繼電保護原理及整定值計算

繼電保護原理及整定值計算

1.線路過流保護

它是一種帶動作時限（延時）的繼電保護，有定時限和反時限兩類。

定時限是指保護的延時時間與過電流的大小無關(guān)，是一個定值。反時限是

指保護的延時時間與過電流大小有關(guān)，過電流較大時，延時較短;過電流較

小時，延時則較長。

（1）定時限的過流保護如圖11—27所示。電路中，繼電器均采用電

磁式，其操作電源由專門的直流電源提供。電流互感器采用兩相V式接

線。一次側(cè)電路中發(fā)生短路故障時，電流繼電器KAI、KA2中至少有一個

瞬間動作觸點閉合，使時間繼電器KT啟動，經(jīng)過一定的時限，其延時觸

點閉合，使信號繼電器KS和中間繼電器KM動作。KS動作接通信號回路

并掉牌。而KM動作，接通斷路器跳閘線圈YR,使QF跳閘，從而切斷

短路故障。在故障切除后，繼電器KAI、KA2、KT、KM失電自動復位，

KS可手動復位。

（2）反時限過流保護反時限過流保護一般采用感應(yīng)式電流繼電器，

操作電源直接由交流電源提供。圖11—28所示為反時限過流保護電路

圖。其工作原理較簡單，讀者可自行分析。

圖11—27定時限過電流保護原理的電路圖

a）集中喪示法b）分開表示法

QF一商壓斷路器TAI、TA2—電流互感器KAI、KA2-DL型電流繼電器

KT-DS笈時間繼電器KS-DXS!信號堆電器KN—DZ型中間維電器YR一跳M線圈

困11-28反時限過電流保護的原理電路圖

a）集中表示法b）分開衰示法

（3）過泡保護動作電流的整定整定原則是電流繼電器的返回電流。應(yīng)大于線路

中的最大負荷電流根據(jù)這個原則可以得出動作電流4的整定值計算為：

式中—電流繼電器的動作電流；

Km----可靠系數(shù)，對DL型電流繼電器取1.2；CL型電流繼電器?。?.

(—接線系數(shù)；

除T護裝置的返回系數(shù)院=稱器轂(可取0.8?0.85)；

K.——電流互感器的變化?！?/p>

(4)過電流保護的動作時限整定動作時限的整定原則稱為“階梯原則”即相鄰

兩級過電流保護的動作時限相差一個時限階段加。其隹定說明如圖11—29所示。時限

階段A/的取值：定時限取0.5s,反時限取0.7s。

圖11—29找路過電流保護孩定說明圖

a)電路圖b)定時限過電流保護的動作時限曲線c)反時限過電流保護的動作時限曲線

(5)過流保護靈敏度校驗靈敏度是對繼電保護裝置的要求之一，反映靈敏性的

參數(shù)就是靈敏度》,其定義如下：

S二本級線路末端的最小短路電流&

p-動作電流折算到初級的值=V

過流保護要求》ml.25~L5,即：

%=T二：

2.線路速斷保護

式中Ky—可靠系數(shù)，對DL取1.2~1.3,對GL取1.4~1.5。

（2）電流速斷保護的“死區(qū)”問題由速斷保護整定原則可見，當本級線路末端發(fā)生

最嚴重的短路故障，速斷保護不能反應(yīng)。因此，速斷保護只能保護本級線路靠近電源的一部

分線路，另一段線路就稱為速斷保護的“死區(qū)”。其電路和時限曲線如圖11—31所示。

?）電路用b）時限曲線

/一一切一級保護應(yīng)毓過的最大短路電流/中一前一級保護整定的一次速斷電流

（3）速斷保護靈敏度的檢驗速斷保護的靈敏度，應(yīng)按其安裝處（即線路首端）

的兩相短路電流作為最小短路電流來校驗，即：

式中——線路首端的兩相短路電流。

3.線路兩段式電流保護

上述兩種保護都存在一定缺陷：對于過流保護，由于延時與短路電流無關(guān)，所以保

護的速動性就不好，有可能使短路造成嚴重的危害；對于速斷保護，又存在死區(qū)。因

此，一般規(guī)定過流保護的時限超過1s時，就應(yīng)裝設(shè)速斷保護。這種將過流保護和速斷

保護裝設(shè)在一起的電流保護就稱為兩段式電流保護。這樣，在速斷區(qū)發(fā)生短路故障，由

速斷保護來反應(yīng)，而過流保護作為后備保護。在速斷保護的死區(qū)，由過流保護來作為主

保護。圖11—32所示為兩段式保護電路圖。

牛](]TA2震器電MOM

圖11—32線路的定時限過電流保護和電流速斷保護電路圖

4.電力變壓器的保護

（1）電力變壓據(jù)常見的故障電力變壓器的故障分為內(nèi)部故障和外部

故障。內(nèi)部故障有:線圈對鐵殼絕緣擊穿（接地短路）、匝間或?qū)娱g短路、

高低壓各相線圈短路及鐵心燒損和漏油等。外部故隙有:各相輸出線套管問

短路（相間短路）以及套管對鐵殼的短路等。變壓器的不正常工作狀態(tài)主

要是過負荷，長時間過負荷將造成變壓器溫度升高，絕緣老化，從而縮短

使用壽命。

（2）電力變壓器的繼電保護類型電力變壓器采用的繼電保護裝置有：

過電流、過負荷、單相接地、速斷、氣體及差動保護。通常根據(jù)變壓器的

容量來設(shè)置不同的保護。

對400kVA以下的變壓器通常采用高壓熔斷器保護。

時400?800kV?A的變壓器，一次側(cè)裝有高壓熔斷器時，可裝設(shè)帶時

限的過流保護;時限超過0.5s,還應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護。若一次側(cè)裝有負

荷開關(guān)時，則只能采用高壓熔斷器保護。若低不側(cè)為干線Y-yO接線的變

壓器，還應(yīng)裝設(shè)單相接地保護。安裝在車間內(nèi)容量越過320kV.A的變壓

器還應(yīng)裝設(shè)氣體保護。

對800kV?A以上的變壓器，應(yīng)裝設(shè)過流、氣體、過負荷保護及溫度

信號等。如過流的時限超過0.5s,還應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護。

對2000~6300kV-A的變壓器，如果速斷保護靈敏度不能滿足要求

時，則應(yīng)采用差動保護。

對并列運行的容量為5600kW及以上的和單獨運行的容量為7500kW

及以上的變壓器，均應(yīng)裝設(shè)差動保護代替電流速斷保護。

（3）變壓器的過流保護與速斷保護變壓器的過流和速斷保護通常用

來反應(yīng)變壓器內(nèi)部和外部的相間短路故障及嚴重的匝間、層間短路。過流

保護還可以反應(yīng)嚴重的過載。這兩種保護裝應(yīng)裝設(shè)在變壓器一次側(cè)斷路器

下方。速斷保護一般只能保護變壓器一次，而過流保護則可保護整個變壓

器（包括二次側(cè)的母線）。

1）電流互感器接線的特點（假設(shè)變壓器的變壓比為1）

①Y—y接線的變壓器一次側(cè)單相短路時，如圖11—33所示，反應(yīng)到

一次側(cè)的短路電流兩相大小相等，均為r）/3,而且方向相同，另一相電

流大小為2r/3,方向與前兩相相反。此時，若過流保護采用兩相差接線，

顯然不能反應(yīng)這種故障（流過繼電器的電流為零）。而采用兩相繼電器式

接線可以反應(yīng)這種故障，但流過繼電器的電流只有單相接地短路電流的

與，保護靈敏度太低。因此，宜用零序保護裝設(shè)在變壓器二次側(cè)來反應(yīng)這

種故障，如圖11-34所示。

圖11—33單相短路時的電流分布

a)Y-W聯(lián)結(jié)的變壓器，高壓倒采用兩相兩維電器的過電流保護，在低壓倒發(fā)生中相短路時的電流分布

b)丫一雙聯(lián)結(jié)的變壓器，高壓倒采用兩相一維電器的過電波保護，在低壓儡發(fā)生◎相短路時的電流分布

第5部分高級電工知識要求

②丫一△接線的變壓器二次側(cè)發(fā)生兩相短路時，由圖11—35可見，具有與Y-y

單和短路類似的情況。’

6-10kV

圖11-34變壓器的零序過電流保護圖11-35Y一△變壓器二次側(cè)發(fā)生兩相短路時

QF—高壓斷路器TAN一零序電流互感器

KA—電流繼電器YR一斷路器跳閘線圖

2）變壓器過流、速斷保護的綜合電路圖如圖11—36所示。該電路的工作原理讀

者可結(jié)合線路的二段式電流保護自行分析。

3）變壓器過流、速斷保護的整定計算

①過流保護整定公式與線路過流保護基本相同，只是式4=》?/一中的/小

應(yīng)取為1.5~3/2，/.為變壓器的一次側(cè)額定電流。動作時限的整定原則同樣是“階

梯原則”。靈敏度的校驗按變壓器高壓側(cè)在系統(tǒng)最小運行方式時發(fā)生兩相短路（換算到

四壓側(cè)的電流值）來進行。Sp云1.5,個別情況可取%去1.25。

②速斷保護動作電流的整定計算與線路速斷基本相同，只是式心=~盧/2中

的兒皿應(yīng)取二次側(cè)母線三相短路電流換算到得壓側(cè)的電流值口靈敏度的校驗按變壓器高

壓側(cè)在系統(tǒng)最小運行方式時發(fā)生兩相短路的短路電流?。﹣磉M行，要求外》2。

③變壓器的零序電流保護圖11—34所示的零序電流保護，其動作電流Q⑼按以

過變壓器低壓側(cè)最大不平衡電流來整定，其計算為：

式中/2NT——變壓器二次側(cè)的額定電流;

圖11-36變壓器的定時限過電流保護、電流速斷保護和過負荷保護的綜合

電路圖

Kdsq--不平衡系數(shù)，取0.25；

Krel—可靠系數(shù),取1.2-13：

Ki-一等序電流互搏器的變化.

零序電流保護的動作時間一般取0.5~0.7s。靈敏度按低壓干線末端發(fā)

生單相短路來校驗，對架空線s,N1.5;對電纜線s,>1.25o

（4）變壓器的氣體保護，氣體保護是油浸式電力變壓器特有的一種

基本保護裝置。它可以很靈敏地反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部的各種故障（包括非

電性故障）。氣體保護的主要元件是氣體繼電器，又稱氣體繼電器。

1）氣體繼電器的結(jié)構(gòu)和工作過程氣體繼電器安裝在變壓器油箱與油

枕之間的連通管上，如圖11—37所示。油箱在安裝時對地平面有1%?

1.5%的傾斜度，以便油箱內(nèi)氣體的排出。

氣體繼電器的結(jié)構(gòu)老式的為浮筒式，而現(xiàn)在多采用開口杯式。FJ,-80

型氣體繼電器的結(jié)構(gòu)如圖11—38所示。氣體繼電器的工作過程如圖11-

39所示。

變壓器正常運行時，繼電器內(nèi)兩油杯中是充滿油的，受平衡錘作用，

油杯升高，使上、下兩觸點均斷（見圖11—39a）o

當變壓器內(nèi)部有輕微故障時，將產(chǎn)生少量氣體，并緩慢上升沿聯(lián)通管

進入氣體繼電器內(nèi)部。隨氣體的增多，氣體繼電器內(nèi)部油面逐漸下降，使

上油杯露出，從而失去浮力落下，接通觸點，這種情況稱“輕氣體”動作。

一般只給出音響及燈光信號（見圖11—39b）￡

當油箱內(nèi)部有嚴重故障時，將產(chǎn)生大量的氣體，這些氣體將迅速通過

氣體繼電器沖向油枕。從而沖擊了下開口杯的擋板，使下油杯降落，其觸

點閉合，這種情況稱“重氣體”動作，將使斷路器跳閘并發(fā)生報警及跳閘信

號（見圖11—39c）o

當變壓器油箱漏油時，氣體繼電器內(nèi)的油面將緩慢下降，輕氣體先動

作，重氣體后動作（見圖11—39d）o

圖氣體繼電器在變壓器上的安裝示意圖

11—37圖11-38FJ,_80型氣體繼電器的結(jié)構(gòu)

1一變壓器油箝2—聯(lián)通管3—氣體繼電器4-油枕

］一容器2-造板3一上油環(huán)4、8—永久敝鐵

5一上動觸點6一上靜觸點7—下油環(huán)

9一下動觸點［。一下靜觸點支架

】2一下油杯平衡錘】3-下油杯轉(zhuǎn)軸14T板

15一上油杯平衡徑16一上油杯轉(zhuǎn)軸］7—放飛閥

a）正常時b）輕微故障時（輕氣體動作）o）產(chǎn)■故障時（.氣體動作）

d）產(chǎn)重漏油時

1一上開口油杯2一下開口油杯

2）瓦斯保護的工作原理圖11—40所示為變壓器氣體保護的電路圖。

當氣體繼電器KC的1、2點閉合時，表示輕氣體動作，將接通變電所內(nèi)

的信號回路。當3、4點閉合時，將接通信號繼電器KS,同時接通中間繼

電器KM,使高壓斷路器QF跳閘，切除變壓器。中間繼電器的1、2觸點

是防止瓦斯繼電器觸點“抖動”而采取的自保措施。

當新變壓器或大修換油后的變壓器初投入運行時，由于變壓器油中溶

解的空氣受熱后從油中分解出來而導致氣體繼電器誤動作，可將切換片

XB切換到電阻R上，待變壓器運行一段時間后再切換過來。

3）變壓器氣體保護動作后的故障分析變壓器氣體保護裝置動作后，

可采集氣體繼電器內(nèi)部的氣體進行一定的物理、化學分析來判斷故障的原

因。其故障分析和處理措施見表11—1。

5.高壓電動機的保護

（1）高壓電動機常見故障不正常運行狀態(tài)相或兩相短路、一相碰殼

（接地）以及匝間短路等。最常見的不正常運行狀態(tài)是由過負荷造成。

QF一商壓斷路器YR一斷路器跳閘線網(wǎng)XB一連接片R一限流電阻

表11-1氣體繼電器動作后的氣體分析和處理措施

_______氣體性質(zhì)故障原因處理措施

無色，無臭，不可燃油箱內(nèi)含有空氣允許繼續(xù)運行

灰白色，有劇臭，可燃紙質(zhì)絕緣燒毀應(yīng)立即停電檢修

黃色，難燃木質(zhì)絕緣燒毀應(yīng)立即停電檢修

深灰或黑色，易燃油內(nèi)閃絡(luò)，油質(zhì)炭化應(yīng)分析油樣，必要時停電

（2）高壓由動如的原柏任罌米刑nonUW田下的高壓由動機一曲南采F

（2）高壓電動機的保護裝置類型對20kW以下的高壓電動機，通常

采用電流速斷，過負荷、單相接地以及低電壓保護等。容量超過2000kW

時，應(yīng)裝設(shè)差動保護代替速斷保護，對同步電機還應(yīng)設(shè)失步保護。下面簡

要介紹高壓電動機的過負荷保護，電流速斷保護和單相接地保護。

（3）高壓電動機的過負荷保護這種保護通常裝在容易引起過負荷的

電動機上。當過負荷保護作用于切除電動機時，應(yīng)采用兩相差式或兩相V

形接線，過電流繼電器一般用GL型。

動作電流可按下式整定：

,心K

式中（I一可靠系數(shù)，作用于跳閘時取1.2,作用于信號時取1.。5;

4—電動機的額定電流。

動作時間的選擇應(yīng)躲過電動機正常啟動時間。對異步電動機，常取10~16so

（4）電流速斷保護電流速斷保護是2000kW以下電動機的主要保護。對于易過

負荷的電動機常采用CL型繼電器與過負荷保護結(jié)合在一起；對不易過負荷的電動機（，

可采用DL型電磁式繼電器組成無時限的速斷保護。

動作電流應(yīng)按躲過電動機最大啟動電流/來整定，計算為：

式中KM----可髓系數(shù)，對DL型取1.4~1.6,對GL型取1.8~2.0。

靈敏度Sp應(yīng)按最小運行方式下電動機端子的兩相短路電流A2來校驗，即：

幣寫上2

(5)高壓電動機的單相接地保護高壓電動機所在的6~10kV系統(tǒng)是小電流接地

系統(tǒng)?當電動機發(fā)生單相接地其電容電流大于5A時，則認為是危險的，有可能過渡到

相間短路。因此，當電容電流大于5A時，應(yīng)裝設(shè)接地保護，可作用于信號或跳閘。如果

接地電流大于10A,接地保護一般作用于跳閘。單相接地保護的電路圖如圖117；所示。

接地保護的動作電流應(yīng)大于無故障時的電容電流，計算如下：

J=心乙

式中段“——可林系數(shù)，不帶時限取4~5,有0.5s的動作時限時，則取1.5~2；

4—電動機正常時本身的電容電流。

靈敏度應(yīng)按下式校驗：

式中/小―電動機線路發(fā)生單相接地時，流過故障點的接地電流。

6.自動重合閘裝置

自動重合閘裝置(ZCH)是電力系統(tǒng)中廣泛采用的一種自動化裝置。

在電力線路中，大多數(shù)短路故障都屬于暫時性的。當保護裝置動作后，故

障點電壓消失，其絕緣一般會自行恢復，這時仍可將高壓斷路器重新投

入，繼續(xù)供電。ZCH就是使跳閘的斷路器實現(xiàn)自動再投人的裝置。

(1)對自動重合閘裝置的要求

1)當用控制開關(guān)斷開斷路器時，ZCH不應(yīng)動作，但當保護裝置跳開

斷路器時，在故障點充分去游離后，應(yīng)重新投入工作。

2）當用控制開關(guān)投入斷路器于故障線路上而被保護裝置斷開時，

ZCH不應(yīng)動作。

3）自動重合的次數(shù)應(yīng)嚴格符合規(guī)定，當重合失敗后，必須自動解除

動作。

4）當ZCH的繼電器及其他元件的回路內(nèi)發(fā)生不良情況時，應(yīng)具有防

止多次重合于故障線路的環(huán)節(jié)。

下面介紹一種由DH-2A型繼電器組成的一次式ZCH,圖11-42所示

為這種ZCH的電路圖。

WC(+)WC(一)

cDH-2A

AON；QFiT

0,]?叱iI遼；5R'

ZCH啟動

ZCH放電

,5R閉餓

6H自

ZCH放電

???111動

執(zhí)行

?R

合

ZCH指示燈

閘

IKA3KAM

ZCH執(zhí)行路

回監(jiān)

SA后加速

OFFON繼電器

防跳

繼電器

手控合閘

跳閘

信羽「

合閘

信號燈

手控跳閘

眄

跳閘

IKS廠11KM

速斷保護

保

定時限護

-------------------------------回

過流

n2KsIKT路

u~1后加速|(zhì)

4KqJ-2KM

---.....................................-01—

用】】T2用DH-2A邪繼電器構(gòu)成的一次ZCH電路圖

WCf制小被線HG一綠色指示燈I川一紅色指示燈YR一跳閘線圖

CR“一斷路器輔助觸點WF—閃光信號小電線SA一控制開關(guān)

YC-電源合同線mON—門閘OEF一分制

（2）ZCH的工作原理分析

I）轉(zhuǎn)換開關(guān)SA的位置狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA采用LW2-la-4-6a-40-20/F8

型，它有六種位置狀態(tài)，如圖11—43所示。

III

預合合

備

分閘

閘后閘

圖UT3轉(zhuǎn)換開關(guān)SA的位置狀態(tài)

①假設(shè)要將斷路器合閘，操作前SA處于分閘后位置操作過程如下：

a.先將SA旋至預備合閘處。

閘后閘閘后閘

b.將SA轉(zhuǎn)至合閘位置，斷路器合閘。

哈希合閘。圖11-43轉(zhuǎn)換開關(guān)SA的位置狀態(tài)c.松開手柄，SA自動

返回到合閘后位置。

②若要將斷路器分閘，操作前SA處丁合閘后位置，其操作過程如下;

a.先將SA旋至預備分閘處。b.將SA旋至分間位置，斷路器分閘。c.松

開手柄，SA自動返回到分閘后位置。

2）正常情況下，斷路器處于合閘狀態(tài)時，此時SA處于合閘后位置，

SA21-23接通，使DH?2A型繼電器內(nèi)部的電容C通過R4充電，并達到穩(wěn)

定狀態(tài)，極性左"+‘右”ZCH指示燈HL得電發(fā)亮。由于斷路器輔助觸

點QF1是斷開的，故DH-2A型內(nèi)部的時間繼電器KT不得電。SA10-13

通，使紅燈HR通時，QF3和YR得電HR發(fā)亮，表示斷路器處于合閘位

置。

3）斷路器自動跳閘時當線路出現(xiàn)故障，過流或速斷保護動作。中間

繼電器1KM或2KM得電，常開觸點閉合，接通跳閘線圈YR,斷路器第

一次跳閘。QF1閉合，啟動ZCH,使KT得電，經(jīng)一定時間延時（通常整

定為0.8?1s）,其延時閉合觸點閉合，使電容C對中間繼電器KM的電

壓線圈放電，KM動作，觸點KM1斷開使ZCH指示燈熄滅。KM2、KM3

閉合，經(jīng)信號繼電器1KS接通斷路器合閘線HYO,使斷路器合閘。KM4

接通后加速時間繼電器，其觸點1KT瞬時閉合。為下次跳閘做好準備。若

線路故障已消失，則重合閘成功，各元件返回，若線路故障仍存在，則繼

電保護裝置將再次動作使斷路器第二次跳開，±1于1KT觸點的作用，故第

二次跳閘是瞬時的，這即所謂“后加速”作用。由于電容C來不及充電（C

的充電時間為15~25s）,故DH-2A型中的KM不會再得電，這樣就保證

了ZCH只重合閘一次。

4）斷路器手動跳閘時SA旋至分間位置，SA21-23斷開，Z