn)觸點延時接通或斷開的自動控制電器，在繼電保護裝置中作為時限元件，用于動作延時，實現(xiàn)保護的選擇性。常用的有電磁式、空氣阻尼式、電動式和晶體管式等。根據(jù)延時方式不同分為通電延時繼電器和斷電延時繼電器兩類。通電延時繼電器：線圈得電時，延時常開觸點經(jīng)過一段時間延時后才閉合，延時常閉觸點要延時一段時間才斷開。線圈失電時，延時常開觸點立即斷開，延時常閉觸點立即閉合。斷電延時繼電器：線圈得電時，延時常開觸點立即閉合，延時常閉觸點立即斷開。線圈失電時，延時常開觸點要延時一段時間才斷開，延時常閉觸點要延時一段時間才閉合。上一頁下一頁返回2.2常用電磁型繼電器時間繼電器的電氣符號如圖2-7所示，文字符號用KT表示。

上一頁下一頁返回2.2常用電磁型繼電器2.2常用電磁型繼電器一、直流電磁式時間繼電器在直流電磁式電壓繼電器的鐵心上增加一個阻尼銅套，即可構(gòu)成時間繼電器，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-8所示。它是利用電磁阻尼原理產(chǎn)生延時的，由電磁感應(yīng)定律可知，在繼電器線圈通斷電過程中銅套內(nèi)將感應(yīng)電勢，并流過感應(yīng)電流，此電流產(chǎn)生的磁通總是反對原磁通變化。圖2-8帶有阻尼銅套的鐵心示意圖

1-鐵心2-阻尼銅套3-絕緣層4-線圈上一頁下一頁返回2.2常用電磁型繼電器電器通電時，由于銜鐵處于釋放位置，氣隙大，磁阻大，磁通小，銅套阻尼作用相對也小，因此銜鐵吸合時延時不顯著(一般忽略不計)。而當繼電器斷電時，磁通變化量大，銅套阻尼作用也大，使銜鐵延時釋放而起到延時作用。因此，這種繼電器僅用作斷電延時。這種時間繼電器延時較短，JT3系列最長不超過5s，而且準確度較低，一般只用于要求不高的場合。。上一頁下一頁返回2.2常用電磁型繼電器二、空氣式時間繼電器空氣阻尼式時間繼電器，是利用空氣阻尼原理獲得延時的。它由電磁系統(tǒng)、延時機構(gòu)和觸點三部分組成，電磁機構(gòu)為直動式雙E型，觸點系統(tǒng)是借用LX5型微動開關(guān)，延時機構(gòu)采用氣囊式阻尼器?？諝庾枘崾綍r間繼電器，既具有由空氣室中的氣動機構(gòu)帶動的延時觸點，也具有由電磁機構(gòu)直接帶動的瞬動觸點，可以做成通電延時型，也可做成斷電延時型。電磁機構(gòu)可以是直流的，也可以是交流的。上一頁下一頁返回2.2常用電磁型繼電器三、半導體時間繼電器電子式時間繼電器在時間繼電器中已成為主流產(chǎn)品，電子式時間繼電器是采用晶體管或集成電路和電子元件等構(gòu)成。電子式時間繼電器具有延時范圍廣、精度高、體積小、耐沖擊和耐振動、調(diào)節(jié)方便及壽命長等優(yōu)點，所以發(fā)展很快，應(yīng)用廣泛。半導體時間繼電器的輸出形式有兩種：有觸點式和無觸點式，前者是用晶體管驅(qū)動小型磁式繼電器，后者是采用晶體管或晶閘管輸出。上一頁下一頁返回2.2常用電磁型繼電器四、單片機控制時間繼電器DHC6多制式單片機控制時間繼電器是為適應(yīng)工業(yè)自動化控制水平越來越高的要求而生產(chǎn)的。多種制式時間繼電器可使用戶根據(jù)需要選擇最合適的制式，使用簡便方法達到以往需要較復雜接線才能達到的控制功能。這樣既節(jié)省了中間控制環(huán)節(jié)，又大大提高了電氣控制的可靠性。其外形如圖2-9所示。

圖2-9DHC6多種制式時間繼電器上一頁下一頁返回2.2常用電磁型繼電器五、時間繼電器的選用根據(jù)控制線路的要求選擇時間繼電器的延時方式和觸電類型；其線圈(或電源)的電流種類和電壓等級應(yīng)與控制電路相同；校核觸點數(shù)量和容量，若不夠時，可用中間繼電器進行擴展；時間繼電器線圈一般按短時（小于30秒）通電設(shè)計。當需長期（大于30秒）加電壓時，必須在繼電器線圈中串一個附加的電阻，以提高繼電器的熱穩(wěn)定。時間繼電器新系列產(chǎn)品JS14A系列、JS20系列半導體時間繼電器、JS14P系列數(shù)字式半導體繼電器等。它們具有體積小、延時精度高、壽命長、工作穩(wěn)定可靠、安裝方便、觸點輸出容大和產(chǎn)品規(guī)格全等優(yōu)點，廣泛用于電力拖動、順序控制及各種生產(chǎn)過程的自動控制中。上一頁下一頁返回2.2常用電磁型繼電器2.2.4中間繼電器中間繼電器是一種能將一個輸入信號變成一個或多個輸出信號的繼電器。它是為了增加觸頭數(shù)量或增大觸頭容量的一種輔助繼電器。它的觸頭數(shù)目較多（可達8對），當需要同時控制多條回路時，可利用中間繼電器實現(xiàn)。電壓、電流繼電器等的觸頭容量小，不能直接接通斷路器的跳閘、合閘回路，通常在保護裝置的出口回路中，用中間繼電器來接通斷路器的跳閘線圈，所以中間繼電器也稱為出口繼電器。中間繼電器本質(zhì)是一種電壓繼電器，工作原理與交流接觸器類似，由固定鐵芯、銜鐵、彈簧、動觸點、靜觸點、線圈、接線端子和外殼組成。線圈通電，銜鐵在電磁力的作用下吸合，帶動動觸點動作，從而使常開觸點閉合，常閉觸點斷開；線圈斷電，銜鐵在彈簧的作用下帶動動觸點復位。上一頁下一頁返回2.2常用電磁型繼電器中間繼電器的外形和電氣符號如圖2-10所示，文字符號用KC表示。（a）外形圖（b）電氣符號圖圖2-10中間繼電器上一頁下一頁返回2.2常用電磁型繼電器2.2.5信號繼電器信號繼電器是一種輔助繼電器，一般是吸引銜鐵式結(jié)構(gòu)。信號繼電器的作用是：當保護裝置動作時，明顯指示繼電保護裝置的動作狀態(tài)，以便分析保護動作行為和電力系統(tǒng)故障性質(zhì)。信號繼電器動作時，一方面本身有機械指示，另一方面它的自保持觸點接通有關(guān)燈光或音響報警回路，只能由運行值班人員手動復位或電動復位。信號繼電器有電流型信號繼電器和電壓型信號繼電器兩種。電流型信號繼電器的線圈為電流線圈，阻抗較小，串聯(lián)在二次回路中，不影響其他二次元件的動作。電壓信號繼電器的線圈為電壓線圈，阻抗大，在二次回路中應(yīng)該并聯(lián)使用。上一頁下一頁返回2.2常用電磁型繼電器上一頁下一頁返回

圖2-11DX-11系列信號繼電器原理結(jié)構(gòu)圖1-線圈2-鐵芯3-彈簧4-銜鐵5-信號牌6-玻璃窗口7-復位旋鈕8-動觸頭9-靜觸頭10-接線端子2.2常用電磁型繼電器工作原理：當圖中線圈1未通電時，銜鐵4受彈簧3的作用而離開鐵芯2，銜鐵托住信號牌5，不發(fā)出信號。當線圈通電吸動銜鐵時，信號牌由于失去支持而下落（掉牌），同時固定在轉(zhuǎn)軸上的動觸頭8與靜觸頭9相互接觸閉合，從而接通燈光或音響報警回路。只有當運行值班人員手動轉(zhuǎn)動復位旋鈕時才能將信號牌重新恢復到原始位置，由銜鐵4支持，為下一次動作做好準備。信號繼電器電氣符號如圖2-12所示，文字符號用KS表示。

圖2-12信號繼電器的電氣符號上一頁下一頁返回2.3其他新型繼電器2.3.1固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器是用半導體器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)電接點作為切換裝置的具有繼電器特性的無觸點開關(guān)器件，單相固態(tài)繼電器為四端有源器件，其中兩個接線端為輸入端，另兩個接線端為輸出端，中間采用隔離器件實現(xiàn)輸入輸出的電隔離。輸入端加上直流或脈沖信號到一定電流值后，輸出端能從斷態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橥☉B(tài)。固態(tài)繼電器按負載電源類型可分為交流型和直流型；按開關(guān)型式可分為常開型和常閉型；按隔離型式可分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型，以光電隔離型為最多。上一頁下一頁返回2.3其他新型繼電器2.3.2磁飽和繼電器磁保持繼電器是近幾年發(fā)展起來的一種新型繼電器，也是一種自動開關(guān)。和其他電磁繼電器一樣，對電路起著自動接通和切斷作用。所不同的是，磁保持繼電器的常閉或常開狀態(tài)完全是依賴永久磁鋼的作用，其開關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是靠一定寬度的脈沖電信號觸發(fā)而完成的。將磁鋼引入磁回路，繼電器線圈斷電后，繼電器斷電后，繼電器的銜鐵仍能保持在線圈通電時的狀態(tài)，具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)。磁保持繼電器分為單相和三相。目前市場上的磁保持繼電器的觸點轉(zhuǎn)換電流最大可達150A；控制線圈電壓分為DC9V、DC12V等。一般電器壽命10000次；機械壽命1000000次；觸點接觸壓降<100mV。因此，具有省電、性能穩(wěn)定、體積小、承載能力大，比一般電磁繼電器性能優(yōu)越的特點。上一頁下一頁返回2.4繼電器技術(shù)的發(fā)展微電子技術(shù)、電子計算機技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、光電子技術(shù)以及空間技術(shù)的飛速發(fā)展，對繼電器技術(shù)提出了新的要求。新工藝、新技術(shù)的發(fā)展無疑對繼電器技術(shù)的發(fā)展起到促進作用。微電子技術(shù)和超大規(guī)模IC的飛速發(fā)展對繼電器也提出了新的要求。第一是小型化和片狀化。如IC封裝的軍用TO－5(8.5×8.5×7.0mm)繼電器，具有很高的抗振性，可使設(shè)備更加可靠；第二是組合化和多功能化，能與IC兼容、可內(nèi)置放大器，要求靈敏度提高到微瓦級；第三是全固體化。固體繼電器靈敏度高，可防電磁干擾和射頻干擾。80年代初，美國生產(chǎn)的數(shù)字式時間繼電器就可用指令對繼電器進行控制，繼電器與微處理器的組合發(fā)展，可形成一個小巧完善的控制系統(tǒng)。上一頁下一頁返回2.4繼電器技術(shù)的發(fā)展通訊技術(shù)的發(fā)展對繼電器的發(fā)展具有深遠的意義。一方面是由于通訊技術(shù)的迅速發(fā)展使整個繼電器的應(yīng)用增加。另一方面，由于光纖將是未來信息社會傳輸?shù)闹鲃用}，在光纖通訊、光傳感、光計算機、光信息處理技術(shù)的推動下將出現(xiàn)光纖繼電器、舌簧管光纖開關(guān)等新型繼電器。光電子技術(shù)對于繼電器技術(shù)將產(chǎn)生巨大的促進作用，為實現(xiàn)光計算機的可靠運行，目前已試制出雙穩(wěn)態(tài)繼電器。為了提高航空、航天繼電器的可靠性，期望繼電器失效率應(yīng)由目前的0.1PPM降至0.01PPM；載人空間站則要求達到0.001PPM。耐溫要達到200℃以上，耐振要求高于490m/s，同時應(yīng)能承受2.32×10(4)C/Kg的α射線輻射。為滿足空間要求，必須加強可靠性研究，并建立專門的高可靠生產(chǎn)線。上一頁下一頁返回2.4繼電器技術(shù)的發(fā)展新型特殊結(jié)構(gòu)材料、新分子材料、高性能復合材料、光電子材料，還有吸氧磁性材料、感溫磁性材料、非晶體軟磁材料的發(fā)展對研制新型磁保持繼電器、溫度繼電器、電磁繼電器都具有重要的意義，并必將出現(xiàn)新原理、新效應(yīng)的繼電器。隨著微型和片式化技術(shù)的提高。繼電器將向二維、三維尺寸只有幾毫米的微型和表面貼裝化方向發(fā)展；現(xiàn)在國際上有些廠家生產(chǎn)的繼電器，體積只有5～10年前的1/4～1/8。通訊設(shè)備廠家對密集型繼電器的需求更加熱切，日本FujitsuTakamisawa公司生產(chǎn)的一種BA系列超密集信號繼電器的大小只有14.9(W)×7.4(D)×9.7(H)mm，主要用于傳真機和調(diào)制解調(diào)器，能承受3kV的波動電壓。AS系列表面安裝繼電器的體積僅為14(W)×9(D)×6.5(H)mm。上一頁下一頁返回2.4繼電器技術(shù)的發(fā)展日本FujitsuTaKamisawa推出的JV系列功率繼電器內(nèi)含五個放大器，采用高絕緣性小截面設(shè)計，尺寸為17.5(W)×10(D)×12.5(H)mm。由于機芯和外緣之間采用強化絕緣系統(tǒng)，其絕緣性能達到5kV。日本NEC推出的MR82系列功率繼電器的功耗只有200mW。在繼電器內(nèi)部裝入各種放大、延時、消觸點抖動、滅弧、遙控、組合邏輯等電路可使其具有更多的功能。隨著SOP技術(shù)(SmallOutlinePackage)的突破，生產(chǎn)廠家有可能把越來越多的功能集成到一起。而繼電器與微處理器的組合將具備更廣泛的專門控制功能，從而實現(xiàn)高智能化。新技術(shù)的成群崛起，將促進不同原理、不同性能、不同結(jié)構(gòu)和用途的各類繼電器競相發(fā)展，特種繼電器如溫度、射頻、高壓、高絕緣、低熱電勢以及非電量控制等繼電器的性能將日臻完善。上一頁下一頁返回第3章

城軌供電交流保護3.1常見交流電流保護原理3.2電壓保護3.3城軌供電交流保護第3章

城軌供電交流保護城軌供電系統(tǒng)由外電源、主變電所、中壓環(huán)網(wǎng)、牽引供電系統(tǒng)、動力照明供電系統(tǒng)等構(gòu)成。主所從城市電網(wǎng)引入高壓外電源，降壓為中壓交流電，在輸送到分布在各個車站的牽引、動力變電所中。其中城軌供電交流系統(tǒng)部分主要包括由外電源接入電纜、主所、向線路提供電源的中壓環(huán)網(wǎng)、電力變壓器及動力照明供電系統(tǒng)。城軌供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)全部采用雙電源制，即各個電壓等級的網(wǎng)絡(luò)均從上級網(wǎng)絡(luò)引入兩路獨立的電源。各級變電所全部采用單母線分段形式接線，主所的供電范圍劃分為數(shù)個供電分區(qū)，相鄰的若干車站變電所組成一個供電分區(qū)，每個分區(qū)中只由一座最靠近主所的車站變電所從主所直接引入電源線路，引入后再從此所串接至其他變電所，一般環(huán)串變電所的數(shù)量為3～4個。上一頁下一頁返回第3章

城軌供電交流保護為了使兩主所在一定情況下能夠相互支援供電，中壓環(huán)網(wǎng)中設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，正常運行時聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開。城市軌道交通工程的站間線路長度一般為5km以內(nèi)，平均站間距一般為1～3km。中壓環(huán)網(wǎng)的線路短，因此線路阻抗很小，在一個分區(qū)內(nèi)不同地點的中壓環(huán)網(wǎng)線路短路電流值相差很小。中壓環(huán)網(wǎng)均采用電力電纜作為電能的輸送介質(zhì)，電纜線路與架空線路相比，其零序回路的對地電容遠大于架空線路，因此電纜的對地電容電流遠大于架空線路。動力照明供電系統(tǒng)用TN-S三相五線制，AC380V供電。上一頁返回3.1常見交流電流保護原理3.1.1電流速斷保護電流速斷保護是一種僅反應(yīng)電流增大而瞬時動作的電流保護類型，又稱為瞬時電流速斷保護。它沒有時限元件，保護裝置的動作時限只是繼電器本身的固有動作時間。保護裝置的動作電流是按線路末端出現(xiàn)三相短路時的短路電流來整定，取一定的可靠系數(shù)。電流速斷保護單相原理接線圖下一頁返回3.1常見交流電流保護原理如圖3-1所示為單側(cè)電源輻射電網(wǎng)，線路AB段的保護采用瞬時電流速斷保護，用保護裝置A表示。按照選擇性的原則，當線路末端K1點發(fā)生短路故障時，保護裝置A應(yīng)瞬時動作切除故障；在相鄰線路BC首段K2點短路時，保護裝置A不應(yīng)動作，而應(yīng)由B處的保護動作切除故障。因此保護裝置A的動作電流應(yīng)大于K2點的最大短路電流。實際上K2點的最大短路電流與AB段的末端K1點的最大短路電流相同，而K1點的最大短路電流就是最大運行方式下該點的三相短路電流。上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理根據(jù)短路計算得知，在最大運行方式下，線路上任一點發(fā)生三相短路時，短路電流的計算表達式為：（3.1）式中：--系統(tǒng)電源的等效相電勢；--最大運行方式下，歸算到保護裝置安裝處的系統(tǒng)等效電抗；--被保護線路單位長度的電抗；--短路點至保護裝置安裝處的距圖3-1電流速斷保護特性分析

上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理當系統(tǒng)運行方式一定時，、、一定，因此，短路電流是距離的函數(shù)，即。由此可以繪出最大運行方式下三相短路電流的變化曲線，如圖3-1所示。由曲線1可得AB段末端k1點的最大短路電流。瞬時電流速斷保護裝置的動作電流用表示，則有，考慮一個大于1的可靠系數(shù)后得：（3.2）式中，--瞬時電流速斷保護裝置動作的可靠系數(shù)，一般取1.2～1.3。上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理將瞬時電流速斷保護裝置的動作電流用一條直線表示在圖3-1中，此直線與曲線1相交，該點所對應(yīng)的距離，就是瞬時電流速斷保護裝置的最大保護范圍。在此范圍以內(nèi)，任何一點發(fā)生三相短路，都有。因此，保護裝置都能動作；在此范圍以外，都有，因此，保護裝置都不會動作?？梢姡矔r電流速斷保護不能保護線路全長。

上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理為了確保保護裝置的最小保護范圍，需要繪出最小運行方式下的兩相短路電流的變化曲線。由短路計算得知：（3.3）式中，--最小運行方式下，歸算到保護裝置安裝處的系統(tǒng)等效電抗。根據(jù)上式，可以繪出最小運行方式下兩相短路電流的變化曲線，如圖3-1中的曲線2所示。曲線2與動作電流直線相交，該點所對應(yīng)的距離，就是瞬時電流速斷保護裝置的最小保護范圍。上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理優(yōu)點：簡單可靠、動作快速，因而獲得了廣泛應(yīng)用。缺點：不能保護線路的全長，并且保護范圍受運行方式變化和短路類型的影響。在最大運行方式下三相短路時，保護范圍最大，一般為本線路全長的80%～85%；在最小運行方式下兩相短路時，保護范圍最小。通常規(guī)定最小保護范圍不應(yīng)小于線路全長的15%～20%，否則保護將失去意義。上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理3.1.2限時電流速斷由于瞬時電流速斷保護不能保護線路的全長，因此，保護范圍以外的故障必須由另外的保護裝置--限時電流速斷保護裝置切除。限時電流保護是反應(yīng)電流增大而延時動作的一種保護類型。應(yīng)能保證在任何情況下保護本線路的全長，而且應(yīng)限定在盡可能小的時間內(nèi)動作，這樣才可以構(gòu)成較完善的線路保護。限時電流速斷保護與電流速斷保護相比，主要區(qū)別是增加了時間元件。當電流元件動作后，需要經(jīng)過時間元件的延時后，才能動作于跳閘。若短路故障在時間繼電器接點閉合之前已切除，已動作的電流元件將返回，使時間元件立即返回，則整套保護裝置恢復原狀，不會造成誤動。上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理圖3-2限時電流速斷保護裝置的動作特性分析上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理當線路BC段始端發(fā)生短路時，雖然線路AB的限時電流速斷保護也啟動，但BC段線路的電流速斷保護應(yīng)先動作，將故障切除，那么必須使AB段的限時電流速斷保護帶有一定的時延，此時延與延伸的范圍有關(guān)。為了使這一時延盡量縮短，首先考慮AB段的限時電流速斷保護的保護范圍不超過BC段電流速斷保護的保護范圍，其次動作時限比BC段電流速斷保護大一個時限差。如果與BC段的速斷保護配合滿足不了其在本線路末端短路時靈敏性的要求時，則此限時電流速斷保護應(yīng)與BC段的限時速斷保護配合，動作時限比下一級線路BC的限時電流速斷保護高出一個時限級差。上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理通過以上分析可知，限時電流速斷保護的保護范圍是本線路全長直至延伸到下級線路的一部分，但不超過下級線路電流速斷保護保護范圍。其限時電流速斷保護的動作電流為（3.4）式中--限時電流速斷保護裝置動作的可靠系數(shù)，取為1.1～1.2。為了保證在最小運行方式下發(fā)生兩相短路時，限時電流速斷保護裝置仍能可靠地保護線路全長，必須選取本線路末端作為靈敏度的校驗點，通常規(guī)定其靈敏系數(shù)應(yīng)滿足下式：(3.5)上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理當靈敏度不能滿足要求時，可采取適當降低動作電流的辦法提高靈敏度，這樣保護范圍就必然要延長。可見，限時電流速斷保護需從動作電流與動作時間兩方面來滿足保護的選擇性要求。限時電流速斷保護結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠，能保護本線路全長，但不能作為相鄰元件（下級線路）的后備保護。上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理3.1.3過電流保護一、定時限過電流保護電流速斷保護和限時電流速斷保護的組合能保護本線路的全長，可作為線路的主保護。為防止本線路的主保護拒動（或斷路器拒動）及下級線路的保護或斷路器拒動，必須給線路裝設(shè)后備保護，以作為本線路的近后備和下級線路的遠后備保護。這種保護通常采用定時限過電流保護（簡稱過電流保護）。過電流保護是反應(yīng)電流增大而延時動作的另一種電流保護類型，其原理接線圖與限時電流速斷保護相同，其動作電流按躲過最大負荷電流來整定。正常運行線路流過負荷電流時，保護不能動作；當線路發(fā)生故障時，保護啟動，經(jīng)過保證選擇性的延時動作后將故障切除。上一頁返回3.1常見交流電流保護原理

圖3-3過電流保護整定計算說明圖上一頁返回3.1常見交流電流保護原理

（1）動作電流的整定考慮1：為保證過電流保護在正常運行時不動作，其動作電流應(yīng)大于最大負荷電流，即

（3.6）

考慮2：保證過電流保護在外部故障切除后可靠返回，其返回電流應(yīng)大于外部短路故障切除后流過保護的最大自啟動電流。（3.7）上一頁返回3.1常見交流電流保護原理

在有自啟動電流的情況下，保護裝置1應(yīng)能夠可靠返回，故應(yīng)使(3.8)

引入可靠系數(shù)后，得（3.9）（3.10）其中：：一般取1.5～3；：一般取1.15～1.25；：一般取0.85～0.9；：線路最大負荷電流上一頁返回3.1常見交流電流保護原理

（2）動作時間整定。定時限過電流保護的動作時間是由時間繼電器的動作時間確定的一個定值。為了保證保護裝置的選擇性，同一電網(wǎng)上的過電流保護裝置其動作時限應(yīng)密切配合。

圖3-4定時限過電流保護動作時限階梯特性

上一頁返回3.1常見交流電流保護原理當K2點短路時，短路電流將流過電網(wǎng)上的所有保護裝置A、B和C，且短路電流一般均大于保護裝置的動作電流，所以上述各保護裝置都將起動（起動元件電流繼電器動作）。但按選擇性要求，只應(yīng)由保護裝置C動作，使斷路器QF3跳閘。當QF3跳閘后，短路電流消失，保護裝置A和B的電流繼電器立即返回。因此，各段線路保護裝置的動作時間，應(yīng)從用戶到電源逐級增長，愈靠近電源，保護裝置的動作時間愈長。圖中t1、t2、t3分別代表保護裝置A、B、C的動作時限；并且每個時限相差一個時限間隔，一般取0.5s，即

保護裝置的這種時限特性稱為“階梯形時限特性”。按這種方式選擇保護裝置的動作時限后，當線路上任一點發(fā)生短路故障時，都只有距故障點最近的保護裝置動作。

上一頁返回3.1常見交流電流保護原理（3）校驗靈敏度。按照上述方法整定過電流保護裝置的動作電流，能夠保證在有自啟動電流的情況下保護裝置可靠返回。但是能否保證裝置在短路故障情況下靈敏動作，還必須通過靈敏度的校驗來確定。所謂靈敏度校驗就是檢查保護裝置的靈敏系數(shù)是否滿足《電力設(shè)計技術(shù)規(guī)范》關(guān)于繼電保護裝置靈敏度的規(guī)定。（3.11）上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理通常過電流保護不僅要保護本線路的全長，而且還要作為相鄰元件的后備保護，因此應(yīng)按以下兩種情況校驗靈敏系數(shù)。第一種情況：當本線路末端發(fā)生相間短路故障時，靈敏系數(shù)應(yīng)滿足（3.12）第二種情況：當相鄰線路或元件的末端短路時，靈敏系數(shù)應(yīng)滿足（3.13）當靈敏系數(shù)不能滿足要求時，應(yīng)采取其它保護方式。上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理二、反時限過電流保護定時限過電流保護的動作時限按階梯特性整定后是固定不變的，而當故障點距離電源越近時，短路電流越大，應(yīng)動作的定時限過電流保護的動作時限卻較長。大多數(shù)被保護元件的過電流允許通過時間與其電流值的大小成反比關(guān)系，即電流越大，所允許通過的時間越短。定時限過電流保護顯然不能滿足這種實際需要，因此，為了能充分發(fā)揮被保護元件的效益，又不會導致因長時間過熱造成損壞，有必要安裝具有反時限特性的過電流保護。反時限過電流保護的動作時間是隨短路電流大小而改變的，電流越大，動作時間越短。由于反時限過電流保護在原理上與很多負載的故障特性接近，所以在很多場合比定時限過電流保護具有更為優(yōu)越的保護性能。上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理一般的反時限動作特性曲線由兩部分組成，如圖3-5所示。電流較小時為反時限，動作時間隨電流增大而縮短；電流較大時為速斷部分，保護快速動作。

圖3-5反時限過電流保護動作時限特性上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理一般反時限特性為（3.14）式中，為時間常數(shù)，一般取第III段的時間定值（0.05～1s）；為電流基準值，一般取第III段的電流定值，為1.1；為通過保護的短路電流；為反時限特性的動作時間。上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理如果電流小于1.1，且持續(xù)一個周期以上，則保護返回；當時，保護按定時限動作（進入速斷）。反時限過電流的動作電流按躲過線路最大負荷電流整定，本線路末端短路故障時，有不小于1.5的靈敏系數(shù)，相鄰線路末端短路故障時最好能有不小于1.2的靈敏系數(shù)；同時還要校核與相鄰上下級保護的配合情況。反時限過電流保護最主要的問題是相互配合，見圖3-6所示。上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理圖3-6反時限過電流保護的配合優(yōu)點：在線路靠近電源處短路時，短路電流大，動作時限短且保護接線簡單。缺點：時限的配合較復雜，當短路點存在的過渡電阻或在最小運行方式下遠處短路時，由于較小，保護的動作時限可能較長。反時限過電流保護主要用在6～10kV的電網(wǎng)中，作為饋線和電動機的保護。上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理三、定時限過電流和反時限過電流保護的區(qū)別定時限過電流保護是一種按躲過最大負荷電流來整定的一種保護類型，在整定時應(yīng)考慮到與后端線路保護的時限配合。它反映于線路故障時的電流增大而動作，它可作為電網(wǎng)終端設(shè)備的主保護或長線路時的后備保護及相鄰線路的后備保護。一旦經(jīng)整定計算確定后，繼電器動作的時限就與短路電流的大小無關(guān)，因此，稱為定時限過流保護。上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理反時限過電流保護則不同，一旦調(diào)整繼電器電氣參數(shù)或通過某種算法確定反時限類型曲線后，反時限過流保護的動作時限與短路電流密切相關(guān)，短路電流越大或故障點越近，動作時限越短，反之，短路電流越小或故障點越遠，動作時限越長。在基本整定原則上，定時限和反時限是一致的，但反時限可使靠近電源的有較小的切除時間，而且與階段式保護相比，反時限保護可以用一只繼電器來實現(xiàn)，這是反時限過流保護的優(yōu)點，但缺點是整定配合比較復雜，并且在最小方式下短路時，其動作時限可能較長。因而，反時限過流保護通常用于單側(cè)電源供電的終端線路或電動機上，作為主保護或后備保護。上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理3.1.4三段電流保護所謂三段電流保護是將電流速斷保護、限時電流速斷保護和過電流保護組合起來，構(gòu)成一整套保護，由于三種保護各有優(yōu)缺點，組合起來使之相互補充和配合。電流速斷保護稱為I段，限時電流速斷保護稱為II段，定時限過電流保護稱為III段。I段和II段保護共同組成線路的主保護，III段保護作為本線路I、II段保護的近后備，也作為下一線路的遠后備。上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理一、三段電流保護的邏輯圖三段電流保護的邏輯圖如圖3-7所示。I段電流速斷保護由電流元件KAI和信號元件KSI組成；II段限時電流速斷保護部分由電流元件KAII、時間元件KTII和信號元件KSII組成；III段定時限過電流保護部分由電流元件KAIII、時間元件KTIII和信號元件KSIII組成。由于三段的啟動電流和動作時間整定均不相同，所以必須分別使用三個串聯(lián)的電流元件和兩個不同的時間元件，而信號元件則分別發(fā)出I、II、III段的動作信號。上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理

圖3-7三段電流保護的邏輯圖上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理二、三段電流保護的保護區(qū)和整定計算如圖3-8是三段電流保護的保護區(qū)和時限配合特性圖。線路AB、BC、CD分別設(shè)置有三段電流保護。以線路AB段為例，其中L1I、L1II、L1III分別為QF1處I、II、III段電流保護的保護范圍，t1I、t1II、t1III分別為QF1處三段電流保護的動作時限，t2I、t2II、t2III分別為線路BC段QF2處三段電流保護的動作時限。當線路AB首端附近發(fā)生短路故障時由I段動作將故障切除，線路末端發(fā)生短路故障時由II段動作將故障切除，III段只起后備作用。因此，輸電線路任何處發(fā)生短路故障時，一般可在0.5s時限內(nèi)有選擇地被切除。上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理

圖3-8三段電流保護的保護區(qū)和時限配合特性上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理I段的動作電流按躲過被保護線路末端短路時流過保護裝置的最大短路電流來整定，即按式（3.2）計算，可見它不能保護線路全長；I段的動作時間t1I，僅取決于元件本身的固有動作時間，一般為0.06~0.1s。II段的動作電流按與下一段線路BC保護的第I段相配合的原則來整定，及按式（3.4）計算；II段的動作時間t1II比下一段線路BC保護裝置的I段的動作時間t2I大一個時限時差，即；保護裝置的靈敏性按本線路末端最小兩相短路電流來校驗，即按式（3.5）計算。III段的動作電流按躲過線路的最大負荷整定，即按式（3.10）計算，保護范圍至少越過下一段線路的末端。III段的動作時間t1III，較相鄰線路過電流保護裝置的動作時間t2III大一個，即,保護裝置的靈敏性按式（3.12）、（3.13）校驗。上一頁下一頁返回3.1常見交流電流保護原理三段電流保護中，I段動作電流整定值較大，動作時間最短，III段動作整定值最小，動作時間最長，其動作時限呈階梯特性，又稱為階段式電流保護。階段式電流保護要解決的主要問題是配合問題。其一為保護范圍的配合，保護范圍的配合實際上是由