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继电保护

继电保护

一；电力系统继电保护的设计与配置是否合理直接影响到电力系统的安全运行。

如果设计与配置不当，保护将不能正确工作（误动或拒动），从而会扩大事故停电范围，有时还可能造成人身和设备安全事故。

因此，合理地选择保护方式和正确地整定计算，对保证电力系统的安全运行是非常重要的

　　　　　选择保护方式时，希望能全面满足可靠性．选择性．灵敏性和速动性的要求。

当同时满足四个基本要求有困难时，根据电力系统的具体情况，

　　在不影响系统安全运行的前提下，可以降低某一要求。

　　　选择保护方式时，应力求采用最简单的保护装置来满足系统的要求。

只有当最简单的保护装置不能达到目的时，才考虑采用较复杂的保护装置。

运行经验证明，采用简单的保护装置，不仅调整试验方便，而且运行的可靠性也较高。

继电保护装置的新产品，应按国家规定的要求和程序进行鉴定，合格后方可使用。

1；对继电保护装置的基本要求，有四性，

（1）；可靠性，

可靠性是指被保护设备区域内发生该保护应该反应的故障时，保护装置能可靠动作（不拒动），系统正常运行或在保护区外故障时，保护应可靠不动作（不误动）。

即保护装置该动作时应可靠动作；不该动作时应可靠不动作。

（2）；选择性，

选择性是指电力系统发生故障时，仅由故障设备的保护装将故障设备切除。

当故障设备的保护或断路器拒动时，则由相邻设备的保护装置切除故障，以尽量缩小停电范围。

（3）；灵敏性，

灵敏性是指保护装置对其保护区域内故障的反应力。

保护装置的灵敏性一般用灵敏系数或保护范围来衡量。

（4）；速动性，

速动性系指保护装置应快速切除故障。

快速切除故障可以提高电力系统运行的稳定性，限制故障设备的损坏程度，缩小故障波及的范围，

2；系统运行方式的考虑

（1）；在选择保护方式及对其进行整定计算时，都必须考虑系统运行方式变化带来的影响。

所选用的保护方式，应在各种系统运行方式下，都能满足选择性和灵敏性的要求。

对过量保护来说，通常都是根据系统最大运行方式来确定保护的定值，以保证选择性，因为只要在最大运行方式下能保证选择性，在其他运行方式下也一定能保证选择性；灵敏度的校验应根据最小运行方式来进行，因为只有要在最小运行方式下，灵敏度符合要求，在其他运行方式下，灵敏度也一定能满足要求。

对某些保护（例如电流电压联锁速断保护和电流速断保护），在整定计算时，还要按正常运行方式来决定动作值或计算灵敏度。

（2）;最大运行方式

根据系统最大负荷的需要，电力系统中的发电设备都投入运行（或大部分投入运行）

对继电保护来说，是短路时通过保护的短路电流最大的运行方式。

（3）；最小运行方式；

根据系统最小负荷投入与之相适应的发电设备,只有少部分运行，称之为最小运行方式，对继电保护来说，是短路时通过保护的短路电流最小的运行方式。

3；电力变压器应装设的继电保护；

规程规定，对电力变压器800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA及以上的车间内油浸式变压器中，均应装设瓦斯保护，对变压器引出线，套菅及内部的短路故障，应装设相应的保护装置作为主保护：

（差动保护）。

（1），对6000KVA以下厂用工作变压器和并列运行的变压器，以及10000KVA以下

厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护时限大于0.5秒时,应装设电流速断保护

（2），以上的变压器都设，过负荷，油面降低，变压器温度升高和冷却系统故障。

（3），对于发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，变压器应装设单独的

纵联差动保护，

（4），以上的各项继电保护装置，瞬时动作于断开变压器的各侧断路器。

4；一次电压为10KV及以下，线圏为星形-星形连接，低压侧中性点接地的变压器，对低压侧单相接地短路应装设，

（1），接在低压侧中性线上的零序电流保护；

（2），利用高压侧的过电流保护，保护装置宜采用三相式以提高灵敏性。

保护装置带时限动作于跳闸。

当变压器低压侧有分支时，宜利用分支过电流保护有选择地切除各分支回路的故障。

5；1～10KV中性点非直接接地电力网中线路的保护，

（1），1～10KV中性点非直接地电力网的线路，对相间短路和单相接地，装设相应的保护装置。

（2），保护装置如由电流继电器构成，应接于两相电流互感器中，并在同一网路的所有线上均装于相同的两相上；（AC相），

（3），如线路短路使发电厂厂用母线或重要用户母线电压低于额定电压50~60%，以及线路导线截面过小，不允许带时限切除短路时，应快速切除故障；

（4），对单相接地故障，在发电厂和变电所母线上应装设单相接地监视装置反应零序电压和零序电流动作于信号。

（如电压互感器，零序电流互感器）。

二；发电机的自动调节励磁

1;发电机均应装设自动调节励磁装置，并且，自动调节励磁装置应具备下列功能；

（1），在电力系统发生故障时，按给定要求强行励磁，

（2），在正常运行情况下，按给定要求保持电压；

（3），在并列运行发电机之间，按给定要求分配无功负荷；

（4），提高静态稳定极限；

2；发电机自动灭磁，

（1），1000KW以下的发电机，可仅在励磁机励磁回路内串联接入灭磁电阻。

（2），1000KW以上，6000KW以下的发电机，可采用对电阻放电的灭磁方式，，也可采用只在发电机励磁回路和励磁机励磁回路中串联电阻的方式。

（3），6000KW及以上的发电机，可采用对电阻放电的灭磁方式。

（4），发电机励磁回路的灭磁电阻，其电阻值可约为发电机励磁绕组热状态电阻的4～5倍。

3;自动低频减载

（1），电力系统中应装设足够数量的自动低频减载装置。

当电力系统因事故发生功率缺额时，由自动低频减载装置断开一部分次要负荷，以防止频率过度降低，并使之很快恢复到一定数值，以保证电力系统的稳定运行和重要负荷的正常工作。

（2），设基本段发电机，其本段一般按频率分为若干级。

装置的频率整定值应根据电力系统的具体条件，保证大型发电机安全运行以及继电器本身的特性等因素决定。

起始动作频率可取为48～48.5HZ，特殊情况可取为47.5HZ。

最后一级动作频率可取为46～46.5HZ。

（3），后备段，带较长时限。

后备段可按时间分为若干级，最小动作时间约为10～15秒，各级时间差可不小于5秒。

装置的频率整定值，宜等于或稍高于基本段的起始动作值，可取为48～48.5HZ，

三，二次回路，

1

（1），二次回路的工作电压不应超过500V，

（2），互感器二次回路连接的负荷，不应超过继电保护和安全自动装置工作准确等级所规定的负荷范围。

（3），控制电缆应采用铜芯绝缘导线，

（4），按机械强度要求，铜芯控制电缆或绝缘导线的线芯最小截面为：

连接于强电端子的，不应小于1.5平方毫米；连接于弱电端子的直径不应小于0.5毫米

（5）,电缆线芯，电流回路：

应使电流互感器的工作准确等级符合要求，

电压回路：

当全部保护装置和全自动装置动作时，电压互感器至保护和安全自动装

置屏的电缆压降不应超过额定电压的3%，操作母线至各设备的电压降不应超过10%额定电压，

（6）,对于电流回路，需要接入试验设备的回路，试验时需要断开的电压和操作电源回路，以及在运行中需要停用或投入的保护装置，应装设必要的试验端子，试验端纽，连接片和切换片，属于不同安装单位或装置的端子，应分别组成单独的端子排。

（7），电流互感器的二次回路应有一点接地点，并在配电装置附近经端子排接地。

但对于有几组电流互感器连接在一起的保护装置，则应在保护屏上经端子排接地，

（8），电压互感器的一次侧隔离开关断开后，其二次回路应有防止电压反馈措施。

（9），电压互感器的二次侧中性点或线圈引出端子之一应接地。

接地方式分直接地和通过击穿保险器接地两种。

向交流操作的保护装置和自动装置操作回路供电的电压互感器，应通过击穿保险器接地。

采用B相直接接地的星形接线的电压互感器，其中性点也应通过击穿保险器接地。

接地点应设在端子排上。

（10），在电压互感器二次回路中，除开口三角形线圈和另有专门规定者（例如自动调节励磁装置）外，应装设熔断器或自动开关。

在接地线上不应安装有开断可能的设备。

当采用B相接地时，熔断器或自动开关应装在线圏引出端与接地点之间。

电压互感器开口三角形线圈的试验用引出线上，应装设熔断器或自动力开关。

（11），接到端子设备上的电缆线芯和绝缘导线应有标志，

（12），为了防止干扰有屏蔽层和备用线芯的均应接地，

2，保护装置的出口回路和信号回路，

出口回路是继电保护装置的最后一个环节，它主要用来实现断路器跳闸。

性能的好坏直接影响到保护装置的可靠性。

因此，对出口回路的设计和选择应特别慎重。

出口回路应满足下列要求；

（1），有足够大的输出功率，以保证断路器可靠跳闸

（2），动作时间应尽可能小；

（3），静态保护的出口回路应有较好的抗干扰能力，拉合操作电源时不应误动作。

（4），对于旋转性电气元件（例如变压器等），保护装置的出口回路仅用于断路器跳闸，使其统解列外，为了保证电气元件安全，出口回路还应作用于；

（1），对汽轮发电机，关闭主汽门；对水轮发电机，关闭，关闭导水翼；对同期调相机，起动停机继电器；以使它们逐步停止运行。

（2），跳灭磁开关。

当发生内部短路时，虽然采取了停机措施，但由于电机转速高，从额定转速降至零，还需要经历比较长的时间，如磁场继续存在，则短路电流也必继存在，对电机是十分危险的。

因此应立即跳灭磁开关以灭磁，从而使短路电流也很快消失，以保证电机安全，

3,保护装置的信号回路

信号回路是分析事故和统计继电保护工作情况所必需的。

因此，在保护装置内应设置指

示信号。

信号回路应满足下列要求；

（1），动作后能自保持，由值班人员手动复归，使之不受操作电源消失的影响；

（2），动作可靠，抗干扰能力强，不误发信号；

（3），能分别显示各保护装置的动作情况；

（4），在由若干部分组成的保护装置中，能分别显示各部分及各段保护的动作情况；

（5）,对复杂的保护和晶体管保护，需设置能反应保护装置内部异常的信号；

（6）,在条件许可时，宜在跳闸回路设置指示信号，以监视跳闸回路的完好。

4，操作电源

在发电厂和变电所中，为了使保护装置能正常工作，必须设置稳定而可靠的操作电源。

此电源同时给控件制回路，自动装置和事故照明回路供电，在保护的设计和选型时，必须注意到发电厂或变电所采用的操作电源。

目前在我国采用的操作电源主要是直流操作电源，

直流操作电源是采用蓄电池组构成，它是一个独立的电源，与系统运行情况无关。

即使在电厂或变电所完全停电的情况下，它也能保证对继电保护，控制回路和自动装置等的正常供电。

四，发电机的保护，

1000KW及以上容量的同步发电机的保护，

1000KW及以上容量的发电机同步发电机可能发生的故障及异常运行情况有；

（1），发电机定子绕组的相间短路故障。

（2），发电机定子绕组的接地故障。

（3），发电机定子绕组的匝间短路故障。

（4），发是机外部相间短路故障引起的过电流。

（5），发电机定子绕组过电压。

（6），发电要机定子绕组过负荷。

（7），发电机转子表层过负荷（负序）。

（8），发电机励磁绕组过负荷。

（9），发电机励磁回路接地（一点接地或两点接地）。

（10），发电机励磁电流异常下降或消失（失磁）。

（11），发电机定子铁芯过励磁。

（12），发电机逆功率。

（13），发电机频率异常。

（14），发电机失步。

（15），发电机突然加电压。

（16），发电机起停过程中故障。

（17），发电机零功率。

（18），发电机的其他故障和异常运行，如发电机断水，非全相运行，轴电流或轴电压超过规定值等。

1,发电机故障，异常运行时保护的出口方式

根据运行发电机的故障和异常运行情况，装设了相应保护。

按反应故障，异常运行的性质，

保护出口方式可有如下几种；

（1），停机，断开发电机断路器，灭磁，关闭主汽门（对水轮发电机关闭导水翼）。

对单元机

组，停机常称（常停），

（2），解列灭磁。

断开发电机断路器，灭磁，汽轮机甩负荷。

（3），解列。

断开发电机断路器，汽轮机甩负荷。

（4），减出力。

将原动机出力减到给定值。

（5），缩小故障影响范围。

断开预定的其他断路器，如双母线系统断开母联络断路器等。

（6），程序跳闸。

对汽轮发电机，首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳开发电机断路器并灭磁。

对水轮发电机，首先将导水翼关到到空载位置，再跳开发电机断路器并灭磁

应当指出，程序跳闸可以看成是防止发电机突然甩负荷而引起汽轮机（水轮机）超速的一项保安

措施。

（7），减励磁。

将发电机励磁电流减到给定值。

（8），把励磁切换。

将励磁电源由工作励磁电源系统切换到备用励磁电源系统。

（9），厂用电源切换。

由厂用工作电源供电切换到备用电源供电。

（10）,分出口。

动作于单独回路。

（11），信号。

发出声光信号。

容易理解，对于反应发电机组范围以内短路故障的保护，应动作于停机（全停）；对于反应发变组

范围以外短路故障的保护，宜动作于缩小故障范围或解列，（以较短时限动作于缩小故障范围；

较长时限动作于解列）；对于反应发变组范围以内的非短路性故障，且只允许短延时动作的保护，

宜动作于解列灭磁；对于反应发变组范围以内的非短路性故障，且允许较长时间动作的保护，

宜动作于程序跳闸；对于机组工艺系统，不具备设解列，解列灭磁出口时，可设停机（全停）

出口。

2，反应相间引出线短路故障的主保护—纵差保护，

（1），发电机双折线比率制动式完全纵差动保护基本工作原理，见下图，

"

"

"

"

"

"

（b）

（a）

2

D

D

D

W

W

i

1

Zh

比率制动式差动保护原理接线图

（a）,是保护区外故障时电流分布图；（b）,是保护区内故障时电流分布图；

—是制动线圈，（a）图在外部短路时有制动作用，（b）图是内部短路时无制动作用，外部短路时，,内部短路时，，，

R3

E2

E1

R4

R2

R1

C

K

2DKB

2BZ

QP

J

WY3

WY2

WY1

1BZ

1DKB

2

"

i

2

i

2

2

"

i

1

i

1

i

"

i

比率制动式纵联差动保护继电器原理图，

差动继电器主要由差动回路，制动回路和比较回路组成。

电抗互感器1DKB的一次绕组接入差动回路，其中流过差动电流。

电抗互感器1DKB将一次电流转换为可应的二次电压，经整流桥1BZ整流后，输出直流电压,作用为继电器的一个动作量。

电抗互感器2DKB的一次绕组中心抽头，两半个一次绕组分别接入差动保护的两侧电流回路，各回路通过的电流分别为和。

其二次绕组绕组接到整流桥2BZ的输入端，整流后输出直流电压，作为继电器的制动量。

比较回路主要由整流桥1BZ，2BZ，电阻R1，R2和灵敏继电器J组成。

为了提高按环流法工作的整流比较电路的输出电压，可在两臂中串入适当大小的电阻R1，R2，按绝对值原理工作的比较回路的输出电压为；,当时为正值。

继电器动作；时，为负值，继电器处于制动状态。

滤波电容器C的作用是减小纹波电压，消除动作电流在临界值附近时，继电器可能发生的抖动现象。

2BZ输出端串联稳压管WY1，当制动回路输出电压小于稳压管的击穿电压时，继电器无制动作用，动作特性由继电器的固有动作电流决定。

只有在输出电压大于稳压管击穿电压时，继电器才显示制动特性。

这样可以保证内部故障时保护具有很高的灵敏度。

稳压管WY2，WY3起双向限幅作用，防止过高的电压加到继电器止。

（2）,发电机比率制动式纵差保护的整定计算，（下图为差动继电器的制动特性曲线），

DZ

I

=0.4

zh

k

动作和区

=0.3

zh

k

=0.2

zh

k

制动区

min

DZ

I

差动继电器的制动特性曲线图

Zh.0

I

Zh

I

图中—最小动作电流A，—制动电流A，—最小制动电流A，

—制动系数，—动作电流A，

（3）,发电机比率制动式纵差保护的整定计算，

1），最小动作电流/ｎLH，

式中—是最小动作电流A，

—发电机额定电流A，

ｎLH—电流互感器变比，

2），最小制动电流（拐点电流）,,（建议取0.7）

3）,比率制动系数，,一般取特性曲线中,中任何一条曲线均能满足技术要求

4）,差动速断动作电流，一般取（3～5）（建议取4）,

（4）,发电机低电压起动的过电流保护。

1）,过电流保护的动作电流按躲过发电机的额定电流整定，即；

式中—可靠系数，取1.2；

—返回系数，取0.85；

—发电机额定电流。

2），低电压动作按躲过正常运行情况下可能出现最低工作电压整定，即；

式中—正常运行时可能出现的最小工作电压，一般取0.9（为发电机额定电压），

—可靠系数，取1.1～1.2；

—返回系数，取1.15～1.25。

对于汽轮发电机，低电压起动元件的动作电压还礼应躲过发电机失磁后出现非同步运行方式时的最低电压，一般采用；

水轮发电机不允许在失磁状态下运行，低电压起动元件的动作电压采用；

，

式中—发电机额定电压V，

3），过电流保护的动作时限，应比发电机电压母线上其他连接元件保护的最大动作时限

大二至三个时限阶段（）,即；

t2～3）t,

4）,电流元件的灵敏度计算，

，

式中—在后备保护范围末端发生金属性两相短路时，流过保护装置的最小短路电流。

5），低电压起动元件的灵敏度；

式中，—在后备保护范围末端发生三相金属性短路时，保护安装处的最大残佘电压。

根据规程规定的原则，上述各元件的灵敏系数应不小于1.2。

（5），发电机逆功率保护，

逆功率保护作于保护汽轮机。

在发电机与系统并列运行的情况下，若汽轮机主汽门突然关闭，即汽轮机处于断汽运行状态，而发电机出口断路器未断开时，发电机将变为同步电动机运行，这种运行工况对发电机并无危险，但对于汽轮机由于尾部残留蒸汽与叶片的摩擦产生鼓风损失，将尾部长叶片过热。

为了防止汽轮机断汽后，其叶片过热而使汽轮机遭到损损坏，我国以往采用下述措施；

1），当主汽门关闭后，在控制室内发声光信号，经检查之后，如确是主汽门误关闭，则可迅速恢复供汽，使机组恢复正常运行，如在几分钟内仍不能恢复供汽，可由电气或汽机值班人员断开发电机的出口断路器。

2），主汽门关闭后，用主汽门的辅助接点经一定延时将发电机断开。

运行经验证明，上述措施是可行的，从未发生过因断汽未及时停机而引起汽轮机损坏的事故。

但对于大型机组，由于汽门较多，采用汽门辅助接点多联锁跳闸不够可靠，而且一但汽门关闭不严，则切断断路器后的发电机将造成严重超速。

为了提高大型机组运行的安全性，改善判断和处理事故的条件，防止在处理事故中不能及时停机的情况，并构成发电机异常运行的完整保护系统，应装设逆功力保护。

发电机转为电动机运行后，将从系统中吸收有功功率（即逆功率），其大小将随着机组转动轴系统储存动能的下降而逐渐增大，大约经几十秒到几分钟到稳定值。

逆功率的大小主要取决于发电机的损耗，摩擦损耗及鼓风损耗，其值约为发电机额定功率的35%.

逆功率保护能够准确的地反应功率反方向的异常工况，并发出信号，在允许的时间内自动断开发电机，发电机各种保护动作于停机时，通常是同时给汽门和出口断路器发出跳闸信号。

因此，除短路事故保护和可能造机组严重破坏的故障保护之外，其他动作于跳闸的保护，都可用逆功率保护闭锁，这时先关闭主汽门，逆功率后再断开出口断路器。

3）,逆功率保护的整定计算

逆功率的保护的动作功率应按下式计算；

式中—可靠系数，取0.50.8;取，

—在逆功率运行时发电机的负载最小损耗，（汽轮机），一般取额定功率的1%；

—发电机在逆功率运行时的最小损耗，一般取1%。

—发电机的额定功率。

—电流互感器变比，

—电压互感器变比，

逆功率保护设两段延时，I段以1～1.5秒短延时作用于信号，

段以1～3min分钟的长延时动作于断路器跳闸。

注意事项，

1）,发电机发出的有功功率为正，所以在有的装置中逆功率动作值取负值。

2），逆功率保护动作功率不能过小，动作时限不能过短，以防止发电机并网后功率摇摆过程中发生误动，

3），应注意发电机空载运行时TA，TV误差引起的不平衡输出功率对逆功率保护的影响。

4），对大容量发电机保护的动作功率不宜过大，以免保护拒动。

3，发电机异常运行保护，

（1），发电机过电压保护，发电机产生过电压的原因有；

1），发电机甩负荷时的转速升高及其电枢反应的消失；

2），励磁系统调节器故障；

3），电容负荷引起自励磁。

（2）,过电压的整定，

1），瞬时动作的过电压保护作用于跳闸，其动作电压为，

，时限0.1～0.5秒

2）,延时动作的过电压保护作用于信号，其动作电压为；

，时限2秒动作于解列灭磁，

式中—发电机额定电压，

ny—电压互感器变比，

（2），发电机过负荷保护，

发电机过负荷通常是由于系统中切除了电源；生产过程中出现的短时冲击性负荷；大型电动机自起动；发电机强行励磁运；失磁运行；同期误操作及振荡原因引起的。

发电机允许过负荷时时间及过负荷的大小与冷却方式有关，

要根据制造厂的有关规定整定，一般情况对称过负荷整定如下式，

动作电流,

式中—可靠系数，取1.05；

—发电机额定电流，

—反回系数，取0.9～0.95；

—电流互感器变比。

动作时限不小于0.5秒。

五，变压器的继电保护

运行中的变压器的故障形式有；绕组及引线的相间短路故障，绕组匝间短路故障，绕组及引线的接地故障。

运行中变压器的异常运行状态有；外部短路故障（包括相间故障与中性点直接接地侧的接地故障）引起的过电流，过负荷，过励磁，油箱漏油造成的油面降低工，绕组温度（或油温）过高，油相压力过高，冷却故障。

针对上述的故障装设以下保护，

1，变压器的纵差动保护（包括重瓦斯在内为主保护），

变压器纵差动保护可反应绕组及引出线的相间短故障，绕组匝间短路故障，中性点接地侧绕组及引线的接地故障，不反应绕组的开焊故障。

差动动作后，应跳开变压器各侧断路器；对发电机变压器组动作于停机，外部故障时差动保护应可靠不动作。

下图为接线原理图，

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到微机保护

到微机保护

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变压压器纵差动保护单线原理图

微机纵差动保