1、摘要隨著電力系統容量日益增大，范圍越來越廣，繼電保護技術已逐漸被我們所熟知。本設計主要論述了電廠繼電保護的基本原理及其相關知識。根據繼電保護的發展歷程，本設計對各類基本繼電保護方式進行了詳細的說明。同時針對電力系統中的不同電氣設備，對相應的繼電保護原理進行了闡述。內容主要包括繼電保護概述、電網的電流保護和方向性電流保護、電網的距離保護、輸電線縱聯保護和高頻保護、電力變壓器的繼電保護以及發電機的繼電保護等。關鍵詞：繼電保護 原理 分類 電廠AbstractWith the development of power system capacity is increasing, more and m

2、ore wide range, relay protection technology has gradually been known as. This paper mainly discusses the basic principle of relay protection in power plant and its related knowledge. According to the development of relay protection course, the design of various types of basic means of relay protecti

3、on in detail. At the same time, according to the power system of the different electrical equipment, the corresponding relay protection principles. Main content includes an overview of the current relay protection, power system protection and directional current protection, power distance protection

4、, transmission line pilot protection and high frequency protection, relay protection of power transformer and the relay protection of generator.KEY WORD ：Relay protection Principle Classification Power plant目錄第 一章 緒 論1第一節論文背景1第二章 繼電保護的基本原理及其組成4第一節 繼電保護的基本原理4第二節繼電保護的組成及分類4第三節繼電器6第四節 繼電保護裝置使用條件和維護6第二章

5、 繼電保護在電廠中的應用8第一節 繼電保護在電廠應用的基本要求8第二節 微機在電力系統中的顯著特點8第三節 繼電保護的維護管理9第三章 電廠變壓器保護11第一節 電廠變壓器的故障類型和不正常工作狀態11第二節 變壓器的差動保護11第三節 變壓器相間短路的后備保護及過流保護13第四節 變壓器的瓦斯保護16第四章 發電機保護20第一節 發電機的故障類型、不正常工作狀態及其保護方式20第五章 繼電保護在電廠配置中的規則和重點26第六章 智能電廠繼電保護應用及配置原則29結束語31致謝32參考文獻33第 一章 緒 論第一節 論文背景電力系統的飛速發展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術、計算機技術與通

6、信技術的飛速發展又為繼電保護技術的發展不斷地注入了新的活力，因此，繼電保護技術得天獨厚，在40余年的時間里完成了發展的4個歷史階段。建國后，我國繼電保護學科、繼電保護設計、繼電器制造工業和繼電保護技術隊伍從無到有，在大約10年的時間里走過了先進國家半個世紀走過的道路。50年代，我國工程技術人員創造性地吸收、消化、掌握了國外先進的繼電保護設備性能和運行技術1，建成了一支具有深厚繼電保護理論造詣和豐富運行經驗的繼電保護技術隊伍，對全國繼電保護技術隊伍的建立和成長起了指導作用。阿城繼電器廠引進消化了當時國外先進的繼電器制造技術，建立了我國自己的繼電器制造業。因而在60年代中我國已建成了繼電保護研究、

7、設計、制造、運行和教學的完整體系。這是機電式繼電保護繁榮的時代，為我國繼電保護技術的發展奠定了堅實基礎。自50年代末，晶體管繼電保護已在開始研究。60年代中到80年代中是晶體管繼電保護蓬勃發展和廣泛采用的時代。其中天津大學與南京電力自動化設備廠合作研究的500kV晶體管方向高頻保護和南京電力自動化研究院研制的晶體管高頻閉鎖距離保護，運行于葛洲壩500 kV線路上2，結束了500kV線路保護完全依靠從國外進口的時代。在此期間，從70年代中，基于集成運算放大器的集成電路保護已開始研究。到80年代末集成電路保護已形成完整系列，逐漸取代晶體管保護。到90年代初集成電路保護的研制、生產、應用仍處于主導地

8、位，這是集成電路保護時代。在這方面南京電力自動化研究院研制的集成電路工頻變化量方向高頻保護起了重要作用3，天津大學與南京電力自動化設備廠合作研制的集成電路相電壓補償式方向高頻保護也在多條220kV和500kV線路上運行。我國從70年代末即已開始了計算機繼電保護的研究4，高等院校和科研院所起著先導的作用。華中理工大學、東南大學、華北電力學院、西安交通大學、天津大學、上海交通大學、重慶大學和南京電力自動化研究院都相繼研制了不同原理、不同型式的微機保護裝置。1984年原華北電力學院研制的輸電線路微機保護裝置首先通過鑒定，并在系統中獲得應用5，揭開了我國繼電保護發展史上新的一頁，為微機保護的推廣開辟了

9、道路。在主設備保護方面，東南大學和華中理工大學研制的發電機失磁保護、發電機保護和發電機?變壓器組保護也相繼于1989、1994年通過鑒定，投入運行。南京電力自動化研究院研制的微機線路保護裝置也于1991年通過鑒定。天津大學與南京電力自動化設備廠合作研制的微機相電壓補償式方向高頻保護，西安交通大學與許昌繼電器廠合作研制的正序故障分量方向高頻保護也相繼于1993、1996年通過鑒定。至此，不同原理、不同機型的微機線路和主設備保護各具特色，為電力系統提供了一批新一代性能優良、功能齊全、工作可靠的繼電保護裝置。隨著微機保護裝置的研究，在微機保護軟件、算法等方面也取得了很多理論成果。可以說從90年代開始

10、我國繼電保護技術已進入了微機保護的時代 繼電保護技術未來趨勢是向計算機化，網絡化，智能化，保護、控制、測量和數據通信一體化發展。 第二節 繼電保護的作用與意義改革開放30年來，中國的市場經濟得到快速的發展，我國的經濟建設取得了舉世矚目的成就。隨著經濟的發展，對電力的需求越來越大，電力供給開始出現緊張，在很多地方都出現了供電危機，使其不得不采取限電、停電等措施，以緩解電力供給的緊張。在如此嚴重的形式下，加強對電力系統的安全維護至關重要，而繼電保護正是其中主要的保護手段之一。繼電保護對電力系統的維護有重大的意義。一是，繼電保護可以保障電力系統的安全、正常運轉。由于當電力系統發生故障或異常時，繼電保

11、護可以實現在最短時間和最小區域內，自動從系統中切除故障設備，也可以向電力監控警報系統發出信息，提醒電力維護職員及時解決故障，這樣繼電保護不僅能有效的防止設備的損壞，還能降低相鄰地區供電受連帶故障的機率。同時還可以有效的防止電力系統因種種原因，而產生時間長、面積廣的停電事故，是電力系統維護與保障最實用最有效的技術手段之一。二是，繼電保護的順利開展，在消除電力故障的同時，也就對社會生活秩序的正常化，經濟生產的正常化做出了貢獻，不僅確保社會生活和經濟的正常運轉，還從一定程度上保證了社會的穩定，人們生命財產的安全。前些年北美大規模停電斷電事故，就造成了巨大的經濟損失，引發了社會的動蕩，嚴重的威脅到了人

12、們生命財產的安全。可見，電力系統的安全與否，不僅僅是照明失效的題目，更是社會安定、人們生命安全的題目。所以，繼電保護的有效性，就給社會各方面帶來了重大的影響。 第二章 繼電保護的基本原理及其組成第一節 繼電保護的基本原理電力系統發生故障后，工頻電氣量變化的主要特征是： 1)電流增大。 短路時故障點與電源之間的電氣設備和輸電線路上的電流將由負荷電流增大至大大超過負荷電流。 2)電壓降低。 當發生相間短路和接地短路故障時，系統各點的相間電壓或相電壓值下降，且越靠近短路點，電壓越低。 3)電流與電壓之間的相位角改變。 正常運行時電流與電壓間的相位角是負荷的功率因數角，一般約為20；三相短路時，電流與

13、電壓之間的相位角是由線路的阻抗角決定，一般為6085；而在保護反方向三相短路時，電流與電壓之間的限額將則是180+(6085)。 4)不對稱短路時，出現相序分量， 如單相接地短路及兩相接地短路時，出現負序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常運行時是不出現的。 利用短路故障時電氣量的變化，便可構成各種原理的繼電保護。例如，據短路故障時電流的增大，可構成 過電流保護；據短路故障時電壓的降低，可構成 電壓保護 ；據短路故障時電流與電壓之間相角的變化，可構成功率方向保護；據電壓與電流比值的變化，可構成 距離保護 ；據故障時被保護元件兩端電流相位和大小的變化，可構成 差動保護； 據不對稱短路故障時出現的

14、電流、電壓相序分量，可構成零序電流保護、負序電流保護和負序功率方向保護等。 第二節 繼電保護的組成及分類模擬型繼電保護裝置的種類很多，它們都由測量回路、邏輯回路和執行回路 三個主要部分組成。 1、對繼電保護裝置的基本要求 1）選擇性 選擇性就是指當電力系統中的設備或線路發生短路時，其繼電保護僅將故障的設備或線路從電力系統中切除，當故障設備或線路的保護或斷路器拒絕動作時，應由相鄰設備或線路的保護將故障切除。 2）速動性 速動性就是指繼電保護裝置應能盡快地切除故障。對于反應短路故障的繼電保護，要求快速動作的主要理由和必要性在于（1） 快速切除故障可以提高電力系統并列運行的穩定性。 （2）快速切除故

15、障可以減少發電廠廠用電及用戶電壓降低的時間，加速恢復正常運行的過程。保證廠用電及用戶工作的穩定性。 （3）快速切除故障可以減輕電氣設備和線路的損壞程度。 （4）快速切除故障可以防止故障的擴大，提高自動重合閘和備用電源或設備自動投人的成功率。 對于反應不正常運行情況的繼電保護裝置，一般不要求快速動作，而應按照選擇性的條件，帶延時地發出信號。 3) 靈敏性 靈敏性是指電氣設備或線路在被保護范圍內發生短路故障或不正常運行情況時，保護裝置的反應能力。 所謂系統 最大運行方式 ，就是在被保護線路末端短路時，系統等效阻抗最小，通過保護裝置的短路電流為最大的運行方式；系統 最小運行方式 ，就是在同樣的短路故

16、障情況下，系統等效阻抗為最大，通過保護裝置的短路電流為最小的運行方式。 保護裝置的靈敏性用靈敏系數來衡量。靈敏系數表示式為： (l)對于反應故障參數量增加（如過電流）的保護裝置： 保護區末端金屬性短路時故障參數的最小計算值 (2)對于反應故障參數量降低（如低電壓）的保護裝置： 保護區末端金屬性短路時故障參數的最小計算值 4）可靠性 可靠性是指在保護范圍內發生了故障該保護應動作時，不應由于它本身的缺陷而拒動作；而在不屬于它動作的任何情況下，則應可靠地不動作。 以上四個基本要求是設計、配置和維護繼電器保護的依據，又是分析評價繼電保護的基礎。這四個基本要求之間，是相互聯系的，但往往又存在著矛盾。因此

17、，在實際工作中，要根據電網的結構和用戶的性質，辯證地進行統一。電力系統保護分為主保護和后備保護，后備保護是指當主保護或斷路器拒動時，用來切除故障的保護，后備保護可分為遠后備保護和近后備保護2種，遠后備保護就是當主保護或斷路器拒動時，由相鄰的電力設備或線路的保護來實現的后備保護，如變壓器的后備保護就是線路的遠后備。近后備保護是當主保護拒動時，由本電力設備或線路的另一套保護來實現的后備保護，如線路的零序保護和距離保護就是相互后備的 第三節 繼電器1）電磁型繼電器 電磁繼電器的基本結構形式有螺管線圈式、吸引銜鐵式和轉動舌片式三種，如圖 1 所示。電流繼電器在電流保護中用作測量和起動元件，它是反應電流

18、超過一整定值而動作的繼電器。電磁繼電器是利用電磁原理工作的。 螺管線圈式； 吸引銜鐵式；轉動舌片式圖 1 電磁型繼電器的結構原理 2)集成電路型繼電器3)抗飽和、抗暫態超越的集成電路型電流繼電器第四節 繼電保護裝置使用條件和維護繼電保護裝置是實現繼電保護的基本條件，要實現繼電保護的作用，就必須要具備有科學先進、行之有效的繼電保護裝置。因此，要做好繼電保護的工作，就必須要重視保護的設備。而設備的質量題目，直接決定了繼電保護的效果，因而必須對繼電保護的裝置提出較高的要求，主要體現在四性上。繼電保護裝置的重要性，不僅要在選用上考慮其是否達到基本運行條件的要求，還要在日常的檢測和維護上做好工作。 首先

19、，要全面了解設備的初始狀態。繼電保護設備的初始狀態，影響其日后的正常和有效運行。因此必須留意收集整理設備圖紙、技術資料以及相關設備的運行和檢測數據的資料。對設備日常狀態的檢驗，要對設備生命周期中各個環節都必須予以關注，進行全過程的治理。一方面是保證設備正常的、安全有效的使用，避免投進具有缺陷的設備。同時在恰當的時機進行狀態檢驗，以便能真正的檢測出題目的所在，并及時的找到應對方案。另一方面，在設備使用投進前，要記錄好設備的型式試驗和特殊試驗數據、各部件的出廠試驗數據、出廠試驗數據以及交接試驗數據和運行記錄等信息。 其次，要對設備運行狀態數據進行及時全面的統計分析。首先要了解設備出現故障的特點和規

20、律，進而通過對繼電保護裝置運行狀態的日常數據的分析，預先判定分析故障出現的部分和時間，在故障未發生時，及時的排查。因此狀態檢驗數據治理就顯得非常重要，要把設備運行的記錄、設備狀態監測與診斷的數據等結合起來，通過正確的完整的技術數據進行狀態檢驗。通過數據的把握和設備運行規律的把握，可以科學地制定設備的檢驗方案，進步保護裝置的安全系數和使用周期，保證電力系統的正常運行。設備網 再次，要了解繼電設備技術發展趨勢，采用新的技術對設備進行監管和維護。在電力事業高度發展，繼電保護日益嚴重，繼電保護設備不夠完善的情況下，必須加強對新技術的應用，唯此才能保證保護裝置的科學有效，在電力系統的保護中發揮應有的貢獻

21、。 第二章 繼電保護在電廠中的應用第一節 繼電保護在電廠應用的基本要求繼電保護在電廠應用的基本要求：繼電保護裝置應滿足可靠性、 選擇性、 靈敏性和速動性的要求:這四 “性” 之間緊密聯系, 既矛盾又統一。（一）繼電保護的可靠性可靠性是指保護該動體時應可靠動作。 不該動作時應可靠不動作。 可靠性是對繼電保護裝置性能的最根本要求。繼電保護的可靠性主要由配置合理、 質量和技術性能優良的繼電保護裝置以及正常的運行維護和管理來保證。任何電力設備(線路、 母線、 變壓器等)都不允許在無繼電保護的狀態下運行。 220kV 及以上電網的所有運行設備都必須由兩套交、 直流輸入、 輸出回路相互獨立, 并分別控制不

22、同斷路器的繼電保護裝置進行保護。 當任一套繼電保護裝置或任一組斷路器拒絕動作時, 能由另一套繼電保護裝置操作另一組斷路器切除故障。在所有情況下, 要求這購套繼電保護裝置和斷路器所取的直流電源都經由不同的熔斷器供電。（二）繼電保護的選擇性：選擇性是指首先由故障設備或線路本身的保護切除故障, 當故障設備或線路本身的保護或斷路器拒動時, 才允許由相鄰設備保護、 線路保護或斷路器失靈保護切除故障。 為保證對相鄰設備和線路有配合要求的保護和同一保護內有配合要求的兩元件 ( 如啟動與跳閘元件或閉鎖與動作元件) 的選擇性, 其靈敏系數及動作時間, 在一般情況下應相互配合。（三）繼電保護的靈敏性：靈敏性是指在

23、設備或線路的被保護范圍內發生金屬性短路時, 保護裝置應具有必要的靈敏系數, 各類保護的最小靈敏系數在規程中有具體規定。選擇性和靈敏性的要求, 通過繼電保護的整定實現。（四）繼電保護的速動性：速動性是指保護裝置應盡快地切除短路故障, 其目的是提高系統穩定性, 減輕故障設備和線路的損壞程度, 縮小故障波及范圍, 提高自動重合閘和備用電源或備用設備自動投入的效果等。 一般從裝設速動保護(如高頻保護、 差動保護)、 充分發揮零序接地瞬時段保護及相間速斷保護的作用、 減少繼電器固有動作時間和斷路器跳閘時間等方面入手來提高速動性。第二節 微機在電力系統中的顯著特點（一）微機保護充分利用了計算機技術上的兩個

24、顯著優勢：高速的運算能力和完備的存貯記憶能力，以及采用大規模集成電路和成熟的數據采集，A/D模數變換、數字濾波和抗干擾措施等技術，使其在速動性、可靠性方面均優于以往傳統的常規保護，而顯示了強大生命力。（二）與傳統的繼電保護相比，微機保護有許多優點，其主要特點如下：1.改善和提高繼電保護的動作特征和性能，正確動作率高。主要表現在能得到常規保護不易獲得的特性；其很強的記憶力能更好地實現故障分量保護；可引進自動控制、新的數學理論和技術，如自適應、狀態預測、模糊控制及人工神經網絡等，其運行正確率很高，已在運行實踐中得到證明。2.可以方便地擴充其他輔助功能。如故障錄波、波形分析等，可以方便地附加低頻減載

25、、自動重合閘、故障錄波、故障測距等功能。3.工藝結構條件優越。體現在硬件比較通用，制造容易統一標準；裝置體積小，減少了屏位數量；功耗低。4.可靠性容易提高。體現在數字元件的特性不易受溫度變化、電源波動、使用年限的影響，不易受元件更換的影響；且自檢和巡檢能力強，可用軟件方法檢測主要元件、部件的工況以及功能軟件本身。5.使用靈活方便，人機界面越來越友好。其維護調試也更方便，從而縮短維修時間；同時依據運行經驗，在現場可通過軟件方法改變特性、結構。6.可以進行遠方監控。微機保護裝置具有串行通信功能，與變電所微機監控系統的通信聯絡使微機保護具有遠方監控特性。第三節 繼電保護的維護管理（一）微機保護裝置要

26、采取電磁干擾防護措施電站改造中，電磁型保護更換成微機型保護時，必須采取防電磁干擾的技術措施，即嚴格執行微機保護裝置的安裝條件，安裝帶有屏蔽層的電纜，而且兩端的屏蔽層必須接地。防止由于線路較長，一端接地時，另一端會由于電磁干擾產生電壓、電流，造成微機保護的拒動或誤動。為減少保護裝置故障和錯誤出現的幾率，微機保護裝置必須優化設計、合理制造工藝以及元、器件的高質量。同時還要采用屏蔽和隔離等技術來保證裝置的可靠性，從而提高抗干擾的能力。（二）微機保護裝置的接地要嚴格按規定執行微機保護裝置內部是電子電路，容易受到強電場、強磁場的干擾，外殼的接地屏蔽有利于改善微機保護裝置的運行環境；微機保護提高可靠性，應

27、以抑制干擾源、阻塞耦合通道、提高敏感回路抗干擾能力入手，并運用自動檢測技術及容錯設計來保證微機保護裝置的可靠性；容錯即容忍錯誤，即使出現局部錯誤也不會導致保護裝置的誤動或拒動。容錯設計則是利用冗余的設備在線運行，以保證保護裝置的不間斷運行。采用容錯技術設計是為了換取常規設計所不能得到的高可靠性，確保微機保護裝置的可靠運行。（三）防誤措施微機保護的一些定值設定以及重要參數修改在硬件設計上設置操作鎖，操作時必須正確輸入操作員的密碼和監護人的密碼時，方可進行正常操作，并將操作人和監護人的姓名等信息予以記錄和保存。（四）繼電保護裝置的日常維護1.當班運行人員定時對繼電保護裝置進行巡視和檢查，對運行情況

28、要做好運行記錄。2.建立崗位責任制，做到人人有崗，每崗有人。3.做好繼電保護裝置的清掃工作。清掃工作必須由兩人進行，防止誤碰運行設備，注意與帶電設備保持安全距離，避免人身觸電和造成二次回路短路、接地事故。4.對微機保護的電流、電壓采樣值每周記錄一次，對差動保護要記錄差動電流值。5.定期對保護裝置端子排進行紅外測溫，盡早發現接觸不良導致的發熱。6.每月對微機保護的打印機進行檢查并打印。7.每月定期檢查保護裝置時間是否正確，方便故障發生后的故障分析。8.定期核對保護定值運行區和打印出定值單進行核對。第三章 電廠變壓器保護第一節 電廠變壓器的故障類型和不正常工作狀態電廠變壓器的故障通常可分為 油箱內

29、部故障和油箱外部故障 。 油箱內部故障 主要是指發生在變壓器油箱內包括高壓側或低壓側繞組的相間短路、匝間短路、中性點直接接地系統側繞組的單相接地短路。變壓器油箱內部故障是很危險的，因為故障點的電弧不僅會損壞繞組絕緣與鐵心，而且會使絕緣物質和變壓器油劇烈汽化，由此可能引起油箱的爆炸。所以，繼電保護應盡可能快地切除這些故障。 油箱外部故障 主要是變壓器繞組引出線和套管上發生的相間短路和接地短路（直接接地系統）。 變壓器的不正常工作狀態 主要有過負荷、外部短路引起的過電流、外部接地短路引起的中性點過電壓、油箱漏油引起的油面降低或冷卻系統故障引起的溫度升高等。此外，大容量變壓器，由于其額定工作磁通密度

30、較高，工作磁密與電壓頻率比成正比例，在過電壓或低頻率下運行時，可能引起變壓器的過勵磁故障等。 變壓器繼電保護的任務就是反應上述故障或異常運行狀態，并通過斷路器切除故障變壓器，或發出信號告知運行人員采取措施消除異常運行狀態。同時，變壓器保護還應能用作相鄰電器元件的后備保護。 第二節 變壓器的差動保護2.2.1壓器差動保護的基本原理和接線方式變壓器縱差動保護主要是用來反應變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路故障，是變壓器的主保護。變壓器差動保護是按照循環電流原理構成的，圖 2示出了雙繞組變壓器差動保護單相原理接線圖。變壓器兩側分別裝設電流互感器 和 ，并按圖中所示極性關系進行連接。 正常運行或外部

31、故障時，差動繼電器中的電流等于兩側電流互感器的二次電流之差，欲使這種情況下流過繼電器的電流基本為零，則應恰圖 2 變壓器縱差動保護接線方式當選擇兩側電流互感器的變化。 （2.1） 即 （2.2） 若上述條件滿足，則當正常運行或外部故障 時，流入差動繼電器的電流為： （2.3） 當變壓器內部故障時，流入差動繼電器的電流為： 為了保證動作的選擇性，差動繼電器的動作電流 應按躲開外部短路時出現的最 大不平衡電流來整定，即 （2.5） 減少不平衡電流及其對保護的影響，就是實現變壓器差動保護的主要問題。為此，應分析不平衡電流產生的原因，并討論減少其對保護影響的措施。 2.2.2變壓器差動保護的不平衡電流

32、及減小不平衡電流的方法 實際上，由于變壓器勵磁涌流、接線方式和電流互感器誤差等因數的影響，即使兩側電流互感器的變比等于變壓器的變比，正常或外部短路是差動繼電器中的電流也不會等于零，而是會流過一個不平衡電流 。并且在變壓器縱差動保護中，不平衡電流很大，形成不平衡電流的因素很多，因此，需要采取相應的措施，以消除不平衡電流對縱差動保護的影響。產生不平衡電流的原因主要有以下幾種： 1）穩態情況下的不平衡電流 (1)變壓器兩側電流相位不同 電力系統中變壓器常采用 Y，d11接線方式，因此，變壓器兩側電流的相位為 。如圖4所示，Y側電流滯后側電流 ，若兩側的電流互感器采用相同的方式，則兩側對應相的二次電流

33、也相差 左右，從而產生很大的不平衡電流。 圖4 變壓器兩側電流互感器接線方式(2）電流互感器計算變比與實際變化不同 變壓器高、低壓兩側電流的大小是不相等的。為了滿足正常運行或外部短路時，流入繼電器差回路的電流為零，則應使高、低壓側流入繼電器的電流相等，則高、低壓側電流互感器變比的比值應等于變壓器的變比。但實際上由于電流互感器在制造上的標準化，往往選出的是與計算變比相接近且叫較大的標準變比的電流互感器。這樣，由于變比的標準化使得其實際變比與計算變比不一致，從而產生不平衡電流。以一臺容量為31.5MVA、變比為 的Y，d11變壓器為例，列出了由于電流的實際變比與計算變比不等引起的不平衡電流。 (3

34、）變壓器各側電流互感器型號不同 由于變壓器各側電壓等級和額定電流不同，所以變壓器各側的電流互感器型號不同，它們的飽和特性、勵磁電流（歸算至同一側）也就不同，從而在差動回路中產生較大的不平衡電流。 (4）變壓器帶負荷調整分接頭 第三節 變壓器相間短路的后備保護及過流保護為了防止外部短路引起的過電流和作為變壓器縱差動保護、瓦斯保護的后備，變壓器還應裝設后備保護。 保護的動作電流 I 按躲過變壓器的最大負荷電流I 整定。 （ 2.10 ） 變壓器的最大負荷電流應按下列情況考慮： 1 ）對并聯運行的變壓器，應考慮切除一臺變壓器后的負荷電流。當各臺變壓器的容量相同時，可按下式計算： （ 2.11 ） 2

35、 ）對降壓變壓器，應考慮負荷中 。電動機自起動時的最大電流，即： （ 2.12 ） 低電壓起動的過電流保護 低電壓起動的過電流保護原理接線圖 如圖 5所示。 保護的起動元件包括電流繼電器和低電壓繼電器。 圖 5 低電壓起動的過電流保護原理接線圖電流繼電器的動作電流按躲過變壓器的額定電流整定，即： 因而其動作電流比過電流保護的起動電流小，從而提高了保護的靈敏性。 低電壓繼電器的動作電壓 U 可按躲過正常運行時最低工作電壓整定。一般取 U =0.7U （ U 為變壓器的額定電壓）。 電流元件的靈敏系數按式（2.12 ）校驗，電壓元件的靈敏系數按下式校驗： （ 2.15 ） 為防止電壓互感器二次回路

36、斷線后保護誤動作，設置了中間繼電器 KM 。當電壓互感器二次回路斷線時，低電壓繼電器動作，起動中間繼電器，發出電壓回路斷線信號。 復合電壓起動的過電流保護 該保護由三部分組成： 1 ）電流元件。由接于相電流的繼電器 KA KA 組成。 2 ）電壓元件。由反應不對稱短路的負序電壓繼電器 KVN （內附有負序電壓濾過器）和反應對稱短路接于相間電壓的低電壓繼電器 KV 組成。 3 ）時間元件。由時間繼電器 KT 構成。 裝置動作情況如下：當發生不對稱短路時，故障相電流繼電器動作，同時負序電壓繼電器動作，其動斷觸點斷開，致使低電壓繼電器 KV 失壓，動斷觸點閉合，起動閉鎖中間繼電器 KM 。相電流繼電

37、器通過 KM 常開觸點起動時間繼電器 KT ，經整定延時起動信號和出口繼電器，將變壓器兩側斷路器斷開。當發生對稱短路時，由于短路初始瞬間也會出現短時的負序電壓， KVN 也會動作，使 KV 失去電壓。當負序電壓消失后， KVN 返回，動斷觸點閉合，此時加于 KV 線圈上的電壓已是對稱短路時的低電壓， KV 不至于返回，而且 KV 的返回電壓是其起動電壓的 K （大于 1 ）倍，因此，電壓元件的靈敏度可提高 K 倍。復合電壓起動的過電流保護在對稱短路和不對稱短路時都有較高的靈敏度。 負序電壓繼電器的動作電壓 U 按躲開正常運行情況下負序電壓濾過器輸出的最大不平衡電壓整定。據運行經驗，取 （ 2.

38、16 ） 與低電壓起動的過電流保護比較，復合電壓起動的過電流保護的優點有： (1)由于負序電壓繼電器的整定值較小，因此對于不對稱短路，其靈敏系數較高。 (2）對于對稱短路， KV 在 KVN 觸點斷開后起動，負序電壓消失后，使 KV 接入電壓 U 。此時， U 只要能維持 KV 不返回，即可使保護動作。而 KV 的返回電壓為其起動電壓的 1.15 1.2 （返回系數）倍，因此，電壓元件的靈敏性可提高 1.15 1.2 倍。 (3）由于保護反應負序電壓，因此對于變壓器后的不對稱短路，與變壓器的接線方式無關。 復合電壓啟動的過電流保護中電流繼電器的靈敏系數與低電壓起動的過電流保護的電流繼電器相同，

39、對于大容量變壓器，可能保護的靈敏系數不滿足要求，為此，可采用負序過電流保護。 第四節 變壓器的瓦斯保護當變壓器內部故障時 ,故障點的局部高溫將使變壓器油溫升高,體積膨脹,甚至出現沸騰,油內空氣被排出而形成上升汽泡。若故障點產生電弧,則變壓器油和絕緣材料將分解出大量氣體,這些氣體自油箱流向油枕上部。故障越嚴重，產生的氣體越多，流向油枕的氣流速度越快，甚至氣流中還夾雜著變壓器油。利用上述氣體來實現的保護，稱為瓦斯保護。 如果變壓器內部發生嚴重漏油或匝數很少的匝間短路、鐵心局部燒損、線圈斷線、絕緣劣化和油面下降等故障時，往往差動保護及其他保護均不能動作，而瓦斯保護卻能夠動作。因此，瓦斯保護是變壓器內

40、部故障最有效的一種主保護。 瓦斯保護主要由瓦斯繼電器來實現，它是一種氣體繼電器，安裝在變壓器油箱與油枕之間的連接導油管中，如圖油箱內的氣體必須通過瓦斯繼電器才能流向油枕。為了使氣體能夠順利地進入瓦斯繼電器和油枕，變壓器安裝時應使頂蓋沿瓦斯繼電器方向與水平面保持1%1.5%的升高坡度，且要求導油管具有不小于2%的升高坡度。 瓦斯繼電器的形式較多。下面將以性能較好的開口杯擋板式瓦斯繼電器為例說明其結構情況和工作原理。 圖6 瓦斯繼電器結構情況和工作原理正常情況下，繼電器內充滿油，開口杯在油的浮力與重錘 6的作用下，處于上翹位置，永久磁鐵4遠離干簧觸點13，干 簧觸點13斷開。擋板10在彈簧9的保持

41、下，處于正常位置，其附帶的永久磁鐵遠離干簧觸點13，干簧觸點13可靠斷開。 當變壓器內部發生輕微故障時，產生少量氣體，匯集在氣體繼電器上部，迫使氣體繼電器內油面下降，使開口杯露出油面。物體在氣體中所受浮力比在油中受到的浮力小，因而開口杯失去平衡，繞軸落下，永久磁鐵 4隨之落下，接通干簧觸點，發出“輕瓦斯動作”信號。當變壓器嚴重漏油時，同樣會發出“輕瓦斯動作”信號。 當變壓器內部發生嚴重故障時，油箱內產生大量的氣體，形成強烈油流，油流從油箱通過瓦斯繼電器沖向油枕，該油流速度將超過重瓦斯（下擋板）整定的油流速度，油流對擋板的沖擊力將克服彈簧的作用力，擋板被沖動，永久磁鐵靠近干簧觸點，使干簧觸點閉合

42、，重瓦斯動作，發出跳閘脈沖，斷開變壓器各電源側的斷路器。 瓦斯保護能反應油箱內各種故障，且動作迅速、靈敏性高、接線簡單，但不能反應油箱外的引出線和套管上的故障。故不能作為變壓器唯一的主保護，需與差動保護配合共同作為變壓器的主保護。 繼電保護整定值計算實例已知：6KV母線最大短路容量= 170（MVA） 基準容量Sj=1000（MVA） 電纜每公里電抗標么值Xo*=2 電纜長度L=0.2（KM）變壓器阻抗電壓百分值Ud%=5.5% 變壓器一次額定電流Ie=30（A） 電流互感器變比Ke=50/5 電流繼電器型號DL（電流 15A-30A）計算電抗： 6KV母線最大運行方式下短路阻抗標么值X*ma

43、x=5.7689 6KV母線最小運行方式下短路阻抗標么值X*min=9.3485 電纜電抗標么值X*=Xo*L=20.2=0.4變壓器電抗標么值 =B點短路最大運行方式電抗標幺值：=X*max+ X*+=5.7689+0.4+ 305.5556=311.7245B點短路最小運行方式電抗標幺值：=X*min+ X*+=9.3485+0.4+ 305.5556 =315.3041A點短路最小運行方式電抗標幺值：=X*min+ X*=9.3485+0.4=9.7485計算短路電流： (1)最小運行方式下，B點兩相短路，流過高壓側的穩態電流 =0.00317 =0.00317=0.2909（KA）=2

44、91（A） =0.866=0.866291=252（A） (2) 最大運行方式下，B點三相短路，流過高壓側的超瞬變電流 系統為無限大容量= =0.00317 =0.00317=0.2905（KA）=291（A） (3)最小運行方式，A點兩相短路超瞬變電流 =0.1026 =0.1026=9.401（KA）=9401（A） =0.866=0.8669401=8141（A）計算：變壓器繼電保護過流整定值 取=5A 靈敏系數效驗：=51.5B點電抗標幺值A點電抗標幺值B點兩相短路瞬變電流B點三相短路超瞬變電流A點兩相短路超瞬變電流A點兩相短路超瞬變電流繼電器動作電流靈敏系數效驗最小運行方式315.3

45、0419.7485252A8141A9401A最大運行方式311.7245291A=5A51.5靈敏性：指繼電保護裝置對保護設備可能發生的故障和正常運行的情況，能夠靈敏的感受和靈敏地作，保護裝置的靈敏性以靈敏系數衡量。分析可得靈敏度系數大于1.5滿足靈敏度的要求。電網中電氣設備發生故障時，短路電流很大，根據繼電器的基本動作原理可知，如果預先通過計算，將此短路電流整定為繼電器的動作電流，就可對故障設備進行保護。過電流保護和電流速斷保護正是根據這個原理而實現的。為了保證動作的選擇性，根據短路電流的特點（故障點越靠近電源，則短路電流越大），過電流保護是帶有動作時限的，而電流 速斷保護則不帶動作時限，

46、即當短路發生時，它立即動作而切斷故障，故它沒有時限特性，常用來和過流保護配合使用。 速斷保護不能保護線路全長，只能有選擇性地保護線路一部分，余下部分為速斷保護的死區。為避免上述情況，速斷保護也可做成略帶時限，稱為時限電流速斷保護。它和無時限電流速斷配合，以消除電流速斷保護的動作死區。第四章 發電機保護第一節 發電機的故障類型、不正常工作狀態及其保護方式電壓在3kV及以上，容量在600MW及以下發電機，應按本條的規定，對下列故障及異常運行狀態，裝設相應的保護裝置。容量在600MW以上的發電機可參照執行。a.定子繞組相間短路； b.定子繞組接地； c.定子繞組匝間短路； d.發電機外部相間短路；

47、e.定子繞組過電壓； f.定子繞組過負荷； g.轉子表層(負序)過負荷； h.勵磁繞組過負荷； i.勵磁回路接地； j.勵磁電流異常下降或消失； k.定子鐵芯過勵磁； l.發電機逆功率； m.頻率異常； n.失步； o.發電機突然加壓；p.發電機起停；q. 其他故障和異常運行。上述各項保護裝置，宜根據故障和異常運行方式的性質及動力系統具體條件，按規定分別動作于： a.停機 斷開發電機斷路器、滅磁；對汽輪發電機，還要關閉主汽門；對水輪發電機還要關閉導水翼。 b.解列滅磁 斷開發電機斷路器，滅磁，汽輪機甩負荷。 c.解列 斷開發電機斷路器，汽輪機甩負荷。 d.減出力 將原動機出力減到給定值。 e.

48、縮小故障影響范圍 例如斷開預定的其他斷路器。 f.程序跳閘 對于汽輪發電機首先關閉主汽門，待逆功率繼電器動作后，再跳開發電機斷路器并滅磁；對于水輪發電機，首先將導水翼關到空載位置，再跳開發電機斷路器并滅磁。 g.減勵磁 將發電機勵磁電流減至給定值。h.勵磁切換 將勵磁電源由工作勵磁電源系統切換至備用勵磁電源系統。i.廠用電源切換 由廠用工作電源供電切換到備用電源供電。j.分出口 動作于單獨回路k.信號 發出聲光信號。 對發電機定子繞組及其引出線的相間短路故障，應按下列規定配置相應的保護作為發電機的主保護。1MW及以下單獨運行的發電機，如中性點側有引出線，則在中性點側裝設過電流保護；如中性點側無

49、引出線，則在發電機端裝設低電壓保護。1MW及以下與其它發電機或與電力系統并列運行的發電機，應在發電機機端裝設電流速斷保護。如電流速斷保護靈敏系數不符合要求，可裝設縱聯差動保護；對中性點側沒有引出線的發電機，可裝設低壓過流保護。對1MW以上的發電機，應裝設縱聯差動保護。對100MW以下發電機變壓器組，當發電機與變壓器之間有斷路器時，發電機和變壓器宜分別裝設單獨的縱聯差動保護。對100MW及以上發電機變壓器組，應裝設雙重主保護，每一套主保護宜具有發電機縱聯差動保護和變壓器縱聯差動保護。在穿越性短路、穿越性勵磁涌流及自同步或非同步合閘過程中，縱聯差動保護應采取措施，減輕電流互感器飽和及剩磁的影響，提

50、高保護動作可靠性。縱聯差動保護應裝設電流回路斷線監視裝置，斷線后動作于信號。電流回路斷線允許差動保護跳閘。本條中規定裝設的過電流保護、電流速斷保護、低電壓保護、低壓過流和縱聯差動保護均應動作于停機。發電機定子繞組的單相接地故障的保護應符合以下要求：發電機定子繞組單相接地故障電流允許值按制造廠的規定值，如無制造廠提供的規定值時，可參照表1 中所列數據。 表1 發電機定子繞組單相接地故障電流允許值發電機額定電壓/kV 發電機額定容量/MW接地電流允許值/A6.350410.5汽輪發電機501003水輪發電機1010013.815.75汽輪發電機1252002(對于氫冷發電機為2.5)水輪發電機40

51、22518203006001與母線直接連接的發電機：當單相接地故障電流（不考慮消弧線圈的補償作用）大于允許值（參照表1）時，應裝設有選擇性的接地保護裝置。保護裝置由裝于機端的零序電流互感器和電流繼電器構成。其動作電流按躲過不平衡電流和外部單相接地時發電機穩態電容電流整定。接地保護帶時限動作于信號。但當消弧線圈退出運行或由于其它原因使殘余電流大于接地電流允許值時，應切換為動作于停機。當未裝接地保護或裝有接地保護，但由于運行方式改變及靈敏系數不符合要求等原因不能動作時，可由單相接地監視裝置動作于信號。為了在發電機與系統并列前檢查有無接地故障，保護裝置應能監視發電機機端零序電壓值。 發電機變壓器組：

52、對100MW以下發電機，應裝設保護區不小于90%的定子接地保護；對100MW及以上的發電機，應裝設保護區為100%的定子接地保護。保護帶時限動作于信號，必要時也可動作于停機。為檢查發電機定子繞組和發電機電壓回路的絕緣狀況，保護裝置應能監視發電機端零序電壓值。對發電機的定子匝間短路，應按下列規定裝設定子匝間保護：對于定子繞組為星形接線，每相有并聯分支且中性點側有分支引出端子的發電機，應裝設零序電流型橫差保護或裂相橫差保護、不完全差動保護。50MW及以上發電機，當定子繞組為星形接線，中性點只有三個引出端子時，根據用戶和制造廠的要求，也可裝設專用的匝間短路保護。對發電機外部相間短路故障和作為發電機主

53、保護的后備，應按下列規定配置相應的保護，保護裝置宜配置在發電機的中性點側：對于1MW及以下與其它發電機或電力系統并列運行的發電機，應裝設過電流保護。1MW以上的發電機，宜裝設復合電壓(包括負序電壓及線電壓)起動的過電流保護。靈敏度不滿足要求時可增設負序過電流保護。50MW及以上的發電機，宜裝設負序過電流保護和單元件低壓起動過電流保護。自并勵(無串聯變壓器)發電機，宜采用帶電流記憶（保持）的過電流保護。并列運行的發電機和發電機變壓器組的后備保護，對所連接母線的相間故障，應具有必要的靈敏系數，并不宜低于附錄A中附表A.1所列數值。本條中規定裝設的以上各項保護裝置，宜帶有二段時限，以較短的時限動作于

54、縮小故障影響的范圍或動作于解列，以較長的時限動作于停機。對于按規定裝設了定子饒組反時限過負荷及反時限負序過負荷保護，且保護綜合特性對發電機變壓器組所連接高壓母線的相間短路故障具有必要的靈敏系數，并滿足時間配合要求，可不再裝設規定的后備保護。保護宜動作于停機。對發電機定子繞組的異常過電壓，應按下列規定裝設過電壓保護：對于水輪發電機，應裝設過電壓保護，其整定值根據定子繞組絕緣狀況決定。過電壓保護宜動作于解列滅磁。對于100MW及以上的汽輪發電機，宜裝設過電壓保護，其整定值根據定子繞組的絕緣狀況決定。過電壓保護宜動作于解列滅磁或過程跳閘。對過負荷引起的發電機定子繞組過電流，應按下列規定裝設定子繞組過

55、負荷保護：定子繞組非直接冷卻的發電機，應裝設定時限過負荷保護，保護裝置接一相電流，帶時限動作于信號。定子繞組為直接冷卻且過負荷能力較低(例如低于1.5倍、60s)的發電機，過負荷保護由定時限和反時限兩部分組成。定時限部分：動作電流按在發電機長期允許的負荷電流下能可靠返回的條件整定，帶時限動作于信號，在有條件時，可動作于自動減負荷。反時限部分：動作特性按發電機定子繞組的過負荷能力確定，動作于解列或程序跳閘。保護應能反應電流變化時發電機定子繞組的熱積累過程。不考慮在靈敏系數和時限方面與其它相間短路保護相配合。對不對稱負荷、非全相運行以及外部不對稱短路引起的負序電流，應按下列規定裝設發電機轉子表層過

56、負荷保護：50MW及以上A值（轉子表層承受負序電流能力的常數）大于10的發電機，應裝設定時限負序過負荷保護。保護與4.2.6.3條的負序過電流保護組合在一起。保護裝置的動作電流按躲過發電機長期允許的負序電流值和躲過最大負荷下負序電流濾過器的不平衡電流值整定，帶時限動作于信號。100MW及以上A值小于10的發電機，應裝設由定時限和反時限兩部分組成的轉子表層過負荷保護。 定時限部分：動作電流按發電機長期允許的負序電流值和躲過最大負荷下負序電流濾過器的不平衡電流值整定，帶時限動作于信號。 反時限部分：動作特性按發電機承受負序電流的能力確定，動作于停機。保護應能反應電流變化時發電機轉子的熱積累過程。不考慮在靈敏系數和時限方面與其它相間短路保護相配合。對勵磁系統故障或強勵時間過長引起的勵磁繞組過負荷，100MW及以上采用半導體勵磁系統的發電機上，應裝設勵磁繞組過負荷保護。 300MW以下采用半導體勵磁系統的發電機，可裝設定時限勵磁繞組過負荷保護，保護裝置