第六章 继电保护与自动装置
第一节
电力系统运行状态
（一）正常运行：指电压、电流、频率（转速）在规定的范围内，各个一次电气设备能够正常工作而不损坏的运行状态。
（二）不正常运行：指电力系统中电气设备的正常工作遭到破坏但未出现故障的状态，比如像过负荷、过电压、频率降低、系统震荡等。
（三）故障：各种短路（d(3)、 d(2) 、d(1) 、d(1-1))和断线（单相、两相），其中最常见且最危险的是各种类型的短路。
一、继电保护的任务
? 自动地、迅速地、有选择性地将故障元件从供电系统切除，使其他非故障部分迅速恢复正常供电； ? 能正确反应电气设备的不正常运行状态，并根据要求，发出预报信号 ；以便操作人员采取措施，
恢复电气设备的正常运行。
? 继电保护装置与供电系统的自动装置(如自动重合闸装置、备用电源自动投入装置等)配合，可以
大大缩短事故停电时间，从而提高供电系统的运行可靠性。
二、继电保护的基本原理与组成
1、基本原理：
区分系统正常运行状态与故障或不正常运行状态——找差别：电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征
故障特征 电流增大 电压降低 相角发生变化 电压电流 保护原理 过电流保护 低电压保护 方向保护 阻抗保护 2.继电保护构成
? ? ?
故障量测量部分逻辑部分执行部分跳闸发信号整定值测量回路的作用是测量与被保护电气设备或线路工作状态有关的物理量的变化，如电流、电压等的变化，以确定电力系统是否发生了短路故障或出现不正常运行情况；
逻辑回路的作用是当电力系统发生故障时，根据测量回路的输出信号，进行逻辑判断，以确定保护是否应该动作，并向执行元件发出相应的信号；
执行回路的作用是执行逻辑回路的判断，发出切除故障的跳闸脉冲或指示不正常运行情况的信号。
3.对继电保护的基本要求
选择性、速动性、灵敏性、可靠性 （1）选择性
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
小故障停电造成的损失。保护装置这种能挑选故障元件的能力称为保护的选择性。
2K-21 M-1～
1QF1K-1QF2M
（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，要求继电保护在发生故障时尽快动作将故障切除。 注意：必须在满足选择性的基础上
（3）灵敏性
指在保护范围内发生故障或不正常工作状态时，保护装置的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置
应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来提高系统稳定性； 继电保护装置的灵敏性以灵敏系数KS来衡量。 （1）对于反应故障时参数量增加的保护装置 例如：过电流保护的灵敏系数为 KS＝IK·min／Iop IK·min ——保护区内故障的最小短路电流值
（2）对于反应故障时参数量降低的保护装置
例如：低电压保护的灵敏系数为 KS＝Uop／UK·max
UK·max——保护区内故障的最大残压值
（4）可靠性
继电保护装置在其所规定的保护范围内发生故障或不正常工作时，一定要准确动作，即不能拒动；
不属其保护范围的故障或不正常工作时，一定不要动作，即不能误动。另外：还要考虑经济性 目标：技术上安全可靠，经济上合理
三、常用继电器
1.继电器基本概念：继电器是根据某种输入信号来实现自动切换电路的自动控制电器。“类似于开关” 2.继电器的基本原理：当输入信号达到某一定值或由某一定值突跳到零时，继电器就动作，使被控制电路通断。它的功能是反应输入信号的变化以实现自动控制和保护。 3.继电器定义：能自动地使被控制量发生跳跃变化的控制元件称为继电器。
电磁型电流继电器（DL型）
工作原理
? 继电器的动作电流是指使继电器常开接点闭合的最小电流，用Iop·K表示。
? 继电器的返回电流是使继电器闭合了的常开接点断开的最大电流 ，用Ire·K表示。 ? 返回系数Kre是指继电器的返回电流与其起动电流的比值，一般小于1，即：
Kre＝ Ire·K ／ Iop·K
?继电器动作电流Iop·K的调整方法 ：
A:粗调：改变继电器两个电流线圈的联结方式 (串、并联) B:细调：改变反作用弹簧的反作用力矩
电磁型电压、中间、时间、信号继电器
电磁式电压继电器有过电压和欠电压继电器两大类，其中欠电压继电器在工厂供电系统应用较多。
欠电压继电器的起动电压Uop·K是使其动作的最高电压;返回电压Ure·K是使其返回的最低电压;返回系 由于欠电压继电器的返回电压大于起动电压，所以其返回系数Kre大于1，一般在 1～1.2之间。
数Kre ＝ Ure·K／ Uop·K 。
2
?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。
?中间继电器的作用是为了扩充保护装置出口继电器的接点数量和容量，也可以使触点闭合或断开时带有
不大的延时(0.4～0.8S)。
?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 ，发出指示信号，表示保护动作，同时接
通信号回路，发出声光报警信号。
感应型电流继电器（GL）
工作原理
由带延时动作的感应部分与瞬时动作的电磁部分组成。 1．感应系统部分：
动作电流是指继电器铝盘轴上蜗杆与扇形齿片相咬合时，线圈所需要通入的最小电流。 动作电流的整定值通过插孔板拧入螺钉来改变线圈的匝数来调整。 返回电流是指便扇形齿片脱离蜗杆返回到原来位置时的最大电流。 动作时间是指从轴上蜗杆与扇形齿片相咬合起到接点闭合这一段时间。
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。 2．电磁速断部分
电磁系统的速断特性即当通入继电器线圈的电流大到整定值的某个倍数时，未等感应系统动作，衔铁右端瞬时被吸下，接点立即闭合。
动作电流值通过改变衔铁与电磁铁心之间气隙来调整，其速断动作电流调整范围是感应系统整定电流值的2～8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。
四、电流保护的接线方式
电流保护的接线方式是指保护装置中的电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。分为
三种：三相完全星形接线方式、两相不完全星形接线 、两相电流差接线 接线系数KW ：指通过继电器的电流 Ir与电流互感器二次电流 I2的比值， 即：KW＝Ir／I2。
1.三相完全星形接线方式
KA
I???II
*** *** ???III (a)AABCabcKABKAC?IA?Ia?IA?Ia?Ib?IA?Ia?IC?Ic?IB?Ic?IC(b)(c)(d)三相完全星形接线方式是用三台电流互感器与三只继电器对应连接的。可以反映任何形式短路故障。 可见：K＝ 1
W
KAAKAC2.两相不完全星形接线
两相不完全星形接线方式是在 A、C
两相装有电流互感器，分别与两只电流继电器相连接。可以反映除B相单相接
?IA?IB?IC****?Ia?Ic 3 地短路以外的所有故障。 可见：KW＝ 1
两相不完全星形接线方式还可以接成两相三继电器形式，以提高可靠性。 可见：K＝ 1
W
?IA?IB?ICKAAKACKAB3.两相电流差接线
两相电流差接线方式由两台电流互感器和一只电流继电器组成。正常工作时，通过继电器的电流 I K 为：
****?Ia?Ic?IK??I??3I?3I?Iacac?IA?IB?ICKA?IK?Ia?IK?Ia?IK?Ia****TA?Ia?Ic?Ic?Ib?Ic?Ib(a)(b)(c)(d)两相电流差接线的接线系数
不同的相间短路时，接线系数是不一样的。
? 正常和三相短路时接线系数为 3 ； ? AC相短路时接线系数为2； ? AB相或BC相短路时接线系数为1； ? 单相短路时接线系数为1或0。
五、三种接线方式性能比较 可靠性 灵敏性 经济性 适用场合 差 中性点接地电网 较好 中性点不接地电网 最好 10kv以下和高压电动机保护 三相三继电器 最好 两相两继电器 较好 两相一继电器 差 第二节 电网相间短路电流、电压保护
? 电力系统短路故障特征之一：故障相线路电流突然增大，同时故障点电压降低。
? 继电保护配置方案：电流保护、低压保护 ? 适用范围：小电流接地系统
一 电流速断保护（电流Ⅰ段） 1、保护动作原理与整定计算：
①定义：对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。 ② 对速断保护的期望和要求
4
? ? ?
速动性好
保护本线路全长（灵敏性：全线速动，最理想效果）；
下条线路出口短路时保护不动作（选择性：基本要求，必须满足）
③ 电流速断保护整定计算
? 当线路上任一点发生三相短路时，通过被保护元件(即线路)的电流为
式中
ES--系统等效电源的相电势，也可以是母线上的电压； ZS--保护安装处到系统等效电源之间的阻抗，即系统阻抗 Z1--线路单位长度的正序阻抗，单位为Ω/ km ；
Lk--短路点至保护安装处之间的距离。
单侧电
源辐射电网无时限电流速断保护配置图 如图所示线路中，前一段线路WL1末端k-1点的三相短路电流，实际上与后一段线路WL2首点k-2的三相短路电流是近乎相等的（由于k-1点与k-2点之间距离很短）。期望无法同时得到满足，存在一个矛盾 解决方法：优先保证选择性。
为了保护的选择性，动作电流按躲过本线路末端短路时的最大短路电流整定，即最大运行方式下三相短路条件下（短路情况最严重）。因为只有如此整定，才能避免在后一级速断保护所保护的线路首端发生三相短路时前一级速断保护误动作的可能性，以保证选择性。
因此可得电流速断保护动作电流（速断电流）的整定计算公式为： Krel可靠系数，对DL型继电器，取1.2～1.3； 对GL型继电器，取1.4～1.5；
保护范围：线路的前一段，末端有死区。
Iop?KrelIk(3)1.max2．灵敏性校验
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