繼電保護原理及整定值計算

1.線路過流保護

它是一種帶動作時限（延時）的繼電保護，有定時限和反時限兩類。

定時限是指保護的延時時間與過電流的大小無關，是一個定值。反時限是

指保護的延時時間與過電流大小有關，過電流較大時，延時較短;過電流較

小時，延時則較長。

（1）定時限的過流保護如圖11—27所示。電路中，繼電器均采用電

磁式，其操作電源由專門的直流電源提供。電流互感器采用兩相V式接

線。一次側電路中發生短路故障時，電流繼電器KAI、KA2中至少有一個

瞬間動作觸點閉合，使時間繼電器KT啟動，經過一定的時限，其延時觸

點閉合，使信號繼電器KS和中間繼電器KM動作。KS動作接通信號回路

并掉牌。而KM動作，接通斷路器跳閘線圈YR,使QF跳閘，從而切斷

短路故障。在故障切除后，繼電器KAI、KA2、KT、KM失電自動復位，

KS可手動復位。

（2）反時限過流保護反時限過流保護一般采用感應式電流繼電器，

操作電源直接由交流電源提供。圖11—28所示為反時限過流保護電路

圖。其工作原理較簡單，讀者可自行分析。

圖11—27定時限過電流保護原理的電路圖

a）集中喪示法b）分開表示法

QF一商壓斷路器TAI、TA2—電流互感器KAI、KA2-DL型電流繼電器

KT-DS笈時間繼電器KS-DXS!信號堆電器KN—DZ型中間維電器YR一跳M線圈

困11-28反時限過電流保護的原理電路圖

a）集中表示法b）分開衰示法

（3）過泡保護動作電流的整定整定原則是電流繼電器的返回電流。應大于線路

中的最大負荷電流根據這個原則可以得出動作電流4的整定值計算為：

式中—電流繼電器的動作電流；

Km----可靠系數，對DL型電流繼電器取1.2；CL型電流繼電器取］3.

(—接線系數；

除T護裝置的返回系數院=稱器轂(可取0.8?0.85)；

K.——電流互感器的變化。”

(4)過電流保護的動作時限整定動作時限的整定原則稱為“階梯原則”即相鄰

兩級過電流保護的動作時限相差一個時限階段加。其隹定說明如圖11—29所示。時限

階段A/的取值：定時限取0.5s,反時限取0.7s。

圖11—29找路過電流保護孩定說明圖

a)電路圖b)定時限過電流保護的動作時限曲線c)反時限過電流保護的動作時限曲線

(5)過流保護靈敏度校驗靈敏度是對繼電保護裝置的要求之一，反映靈敏性的

參數就是靈敏度》,其定義如下：

S二本級線路末端的最小短路電流&

p-動作電流折算到初級的值=V

過流保護要求》ml.25~L5,即：

%=T二：

2.線路速斷保護

式中Ky—可靠系數，對DL取1.2~1.3,對GL取1.4~1.5。

（2）電流速斷保護的“死區”問題由速斷保護整定原則可見，當本級線路末端發生

最嚴重的短路故障，速斷保護不能反應。因此，速斷保護只能保護本級線路靠近電源的一部

分線路，另一段線路就稱為速斷保護的“死區”。其電路和時限曲線如圖11—31所示。

?）電路用b）時限曲線

/一一切一級保護應毓過的最大短路電流/中一前一級保護整定的一次速斷電流

（3）速斷保護靈敏度的檢驗速斷保護的靈敏度，應按其安裝處（即線路首端）

的兩相短路電流作為最小短路電流來校驗，即：

式中——線路首端的兩相短路電流。

3.線路兩段式電流保護

上述兩種保護都存在一定缺陷：對于過流保護，由于延時與短路電流無關，所以保

護的速動性就不好，有可能使短路造成嚴重的危害；對于速斷保護，又存在死區。因

此，一般規定過流保護的時限超過1s時，就應裝設速斷保護。這種將過流保護和速斷

保護裝設在一起的電流保護就稱為兩段式電流保護。這樣，在速斷區發生短路故障，由

速斷保護來反應，而過流保護作為后備保護。在速斷保護的死區，由過流保護來作為主

保護。圖11—32所示為兩段式保護電路圖。

牛](]TA2震器電MOM

圖11—32線路的定時限過電流保護和電流速斷保護電路圖

4.電力變壓器的保護

（1）電力變壓據常見的故障電力變壓器的故障分為內部故障和外部

故障。內部故障有:線圈對鐵殼絕緣擊穿（接地短路）、匝間或層間短路、

高低壓各相線圈短路及鐵心燒損和漏油等。外部故隙有:各相輸出線套管問

短路（相間短路）以及套管對鐵殼的短路等。變壓器的不正常工作狀態主

要是過負荷，長時間過負荷將造成變壓器溫度升高，絕緣老化，從而縮短

使用壽命。

（2）電力變壓器的繼電保護類型電力變壓器采用的繼電保護裝置有：

過電流、過負荷、單相接地、速斷、氣體及差動保護。通常根據變壓器的

容量來設置不同的保護。

對400kVA以下的變壓器通常采用高壓熔斷器保護。

時400?800kV?A的變壓器，一次側裝有高壓熔斷器時，可裝設帶時

限的過流保護;時限超過0.5s,還應裝設電流速斷保護。若一次側裝有負

荷開關時，則只能采用高壓熔斷器保護。若低不側為干線Y-yO接線的變

壓器，還應裝設單相接地保護。安裝在車間內容量越過320kV.A的變壓

器還應裝設氣體保護。

對800kV?A以上的變壓器，應裝設過流、氣體、過負荷保護及溫度

信號等。如過流的時限超過0.5s,還應裝設電流速斷保護。

對2000~6300kV-A的變壓器，如果速斷保護靈敏度不能滿足要求

時，則應采用差動保護。

對并列運行的容量為5600kW及以上的和單獨運行的容量為7500kW

及以上的變壓器，均應裝設差動保護代替電流速斷保護。

（3）變壓器的過流保護與速斷保護變壓器的過流和速斷保護通常用

來反應變壓器內部和外部的相間短路故障及嚴重的匝間、層間短路。過流

保護還可以反應嚴重的過載。這兩種保護裝應裝設在變壓器一次側斷路器

下方。速斷保護一般只能保護變壓器一次，而過流保護則可保護整個變壓

器（包括二次側的母線）。

1）電流互感器接線的特點（假設變壓器的變壓比為1）

①Y—y接線的變壓器一次側單相短路時，如圖11—33所示，反應到

一次側的短路電流兩相大小相等，均為r）/3,而且方向相同，另一相電

流大小為2r/3,方向與前兩相相反。此時，若過流保護采用兩相差接線，

顯然不能反應這種故障（流過繼電器的電流為零）。而采用兩相繼電器式

接線可以反應這種故障，但流過繼電器的電流只有單相接地短路電流的

與，保護靈敏度太低。因此，宜用零序保護裝設在變壓器二次側來反應這

種故障，如圖11-34所示。

圖11—33單相短路時的電流分布

a)Y-W聯結的變壓器，高壓倒采用兩相兩維電器的過電流保護，在低壓倒發生中相短路時的電流分布

b)丫一雙聯結的變壓器，高壓倒采用兩相一維電器的過電波保護，在低壓儡發生◎相短路時的電流分布

第5部分高級電工知識要求

②丫一△接線的變壓器二次側發生兩相短路時，由圖11—35可見，具有與Y-y

單和短路類似的情況。’

6-10kV

圖11-34變壓器的零序過電流保護圖11-35Y一△變壓器二次側發生兩相短路時

QF—高壓斷路器TAN一零序電流互感器

KA—電流繼電器YR一斷路器跳閘線圖

2）變壓器過流、速斷保護的綜合電路圖如圖11—36所示。該電路的工作原理讀

者可結合線路的二段式電流保護自行分析。

3）變壓器過流、速斷保護的整定計算

①過流保護整定公式與線路過流保護基本相同，只是式4=》?/一中的/小

應取為1.5~3/2，/.為變壓器的一次側額定電流。動作時限的整定原則同樣是“階

梯原則”。靈敏度的校驗按變壓器高壓側在系統最小運行方式時發生兩相短路（換算到

四壓側的電流值）來進行。Sp云1.5,個別情況可取%去1.25。

②速斷保護動作電流的整定計算與線路速斷基本相同，只是式心=~盧/2中

的兒皿應取二次側母線三相短路電流換算到得壓側的電流值口靈敏度的校驗按變壓器高

壓側在系統最小運行方式時發生兩相短路的短路電流小）來進行，要求外》2。

③變壓器的零序電流保護圖11—34所示的零序電流保護，其動作電流Q⑼按以

過變壓器低壓側最大不平衡電流來整定，其計算為：

式中/2NT——變壓器二次側的額定電流;

圖11-36變壓器的定時限過電流保護、電流速斷保護和過負荷保護的綜合

電路圖

Kdsq--不平衡系數，取0.25；

Krel—可靠系數,取1.2-13：

Ki-一等序電流互搏器的變化.

零序電流保護的動作時間一般取0.5~0.7s。靈敏度按低壓干線末端發

生單相短路來校驗，對架空線s,N1.5;對電纜線s,>1.25o

（4）變壓器的氣體保護，氣體保護是油浸式電力變壓器特有的一種

基本保護裝置。它可以很靈敏地反應變壓器油箱內部的各種故障（包括非

電性故障）。氣體保護的主要元件是氣體繼電器，又稱氣體繼電器。

1）氣體繼電器的結構和工作過程氣體繼電器安裝在變壓器油箱與油

枕之間的連通管上，如圖11—37所示。油箱在安裝時對地平面有1%?

1.5%的傾斜度，以便油箱內氣體的排出。

氣體繼電器的結構老式的為浮筒式，而現在多采用開口杯式。FJ,-80

型氣體繼電器的結構如圖11—38所示。氣體繼電器的工作過程如圖11-

39所示。

變壓器正常運行時，繼電器內兩油杯中是充滿油的，受平衡錘作用，

油杯升高，使上、下兩觸點均斷（見圖11—39a）o

當變壓器內部有輕微故障時，將產生少量氣體，并緩慢上升沿聯通管

進入氣體繼電器內部。隨氣體的增多，氣體繼電器內部油面逐漸下降，使

上油杯露出，從而失去浮力落下，接通觸點，這種情況稱“輕氣體”動作。

一般只給出音響及燈光信號（見圖11—39b）￡

當油箱內部有嚴重故障時，將產生大量的氣體，這些氣體將迅速通過

氣體繼電器沖向油枕。從而沖擊了下開口杯的擋板，使下油杯降落，其觸

點閉合，這種情況稱“重氣體”動作，將使斷路器跳閘并發生報警及跳閘信

號（見圖11—39c）o

當變壓器油箱漏油時，氣體繼電器內的油面將緩慢下降，輕氣體先動

作，重氣體后動作（見圖11—39d）o

圖氣體繼電器在變壓器上的安裝示意圖

11—37圖11-38FJ,_80型氣體繼電器的結構

1一變壓器油箝2—聯通管3—氣體繼電器4-油枕

］一容器2-造板3一上油環4、8—永久敝鐵

5一上動觸點6一上靜觸點7—下油環

9一下動觸點［。一下靜觸點支架

】2一下油杯平衡錘】3-下油杯轉軸14T板

15一上油杯平衡徑16一上油杯轉軸］7—放飛閥

a）正常時b）輕微故障時（輕氣體動作）o）產■故障時（.氣體動作）

d）產重漏油時

1一上開口油杯2一下開口油杯

2）瓦斯保護的工作原理圖11—40所示為變壓器氣體保護的電路圖。

當氣體繼電器KC的1、2點閉合時，表示輕氣體動作，將接通變電所內

的信號回路。當3、4點閉合時，將接通信號繼電器KS,同時接通中間繼

電器KM,使高壓斷路器QF跳閘，切除變壓器。中間繼電器的1、2觸點

是防止瓦斯繼電器觸點“抖動”而采取的自保措施。

當新變壓器或大修換油后的變壓器初投入運行時，由于變壓器油中溶

解的空氣受熱后從油中分解出來而導致氣體繼電器誤動作，可將切換片

XB切換到電阻R上，待變壓器運行一段時間后再切換過來。

3）變壓器氣體保護動作后的故障分析變壓器氣體保護裝置動作后，

可采集氣體繼電器內部的氣體進行一定的物理、化學分析來判斷故障的原

因。其故障分析和處理措施見表11—1。

5.高壓電動機的保護

（1）高壓電動機常見故障不正常運行狀態相或兩相短路、一相碰殼

（接地）以及匝間短路等。最常見的不正常運行狀態是由過負荷造成。

QF一商壓斷路器YR一斷路器跳閘線網XB一連接片R一限流電阻

表11-1氣體繼電器動作后的氣體分析和處理措施

_______氣體性質故障原因處理措施

無色，無臭，不可燃油箱內含有空氣允許繼續運行

灰白色，有劇臭，可燃紙質絕緣燒毀應立即停電檢修

黃色，難燃木質絕緣燒毀應立即停電檢修

深灰或黑色，易燃油內閃絡，油質炭化應分析油樣，必要時停電

（2）高壓由動如的原柏任罌米刑nonUW田下的高壓由動機一曲南采F

（2）高壓電動機的保護裝置類型對20kW以下的高壓電動機，通常

采用電流速斷，過負荷、單相接地以及低電壓保護等。容量超過2000kW

時，應裝設差動保護代替速斷保護，對同步電機還應設失步保護。下面簡

要介紹高壓電動機的過負荷保護，電流速斷保護和單相接地保護。

（3）高壓電動機的過負荷保護這種保護通常裝在容易引起過負荷的

電動機上。當過負荷保護作用于切除電動機時，應采用兩相差式或兩相V

形接線，過電流繼電器一般用GL型。

動作電流可按下式整定：

,心K

式中（I一可靠系數，作用于跳閘時取1.2,作用于信號時取1.。5;

4—電動機的額定電流。

動作時間的選擇應躲過電動機正常啟動時間。對異步電動機，常取10~16so

（4）電流速斷保護電流速斷保護是2000kW以下電動機的主要保護。對于易過

負荷的電動機常采用CL型繼電器與過負荷保護結合在一起；對不易過負荷的電動機（，

可采用DL型電磁式繼電器組成無時限的速斷保護。

動作電流應按躲過電動機最大啟動電流/來整定，計算為：

式中KM----可髓系數，對DL型取1.4~1.6,對GL型取1.8~2.0。

靈敏度Sp應按最小運行方式下電動機端子的兩相短路電流A2來校驗，即：

幣寫上2

(5)高壓電動機的單相接地保護高壓電動機所在的6~10kV系統是小電流接地

系統?當電動機發生單相接地其電容電流大于5A時，則認為是危險的，有可能過渡到

相間短路。因此，當電容電流大于5A時，應裝設接地保護，可作用于信號或跳閘。如果

接地電流大于10A,接地保護一般作用于跳閘。單相接地保護的電路圖如圖117；所示。

接地保護的動作電流應大于無故障時的電容電流，計算如下：

J=心乙

式中段“——可林系數，不帶時限取4~5,有0.5s的動作時限時，則取1.5~2；

4—電動機正常時本身的電容電流。

靈敏度應按下式校驗：

式中/小―電動機線路發生單相接地時，流過故障點的接地電流。

6.自動重合閘裝置

自動重合閘裝置(ZCH)是電力系統中廣泛采用的一種自動化裝置。

在電力線路中，大多數短路故障都屬于暫時性的。當保護裝置動作后，故

障點電壓消失，其絕緣一般會自行恢復，這時仍可將高壓斷路器重新投

入，繼續供電。ZCH就是使跳閘的斷路器實現自動再投人的裝置。

(1)對自動重合閘裝置的要求

1)當用控制開關斷開斷路器時，ZCH不應動作，但當保護裝置跳開

斷路器時，在故障點充分去游離后，應重新投入工作。

2）當用控制開關投入斷路器于故障線路上而被保護裝置斷開時，

ZCH不應動作。

3）自動重合的次數應嚴格符合規定，當重合失敗后，必須自動解除

動作。

4）當ZCH的繼電器及其他元件的回路內發生不良情況時，應具有防

止多次重合于故障線路的環節。

下面介紹一種由DH-2A型繼電器組成的一次式ZCH,圖11-42所示

為這種ZCH的電路圖。

WC(+)WC(一)

cDH-2A

AON；QFiT

0,]?叱iI遼；5R'

ZCH啟動

ZCH放電

,5R閉餓

6H自

ZCH放電

???111動

執行

?R

合

ZCH指示燈

閘

IKA3KAM

ZCH執行路

回監

SA后加速

OFFON繼電器

防跳

繼電器

手控合閘

跳閘

信羽「

合閘

信號燈

手控跳閘

眄

跳閘

IKS廠11KM

速斷保護

保

定時限護

-------------------------------回

過流

n2KsIKT路

u~1后加速|

4KqJ-2KM

---.....................................-01—

用】】T2用DH-2A邪繼電器構成的一次ZCH電路圖

WCf制小被線HG一綠色指示燈I川一紅色指示燈YR一跳閘線圖

CR“一斷路器輔助觸點WF—閃光信號小電線SA一控制開關

YC-電源合同線mON—門閘OEF一分制

（2）ZCH的工作原理分析

I）轉換開關SA的位置狀態轉換開關SA采用LW2-la-4-6a-40-20/F8

型，它有六種位置狀態，如圖11—43所示。

III

預合合

備

分閘

閘后閘

圖UT3轉換開關SA的位置狀態

①假設要將斷路器合閘，操作前SA處于分閘后位置操作過程如下：

a.先將SA旋至預備合閘處。

閘后閘閘后閘

b.將SA轉至合閘位置，斷路器合閘。

哈希合閘。圖11-43轉換開關SA的位置狀態c.松開手柄，SA自動

返回到合閘后位置。

②若要將斷路器分閘，操作前SA處丁合閘后位置，其操作過程如下;

a.先將SA旋至預備分閘處。b.將SA旋至分間位置，斷路器分閘。c.松

開手柄，SA自動返回到分閘后位置。

2）正常情況下，斷路器處于合閘狀態時，此時SA處于合閘后位置，

SA21-23接通，使DH?2A型繼電器內部的電容C通過R4充電，并達到穩

定狀態，極性左"+‘右”ZCH指示燈HL得電發亮。由于斷路器輔助觸

點QF1是斷開的，故DH-2A型內部的時間繼電器KT不得電。SA10-13

通，使紅燈HR通時，QF3和YR得電HR發亮，表示斷路器處于合閘位

置。

3）斷路器自動跳閘時當線路出現故障，過流或速斷保護動作。中間

繼電器1KM或2KM得電，常開觸點閉合，接通跳閘線圈YR,斷路器第

一次跳閘。QF1閉合，啟動ZCH,使KT得電，經一定時間延時（通常整

定為0.8?1s）,其延時閉合觸點閉合，使電容C對中間繼電器KM的電

壓線圈放電，KM動作，觸點KM1斷開使ZCH指示燈熄滅。KM2、KM3

閉合，經信號繼電器1KS接通斷路器合閘線HYO,使斷路器合閘。KM4

接通后加速時間繼電器，其觸點1KT瞬時閉合。為下次跳閘做好準備。若

線路故障已消失，則重合閘成功，各元件返回，若線路故障仍存在，則繼

電保護裝置將再次動作使斷路器第二次跳開，±1于1KT觸點的作用，故第

二次跳閘是瞬時的，這即所謂“后加速”作用。由于電容C來不及充電（C

的充電時間為15~25s）,故DH-2A型中的KM不會再得電，這樣就保證

了ZCH只重合閘一次。

4）斷路器手動跳閘時SA旋至分間位置，SA21-23斷開，Z