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发电厂的二次系统
一 概述
发电厂直接与生产和输配电能有关的设备称为一次设备，包括：发电机、变压器、断路器、隔离刀闸、母线、互感器、电抗器、移相电容器、避雷器、 输配电线路等，习惯上称为一次设备。由一次设备连接成的系统称为一次系统。
对一次电气设备进行监视、测量、操纵、控制和起保护作用的辅助设备，称为二次设备，如：各种继电器、信号装置、测量仪表、控制开关、控制电缆、操作电源和小母线等。由二次设备连接成的回路称为二次回路，或二次系统。二次系统的任务是放映一次系统的工作状态，控制一次系统，并在一次系统发生事故时，能使事故部分退出工作。
二 二次回路
按照二次设备的用途来分，则可分为继电保护二次回路、自动装置二次回路、控制系统二次回路、测量仪表二次回路、信号装置二次回路和直流操作电源二次回路等。要了解二次回路，首先要知道二次设备的符号和图形。而要想完整地表示清楚一个电厂的二次回路接线，一般要应用下列各种二次回路接线图和布置图，即原理接线图、展开式接线图、屏面布置和屏后安装接线图。
2.1 二次回路接线图
（1）原理接线图
原理接线图是将继电器及各种电器以集合整体的形式表示，用直线画出它们之间的相互关系，因而清楚、形象地表明了继电保护、信号系统和操作控制等的接线和动作原理。在原理图中各开关电器和继电器触点都是按照它们的正常状态表示的。所谓正常状态是指开关电器在断开位置和继电器线圈中没有电流时的状态。阅读原理接线图的顺序是从一次接线看电流的来源；从电流互感器的二次侧看短路电流出现后，能是哪个电流继电器动作，该继电器的触点闭合（或断开后），又使哪个继电器起动。
（2）展开接线图
展开接线图由交流回路、直流操作回路和信号回路三部分组成。每一回路的右侧通常有文字说明，以表明回路的作用。阅读展开接线图的顺序是：a.先读交流电路后读直流电路；b.直流电流的流通方向是从左到右；c.元件的动作顺序：从上到下，从左到右。
（3）安装接线图
安装接线图包括屏面布置图、屏背面接线图和端子排图。

继电保护
一、概述
1. 继电保护包括继电保护技术和继电保护装置。
继电保护技术是一个完整的体系，它主要由电力系统故障分析、继电保护原理及实现、继电保护配置设计、继电保护运行及维护等技术构成。
继电保护装置是完成继电保护功能的核心。
继电保护装置就是能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。

2. 电力系统的故障和不正常运行状态
电气设备在运行中，由于外力破坏，内部绝缘击穿以及误操作等原因，可能造成电气设备故障或异常工作状态。
电气设备故障最多见的是短路，其中包括三相短路、两项短路、大电流接地系统的单相接地短路及电气设备内部线圈的匝间短路。在大电流接地系统中，电气设备短路故障，以单相接地短路的机会最多。
不正常运行状态：
电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障的运行状态。如：过负荷、过电压、频率降低、系统震荡等。
电气设备短路故障所引起的后果是多方面的，主要有：
（1）发生短路故障时，产生一个很大的短路电流，引起强电弧或导电回路的严重过热，可能烧坏电气设备；
（2）发生短路时，通过故障设备的短路电流会产生一个很大的电动力，使电气设备遭受机械力破坏；
（3）发生短路故障时，电力系统电压急剧下降，使用户正常生产用电遭到破坏，还会造成设备停电、停产；
（4）发生严重短路故障时，若处理不当，会破坏电力系统的稳定运行，使并网发电厂解列，甚至造成整个电力系统瓦解；
二、对继电保护的基本要求
对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性，即保护四性。
（一） 选择性：
选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。
例：
当d1短路时，保护1、2动→跳1DL、2DL，有选择性
当d2短路时，保护5、6动→跳5DL、6DL，有选择性
当d3短路时，保护7、8动→跳7DL、8DL，有选择性
若保护7拒动或7DL拒动，保护5动→跳5DL（有选择性）
若保护7和7DL正确动作于跳闸，保护5动→跳5DL，则越级跳闸（非选择性）
小结：选择性就是故障点在区内就动作，区外不动作。当主保护未动作时，由近后备或远后备切除故障，使停电面积最小。因远后备保护比较完善（对保护装置DL、二次回路和直流电源等故障所引起的拒绝动作均起后备作用）且实现简单、经济，应优先采用。
（二） 速动性：
快速切除故障。提高系统稳定性；减少用户在低电压下的动作时间；减少故障元件的损坏程度 ，避免故障进一步扩大。
；
t－故障切除时间；
tbh-保护动作时间；
tDL-断路器动作时间；
一般的快速保护动作时间为0.06～0.12s，最快的可达0.01～0.04s。
一般的断路器的动作时间为0.06～0.15s，最快的可达0.02～0.06s。

灵敏性
（三） 灵敏性：
指在规定的保护范围内，对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。
（四） 可靠性：
指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作（拒动）；而在不该动作时，他能可靠不动，即不发生错误动作（简称误动）。
影响可靠性有内在的和外在的因素：
内在的：装置本身的质量，包括元件好坏、结构设计的合理性、制造工艺水平、内外接线简明，触点多少等；
外在的：运行维护水平、调试是否正确、正确安装
三、继电保护的基本原理、构成与分类：
1.基本原理：
为区分系统正常运行状态与故障或不正常运行状态——找差别：特征。原则上说：只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征（差别），即可找出一种原理，且差别越明显，保护性能越好。
① I增加 故障点与电源间 —>过电流保护
② U降低 —>低电压保护
③ 变化； 正常：20°左右 —>短路：60°～85°—>方向保护.
④ Z= 模值减少 —>阻抗保护
⑤ —> —>电流差动保护
⑥ I2 、I0 序分量保护等。

2.构成
以过电流保护为例：

正常运行：Ir=If LJ不动
故障时：Ir=Id>Idz LJ动—>SJ动（延时）—>XJ动—>信号
TQ动—>跳闸

一般由测量元件、逻辑元件和执行元件三部分组成。

（1） 测量元件
作用：测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流、电压、阻抗、功率方向等），并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。
下面简要介绍下常见的电流互感器和电压互感器两种测量元件。

电流互感器
电流互感器的原理：将线路中的大电流变成1A或者2A的小电流

为互感器一二次绕组匝数　
电流互感器的等值电路及相量图

电压互感器
电磁式电压互感器的原理：与变压器原理相似，其等值电路如下

（2） 逻辑元件
作用：根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。
逻辑回路有：或、与、非、延时启动、延时返回、记忆等。
（3） 执行元件：
作用；根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如：故障时→跳闸；不正常运行时→发信号；正常运行时→不动作。
下边主要介绍下常见的执行元件--继电器。
1.2 继电器的作用和分类
继电器是组成继电保护装置的基本元件，。当输入继电器的物理量达到一定数值时，继电器就动作，通过执行元件发出信号，或动作于跳闸。按照继电器的结构原理可分为电磁型、感应型、磁电型、整流型、极化型、半导体型和其他类型。
1.3 继电器的动作原理
常见的继电器有：电磁型电流继电器、电磁型电压继电器、GL系列感应型过电流继电器、电磁型时间继电器、电磁型中间继电器、电磁型信号继电器、瓦斯继电器、BCH-2型差动继电器、自动重合闸继电器。下面以电磁型中间继电器为例，谈谈继电器的动作原理。
1.3.1 电磁型中间继电器
中间继电器在继电保护装置中，用以增加触点数量和触点容量，也可使触点闭合或断开时带有不大的延时（0.4~0.8s），或者通过继电器的自保持，以适应保护装置的需要。
当线圈2加上工作电压后，电磁铁1就产生电磁力，将衔铁3吸合而带动触点5，使其中的常开触点闭合，常开触点断开。当外施电压消失后，衔铁3受反作用弹簧6的拉力而返回原来的位置。
具有自保持线圈的中间继电器有多种，例如电压起动、电流保持的中间继电器，一般除了有一个工作的电压线圈外，还有一到二个电流自保持线圈。只要中间继电器动作后电流自保持线圈中存在直流电流，中间继电器将一直自保持。

3.分类：
几种方法如下：
（1） 按被保护的对象分类：输电线路保护、发电机保护、变压器保护、电动机保护、母线保护等；
（2） 按保护原理分类：电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序保护等；
（3） 按保护所反应故障类型分类：相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断线保护、失步保护、失磁保护及过励磁保护等；
（4） 按继电保护装置的实现技术分类：机电型保护（如电磁型保护和感应型保护）、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护及微机型保护等；
（5） 按保护所起的作用分类：主保护、后备保护、辅助保护等；
主保护— 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。
后备保护 主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。又分为远后备保护和近后备保护两种。
①远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。
②近后备保护：当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备保护。
辅助保护：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。
四、常见的各种继电保护的简要介绍
中小型发电厂常见的继电保护
中小型发电厂涉及到的继电保护主要分为以下四类：发电机的继电保护、变压器的继电保护、母线的继电保护、线路的继电保护。下面就这四类继电保护分别进行介绍。
4.1 发电机的继电保护
发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用，同时发电机本身也是一个十分贵重的电器元件，因此，应该针对各种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的继电保护装置。
一、故障类型及不正常运行状态：
1． 故障类型
1) 定子绕组相间短路：危害最大
2) 定子绕组一相的匝间短路：可能发展为单相接地短路和相间短路
3) 定子绕组单相接地：较常见，可造成铁芯烧伤或局部融化
4) 转子绕组一点接地或两点接地：一点接地时危害不严重；两点接地时，因破坏了转子磁通的平衡，可能引起发电机的强烈震动或将转子绕组烧损。
5) 转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失：从系统吸收无功功率，造成失步，从而引起系统电压下降，甚至可使系统崩溃。
2． 不正常运行状态
1）由于外部短路引起的定子绕组过电流：温度升高，绝缘老化
2）由于负荷等超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷：温度升高，绝缘老化
3)由于外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序过电流和过负荷：在转子中感应出100hz的倍频电流，可使转子局部灼伤或使护环受热松脱，而导致发电机重大事故。此外，引起发电机的100hz的振动。
4)由于突然甩负荷引起的定子绕组过电压：调速系统惯性较大发电机，在突然甩负荷时，可能出现过电压，造成发电机绕组绝缘击穿。
5)由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷：
6)由于调速控制回路故障以及某些人为因素造成发电机转为电动机运行时，发电机将从系统吸收有功功率，即逆功率。

电站发电机的继电保护一般分为以下8种类型：
1.发电机纵差动保护
2.横差动保护
3.单相接地保护
4.发电机的失磁保护
5.负序电流保护
6.转子一点接地保护和两点接地保护
7.过负荷保护
8.过电压保护

一、发电机纵差动保护
1.1 保护对象
发电机纵差动保护：定子绕组及其引出线的相间短路保护
1.2 作用原理
下图为发电机纵差动保护的单相原理图，两组CT特性、变比一致正常 区外接地时

CT特性可选得尽量一致
不平衡电流比变压器小

1.3 整定计算
两个条件：（1） 躲外部短路时的
（2） 躲大于发电机额定电流 （CT二次断线时不误动）
灵敏度 ——出口两相短路。

二、发电机的横差动保护
2.1 保护对象
横差动保护：定子绕组一相匝间短路的保护
2.2 作用原理和整定计算
当一相定子绕组有两个及以上并联分支时，装设此种保护

正常：
匝间接地： 动作
死区：（1） 同一分支： 保护不动
（2） 同相两分支间： 保护不动
（3）不同相绕组匝间： 保护不动
下面是比较实用的接线方式：

当发电机出现三次谐波电势时，且三相同相位，若任一分支与其与支路不相等，则中性点连线上会出现三次谐波环流。
该接线没有互感器特性不同而引起的 灵敏度高，接线也较简单。

三、发电机的单相接地保护
3.1 保护对象
单相接地保护：对发电机定子绕组单相接地短路的保护
3.2 作用原理和整定计算
发电机最常见的故障之一： 定子绕组中性点不接地或经高阻抗接地。它具有一般不接地系统单相接地短路特点

设A相距中性点处，单相接地 发电机中性点将发生位移，产生零序电压。
故障点各相对地电压：

故障点零序电压为
电流分布：见上页图：

利用基波零序分量的发电机定子单相接地保护
视大小，（发电机直接连接母线） 较大时——零序电流保护，动作于跳闸，
（发变组）<允许值——零序电压保护， 动作于信号
（一） 基波零序电流保护

对C的要求：
（1） 三相对称负荷电流作用下，小
（2） 。（较小）很小 足够输出功率。一般的C达不到足够的灵敏度，曾广泛采用交流助磁的C。
（二） 基波零序电压保护

定值 躲过

四、 发电机的失磁保护
4.1 保护对象
发电机的失磁保护：反应转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失
4.2 动作原理
失磁后的基本物理过程：

依据：功角特性关系：

转子运动方程：

——原动机功率 ——同步功率 ——异步功率 ——电气角加速度 ——机组的惯性时间常数
（1） 不变

当 发电机未失步 ——同步振荡阶段
（静稳定极限角）——临界失步状态
转子加速愈趋剧烈 异步运行阶段，这时原动机的调速装置在转子加速的影响下
（2） 当时，即从系统吸收感性无功功率，，吸收

图原为发电机以不同的有功功率P临界失步时，机端测量阻抗的轨迹，圆内为失步区。
在发电机超过同步转速后，转子回路中将感应出频率为 电流，（发电机转速的频率，系统频率） 该电流将产生异步功率 当 即进入稳态的异步运行阶段。
4.3失磁后的影响 ：
对电力系统：
(1) 吸收Q无功储备不足，将因电压崩溃而瓦解
(2)
(3) 失磁失步振荡甩负荷
对发电机
（1）转子中的差频电流过热
（2）转差率吸定子过电流 发热
（3） 转速振动
水轮发电机较小 s很大发热厉害，故不允许失磁异步运行
可见：失磁后，若不失步，无直接危害。
失步后，对发电机及系统有不利影响。

五、发电机的负序过流保护
5.1 保护对象
负序电流保护：反应不对称短路或三相负荷不对称时，发电机定子绕组中出现的负序电流
5.2 动作原理和整定计算：
——转子过热，机械振动
为了使转子不致过热，
——以发电机额定电流倍数表示的负序电流的标幺值
A——允许过热时间常数

曲线表明： 发电机允许负序电流的时间是随大小而变化 故称为反时限。
针对此情况，装设发电机负序过流保护
5.2.1负序定时限过流保护
两段式 I段 经延时动作于跳闸
Ⅱ段 经延时动作于信号
分析
（1） 在ab段内： > 对发电机不安全
（2） 在bc段内 <未充分利用发电机对 的承受能力
（3） 在cd段内 发信号，由于运行人员处理，而靠近 点时，已>,不安全
（4） 在de段内， 保护根本不反应
即不能与反时限电流曲线很好配合，且对热积累的过程不能反应。
5.2.2负序反时限过流保护

或 ——修正常数（考虑到转子的散热条件）

六、转子一点接地保护和两点接地保护
6.1 保护对象
转子一点接地保护和两点接地保护：励磁回路的接地故障保护
6.2 动作原理
6.2.1 转子回路一点接地保护
当励磁绕组绝缘严重下降或损坏时，会引起励磁回路的接地故障，最常见的是励磁回路一点接地故障。发生一点接地故障后，励磁回路对地电压将升高，在某些条件下会诱发第二点接地，励磁回路发生两点接地故障将严重损坏发电机。
1）绝缘检查装置

正常运行时，电压表V1，V2的读数相等。当励磁回路对地绝缘水平下降时，V1与V2的读数不相等。
缺点：
中点附近接地时，存在动作。
2）直流电桥式一点接地保护

正常时电桥处于平衡状态；当励磁绕组发生一点接地时，电桥失去平
衡。
缺点：接地点靠近励磁回路两极时保护灵敏度高，而接地点靠近中点M时，存在死区。
措施：

1）在电阻R1的桥臂中串接非线性元件稳压管，其阻值随外加励磁电压的大小而变化，因此，保护装置的死区随励磁电压改变而移动位置。
这样在某一电压下的死区，在另一电压下则变为动作区，从而减小了保护拒动的机率。
2）转子偏心和磁路不对称等原因，使转子绕组中点对地电压不保持为零，而是在一定范围内波动。利用此电压来消除保护死区。
6.2.2 励磁回路两点接地保护
两点接地，故障点流过很大短路电流，电弧可能烧伤转子。转子磁场发生畸变，力矩不平衡，致使机组振动

工作原理：当励磁回路K1点发生接地后，投入刀闸S1并按下按钮SB，调节的滑动触点，使电桥平衡。调整平衡后，合上S2，将保护投入工作。
当励磁回路第二点发生接地时，电桥平衡遭到破坏，电流继电器中有
电流通过，若电流大于继电器的动作电流，保护动作，断开发电机出
口断路器。
缺点：
1）若故障点K2点离第一个故障点K1点较远，则保护的灵敏度较好；反之，若K2点离K1点很近，保护将拒动，因此保护存在死区，死区范围在10%左右。
2）若第一个接地点K1点发生在转子绕组的正极或负极端，则因电桥失去作用，不论第二点接地发生在何处，保护装置将拒动，死区达100%。
3）由于两点接地保护只能在转子绕组一点接地后投入，所以对于发生两点同时接地，或者第一点接地后紧接着发生第二点接地的故障，保护均不能反映。

七、过负荷保护：
7.1 保护对象
过负荷保护：发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护

八、过电压保护：
8.1 保护对象
过电压保护：反应突然甩负荷而出现的过电压
8.2 动作结果

电力变压器的继电保护
6.1 电力变压器的故障类型及其保护
变压器的内部故障可分为油箱内故障和油箱外故障两类。
内部：绕组的相间短路、匝间短路、接地短路，以及铁芯烧毁等。
外部故障：套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。
不正常的运行状态：外部相间短路、接地短路引起的相间过电流和零序过电流，负荷超过其额定容量引起的过负荷、油箱漏油引起的油面降低，以及过电压、过励磁、变压器油温升高等。
应装设的保护
（1）瓦斯保护
800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA以上的车间内油浸式变压器，应装设瓦斯保护。瓦斯保护可反应变压器油箱内部的短路故障以及油面降低，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧断路器，轻瓦斯保护动作于发出信号。
（2）纵差保护或电流速断保护
6300KVA及以上并列运行的变压器，10000KVA及以上单独运行的变压器，发电厂厂用工作变压器和工业企业中6300KVA及以上重要的变压器，应装设纵差保护。
10000KVA及以下的电力变压器，应装设电流速断保护。对于2000KVA以上的变压器，当电流速断保护灵敏度不能满足要求时，也应装设纵差保护。
纵差保护或电流速断保护：反应电力变压器绕组、套管及引出线发生的短路故障。
（3）相间短路的后备保护
作用：反应外部相间短路引起的变压器过电流，同时作为瓦斯保护和纵差保护的后备保护，其动作时限按阶梯形原则来整定。
（4）接地短路的零序保护
作用：零序保护用于反应变压器高压侧（或中压侧），以及外部元件的接地短路。
变压器中性点直接接地运行，应装设零序电流保护；变压器中性点可能接地或不接地运行时，应装设零序电流、电压保护。
（5）过负荷保护
400KVA以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应装设过负荷保护。过负荷保护通常只装在一相，延时动作于发信号。
（6）其他保护
对变压器温度和油箱内压力升高，以及冷却系统故障，应装设相应的保护装置。

6.2 电力变压器的瓦斯保护
一、瓦斯保护：反应变压器油箱内部气体量的多少和油流速度而动作的保护，保护变压器油箱内各种短路故障，特别是对绕组的相间短路和匝间短路。并且是变压器铁芯烧损的唯一保护方式。
由于短路点电弧的作用，将使变压器油和其他绝缘材料分解，产生气体。气体从油箱经连通管流向油枕，利用气体的数量及流速构成瓦斯保护。
二、构成和工作原理
1、气体继电器的结构
1—罩；2—顶针；3—气塞；
4—永久磁铁；5—开口杯；
6—重捶；7—探针；8—开口销；
9—弹簧；10—挡板；
11—永久磁铁；12—螺杆；
13—干簧触点（重）；
14—调节杆；
15—干簧触点（轻）；
16—套管；17—排气口

图6-44为目前在我国电力系统中推广应用的是开口杯挡板式瓦斯继电器的内部结构。

图6-44 FJ3-80型瓦斯继电器的结构示意图
1－盖 2－容器 3－上油杯 4－永久磁铁 5－上动触点
6－上静触点 7－下油杯 8－永久磁铁 9－下动触点
10－下静触点 11－支架 12－下油杯平衡锤
13－下油杯转轴 14－挡板 15－上油杯平衡锤
16－上油杯转轴 17－放气阀 18－接线盒

正常运行：上、下触点均断开。
油箱内部发生轻微故障：上触点合，发出信号——轻瓦斯动作。
油箱内部发生严重故障：下触点闭合，发出跳闸脉冲——重瓦斯动作。
变压器漏油使油面降低：首先是上触点闭合发出报警信号，然后下触点闭合发出跳闸脉冲。
2、气体继电器的工作原理

a)变压器正常运行时
上下两对触点都断开，不发出信号

b)变压器油箱内部发生轻微故障
上触点接通信号回路，发出音响和灯光信号，这称之为“轻瓦斯动作”

c)变压器油箱内部发生严重故障
下触点接通跳闸回路，使断路器跳闸，同时发出音响和灯光信号，这称之为“重瓦斯动作”

d)变压器油箱漏油
先：上触点接通，发出报警信号；
后：下触点接通，使断路器跳闸，同时发出跳闸信号。

三、瓦斯保护的原理接线图
变压器瓦斯保护的接线图（图6-45）

图6-45 瓦斯保护原理接线图
注意：由于重瓦斯保护是靠油流的冲击而动作的，而油流速度的不稳定可能造成触点的抖动，为使断路器能可靠跳闸，出口中间继电器KM必须有自保持回路。
四、对瓦斯保护的评价：
主要优点：
动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内部发生的各种故障。
主要缺点：
不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上发生的故障。
因此瓦斯保护可作为变压器的主保护之一，与纵差动保护相互配合、相互补充，实现快速而灵敏地切除变压器油箱内、外及引出线上发生的各种故障。

6.3 变压器的电流速断保护
对于容量较小的变压器，当灵敏系数满足要求时，可在电源侧装设电流速断保护，它与瓦斯保护配合，以反应变压器绕组及变压器电源侧的引出线套管上的各种故障。
说明：当变压器电源侧为小接地电流系统时，保护可采用两相式接线；当电源侧为大接地电流系统时，可采用三相式或两相三继电器式接线。
一、变压器电流速断保护原理接线图

二、电流速断保护的整定计算：
（１）按躲过变压器负荷侧母线短路时流过保护的最大短路电流整定：
式中，Krel取1.2~1.3。
（2）躲过变压器空载投入时的励磁涌流
选择其中的较大者作为保护的动作值
灵敏系数：

要求 大于等于2。

6.4　电力变压器的纵联差动保护
1.构成变压器纵差保护的基本原则: Ir>0

两侧电流互感器的变比关系:

2. 纵联差动保护的基本原理
双绕组变压器差动保护的原理接线如图6-46所示。
正常运行或外部短路时（k1点）：

继电器不动作

图6-46 变压器差动保护原理接线图
内部短路时（k2点）
或 继电器动作
3.变压器纵差保护的特点
（不平衡电流产生的原因和消除方法）
不平衡电流的产生原因
1励磁涌流的影响
2变压器两侧电流相位不同
3计算变比与实际变比不同
4两侧电流互感器型号不同
5变压器带负荷调整分接头
减轻和消除方法
a.速饱和变流器；
b.波形鉴别；
c.二次谐波制动;
d.互感器的接法和变比
e.平衡线圈补偿
4.变压器纵差动保护的整定计算原则
⑴纵差动保护起动电流的整定原则
①躲开变压器的最大负荷电流

----可靠系数
----最大负荷电流
为了避免由于电流互感器二次回路断线时可能引起的差动保护误动作。
②躲开变压器保护范围外部短路时的最大不平衡电流

③躲开变压器最大励磁涌流

⑵纵差动保护灵敏系数的校验

图6-47 Y，d11接线变压器差动保护接线和相量图
a）接线图 b）相量图

6.5 变压器的电流和电压保护
变压器相间短路的后备保护，既是变压器主保护的后备保护，又可作为相邻母线或线路的后备保护。
一、相间短路的过电流保护
1、使用条件 过电流保护宜用于降压变压器。
2、安装地点：电源侧。
3、保护的整定计算

动作电流：

保护原理接线图

低电压起动的过电流保护（图6-52）

图6-52 低电压起动的过电流保护原理接线图
低电压起动的过电流保护（图2-52）
电流元件的动作电流：应躲过变压器的额定电流，即

低电压元件的动作电压：应躲过正常情况下母线上可能出现的最低工作电压，通常取

二、复合电压起动的过电流保护
1、保护原理接线图

2、保护的整定计算
动作值
电流元件：

低电压元件：
负序电压元件：
三、负序电流及单相式低压起动的过电流保护
对于大容量的发电机变压器组，由于额定电流大，电流元件往往不能满足远后备灵敏度的要求，可采用负序电流保护。负序电流元件和反应对称短路故障的单相式低压过电流保护组成。
负序电流保护灵敏度较高，且在星、三角接线的变压器另一侧发生不对称短路故障时，灵敏度不受影响，接线也较简单。
1、保护原理接线图

2、保护的整定计算
动作值
负序电流元件：
四、三绕组变压器后备保护的配置原则

五、变压器的过负荷保护
过负荷保护反应变压器对称过负荷引起的过电流。保护用一个电流继电器接于一相电流，经延时动作于信号。
过负荷保护的安装侧，应根据保护能反应变压器各侧绕组可能过负荷情况来选择：
(1)对双绕组升压变压器，装于发电机电压侧。
(2)对一侧无电源的三绕组升压变压器，装于发电机电压侧和无电源侧。
(3)对三侧有电源的三绕组升压变压器，三侧均应装设。
(4)对于双绕组降压变压器，装于高压侧。
(5)仅一侧电源的三绕组降压变压器，若三侧的容量相等，只装于电源侧；若三侧的容量不等，则装于电源侧及容量较小侧。
(6)对两侧有电源的三绕组降压变压器，三侧均应装设。

6.6 电力变压器接地保护
电力系统中，接地故障常常是故障的主要形式，因此，大电流接地系统中的变压器，一般要求在变压器上装设接地（零序）保护。作为变压器本身主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护。
1、中性点直接接地变压器的零序保护

第八章 母线的继电保护
一 装设母线保护的基本原则
母线发生故障的几率较线路低，但故障的影响面很大。这是因为母线上通常连有较多的电气元件，母线故障将使这些元件停电，从而造成大面积停电事故，并可能破坏系统的稳定运行，使故障进一步扩大，可见母线故障是最严重的电气故障之一，因此利用母线保护清除和缩小故障造成的后果，是十分必要的。
母线保护总的来说可以分为两大类型：一、利用供电元件的保护来保护母线，二、装设母线保护专用装置。
一般来说母线故障可以利用供电元件的保护来切除。

B处的母线故障，可由1DL处的Ⅱ或Ⅲ段切除，2DL和3DL处的发电机、变压器的过流保护切除。
缺点：延时太长，当双母线或单母线时，无选择性。所以下列情况应装设专门的母线保护：
母线保护应特别强调其可靠性，并尽量简化结构。对电力系统的单母线和双母线保护采用差动保护一般可以满足要求，所以得到广泛应用。
母线上连接元件较多，所以母差保护的基本原则为：
幅值上看：，正常运行和区外故障时，即
母线故障时 ＝0 动作
相位上看：正常运行和区外故障时，流入、流出电流反相位
母线故障时 流入电流同相位
母差保护分为：1 母线完全差动 2 固定连接的双母线差动保护 3 电流比相式差动保
护 4 母联相位差动保护

二 母线的完全差动保护

1 作用原理
将母线的连接元件都包括在差动回路中，需在母线的所有连接元件上装设具有相同变比和特性的CT。
① 正常运行或外部故障时 （）
所以，
二次侧
② 母线故障时
二次侧
2 整定计算
两个条件： ① 躲外部短路可能产生的

②CT(LH)二次回路断线时不误动

： 母线连接元件中，最大负荷支路上最大负荷电流。
取较大者为定值。

——连接元件最少时
应用： 35KV及以上单母线或双母线经常只有一组母线运行的情况，母线故障时，所有联于母线上的设备都要跳闸。

三 固定连接母线的差动保护
为提高供电的稳定性，常采用双母线同时运行的方式。按一定要求将引出线和有电源的支路固定联于两条母线上——固定连接母线。任一母线故障时，只切除联于该母线上的元件，另一母线可以继续运行，从而缩小了停电范围，提高了供电可靠性，此时需要母线差动保护具有选择故障母线的能力。
1 构成以及作用原理

5DL母联（开关）断路器

三部分组成： ① 1CT、2CT、6CT和1CJ——用于选择母线Ⅰ的故障
② 3CT、4CT、5CT和2CJ——用于选择母线Ⅱ的故障
③ 完全差动保护1~6CT和3CJ——整套保护的启动元件
原理： ① 正常运行或区外故障时
由上图电流分布情况可知： 1CJ、2CJ、3CJ中均为不平衡电流，保护不动作
② 区内故障时，例，母线Ⅰ故障，见上图红色电流分布情况可见：1CJ、3CJ中流入全部短路电流，所以1CJ、3CJ启动，跳开1DL、2DL和5DL；2CJ中为不平衡电流，不动，所以母线Ⅱ仍可继续运行。当母线Ⅱ故障时，分析同上。2CJ、3CJ起动，跳开3DL、4DL、和5DL，母线Ⅰ继续运行。
2 固定连接破坏时， 例线路1由母线Ⅰ切换到母线Ⅱ，因二次回路不能随之切换，所以外部短路时，1CJ、2CJ中有较大的差动电流而误动，但3CJ仍流过不平衡电流，不会误动。区内短路时，1CJ、2CJ都可能动作，3CJ动作，所以两条母线都可能切除。
该保护优点：能快速而有选择性的切除母线故障；
缺点： 当固定连接破坏时，不能选择故障母线，限制了系统运行调度的灵活性。

四 电流比相式母线保护
为提高母线保护运行的灵活性而提出

正常运行或者故障时：

母线故障时：

即：利用比相元件比较各元件的相位，便可判断区内、区外故障。

单相方框图
从每个连接元件的CT引出三相电流，经电压形成回路分别送入各相的小母线，每相的
小母线分别送至本相的比较回路。延时回路的作用是从时间上躲开外部短路时出现的相位误
差，脉冲展宽回路的作用是使出口继电器可靠动作。
特点： ① 只与电流相位有关，而与电流的幅值大小无关
② 不需考虑不平衡电流的影响，提高了灵敏度
③ 不要求采用同型号和同变比的CT，增加了使用的灵活性。

五 母联相位差动保护
固定连接母线的差动保护的改进。比较母联中电流与总差电流的相位作为故障母线的选择元件。

① Ⅰ母线发生故障时，母联中电流方向从Ⅱ母线流向Ⅰ母线
② Ⅱ母线发生故障时，母联中电流方向从Ⅰ母线流向Ⅱ母线，两种情况下电流相位变化1800。
基准量：总差电流，相位不变，同时为故障启动元件。可见，不管母线上元件如何连接，
只要母联中有电流流过，则能选择出故障母线，无固定连接的要求。这是它的优点。

六 断路器失灵保护
定义： P226
例：

d处发生故障时候，5DL拒动，装设于变电所B的断路器失灵保护动作，加速断开2DL、3DL。可使故障范围不至于影响到变电所A和C。（1DL、4DL的远后备保护动作亦可达到同样的目的，但因为动作时间太长满足不了系统的要求）
原理：

原理方框图
当d处发生故障的时候，5DL保护动作，若5DL拒动，而且U<动作，则“与”门开放，经延时t跳开2DL、3DL。
延时元件t：鉴别断路还是失灵。> 通常取