第六单供配电系统的保护 本章讲的是企业供电系统的保护装置。首先简述继电保护的任务和基本要求,然后 介绍常用的保护继电器及继电保护的结线方式和操作方式及电力线路和电力变压器的 各种继电保护的结线、原理、整定计算、供配电系统的防雷与接地问题。 第一节继电保护的任务与要求 、继电保护装置的任务 继电保护装置是按照保护的要求,将各种继电器按一定的方式进行连接和组合而成 的电气装置,其任务是 (1)故障时作用于跳闸 (2)异常状态时发出报警信号 二、对继电保护的基本要求 (1)选择性 (2)可靠性 (3)速动性 (4)灵敏度 继电保护装置除了满足上述四项基本要求外,尚应要求投资省、便于调试和维护, 且尽可能满足系统运行所要求的灵活性。 第二节常用的保护继电器及其结线和操作方式 继电器的分类 继电器是一种在其输入的物理量(电气量或非电气量)达到规定值时,其电气量输 出电路被接通或分断的自动电器 继电器按其输入量的性质分,有电气继电器和非电气继电器两大类。按其用途分, 有控制继电器和保护继电器两大类,前者用于自动控制电路,后者用于继电保护电路。 保护继电器按其在继电保护装置电路中的功能分,有“测量继电器”和“有或无继
第六单 供配电系统的保护 本章讲的是企业供电系统的保护装置。首先简述继电保护的任务和基本要求，然后 介绍常用的保护继电器及继电保护的结线方式和操作方式及电力线路和电力变压器的 各种继电保护的结线、原理、整定计算、供配电系统的防雷与接地问题。 第一节 继电保护的任务与要求 一、继电保护装置的任务 继电保护装置是按照保护的要求，将各种继电器按一定的方式进行连接和组合而成 的电气装置，其任务是： （1）故障时作用于跳闸 （2）异常状态时发出报警信号 二、对继电保护的基本要求 （1）选择性 （2）可靠性 （3）速动性 （4）灵敏度 继电保护装置除了满足上述四项基本要求外，尚应要求投资省、便于调试和维护， 且尽可能满足系统运行所要求的灵活性。 第二节 常用的保护继电器及其结线和操作方式 一、继电器的分类 继电器是一种在其输入的物理量（电气量或非电气量）达到规定值时，其电气量输 出电路被接通或分断的自动电器。 继电器按其输入量的性质分，有电气继电器和非电气继电器两大类。按其用途分， 有控制继电器和保护继电器两大类，前者用于自动控制电路，后者用于继电保护电路。 保护继电器按其在继电保护装置电路中的功能分，有“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装置电路的第一级,用来反应被保护元件(电气设备或 线路)的特性量变化情况。当其特性量达到预先整定的动作值时即行动作,在保护装置 中属于主保护,或称起动继电器。 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是否为零时而动作的电 气继电器,包括时间继电器、中间继电器、信号继电器等,在继电保护装置中用来实现 特定的逻辑功能,属于辅助继电器,过去也称为逻辑继电器 保护继电器按其组成元件分,有机电型、晶体管型和微机型三类。由于机电型继电 器具有可靠、便于维修和调试等优点,因此我国企业供电系统目前仍以传统的机电型继 电器为主。 机电型继电器按其结构原理分,有电磁式和感应式继电器 保护继电器按其反应的物理量分,有电流继电器、电压继电器、功率继电器、瓦斯 继电器、欠电压(低电压)继电器等。 保护继电器按其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、中 间继电器(或称出口继电器)等。下图是过电流保护的框图 KA KM 起动时限信号出口 当线路上发生短路时,起动用的电流继电器KA瞬时动作,使时间继电器KT起动。 KT经整定一定时间后,接通信号继电器KS和中间(出口)继电器KM。KM就接通断 路器QF的跳闸回路,使断路器跳闸,从而切除短路故障 保护继电器按其动作于断路器的方式分,有直接动作式(直动式)和间接动作式两
电器”两大类。 测量继电器装设在继电保护装置电路的第一级，用来反应被保护元件（电气设备或 线路）的特性量变化情况。当其特性量达到预先整定的动作值时即行动作，在保护装置 中属于主保护，或称起动继电器。 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是否为零时而动作的电 气继电器，包括时间继电器、中间继电器、信号继电器等，在继电保护装置中用来实现 特定的逻辑功能，属于辅助继电器，过去也称为逻辑继电器。 保护继电器按其组成元件分，有机电型、晶体管型和微机型三类。由于机电型继电 器具有可靠、便于维修和调试等优点，因此我国企业供电系统目前仍以传统的机电型继 电器为主。 机电型继电器按其结构原理分，有电磁式和感应式继电器。 保护继电器按其反应的物理量分，有电流继电器、电压继电器、功率继电器、瓦斯 继电器、欠电压（低电压）继电器等。 保护继电器按其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、中 间继电器（或称出口继电器）等。下图是过电流保护的框图。 当线路上发生短路时，起动用的电流继电器 KA 瞬时动作，使时间继电器 KT 起动。 KT 经整定一定时间后，接通信号继电器 KS 和中间（出口）继电器 KM。KM 就接通断 路器 QF 的跳闸回路，使断路器跳闸，从而切除短路故障。 保护继电器按其动作于断路器的方式分，有直接动作式（直动式）和间接动作式两
大类。 保护继电器按其与一次电路联结的方式分,有一次式继电器和二次式继电器。一次 式继电器的线圈是与一次电路直接相连的,例如低压断路器的过电流脱扣器和低电压 (失压)脱扣器,实际上就是一次式继电器(也是直动式继电器)。二次式继电器的线 圈连接在电流互感器或电压互感器的二次侧,经过互感器与一次电路相联系。高压系统 中的保护继电器都是二次式继电器。 、常用的保护继电器 )电磁式电流继电器和电压继电器 电磁式电流继电器和电压继电器在继电保护装置中均为起动元件,属测量继电器。 常用的DL-10系列电磁式电流继电器的基本结构如图所示。 过电流继电器线圈中的使继电器动作的最小电流,称为继电器的“动作电流”,用 Iop表示。 过电流继电器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,称为继 电器的“返回电流”,用Ie表示。 继电器的返回电流与动作电流的比值,称为继电器的“返回系数”,用Kc表示 Ire Kr 对于过电流继电器,Ke<1,一般为08。Kre越接近于1,说明继电器越灵敏。如 果过电流继电器的Kc过低时,还可能使保护装置发生误动作,这将在后面讲过电流保 护的动作电流整定时加以说明。 电磁式电流继电器的动作电流有两种调节方法: (1)平滑调节 (2)级进调节 DL-10系列电磁式电流继电器的内部结线及其图形符号和文字符号如下图所示
大类。 保护继电器按其与一次电路联结的方式分，有一次式继电器和二次式继电器。一次 式继电器的线圈是与一次电路直接相连的，例如低压断路器的过电流脱扣器和低电压 （失压）脱扣器，实际上就是一次式继电器（也是直动式继电器）。二次式继电器的线 圈连接在电流互感器或电压互感器的二次侧，经过互感器与一次电路相联系。高压系统 中的保护继电器都是二次式继电器。 二、常用的保护继电器 （一）电磁式电流继电器和电压继电器 电磁式电流继电器和电压继电器在继电保护装置中均为起动元件，属测量继电器。 常用的 DL-10 系列电磁式电流继电器的基本结构如图所示。 过电流继电器线圈中的使继电器动作的最小电流，称为继电器的“动作电流”，用 Iop 表示。 过电流继电器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，称为继 电器的“返回电流”，用 Ire 表示。 继电器的返回电流与动作电流的比值，称为继电器的“返回系数”，用 Kre 表示， 即 def Ire Kre Iop 对于过电流继电器，Kre<1，一般为 0.8。Kre 越接近于 1，说明继电器越灵敏。如 果过电流继电器的 Kre 过低时，还可能使保护装置发生误动作，这将在后面讲过电流保 护的动作电流整定时加以说明。 电磁式电流继电器的动作电流有两种调节方法： （1）平滑调节 （2）级进调节 DL-10 系列电磁式电流继电器的内部结线及其图形符号和文字符号如下图所示
每 低电压继电器的动作电压U甲,为其线圈上的使继电器动作的最高电压;其返回电 压Ure,为其线圈上的使继电器由动作状态返回到起始位置的最低电压。低电压继电器 的返回系数Kκ=UrUφp>l,一般Kc为1.25。越接近于1,说明继电器越灵敏。 (二)电磁式时间继电器 电磁式时间继电器在继电保护装置中,用来获得所需要的延时(时限),它属于机 电式有或无继电器 常用的DS-110/120系列电磁式时间继电器的基本结构实物。DS-110系列用于直流, DS-120系列用于交流。 DS-110/120系列电磁式时间继电器的内部结线及其图形符号和文字符号,如下图所示。 30 d) (三)电磁式信号继电器 电磁式信号继电器在继电保护装置中用来发出指示信号,以提醒运行值班人员注
低电压继电器的动作电压 Uop，为其线圈上的使继电器动作的最高电压；其返回电 压 Ure，为其线圈上的使继电器由动作状态返回到起始位置的最低电压。低电压继电器 的返回系数 Kre=Ure/Uop>1，一般 Kre为 1.25。越接近于 1，说明继电器越灵敏。 （二）电磁式时间继电器 电磁式时间继电器在继电保护装置中，用来获得所需要的延时（时限），它属于机 电式有或无继电器。 常用的 DS-110/120 系列电磁式时间继电器的基本结构实物。DS-110 系列用于直流， DS-120 系列用于交流。 DS-110/120 系列电磁式时间继电器的内部结线及其图形符号和文字符号，如下图所示。 （三）电磁式信号继电器 电磁式信号继电器在继电保护装置中用来发出指示信号，以提醒运行值班人员注
意。它也属于机电式有或无继电器 常用的Dⅹ-11型电磁式信号继电器有电流型和电压型两种:电流型信号继电器的 线圈为电流线圈,串联在二次回路内,由于其阻抗小,不影响其他二次回路元件的动作; 电压型信号继电器的线圈为电压线圈,阻抗大,只能并联在二次回路中。DX-11型电磁 式信号继电器的基本结构如实物所示。 DX-1l型电磁式信号继电器的内部结线及其图形符号和文字符号如下图所示 10 8 20212223 电磁式中间继电器 电磁式中间继电器在继电保护装置中用作辅助继电器,以弥补主继电器触点数量或 触点容量的不足。中间继电器也属机电式有或无继电器。 常用的DZ-10系列电磁式中间继电器的基本结构如实物所示。 这种快吸快放的电磁式中间继电器的内部结线及其图形符号和文字符号如下图所 先断后 「b 动作中暂 合的转 地闭合的 换触点5o 常开触点 形式1 一形式1 形式2 形式2
意。它也属于机电式有或无继电器。 常用的 DX-11 型电磁式信号继电器有电流型和电压型两种：电流型信号继电器的 线圈为电流线圈，串联在二次回路内，由于其阻抗小，不影响其他二次回路元件的动作； 电压型信号继电器的线圈为电压线圈，阻抗大，只能并联在二次回路中。DX-11 型电磁 式信号继电器的基本结构如实物所示。 DX-11 型 电磁式信号继电器的内部结线及其图形符号和文字符号如下图所示 。 电磁式中间继电器 电磁式中间继电器在继电保护装置中用作辅助继电器，以弥补主继电器触点数量或 触点容量的不足。中间继电器也属机电式有或无继电器。 常用的 DZ-10 系列电磁式中间继电器的基本结构如实物所示。 这种快吸快放的电磁式中间继电器的内部结线及其图形符号和文字符号如下图所 示
四)感应式电流继电器 在工厂供电系统中,广泛采用感应式电流继电器来实现过电流保护和电流速断保 护。由于感应式电流继电器兼有上述电磁式电流继电器、时间继电器、信号继电器和中 间继电器的功能,从而可大大简化继电保护装置。感应式电流继电器属测量继电器 常用的GL-1020系列感应式电流继电器的基本结构如实物所示 感应式电流继电器的工作原理可用下图来说明。 10 感应式电流继电器兼有“速断特性”,如下图所示。下图所示的动作特性曲线上对 应于开始速断时间的动作电流倍数,称为“速断电流倍数”,即 速断电流Iqb的含义,是指继电器线圈中的使电流速断元件动作的最小电流。 三、电保护装置的结线方式
（四）感应式电流继电器 在工厂供电系统中，广泛采用感应式电流继电器来实现过电流保护和电流速断保 护。由于感应式电流继电器兼有上述电磁式电流继电器、时间继电器、信号继电器和中 间继电器的功能，从而可大大简化继电保护装置。感应式电流继电器属测量继电器。 常用的 GL-10/20 系列感应式电流继电器的基本结构如实物所示。 感应式电流继电器的工作原理可用下图来说明。 感应式电流继电器兼有“速断特性”，如下图所示。下图所示的动作特性曲线上对 应于开始速断时间的动作电流倍数，称为“速断电流倍数”，即 def qb qb op I n I 速断电流 Iqb 的含义，是指继电器线圈中的使电流速断元件动作的最小电流。 三、电保护装置的结线方式
过电流的继电保护装置中,起动继电器与电流互感器之间的连接,主要有两相两继 电器式和两相一继电器式两种结线方式 (一)两相一继电器式结线,如下图(左) 这种结线,又称“两相电流差结线”。正常工作时,流入继电器的电流为两相电流 互感器二次电流之差。 (二)两相两继电器式结线,如下图(右) 这种结线,如一次电路发生三相短路或任意两相短路,都至少有一个继电器要动作,从而 使一次电路的断路器跳闸。 为了表述继电器电流IKA与电流互感器二次电流L2的关系,特引入一个结线系数kw, 其定义式为 ef I ka P1 在其一次电路发生三相短路时,流入继电器的电流为电流互感器二次电流的√3倍(参 看下图a的相量图),即K=√3 在其一次电路的A、C两相发生短路时,流入继电器的电流为互感器二次电流的2 倍(参看图下b的相量图),即K4C=2 在其一次电路的A、B两相或B、C两相发生短路时,流入继电器的电流只有一相 电流互感器的二次电流(参看下图c、d相量图),即K4b)=KBC=1
过电流的继电保护装置中，起动继电器与电流互感器之间的连接，主要有两相两继 电器式和两相一继电器式两种结线方式： （一）两相一继电器式结线，如下图（左） 这种结线，又称“两相电流差结线”。正常工作时，流入继电器的电流为两相电流 互感 器二次电流之差。 （二）两相两继电器式结线，如下图（右） 这种结线，如一次电路发生三相短路或任意两相短路，都至少有一个继电器要动作，从而 使一次电路的断路器跳闸。 为了表述继电器电流 IKA 与电流互感器二次电流 I2 的关系，特引入一个结线系数 kw， 其定义式为： 在其一次电路发生三相短路时，流入继电器的电流为电流互感器二次电流的 3 倍（参 看下图 a 的相量图），即 (3) 3 K w = . 在其一次电路的 A、C 两相发生短路时，流入继电器的电流为互感器二次电流的 2 倍（参看图下 b 的相量图），即 ( . ) 2 A C K w = 。 在其一次电路的 A、B 两相或 B、C 两相发生短路时，流入继电器的电流只有一相 电流互感器的二次电流（参看下图 c、d 相量图），即 ( . ) . 1 A b B C K K w w = =
四、继电保护装置的操作方式 继电保护装置的操作电源,有直流操作电源和交流操作电源两大类。直流操作电源 有蓄电池组和整流电源两种。但交流操作电源具有投资少、运行维护方便及二次回路简 单可靠等优点,因此它在企业供配电系统中应用最为广泛。 交流操作电源供电的继电保护装置主要有两种操作方式: (一)直接动作式(如下图) (二)“去分流跳闸”的操作方式(如下图) 第三节高压电力线路的继电保护 、电力线路继电保护概述 按GB50062—1992《电力装置的继电和自动装置设计规范》规定:对3~66KV电 力线路,应装设相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护。作为线路的相间短路保护, 主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护。如过电流保护的时限不大于
四、继电保护装置的操作方式 继电保护装置的操作电源，有直流操作电源和交流操作电源两大类。直流操作电源 有蓄电池组和整流电源两种。但交流操作电源具有投资少、运行维护方便及二次回路简 单可靠等优点，因此它在企业供配电系统中应用最为广泛。 交流操作电源供电的继电保护装置主要有两种操作方式： （一）直接动作式（如下图） （二）“去分流跳闸”的操作方式（如下图） 第三节 高压电力线路的继电保护 一、电力线路继电保护概述 按 GB50062—1992《电力装置的继电和自动装置设计规范》规定：对 3～66KV 电 力线路，应装设相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护。作为线路的相间短路保护， 主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护。如过电流保护的时限不大于
05~07s时,可不装设电流速断保护。相间短路保护应动作于跳闸,以切除短路故障。 作为线路的单相接地保护,有两种方式:(1)绝缘监视装置,装设在变配电所的高 压母线上,动作于信号。(2)有选择性的单相接地保护(零序电流保护),亦动作于信号, 但当单相接地危及人身和设备安全时,则应动作于跳闸 二、带时限的过电流保护 带时限的过电流保护,按其动作时限特性分,有“定时限”过电流保护和“反时限” 过电流保护两种 定时限过电流保护装置的组成和原理定时限过电流保护装置的原理电路如图所示。 KAI FUI KAI 信号 KA2 A KA2 信号 KM OF 反时限过电流保护装置的原理电路,如图所示。 KAI KA2 TA I TA2 KAI KAI TA2 KA. YRI KAI KA2 YR2 KA2
0.5～0.7s 时，可不装设电流速断保护。相间短路保护应动作于跳闸，以切除短路故障。 作为线路的单 相接地保护，有两种方式：(1)绝缘监视装置，装设在变配电所的高 压母线上，动作于信号。(2)有选择性的单相接地保护（零序电流保护），亦动作于信号， 但当单相接地危及人身和设备安全时，则应动作于跳闸。 二、带时限的过电流保护 带时限的过电流保护，按其动作时限特性分，有“定时限”过电流保护和“反时限” 过电流保护两种。 定时限过电流保护装置的组成和原理定时限过电流保护装置的原理电路如图所示。 反时限过电流保护装置的原理电路，如图所示
动作电流的整定 带时限的过电流保护(包括定时限和反时限)的动作电流Iop,应躲过线路的最大 负荷电流(包括正常过负荷电流和尖峰电流)l-,以免在l-通过时保护装置误动 作,而且其返回电流I也应躲过/-,否则保护装置还可能发生误动作。为了说明这 点,以图a所示电路来说明。 1> KA 1> KA2 QFI TAI QF2 TA2 KA1动作时间 KA2动作时间 KA1动作时间 过电流保护装置动作电流的整定计算公式为:1Kx1m KK 如采用断路器手动操动机构中的过电流脱扣器YR作直动式过电流保护,则脱扣器 的动作电流(脱扣电流)应按下式整定:l9=K1x 动作时间的确定 为保证前后两级保护装置动作的选择性,应按“阶梯原则”进行整定。如上图b和 c所示,即1≥t2+△ 对定时限过电流保护,因采用DL型电流继电器,其可动部分惯性小,可取 △t=0.5s;对反时限过电流保护,因采用GL型电流继电器其可动部分(铝盘)惯性较
动作电流的整定 带时限的过电流保护（包括定时限和反时限）的动作电流 Iop，应躲过线路的最大 负荷电流（包括正常过负荷电流和尖峰电流） L.max I ，以免在 L.max I 通过时保护装置误动 作，而且其返回电流 Ire 也应躲过 L.max I ，否则保护装置还可能发生误动作。为了说明这 一点，以图 a 所示电路来说明。 过电流保护装置动作电流的整定计算公式为： .max rel w op L re i K K I I K K = 如采用断路器手动操动机构中的过电流脱扣器 YR 作直动式过电流保护，则脱扣器 的动作电流（脱扣电流）应按下式整定： ( ) .max rel w op YR L i K K I I K = 动作时间的确定 为保证前后两级保护装置动作的选择性，应按“阶梯原则”进行整定。如上图 b 和 c 所示，即 1 2 t t t + 对定时限过电流保护，因采用 DL 型电流继电器，其可动部分惯性小，可取 t s = 0.5 ；对反时限过电流保护，因采用 GL 型电流继电器其可动部分（铝盘）惯性较