第6章 供配电系统的保护 供配电技术 教学ppt课件.ppt

第六章 供配电系统的保护,本章讲的是企业供电系统的保护装置。首先简述继电保护的任务和基本要求，然后介绍常用的保护继电器及继电保护的结线方式和操作方式及电力线路和电力变压器的各种继电保护的结线、原理、整定计算、供配电系统的防雷与接地问题。,第一节继电保护的任务与要求,一、继电保护装置的任务继电保护装置是按照保护的要求，将各种继电器按一定的方式进行连接和组合而成的电气装置，其任务是： （1）故障时作用于跳闸 （2）异常状态时发出报警信号,测量继电器装设在继电保护装置电路的第一级，用来反应被保护元件（电气设备或线路）的特性量变化情况。当其特性量达到预先整定的动作值时即行动作，在保护装置中属于主保护，或称起动继电器。 有或无继电器是一种只按电气量是否在其工作范围内或者是否为零时而动作的电气继电器，包括时间继电器、中间继电器、信号继电器等，在继电保护装置中用来实现特定的逻辑功能，属于辅助继电器，过去也称为逻辑继电器。 保护继电器按其组成元件分，有机电型、晶体管型和微机型三类。由于机电型继电器具有可靠、便于维修和调试等优点，因此我国企业供电系统目前仍以传统的机电型继电器为主。,机电型继电器按其结构原理分，有电磁式和感应式继电器。 保护继电器按其反应的物理量分，有电流继电器、电压继电器、功率继电器、瓦斯继电器、欠电压（低电压）继电器等。 保护继电器按其在保护装置中的功能分，有起动继电器、时间继电器、信号继电器、中间继电器（或称出口继电器）等。下图是过电流保护的框图。,当线路上发生短路时，起动用的电流继电器KA瞬时动作，使时间继电器KT起动。KT经整定一定时间后，接通信号继电器KS和中间（出口）继电器KM。KM就接通断路器QF的跳闸回路，使断路器跳闸，从而切除短路故障。,图1 过电流保护,保护继电器按其动作于断路器的方式分，有直接动作式（直动式）和间接动作式两大类。 保护继电器按其与一次电路联结的方式分，有一次式继电器和二次式继电器。一次式继电器的线圈是与一次电路直接相连的，例如低压断路器的过电流脱扣器和低电压（失压）脱扣器，实际上就是一次式继电器（也是直动式继电器）。二次式继电器的线圈连接在电流互感器或电压互感器的二次侧，经过互感器与一次电路相联系。高压系统中的保护继电器都是二次式继电器,（一）电磁式电流继电器和电压继电器 电磁式电流继电器和电压继电器在继电保护装置中均为起动元件，属测量继电器。 常用的DL-10系列电磁式电流继电器的基本结构如图所示。 过电流继电器线圈中的使继电器动作的最小电流，称为继电器的“动作电流”，用Iop表示。 过电流继电器线圈中的使继电器由动作状态返回到起始位置的最大电流，称为继电器的“返回电流”，用Ire表示。 继电器的返回电流与动作电流的比值，称为继电器的“返回系数”，用Kre表示,二、常用的保护继电器,电磁式电流继电器的动作电流有两种调节方法：（1）平滑调节（2）级进调节 DL-10系列电磁式电流继电器的内部结线如图所示。,低电压继电器的动作电压Uop，为其线圈上的使继电器动作的最高电压；其返回电压Ure，为其线圈上的使继电器由动作状态返回到起始位置的最低电压。低电压继电器的返回系数 Kre=Ure/Uop1，一般Kre为1.25。越接近于1，说明继电器越灵敏。,图2 DL-10系列电磁式电流继电器的基本结构,（二）电磁式时间继电器 电磁式时间继电器在继电保护装置中，用来获得所需要的延时（时限），它属于机电式有或无继电器。 常用的DS-110/120系列电磁式时间继电器的基本结构实物。DS-110系列用于直流，DS-120系列用于交流。 DS-110/120系列电磁式时间继电器的内部结线及其图形符号和文字符号，如下图所示。,图3 DS-110/120系列电磁式时间继电器的内部结线及其图形符号和文字符号,（三）电磁式信号继电器 电磁式信号继电器在继电保护装置中用来发出指示信号，以提醒运行值班人员注意。它也属于机电式有或无继电器。 常用的DX-11型电磁式信号继电器有电流型和电压型两种：电流型信号继电器的线圈为电流线圈，串联在二次回路内，由于其阻抗小，不影响其他二次回路元件的动作；电压型信号继电器的线圈为电压线圈，阻抗大，只能并联在二次回路中。DX-11型电磁式信号继电器的基本结构如实物所示。,DX-11型 电磁式信号继电器的内部结线及其图形符号和文字符号如下图所示 。 电磁式中间继电器 电磁式中间继电器在继电保护装置中用作辅助继电器，以弥补主继电器触点数量或触点容量的不足。中间继电器也属机电式有或无继电器。,图4 DX-11型 电磁式信号继电器的内部结线及其图形符号和文字符号,电磁式中间继电器在继电保护装置中用作辅助继电器，以弥补主继电器触点数量或触点容量的不足。中间继电器也属机电式有或无继电器。 常用的DZ-10系列电磁式中间继电器的基本结构如实物所示。 这种快吸快放的电磁式中间继电器的内部结线及其图形符号和文字符号如下图所示。,图5 DZ-10系列电磁式中间继电器的基本结构,（四）感应式电流继电器 在工厂供电系统中，广泛采用感应式电流继电器来实现过电流保护和电流速断保护。由于感应式电流继电器兼有上述电磁式电流继电器、时间继电器、信号继电器和中间继电器的功能，从而可大大简化继电保护装置。感应式电流继电器属测量继电器。 常用的GL-10/20系列感应式电流继电器的基本结构如实物所示。,感应式电流继电器兼有“速断特性”，所示的动作特性曲线上对应于开始速断时间的动作电流倍数，称为“速断电流倍数”，即 速断电流Iqb的含义，是指继电器线圈中的使电流速断元件动作的最小电流。,图6 GL-10/20系列感应式电流继电器的基本结构,三、电保护装置的结线方式 过电流的继电保护装置中，起动继电器与电流互感器之间的连接，主要有两相两继电器式和两相一继电器式两种结线方式： （一）两相一继电器式结线，如下图（左） 又称“两相电流差结线”。正常工作时，流入继电器的电流为两相电流互感 器二次电流之差。 （二）两相两继电器式结线，如下图（右） 如一次电路发生三相短路或任意两相短路，都至少有一个继电器要动作，从而使一次电路的断路器跳闸。 为了表述继电器电流IKA与电流互感器二次电流I2的关系，特引入一个结线系数kw，其定义式为：,图8 两相两继电器式结线,图7 两相一继电器式结线,在其一次电路发生三相短路时，流入继电器的电流为电流互感器二次电流的 倍，即 . 在其一次电路的A、C两相发生短路时，流入继电器的电流为互感器二次电流的2倍，即 。 在其一次电路的A、B两相或B、C两相发生短路时，流入继电器的电流只有一相电流互感器的二次电流，即 。,四、继电保护装置的操作方式 继电保护装置的操作电源，有直流操作电源和交流操作电源两大类。直流操作电源有蓄电池组和整流电源两种。但交流操作电源具有投资少、运行维护方便及二次回路简单可靠等优点，因此它在企业供配电系统中应用最为广泛。 交流操作电源供电的继电保护装置主要有两种操作方式：,（一）直接动作式（如下图）（二）“去分流跳闸”的操作方式（如下图）,图9 直接动作式、“去分流跳闸”的操作方式,第三节高压电力线路的继电保护,一、电力线路继电保护概述 按GB500621992电力装置的继电和自动装置设计规范规定：对366KV电力线路，应装设相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护。作为线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护。如过电流保护的时限不大于0.50.7s时，可不装设电流速断保护。相间短路保护应动作于跳闸，以切除短路故障。 单相接地保护，有两种方式：(1)绝缘监视装置，装设在变配电所的高压母线上，动作于信号。(2)有选择性的单相接地保护（零序电流保护），亦动作于信号，但当单相接地危及人身和设备安全时，则应动作于跳闸。,二、带时限的过电流保护 带时限的过电流保护，按其动作时限特性分，有“定时限”过电流保护和“反时限”过电流保护两种。 定时限过电流保护装置的组成和原理定时限过电流保护装置的原理电路如图所示。,图10 直接动作式、“去分流跳闸”的操作方式,反时限过电流保护装置的原理电路，如图所示。,图11 反时限过电流保护装置的原理电路,动作电流的整定 带时限的过电流保护（包括定时限和反时限）的动作电流Iop，应躲过线路的最大负荷电流（包括正常过负荷电流和尖峰电流），以免在通过时保护装置误动作，而且其返回电流Ire也应躲过，否则保护装置还可能发生误动作。为了说明这一点，以图a所示电路来说明。,图12 带时限过电流保护装置的原理电路,过电流保护装置动作电流的整定公式为： 如采用断路器手动操动机构中的过电流脱扣器YR作直动式过电流保护，则脱扣器的动作电流（脱扣电流）应按下式整定：动作时间的确定为保证前后两级保护装置动作的选择性，应按“阶梯原则”进行整定。如上图b和c所示，即,对定时限过电流保护，因采用DL型电流继电器，其可动部分惯性小，可取；对反时限过电流保护，因采用GL型电流继电器其可动部分（铝盘）惯性较大，可取，定时限过电流保护的动作时间，利用时间继电器来整定。,反时限过电流保护的动作时间，由于GL型电流继电器的时限调节机构是按10倍动作电流的动作时间来标度的，因此须根据前后两级保护的GL型继电器的动作特性曲线来整定。 假设如图所示线路中，后一级保护KA2的10倍动作电流的动作时间已整定为t2，现要整定前一级保护KA1的10倍动作电流的动作时间t1，整定计算的方法步骤如下（参看下图）：,图13 整定计算的方法步骤,计算WL2首端的三相短路电流Ik反应到KA2中去的电流： 计算 对KA2的动作电流 的倍数： 确定KA2的实际动作时间 。如图所示KA2的动作特性曲线的横坐标轴上，找出n2，然后向上找到该曲线上a点，该点所对应的动作时间就是KA2通过 时的实际动作时间。 计算KA1的实际动作时间。根据保护选择性的要求，KA1的实际动作时间 。取 ，故 。 计算 WL2首端的三相短路电流Ik反应到KA1中去的电流值，即 计算 对KA1的动作电流Iop(1)的倍数： 确定KA1的10倍动作电流的动作时间。,（一）过电流保护的灵敏度及提高灵敏度的措施低电压闭锁保护1、过电流保护的灵敏度 根据公式，保护灵敏度 。对于线路过电流保护， 应取被保护线路末端在系统最小运行方式下的两相短路电路 。而 ，因此过电流保护的灵敏度必须满足的条件为：,2、低电压闭锁的过电流保护 动作电流整定计算公式为： 动作电压的整定计算公式为： 为母线最低工作电压，取(0.850.95)UN；UN为线路额定电路；Krel为保护装置的可靠系数，可取1.2；Kre为低电压继电器的返回系数，一般取1.25；Ku为电压互感器的变压比。,（二）定时限过电流保护与反时限过电流保护的比较定时限过电流保护的优点是：动作时间比较精确，整定简便，而且不论短路电流大小，动作时间都是一定的，不会出现因短路电流小动作时间长而延长了故障时间的问题。但缺点是：所需继电器多，结线复杂，且需直流操作电源，投资较大。此外，靠近电源处的保护装置，其动作时间较长，这是带时限过电流保护共有的缺点。 反时限过电流保护的优点是：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，加之可采用交流操作，因此简单经济，投资大大减少，因此它在中小企业供电系统中得到广泛应用。但缺点是动作时间的整定比较麻烦，而且误差较大，当短路电流较小时，其动作时间可能相当长，从而延长了故障持续时间。,例6-1 某10kV电力线路，已知TA1的变流比为100/5A，TA2的变流比为50/5A。WL1和WL2的过电流保护均采用两相两继电器式结线，继电器均为GL-15/10型 。现KA1已经整定，其动作电流为7A，10倍动作电流的动作时间为1s。WL2的计算电流为28A，WL2首端k-1点的三相短路电流为800A，其末端k-2点的三相短路电流为250A。试整定KA2的动作电流和动作时间，并检验其灵敏度。,解：（1）整定KA2的动作电流 取， 故 根据GL-15/10型继电器规格，动作电流整定为9A。,（2）整定KA2的动作时间先确定KA1的实际动作时间，由于k-1点发生三相短路时KA1中的电流为：故对KA1的动作电流倍数为：利用n1=5.7和KA1整定的时限t1=1s，去查附录表23-2的GL-15型继电器的动作特性曲线，得KA1的实际动作时间t11.3s.由此可得KA2的实际动作时间应为：下面确定KA2的10倍动作电流的动作时间。由于k-1点发生三相短路时KA2中的电流为：故对KA2的动作电流倍数为：利用n2=8.9和KA2的实际动作时间，去查附录表23-2的GL-15型继电器的动作特性曲线，得KA2的10倍动作电流的动作时间t20.7s。,（3）检验KA2的保护灵敏度KA2保护的线路WL2末端k-2点的两相短路电流为其保护区内的最小短路电流，即因此KA2的保护灵敏度为：由此可见，KA2整定的动作电流满足保护灵敏度的要求。,三、电流速断保护上述带时限的过电流保护有一个明显的缺点，就是越靠近电源，其动作时间越长，而且短路电流也越靠近电源也越大，因此危害也就更加严重。因此GB500621992规定，在过电流保护动作时间超过0.50.7时，应装高瞬时动作的电流速断保护装置。 (一)电流速断保护的组成及速断电流的整定 电流速断保护是指一种瞬时动作的过电流保护。对于采用DL型电流继电器的速断保护来说，就相当于定时限过电流保护中抽去时间继电器，最后由中间继电器触点接通断路器的跳闸回路。下图是电力线路上同时装设有定时限过电流保护和电流速断保护的电路图 。,为了保证前后两级瞬动的电流速断选择性，因此电流速断保护的动作电流即速断电流Iqb，应按躲过它所保护线路末端的最大短路电流（即三相短路电流）Ik.max来整定。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。,图14 同时装设有定时限过电流保护和电流速断保护的电路图,（二）电流速断保护的“死区”及其弥补 由于电流速断保护的动作电流躲过了线路末端的最大短路电流，因此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，电流速断保护不会动作，这说明，电流速断保护不可能保护线路的全长。这种保护装置不能保护的区域，称为“死区”，如图所示。 为了保护死区得不到保护的缺陷，所以凡是装设有电流速断保护的线路，必须配备带时限的过电流保护，过电流保护的动作时间应比电流速断保护至少长一个时间级差，而且前后的过电流保护的动作时间仍须符合“阶梯原则”，以保证选择性。 在电流速断的保护区内，速断保护为主保护，过电流保护作为后备；而在电流速断的死区内，则过电流保护为基本保护。,（三）电流速断保护的灵敏度电流速断保护的灵敏度必须满足的条件为：一般宜 ；个别有困难时可 。,四、单相接地保护 在小接地电流的电力系统中，发生单地接地故障时，只有很小的接地电容电流，而相间电压仍是对称的，其值也未变，因此可暂时继续运行。由于非故障相的对地电压要升高为正常时对地电压的倍，故对线路绝缘是一威胁，如果长此下去，可能引起非故障相的对地绝缘击穿而导致两相接地短路，引起线路开关跳闸，造成停电事故。为此，这种小接地电流系统中，必须装设无选择性的绝缘监视装置或有选择性的单相接地保护装置，以便在发生单相接地故障时，发出报警信号，以便运行值班人员及时发现和处理。,（一）有选择性的单相接地保护的基本原理 单相接保护，又称“零序电流保护”，它利用单 相接地所产生的零序电流使保护装置动作，发出信号。当单相接地危及人身和设备安全时，则动作于跳闸。 下图是电缆线路用零序电流互感器进行单相接地保护的结线。在系统正常运行及发生相间短路时，由于穿过零序电流互感器的电缆线路中的电流相量和为零，因此在零序电流互感器铁心中没有磁通，其二次侧也不会感应出电流，电流继电器也不会动作。当系统发生单相接地时，就有接地电容电流在接地线中通过，从而在零序电流互感器铁心中产生磁通，互感器二次侧相应地感应出零序电流，使电流继电器动作，接通信号回路，发出报警信号。,图16 单相接地时接地电容电流的分布图,图15 电缆线路用零序电流互感 器进行单相接地保护的结线,（二）单相接地保护动作电流的整定 由图可知，当系统中某一线路发生单相接地故障时，其他线路上都会出现不平衡的电容电流，而这些线路因本身是正常的，其接地保护装置不应该动作，因此单相接地保护的动作电流Iop(E)应躲过在其他线路发生单相接地故障时在本线路上引起的电容电流Ic，即单相接保护动作电流的整定计算公式为：,ki为零序电流互感器的变流比；krel为保护装置可靠系数，保护装置不带时限时，宜取45，以躲过被保护线路发生两相短路时所出现的不平衡电流；保护装置带时限时，可取为1.52，这时接地保护的动作时间应比相间短路的过电流保护动作时间大一个t，以保证选择性。,（一）单相接地保护的灵敏度 单相接地保护的灵敏度，应按被保护线路末端发生单相接故障时流过接地线的不平衡电流作为最小故障电流来检验，而这一电容电流为与被保护线路有电气联系的总电网电容电流Ic.与被保护线路本身电容电流Ic之差。 因此单相接保护的灵敏度必须满足的条件：,五、线路的过负荷保护 线路的过负荷保护只对可能出现过负荷的电缆线路才予以装设，一般是延时动作于信号。动作电流按躲过线路的计算电流I30来整定，其整定计算公式为： 动作时间一般取1015s。,第四节电力变压器的继电保护,一、电力变压器继电保护概述 高压为610kV的车间变电所主变压器，通常装设有带时限的过电流保护。如过电流保护动作时间大 于0.50.7s，则应补装电流速断保护。容量在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，按规定应装设瓦斯保护（又称“气体继电保护”）。容量在400 kVA及以上的变压器，当数台并列运行或单台运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。过负荷保护及与其保护在变压器内部轻微故障（通称“轻瓦斯”）时，动作于信号，而其他保护包括瓦斯保护在变压器内部严重故障（通称“重瓦斯”）时，一般均动作于跳闸。,对于高压侧为35kV及以上的工厂总降压变电所主变压器来说，也应装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯保护；在有可能过负荷时，也需装设过负荷保护。但是如果单台运行的变压容量在10000kVA及以上及并列运行的变压器每台容量在6300kVA及以上时，则要求装设纵联差动保护来取代电流速断保护。,二、变压器的过电流保护、电流速断保护和过负荷保护 a) 变压器的过电流保护 无论是采用电流继电器还是脱扣器，是定时限还是反时限，变压器过电流保护的组成、原理与前面所讲电力线路过电流保护的组成、原理完全相同。 变压器过电流保护动作电流的整定也与线路过电流保护的整定基本相同，只是公式中的IL.max应取为(1.53) I1N.T，这I1N.T为变压器的额定一次电流。 变压器过电流保护动作时间的整定也与线路过电流保护的整定相同，也按“阶梯原则”整定。但对电力系统的终端变电所（如车间变电所），其动作时间可整定为最小值(0.5s)。 变压器过电流保护的灵敏度，按变压器低压侧母线在系统最小运行方式下发生两相短路时换 算到高压侧的短路电流值 I k.min来检验，要求灵敏系数Sp1.5。如Sp达不到要求，可采用低电压闭锁的过电流保护。,b) 变压器的电流速断保护 变压器的电流速断保护，其组成、原理也与前面所讲线路的电流速断保护完全相同。 变压器电流速断保护的动作电流（速断电流）的整定计算公式也与线路电流速断保护基本相同，只是公式中的Ik.max应取为低压母线的三相短路电流周期分量有效值换算到高压侧的电流值 ，即变压器电流速断保护的速断电流应按躲过低压母线三相短路电流周期分量有效值来整定。 变压器电流速断保护的灵敏度，按其保护装置安装处（高压侧）在系统最小运行方式下发生两相短路的短路电流来检验，要求其灵敏Sp1.52。 变压器的电流速断保护也有保护不到的“死区”。弥补死区的措施，也是配备带时限的过电流保护。考虑变压器在空载投入或突然恢复电压时将出现一个冲击性的励磁涌流（可高达变压器额定一次电流的810倍），为了防止电流速断保护误动作，可在速断保护整定后，将变压器空载试投若干次，以检查速断保护是否误动作。,c)变压器的过负荷保护 变压器的过负荷保护，其组成、原理也与前面所讲线路的过负荷保护完全相同。 变压器的过负荷保护动作电流的整定计算公式也与线路的过负荷保护基本相同，只是式(6-23)中的I30应取为变压器的额定一次电流I1N.T。其动作时间也取为1015s。 如图是变压器的定限过电流保护、电流速断保护和过负荷保护的综合电路图。,图17 变压器的定限过电流保护、电流速断保护和过负荷保护的综合电路图,三、变压器低压侧的单相短路保护 低压侧的单 相短路保护，可采取下列措施之一：1.低压侧装设三相均带过流脱扣器的低压断路器保护2.低压侧三相装设熔断器保护3.在变压器低压侧中性点引出线上装设零序电流保护如图所示：,图18 变压器低压侧中性点引出线上装设零序电流保护图,这种零序电流保护的动作电流Iop(0)按躲过变压器低压侧最大不平衡电流来整定，其整定计算公式为式中，I2N.T为变压器的额定二次电流；Kdsq为不平衡系数，一般取为0.25；Krel为可靠系数，可取1.3；Ki为零序电流互感器的变流比。 零序电流保护的动作时间一般取0.50.7s。 零序电流保护的灵敏度，按低压干线末端发生单相短路来检验。对架空线，Sp1.5；对电缆线，Sp1.25。 采用这种零序电流保护，灵敏度较高，但投资较多，故一般企业中较少采用。,4.采用两相三继电器结线或三相三继电器结线的过电流保护 这两种结线既实现相间短路保护，又能实现对变压器低压侧的单相短路的保护，且保护灵敏度比较高。 这里必须指出，通常作为变压器过电流保护的两相两继电器结线和两相一继电器结线均不宜作为低压单相短路的保护。下面分别进行简单的分析：,采用两相两继电器式过电流保护的变压器的低压侧单相短路时的电流分布。如图，设未装电流互感器的B相所对应的低压侧b相发生单 相短路时，低压侧b相的单 相短路电流 按“对称分量法”可分解正序 ，负序 ,零序 。由此可绘出变压器低压侧各相电流的正序、负序和零序的相量图，如图所示。低压侧正序电流和负序电流通过三相三芯柱变压器都要感应到高压侧去，但低压侧的零序电流 、 、 都是同相的，它们产生的零序磁通在三相三芯变压器铁芯内不可能闭合，因而不可能与高压绕组相交链，高压绕组也就不可能有零序分量。所以变压器高压侧各相电流只有正序分量和负序分量的迭加。由以上分析可知，当低压侧b相发生单相短路时，在变压器高压侧两相两继电器结线的继电器中只反应1/3的单相短路电流，灵敏度很低，因此这种结线不适于作低压侧的单相短路保护。,图19 两相两继电器式过电流保护的变压器的低压侧单相短路时的电流分布图,2、采用两相一继电器过电流保护的变压器在低压侧单相短路时的电流分布 如图所示，当未装电流互感器的那一相所对应的低压相发生单相短路时，高压侧的继电器中根本无电流通过，即根本不反应低压侧的单相短路电流，因此这种结线不能作低压侧的单相短路保护。,图20 两相一继电器过电流保护的变压器在低压侧单相短路时的电流分布图,四、变压器的纵联差动保护 差动保护分纵联差动和横联差动两种形式，纵联差动保护用于单回路，横联差动保护用于双回路。差动保护利用故障时产生的不平衡电流来动作，保护灵敏度很高，而且动作迅速。按GB500621992规定，10000kVA及以上的单独运行变压器和6300kVA及以上的并列运行变压器，应装设纵联差动保护；6300kVA及以下单独运行的重要变压器，也可装设纵联差动保护。当电流速断保护灵敏度不符合要求时，亦宜装设纵联差动保护。,（一）变压器纵联差动保护的基本原理 变压器的纵联差动保护，主要用来保护变压器内部以及引出线和绝缘套管的相间短路，并且也可用来保护变压器内的匝间短路，并且也可用来保护变压器内的匝间短路，其保护区在变压器一、二次侧所装电流互感器之间。（二）变压器纵联差动保护中的不平衡电流及其减小措施 变压器纵联差动保护是利用保护区内发生短路故障时变压器两侧电流在差动回路内引起的不平衡电流Idsp而动作的一种保护。,不平衡电流产生的原因及其减小或消除的措施。 1.由变压器结线而引起的不平衡电流及其消除措施 企业总降压变电所的主变压器通常采用Yd11联结组，这就造成变压器两侧电流有30的相位差。因此，虽然可以通过恰当地选择变压器两侧电流互感器的变流比，使互感器二次电流I2相等，但由于两互感器二次电流之间也存在30的相位差，因此差动回路中仍然有相当大的不平衡电流Idsp=0.268I2。为了消除差动回路中的这一不平衡电流Idsp，因此将装设在变压器星形联结一侧的电流互感器接成三角形联结，而装设在变压器三角形联结一侧的电流互感器接成星形联结。这样即可消除差动回路中因变压器两侧电流相位不同而引起的不平衡电流。,2.由两侧电流互感器变流比选择而引起的不平衡电流及其消除措施 由于变压器的电压比和电流互感器的变流比各有标准，不太可能完全配合恰当，从而差动保护两边的电流也不太可能完全相等，这就必然在差动回路中产生不平衡电流。为了消除这一不平衡电流，可在互感器二次回路装设自耦电流互感器进行调节，或利用速饱和电流互感器中的或专门的差动继电器中的平衡线圈来实现平衡，消除不平衡电流。 3.由变压器励磁涌流引起的不平衡电流及其减小措施 由于变压器在空载时投入产生的励磁涌流只通过变压器一次绕组而二次绕组无电流，从而在差动回路中产生相当大的不平衡电流。这可通过在差动回路中接入速饱和电流互感器，继电器接在速饱和电流互感器的二次侧，以减少励磁涌流对差动保护的影响。,（三）变压器纵联差动保护动作电流的整定 变压器纵联差动保护的动作电流Iop(d)，应满足以下三个条件：应躲过变压器差动保护区外短路时出现的最大不平衡电流Idsq.max，即 Iop(d)=KrelIdsq.max式中，Krel为可靠系数，可取1.3。应躲过变压器励磁涌流，即 Iop(d)=KrelI1N.T式中，I1N.T为变压器额定一次电流；Krel为可靠系数，可取1.31.5。在电流互感器二次回路断线且变压器处于最大负荷时，差动保护不应误动作，因此 Iop(d)=KrelIL.max式中，IL.max为最大负荷电流，取(1.21.3)I1N.T；Krel为可靠系数，取1.3。,五、变压器的瓦斯保护 瓦斯保护是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的继电保护装置。按GB500621992规定，800kVA及以上的一般场所油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。瓦斯保护的基本元件是瓦斯继电器（又称“气体继电器”）。它装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上，如实物所示。(一)瓦斯继电器的结构和工作原理,（二）变压器瓦斯保护的结线 下图是油浸式变压器瓦斯保护的结线图 当变压器内部发生轻微故障（轻瓦斯）时，瓦斯继电器KG的上触点KG1-2闭合，动作于报警信号。当变压器内部发生严重故障（重瓦斯）时，KG的下触点KG3-4闭合，通常是经中间继电器KM动作于断路器QF的跳闸机构YR，同时通过信号继电器KS发出跳闸信号。但是KG3-4闭合，也可以利用切换片XB切换位置，串接限流电阻R，只动作于报警信号。,图21 油浸式变压器瓦斯保护的结线图,（三）变压器瓦斯保护动作后的故障分析 变压器瓦斯保护动作后，可由蓄积于瓦斯继电器内的气体性质来分析和判断故障的原因及处理要求。,第五节 供配电系统和建筑物的防雷保护一、过电压及雷电的有关概念（一）过电压的形式 过电压是指在电气线路或电气设备上出现的超过正常工作要求的电压。 1、部过电压 内部过电是由于电力系统本身的开关操作发生故障或其他原因使系统的工作状态突然改变 从而在系统内部出现电磁振荡而引起的过电压。 内部过电压分操作过电压和谐振过电压等形式。操作过电压是由于系统的开关操作、负荷骤变或由于故障而出现断续性电弧而引起的过电压。谐振过电压是由于系统中的电路参数（R、L、C）在不利组合时发生谐振而引起的过电压，包括电力变压器铁芯饱和而引起的铁磁谐振过电压。,2、雷电过电压 雷电过电压又称外部过电压或大气过电压,是由于电力系统的设备或建(构)筑物遭受来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。雷电过电压有两种基本形式: (1) 直接雷击 其过电压引起强大的雷电流通过这些物体放电入地,从而产生破坏性极大的热效应和机械效应,相伴的还有电磁效应和闪络放电。 (2) 间接雷击 这种雷电过电压称为 “感应过电压” 或 “感应雷”。 据统计,电力系统中由于雷电侵入波而造成的雷害事故,占整个雷害事故的50%70%,比例很大,因此对雷电波侵入的防护应予足够的重视。,（二）雷电的形成及有关概念 雷电是带有电荷的 “雷云” 之间或 “雷云” 对大地或物体之间产生急剧放电的一种自然现象。 当雷云与大地之间在某一方位的电场强度达到2530KV/cm时,雷云就会开始向这一方位放电,形成一个导电的空气通道,称为 “雷电先导”.大地的异性电荷集中的上述方位尖端上方, 也形成一个上行的 “迎雷先导”, 当雷电先导和迎电先导相互接近,正负电荷强烈吸引中和而产生强大的 “雷电流”,并相伴雷鸣电闪,这就是直击雷的 “主放电阶段”.这时间极短. 主放电阶段之后,雷云中的剩余电荷继续沿主放电通道向大地放电,形成继续的隆隆雷声,这就是直击雷的 “余辉放电阶段”. 电流较小。雷电先导在主放电阶段前与地面上雷击对象之间的最小空间距离,称为 “闪击距离”,简称 “击距”。雷电的击距,与雷电流的幅值和陡度有关。确定直击雷防护范围的 “滚球半径” 大小,就与闪击距离有关。,架空线路在附近出现对地雷击时极易产生感应过电压。当云出现在架空线路上方时,线路上由于静电感应而积聚大量异性的束缚电荷，如图所示。当雷云对其他地方放电后，线路上的束缚电荷被释放而形成自由电荷，向路线两端泄放，形成电位很高的过电压，如图所示。高压线路上的感应过电压，可达几十万伏， 对供电系统和建筑物的危害很大。 由于雷电流具有很大的幅值和陡度，因此可在其周围产生强大的电磁场。 为了防止雷电流电磁感应引起的危险过电压，应用跨接导体或用焊接将开口金属环连成闭合回路后接地。,图22 线路上由于静电感应而积聚大量异性的束缚电荷,雷电的几个名词概念:（1）雷电流的幅值和陡度 雷电流是一个幅值很大、陡度很高的冲击波电流。（2）年平均雷暴日数 年平均雷暴日数不超过15天的地区，称为 “少雷区”。年平均雷暴日数超过40天的地区，称为 “多雷区”。年平均雷暴日数越多，说明该地区雷电活动越频繁，因此防雷要求也越高, 防雷措施就更需加强。（3）年预计雷击次数 按GB500571994建筑物防雷设计规范规定, 年预计雷击次数按下式计算:N=0.02KTa1.3AeK为校正系数,在一般情况下取1,在下列情况下应取相应数值，如位于旷野孤立的建筑物取2，金属屋面的砖木结构建筑物取1.7，位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处、地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物取1.5。,二、接闪器及其保护范围 接闪器就是专门用来接受直接雷击(雷电闪击)的金属物体。接闪的金属杆称为 “避雷针”。接闪的金属线称为 “避雷线” 或 “架空地线”。接闪的金属带称为 “闭雷带”。接闪的金属网称为 “闭雷网”。（1）避雷针及其保护范围 避雷针一般采用镀锌圆钢(针长1m以下时直径不小于12，针长12m时直径不小于16)或镀锌钢管(针长1m以下时内径不小于20，针长12m时内径不小于25)制成。它通常安装在电杆(支柱)或构架、建筑物上。它的下端要经引下线与接地装置连接。 避雷针的保护范围，以它能防护直接雷击的空间来表示。 新颁国家标准GB500571994建筑物防雷设计规范则规定采用IEC推荐的 “滚球法” 来确定。,所谓 “滚球法” 就是选择一个半径为hr (滚球半径)的球体,沿需要防护直击雷的部位滚动。如果球体只接触到避雷针(线)或避雷针(线)与地面，而不触及需要保护的部位，则该部位就在避雷针(线)的保护范围之内。 单只避雷针的保护范围，按GB500571994规定，应按下列方法确定:,(1) 当避雷针高度hhr时, 1）距地面hr处画一平行于地面的平行线.2）以避雷针的针尖为圆心, 以hr为半径, 作弧线交于平行线的A、B两点.3）以A、B为圆心,为半hr径作弧线, 该弧线与针尖相交并与地面相切。从该弧线起到地面上的整个锥行空间，就是避雷针的保护范围。避雷针在被保护物高度hx的xx，平面上的保护半径。按表确定(据GB500571994)。表按建筑物防雷类别确定滚球半径和避雷网格尺寸,（1）避雷针在地面上的保护半径, 按下式计算:（2）当避雷针高度hhr时 在避雷针上取高度hr的一点代替单只避雷针的针尖作圆心，其余的作法与hhr的作法相同。关于两只及多只避雷针的保护范围，可参看GB500571994或有关设计手册，此略。,（二）避雷线及其保护范围 避雷线一般采用截面不小于35mm2的镀锌钢绞线，架设在架空线路的上边，以保护架空线路或其他物体(包括建筑物)免遭直接雷击。由于避雷线既是架空，又要接地，因此又称为 “架空地线”。 避雷线的功能与避雷针基本相同，本质上也是引雷作用。单根避雷线的保护范围, 按GB500571994规定，当避雷线的高度h2hr时，无保护范围。当避雷线的高度h2hr时，应按下列方法确定(参看图)：,1）距地面hr处画一平行于地面的平行线。2）以避雷线为圆心， hr为半径，作弧线交于平行线的A、B两点。3）以A、B为圆心, hr为半径作弧线，该两弧线相交或相切，并于地面相切。从该弧线起到地面上的空间就是其保护范围。,图23 当避雷线的高度h2hr时避雷线及其保护范围,4）2hrhhr时, 保护范围最高点的高度h0=2hrh5）雷线在被保护物高度hx的xx，平面上的保护宽度, 按下式计算： 式中, h为避雷线的高度。必须注意，确定避雷线的高度时, 应计其弧垂的影响；在无法确定弧垂时，等高支柱间的档距小于120m，避雷线中点的弧垂宜采用2m，档距为120150m时宜采用3m。 关于两根等高避雷线的保护范围，可参看GB500571994或有关设计手册, 此略。,（三）避雷带和避雷网 避雷带和避雷网主要用来保护高层建筑物免遭直击雷和感应雷。避雷带和避雷宜采用圆钢和扁钢,优先采用圆钢。圆钢直径应不小于8mm；扁钢截面应不小于48mm2，其厚度应不小于4mm。当烟囱上采用避雷环时，其圆钢直径应不小于12mm； 扁钢截面应不小于100 mm2，其厚度应不小于4mm。避雷网的网格尺寸要求如前面表所示。 以上各接闪器应经引下线与接地装置连接。引下线宜采用圆钢或扁钢，优先采用圆钢，其尺寸要求与避雷带(网)采用的相同。引下线应沿建筑物外墙明敷，并经最短的路径接地，建筑艺术要求较高者可暗敷，但其圆钢直径应不小于10mm，扁钢截面应不小于80 mm2。,三、供配电系统的防雷保护 架空线路的防雷措施（1）架设避雷线 这是架空线路防雷的有效措施, 但造价高, 因此只在66kV及以上的架空线路才沿全线装设。35kV的架空线路上, 一般只在进出变配电所的一段线上装设。而10kV及以下线路上一般不装设避雷线。（2）提高线路本身的绝缘水平 在架空线路上, 可采用木横担、瓷横担或高一电压级的绝缘子, 以提高线路本身的防雷水平。 （3）利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线 由于310kV的线路是中性点不接地的系统, 因此可在三角排列的顶线绝缘子上装设保护间隙， 如图所示。在出现雷电过电压时, 顶线绝缘子上的保护间隙被击穿，通过接地引下线对地释放雷电流，从而保护了下面的两根导线，也不会引起线路断路器跳闸。,（4）装设自动重合闸装置 在断路器跳闸后, 电弧即自行熄灭,. 如果线路装设自动重合闸装置(ARD), 使断路器经0.5s或稍长一点时间后自动合闸, 电弧通常不会复燃, 从而能恢复供电