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1、课题课题7 断电保护及二次系统断电保护及二次系统7.1 继电保护的基本知识7.2 线路的继电保护7.3 电力变压器的继电保护7.4 二次系统接线图7.5 中央信号系统7.6 断路器控制回路及信号系统7.7 绝缘监察装置和电气测量仪表7.8 备用电源自动投入装置第1页/共317页7.1 继电保护的基本知识1.继电保护的任务为保证供配电系统的安全运行，避免过负荷和短路引起的过电流对系统的影响，在供配电系统中要装有不同类型的过电流保护装置。常用的过电流保护装置有熔断器保护、低压断路器保护和继电保护。其中继电保护广泛应用于高压供配电系统中，其保护功能很多，而且是实现供配电自动化的基础。继电保护的任务和
2、要求第2页/共317页继电保护装置是指能反映供配电系统中电气设备发生的故障或不正常工作状态，并能动作于断路器跳闸或起动信号装置发出预报信号的一种自动装置。继电保护的主要任务如下：（1）自动、迅速、有选择性地将故障元件从供配电系统切除，使其他非故障部分迅速恢复正常供电；第3页/共317页（2）能正确反映电气设备的不正常运行状态，发出预报信号，以便操作人员采取措施，恢复电气设备正常工作；（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，提高供电系统的运行可靠性。建筑供配电系统继电保护的特点是简单、有效、可靠，且有较强的抗干扰能力。第4页/共317页2.对继电保护的基本要
3、求继电保护的设计应以合理的运行方式和可能的故障类型为依据，并应满足选择性、速动性、可靠性、灵敏性四项基本要求。(1)选择性选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障。当供电系统发生短路故障时，继电保护装置动作，只切除故障元件，并使停电范围最小，以减小故障停电造成的影响。保护装置这种能挑选故障元件的能力称为保护的选择性。第5页/共317页(2)速动性为了减小由于故障引起的损失，减少用户在故障时低电压下的工作时间，以及提高电力系统运行的稳定性，要求继电保护装置在发生故障时尽快动作并将故障切除。快速地切除故障部分可以防止故障扩大，减轻故障电流对电气设备的损坏程度，加快供电系统电压的恢复，提高供
4、电系统运行的可靠性。第6页/共317页(3)可靠性可靠性是指保护装置应该动作时动作，不应该动作时不动作。为保证可靠性，宜选用尽可能简单的保护方式，采用可靠的元件和尽可能简单的回路构成性能良好的装置，并应有必要的检测、闭锁和双重化等措施。保护装置应便于整定、调试和运行维护。第7页/共317页(4)灵敏性灵敏性是指继电保护在其保护范围内对发生故障或不正常工作状态时的反应能力。过电流保护的灵敏度SP用其保护区内在电力系统为最小运行方式时的最小短路电流Ik，min与保护装置一次动作电流（即保护装置动作电流换算到一次电路的值）IOP，1的比值来表示，即SP=Ik，min/IOP，1 第8页/共317页对
5、不同作用的保护装置和被保护设备，所要求的灵敏度是不同的，在电力装置的继电保护和自动装置设计技术规范(GB 500621992)中都有规定。另外,上述介绍的四项基本要求对于一个具体的保护装置不一定都是同等重要的，而应有所侧重。例如，电力变压器是供配电系统中最关键的设备，对其保护装置的灵敏度要求较高；而对一般电力线路的保护装置，就要求其选择性较高。第9页/共317页电力系统发生故障时会引起电流的增加、电压的降低以及电流与电压间相位的变化，因此，电力系统中所采用的各种继电保护大多数是利用故障时物理量与正常运行时物理量的差别来构成的，例如，反映电流增大的过电流保护、反映电压降低（或升高）的低电压（或过
6、电压）保护等。继电保护的基本原理第10页/共317页继电保护原理结构方框图如图7.1所示。它由三部分组成：（1）测量部分用来测量被保护设备输入的有关信号（电流、电压）等，并和已给定的整定值进行比较判断是否应该起动；（2）逻辑部分根据测量部分各输出量的大小、性质及其组合或输出顺序，使保护装置按照一定的逻辑程序工作，并将信号传输给执行部分；（3）执行部分根据逻辑部分传输的信号，最后完成保护装置所负担的任务，给出跳闸或信号脉冲。第11页/共317页图7.2为线路过电流保护基本原理示意图，用以说明继电保护的组成和基本原理。在图7.2 中，电流继电器KA的线圈接于被保护线路电流互感器TA的二次回路，即保
7、护的测量回路，它监视被保护线路的运行状态，测量线路中电流的大小。在正常运行情况下，当线路中通过最大负荷电流时，继电器不动作；当被保护线路K点发生短路时，线路上的电流突然增大，电流互感器TA二次侧的电流也按变比相应增大，当通过电流继电器KA的电流大于其整定值时，继电器立即动第12页/共317页作，触点闭合，接通逻辑电路中时间继电器KT的线圈回路，时间继电器起动并根据短路故障持续的时间作出保护动作的逻辑判断，时间继电器KT动作，其延时触点闭合，接通执行回路中的信号继电器KS和断路器QF的跳闸线圈回路，使断路器跳闸，切除短路故障。第13页/共317页图7.1继电保护原理结构方框图 第14页/共317
8、页图7.2线路过电流保护基本原理示意图第15页/共317页1继电器的作用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，其电气输出电路被接通或分断的自动电器。继电器一般由感受元件、比较元件和执行元件三个主要部分组成。（1）感受元件将感受到的物理量（如电流、电压）的变化情况综合后送到比较元件。断电器的构成和分类第16页/共317页（2）比较元件将感受元件送来的物理量与预先给定的物理量（整定值）相比较，根据比较的结果向执行元件发出指令。（3）执行元件根据来自比较元件的指令自动完成继电器所担负的任务，例如向断路器发出跳闸脉冲或进行其他操作。第17页/共317页2继电器的分类继电器的种类
9、很多，目前一般分类方法如下：（1）按继电器动作和构成原理可分为电磁型、感应型、整流型、极化型、半导体型、热力型等继电器。（2）按照继电器反映物理量的性质可分为电流、电压、时间、信号、功率、方向、阻抗、频率等继电器。第18页/共317页继电器又可分为反映电气量增加和反映电气量减少两大类。前者为过量继电器，如过电流继电器等；后者为欠量继电器，如欠电压继电器等。除此之外，还有一类反映非电气量参数而动作的继电器，如气体（瓦斯）继电器、温度继电器等。第19页/共317页3继电器的表示方法我国继电器型号的编制是以汉语拼音字母表示的，由动作原理代号、主要功能代号、设计序号及主要规格代号所组成，其表示形式如下
10、：第20页/共317页继电器的动作原理和主要功能代号如表7.1（见P178）所示。设计序号及主要规格用阿拉伯数字表示，继电器的主要规格代号常用来表示触点的形式及数量。例如，DL11/10表示电磁型电流继电器，其中第一个数字“1”表示设计序号（10系列），第二个“1”表示有一对动合触点，“10”表示最大动作电流为10 A。第21页/共317页4常用继电器35 kV及以下电力网中的电力线路和电气设备继电保护装置（包括供电系统），除了日渐推广的微机保护外，仍大量采用电磁型和感应型继电器。下面重点介绍几种反映单一电气量的电磁型继电器的结构、原理及特性。第22页/共317页（1）电磁式电流继电器电磁式电
11、流继电器在继电保护装置中作为起动元件，图7.3为DL系列电磁式电流继电器的内部结构和内部接线图。电磁式电流继电器的工作原理如下：当线圈2通过电流IKA时，电磁力矩M1试图使可动舌片3向顺时针方向旋转。在正常工作时，由于IKA较小，其所产生的电磁力矩不足以克服弹簧4的反抗力矩M2，故舌片3不会转动，不会带动可动触点5与静触点6闭合；在短路故障时，IKA将大大增加，M1M2，使舌片3转动，带动可动触点5与静触点6接触而使其闭合。第23页/共317页能使过电流继电器刚好动作并使触点闭合的电流IKA值称为该继电器的动作电流，用IOP表示。在继电器动作后，逐渐减小IKA。当继电器刚好返回到原始位置时所对
12、应的IKA值称为返回电流，用Ire表示。上述定义还可以说成，使继电器常开接点闭合的最小电流称为动作电流IOP；使继电器闭合的常开触点断开的最大电流称为返回电流Ire。继电器的返回电流Ire与其动作电流IOP的比值称为返回系数Kre（其值一般小于1），即KreIre/IOP 第24页/共317页(2)电磁式电压继电器电磁式电压继电器的结构、工作原理与电磁式电流继电器基本相同。不同之处是：电压继电器的线圈是电压线圈，其匝数多而线径细；而电流继电器的线圈为电流线圈，其匝数少而线径粗。电磁式电压继电器有过电压和欠电压两大类，其中欠电压继电器在工厂供电系统应用较多。第25页/共317页类似过电流继电器，
13、欠电压继电器的动作电压UOP是使其动作的最大电压，而它的返回电压Ure是使其返回的最小电压，返回系数KreUre/UOP。由于欠电压继电器的返回电压Ure大于动作电压UOP，所以其返回系数Kre1，一般为11.2。第26页/共317页(3)电磁式时间继电器时间继电器在保护装置中起延时作用，以保证保护装置动作的选择性。DS系列电磁式时间继电器的内部结构如图7.4所示，主要由电磁机构和钟表延时机构两部分组成，电磁机构主要起锁住和释放钟表延时机构作用，钟表延时机构起准确延时作用。时间继电器的线圈按短时工作设计。第27页/共317页(4)电磁式中间继电器中间继电器的作用是为了扩充保护装置出口继电器的接
14、点数量和容量，也可以使触点闭合或断开时带有不大的延时（0.40.8 s），或者通过继电器的自保持以适应保护装置的需要。中间继电器的工作原理一般按电磁原理构成，图7.5为DZ系列电磁式中间继电器结构图。第28页/共317页(5)电磁式信号继电器信号继电器用于各保护装置回路中，作为保护动作的指示器。信号继电器一般按电磁原理构成，继电器的电磁起动机构采用吸引衔铁式，由直流电源供电。DX系列信号继电器的结构如图7.6所示。在正常情况下，继电器线圈中没有电流通过，信号继电器在正常位置。当继电器线圈中有电流流过时，信号牌落下或凸出，指示信号继电器掉牌。为了便于分析故障的原因，要求信号指示不能随电气量的消失
15、而消失。因此，信号继电器须设计为手动复归式。第29页/共317页信号继电器可分为串联信号继电器（电流信号继电器）和并联信号继电器（电压信号继电器），其接线方式如图7.7所示。实际使用时，一般采用电流型信号继电器。第30页/共317页图7.3DL系列电磁式电流继电器的内部结构和内部接线图（a）内部结构图；（b）内部接线图第31页/共317页图7.4DS100系列时间继电器的内部结构图第32页/共317页图7.5DZ10系列中间继电器结构图第33页/共317页图7.6DX11型信号继电器的结构图第34页/共317页图7.7信号继电器的接线方式（a）串联信号继电器；（b）并联信号继电器 第35页/共
16、317页7.2 线路的继电保护在供电线路上发生短路故障时，其重要特征是电流增加和电压降低，根据这两个特征可以构成电流、电压保护。反映电流突然增大使继电器动作而构成的保护装置称为过电流保护，主要包括带时限过电流保护和电流速断保护。电压保护主要是低电压保护，当发生短路时，保护装置安装处母线残余电压低于低电压保护的整定值时发出保护动作。电压保护一般很少单独采用，多数情况下是与电流保护配合使用，例如低电压闭锁过电流保护。第36页/共317页1三相完全星形接线三相完全星形接线方式又称三相三继电器式接线，如图7.8（a）所示。它是用三台电流互感器与三只继电器对应连接的，这样，不论发生任何类型的短路故障，流
17、过继电器线圈中的电流U、V、W总是与电流互感器一次U、V、W电流成比例。三相完全星形接线方式对各种短路故障如三相短路、两相短路、单相接地短路都能起到保护作用，而且具有相同的灵敏度。在各种短路时电流相量如图7.8（b）、（c）、（d）所示。当发生额定电压额定电压第37页/共317页三相短路时，各相电流互感器二次侧通过二次变换的短路电流分别通过三只电流继电器的线圈，使之动作；而当两相或单相接地短路时，与短路相对应的两只或一只电流继电器动作。为了表征流入继电器的电流IKA与电流互感器二次侧电流ITA之间的关系，在这里引入接线系数KW的概念。所谓接线系数，是指流入继电器的电流IKA与电流互感器二次电流
18、ITA的比值，即KWIKA/ITA。第38页/共317页2两相不完全星形接线两相不完全星形接线方式又称两相两继电器式接线，如图7.9所示。它是在U、W两相装有电流互感器，分别与两只电流继电器相连接。与三相完全星形接线方式的差别是在V相上没有装电流互感器和继电器。两相不完全星形接线方式对各种相间短路都能起到保护作用，但V相接地短路故障时不反应。因此，该接线方式不能用于单相接地保护装置，适用于610 kV中性点不接地的供电系统中作为相间短路保护装置的接线。该接线方式的接线系数在正常工作和相间短路时均为1。第39页/共317页3.两相电流差接线两相电流差接线方式又称两相一继电器式接线，如图7.10（
19、a）所示。它由两只电流互感器和一只电流继电器组成。正常工作时，流入继电器的电流IKA为|IKA|=|IU-IW|=3IU=3IW即流入继电器的电流是U相和W相电流的相量差，其数值是电流互感器二次电流的 3倍。第40页/共317页两相电流差接线方式能够反映各种相间短路。发生各种类型的相间短路时，短路电流的相量如图7.10（b）、（c）、（d）所示。由相量图可知，不同的相间短路流入继电器的电流与电流互感器二次侧电流的比值是不相同的，即其接线系数KW是不一样的，因而其灵敏度也是不一样的。(1)发生三相短路时，流入继电器KA的电流IKA是ITA的 3倍，即K（3）W=3。第41页/共317页(2)当U
20、、W两相（均装有TA）短路时，由于两相短路电流大小相等，相位差180，所以IKA是ITA的2倍，即K(U,W)W=2。(3)当U、V两相或V、W两相（V相未装TA）短路时，由于只有U相或W相TA反映短路电流，而且直接流入KA，因此K(U,V)W=K（V,W）W=1。从以上电流互感器三种基本接线方式分析可知，采用三相完全星形接线的保护装置可以反映各种短路故障，其缺点是需要三个电流互感器与三个继电器，因而不够经济。第42页/共317页图7.8 完全星形接线及各种短路时电流相量图（a）完全星形接线;（b）三相短路;（c）U、V两相短路;（d）U相接地短路第43页/共317页图7.9不完全星形接线第4
21、4页/共317页图7.10两相电流差接线及各种短路时电流相量图（a）接线电路图;（b）三相短路;（c）U、V两相短路;（d）U相接地短路第45页/共317页图7.10两相电流差接线及各种短路时电流相量图（a）接线电路图;（b）三相短路;（c）U、V两相短路;（d）U相接地短路第46页/共317页在供电系统中，当被保护线路发生短路时，继电保护装置动作，并以动作时间来保证选择性，带时限过电流保护就是这样的保护装置。带时限过电流保护，按其动作时间特性分为定时限过电流保护和反时限过电流保护两种。所谓定时限，是指保护装置的动作时间是恒定的，与短路电流大小无关。所谓反时限，是指保护装置的动作时间与短路电流
22、大小（反映到继电器中的电流）成反比关系。带时限的过电流保护第47页/共317页1.定时限过电流保护的动作原理图7.11为单端供电线路的定时限过电流保护配置示意图。图中过电流保护装置1、2、3分别装设在线路WL1、WL2、WL3的电源侧，每套保护装置主要保护本段线路和由该段线路直接供电的变电所母线。假设在线路WL3上的k-1点发生相间短路，短路电流将由电源经过线路WL1、WL2、WL3流到短路点k-1。第48页/共317页如果短路电流大于保护装置1、2、3的动作电流时，则三套保护将同时起动。根据选择性的要求，应该是距离故障点k-1最近的保护装置3动作，使断路器QF3跳闸。为此，需经延时来保证选择
23、性，也就是使保护装置3的动作时间t3小于保护装置2和保护装置1的动作时间t2和t1，这样，当k-1点短路时，保护装置3首先以较短的延时t3动作于QF3跳闸。QF3跳闸后，短路电流消失，保护装置2和1还来不及使QF2和QF1跳闸就返回到正常位置。第49页/共317页同理，当线路WL2上的k-2点发生相间短路时，为了保证选择性，保护装置2的动作时间t2应小于保护装置1的动作时间t1。因此，为了保证单端供电线路过电流保护动作的选择性，保护装置的动作时间必须满足以下条件：t1t2t3t2=t3+tt1=t2+t=t3+2t这种选择保护装置动作时间的方法称为时间阶梯原则。第50页/共317页2.定时限过
24、电流保护的组成接线定时限过电流保护一般是由两个主要元件组成的，即起动元件和延时元件。起动元件即电流继电器，当被保护线路发生短路故障，短路电流增加到电流继电器的动作电流时，电流继电器立即起动。延时元件即时间继电器，用以建立适当的延时，保证保护动作的选择性。图7.12为两相两继电器式定时限过电流保护原理电路图。在正常情况下电流继电器KA1、KA2和时间继电器KT的触点是断开的。当k-1点第51页/共317页发生短路故障时，短路电流经电流互感器TA流入电流继电器KA1、KA2，如果短路电流大于其整定值时便起动，并通过其触点将时间继电器KT的线圈回路接通，时间继电器开始动作。经过整定的延时后，其触点闭
25、合，并起动信号继电器KS发出信号，出口中间继电器KM接通断路器跳闸线圈YR，使QF断路器跳闸，切除短路故障。由上述动作过程可知，保护装置的动作时间是恒定的，因此，称这种保护装置为定时限过电流保护。第52页/共317页3.定时限过电流保护的整定原则以图7.13为例来说明定时限过电流保护的整定原则。（1）动作电流整定保护相间短路的定时限过电流保护，动作电流整定必须满足以下两个条件：线路输送最大负荷电流时保护装置不应起动，动作电流必须躲过(大于）最大负荷电流，以免在最大负荷电流通过时保护装置误动作，即IOP(1)IL，max 第53页/共317页 保护装置在外部短路被切除后，应能可靠地返回。如图7.
26、13所示，当k-1点发生短路时，保护装置1和2的电流继电器都动作，根据选择性的要求，保护装置2的时限比保护装置1的小，所以保护装置2首先动作于断路器，使之跳闸。这时，短路电流消失，但线路WL1上仍接有负荷，保护装置1仍通过较大的负荷电流。此时要求保护装置1已动作的电流继电器可靠返回，因此，保护装置1的返回电流应大于最大负荷电流，即Ire（1）IL，max第54页/共317页由于保护装置的返回电流小于动作电流，所以其返回系数Kre1，即Kre=Ire(1)/IOP(1)1.5 第64页/共317页b.作为线路L-1主保护的远后备保护时，由式(7.13)得SP=KWI(2)(K1，min)/(KT
27、AIOP)=1.681.2均满足要求。C.动作时间整定由时限阶梯原则，动作时限应比下一级大一个时限阶梯，则tL-1=tT-1+t=0.6+0.5=1.1(s)选DS21型时间继电器，时间整定范围为0.21.5 s。第65页/共317页 4.反时限过电流保护 动作时间与短路电流成反比而改变的过电流保护称为反时限过电流保护。反时限过电流保护由GL-10系列感应式继电器组成。（1）GL-10系列感应式继电器GL-10系列感应式继电器的结构如图7.15所示,它由带延时动作的感应系统与瞬时动作的电磁系统两部分组成。第66页/共317页感应系统主要由带有短路环2的电磁铁芯和圆形铝盘3组成，圆盘的另一侧装有
28、阻尼磁铁6，圆盘的转轴18放在活动框架4的轴承内，活动框架可绕轴转动一个小角度，正常未启动时框架被弹簧拉向挡板17的位置。电磁系统由装在电磁铁上侧的衔铁10构成，衔铁左端有横担9，通过它可瞬时闭合接点12。正常时衔铁左端重于右端而偏落于左边位置，接点不闭合。第67页/共317页当继电器通入电流时，在铝盘上产生旋转转矩为M=K12sin=KI2Ksin显然，通入继电器的电流IK越大，转矩M越大,铝盘转速越快。当通入的电流为整定值的30%40%时，圆形铝盘就会慢慢转动，但这时不能称为起动。当通入继电器线圈中的电流大于整定值时，框架向轴移动，使轴上蜗杆与扇形齿片相咬合，此时圆形铝盘继续转动并带动扇形
29、齿片上升，直到扇形齿片尾部托起横担，使衔铁被电磁铁芯吸下，将接点闭合。从轴上蜗杆与扇形齿片相咬合起到接点闭合这一段时间称为继电器的动作时间。第68页/共317页通入继电器的电流越大，铝盘转速越快，动作时间就越短，这种特性称为反时限特性。当通入的电流大到一定程度，使铁芯饱和，铝盘的转速再也不随电流的增大而加快时，继电器的动作时间便成为定值。将图7.15中时限调整螺钉13调整在某一位置（即某一固定动作电流），改变通入继电器的电流，测出其相应的动作时间，即可绘出图7.16所示曲线（曲线上的时间数字均为10倍动作电流整定值时的动作时间）。第69页/共317页感应系统的动作电流是指继电器铝盘轴上蜗杆与扇
30、形齿片相咬合时线圈所需要通入的最小电流。感应系统的返回电流是指扇形齿片脱离蜗杆返回到原来位置时的最大电流。继电器线圈有7个抽头，通过插孔板拧入螺钉来改变线圈的匝数，用来调整动作电流的整定值。第70页/共317页当通入继电器线圈的电流增大到整定值的若干倍数时，未等感应系统动作，衔铁右端瞬时被吸下，接点立即闭合，即构成电磁系统的速断特性。速断部分的动作电流值通过改变衔铁与电磁铁芯之间气隙来调整，其速断动作电流调整范围是感应系统整定电流值的28倍。GL-10型继电器本身带有信号掉牌，而且接点容量又较大，所以组成反时限过电流保护时，无需再接入其他继电器。第71页/共317页（2）反时限过电流保护的接线
31、与工作原理反时限过电流保护装置可以采用两台GL-10系列感应式继电器和两台电流互感器组成的不完全星形接线，也可以采用两相电流差接线方式，如图7.17所示。图7.17（a）为直流操作电源、两相式反时限过电流保护装置原理电路图。正常运行时继电器不动作。当主电路发生短路，流经继电器的电流超过其整定值时，继电器铝盘轴上蜗杆与扇形齿片立即咬合起动，经反时限延时，接点闭合，使断路器跳闸。同时，继电器中的信号牌掉牌，指示保护动作。第72页/共317页图7.17（b）为交流操作电源、两相电流差式反时限过电流保护装置原理电路图。其中继电器KA采用GL15型感应式电流继电器，正常时常开接点断开，交流瞬时脱扣器OR
32、无电流通过，不能跳闸。当主回路发生短路时，电流经继电器本身常闭接点流过其线圈，如果电流超过整定值，则经反时限延时，其接点立即闭合，常开接点接通，常闭接点断开，将瞬时电流脱扣器串入电流互感器二次侧，利用短路电流的能量使断路器跳闸。一旦跳闸，短路电流被切除，保护装置返回原来状态。这种交流操作方式对610 kV以下的小型变电所或高压电动机是很适用的。第73页/共317页（3）反时限过电流保护的整定计算反时限过电流保护装置动作电流的整定和灵敏度校验方法与定时限过电流保护完全一样，在此不再重复。以下介绍动作时限的整定方法。由于反时限过电流保护的动作时限与流过的电流值有关，因此其动作时限并非定值，现以图7
33、.18两段线路装设反时限过电流保护装置为例，说明其动作时限特性与相互配合关系。第74页/共317页在图7.18中，对于保护装置3，当被保护线路L-2末端k-3点短路时，动作时间为1.2 s，如线路L-2中间某一点短路时，其动作时间必然要小于1.2 s；若k-4点短路时，短路电流则更大，动作时间还要小。如果同样多取几点，并将不同点短路时的动作时间在坐标上绘出来，就可能得到保护装置3的反时限特性曲线，如图7.18中的曲线。同理，对于保护装置4，也可以得到动作时限特性曲线。显然，曲线应高于曲线。第75页/共317页为了满足选择性要求，且保护装置4又要作为保护装置3的后备保护，两条时限曲线之间必须有足
34、够大的时限差才能保证线路L-2短路时由保护装置3先动作，切除故障。从图7.18中还可以看出，短路点越靠近线路始端，保护装置的动作时间就越短，可见，这种反时限过电流保护装置可以自动缩短电源侧短路时的动作时间。第76页/共317页【例7.2】图7.18所示供电系统中，已知线路L-2的最大负荷电流为298 A，k-3、k-4点短路电流分别为I(3)k3，max=1627 A,I(3)k3，min=1450A,I(3)k4，max=7500 A,I(3)k4，min=6900 A。拟在线路L-2的始端装设反时限过电流保护装置3，电流互感器的变比是400/5，采用两相电流差接线。保护装置2在k-3点短路
35、时动作时限为t2=0.6 s。试对保护装置3进行整定计算。【解】求动作电流取KCO=1.2,KW=3,Kre=0.8，则由式(7.11)得继电器的动作电流为IOP=KCOKW/(KreKTA)IL，max=1.23/(0.8400/5)298=9.68(A)第77页/共317页选取GL-21/10型感应式继电器一只，IOP整定为10 A，则保护装置3的一次动作电流为IOP(1)=KTA/KWIOP=462(A)灵敏度校验作为本段线路的后备保护时，由式(7.12)得SP=KW/(KTAIOP)I(3)k3，min=2.71.5合格（3）动作时限的整定第78页/共317页由时限阶梯原则，k-3点短
36、路时，保护装置3的动作时限t3应比保护装置2的动作时限t2大一个时限阶梯t，取t=0.6 s，则当保护装置3流过短路电流I(3)k3，max=1627 A（相当于动作电流462 A的3.5倍）时，动作时限应为t3=t2+t=0.6+0.6=1.2 s。取动作电流倍数n=1627/4623.5，t3=1.2 s,查图7.16的时限特性曲线，可得保护装置3的10倍动作电流时的动作时限为t3=0.7 s。第79页/共317页当求出不同动作电流倍数的动作时限后，就可绘出线路L-2的时限特性曲线，如图7.18中的曲线。总结以上两种带时限的过电流保护，可以得到以下结论:定时限过电流保护的优点是简单、经济、
37、可靠、便于维护，用在单端电源供电系统中，可以保证选择性，且一般情况下灵敏度较高。其缺点是接线较复杂，且需直流操作电源；靠近电源处的保护装置动作时限较长。第80页/共317页 定时限过电流保护装置广泛用于10 kV及以下供电系统中作主保护，在35 kV及以上系统中作后备保护。反时限过电流保护装置的优点是继电器数量大为减少，只需一种GL型电流继电器，而且可使用交流操作电源，又可同时实现电流速断保护，因此投资少、接线简单。其缺点是动作时间整定较麻烦，而且误差较大；当短路电流较小时，其动作时限较长，延长了故障持续时间。第81页/共317页图7.11单端供电线路的定时限过电流保护配置示意图第82页/共3
38、17页图7.12两相两继电器式定时限过电流保护装置电路图（a）集中表示（总归式）电路图；（b）分开表示（展开式）电路图 第83页/共317页图7.13单侧电源放射形网络定时限过电流保护的时限配合第84页/共317页图7.13单侧电源放射形网络定时限过电流保护的时限配合第85页/共317页图7.13单侧电源放射形网络定时限过电流保护的时限配合第86页/共317页图7.13单侧电源放射形网络定时限过电流保护的时限配合第87页/共317页图7.14无限大容量供电系统示意图第88页/共317页图7.9不完全星形接线第89页/共317页图7.15GL-10系列感应型电流继电器结构图第90页/共317页图
39、7.15GL-10系列感应型电流继电器结构图第91页/共317页图7.16GL-10（20）系列继电器的时限特性曲线第92页/共317页图7.16GL-10（20）系列继电器的时限特性曲线第93页/共317页图7.17反时限过电流保护装置原理电路图（a）采用两相接线直流操作电源；（b）采用两相差式接线交流操作电源第94页/共317页图7.17反时限过电流保护装置原理电路图（a）采用两相接线直流操作电源；（b）采用两相差式接线交流操作电源第95页/共317页图7.18反时限过电流保护装置的时限特性与配合 第96页/共317页图7.18反时限过电流保护装置的时限特性与配合 第97页/共317页图7
40、.18反时限过电流保护装置的时限特性与配合 第98页/共317页图7.18反时限过电流保护装置的时限特性与配合 第99页/共317页图7.18反时限过电流保护装置的时限特性与配合 第100页/共317页在带时限过电流保护中，保护装置的动作电流都是按照线路最大负荷电流的原则整定的，因此，为了保证保护装置动作的选择性，就必须采用逐级增加的阶梯形时限特性。这就造成了短路点越靠近电源，保护装置动作时限越长，短路危害也越严重。为了克服这一缺点，同时又保证动作的选择性，一般采用提高电流整定值以限制保护动作范围的方法，减小保护动作时限，这就构成了电流速断保护。我国规定，当过电流保护的动作时间超过1 s时，应
41、装设电流速断保护装置。电流速断保护第101页/共317页电流速断保护分为无时限电流速断保护和限时电流速断保护两种情况。1.无时限电流速断保护(1)无时限电流速断保护的构成 无时限电流速断保护又称瞬时电流速断保护。在小电流接地系统中，保护相间短路的无时限电流速断保护一般都采用不完全星形接线方式。第102页/共317页采用DL型电流继电器组成的无时限电流速断保护相当于把定时限过电流保护中的时间继电器去掉。图7.19是被保护线路上同时装有定时限过电流保护和电流速断保护的电路图。其中，KA3、KA4、KT、KS2与KM组成定时限过电流保护，而KA1、KA2、KS1与KM组成电流速断保护，后者比前者只少
42、了时间继电器KT。采用GL型电流继电器组成的电流速断保护可直接利用GL型电流继电器的电磁系统来实现无时限电流速断保护，而其感应系统又可用作反时限过电流保护。第103页/共317页(2)速断电流的整定为了保证选择性，无时限电流速断保护的动作范围不能超过被保护线路的末端，速断保护的动作电流（即速断电流）应躲过被保护线路末端最大可能的短路电流。在图7.20所示的线路中，设在线路WL1和WL2装有电流速断保护1和2，当线路WL2的始端k-1点短路时，应该由保护2动作于QF2而跳闸，将故障线路WL2切除，而保护1不应误动作。第104页/共317页为此必须使保护装置1的动作电流躲过（即大于）线路WL2的始
43、端k-1点的短路电流Ik1。实际上Ik1与其前一段线路WL1末端点的短路电流Ik2几乎是相等的，因为k-1点和k-2点相距很近，线路阻抗很小，因此无时限电流速断保护装置1的动作电流（速断电流）为 Iqb(0)=KCOKW/KTAI(3)k,max 第105页/共317页由于无时限电流速断保护的动作电流躲过了被保护线路末端的最大短路电流，因此在靠近末端的一段线路上发生的不一定是最大的短路电流（例如两相短路电流）时，电流速断保护就不可能动作，也就是电流速断保护实际上不能保护线路的全长。这种保护装置不能保护的区域称为“保护死区”。第106页/共317页图7.20中的曲线1表示最大运行方式下流过保护装
44、置的三相短路电流与保护安装处至短路点的距离L的关系，曲线2表示最小运行方式下流过保护装置的两相短路电流与L的关系，直线3表示保护装置的速断电流Iqb，直线3分别与曲线1和2交于M点和N点。由图可知，当短路电流值在直线3以下时，保护装置就不动作。M点至保护安装处的距离Ip,max为最大运行方式下三相短路时的保护范围；N点至保护安装处的距离Lp,min为最小运行方式下两相短路的保护范围。第107页/共317页无时限电流速断保护的保护范围是用保护范围长度（LP）与被保护线路全长（L）的百分比表示的，即Lp%=LP/L100%第108页/共317页(3)灵敏度校验按照灵敏度的定义，无时限电流速断保护的
45、灵敏度应按其安装处（即线路首端）在系统最小运行方式下的两相短路电流来校验。无时限电流速断保护作为辅助保护时，要求它的最小保护范围一般不小于线路全长的15%20%；作为主保护时,灵敏度应按下式校验：Sp=KW/(KTAIqb(0)I(2)k,min1.5 第109页/共317页 2.限时电流速断保护无时限电流速断保护不能保护线路全长，存在保护死区。为弥补此缺陷，须增设一套带时限电流速断保护装置，以切除无时限电流速断保护范围以外（即保护死区）的短路故障，这样既保护了线路全长，又可作为无时限电流速断保护的后备保护。因此，保护范围必然要延伸到下一级线路，当下一级线路发生故障时，它有可能起动。为保证选择
46、性，须带有一定的延时，故称为限时电流速断保护。第110页/共317页(1)限时电流速断保护的构成 限时电流速断保护装置的原理接线图与定时限过电流保护相同，即与图7.12相同，只是图中各继电器的整定值不同。(2)动作电流和动作时间的整定 限时电流速断保护的整定计算如图7.21所示。在图7.21中，WL2为无时限电流速断保护，WL1为限时电流速断保护，动作电流分别为Iqb(0)、Iqb(t)。现分析装设于变电所A处线路WL1的限时电第111页/共317页流速断保护，由于要求它保护线路WL1的全长，所以其保护范围必延伸到线路WL2，为了满足选择性的要求，且又要尽量缩短动作时间，其动作电流应大于相邻线
47、路的电流速断的动作电流，这样其保护范围不超出相邻线路的电流速断的保护范围。因此,限时电流速断保护的动作电流和动作时间分别为Iqb(t)=KCOKW/KTAIqb(0)t1=t2+t 第112页/共317页(3)灵敏度校验 为了保护线路全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，当线路末端两相短路时，其灵敏度不小于1.25，即Sp=KW/(KTAIqb(t)I(2)k，min1.25 当灵敏度不能满足要求时，可以降低其动作电流，其动作电流应按躲过相邻下一级线路限时电流速断保护的动作电流来整定。为了保证选择性，其动作和时限应比相邻下一级线路的限时电流速断保护的动作时限大一个t。第113页/共3
48、17页3.三段式电流保护所谓三段式电流保护，就是将无时限电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护相配合，构成一套完整的三段式电流保护。图7.22为三段式电流保护的配合和动作时间示意图。无时限电流速断保护作为第段保护，它只能保护线路的一部分。限时电流速断保护作为第段保护，它虽然能保护线路全长，但不能作为下一段线路的后备保护。因此，还必须采用定时限过电流保护作为本段线路和下段线路的后备保护，称为第段保护。第114页/共317页三段式电流保护的主要优点是，在供电系统中所有各段上的短路都能较快地切除。其主要缺点是，在许多情况下，第、段保护的灵敏度不够，保护范围的大小与系统运行方式和短路类型有关
49、，而且只有用于单电源放射形供电系统中才能保证动作的选择性。这种保护在35 kV及以下的供电系统中，广泛地用来作为线路的相间短路保护。三段式电流保护的构成如图7.23所示。现以例7.3来说明三段式电流保护的整定计算方法。第115页/共317页【例7.3】图7.24为无限大容量系统供电的35 kV放射式线路，已知线路WL2的负荷电流为110 A，最大过负荷倍数为2，线路WL2上的电流互感器变比为300/5，线路WL1上定时限过电流保护的动作时限为2.5 s。在最大和最小运行方式下，k-1、k-2、k-3各点的三相短路电流如下:短路点k-1k-2k-3最大运行方式下三相短路电流（A）34001310
50、520最小运行方式下三相短路电流（A）29801150490拟在线路WL2上装设两相不完全星形接线的三段式电流保护，试计算各段保护的动作电流、动作时限，选出主要继电器并作灵敏度校验。第116页/共317页【解】线路WL2的无时限速断保护按式(7.15)求得速断电流为Iqb(0)=KCOKW/KTAI(2)k2，max=28.4(A)选取动作电流整定范围为12.550 A的DL-21/50型电流继电器。由于题中并未给出线路长度，其灵敏度校验可按式(7.17)计算。Sp=KW/(KTAIqb(0)I(2)k1，min =1.511.5合格 线路WL2的限时电流速断保护首先计算出线路WL1无时限速断