第七章 供电系统的继电保护
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FU1
343
掉 牌 未 复 归 信 号 回 路
WA
+WC
121
SA
7 8
KA KT KS1 XB1
KC1 KS2 XB2
KC2
KC3 KC4
KC5
KC6
KS1
KS2
QF YT -WC FU2 KA R1 KT WB
续上页
对于过电流保护采用反时限感应电流继电器时， 对于过电流保护采用反时限感应电流继电器时，则可利 过电流保护采用反时限感应电流继电器时 用该继电器的电磁元件（速断）来实现电流速断保护 速断保护。 用该继电器的电磁元件（速断）来实现电流速断保护。
反时限过电流保护
动作时间的整定比较麻烦， 继电器数量大为减少， 继电器数量大为减少，而 动作时间的整定比较麻烦 ， 且可同时实现电流速断保 而且误差较大。 而且误差较大。 加之可采用交流操作， 护，加之可采用交流操作， 因此简单经济。 因此简单经济。
三、电流速断保护 国标规定，在过电流保护动作时间超过0.5～0.7s时，还应 国标规定，在过电流保护动作时间超过 时 装设瞬动的电流速断保护装置。 装设瞬动的电流速断保护装置。 （一）电流速断保护的构成 过电流保护 为定时限时，可 采用电磁 采用 电磁 式 KC、 KS、KA构成电流 构成电流 构成 速断保护。 速断保护。
(2) K W I k.min Sp = ≥ 1.5 K i I OP
定时限过电流保护与反时限过电流保护的比较 定时限过电流保护与反时限过电流保护的比较
保护类型 保护类型 定时限过电流 优 点 缺 点 动作时间比较精确，整定 动作时间比较精确， 简便，不会出现因短路电 简便， 流小动作时间长而延长了 故障时间的问题。 故障时间的问题。 所需继电器多， 接线复杂， 所需继电器多 ， 接线复杂 ， 对操作电源的可靠性要求 高。
动作电流由电流继电器 KC预先整定 预先整定
t
由时间继电器KT预先整定 由时间继电器 预先整定
top I
0
I op
续上页
2．感应式电流继电器(KC) 感应式电流继电器 感应式电流继电器的电流时间特性曲线具有“反时限特性” 感应式电流继电器的电流时间特性曲线具有“反时限特性”， 具有 如下图所示曲线 abc，这一特性是其感应元件所产生的。 ，这一特性是其感应元件所产生的。 电磁元件的作用使感应式继 电器兼有“ 电流速断特性” 电磁元件的作用使感应式 继 电器兼有 “ 电流速断特性 ” ， 如图所示bb/d曲线。 如图所示 曲线。 曲线 t 速断电流I 速断电流 qb 是指 继电器线圈中的使电 流速断元件动作的最 小电流。 小电流。 速断电流I 速断电流 qb 与感 应元件的动作电流I 应元件的动作电流 op 之比称速断电流倍数 nqb。
TA2 TA3
YCT1
YCT2
YCT3
பைடு நூலகம்
KC1 KC1 KC2 KC2 KC3 KC3
2S1
c d
续上页
（二）动作电流的整定
KC1 I t QF1 KC1 1 I KC2 I t WL2 QF2 KC2 1 I TA2
定 反 电 反 电 电
WL1 TA1
k
反 反 电 （ ） 反 电 电 或
带时限的过电流保护的动作电流I 的整定原则是： 带时限的过电流保护的动作电流 op的整定原则是： （1）保护装置在线路正常运行时，不应误动作。条件是 ）保护装置在线路正常运行时，不应误动作。 Iop.1>IL.max （2）下级故障切除后，已经动作的本级保护装置还应可靠 下级故障切除后， 返回。条件是 返回。 Ire.1>IL.max
TA1
KC2
KC3
2S1
续上页
12 1
图中忽 略断路器 的合闸回 路及信号 回路。 回路。
控控控控控
跳闸 微微 回路 跳闸
定反反电电电微微
掉掉掉复归 信号回路
熔熔引 控控回路
微 微 回 路
FU1
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WA
7 8
KT KC1 KC2 KS KC3
SA
电流型信号继电器
XB KS
QF YT -WC FU2 KT WB
t a
反反反电电电微微及电电脱扣 电 电 回 路
2S1 2S1 2S1
b 0 I op b I qb
c d 10I op
反时限特性
a
反时限特性
b 0 I op b I qb
c d 10I op
I
三、继电保护装置的接线形式 指互感器与电流继电器之间的连接方式如图所示。 指互感器与电流继电器之间的连接方式如图所示。
2S1 2S1
2S1
2S1
TA1 QF
TA2
2S2
TA3
2S2 2S2
TA1 QF
TA2
2S2 2S2
Ia TA1 TA2TA3 KC1 KC2
第七章 供电系统的继电保护
第一节 概述 第二节 供电系统单端电源供电网络的保护 （重点） 第三节 电力变压器的继电保护 （重点/难点） 第四节 电力电容器与高压电动机的保护 第五节 微机型继电保护简介
（难点）
第一节
概述
一、继电保护装置的任务及要求 （一）基本任务 在电气元件发生故障时，作用于断路器跳闸， （1）在电气元件发生故障时，作用于断路器跳闸，切除故 障元件。 障元件。 在电气元件异常运行时，及时发出报警信号。 （2）在电气元件异常运行时，及时发出报警信号。
续上页
（一）带时限过电流保护装置的构成与动作原理 1.定时限过电流 . 保护
t
电电电微微 电 电 回 路
2S1
2S1
top
TA1
0 I op I
TA2
2S2
TA3
2S2 2S2
一般由电磁式 继电器KC、KT、 继电器 KS等构成，要求操 构成， 构成 作电源电压在整个 动作过程中稳定可 靠。
QF TA2TA3 KC1
t
电电电熔电电电电微微 电 电 回 路
2S1 2S1 2S1 2S2
TA1 QF KC1 TA1 TA2 TA3
TA2
2S2
TA3
2S2
KC2
KC3
top
KC4
0 I op I qb I
KC5
KC6
续上页
控制小母线
跳 闸 速断 过电流 定时限过电流保护 电流速断保护 回 路 保护跳闸 熔断器 控制回路 保 护 回 路
续上页
（二）常用电流继电器动作特性 1．电磁式电流继电器
Y
动作电流I 动作电流 op——线 线 圈中的使继电器动作的 最小电流。 最小电流。 返回电流I 返回电流 re——线 线 圈中的使继电器由动作 状态返回到起始位置的 最大电流。 最大电流。 返回系数
1
0
I re
I op
I
I re K re = I op
Ib KC3
Ic
TA1 TA2 KC1
Ia KC2
三相三继电器式
两相两继电器式
继电器线圈电流I 与电流互感器二次电流I 继电器线圈电流 k与电流互感器二次电流 2的比值称为接 线系数K 线系数 W： I
KW =
k
I2
=1
2S1
A
B
C
A
C
Ic
四、继电保护装置的操作方式 大中型变配电所的继电保护装置一般采用直流操作电源， 大中型变配电所的继电保护装置一般采用直流操作电源， 此时，高压断路器通常采用电压脱扣器跳闸的操作方式，跳闸 此时，高压断路器通常采用电压脱扣器跳闸的操作方式， 能量来自电压源。 能量来自电压源。 交流操作电源的电压 受一次系统的影响很大， 受一次系统的影响很大 ， 过电流保护一般采用去分 流跳闸操作方式。 流跳闸操作方式 。 作用于 断路器跳闸的能量通常来 自于电流源。 自于电流源。 要求继电器触头的分 断能力足够大， 断能力足够大 ， 而且先合 后断。 后断。
I k.min Sp = I op.1
保护装置一次动作电流
保护区的最小短路电流
在GB50062-92 《电力装置的继电保护和自动装置设计规 对继电保护装置的灵敏度都有一个最小值的规定。 范》中，对继电保护装置的灵敏度都有一个最小值的规定。
二、保护继电器 （一）保护继电器分类 继电器是一种在其输入的物理量（电量或非电量） 继电器是一种在其输入的物理量 （ 电量或非电量 ） 达到规 定值时，其电气输出电路被接通（导通）或分断（关断） 定值时 ， 其电气输出电路被接通 （ 导通 ） 或分断 （ 关断） 的自 动电器。 动电器。 功能 测量继电器： 测量继电器： 作为起动元件，如电流继电器、 作为起动元件，如电流继电器、电压继电 （主） 气体继电器、温度继电器等。 器、气体继电器、温度继电器等。 有或无继电器： 有或无继电器： 实现特定逻辑功能，如时间继电器、 实现特定逻辑功能，如时间继电器、信 辅助） （辅助） 号继电器、中间继电器等。 号继电器、中间继电器等。 机电型(有电磁式、感应式） 机电型(有电磁式、感应式） 组成元件 电子型（又称静态继电器） 电子型（又称静态继电器） 微机型（又称数字式保护继电器） 微机型（又称数字式保护继电器）
续上页
2．反时限过电流保护 ． 一般仅由感应式电流继电器组成， 一般仅由感应式电流继电器组成，利用其感应元件来实现 反时限过电流保护 。
t a
反反反电电电微微及电电脱扣 电 电 回 路
b
2S1
2S1
0
I op
b I qb
10I op
I
TA1
2S2
TA2
2S2
TA3 KC3
2S2
QF
KC1
KC2
TA1
KC1
I t
KC2
I t k
定反反电电电
WL1 QF1 TA1 KC1
1
WL2 QF2 TA2 KC2
1 I
反反反电电电（或）
t
KC1
△t
t1
t2
0
t
△t
t
1
t
2
0
I
△t = 0 . 5 s
KC2
L
△t = 0 . 7 s
KC1 KC2
L
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（四）过电流保护的灵敏度校验 对于线路过电流保护， 对于线路过电流保护，取被保护线路末端在系统最小运行 方式下的两相短路电流检验， 方式下的两相短路电流检验，条件为
电流或电压
输入 信号 测量 部分 定值 调整 逻辑 部分 执行 部分 输出 信号
报警或跳闸
继电保护装置的原理框图 继电保护装置的原理框图
续上页
（二）基本要求 离故障元件最近的保护装置动作， 1.选择性 离故障元件最近的保护装置动作，而供电系统的 其它部分仍然正常运行。 其它部分仍然正常运行。 应尽快地动作，切除故障元件。 2.速动性 应尽快地动作，切除故障元件。 不应拒动；也不应误动。 3.可靠性 不应拒动；也不应误动。 4.灵敏度 表征保护装置对其保护区内故障和不正常工作状 态反应能力的一个参数。 态反应能力的一个参数。
YCT QF KC I2 TA
去分流跳闸方式
第二节
供电系统单端电源 配电线路的保护
一、单端电源配电线路的保护设置 单端电源配电线路的保护设置 按国标规定， 电力线路应装设： 按国标规定，对3~66kV电力线路应装设： 电力线路应装设 相间短路保护：采用带时限的过电流保护和电流速断保护。 相间短路保护：采用带时限的过电流保护和电流速断保护。 单相接地保护：采用绝缘监视装置或零序电流保护 绝缘监视装置或零序电流保护。 单相接地保护：采用绝缘监视装置或零序电流保护。 过负荷保护：可能经常过负荷的电缆线路采用，动作于信号。 过负荷保护：可能经常过负荷的电缆线路采用，动作于信号。 采用 二、带时限过电流保护 定时限过电流保护 保护装置的动作时间是按整定的动作时间 固定不变的，与故障电流大小无关； 固定不变的，与故障电流大小无关； 反时限过电流保护 保护装置的动作时间与故障电流大小的平 方成反比关系。 方成反比关系。
续上页
因Kre= Ire/ Iop =Ire.1/ Iop.1，所以 Iop .1>IL.max ／Kre 设电流继电器所接的电流互感器的变流比为K 设电流继电器所接的电流互感器的变流比为 i ，保护装置 的接线系数为K 的接线系数为 W ，则有 Iop=（Iop .1／Ki）KW。 则有 Iop>IL.max KW/（Ki Kre）
续上页
用电磁式电流继电器KC构成保护装置时， 还要用到电磁 用电磁式电流继电器 构成保护装置时， 构成保护装置时 式时间继电器KT、 信号继电器KS以及中间继电器 以及中间继电器KA作为辅 式时间继电器 、 信号继电器 以及中间继电器 作为辅 助继电器。 助继电器。 电磁式电流继电器的电流时间特性曲线具有“ 电磁式电流继电器的电流时间特性曲线 具有“定时限特 具有 性”。
引入可靠系数K 将上式写成等式， 引入可靠系数 rel ，将上式写成等式，则
I op
K rel K w = I L • max K re K i
式中I 为线路上的最大负荷电流， 可取为计算电流I 式中 L.max 为线路上的最大负荷电流 ， 可取为计算电流 C 的 （1.5～3）倍。 倍
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（三）动作时间的整定 按“阶梯原则” t1 ≥t2+ △t 阶梯原则”
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对于过电流保护采用反时限感应电流继电器时， 对于过电流保护采用反时限感应电流继电器时，则可利 过电流保护采用反时限感应电流继电器时 用该继电器的电磁元件（速断）来实现电流速断保护 速断保护。 用该继电器的电磁元件（速断）来实现电流速断保护。
反时限过电流保护
动作时间的整定比较麻烦， 继电器数量大为减少， 继电器数量大为减少，而 动作时间的整定比较麻烦 ， 且可同时实现电流速断保 而且误差较大。 而且误差较大。 加之可采用交流操作， 护，加之可采用交流操作， 因此简单经济。 因此简单经济。
三、电流速断保护 国标规定，在过电流保护动作时间超过0.5～0.7s时，还应 国标规定，在过电流保护动作时间超过 时 装设瞬动的电流速断保护装置。 装设瞬动的电流速断保护装置。 （一）电流速断保护的构成 过电流保护 为定时限时，可 采用电磁 采用 电磁 式 KC、 KS、KA构成电流 构成电流 构成 速断保护。 速断保护。
(2) K W I k.min Sp = ≥ 1.5 K i I OP
定时限过电流保护与反时限过电流保护的比较 定时限过电流保护与反时限过电流保护的比较
保护类型 保护类型 定时限过电流 优 点 缺 点 动作时间比较精确，整定 动作时间比较精确， 简便，不会出现因短路电 简便， 流小动作时间长而延长了 故障时间的问题。 故障时间的问题。 所需继电器多， 接线复杂， 所需继电器多 ， 接线复杂 ， 对操作电源的可靠性要求 高。
动作电流由电流继电器 KC预先整定 预先整定
t
由时间继电器KT预先整定 由时间继电器 预先整定
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I op
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2．感应式电流继电器(KC) 感应式电流继电器 感应式电流继电器的电流时间特性曲线具有“反时限特性” 感应式电流继电器的电流时间特性曲线具有“反时限特性”， 具有 如下图所示曲线 abc，这一特性是其感应元件所产生的。 ，这一特性是其感应元件所产生的。 电磁元件的作用使感应式继 电器兼有“ 电流速断特性” 电磁元件的作用使感应式 继 电器兼有 “ 电流速断特性 ” ， 如图所示bb/d曲线。 如图所示 曲线。 曲线 t 速断电流I 速断电流 qb 是指 继电器线圈中的使电 流速断元件动作的最 小电流。 小电流。 速断电流I 速断电流 qb 与感 应元件的动作电流I 应元件的动作电流 op 之比称速断电流倍数 nqb。
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பைடு நூலகம்
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（二）动作电流的整定
KC1 I t QF1 KC1 1 I KC2 I t WL2 QF2 KC2 1 I TA2
定 反 电 反 电 电
WL1 TA1
k
反 反 电 （ ） 反 电 电 或
带时限的过电流保护的动作电流I 的整定原则是： 带时限的过电流保护的动作电流 op的整定原则是： （1）保护装置在线路正常运行时，不应误动作。条件是 ）保护装置在线路正常运行时，不应误动作。 Iop.1>IL.max （2）下级故障切除后，已经动作的本级保护装置还应可靠 下级故障切除后， 返回。条件是 返回。 Ire.1>IL.max
TA1
KC2
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图中忽 略断路器 的合闸回 路及信号 回路。 回路。
控控控控控
跳闸 微微 回路 跳闸
定反反电电电微微
掉掉掉复归 信号回路
熔熔引 控控回路
微 微 回 路
FU1
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KT KC1 KC2 KS KC3
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电流型信号继电器
XB KS
QF YT -WC FU2 KT WB
t a
反反反电电电微微及电电脱扣 电 电 回 路
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b 0 I op b I qb
c d 10I op
反时限特性
a
反时限特性
b 0 I op b I qb
c d 10I op
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三、继电保护装置的接线形式 指互感器与电流继电器之间的连接方式如图所示。 指互感器与电流继电器之间的连接方式如图所示。
2S1 2S1
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TA1 QF
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2S2
TA3
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TA1 QF
TA2
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Ia TA1 TA2TA3 KC1 KC2
第七章 供电系统的继电保护
第一节 概述 第二节 供电系统单端电源供电网络的保护 （重点） 第三节 电力变压器的继电保护 （重点/难点） 第四节 电力电容器与高压电动机的保护 第五节 微机型继电保护简介
（难点）
第一节
概述
一、继电保护装置的任务及要求 （一）基本任务 在电气元件发生故障时，作用于断路器跳闸， （1）在电气元件发生故障时，作用于断路器跳闸，切除故 障元件。 障元件。 在电气元件异常运行时，及时发出报警信号。 （2）在电气元件异常运行时，及时发出报警信号。
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（一）带时限过电流保护装置的构成与动作原理 1.定时限过电流 . 保护
t
电电电微微 电 电 回 路
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TA1
0 I op I
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一般由电磁式 继电器KC、KT、 继电器 KS等构成，要求操 构成， 构成 作电源电压在整个 动作过程中稳定可 靠。
QF TA2TA3 KC1
t
电电电熔电电电电微微 电 电 回 路
2S1 2S1 2S1 2S2
TA1 QF KC1 TA1 TA2 TA3
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0 I op I qb I
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控制小母线
跳 闸 速断 过电流 定时限过电流保护 电流速断保护 回 路 保护跳闸 熔断器 控制回路 保 护 回 路
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（二）常用电流继电器动作特性 1．电磁式电流继电器
Y
动作电流I 动作电流 op——线 线 圈中的使继电器动作的 最小电流。 最小电流。 返回电流I 返回电流 re——线 线 圈中的使继电器由动作 状态返回到起始位置的 最大电流。 最大电流。 返回系数
1
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I re
I op
I
I re K re = I op
Ib KC3
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TA1 TA2 KC1
Ia KC2
三相三继电器式
两相两继电器式
继电器线圈电流I 与电流互感器二次电流I 继电器线圈电流 k与电流互感器二次电流 2的比值称为接 线系数K 线系数 W： I
KW =
k
I2
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A
B
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A
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四、继电保护装置的操作方式 大中型变配电所的继电保护装置一般采用直流操作电源， 大中型变配电所的继电保护装置一般采用直流操作电源， 此时，高压断路器通常采用电压脱扣器跳闸的操作方式，跳闸 此时，高压断路器通常采用电压脱扣器跳闸的操作方式， 能量来自电压源。 能量来自电压源。 交流操作电源的电压 受一次系统的影响很大， 受一次系统的影响很大 ， 过电流保护一般采用去分 流跳闸操作方式。 流跳闸操作方式 。 作用于 断路器跳闸的能量通常来 自于电流源。 自于电流源。 要求继电器触头的分 断能力足够大， 断能力足够大 ， 而且先合 后断。 后断。
I k.min Sp = I op.1
保护装置一次动作电流
保护区的最小短路电流
在GB50062-92 《电力装置的继电保护和自动装置设计规 对继电保护装置的灵敏度都有一个最小值的规定。 范》中，对继电保护装置的灵敏度都有一个最小值的规定。
二、保护继电器 （一）保护继电器分类 继电器是一种在其输入的物理量（电量或非电量） 继电器是一种在其输入的物理量 （ 电量或非电量 ） 达到规 定值时，其电气输出电路被接通（导通）或分断（关断） 定值时 ， 其电气输出电路被接通 （ 导通 ） 或分断 （ 关断） 的自 动电器。 动电器。 功能 测量继电器： 测量继电器： 作为起动元件，如电流继电器、 作为起动元件，如电流继电器、电压继电 （主） 气体继电器、温度继电器等。 器、气体继电器、温度继电器等。 有或无继电器： 有或无继电器： 实现特定逻辑功能，如时间继电器、 实现特定逻辑功能，如时间继电器、信 辅助） （辅助） 号继电器、中间继电器等。 号继电器、中间继电器等。 机电型(有电磁式、感应式） 机电型(有电磁式、感应式） 组成元件 电子型（又称静态继电器） 电子型（又称静态继电器） 微机型（又称数字式保护继电器） 微机型（又称数字式保护继电器）
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2．反时限过电流保护 ． 一般仅由感应式电流继电器组成， 一般仅由感应式电流继电器组成，利用其感应元件来实现 反时限过电流保护 。
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反反反电电电微微及电电脱扣 电 电 回 路
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定反反电电电
WL1 QF1 TA1 KC1
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反反反电电电（或）
t
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KC2
L
△t = 0 . 7 s
KC1 KC2
L
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（四）过电流保护的灵敏度校验 对于线路过电流保护， 对于线路过电流保护，取被保护线路末端在系统最小运行 方式下的两相短路电流检验， 方式下的两相短路电流检验，条件为
电流或电压
输入 信号 测量 部分 定值 调整 逻辑 部分 执行 部分 输出 信号
报警或跳闸
继电保护装置的原理框图 继电保护装置的原理框图
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（二）基本要求 离故障元件最近的保护装置动作， 1.选择性 离故障元件最近的保护装置动作，而供电系统的 其它部分仍然正常运行。 其它部分仍然正常运行。 应尽快地动作，切除故障元件。 2.速动性 应尽快地动作，切除故障元件。 不应拒动；也不应误动。 3.可靠性 不应拒动；也不应误动。 4.灵敏度 表征保护装置对其保护区内故障和不正常工作状 态反应能力的一个参数。 态反应能力的一个参数。
YCT QF KC I2 TA
去分流跳闸方式
第二节
供电系统单端电源 配电线路的保护
一、单端电源配电线路的保护设置 单端电源配电线路的保护设置 按国标规定， 电力线路应装设： 按国标规定，对3~66kV电力线路应装设： 电力线路应装设 相间短路保护：采用带时限的过电流保护和电流速断保护。 相间短路保护：采用带时限的过电流保护和电流速断保护。 单相接地保护：采用绝缘监视装置或零序电流保护 绝缘监视装置或零序电流保护。 单相接地保护：采用绝缘监视装置或零序电流保护。 过负荷保护：可能经常过负荷的电缆线路采用，动作于信号。 过负荷保护：可能经常过负荷的电缆线路采用，动作于信号。 采用 二、带时限过电流保护 定时限过电流保护 保护装置的动作时间是按整定的动作时间 固定不变的，与故障电流大小无关； 固定不变的，与故障电流大小无关； 反时限过电流保护 保护装置的动作时间与故障电流大小的平 方成反比关系。 方成反比关系。
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因Kre= Ire/ Iop =Ire.1/ Iop.1，所以 Iop .1>IL.max ／Kre 设电流继电器所接的电流互感器的变流比为K 设电流继电器所接的电流互感器的变流比为 i ，保护装置 的接线系数为K 的接线系数为 W ，则有 Iop=（Iop .1／Ki）KW。 则有 Iop>IL.max KW/（Ki Kre）
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用电磁式电流继电器KC构成保护装置时， 还要用到电磁 用电磁式电流继电器 构成保护装置时， 构成保护装置时 式时间继电器KT、 信号继电器KS以及中间继电器 以及中间继电器KA作为辅 式时间继电器 、 信号继电器 以及中间继电器 作为辅 助继电器。 助继电器。 电磁式电流继电器的电流时间特性曲线具有“ 电磁式电流继电器的电流时间特性曲线 具有“定时限特 具有 性”。
引入可靠系数K 将上式写成等式， 引入可靠系数 rel ，将上式写成等式，则
I op
K rel K w = I L • max K re K i
式中I 为线路上的最大负荷电流， 可取为计算电流I 式中 L.max 为线路上的最大负荷电流 ， 可取为计算电流 C 的 （1.5～3）倍。 倍
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（三）动作时间的整定 按“阶梯原则” t1 ≥t2+ △t 阶梯原则”