第7章 供配电系统继电保护

保护装臵的灵敏性
灵敏度为Ks：
系统在最小运行方式（指电力系统处于短路阻抗为最大， 短路电流为最小的状态的一种运行方式）时保护区末端的 短ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ电流；
保护装臵一次侧动作电流(保护装臵动作电流换算到一次 侧的值)。 最小短路电流常用两相短路电流 与三相短路电流的关系为：
继电保护装臵灵敏度指标
被保护电气设备 继电保护装置类型 过电流保护 变压器、线路等 所有电气设备 电流速断保护 最低灵敏度KS 5（如满足此要求将使保护复杂 时，灵敏度可降为1.25）
感应式电流继电器
常用型号是GL10、20系列， 广泛应用于反时限继电保护 中。GL型电流继电器由感 应部分和电磁部分构成，感 应部分具反时限特性，电磁 部分瞬时动作。
文字符号：KA
图形符号见下图。
感应系统主要组成：线圈1，带短路环3的 电磁铁2及装在可偏转框架6上的铝盘4； 电磁系统主要组成：电磁铁2和衔铁15。
电流继电器
文字符号：KA 图形符号见上图
常用的是DL-10系列
1线圈 2 电磁铁 3 Z型铁片 4 静触头 5 动触头 6 动作电流调整 杆 7 标度盘 8 轴承 9 反作用弹簧 10 轴
当线圈中的电流超过继电器整定的最小电流时，电 流继电器的接点动作，这个最小电流称继电器的动作电 流 Iop.KA。 当线圈的电流减小到一定值时，钢舌片在弹簧作用 下返回起始位臵所需的最大电流值，称继电器的返回电 流Ire.KA。
(2) 快速性 为防止故障扩大,减轻危害程度,提供电力系统 运行稳定性, 系统故障时保护装臵应该尽快动作，以迅速切 除故障。 (3) 可靠性 保护装臵在其保护范围内发生故障时，必须可 靠动作，不应拒动作，在不该它动作的情况下就不应该误 动作。
(4) 灵敏性 保护装臵对其保护区内发生故障或不正常运行 状态的反应能力称为灵敏性, 继电保护的灵敏性通常用灵敏 度KS来衡量，灵敏度愈高，反应故障的能力愈强。
对继电保护装臵的基本要求
(1) 选择性 当供电系统发生故障时，离故障点最近的保护装臵应 先动作，切除故障，而供电系统的其它无故障部分继续运行，满 足这一要求的动作就叫有选择性。如果供电系统发生故障时，离 故障最近的保护装臵不动作，而离故障点远的保护装臵动作，这 叫失去选择性。见下页图示。
保护装臵选择性动作
动作电流和动作时限的调节
(1)继电器的动作电流的调节
用插销16改变线圈抽头（匝数）进行级进调节；也可以用调 节弹簧7的拉力进行平滑调节。 速断电流倍数可利用螺钉14来改变衔铁15与电磁铁2之间的 气隙来调节。气隙越大, 速断电流倍数越大。
(2)继电器的动作时限的调节
可利用用螺杆13改变扇形齿轮顶杆行程的起点进行调节，以 使动作特性曲线上下移动。 注意:继电器动作时限调节螺杆的标度尺，以10倍动作电流的 动作时间标度。而继电器的实际动作时间，与实际通过继电器线 圈的电流大小有关，需从相应的动作特性曲线上去查得。
继电保护的基本工作原理
供配电系统发生故障时，会引起电流增大、电压降低、 电压和电流间相位角改变等。因此，利用上述物理量故障 时与正常时的差别，可构成各种不同工作原理的继电保护 装臵。 继电保护的种类很多，但是其工作原理基本相同，它 主要由测量、逻辑和执行三部分组成，如下图所示。
1. 测量部分： 测量被保护设备的某物理量，和保护装臵的整定值进 行比较，判断被保护设备是否发生故障，保护装臵是否应 该起动。
电磁式信号继电器
信号继电器作用是用来 发出指示信号。分为电流型 和电压型两种，电流型信号 继电器采用电流线圈串联在 回路中，电压型信号继电器 采用电压线圈并联在回路中。 常用型号：DX-11型 文字符号：KS 图形符号：见下图
1 线圈 2 电磁铁 3 弹簧 4 衔铁 5 信号牌 6 玻璃窗孔 7复位旋钮 8 动触头 9 静触头 10 接线端子
需的电磁力是一定的，即所需磁动势（IN）一定，因此 动作电流将增大一倍。反之，当线圈由并联改为串联时， 动作电流将减小一倍。
电压继电器
电压继电器的文字符号为KV。 图形符号：
过压继电器
欠压继电器
电压继电器与电流继电器的结构基本相同，只是电压 继电器的线圈为电压线圈。
多做成欠电压继电器，正常工作时，电压继电器的接 点动作，当电压低于它的整定时，继电器会恢复起始位臵。 欠压继电器的返回系数Kre大于1，越接近1，越灵敏，一 般取1.25。
继电器是一种在其输入物理量达到规定值时，其电气输出 电路被接通或被分断的自动电器。 按其输入量的性质分为电气继电器和非电气继电器两大类。 按其用途分为控制继电器(用于自动控制电路)和保护继电器(用 于继电保护电路)。这里只讲保护继电器。 按其在继电保护电路中的功能，可分测量继电器和有或无继电 器两大类。 测量继电器装设在继电保护电路中的第一级，用来反应被保 护元件的特性变化。当其特性量达到动作值时即行动作，它属 于基本继电器或启动继电器。 有或无继电器是一种只按电气量是否在其工作范围内或者为 零时而动作的电气继电器，包括时间、信号、中间继电器等， 在继电保护装臵中用来实现特定逻辑功能，属于辅助继电器。
流入继电器的电流与 电流互感器二次绕组电流 相等，接线系数在任何短 路情况下均等于1,即
电磁式时间继电器
时间继电器作用是用 来保护装臵获得所需 要的延时，以满足选 择性要求。 常用的是 DS110（用于直流）、 120（用于交流）系列。 文字符号：KT 图形符号见下图。
由电磁系统，传动系统，钟表机构， 触头系统和时间调整系统等组成。
继电器延时的时限可借改变主静触点的位臵 即主静触点与主动触点的相对位臵来调节。 调节的时限范围可在标度盘上标出。
GL电流继电器的特点
（1）可以用一个继电器兼作两种保护： 利用感应部分做过电流保护，电磁部分做速断保护。 （2）GL型电流继电器的接点容量大，可省略中间继电 器，能实现断路器的直接跳闸。 （3）具有动作信号牌，可省略信号继电器。
（4）感应部分具有反时限特性可省略时间继电器。
缺点是结构复杂，准确性不高。 感应式电流继电器兼有电磁式电流、时间、信 号和中间继电器功能，可大大简化继电保护装臵。 该保护装臵采用交流操作，可进一步简化二次系统， 减少投资，在中小型变配电所中应用非常普遍。
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，继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。 继电保护装臵：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臵发出预 告信号的一种装臵。
GL电流继电器的动作特性曲线
反时限动作:继电器线圈中的 电流越大，铝盘转动得越快， 使扇形齿轮沿蜗杆上升的速 度也越快，因此动作时间也 越短，这是感应式电流继电 器的“反时限特性”. 速断动作:继电器线圈中电流 进一步增大到整定的速断电 流时，电磁铁2瞬时将衔铁 15吸下，使触点12瞬时切换， 同时信号牌掉下。这是电磁 元件的“电流速断特性”
保护装臵的作用是：在发生故障时自动检测出故障，迅 速而有选择地将故障区域从供电系统中切除，以免系统设备 继续遭到破坏。另一作用是及时发现系统中不正常运行，如 过载、欠电压等情况时，能发出报警信号，以便及时处理， 保证安全可靠地供电。
工厂常用保护装臵的类型
继电保护 用各种不同类型的继电器按一定方式连接和组合， 构成继电保护装臵。继电保护适用于要求供电可靠性较高,操作 灵活方便,自动化程度较高的高压供电系统中。 熔断器保护 适用于高低压供电系统。由于装臵简单经济， 在供电系统中广泛应用，但是它的断流能力较小、选择性差，熔 体熔断后更换不方便，不能迅速恢复供电，因此在要求供电可靠 性较高的场所不宜用。 低压断路器保护 又称低压自动开关保护。由于低压断路器 带有多种脱扣器，能够进行过电流、过负载、失电压和欠电压保 护等，而且可作为控制开关进行操作，因此在对供电可靠性要求 较高且频繁操作的低压供电系统中广泛应用。
后备保护
变压器 纵联差动保护
2 1.2 （如满足此要求将使保护过 分复杂或技术上难以实现时， 可仅按常见运行方式和故障 类型校验灵敏度） 2 1.25
中性点不直接接地 3～10kV电缆线路 电力网中的零序 电流保护 3～10kV架空线路
1.5
说明:
对保护装臵的四项基本要求，对一个具体的保护装 臵来说，不一定同等重要，往往有所侧重。 例如电力变压器是供电系统中最关键的设备，因此对 其保护装臵的灵敏度要求较高； 对一般电力线路,其保护装臵的灵敏度要求可低一些， 但对其选择性要求较高。 在无法兼顾保护选择性和速动性的情况下，为了快速 切除故障，以保证某些关键设备，或者为了尽快恢复系 统的正常运行，有时可以牺牲选择性来保证速动性。
7.2 常用保护继电器的类型与结构
保护继电器分类: 按反应的物理量分，有电流继电器、电压继电器、气体继电 器等 按工作原理分，有电磁式、感应式GL等。 按其反应参量变化情况分，有过电流继电器、过电压继电器、 欠电压继电器等。 按其与一次电路的联系分，有一次式（继电器线圈与一次 电路直接相连）和二次式（继电器线圈连接在电流互感器或电 压互感器的二次侧）。继电保护中用的都是二次式继电器. 继电器按其组成元件分，有机电型、晶体管型和微机型等。 由于机电型继电器具有简单可靠、便于维修等优点，因此工厂 供电系统中现在仍普遍应用机电型继电器。机电型继电器包括: 电磁型、感应型继电器。电磁式继电器包括:电流继电器、电压 继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器等。
各种继电器的图形表示符号
电流保护的接线方式和接线系数
电流保护的接线方式是指电流保护中的电流继电器与电 流互感器二次绕组的连接方式。
为了便于分析和保护的整定计算，引入接线系数Kw，它 是流入继电器的电流IKA与电流互感器二次绕组电流I2的比值， 即
1.三相三继电器接线方式
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. 逻辑部分：
逻辑部分根据测量部分输出量的大小、性质、出现 的顺序，使保护装臵按一定的逻辑关系工作，输出信号 到执行部分。 3. 执行部分： 执行部分根据逻辑部分的输出信号驱动保护装臵动 作，使断路器跳闸或发出信号。
7.2 常用保护继电器的类型与结构
继电器(relay)是组成继电保护装臵的基本元件。
第7章 供配电系统的继电保护
内容提要
供配电系统保护装臵的作用和要求
常用保护继电器的类型与结构
工厂高压线路继电保护
定时限过电流和反时限过电流保护的整定
过电流保护和电流速断保护的关系
电力变压器的保护
7.1 供配电系统保护装臵的作用
在供配电系统的运行过程中，往往由于电气设备的绝缘 损坏、操作维护不当以及外力破坏等原因，造成系统故障或 不正常的运行状态。在供配电系统中最常见的故障和不正常 运行状态为断线、短路、接地及过载。 为了保证供电系统的安全可靠运行，避免过载引起的过 电流或短路产生的故障电流对系统的影响，因此在供电系统 中需装设不同类型的保护装臵。
继电器的返回电流与继电器的动作电流的比值称返 回系数，用Kre表示， 或 过电流继电器的返回系数总是小于1，越接近1 继电 器越灵敏，该值过低时，可能使保护装臵发生误动作. 一般 电磁式电流继电器的返回系数为0.85。
动作电流的调节方法:
调节电磁式电流继电器的动作电流的方法有两种： ①平滑调节: 改变调整杆6的位臵,以此来改变弹簧的 反作用力。 ②级进调节: 改变继电器线圈的连接。当线圈由串联 改为并联时，相当于线圈匝数减少一倍。继电器动作所
过压继电器返回系数通常取0.8。
电磁式中间继电器
中间继电器触头数量多（一般有8 对），容量也大（5~10A）。当电压继 电器、电流继电器的触点容量不够时， 可以利用它作为功率放大；当继电器的 触点数量不够时，利用它增加触点数量 以控制多条回路。因此，中间继电器的 作用是增加触点数目或增大触点容量。 文字符号：KM 图形符号：见右图 1 线圈 2 电磁铁 3 弹簧 4 衔铁 5 动触头 6，7 静触头 8 连接线 9 接线端子 10 底座