继电保护原理及整定值计算

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继电保护原理及整定值计算

1.线路过流保护

它是一种带动作时限（延时）的继电保护，有定时限和反时限两类。定时限是指保护的延时时间与过电流的大小无关，是一个定值。反时限是指保护的延时时间与过电流大小有关，过电流较大时，延时较短;过电流较小时，延时则较长。

（1）定时限的过流保护 如图11—27所示。电路中，继电器均采用电磁式，其操作电源由专门的直流电源提供。电流互感器采用两相V式接线。一次侧电路中发生短路故障时，电流继电器KA1、KA2中至少有一个瞬间动作触点闭合，使时间继电器KT启动，经过一定的时限，其延时触点闭合，使信号继电器KS和中间继电器KM动作。KS动作接通信号回路并掉牌。而KM动作，接通断路器跳闸线圈YR，使QF跳闸，从而切断短路故障。在故障切除后，继电器KA1、KA2、KT、KM失电自动复位，KS可手动复位。

（2）反时限过流保护 反时限过流保护一般采用感应式电流继电器，操作电源直接由交流电源提供。图11—28所示为反时限过流保护电路图。其工作原理较简单，读者可自行分析。

2.线路速断保护

速断保护是一种反应严重短路故障的电流保护形式，一般动作是没有延时的。图11—30所示为速断保护电路图。与图11—28相比较，仅仅少了一个时间继电器，其动作过程读者可自行分析。

由GL型电流继电器构成的速断保护，因GL型电流继电器本身具有速断保护功能，故电路图与图11—30相同。

（1）速断保护动作电流整定 整定原则∶速断保护的动作电流I，应躲过它所保护的线路末端的最大短路电流 ，。根据这个原则可得∶

4.电力变压器的保护

（1）电力变压器常见的故障 电力变压器的故障分为内部故障和外部故障。内部故障有∶线圈对铁壳绝缘击穿（接地短路）、匝间或层间短路、高低压各相线圈短路及铁心烧损和漏油等。外部故障有∶各相输出线套管间短路（相间短路）以及套管对铁壳的短路等。变压器的不正常工作状态主要是过负荷，长时间过负荷将造成变压器温度升高，绝缘老化，从而缩短使用寿命。

（2）电力变压器的继电保护类型 电力变压器采用的继电保护装置有∶过电流、过负荷、单相接地、速断、气体及差动保护。通常根据变压器的容量来设置不同的保护。

对400 kV·A以下的变压器通常采用高压熔断器保护。

对400～800 kV·A的变压器，一次侧装有高压熔断器时，可装设带时限的过流保护;时限超过0.5 s，还应装设电流速断保护。若一次侧装有负荷开关时，则只能采用高压熔断器保护。若低压侧为干线Y-yO接线的变压器，还应装设单相接地保护。安装在车间内容量越过320 kV·A的变压器还应装设气体保护。

对800 kV·A以上的变压器，应装设过流、气体、过负荷保护及温度信号等。如过流的时限超过0.5 s，还应装设电流速断保护。

对2 000~6 300 kV·A的变压器，如果速断保护灵敏度不能满足要求时，则应采用差动保护。

对并列运行的容量为5600 kW及以上的和单独运行的容量为7500 kW及以上的变压器，均应装设差动保护代替电流速断保护。

（3）变压器的过流保护与速断保护 变压器的过流和速断保护通常用来反应变压器内部和外部的相间短路故障及严重的匝间、层间短路。过流保护还可以反应严重的过载。这两种保护装应装设在变压器一次侧断路器下方。速断保护一般只能保护变压器一次，而过流保护则可保护整个变压器（包括二次侧的母线）。

1）电流互感器接线的特点（假设变压器的变压比为1）

Y—y接线的变压器一次侧单相短路时，如图11—33所示，反应到一次侧的短路电流两相大小相等，均为r）/3，而且方向相同，另一相电流大小为2r/3，方向与前两相相反。此时，若过流保护采用两相差接线，显然不能反应这种故障（流过继电器的电流为零）。而采用两相继电器式接线可以反应这种故障，但流过继电器的电流只有单相接地短路电流的与，保护灵敏度太低。因此，宜用零序保护装设在变压器二次侧来反应这种故障，如图11-34所示。

图11-36 变压器的定时限过电流保护、电流速断保护和过负荷保护的综合电路图

Kdsq---不平衡系数，取0.25；

Krel---可靠系数，取1.2~1.3；

Ki---零序电流互感器的变化。

零序电流保护的动作时间一般取0.5~0.7s。灵敏度按低压干线末端发生单相短路来校验，对架空线s，≥1.5;对电缆线s，≥1.25。

（4）变压器的气体保护，气体保护是油浸式电力变压器特有的一种基本保护装置。它可以很灵敏地反应变压器油箱内部的各种故障（包括非电性故障）。气体保护的主要元件是气体继电器，又称气体继电器。

1）气体继电器的结构和工作过程 气体继电器安装在变压器油箱与油枕之间的连通管上，如图11—37所示。油箱在安装时对地平面有1%～1.5%的倾斜度，以便油箱内气体的排出。

气体继电器的结构老式的为浮筒式，而现在多采用开口杯式。FJ，-80型气体继电器的结构如图11—38所示。气体继电器的工作过程如图11—39所示。

变压器正常运行时，继电器内两油杯中是充满油的，受平衡锤作用，油杯升高，使上、下两触点均断（见图11—39a）。

当变压器内部有轻微故障时，将产生少量气体，并缓慢上升沿联通管进入气体继电器内部。随气体的增多，气体继电器内部油面逐渐下降，使上油杯露出，从而失去浮力落下，接通触点，这种情况称"轻气体"动作。一般只给出音响及灯光信号（见图11—39b）。

当油箱内部有严重故障时，将产生大量的气体，这些气体将迅速通过气体继电器冲向油枕。从而冲击了下开口杯的挡板，使下油杯降落，其触点闭合，这种情况称"重气体"动作，将使断路器跳闸并发生 警及跳闸信号（见图11—39c）。

当变压器油箱漏油时，气体继电器内的油面将缓慢下降，轻气体先动作，重气体后动作（见图11—39d）。

2）瓦斯保护的工作原理 图11—40所示为变压器气体保护的电路图。当气体继电器KC的1、2点闭合时，表示轻气体动作，将接通变电所内的信号回路。当3、4点闭合时，将接通信号继电器KS，同时接通中间继电器KM，使高压断路器QF跳闸，切除变压器。中间继电器的1、2触点是防止瓦斯继电器触点"抖动"而采取的自保措施。

当新变压器或大修换油后的变压器初投入运行时，由于变压器油中溶解的空气受热后从油中分解出来而导致气体继电器误动作，可将切换片XB切换到电阻R上，待变压器运行一段时间后再切换过来。

3）变压器气体保护动作后的故障分析 变压器气体保护装置动作后，可采集气体继电器内部的气体进行一定的物理、化学分析来判断故障的原因。其故障分析和处理措施见表11—1。

5.高压电动机的保护

（1）高压电动机常见故障 不正常运行状态相或两相短路、一相碰壳（接地）以及匝间短路等。最常见的不正常运行状态是由过负荷造成。

（2）高压电动机的保护装置类型 对20 kW以下的高压电动机，通常采用电流速断，过负荷、单相接地以及低电压保护等。容量超过2000 kW时，应装设差动保护代替速断保护，对同步电机还应设失步保护。下面简要介绍高压电动机的过负荷保护，电流速断保护和单相接地保护。

（3）高压电动机的过负荷保护 这种保护通常装在容易引起过负荷的电动机上。当过负荷保护作用于切除电动机时，应采用两相差式或两相Ⅴ形接线，过电流继电器一般用GL型。

6.自动重合闸装置

自动重合闸装置（ZCH）是电力系统中广泛采用的一种自动化装置。在电力线路中，大多数短路故障都属于暂时性的。当保护装置动作后，故障点电压消失，其绝缘一般会自行恢复，这时仍可将高压断路器重新投入，继续供电。ZCH就是使跳闸的断路器实现自动再投人的装置。

（1）对自动重合闸装置的要求

1）当用控制开关断开断路器时，ZCH不应动作，但当保护装置跳开断路器时，在故障点充分去游离后，应重新投入工作。

2）当用控制开关投入断路器于故障线路上而被保护装置断开时，ZCH不应动作。

3）自动重合的次数应严格符合规定，当重合失败后，必须自动解除动作。

4）当ZCH的继电器及其他元件的回路内发生不良情况时，应具有防止多次重合于故障线路的环节。

下面介绍一种由DH-2A型继电器组成的一次式ZCH，图11—42所示为这种ZCH的电路图。

（2）ZCH的工作原理分析

1）转换开关SA的位置状态 转换开关SA采用LW2-1a·4·6a·40·20/F8型，它有六种位置状态，如图11—43所示。

假设要将断路器合闸，操作前SA处于分闸后位置操作过程如下∶

a.先将SA旋至预备合闸处。

闸后闸闸后闸

b.将SA转至合闸位置，断路器合闸。

哈希合闸。图11-43转换开关SA的位置状态c.松开手柄，SA自动返回到合闸后位置。

若要将断路器分闸，操作前SA处于合闸后位置，其操作过程如下∶ a.先将SA旋至预备分闸处。b.将SA旋至分闸位置，断路器分闸。c.松开手柄，SA自动返回到分闸后位置。

2）正常情况下，断路器处于合闸状态时，此时SA处于合闸后位置，SA21-23接通，使DH-2A型继电器内部的电容C通过R4充电，并达到稳定状态，极性左"＋"右"-"。ZCH指示灯HL得电发亮。由于断路器辅助触点QF1是断开的，故DH-2A型内部的时间继电器KT不得电。SA10-13通，使红灯HR通时，QF3和YR得电HR发亮，表示断路器处于合闸位置。

3）断路器自动跳闸时 当线路出现故障，过流或速断保护动作。中间继电器1KM或2KM得电，常开触点闭合，接通跳闸线圈YR，断路器第一次跳闸。QF1闭合，启动ZCH，使KT得电，经一定时间延时（通常整定为0.8～1s），其延时闭合触点闭合，使电容C对中间继电器KM的电压线圈放电，KM动作，触点KM1断开使ZCH指示灯熄灭。KM2、KM3闭合，经信号继电器1KS接通断路器合闸线圈YO，使断路器合闸。KM4接通后加速时间继电器，其触点1KT瞬时闭合。为下次跳闸做好准备。若线路故障已消失，则重合闸成功，各元件返回。若线路故障仍存在，则继电保护装置将再次动作使断路器第二次跳开，由于1KT触点的作用，故第二次跳闸是瞬时的，这即所谓"后加速"作用。由于电容C来不及充电（C的充电时间为15~25s），故DH-2A型中的KM不会再得电，这样就保证了ZCH只重合闸一次。

4）断路器手动跳闸时SA旋至分闸位置，SA21-23断开，ZCH将不会动作。同时，电容C的电荷将通过SA10-11接通放掉。

5）断路器手动合闸于故障线路时 继电保护装置将动作，使断路器跳闸。由于此时电容C还来不及充电，故ZCH也不会动作。

图11—42中的3KM称为防跳继电器，其作用是防止DH-2A型内部中间继电器KM的触点"粘住"时，引起多次重合闸动作。

（3）计算机控制自动重合闸控制器CH-40型自动重合控制器（操作面板及外围设备如图11—44所示）以十六位CPU为核心的微处理器结构，是集线路保护、遥测、遥控及遥调于一体的综合自动控制装置。它采用电流—一电压复合控制，既能在故障的情况下以电流为基准进行可靠的过流、速断、重合等保护，又可实现单侧加压延时合闸，

失压自动分闸，双侧加压不合闸，自动隔离故障段等功能，尤其适用于环 运行模式。该装置在满足国标及部颁标准（JB/T 7570—1994）的基础上，增加了10 kV线路继电保护功能、就地远方控制功能、四遥及计算机通信功能等。

CH-40型自动重合控制器与10 kV柱上开关配合构成自动重合器，可用于城 和农 变电所及站外散点开关。