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第7章供配电系统的继电保护内容：继电保护的作用是防止因短路故障或不正常运行状态造成的电气设备或供配电系统的损坏，提高供电可靠性，继点保护是变电所二次回路的重要组成部分，也是供电设计的主要内容。重点:电力变压器的继电保护、电力线路的继电保护本章讲述继电保护的基本知识和理论，及整定计算方法。§7.1继电保护的基本知识§7.2常用的保护继电器§7.3电力线路的继电保护§7.4电力变压器的继电保护§7.5高压电动机的继电保护§7.66~10kV电力电容器的继电保护§7.7微机保护小结思考题与习题7.1继电保护的基本知识继电保护装置就是能反应供配电系统中电器设备发生的故障或异常运行状态,并能动作于断路器跳闸或启动信号装置发出预告信号的一种装置。7.1.1继电保护的任务1．自动地、迅速地、有选择性地将故障设备从供配电系统中切除，使其它非故障部分迅速恢复正常供电。2．正确反应电器设备的不正常运行状态，发出预告信号，以便运行人员采取措施，恢复电器设备的正常运行。3．与供配电系统的自动装置（如自动重合闸装置，备用电源自动投入装置等）配合，提高供配电系统的供电可靠性。7.1.2继电保护的分类电力系统中的电力设备和电力线路，应装设短路故障和异常运行的保护装置。电力设备和电力线路短路故障应有主保护和后备保护，必要时可增设辅助保护。1．主保护主保护是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。2．后备保护后备保护是主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。后备保护可分为近后备保护和远后备保护两种方式。（1）近后备保护是当主保护拒动时，由该电力设备或线路的另一套保护实现后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备的保护。（2）远后备保护是当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护实现后备的保护。3．辅助保护辅助保护是为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。4．异常运行保护异常运行保护是反应被保护设备或线路异常运行状态的保护。7.1.3继电保护的要求1.可靠性继电保护在其所规定的保护范围内，发生故障或不正常运行状态，要准确动作，不应该拒动作；发生任何保护不应该动作的故障或不正常运行状态，不应误动作。如图7-1所示系统K点发生短路，保护3不应该拒动作，保护1和保护2不应该误动作。2.选择性当供配电系统发生短路故障时，继电保护装置动作，只切除故障设备，使停电范围最小，保证系统中无故障部分仍正常工作。4.速动性发生故障时，继电保护应该尽快地动作切除故障，减小故障引起的损失，提高电力系统的稳定性。3.灵敏性灵敏性是指继电保护在其保护范围内，对发生故障或不正常运行状态的反应能力。在继电保护的保护范围内，不论系统的运行方式、短路的性质和短路的位置如何，保护都应正确动作。继电保护的灵敏性通常用灵敏度KS来衡量，灵敏度愈高，反应故障的能力愈强。灵敏度Ks按下式计算：7.1.4继电保护的工作原理供配电系统发生故障时，会引起电流增大、电压降低、电压和电流间相位角改变，利用上述状态参量故障时与正常时的差别，可分别构成电流保护、电压保护、方向保护，利用线路始端测量阻抗降低和两侧电流之差还可构成距离保护和差动保护等。继电保护的种类很多，但其构成基本相同，继电保护装置主要由测量比较单元、逻辑判断单元和执行输出单元三部分组成，如图7-2所示。图7-2继电保护装置的构成框图1.测量比较单元测比较单元测量被保护设备的某状态参量，和保护装置的整定值进行比较，根据比较结果，判断被保护设备是否发生故障，保护装置是否应该起动。常用的测量比较元件有过电流继电器、低电压继电器、差动继电器和阻抗继电器等。2.逻辑判断单元逻辑判断单元根据测量比较单元输出逻辑信号的大小、性质、先后顺序、持续时间等，按一定的逻辑关系判断故障量，确定是否应使断路器跳闸、发出信号或不动作，输出相应信号到执行输出单元。3.执行输出单元执行输出单元根据逻辑判断单元的输出信号驱动保护装置动作，使断路器跳闸、发出报警信号或不动作。7.1.5继电保护技术的发展随着电力系统、电子技术、计算机技术和通信技术的发展，继电保护技术也得到快速发展。继电保护也从电磁式、感应式或电子式继电器构成的模拟保护发展到以微机保护构成的数字保护。电磁式或感应式继电器构成的模拟保护，虽然结构简单、价格低廉，但难以满足系统可靠性对保护的要求，主要表现在：（1）没有自诊断功能，元件损坏不能及时发现，易造成严重后果。（2）动作速度慢，一般超过0.02s。（3）定值整定和修改不便，准确度不高。（4）难以实现新的保护原理或算法。（5）元件多、体积大、维护工作量大。微机保护构成的数字保护充分利用和发挥微型控制器的存储记忆、逻辑判断和数值运算等信息处理功能，克服模拟式继电保护的不足，获得更好的保护特性和更高的技术指标。微机保护的发展还是近50年的事，上世纪60年代末，70年代初美国、澳大利亚等国学者开始研究微机保护，我国70年代末也开始研究微机保护，1984年原华北电力学院研制成功输电线路微机保护装置，其后微机保护得到迅速发展，80年代末微机保护开始得到工业应用，以后微机保护由初期的微机继电器发展到以保护为核心的具有多种综合功能的微机保护和测控装置。目前国外和国内很多厂商生产此类产品，如通用电气公司生产的数字配电继电保护系统（DigitalDistribitionProtectiveRelayingSystem）、BBC公司生产的微机配电保护系统（Microprocessor-basedDistributionProtectionSystem）、ABB公司生产的微机配电保护装置（Circuit-shieldDistributionProtectionUnit）、南京自动化研究院生产的ISA-1微机保护装置、许继电气公司生产的WBK-1型微机保护装置，等等。这类微机保护装置一般都具有测量、保护、重合闸、事件记录、通讯和自检等功能。我国20世纪90年代已开始大量使用微机保护。目前，电力系统已全部实现微机保护，一般用户供配电系统仍使用以继电器保护为主的模拟保护，现代大型用户都采用微机保护，新建的用户供配电系统一般选用微机保护。微机保护的工作原理与继电器保护的工作原理基本相同或相似，只是实现的方法不同。所以，本章内容仍以讲述继电器保护为主，微机保护为辅。7.2常用的保护继电器保护继电器的种类：（1）按继电器的结构原理分，有电磁式、感应式、数字式、微机式等继电器；（2）按继电器反应的物理量分有电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、气体继电器等；（3）按继电器反应的物理量变化分，有过量继电器和欠量继电器，如过电流继电器、欠电压继电器；（4）按继电器在保护装置中的功能分，有起动继电器、时间继电器、信号继电器和中间继电器等。常用的继电器主要是电磁式和感应式继电器。7.2.1电磁式继电器1.电磁式电流继电器（1）DL电磁式电流继电器内部结构如图7-3，内部接线图和图形符号如图7-4。文字符号：KA图7-4DL电磁式电流继电器的内部接线图和图形符号图7-3DL电磁式电流继电器的内部结构图1-线圈2-电磁铁3-Z形铁片4-静触头5-动触头6-动作电流调整杆7-标度盘8-轴承9-反作用弹簧10-轴（2）结构和工作原理使过电流继电器动作的最小电流称为继电器的动作电流，用Iop.kA表示。使继电器返回到起始位置的最大电流，称为继电器的返回电流，用Ire.KA表示。继电器的返回电流与动作电流之比称为返回系数Kre，即电磁式电流继电器的返回系数通常为0.85（3）动作电流的调节调节电磁式电流继电器的动作电流的方法有两种：①改变调整杆6的位置来改变弹簧的反作用力，进行平滑调节。②改变继电器线圈的连接。当线圈由串联改为并联时，继电器的动作电流增大一倍，进行级进调节。2.电磁式电压继电器（1）文字符号和图形符号文字符号：KV（2）结构和工作原理与DL型电磁式电流继电器基本相同。不同之处仅是电压继电器的线圈为电压线圈，匝数多，导线细，与电压互感器的二次绕组并联。电磁式电压继电器有过电压和欠电压继电器两种。过电压继电器的返回系数通常为0.8；欠电压继电器的返回系数通常为1.25。3.电磁式时间继电器时间继电器用于继电保护装置中，使继电保护获得需要的延时，以满足选择性要求。（1）文字符号和图形符号文字符号：KT（2）结构和工作原理由电磁系统、传动系统、钟表机构、触头系统和时间调整系统等组成。（3）动作时限调整：通过改变主静触头的位置，即改变主动触头的行程获得。4.电磁式信号继电器信号继电器在继电保护装置中用于发出指示信号，表示保护动作，同时接通信号回路，发出灯光或者音响信号。（1）文字符号和图形符号文字符号：KS5.电磁式中间继电器中间继电器在继电保护装置中用于弥补主继电器触头容量或触头数量的不足。（1）文字符号和图形符号文字符号：KM7.2.2感应式电流继电器GL型感应式电流继电器的内部结构如图7-8所示，它主要由两个系统构成：感应系统和电磁系统。其内部接线图和图形符号如图7-9，文字符号也是KA。图7-9GL-10，GL-20型感应式电流继电器内部接线图和图形符号图图7-8GL型感应式电流继电器的内部结构图1-线圈2-电磁铁3-短路环4-铝盘5-钢片6-铝框架7-调节弹簧8-永久磁铁9-扇形齿轮10-蜗杆11-扁干12-触头13-时限调节螺杆14-速断电流调节螺钉15-衔铁16-动作电流调节插销2.结构和工作原理感应式电流继电器有两个系统：感应系统和电磁系统。反时限动作:继电器线圈中的电流越大，动作时限越短。速断动作:继电器线圈中的电流增大到继电器的速断电流整定值时，电磁铁将衔铁瞬时吸下。感应式电流继电器的这种有一定限度的反时限动作特性，称为“有限反时限特性”。3.动作电流和动作时限的调节(1)继电器的动作电流的调节用插销16改变线圈抽头（匝数）进行级进调节；也可以用调节弹簧7的拉力进行平滑调节。(2)继电器的动作时限的调节用螺杆13改变扇形齿轮顶杆行程的起点进行调节。继电器速断电流倍数可用螺钉14改变衔铁与电磁铁之间的气隙进行调节。7.3电力线路的继电保护7.3.1电力线路的常见故障1.常见故障：相间短路、单相接地、过负荷。2.保护配置：配置相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护。电力线路装设带时限的过电流保护和瞬时电流速断保护，保护动作于断路器跳闸，作为相间短路的保护。电力线路装设绝缘监视装置（零序电压保护）或单相接地保护（零序电流保护），保护动作于信号，作为单相接地故障保护。可能经常过负荷的电缆线路，装设过负荷保护，动作于信号。7.3.2电流保护的接线方式和接线系数电流保护的接线方式是指电流保护中的电流继电器与电流互感器二次绕组的连接方式。为了便于分析和保护的整定计算，引入接线系数Kw，它是流入继电器的电流IKA与电流互感器二次绕组电流I2的比值，即1.三相三继电器接线方式三相三继电器接线方式又称完全星形接线。它能反应各种短路故障，流入继电器的电流与电流互感器二次绕组电流相等，其接线系数在任何短路情况下均等于1,即Kw=1。这种接线方式主要用于高压大接地电流系统，保护相间短路和单相短路。2.两相两继电器接线方式两相两继电器接线方式又称不完全星形接线。由于B相没有装设电流互感器和电流继电器，它不能反应单相短路，只能反应相间短路，其接线系数在各种相间短路时均为1。此接线方式主要用于小接地电流系统作相间短路保护用。3.两相一继电器接线方式流入继电器的电流为两电流互感器二次绕组电流之差，因此又称两相电流差接线。A、C两相短路时，KW=2，；A、B或B、C两相短路时，KW=1；可反应各种相间短路，但其接线系数随短路种类不同而不同，保护灵敏度也不同，主要用于高压电动机的保护。7.3.3过电流保护当通过线路的电流大于继电器的动作电流，保护装置起动，并用时限保证动作的选择性，这种继电保护装置称为过电流保护。由于采用的继电器不同，其时限特性有两种：由电磁式电流继电器等构成的定时限过电流保护和由感应式电流继电器构成的反时限过