供配电系统的继电保护.pdf

第一节 继电保护的基本知识继电保护防止因短路故障或不正常运行状态造成电 气设备或供配电系统的损坏，提高供电可靠性，因此，电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。继电保护装置：就是能反应供配电系统中电器设备 发生的故障或不正常运行状态，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。一、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。二、对继电保护的要求1.选择性：只切除故障设备，使停电范围最小，不影响其它部分。2.可靠性：不误动、不拒动。4,灵敏性：表示继电保护装置对发生故障或不正常运行 状态时的反应能力，用Ks表示。例如，对于电流保护，&=发生故障的最小电流/动作电流（要求大于1）庐I 1QF 1TA图7-1继电保护选择性示意图三、继电保护的基本工作原理图7-2继电保护的原理框图四、电流保护的接线方式和接线系数接线系数（，它是流入继电器的电流/ka与电流互感 器二次绕组电流右的比值，即K=&W J21.三相三继电器接线方式流入继电器的电流/ka与电流互感器二次绕组电流右 相等。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。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。3.两相一继电器(两相电流差)接线方式(a)接线方式(b)三相短路相量图(c)A,C两相(d)A,B两相 短路相量图 短路相量图(e)B,C两相 短路相量图图7-5两相一继电器接线及相量图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。ABCIKA短路相量图 短路相量图 短路相量图KW=V3 Kw=2 I三相对称短路时，流入继电器的电流是互感器二次侧电流的行 倍,因此Kw=G0A、C两相短路时，Kw=2；A、B或B、C两相 短路时，Kw=l；第二节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。图6-5过电流保护框图KA电流继电器KT时间继电器 KS一信号继电器KM-中间继电器、电磁式继电器1.电磁式电流继电器(1)结构和工作原理：当在继电器线圈中通入电流时，电磁铁产生的电磁力,当电磁力大于弹簧的反作 用力和摩擦力时，继电器 触点切换，继电器动作。DLTO型 电磁式电流继电器结构图1一线圈2电磁铁3钢舌片4静触点5一动触点 6起动电流调节转杆7一标度盘(铭牌)8一轴承9一反作用弹簧 10一转轴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op.kA表示。使继电器返回到起始位置的:b);7 7 11始的内部接线和超彬符号a)DLT1型内部接线b)图形符号大电流，称为彗器的返回电 流，用le.KA表示。继电器的返回电流与动作电流 之比称为返回系数K.即k _ re.KA re-.op.KA电磁式电流继电器的返回系数通常为085 oA电磁型电流继电器的动作迅速，是一种瞬时继电器。调节动作电流的方法：改变调整杆6的位置来改 变弹簧的反作用力，进行 连续调节。改变继电器线圈的连接 方式。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。异1 2 3DLTO型 电磁式电流继电器结构图1 一线圈2 电磁铁3钢舌片4静触点5一动触点 6起动电流调节转杆7一标度盘（铭牌）8一轴承9一反作用弹簧 10一转轴2.电磁式电压继电器(1)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。(2)文字符号和图形符号(KV)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125。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。文字符号：KT876图6-8 DS-110.120系列时间继电器的内部结构 1一线圈2电磁铁3可动铁心4一返回弹簧5、6一瞬时静触点7绝缘件8一瞬时动触点9 一压杆10一平衡锤11摆动卡板 12一扇形 齿轮13传动齿轮14主动触点15主静触点16一动作时限标度盘17拉引弹簧18弹簧拉力调节器19一摩擦离合器20主齿轮21小齿轮22一掣轮23、24钟表机构传动齿轮7 9 0S型时间缝电器的内部接线和图形符号时）内部接线 b）图形符号876图6-8 DS-110.120系列时间继电器的内部结构1一线圈 2电磁铁 3可动铁心 4一返回弹簧5、6一瞬时静触点7绝缘件8一瞬时动触点9一压杆10一平衡锤11摆动卡板12一扇形齿轮13传动齿轮14 一主动触点15主静触点16一动作时限标度盘17-拉引弹簧18弹簧拉力调节器19一摩擦离合器20一主齿轮21一小齿轮 22一掣轮23、24钟表机构传动齿轮4.电磁式信号继电器文字符号：KS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。a)图6-10 DX-11型信号继电器的内部结构1一线圈2-电磁铁 3一弹簧4一衔铁5信号牌6-玻璃窗孔7一复位旋钮8一动触点9 一静触点10-接线端子b）图6 11 DXJ1型信号继电器的内部 接线和图形符号 a）内部接线b）图形符号5.电磁式中间继电器文字符号：KM中间继电器在继电保护装置中用于触头容量和数量 的扩展。图6-12 DZ-10系列中间继 电器的内部结构1一线圈2 电磁铁3弹簧 4一衔铁 5一动触点6、7 静触点8一连接线9一接线 端子10一底座图6-13 DZ-10系列中间继电器的内部接线和图形符号 a)DZ-15 型 b)DZ-16 型 c)DZ-17 型 d)图形符号感应式电流继电器L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。2.图形文字符号：KA图644 GL-10.20系列感应式电流继电器的内部结构 1一线圈2电磁铁 3短路环4铝盘5钢片6铝框架7一调节弹簧8制动永久磁铁9一扇形 齿轮 10一蜗杆11扁杆12一继电器触点 13一时 限调节螺杆14一速断电流调节螺钉15一衔铁16-动作电流调节插销转动原理示意图图6-16感应式电流继电器的转矩和制动力矩M21 一线圈2电磁铁3一短路环4 一铝盘5钢片6铝框架7一调节弹簧8-制动永久磁铁工作特性 当继电器线圈电流增大到几时，继电器开始动作。“反时限特性”。当继电器线圈电流进一步增大到整定的速断电流Iqb迅速动作，具有“电流速断特性”。开始速断时的动作电流 L与反时限动作电流之比 为速断电流倍数，即_【op0 1 月qb 10动作电流倍数图6-17感应式电流继电器的动作特性曲线He感应元件的反时限特性 从Z一电磁元件的速断特性op磁式电流继电器的定时限特性 b）感应式电流继电器的反时限特性动作电流与动作时限调节方法 动作电流调节：改变线圈的匝数（级进调节）；改变 弹簧的拉力（平滑调节）。动作电流的整定值通过插孔板拧入螺钉来改变线圈的 匝数来调整（2,2.5,3.4.5,5,6.9,10A）。A速断电流调节：改变衔铁与电磁铁之间的气隙。其 速断动作电流调整范围是感应系统整定电流值的28 倍。感应系统的动作时限：改变扇形齿轮顶杆行程的起点，使动作特性上下移动。注意：继电器动作时限调节螺杆的标度尺，是以10倍 动作电流的动作时限来标度的。例如，若将继电器10 倍动作电流时间调整为2.0秒，那么当实际动作电流 倍数为4倍时,实际动作时间等于2 7秒。54321098765432 1O1 IX 1X 11 IXS/建后世恭动作电流倍数4/“黑图5-3 GL-10系列感应式电流继电器的 电流时间特性曲线第三节电力线路的继电保护一、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.保护配置的设置：相间短路保护，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。单相接地保护，装设绝缘监视装置，作为小电流单 相接地故障保护，保护动作于信号。过负荷保护，装设过负荷保护，动作于信号。二、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：A.由电磁式电流继电器等构成的定时限过电流保护B.由感应式电流继电器构成的反时限过电流保护。1.定时限过电流保护的接线和工作原理(1)定时限过电流保护装置的接线和工作原理当发生短路故障，继电器KA电流大于其动作电流lop.ka 时：KA动作，常开触点闭合，使时间继电器KT线圈通电，KT延时触点闭合，使中间继电器KM和信号继电器KS线圈通电,KM常开触点闭合，跳闸线圈YR通电，断路器QF跳闸，切断短路故障；KS常开触点闭合，发 出故障信号，指示牌掉下，表示发生短路故障。跳闸完成后，继电保护装置中除了信号继电器KS需要手动复位之外，其它的继电器均能自动返回到初始状态O定时限过流保护的接线图(a)原理图(b)展开图图7T8定时限过电流保护装置的接线图QF一断路图 TA电流互感器 KA电流继电器KT一时间继电器 KS-信号继电器 KM一中间继电器 YR一跳闸线圈（2）反时限过电流保护装置的接线和工作原理 由GL型感应式电流继电器组成，具有反时限特 性、采用交流操作，采用“去分流跳闸”起动 跳闸线圈。（a）原理图（b）展开图图7-19反时限过电流保护装置的接线图QF断路器TA电流继电器KA电流继电器YR一跳闸线圈线路发生短路时，继电器动作，其常闭触点打 开，常开触点闭合，电流互感器二次侧电流流经跳 闸线圈，断路器QF跳闸，切除故障线路。动作过程中，感应式电流继电器的常开常闭触 点的动作顺序“先合后断”，即常开触点先闭合，然后常闭触点再断开，避免都断开造成电流互感器 二次侧带开路，同时也可能会使得继电器失电返回,保护失败。GL型反时限过流继电器保护的特点接线比较简单，设备少，省去了中间继电器，提高了保 护灵敏度；但要求感应式电流继电器的触点具有足够的 分断能力目前的电流继电器触点容量相当大，短路时 分断能力可达到150A,完全能够满足去分流跳闸 的要求，因此这种去分流 跳闸的操作方式现在在工 厂供配电系统线路保护中 应用相当广泛。2.保护整定第一步：为保证正常运行时保护装置不动作，动作电 流必须躲过线路中的最大负荷电流，即Iop.l L.max%:保护装置一次互感器一次侧动作电流zLmax：线路的最大负荷电流(包括正常过荷电流和尖峰电流)，可取(1.5 3)/30；第二步：故障切消失后，线路上仍然维持最大负荷电流下，继电器还要可靠返回到原始位置，才能不误动（体现可靠性）。因此，继电器返回电流对应的一次侧电流也应躲过线路的最大负荷电流（即最大负荷电流小于返回电流）：re-1 L.max由此可见，要求继电器的动作电流满足两个条件:不仅一次侧动作电流大于最大负荷电流,【op.1【L.max而且返回电流也大于最大负荷电流,【re.1【L.max由于返回电流与动作电流有固定比例关系(返回系数Kre),要想增大继电器的返回值Ire.1,只能增加继电器的动作值Ip 1。L.maxopl K计入可靠系数(reliability coefficient)K Tt、rel Lmax opi k 考虑互感器变比，保护装置冷感器二次侧动作电流为K j、“应Lmaxp 2 K K V KK.f 5=L2S4kA2.5kA(3)校验过电流保护灵敏度。先校验线路WL1的主保护过电流保护灵敏度 线路1WL主保护的灵敏度，按线路1WL末端最小两相短路电流校验：V3 7(2)-X3.2K=-=2.65 1.5/刎 1.05由此可见，保护整定满足灵敏度要求4kA 2.5kA再校验线路2WL的后备保护灵敏度，用线路2WL末端最小两相短路电流校验，即:K _ 0.87x2Ka=-=-=1.00 1.ZDI a 1.05由此可见，保护整定满足灵敏度要求。三、电流速断保护(current quick-break protector)为什么要用电流速断保护？过电流保护中，由于采用阶梯保护的时限原则,越靠近电源，过电流保护的动作时限越长。即短 路电流越大，危害也越大。GB5006292规定，当 过电流保护动作时限超过0.50.7S时，应装设瞬 动的电流速断保护。电磁型电流继电器组成的电流速断保护接线图6-30线路的定时限过电流保护和电流速断保护电路图1.电磁型电流速断保护的接线和工作原理 电流继电器直接接通信号继电器和中间继电器，发出信号、执行跳闸；相当于没有时间继电器、不带时限（瞬时动作）的过电流保护；在实际中电流速断保护常与定时限过电流保护配 合使用。共用电流互感器和中间继电器，单独使 用电流继电器和信号继电器。如果采用GL系列电流继电器，则利用该继电器感 应元件（转盘）实现反时限过流保护，利用电磁 元件实现电流速断保护，简单经济。动作原理：当线路发生短路流经继电器的电流大 于电流速断的动作电流，电流继电器动作，接通 KS2、KM回路，KS2动作起动信号指示电流速断保护动作，KM动作使断路器跳闸。图6 30线路的定时限过电流保护和电流速断保护电路图展开国2.电流速断保护的整定电流整定值（按躲过本线路末端最大短路电流整定）：I-注意：没有返回系数!O图6-31线路电流速断保护的动作 电流整定说明及保护区和死区八皿X一前一级保护躲过的最大短路电流Iqb.l 前一级保护整定的一次动作电流3、电流速断保护的“死区”问题由于动作电流大于线 路末端的最大三 相短路电流，导 致线路远端短路 时电流速断不动 作，电流速断不 能有效保护电路 的全长。存在“死区问题(dead band)。0图6-31线路电流速断保护的动作 电流整定说明及保护区和死区/k.mx前一级保护躲过的最大短路电流 Iqb.l 前一级保护整定的一次动作电流“死区”的弥补办法 加装带时限的过电流 保护。0图6-31线路电流速断保护的动作 电流整定说明及保护区和死区/k.mx前一级保护躲过的最大短路电流 Iqb.l 前一级保护整定的一次动作电流在电流速断保护 的区域内，速断 保护是主保护，过电流保护是后 备保护，速断按 不动作时，过流 动作。在电流速断保护 的死区内，过电 流保护为主保护。0图6-31线路电流速断保护的动作 电流整定说明及保护区和死区Lmx前一级保护躲过的最大短路电流qb.l 前一级保护整定的一次动作电流4、灵敏度校验用线路首端最小两 相短路电流进行 校验：S=%/之1.52 KJqbO图6-31线路电流速断保护的动作 电流整定说明及保护区和死区前一级保护躲过的最大短路电流Iqb.l 前一级保护整定的一次动作电流例题L电磁式速断保护的整定 试整定如图所示线路1W1的电流速断保护。已知1TA的变 比为750/5A,线路最大负荷电流（含电机自起动电流）为670A,保护采用两相两继电器接线，线路2WL定时限过电流保护的动作时限为0.7S,L=J:大运行方式时KI、K2点三相短路电流为4kA、2.5kA,，、运行方式时KI、K2点三相短路电流分别为3.2kA和2kA。线路1WL的首端最小三相短路电流为9.2KAo解：(1)动作电流的整定4.KA=弁 X 4000=34.7A%1DU取整定动作电流为35A。对应的速断保护一次侧动作电流为旦 35=525041W(2)灵敏度校验以线路1WL的首端最小两相短路电流进行校验，即:=乩=.871.5s/OP.KA 5250电流速断保护满足要求。例题2：感应式（用GL-15型）过流和速断保护的整定 已知TA1的变比为100/5A,2TA的变比为75/5A,1WL的过 电流保护动作电流整定为9A,10倍动作电流动作时间1s,28A,2WL的计算电流为36A,首端三相短路电流为900A,末端三相短路电流为320A。试整定线路2WL的保护。100/5 A 75/5AKA22WL解:9A 1s iIQF 1TA9OOA100/5 AKA11WL320Al 2qF 2TA75/5A(1)KA2过流保护整定动作电流L.maxreiw x2/=L3xl x2x36=7.8p84KreKt c 0.8x15过电流保护一次侧动作电流为K s。二=1.532Q2叫速断保护整定满足要求。四、单相接地保护(single-phase earthing protector)1.单相接地故障特点(1)电流小，为非故障相的所有回路的对地分布电 容电流之和；(2)非故障相的相电压升为线电压，但三相之间的 线电压对称；(3)可以持续运行一段时间，但需要给出指示信号,以免其余两相对地电压升高之后长时间运行引起 相间短路；某一回路单相接地后电 容电流若3WL的C相线接地，C相 线要流回本回路A、B线形成的电容电流 I”还要流回其它 回路电缆A、B线形 成的电容电流电、IC3o因此，3WL的C 相接地后的总的接 地电流Tool Tea7ci7c5十信号KAAKoiZCO3Z-J/(01/c】ICA/C3ZC022WL1WL*曲01 y-Zcoi 工TAN3WL 而jG/C2G.CC2I Th 丁,也工Ic02J司丁/C03=-7CO3C3A-TC耳 dA：2!A 一 8 一 dC.=Cl+jC2+C3IC32.单相接地保护(又称零序电流保护)工作原理(a)架空线路(b)电缆线蛤3.单相接地保护动作电流整定单相接地保护的动作Iop,脑电流应躲过其他线路上发生 单相接地故障时，在本线路上引起的电容电流心，因此J _ T1 op.KA-k式中，K9为可靠系数，履护装置不带时限时，取4-5,保护装置带时限时，取1.5-2；&为零序电流 互感器的变比。保护装置一次侧动作电流为op A=KJop M4.单相接地保护灵敏度被保护线路末端发生单相接地时，流过继电器的电容 电流为/-7-7时能可靠动作，即七 Cz 2 CR=1.5架空线路op A1.25电缆线路单相接地电流工程估算式/C惠52五、线路的过负荷保护(overToard protector)整定电流，按照躲过线路的计算电流整定：I op(OL)动作时间一般取10T5s。图6-34线路过负荷保护电路TA电流互感器KA电流继电器 KT时间继电器KS一信号继电器*用于监测单相接地故障的绝缘监视装置图7-28绝缰监视装置原理接战图正常工作时：三个电压表读数近似相等，开口三角形 绕组两端电压近似为零；单相接地故障时：接地相电压近似为零；非故障相电压升高为有倍的相电压;开口三角形绕组的开口 电压（近似）为100V,电压继电器动作，发出预告信号。但不能直接指示出具体故障线路，只能判断出接地属于哪一相。图728绝缰监视装置原理接线图第四节 电力变压器的继电保护一、电力变压器的常见故障和保护配置1.常见故障常见故障分短路故障和不正常运行状态。(1)变压器的短路故障按发生在变压器油箱的内外，分内部故障和外部故 障。内部故障有匝间短路、相间短路和单相碰壳故障。外部故障有套管及其引出线的相间短路、单相接地故 障。(2)变压器的不正常运行状态有过负荷、油面降低 和变压器温度升高等。2.保护配置(1)装设过电流保护和电流速断保护装置用于保护 相间短路；(2)800kVA以上油浸式变压器和400kVA及以上车间 内油浸式变压器应装设气体保护 装置用于保护变压 器的内部故障和油面降低；(3)单台运行的变压器容量在lOOOOkVA及以上和并 列运行的变压器每台容量在6300kVA及以上、或电流 速断保护的灵敏度不满足要求时应装设差动保护装置,用于保护内部故障和引出线相间短路；(4)装设过负荷保护和温度保护装置分别用于保护 变压器的过负荷和温度升高。二、变压器二次侧短路流经一次侧的穿越电流和电流 保护的接线方式变压器电流保护的基本原理与电力线路保护类似,但由于变压器的接线组别和保护的接线方式，变压器 二次侧短路时流经一次侧的穿越电流分布不同，将影 响变压器保护的灵敏度。1.Yyno联结的变压器二次侧单相短路时一次侧的 穿越电流故障相2及/3非故障相Ik/3KABC(a)电流分布(b)电流相量图2.Ydll联结的变压器二次侧两相短路时一次侧的穿越电流Ydll联结的变压器二次侧a、b相发生两相短路，一次侧的短 路穿越电流B相为 2鹰）,A、C相为，货 o 辰,辰对称分量法分析副边，变压器YynO接法时，b相对地 短路，llk，副边电流为、R la /1+/2+I aO=0由于 I b Cl/1+/g2+I aO IKI c/2+I aO=0 1 I al 办+3 i 2 Ic)=d Ik解得 1 1 I al (I a+a?I b+a I c)=，/k3 3 1 1 IaO=(/”+/a+/c)=Ik3 322三相电流总结为3副边每相电流为 la=/1+/2+/0=2/kHIk=03 3 3lb=Ibl+Ib2+IbO=1 e 1 e ekH/kHIk=Ik3 31 Ic=/cl+/c2+/c0=/kH-”/kH-Ik=03 3 3对应的原边电流为（变比为K原边电流没有零序分量）A0=0/bo=0/co=0原边每相电流为/a=/a1+/a2+/a0=13Ka/k+3K/k+0=3KJ对应的相量图为ABC(a)电流分布(b)电流相配图变压器YynO接法时,1 I al=-a I k3；1 2 1 a2=U Ik3 1 IaO Ik3变压器YynO接法时,为：b相对地短路,ibi=-ik3 1 Ib2=Ik3 1 0 I k3Ib=Ik，副边电流为 1 Icl=-a2Ik3 1 Ic2=Cl Ik3 1 I cO=I k3原边不能流过零序电流，原边电流 1 I ai=alk3IA2=a?Jk3*/ao=0 1 I Bl=Ik3 1 I Bl=Ik3IbO=0 i I Cl=一 2 lk3 1 Ici=a Ik3Ico=031 Bl=一/A、3Icia2 Ik11 1 Ai=-a?女=(a+a2)Ik3332 aB=-Ik Ic2=-alk3.3 1 e/c=(a+a2)IkJAO=0bO(a)电流分布=0CO=0高压侧无零序ic/bl/bO零序电流(b)电流相量:图总电流变压器Ydll接法时副边a、b相间短路，短路电流 Ia=1k，二-九副边电流，原边电流为：1 1 乙1=%(/+“乙+2/)=/；1/2；、：1 3)3U k)乙Ik-Ik)Ici=(aIk-a2Ik)J 3 1 i 乙2=3(2乙2%)4 1 ,乙。=3(乙+乙+乙)=0 L=o L=o 1 Iai=-(Ik-aIk)；lz 2 1 3 Ibi=a(a II Ik)Ici=(alk-a2 Ik)J 3 1 i A2=(Ik a2 Ik)t 1/：3 lB2=(afk-Ik)Ic2=(a2 Ik-Ik)JI AO=0I BO=0I co=06)电流分布(b)电流相量图3.变压器电流保护的接线方式（1）两相两继电器式接线（适用于相间短路保护）对Yyno联结的变压器，二次侧发生单相短路时，流经保护装置穿越电流仅为二次侧的三分之一（设变 压器变比为1）,保护灵敏度只有相间保护的三分之O对Ydll联结的变压器二次侧ab两相短路，流经 保护装置的穿越电流仅为二次侧的回 保护灵敏度 也将降低。(2)两相一继电器式接线的保护灵敏度随短路种类而 异，但Yyno联结的变压器二次侧发生单相短路和ydll 联结的变压器二次侧发生两相短路，保护装置不动作,因此，该连线方式不能用于Yyno联结的变压器的电流 保护。三、变压器电流保护1、变压器的过电流保护35-110 k V(a)原理图去信号(b)屣开图过电流保护电流整定电流整定一一以变压器的正常负荷电流为基值opK应KreKt(1.53)小灵敏度检验一一以副边最小短路电流反映到原边的电流进行检验如果灵敏度不够，可以采用低压侧低电压闭锁的 过流保护。时限 过电流保护电流，按照级差原则整定，比 二次侧出线的过电流保护的最大动作时限大一个 时间级差4=0.50.7S；但对于终端变电所变压器，动作时间可以为最小值，如0.5秒。2、变压器电流速断保护速断保护电流整定值（以二次侧最大短路电流为 基础）：-qb jQ K2.max过电流保护灵敏度感验（以原边最小短路电流进行检验）：/s=K min 2P T opl存在保护死区，只能保护一次绕组和部分二次绕 组；若灵敏度不能满足需要，设置差动保护。考虑到变压器的励磁涌流，为避免速断保护误动 作，可再将变压器空载试投若干次，检验之。3、变压器过负荷保护过负荷保护电流整定值（以二次侧最大短路电流 为基础）op(OL)1.2 1.31NT时限：10-15秒;3.变压器的零序电流保护YynO连接的变压器二次侧单相短路时，若变压器过电 流保护的灵敏度不满足要求，可在变压器二次侧零线上装 设零序电流保护。接线和工作原理(2)整定a.动作电流零序电流保护的动作电流按 躲过变压器二次侧最大不平 衡电流整定，最大不平衡电 流取变压器二次侧额定电流 的25%,即什IOK37 33变压船的零序电流保护原理接战图108 必=x 0.2 512%式中，Km为可靠系数，取1.2；号 为零序电流互感器的变比；12N为 变压器二次侧的额定电流。b.动作时间零序电流保护的动作时间一般取0.50.7s,以躲过变压器 瞬时最大不平衡电流。C.灵敏度校验按变压器二次侧干线末端最小单相短路电流h72mm、1.油缆线路）3 一纵1 一 1.25怵空线陶校验。4.变压器的过负荷保护运行中可能出现过负荷的变压器应装设过负荷保护。接线和工作原理同线路的过负荷保护；动作电流整定按 变压器一次侧额定电流整定；动作时间一般整定10s15s。例7-4某总降变电所有一台35/10.5kV、2500kVA、YdH联结 组变压器一台。已知变压器10kV母线的最大三相短路电流 1.4kA,最小三相短路电流L3kA,35kV母线的最小三相短 路电流L25kA,保护采用两相两继电器接线，电流互感器 变比为100/5A,变电所10 kV出线过电流保护动作时间1s,试整定变压器的电流保护。图7-34 例7-4电略闺解：因无过负荷可能，变压器装设定时限过电流保护和电 流速断保护，保护采用两相两继电器接线。1.定时限过电流保护(1)动作电流擎定12x10 2500.85x20 后 x355.3 A选DL-11/10电流继电器，线圈并联，动作电流整定T 二 gaJ-op.KA(oc)Un M 20保护一次侧动作电流=古如)五*6=120月(2)动作时间整定4=4+及=1.0+。,5=1.5s(3)灵敏度校验1石/-xHOOx42痴X=串 2s-lz 12010,52=1.54 1.52.电流速断保护(1)动作电流整定7 _ Mvlw 7(3),少.迎父)13x1.0“cc 105 ccb=-xl400 x=25.8 刃20 37选DL-n/50电流继电器，线圈串联，动作电流整定【op.KA(qb)二25A卫 20保护一次侧动作电流 过/续用划=而X 25=50cM（2）灵敏度校验K=阴4=0 87 X 1250=2 2 2 QGi 0 乙，u变压器电流保护灵敏度满足要求.四、变压器的气体保护 气体保护是保护油浸式电力变压器内部故障的一种主要保 护装置。按GB50062-92规定，800kVA及以上的油浸式变 压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器均应装气体 保护。1.气体继电器的结构和工作原理FJ3-80型开口杯挡板式气体继电器的结构示意图。当变压器油箱内部故障时，电弧的高温使变压器油分解为 大量的油气体，气体保护就是利用这种气体来实现保护的装 置。变压器正常运行：气体继电器容器内充满油，上、下两对干 簧触点处于断开位置。轻瓦斯动作：变压器油箱内部发生轻微故障时，产生的气 体较少，气体缓慢上升，上干簧触点闭合，发出报警信号。重瓦斯动作：变压器油箱内部发生严重故障时，产生大量 的气体，油汽混合物迅猛地从油箱通过联通管冲向油枕，下干簧触点闭合，发出跳闸信号，使断路器跳闸。变压器油箱严重漏油：随着气体继电器内的油面逐渐下降,首先上触点闭合，发出报警信号，接着下触点闭合，发出 跳闸信号，使断路器跳闸。2气体保护的接线（如图）图7 37 气体保护原理接线图3.气体保护的安装和运行气体继电器安装在变压器的油箱与油枕之间的联通管上,要求变压器安装时应有11.5%的倾斜度；变压器在制造时，联通管对油箱上盖也应有24%倾斜度。2算关迪1言4油锭五、变压器的差动保护GB50062-92规定lOOOOkVA及以上的单独运行变压器和 6300kVA及以上的并列运行变压器，应装设差动保护；6300kVA及以下单独运行的重要变压器，也可装设差动保护。当电流速断保护灵敏度不符合要求时，宜装设差动保护。1.差动保护的工作原理变压器的差动保护原理接线如图所示。在变压器两侧安装电流互感器，其二次绕组串联成环路，继电器KA（或 差动继电器KD）并接在环路上，流入继电器的电流等于 变压器两侧电流互感器的二次绕组电流之差，即I必=11 一=心Lb为变压器一、二次侧的不 平衡电流。变压器正常运行或差动保 护的保护区外短路时，流 入差动继电器的不平衡电 流小于继电器的动作电流,保护不动作。在保护区内 短路时，对单端电源供电 的变压器t=O，上=上工远大于继电器的动作电流,继电器KA瞬时动作，通 过中间继电器KM,使变 压器两侧断路器跳闸，切 除故障。图7 39变压器差动保护原理接线图2.变压器差动保护中不平衡电流产生的原因和减小措施(1)变压器联结组引起的不平衡电流将变压器星形接线侧的电流互感器接成三角形接线，变 压器三角形接线侧的电流互感器接成星形接线，这样变压 器两侧电流互感器的二次侧电流相位相同，消除了由变压 器联结组引起的不平衡电流。(2)电流互感器变比引起的不平衡电流利用差动继电器中的平衡线圈或自耦电流互感器消除 由电流互感器变比引起的不平衡电流。(3)变压器励磁涌流引起的不平衡电流利用速饱和电流互感器或差动继电器的速饱和铁心 减小励磁涌流引起的不平衡电流。3.变压器的差动保护方式变压器差动保护需要解决的主要问题是采取各种有效措 施消除不平衡电流的影响。目前我国广泛应用下列几种类型继电器构成差动保护：(1)带短路线圈的BCH-2型差动继电器；(2)带磁制动特性的BCH-1型差动继电器；(3)多侧磁制动特性的BCH-4型差动继电器；(4)鉴别涌流间断角的差动继电器；(5)二次谐波制动的差动继电器。有关上述各种差动继电器的接线和整定计算，因篇幅有限 这里仅介绍BCH-2型差动保护。4.BCH-2型变压器差动保护(1)BCH-2型差动继电器BCH-2型差动继电器，由一个带短路线圈的速饱和变压器 和一个执行元件DL-11/0.2电流继电器组成，如图所示。在速饱和变流器铁芯的中间芯柱上绕有一个差动线圈Wd、两个平衡线圈W1和W 2和一个短路线圈Wk。左侧芯柱 上绕有一个短路线圈Wk，和W/接成闭合回路，它们产生的磁通在左侧芯柱上是同相的。右侧芯柱上绕有 一个二次线圈W2,与执行元件相接。平衡线圈的作用是用 于平衡由于变压器差动保护二侧电流互感器二次电流不等 所引起的不平衡电流。短路线圈的作用是消除励磁涌流的 影响。当变压器外部短路或空载投入，在差动回路出现不 平衡电流或励磁涌流存在较大的非周期分量时，速饱和变 流器迅速饱和，使周期分量的传变工作变坏，从而继电器 不动作。（2）BCH-2型变压器 差动保护接线BCH-2型变压器差动保 护接线图见图，（a）为双绕组变压器BCH-2 型差动保护单相原理 接线图，若保护三绕组 变压器，变压器第三侧 的电流互感器的二次线 圈接BCH-2型差动继电 器的端子，（b）为 变压器差动保护展开图,采用两相两继电器式接 线。35kVa）京理接线图BCH-2型变压器差动保护的整定按平均电压及变压器最大容量计算变压器各侧额 定电流Int，按Kw、1nt选择各侧电流互感器一次额定电流。按下式计算出电流互感器二次回路额定电流12：_ 3拓 式中，Kw为三相对称情况下电流互感器 皿 莅 的接线系数，星型接线时为1,三角形接线时为石；恪为电流互感器的变比。差动保护基本侧的一次侧动作电流整定差动保护基本侧的一次侧动作电流应满足下面三个条件：a）躲过变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时的 励磁涌流，即%=式中，K0为可靠系数，取L3；Ln为变压器一次侧的额定电流。1TA2TA3TA4IA电流网路lOkV图7-42 BCH-2型变压器差动保护原理接线图和展开图b)躲过变压器外部短路时的最大不平衡电流IQ max-K池/刎则式中，K.为可靠系数，取L3；Iqmax可按下式计算：心=(0此+篙+W鼠式中，0.1为电流互感器允许的最大相对误差；Keq为电 流互感器的同型系数，型号相同时取0.5,型号不同时 取1；AU%为由变压器调压所引起的误差，一般取调压 范围的一支 为采用的互感器变比或平衡线圈匝数与计算值不同时，所引起的相对误差，在计算之初不能 确定时可取5，破1 为保护范围外部短路时的最大短路电流。C）电流互感器二次回路断线时不应误动作，即躲过变压 器正常运行时的最大负荷电流【Lmax。负荷电流不能确定时，可采用变压器的额定电流1巾。刚一旧1mx-Kyel 劭 式中,K.为可靠系数,取1.3。继电器差动线圈匝数的确定 a.三绕组变压器：基本侧直接接差动线圈，其余两侧接相应的平衡线圈。基本侧继电器的动作电流为KW 7 K 0八基本侧继电器差动线圈计算 吟，=匝数亚丘为 0式中，AW。为继电器动作安匝，无实测值时可采用额定值AW0=60安匝。按继电器线圈实有抽头选择较小而相近的匝数作为差动线圈的整定匝数 Wop。根据Wop再计算基本侧实际/=匹的继电器动作电流 8E 底注b.双绕组变压器：两侧电流互感器分别接于继电器的两 个平衡线圈上。确定基本侧的继电器动作电流及线圈匝数 的计算与三绕组变压器方法相同。依继电器线圈实有抽头,选用差动线圈的匝数Wd和一组平衡线圈匝数Weqi之和，较 差动线圈计算匝数W业小而近似的数值。基本侧的整定匝数Wdop为阪。广%+%二非基本侧平衡线圈匝数的确定a.双绕组变压器平衡线圈的少 二计算匝数 用MH式中，友r几口为接有平衡线圈I、II的电流互感器二次侧额定电流。b.三绕组变压器平衡线圈计算匝数分别为也I 1 mu式中，k2为基本侧电流互感器二次额定电流。计算轨 3=%”一%一式中，明为平衡线圈计算匝数;%S为平衡线圈整定匝 数;畋.8为差动线圈整定匝数。若Wc|0.05时，则需将其代入上式重新计算动作电流。短路线圈抽头的确定短路线圈有4组抽头可供选择，短路线圈的匝数越多,躲过励磁涌流的性能越好，但继电器的动作时间越长。因此所选抽头匝数是否合适，应在保护装置投入运行 时，通过变压器空载试验确定。灵敏系 数校验 K.=I位眼卬+口网卬+叫iw 2$工%式中，Lk、Iiik Iiiik为变压器出口处最小短路时i、n、in侧 流进继电器线圈的电流；wIff.Wiiw、wniw为I、ii、in侧电流在继 电器的实际工作匝数（工作匝数为各侧平衡线圈匝数与差动匝数之 和）。有时也用如下简化公式:2式中，Ln为最小故障时流入继电器的总电流；loPKD为继电器的整定 电流。双绕组变压器灵敏度计算与上述相同，只是第三侧数字为零。例7-5试整定双绕组变压器的BCH-2型差动保护。已知变压 器技术参数：