第6章 供电系统继电保护原理

过电流继电器线圈中能够使继电器动作的最小电流，称为继 电器的动作电流，用 I op 表示。过电流继电器动作后，减小 线圈电流到一定值时，钢舌片在弹簧的作用下返回起始位臵 过电流继电器线圈中能够使继电器由动作状态返回的最大电 流，称为继电器的返回电流，用 I re 表示。继电器的返回电 流与作电流的比值，称为继电器的返回系数（resetting ratio），用 K re 表示，即
I re Kre I op
（6-1）
2.电磁式时间继电器 电磁式时间继电器（time delay relay）在继电保护装臵 中，用来使保护装臵获得所要求的延时（时限）。时间继电 器的文字符号为KT。 在供电系统中常用的DS-110、120系列电磁式时间继电器的 基本结构如图6-4所示，其内部接线和图形符号如图6-5所示。
I k(3) max
I k(2) min
Es X smim x1l
Es 3 2 X smax x1l
（6-2）
（6-3）
为了保证电流速断保护动作的选择性，对保护１来讲，其动 作电流必须整定得大于k2点短路时可能出现的最大短路电 流，即在最大运行方式下变电所Ｂ母线上的三相短路电流。 故保护１处的电流速断保护的动作电流应整定为
图6-8 DZ-10系列中间继电器的基本结构 1－线圈，2－电磁铁，3－弹簧，4－衔铁，5－动触点，6、7－静触点，8－连 接线，9－接线端子， 10－底座
图6-9 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
6.1.4 对继电保护装臵的基本要求 1.选择性
图6-2 DL-10系列电磁式电流继电器的基本结构 1-线圈 ，2－电磁铁，3－钢舌片，4－静触点，5－动触点，6－起动电流调节螺杆， 7－标度盘，8－轴承，9－反作用弹簧，10－轴
图6-3 DL-10系列电磁式电流继电器的内部接线和图形符号 （a）DL-11型；（b） DL-12型；（c） DL-13型；（d）集中表示的图形； （e）分开表示的图形 KA12-常闭（动断）触点， KA34-常开（动合）触点
B A
1
1QF 2QF 3QF
2 3 4
M
பைடு நூலகம்
k C
5QF
5
4QF
D
图6-16 过电流保护动作电流的整定计算说明
（1）正常运行并伴有电动机自启动而流过保护的最大负荷 电流为Kss I L max 时，该电流保护不动作，即要求动作电流应 满足下式：
Iop1 Kss I L max
（6-9）
式中， ss K 为电动机的自启动系数，数值大于1，应由电网具 I 体接线和负荷性质、试验数据等因素确定；L max 为正常情况下 流过被保护线路的可能的最大负荷电流。
第六章 供电系统继电保护原理
学习重点 供电系统继电保护原理
目录
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 继电保护基础 电网相间短路的电流、电压保护原理 电网相间短路的方向电流保护原理 电力变压器保护 电力电容器的保护 高压电动机的保护 母线保护
6.1继电保护基础
6.1.1 继电保护装臵的任务 继电保护装臵，就是指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 一种自动装臵。为了保证安全可靠地供电，电力系统中主 要电气设备及线路都要装设继电保护装臵。继电保护装臵 的任务是： （1）当被保护设备或线路发生故障时，保护装臵迅速动作， 有选择地将故障部分断开，以减轻故障危害，防止事故蔓 延。 （2）当设备出现不正常运行状态时，保护装臵一般作用于 信号，以便及时采取措施，防止事故发生。 在供电系统中，为了提高可靠性，除了装设继电保护装臵 外，还设有各种自动装臵，如自动重合闸、备用电源自动 投入装臵等。
图6-12 电流速断保护的原理接线图
在个别的情况下，电流速断保护也可以保护线路的全长。如图 6-13所示线路-变压器组接线。
图6-13 线路-变压器组接线的电流速断保护
6.2.2 限时电流速断保护 电流速断保护只能保护线路的一部分，而该线路剩下部分的 短路故障必须依靠另外一种电流保护，这就是限时电流速断 保护。对它的要求，首先是在任何情况下都能保护本线路的 全长，并具有足够的灵敏度，其次是在满足上述要求的前提 下，力求具有最小的动作时限。正是由于它能以较小的时限 快速切除全线路范围以内的故障，因此，称之为限时电流速 断保护（specified time current quick break protection）。
I kB 式中，(2)min指在最小运行方式下，被保护线路末端Ｂ点的两相 短路电流；
２．限时电流速断保护的原理接线 限时电流速断保护的原理接线如图6-15所示
图6-15 限时电流速断保护的原理接线图
6.2.3 定时限过电流保护 1.过电流保护动作电流的整定 过电流保护（over current protection）通常是指其动作 III I op1 按照躲开最大负荷电流来整定的一种保护装臵。它 电流 在正常运行时不应该起动，而在电网发生故障时，则能反应 于电流的增大而动作，在一般情况下，它不仅能够保护本线 路的全长，而且也能保护相邻线路的全长，以起到后备保护 的作用。下面以图6-16所示的断路器1QF处定时限过电流保 护为例，其动作电流应按以下两个条件进行整定。
I opl Es 3 2 X smax x1lmin
1 3Es ( X s max ) x1 2 I opl
（6-5）
所以
lmin
(6-6)
２．电流速断保护的接线 电流速断保护的原理接线如图6-12所示。电流继电器接 于电流互感器的二次侧，它动作后起动中间继电器，其 触点闭合后，经串联信号继电器而接通断路器的跳闸线 圈。中间继电器有两个作用： （1）利用它的触点接通跳闸回路，起到增加电流继电器触 点容量的作用。 （2） 当线路上装设有管形避雷器时，利用中间继电器来增 大保护装臵的固有动作时间，以避免避雷器放电时，引起 速断保护误动作。一般避雷器放电时间可能持续到40ms～ 60ms，因此利用具有延时60ms～80ms动作的中间继电器即 可满足这一要求。
１．限时电流速断保护的工作原理及整定计算 限时电流速断保护的工作原理及整定计算可用图6-14说明.
图6-14限时电流速断保护整定计算说明
以图6-14的保护１为例，其限时电流速断保护的整定值为
II II I Iop1 Krel Iop2
II
（6-7）
K 式中， rel 为可靠系数, 一般取1.1～1.2。 限时电流速断保护灵敏系数，按最小运行方式下仍能可靠地 保护线路全长进行校验，对于图6-14中的保护装臵１可按下 式计算： (2) I kB min II (6-8) Ks II I op1
III I op1
K rel Kss I L max K re
（6-12）
2. 过电流保护动作时限的整定
5
4
3
2
1
M
t5 t t4 t t3 t t2 t t1
图6-17 过电流保护动作时限的选择说明
6.2.4 三段式电流保护装臵 1.三段式电流保护的构成 由于电流速断保护不能保护线路全长，限时电流速断又不能 作为相邻线路的后备保护，因此输电线路通常采用三段式电 流保护（three step current protection），即由电流速 断作为第Ⅰ段保护，限时电流速断作第Ⅱ段保护，定时限过 电流作为第Ⅲ段保护，构成一整套保护装臵。第Ⅰ段、Ⅱ段、 I I II I III Ⅲ段的动作电流分别对应前述 I opl 、opl 、 opl 。
3.电磁式信号继电器 电磁式信号继电器（signal relay）在继电保护装臵中用来 发出指示信号，信号继电器的文字符号为KS。 在供电系统中常用的DX-11型电磁式信号继电器，有电流型 和电压型两种：电流型信号继电器线圈的特点是阻抗小，串 联在二次回路内，不影响其他二次元件的动作；电压型信号 继电器线圈的特点是阻抗大，必须并联使用。信号继电器的 基本结构如图6-6所示，其内部接线和图形符号如图6-7所示。
A1
k1
2 4
B5
k2 C
3
6
图6-10 单侧电源网络中有选择性动作的说明
2.快速性 3.灵敏性 4.可靠性
6.2 电网相间短路的电流、电压保护原理
6.2.1电流速断保护 1.保护的动作原理与整定计算
图6-11电流速断保护整定计算说明图
现在以AB线路断路器处的电流速断保护为例来分析电流速断 保护的整定计算原则。首先应计算AB线路各处三相和两相短 路时的短路电流。若忽略线路的电阻分量，则归算至断路器 1QF处的系统等效电源的相电势为 Es ，等效电源的阻抗最大 值为 X smax （称此时该等效电源系统为最小运行方式），最小 值为 X smin（称此时该等效电源系统为最大运行方式），故障 点至保护安装处的距离为l ，设每公里线路正序电抗为 x1 ， ) 则在线路各点三相短路时最大短路电流 I k(3max 和两相短路时最 ) 小短路电流 I k( 2min分别为
6.1.2 继电保护装臵的组成 在供电系统中应用各种继电保护装臵，尽管它们在结构上 各不相同，但基本上是由测量、逻辑、执行三种功能部分 组成，如图6-1所示。现分述如下。
图6-1 继电保护装臵的原理结构图
6.1.3 继电器的分类 目前继电器按用途可分为控制继电器（control relay） 和保护继电器（protection relay）两大类。本章中只讨论 保护继电器。 1.电磁式电流继电器和电压继电器 当前常用的DL-10系列电磁式电流继电器的基本结构如图6-2 所示。其内部接线和图形符号如图6-3所示。
（2）故障线路的定时限过电流保护在故障切除后，且下一 母线有电动机启动而流过最大负荷电流时，应能可靠返回， 即要求保护装臵1的返回电流满足下式： 即