课题7 断电保护及二次系统 7.1 继电保护的基本知识 7.2 线路的继电保护 7.3 电力变压器的继电保护 7.4 二次系统接线图

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1 课题7 断电保护及二次系统 7.1 继电保护的基本知识 7.2 线路的继电保护 7.3 电力变压器的继电保护 7.4 二次系统接线图
课题7 断电保护及二次系统 7.1 继电保护的基本知识 7.2 线路的继电保护 7.3 电力变压器的继电保护 7.4 二次系统接线图 7.5 中央信号系统 7.6 断路器控制回路及信号系统 7.7 绝缘监察装置和电气测量仪表 7.8 备用电源自动投入装置

2 7.1 继电保护的基本知识 7.1.1 继电保护的任务和要求 1.继电保护的任务
7.1 继电保护的基本知识 继电保护的任务和要求 1.继电保护的任务 　　为保证供配电系统的安全运行，避免过负荷和短路引起的过电流对系统的影响，在供配电系统中要装有不同类型的过电流保护装置。常用的过电流保护装置有熔断器保护、低压断路器保护和继电保护。其中继电保护广泛应用于高压供配电系统中，其保护功能很多，而且是实现供配电自动化的基础。

3 　　继电保护装置是指能反映供配电系统中电气设备发生的故障或不正常工作状态，并能动作于断路器跳闸或起动信号装置发出预报信号的一种自动装置。
　　继电保护的主要任务如下： 　　（1） 自动、迅速、有选择性地将故障元件从供配电系统切除，使其他非故障部分迅速恢复正常供电；

4 　　（2） 能正确反映电气设备的不正常运行状态，发出预报信号，以便操作人员采取措施，恢复电气设备正常工作；
　　（3） 与供配电系统的自动装置（如自动重合闸装置、备用电源自动投入装置等）配合，提高供电系统的运行可靠性。 　　建筑供配电系统继电保护的特点是简单、有效、可靠，且有较强的抗干扰能力。

5 2.对继电保护的基本要求 　　继电保护的设计应以合理的运行方式和可能的故障类型为依据，并应满足选择性、速动性、可靠性、灵敏性四项基本要求。 (1) 选择性 　　选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障。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影响。保护装置这种能挑选故障元件的能力称为保护的选择性。

6 (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，要求继电保护装置在发生故障时尽快动作并将故障切除。快速地切除故障部分可以防止故障扩大，减轻故障电流对电气设备的损坏程度，加快供电系统电压的恢复，提高供电系统运行的可靠性。

7 (3) 可靠性 　　可靠性是指保护装置应该动作时动作，不应该动作时不动作。为保证可靠性，宜选用尽可能简单的保护方式，采用可靠的元件和尽可能简单的回路构成性能良好的装置，并应有必要的检测、闭锁和双重化等措施。保护装置应便于整定、调试和运行维护。

8 (4) 灵敏性 　　灵敏性是指继电保护在其保护范围内对发生故障或不正常工作状态时的反应能力。 　　过电流保护的灵敏度SP用其保护区内在电力系统为最小运行方式时的最小短路电流Ik，min与保护装置一次动作电流（即保护装置动作电流换算到一次电路的值）IOP，1的比值来表示，即 　　　　SP=Ik，min/IOP，1

9 　　对不同作用的保护装置和被保护设备，所要求的灵敏度是不同的，在《电力装置的继电保护和自动装置设计技术规范》(GB 50062—1992)中都有规定。
　　另外,上述介绍的四项基本要求对于一个具体的保护装置不一定都是同等重要的，而应有所侧重。例如，电力变压器是供配电系统中最关键的设备，对其保护装置的灵敏度要求较高；而对一般电力线路的保护装置，就要求其选择性较高。

10 继电保护的基本原理 　　电力系统发生故障时会引起电流的增加、电压的降低以及电流与电压间相位的变化，因此，电力系统中所采用的各种继电保护大多数是利用故障时物理量与正常运行时物理量的差别来构成的，例如，反映电流增大的过电流保护、反映电压降低（或升高）的低电压（或过电压）保护等。

11 　　继电保护原理结构方框图如图7.1所示。它由三部分组成：（1） 测量部分——用来测量被保护设备输入的有关信号（电流、电压）等，并和已给定的整定值进行比较判断是否应该起动；（2） 逻辑部分——根据测量部分各输出量的大小、性质及其组合或输出顺序，使保护装置按照一定的逻辑程序工作，并将信号传输给执行部分；（3） 执行部分——根据逻辑部分传输的信号，最后完成保护装置所负担的任务，给出跳闸或信号脉冲。

12 图7. 2为线路过电流保护基本原理示意图，用以说明继电保护的组成和基本原理。在图7
　　图7.2为线路过电流保护基本原理示意图，用以说明继电保护的组成和基本原理。在图7.2 中，电流继电器KA的线圈接于被保护线路电流互感器TA的二次回路，即保护的测量回路，它监视被保护线路的运行状态，测量线路中电流的大小。在正常运行情况下，当线路中通过最大负荷电流时，继电器不动作；当被保护线路K点发生短路时，线路上的电流突然增大，电流互感器TA二次侧的电流也按变比相应增大，当通过电流继电器KA的电流大于其整定值时，继电器立即动

13 作，触点闭合，接通逻辑电路中时间继电器KT的线圈回路，时间继电器起动并根据短路故障持续的时间作出保护动作的逻辑判断，时间继电器KT动作，其延时触点闭合，接通执行回路中的信号继电器KS和断路器QF的跳闸线圈回路，使断路器跳闸，切除短路故障。

14 图7.1　继电保护原理结构方框图

15 图7.2　线路过电流保护基本原理示意图

16 断电器的构成和分类 1．继电器的作用 　　继电器是一种在其输入的物理量（电气量或非电气量）达到规定值时，其电气输出电路被接通或分断的自动电器。 　　继电器一般由感受元件、比较元件和执行元件三个主要部分组成。 　　（1） 感受元件　将感受到的物理量（如电流、电压）的变化情况综合后送到比较元件。

17 　　（2） 比较元件　　将感受元件送来的物理量与预先给定的物理量（整定值）相比较，根据比较的结果向执行元件发出指令。
　　（3） 执行元件　　根据来自比较元件的指令自动完成继电器所担负的任务，例如向断路器发出跳闸脉冲或进行其他操作。

18 2．继电器的分类 　　继电器的种类很多，目前一般分类方法如下： 　　（1） 按继电器动作和构成原理可分为电磁型、感应型、整流型、极化型、半导体型、热力型等继电器。 　　（2） 按照继电器反映物理量的性质可分为电流、电压、时间、信号、功率、方向、阻抗、频率等继电器。

19 　　继电器又可分为反映电气量增加和反映电气量减少两大类。前者为过量继电器，如过电流继电器等；后者为欠量继电器，如欠电压继电器等。
　　除此之外，还有一类反映非电气量参数而动作的继电器，如气体（瓦斯）继电器、温度继电器等。

20 3．继电器的表示方法 　　我国继电器型号的编制是以汉语拼音字母表示的，由动作原理代号、主要功能代号、设计序号及主要规格代号所组成，其表示形式如下：

21 　　继电器的动作原理和主要功能代号如表7.1（见P178）所示。设计序号及主要规格用阿拉伯数字表示，继电器的主要规格代号常用来表示触点的形式及数量。例如，DL－11/10表示电磁型电流继电器，其中第一个数字“1”表示设计序号（10系列），第二个“1”表示有一对动合触点，“10”表示最大动作电流为10 A。

22 4．常用继电器 　　35 kV及以下电力网中的电力线路和电气设备继电保护装置（包括供电系统），除了日渐推广的微机保护外，仍大量采用电磁型和感应型继电器。下面重点介绍几种反映单一电气量的电磁型继电器的结构、原理及特性。

23 （1） 电磁式电流继电器 　　电磁式电流继电器在继电保护装置中作为起动元件，图7.3为DL系列电磁式电流继电器的内部结构和内部接线图。 　　电磁式电流继电器的工作原理如下：当线圈2通过电流IKA时，电磁力矩M1试图使可动舌片3向顺时针方向旋转。在正常工作时，由于IKA较小，其所产生的电磁力矩不足以克服弹簧4的反抗力矩M2，故舌片3不会转动，不会带动可动触点5与静触点6闭合；在短路故障时，IKA将大大增加，M1＞M2，使舌片3转动，带动可动触点5与静触点6接触而使其闭合。

24 　　能使过电流继电器刚好动作并使触点闭合的电流IKA值称为该继电器的动作电流，用IOP表示。在继电器动作后，逐渐减小IKA。当继电器刚好返回到原始位置时所对应的IKA值称为返回电流，用Ire表示。上述定义还可以说成，使继电器常开接点闭合的最小电流称为动作电流IOP；使继电器闭合的常开触点断开的最大电流称为返回电流Ire。继电器的返回电流Ire与其动作电流IOP的比值称为返回系数Kre（其值一般小于1），即 　　Kre＝Ire/IOP

25 (2) 电磁式电压继电器 　　电磁式电压继电器的结构、工作原理与电磁式电流继电器基本相同。不同之处是：电压继电器的线圈是电压线圈，其匝数多而线径细；而电流继电器的线圈为电流线圈，其匝数少而线径粗。 　　电磁式电压继电器有过电压和欠电压两大类，其中欠电压继电器在工厂供电系统应用较多。

26 　　类似过电流继电器，欠电压继电器的动作电压UOP是使其动作的最大电压，而它的返回电压Ure是使其返回的最小电压，返回系数Kre＝Ure/UOP。由于欠电压继电器的返回电压Ure大于动作电压UOP，所以其返回系数Kre>1，一般为1～1.2。

27 (3) 电磁式时间继电器 　　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。 　　DS系列电磁式时间继电器的内部结构如图7.4所示，主要由电磁机构和钟表延时机构两部分组成，电磁机构主要起锁住和释放钟表延时机构作用，钟表延时机构起准确延时作用。时间继电器的线圈按短时工作设计。

28 (4) 电磁式中间继电器 　　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（0.4～0.8 s），或者通过继电器的自保持以适应保护装置的需要。 　　中间继电器的工作原理一般按电磁原理构成，图7.5为DZ系列电磁式中间继电器结构图。

29 (5) 电磁式信号继电器 　　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。信号继电器一般按电磁原理构成，继电器的电磁起动机构采用吸引衔铁式，由直流电源供电。DX系列信号继电器的结构如图7.6所示。在正常情况下，继电器线圈中没有电流通过，信号继电器在正常位置。当继电器线圈中有电流流过时，信号牌落下或凸出，指示信号继电器掉牌。为了便于分析故障的原因，要求信号指示不能随电气量的消失而消失。因此，信号继电器须设计为手动复归式。

30 信号继电器可分为串联信号继电器（电流信号继电器）和并联信号继电器（电压信号继电器），其接线方式如图7
　　信号继电器可分为串联信号继电器（电流信号继电器）和并联信号继电器（电压信号继电器），其接线方式如图7.7所示。实际使用时，一般采用电流型信号继电器。

31 图7.3 DL系列电磁式电流继电器的内部结构和内部接线图
（a） 内部结构图；（b） 内部接线图

32 图7.4　DS－100系列时间继电器的内部结构图

33 图7.5　DZ－10系列中间继电器结构图

34 图7.6　DX－11型信号继电器的结构图

35 （a） 串联信号继电器；（b） 并联信号继电器
图7.7　信号继电器的接线方式 （a） 串联信号继电器；（b） 并联信号继电器

36 7.2 线路的继电保护 　　在供电线路上发生短路故障时，其重要特征是电流增加和电压降低，根据这两个特征可以构成电流、电压保护。反映电流突然增大使继电器动作而构成的保护装置称为过电流保护，主要包括带时限过电流保护和电流速断保护。电压保护主要是低电压保护，当发生短路时，保护装置安装处母线残余电压低于低电压保护的整定值时发出保护动作。电压保护一般很少单独采用，多数情况下是与电流保护配合使用，例如低电压闭锁过电流保护。

37 额定电压 1．三相完全星形接线 　　三相完全星形接线方式又称三相三继电器式接线，如图7.8（a）所示。它是用三台电流互感器与三只继电器对应连接的，这样，不论发生任何类型的短路故障，流过继电器线圈中的电流U、V、W总是与电流互感器一次U、V、W电流成比例。 　　三相完全星形接线方式对各种短路故障如三相短路、两相短路、单相接地短路都能起到保护作用，而且具有相同的灵敏度。在各种短路时电流相量如图7.8（b）、（c）、（d）所示。当发生

38 三相短路时，各相电流互感器二次侧通过二次变换的短路电流分别通过三只电流继电器的线圈，使之动作；而当两相或单相接地短路时，与短路相对应的两只或一只电流继电器动作。
　　为了表征流入继电器的电流IKA与电流互感器二次侧电流ITA之间的关系，在这里引入接线系数KW的概念。所谓接线系数，是指流入继电器的电流IKA与电流互感器二次电流ITA的比值，即 　　KW＝IKA/ITA 。

39 2．两相不完全星形接线 　　两相不完全星形接线方式又称两相两继电器式接线，如图7.9所示。它是在U、W两相装有电流互感器，分别与两只电流继电器相连接。与三相完全星形接线方式的差别是在V相上没有装电流互感器和继电器。 　　两相不完全星形接线方式对各种相间短路都能起到保护作用，但V相接地短路故障时不反应。因此，该接线方式不能用于单相接地保护装置，适用于6～10 kV中性点不接地的供电系统中作为相间短路保护装置的接线。该接线方式的接线系数在正常工作和相间短路时均为1。

40 3.两相电流差接线 　　两相电流差接线方式又称两相一继电器式接线，如图7.10（a）所示。它由两只电流互感器和一只电流继电器组成。正常工作时，流入继电器的电流IKA为 　　|IKA|=|IU-IW|=√3IU=√3IW 　　即流入继电器的电流是U相和W相电流的相量差，其数值是电流互感器二次电流的√ 3倍。

41 两相电流差接线方式能够反映各种相间短路。发生各种类型的相间短路时，短路电流的相量如图7
　　两相电流差接线方式能够反映各种相间短路。发生各种类型的相间短路时，短路电流的相量如图7.10（b）、（c）、（d）所示。由相量图可知，不同的相间短路流入继电器的电流与电流互感器二次侧电流的比值是不相同的，即其接线系数KW是不一样的，因而其灵敏度也是不一样的。 　　(1) 发生三相短路时，流入继电器KA的电流IKA是ITA的√ 3倍，即K（3）W=√3。

42 　　(2) 当U、W两相（均装有TA）短路时，由于两相短路电流大小相等，相位差180°，所以IKA是ITA的2倍，即K(U,W)W=2。
　　(3) 当U、V两相或V、W两相（V相未装TA）短路时，由于只有U相或W相TA反映短路电流，而且直接流入KA，因此K(U,V)W=K（V,W）W=1。 　　从以上电流互感器三种基本接线方式分析可知，采用三相完全星形接线的保护装置可以反映各种短路故障，其缺点是需要三个电流互感器与三个继电器，因而不够经济。

43 （a） 完全星形接线;（b） 三相短路;（c） U、V两相短路;
图7.8 完全星形接线及各种短路时电流相量图 （a） 完全星形接线;（b） 三相短路;（c） U、V两相短路; （d） U相接地短路

44 图7.9　不完全星形接线

45 （c） U、V两相短路;（d） U相接地短路
图7.10　两相电流差接线及各种短路时电流相量图 （a） 接线电路图;（b） 三相短路; （c） U、V两相短路;（d） U相接地短路

46 （c） U、V两相短路;（d） U相接地短路
图7.10　两相电流差接线及各种短路时电流相量图 （a） 接线电路图;（b） 三相短路; （c） U、V两相短路;（d） U相接地短路

47 带时限的过电流保护 　　在供电系统中，当被保护线路发生短路时，继电保护装置动作，并以动作时间来保证选择性，带时限过电流保护就是这样的保护装置。带时限过电流保护，按其动作时间特性分为定时限过电流保护和反时限过电流保护两种。所谓定时限，是指保护装置的动作时间是恒定的，与短路电流大小无关。所谓反时限，是指保护装置的动作时间与短路电流大小（反映到继电器中的电流）成反比关系。

48 1.定时限过电流保护的动作原理 　　图7.11为单端供电线路的定时限过电流保护配置示意图。 　　图中过电流保护装置1、2、3分别装设在线路WL1、WL2、WL3的电源侧，每套保护装置主要保护本段线路和由该段线路直接供电的变电所母线。假设在线路WL3上的k-1点发生相间短路，短路电流将由电源经过线路WL1、WL2、WL3流到短路点k-1。

49 　　如果短路电流大于保护装置1、2、3的动作电流时，则三套保护将同时起动。根据选择性的要求，应该是距离故障点k-1最近的保护装置3动作，使断路器QF3跳闸。为此，需经延时来保证选择性，也就是使保护装置3的动作时间t3小于保护装置2和保护装置1的动作时间t2和t1，这样，当k-1点短路时，保护装置3首先以较短的延时t3动作于QF3跳闸。QF3跳闸后，短路电流消失，保护装置2和1还来不及使QF2和QF1跳闸就返回到正常位置。

50 　　同理，当线路WL2上的k-2点发生相间短路时，为了保证选择性，保护装置2的动作时间t2应小于保护装置1的动作时间t1。因此，为了保证单端供电线路过电流保护动作的选择性，保护装置的动作时间必须满足以下条件： 　　t1>t2>t3 　　t2=t3+Δt 　　t1=t2+Δt=t3+2Δt 　　这种选择保护装置动作时间的方法称为时间阶梯原则。

51 2.定时限过电流保护的组成接线 　　定时限过电流保护一般是由两个主要元件组成的，即起动元件和延时元件。起动元件即电流继电器，当被保护线路发生短路故障，短路电流增加到电流继电器的动作电流时，电流继电器立即起动。延时元件即时间继电器，用以建立适当的延时，保证保护动作的选择性。 　　图7.12为两相两继电器式定时限过电流保护原理电路图。在正常情况下电流继电器KA1、KA2和时间继电器KT的触点是断开的。当k-1点

52 发生短路故障时，短路电流经电流互感器TA流入电流继电器KA1、KA2，如果短路电流大于其整定值时便起动，并通过其触点将时间继电器KT的线圈回路接通，时间继电器开始动作。经过整定的延时后，其触点闭合，并起动信号继电器KS发出信号，出口中间继电器KM接通断路器跳闸线圈YR，使QF断路器跳闸，切除短路故障。由上述动作过程可知，保护装置的动作时间是恒定的，因此，称这种保护装置为定时限过电流保护。

53 3.定时限过电流保护的整定原则 　　以图7.13为例来说明定时限过电流保护的整定原则。 （1） 动作电流整定 　　保护相间短路的定时限过电流保护，动作电流整定必须满足以下两个条件： 　　① 线路输送最大负荷电流时保护装置不应起动，动作电流必须躲过(大于）最大负荷电流，以免在最大负荷电流通过时保护装置误动作，即 　　IOP(1)＞IL，max

54 ② 保护装置在外部短路被切除后，应能可靠地返回。如图7
　　② 保护装置在外部短路被切除后，应能可靠地返回。如图7.13所示，当k-1点发生短路时，保护装置1和2的电流继电器都动作，根据选择性的要求，保护装置2的时限比保护装置1的小，所以保护装置2首先动作于断路器，使之跳闸。这时，短路电流消失，但线路WL1上仍接有负荷，保护装置1仍通过较大的负荷电流。此时要求保护装置1已动作的电流继电器可靠返回，因此，保护装置1的返回电流应大于最大负荷电流，即 　　Ire（1）＞IL，max

55 　　由于保护装置的返回电流小于动作电流，所以其返回系数Kre＜1，即
　　Kre=Ire(1)/IOP(1)<1 　　因此动作电流应按第二个条件来整定，即 　　Ire(1)=KCOIL，max 　　将式(7.9)代入式(7.8)，得保护装置一次侧动作过电流为 　　IOP(1)=KCOIL，max/Kre

56 　　考虑了接线系数KW和电流互感器的变比KTA以后，过电流保护装置的二次动作电流为
　　IOP=KCOKW/(KreKTA)IL，max

57 （2） 灵敏度校验 　　按式(7.11)确定的动作电流，在线路出现最大负荷电流时不会发生误动作。但当线路发生各种短路故障时，保护装置都必须准确动作，即要求流过保护装置的最小短路电流必须大于其动作电流。能否满足这项要求，需要进行灵敏度校验。具体校验方法分两种情况进行:

58 　　① 过电流保护作为本段线路的近后备保护时，灵敏度校验点设在被保护线路末端，其灵敏度应满足
　　SP=KW/(KTAIOP)I(2)k，min≥1.5 　　② 过电流保护作为相间线路的远后备保护时，其校验点设在相间线路末端，其灵敏度应满足 　　SP=KW/(KTAIOP)I(2)k,min≥1.2

59 （3） 动作时限的整定 　　在图7.13中，设被保护线路WL1、WL2、WL3、WL4、WL5上分别装有定时限过电流保护。 　　当k-1点发生短路时，短路电流由电源经WL1、WL2、WL3流向短路点k-1；当k-2点发生短路时，短路电流由电源经WL1、WL4流向短路点k-2。为了保证选择性，继电保护应该作用于距短路点最近的断路器跳闸，为此，其时限的配合应从距电源最远的保护装置开始，即在图7.13中应从变电所C的保护装置3和5开始。

60 在通常情况下，这些保护装置都有一定的延时t3和t5，以保证用电设备发生故障时有选择性地动作。装在变电所B的保护装置2，其延时应比变电所C的保护装置3和保护装置5的延时t3和t5大一个时限级差Δt，假定t3＞t5，则t2＞t3+Δt；同理，变电所A的保护装置1，其延时t1也应比变电所B各出线的最大延时大一个时限级差Δt。如t4＞t2，则t1＞t4＋Δt。

61 　　总之，定时限过电流保护的动作时限应该比下一段母线各条线路上的过电流保护中最大的动作时限大一个时限级差Δt。所以，在一般情况下，对n段线路保护的延时可按下式选择:
　　tn-1=tn，max+Δt 　　Δt不能取得太小，其值应保证电力网任一段线路短路时上一段线路的保护不应误动作。然而，为了降低整个电力网的时限水平，Δt应尽量取小，否则靠近电源侧的保护动作时限太长。考虑上述两个因素，一般情况下DL型继电器取Δt＝0.5 s，GL型继电器取Δt＝0.6～0.7 s。

62 　　由图7.13可见，放射形电力网定时限过电流保护的动作时限是按照从负荷侧向电源侧逐级增加的整定原则，恰似阶梯一样，故称为时限阶梯原则。

63 【例7.1】在图7.14所示的无限大容量供电系统中，6 kV线路L-1上的最大负荷电流为298 A，电流互感器TA的变比为400／5。K-1、k-2点三相短路时归算至6.3 kV侧的最小短路电流分别为930 A、2600 A。变压器T-1上设置的定时限过电流保护装置1的动作时限为0.6 s，拟在线路L-1上设置定时限过电流保护装置2，试进行整定计算。 【解】采用两相不完全星形接线的保护装置，其原理接线图如图7.9所示。 A.动作电流的整定

64 　　取KCO=1.2,KW=1,Kre=0.85，则过电流继电器的动作电流由式(7.11)求得。
　　IOP=KCOKW/(KreKTA)IL，max 　　　　=1.2×1/(0.85×400/5)×298=5.26(A) 　　选DL-21/10型电流继电器两只，并整定为IOP=6 A。则保护装置一次侧动作电流为 　　IOP(1)=KTAKW/IOP=480(A) B.灵敏度校验 a.作为线路L-1主保护的近后备保护时，由式(7.12)得　 　　SP=KWI(2) (K2，min)/(KTAIOP)=4.8>1.5

65 　　b.作为线路L-1主保护的远后备保护时，由式(7.13)得　　
　　SP=KWI(2) (K1，min)/(KTAIOP)=1.68>1.2 　　均满足要求。 C.动作时间整定 　　由时限阶梯原则，动作时限应比下一级大一个时限阶梯，则 　　tL-1=tT-1+Δt= =1.1(s) 　　选DS－21型时间继电器，时间整定范围为0.2～1.5 s。

66 4.反时限过电流保护 　动作时间与短路电流成反比而改变的过电流保护称为反时限过电流保护。反时限过电流保护由GL-10系列感应式继电器组成。 （1） GL-10系列感应式继电器 　　GL-10系列感应式继电器的结构如图7.15所示,它由带延时动作的感应系统与瞬时动作的电磁系统两部分组成。

67 　　感应系统主要由带有短路环2的电磁铁芯和圆形铝盘3组成，圆盘的另一侧装有阻尼磁铁6，圆盘的转轴18放在活动框架4的轴承内，活动框架可绕轴转动一个小角度，正常未启动时框架被弹簧拉向挡板17的位置。
　　电磁系统由装在电磁铁上侧的衔铁10构成，衔铁左端有横担9，通过它可瞬时闭合接点12。正常时衔铁左端重于右端而偏落于左边位置，接点不闭合。

68 　　当继电器通入电流时，在铝盘上产生旋转转矩为　M=K′Φ1Φ2sinθ=KI2Ksinθ
　　显然，通入继电器的电流IK越大，转矩M越大,铝盘转速越快。当通入的电流为整定值的30%～40%时，圆形铝盘就会慢慢转动，但这时不能称为起动。当通入继电器线圈中的电流大于整定值时，框架向轴移动，使轴上蜗杆与扇形齿片相咬合，此时圆形铝盘继续转动并带动扇形齿片上升，直到扇形齿片尾部托起横担，使衔铁被电磁铁芯吸下，将接点闭合。从轴上蜗杆与扇形齿片相咬合起到接点闭合这一段时间称为继电器的动作时间。

69 　　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。当通入的电流大到一定程度，使铁芯饱和，铝盘的转速再也不随电流的增大而加快时，继电器的动作时间便成为定值。将图7.15中时限调整螺钉13调整在某一位置（即某一固定动作电流），改变通入继电器的电流，测出其相应的动作时间，即可绘出图7.16所示曲线（曲线上的时间数字均为10倍动作电流整定值时的动作时间）。

70 　　感应系统的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。感应系统的返回电流是指扇形齿片脱离蜗杆返回到原来位置时的最大电流。继电器线圈有7个抽头，通过插孔板拧入螺钉来改变线圈的匝数，用来调整动作电流的整定值。

71 　　当通入继电器线圈的电流增大到整定值的若干倍数时，未等感应系统动作，衔铁右端瞬时被吸下，接点立即闭合，即构成电磁系统的速断特性。速断部分的动作电流值通过改变衔铁与电磁铁芯之间气隙来调整，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。

72 （2） 反时限过电流保护的接线与工作原理 　　反时限过电流保护装置可以采用两台GL-10系列感应式继电器和两台电流互感器组成的不完全星形接线，也可以采用两相电流差接线方式，如图7.17所示。 　　图7.17（a）为直流操作电源、两相式反时限过电流保护装置原理电路图。正常运行时继电器不动作。当主电路发生短路，流经继电器的电流超过其整定值时，继电器铝盘轴上蜗杆与扇形齿片立即咬合起动，经反时限延时，接点闭合，使断路器跳闸。同时，继电器中的信号牌掉牌，指示保护动作。

73 　　图7.17（b）为交流操作电源、两相电流差式反时限过电流保护装置原理电路图。其中继电器KA采用GL－15型感应式电流继电器，正常时常开接点断开，交流瞬时脱扣器OR无电流通过，不能跳闸。当主回路发生短路时，电流经继电器本身常闭接点流过其线圈，如果电流超过整定值，则经反时限延时，其接点立即闭合，常开接点接通，常闭接点断开，将瞬时电流脱扣器串入电流互感器二次侧，利用短路电流的能量使断路器跳闸。一旦跳闸，短路电流被切除，保护装置返回原来状态。这种交流操作方式对6～10 kV以下的小型变电所或高压电动机是很适用的。

74 （3） 反时限过电流保护的整定计算 　　反时限过电流保护装置动作电流的整定和灵敏度校验方法与定时限过电流保护完全一样，在此不再重复。以下介绍动作时限的整定方法。 　　由于反时限过电流保护的动作时限与流过的电流值有关，因此其动作时限并非定值，现以图7.18两段线路装设反时限过电流保护装置为例，说明其动作时限特性与相互配合关系。

75 在图7. 18中，对于保护装置3，当被保护线路L-2末端k-3点短路时，动作时间为1
　　在图7.18中，对于保护装置3，当被保护线路L-2末端k-3点短路时，动作时间为1.2 s，如线路L-2中间某一点短路时，其动作时间必然要小于1.2 s；若k-4点短路时，短路电流则更大，动作时间还要小。如果同样多取几点，并将不同点短路时的动作时间在坐标上绘出来，就可能得到保护装置3的反时限特性曲线，如图7.18中的曲线①。同理，对于保护装置4，也可以得到动作时限特性曲线②。显然，曲线②应高于曲线①。

76 为了满足选择性要求，且保护装置4又要作为保护装置3的后备保护，两条时限曲线之间必须有足够大的时限差才能保证线路L-2短路时由保护装置3先动作，切除故障。从图7.18中还可以看出，短路点越靠近线路始端，保护装置的动作时间就越短，可见，这种反时限过电流保护装置可以自动缩短电源侧短路时的动作时间。

77 【例7.2】图7.18所示供电系统中，已知线路L-2的最大负荷电流为298 A，k-3、k-4点短路电流分别为I(3)k3，max= 1627 A,I(3)k3，min=1450A,I(3)k4，max=7500 A,I(3)k4，min=6900 A。拟在线路L-2的始端装设反时限过电流保护装置3，电流互感器的变比是400/5，采用两相电流差接线。保护装置2在k-3点短路时动作时限为t2=0.6 s。试对保护装置3进行整定计算。 【解】① 求动作电流 　　取KCO=1.2,KW=√3,Kre=0.8，则由式(7.11)得继电器的动作电流为 　　IOP=KCOKW/(KreKTA)IL，max 　　　　=1.2×√3/(0.8×400/5)×298=9.68(A)

78 　　选取GL-21/10型感应式继电器一只，IOP整定为10 A，则保护装置3的一次动作电流为　　
　　IOP(1)=KTA/KWIOP=462(A) 　　② 灵敏度校验 　　作为本段线路的后备保护时，由式(7.12)得 　　SP=KW/(KTAIOP)I(3)k3，min 　　　　　=2.7>1.5合格 　　（3） 动作时限的整定

79 由时限阶梯原则，k-3点短路时，保护装置3的动作时限t3应比保护装置2的动作时限t2大一个时限阶梯Δt，取Δt=0
　　由时限阶梯原则，k-3点短路时，保护装置3的动作时限t3应比保护装置2的动作时限t2大一个时限阶梯Δt，取Δt=0.6 s，则当保护装置3流过短路电流I(3)k3，max=1627 A（相当于动作电流462 A的3.5倍）时，动作时限应为t3=t2+Δt= =1.2 s。 　　取动作电流倍数n=1627/462≈3.5，t3=1.2 s,查图7.16的时限特性曲线，可得保护装置3的10倍动作电流时的动作时限为t3′=0.7 s。

80 当求出不同动作电流倍数的动作时限后，就可绘出线路L-2的时限特性曲线，如图7
　　① 定时限过电流保护的优点是简单、经济、可靠、便于维护，用在单端电源供电系统中，可以保证选择性，且一般情况下灵敏度较高。其缺点是接线较复杂，且需直流操作电源；靠近电源处的保护装置动作时限较长。

81 　　② 定时限过电流保护装置广泛用于10 kV及以下供电系统中作主保护，在35 kV及以上系统中作后备保护。
　　③ 反时限过电流保护装置的优点是继电器数量大为减少，只需一种GL型电流继电器，而且可使用交流操作电源，又可同时实现电流速断保护，因此投资少、接线简单。其缺点是动作时间整定较麻烦，而且误差较大；当短路电流较小时，其动作时限较长，延长了故障持续时间。

82 图7.11　单端供电线路的定时限过电流保护配置示意图

83 图7.12 两相两继电器式定时限过电流保护装置电路图
图7.12　两相两继电器式定时限过电流保护装置电路图 （a） 集中表示（总归式）电路图； （b） 分开表示（展开式）电路图

84 图7.13　单侧电源放射形网络定时限过电流保护的时限配合

85 图7.13　单侧电源放射形网络定时限过电流保护的时限配合

86 图7.13　单侧电源放射形网络定时限过电流保护的时限配合

87 图7.13　单侧电源放射形网络定时限过电流保护的时限配合

88 图7.14　无限大容量供电系统示意图

89 图7.9　不完全星形接线

90 图7.15　GL-10系列感应型电流继电器结构图

91 图7.15　GL-10系列感应型电流继电器结构图

92 图7.16　GL-10（20）系列继电器的时限特性曲线

93 图7.16　GL-10（20）系列继电器的时限特性曲线

94 图7.17　反时限过电流保护装置原理电路图 （a） 采用两相接线直流操作电源； （b） 采用两相差式接线交流操作电源

95 图7.17　反时限过电流保护装置原理电路图 （a） 采用两相接线直流操作电源； （b） 采用两相差式接线交流操作电源

96 图7.18　反时限过电流保护装置的时限特性与配合

97 图7.18　反时限过电流保护装置的时限特性与配合

98 图7.18　反时限过电流保护装置的时限特性与配合

99 图7.18　反时限过电流保护装置的时限特性与配合

100 图7.18　反时限过电流保护装置的时限特性与配合

101 电流速断保护 　　在带时限过电流保护中，保护装置的动作电流都是按照线路最大负荷电流的原则整定的，因此，为了保证保护装置动作的选择性，就必须采用逐级增加的阶梯形时限特性。这就造成了短路点越靠近电源，保护装置动作时限越长，短路危害也越严重。为了克服这一缺点，同时又保证动作的选择性，一般采用提高电流整定值以限制保护动作范围的方法，减小保护动作时限，这就构成了电流速断保护。我国规定，当过电流保护的动作时间超过1 s时，应装设电流速断保护装置。

102 　　电流速断保护分为无时限电流速断保护和限时电流速断保护两种情况。
1.无时限电流速断保护 (1) 无时限电流速断保护的构成 　无时限电流速断保护又称瞬时电流速断保护。在小电流接地系统中，保护相间短路的无时限电流速断保护一般都采用不完全星形接线方式。

103 采用DL型电流继电器组成的无时限电流速断保护相当于把定时限过电流保护中的时间继电器去掉。图7
　　采用DL型电流继电器组成的无时限电流速断保护相当于把定时限过电流保护中的时间继电器去掉。图7.19是被保护线路上同时装有定时限过电流保护和电流速断保护的电路图。其中，KA3、KA4、KT、KS2与KM组成定时限过电流保护，而KA1、KA2、KS1与KM组成电流速断保护，后者比前者只少了时间继电器KT。 　　采用GL型电流继电器组成的电流速断保护可直接利用GL型电流继电器的电磁系统来实现无时限电流速断保护，而其感应系统又可用作反时限过电流保护。

104 (2) 速断电流的整定 　　为了保证选择性，无时限电流速断保护的动作范围不能超过被保护线路的末端，速断保护的动作电流（即速断电流）应躲过被保护线路末端最大可能的短路电流。 　　在图7.20所示的线路中，设在线路WL1和WL2装有电流速断保护1和2，当线路WL2的始端k-1点短路时，应该由保护2动作于QF2而跳闸，将故障线路WL2切除，而保护1不应误动作。

105 为此必须使保护装置1的动作电流躲过（即大于）线路WL2的始端k-1点的短路电流Ik1。实际上Ik1与其前一段线路WL1末端点的短路电流Ik2几乎是相等的，因为k-1点和k-2点相距很近，线路阻抗很小，因此无时限电流速断保护装置1的动作电流（速断电流）为 　　Iqb(0)=KCOKW/KTAI(3)k,max

106 　　由于无时限电流速断保护的动作电流躲过了被保护线路末端的最大短路电流，因此在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，电流速断保护就不可能动作，也就是电流速断保护实际上不能保护线路的全长。这种保护装置不能保护的区域称为“保护死区”。

107 　　图7.20中的曲线1表示最大运行方式下流过保护装置的三相短路电流与保护安装处至短路点的距离L的关系，曲线2表示最小运行方式下流过保护装置的两相短路电流与L的关系，直线3表示保护装置的速断电流Iqb，直线3分别与曲线1和2交于M点和N点。由图可知，当短路电流值在直线3以下时，保护装置就不动作。M点至保护安装处的距离Ip,max为最大运行方式下三相短路时的保护范围；N点至保护安装处的距离Lp,min为最小运行方式下两相短路的保护范围。

108 　　无时限电流速断保护的保护范围是用保护范围长度（LP）与被保护线路全长（L）的百分比表示的，即
　　Lp%=LP/L×100%

109 (3) 灵敏度校验 　　按照灵敏度的定义，无时限电流速断保护的灵敏度应按其安装处（即线路首端）在系统最小运行方式下的两相短路电流来校验。 　无时限电流速断保护作为辅助保护时，要求它的最小保护范围一般不小于线路全长的15%～20%；作为主保护时,灵敏度应按下式校验： 　　Sp=KW/(KTAIqb(0))I(2)k,min≥1.5

110 2.限时电流速断保护 　　无时限电流速断保护不能保护线路全长，存在保护死区。为弥补此缺陷，须增设一套带时限电流速断保护装置，以切除无时限电流速断保护范围以外（即保护死区）的短路故障，这样既保护了线路全长，又可作为无时限电流速断保护的后备保护。因此，保护范围必然要延伸到下一级线路，当下一级线路发生故障时，它有可能起动。为保证选择性，须带有一定的延时，故称为限时电流速断保护。

111 (1) 限时电流速断保护的构成 　限时电流速断保护装置的原理接线图与定时限过电流保护相同，即与图7.12相同，只是图中各继电器的整定值不同。 (2) 动作电流和动作时间的整定 　限时电流速断保护的整定计算如图7.21所示。在图7.21中，WL2为无时限电流速断保护，WL1为限时电流速断保护，动作电流分别为Iqb(0)、Iqb(t)。现分析装设于变电所A处线路WL1的限时电

112 流速断保护，由于要求它保护线路WL1的全长，所以其保护范围必延伸到线路WL2，为了满足选择性的要求，且又要尽量缩短动作时间，其动作电流应大于相邻线路的电流速断的动作电流，这样其保护范围不超出相邻线路的电流速断的保护范围。因此,限时电流速断保护的动作电流和动作时间分别为 　　Iqb(t)=KCOKW/KTAIqb(0) 　　t1=t2+Δt

113 (3) 灵敏度校验 　为了保护线路全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，当线路末端两相短路时，其灵敏度不小于1.25，即 　　Sp=KW/(KTAIqb(t))I(2)k，min≥1.25 　　当灵敏度不能满足要求时，可以降低其动作电流，其动作电流应按躲过相邻下一级线路限时电流速断保护的动作电流来整定。为了保证选择性，其动作和时限应比相邻下一级线路的限时电流速断保护的动作时限大一个Δt。

114 3.三段式电流保护 　　所谓三段式电流保护，就是将无时限电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护相配合，构成一套完整的三段式电流保护。 　　图7.22为三段式电流保护的配合和动作时间示意图。 　　无时限电流速断保护作为第Ⅰ段保护，它只能保护线路的一部分。限时电流速断保护作为第Ⅱ段保护，它虽然能保护线路全长，但不能作为下一段线路的后备保护。因此，还必须采用定时限过电流保护作为本段线路和下段线路的后备保护，称为第Ⅲ段保护。

115 　　三段式电流保护的主要优点是，在供电系统中所有各段上的短路都能较快地切除。其主要缺点是，在许多情况下，第Ⅰ、Ⅱ段保护的灵敏度不够，保护范围的大小与系统运行方式和短路类型有关，而且只有用于单电源放射形供电系统中才能保证动作的选择性。这种保护在35 kV及以下的供电系统中，广泛地用来作为线路的相间短路保护。 　　三段式电流保护的构成如图7.23所示。现以例7.3来说明三段式电流保护的整定计算方法。

116 【例7.3】图7.24为无限大容量系统供电的35 kV放射式线路，已知线路WL2的负荷电流为110 A，最大过负荷倍数为2，线路WL2上的电流互感器变比为300/5，线路WL1上定时限过电流保护的动作时限为2.5 s。在最大和最小运行方式下，k-1、k-2、k-3各点的三相短路电流如下: 短路点　　　　　　　　　　　　　k-1　　k-2　k-3 最大运行方式下三相短路电流（A）3400　1310　520 最小运行方式下三相短路电流（A）2980　1150　490 　　拟在线路WL2上装设两相不完全星形接线的三段式电流保护，试计算各段保护的动作电流、动作时限，选出主要继电器并作灵敏度校验。

117 【解】① 线路WL2的无时限速断保护 　　按式(7.15)求得速断电流为 　　I″qb(0) =KCOKW/KTAI(2)k2，max 　　　　　=28.4(A) 　　选取动作电流整定范围为12.5～50 A的DL-21/50型电流继电器。 　由于题中并未给出线路长度，其灵敏度校验可按式(7.17)计算。 　　Sp=KW/(KTAIqb(0)″)I(2)k1，min 　　　=1.51>1.5合格 ② 线路WL2的限时电流速断保护 　　首先计算出线路WL1无时限速断保护一次侧的速断电流为 　　I′qb(0) =KCOI(3)k3，max=1.3×520=676(A)

118 　　而线路WL2的限时电流速断保护的动作电流可按式(7.18)求得，即
　　I″qb(t) =KCOKW/KTAI′qb(0) =12.4(A) 　　选取整定电流范围为5～20 A的DL-21C/20型电流继电器。 　　限时电流速断保护的动作时限应与WL1的无时限电流速断相配合，即t2=t1+Δt。如果取Ⅰ段的动作时限t1=0.1 s,Δt=0.5 s，则Ⅱ段的动作时限t2=0.6 s。选取时限整定范围为0.15～1.5 s的BS-11型时间继电器。 　　线路WL2限时电流速断保护的灵敏度应按式(7.20)进行校验。

119 　　Sp=KW/(KTAIqb(t)″)I(2)k2，min=1.34>1.25合格
③ 线路WL2的定时限过电流保护 　　定时限过电流保护继电器的动作电流可按式(7.11)计算，即 　　IOP=KCOKW/(KreKTA)IL，max=5.2(A) 　　选取电流整定范围为2.5～10 A的DL-21C/10型电流继电器。其动作时限应与线路WL1定时限过电流保护时限相配合，由于线路WL1定时限过电流保护的动作时限t1′=2.5 s，则线路WL2定时限过电流保护的动作时限为t2′=t1′+Δt= =3(s)查产品技术数据，选取时间整定范围为1.2～5 s的DS-22型时间继电器。

120 　　线路WL2定时限过电流保护的灵敏度应按系统在最小运行方式下该线路末端k-2点两相短路电流进行校验，由式(7.12)得
　　Sp=KW/(KTAIOP)I(2)k2，min=3.2>1.5合格 　　线路WL2定时限过电流保护作为下段线路WL1的后备保护时，灵敏度应按下段线路WL1末端k-3点两相短路电流进行校验，由式(7.13)得 　　 Sp=KW/(KTAIOP)I(3)k3，min=1.36>1.22亦合格 　　此例题三段式过电流保护原理电路图如图7.23所示。

121 图7.19 无时限电流速断与定时限过电流保护配合的原理电路图
图7.19　无时限电流速断与定时限过电流保护配合的原理电路图 （a） 综合图；（b） 展开图

122 图7.20　电流速断保护的整定计算

123 图7.20　电流速断保护的整定计算

124 图7.12 两相两继电器式定时限过电流保护装置电路图
图7.12　两相两继电器式定时限过电流保护装置电路图 （a） 集中表示（总归式）电路图； （b） 分开表示（展开式）电路图

125 (a) 网络图;(b) 短路电流曲线;(c) 时限特性
图7.21　限时电流速断保护的整定计算 (a) 网络图;(b) 短路电流曲线;(c) 时限特性

126 图7.22　三段式电流保护的配合和动作时间示意图

127 图7.23　三段式电流保护的构成及其原理电路图

128 图7.23　三段式电流保护的构成及其原理电路图

129 图7.24　三段式电流保护计算实例示意图

130 7.3 电力变压器的继电保护 7.3.1 电力变压器的继电保护类型
7.3 电力变压器的继电保护 电力变压器的继电保护类型 　　在供配电系统中，变压器占有很重要的地位，因此，提高变压器工作的可靠性对保证安全供电具有非常重要的意义。在考虑装设保护装置时，应充分估计变压器可能发生的故障和不正常运行方式，并根据变压器的容量和重要程度装设专用的保护装置。

131 　　变压器的故障可分为内部故障和外部故障两类。内部故障主要是变压器绕组的相间短路、匝间短路和中性点接地侧单相接地短路。内部故障是很危险的，因为短路电流产生的电弧不仅会破坏绕组的绝缘，烧毁铁芯，而且由于绝缘材料和变压器油受热分解产生大量的气体，可能引起变压器油箱的爆炸。变压器最常见的外部故障是引出线绝缘套管的故障，它可能引起引出线相间短路或接地（对变压器外壳）短路。

132 　　变压器的不正常工作情况包括由于外部短路或过负荷引起的过电流、油面的降低和温度升高等。
　根据上述可能发生的故障及不正常工作情况，变压器一般应装设下列保护装置: 　　（1） 瓦斯保护　用来防御变压器的内部故障。当变压器内部发生故障，油受热分解产生气体或当变压器油面降低时，瓦斯保护应动作。容量在800 kV·A及以上的油浸式变压器和400 kV·A及以上的车间内变压器一般都应装设瓦斯保护。其中轻瓦斯动作于预告信号，重瓦斯动作于跳开各电源侧断路器。

133 　　（2） 纵联差动保护　用来防御变压器内部故障及引出线套管的故障。容量在10000 kV·A及以上单台运行的变压器和容量在6300 kV·A及以上并列以运行的变压器，都应装设纵联差动保护。
　　（3） 电流速断保护　用来防御变压器内部故障及引出线套管的故障。容量在10000 kV·A以下单台运行的变压器和容量在6300 kV·A以下并列运行的变压器，一般装设电流速断保护来代替纵联差动保护。对容量在2000 kV·A以上的变压器，当灵敏度不能满足要求时，应改为装设纵联差动保护。

134 　　（4） 过电流保护　用来防御变压器内部和外部故障，作为纵联差动保护或电流速断保护的后备保护，带时限动作于跳开各电源侧断路器。
　（5） 过负荷保护　用来防御变压器因过负荷而引起的过电流。保护装置只接在某一相的电路中，一般延时动作于信号，也可以延时跳闸，或延时自动减负荷（无人值守变电所）。

135 　　（6） 单相接地保护　对低压侧为中性点直接接地系统（三相四线制），当高压侧的保护灵敏度不能满足要求时，应装设专门的零序电流保护。

136 变压器的继电保护 1.变压器的瓦斯保护 　　瓦斯保护又称为气体继电保护，是防御油浸式电力变压器内部故障的一种基本保护装置。瓦斯保护可以很好地反映变压器的内部故障，如变压器绕组的匝间短路，将在短路的线匝内产生环流，局部过热，损坏绝缘，并可能发展成为单相接地故障或相间短路故障。这些故障在变压器外电路中的电流值还不足以使变压器的差动保护或过电流保护动作，但瓦斯保护却能动作并发出信号，使运行人员及时处理，从而避免事故的扩大。因此，瓦斯保护是反映变压器内部故障最有效、最灵敏的保护装置。

137 瓦斯保护的主要元件是瓦斯继电器，它装设在变压器的油箱与油枕之间的连通管上，如图7
　　瓦斯保护的主要元件是瓦斯继电器，它装设在变压器的油箱与油枕之间的连通管上，如图7.25所示。为了使油箱内产生的气体能够顺畅地通过瓦斯继电器排往油枕，变压器安装时应取1%～1.5%的倾斜度；而变压器在制造时，连通管对油箱顶盖也有2%～4%的倾斜度。 　　目前，我国采用的瓦斯继电器主要有浮筒式和开口杯式两种形式。目前广泛采用的是开口杯式。图7.26是FJ3-80型开口杯式瓦斯继电器的结构示意图。

138 　　在变压器正常工作时，瓦斯继电器的上、下油杯中都是充满油的，油杯因其平衡锤的作用使其上、下触点都是断开的。
　　当变压器油箱内部发生轻微故障致使油面下降时，上油杯因其中盛有剩余的油使其力矩大于平衡锤的力矩而下降，从而使上触点接通，发出报警信号，这就是轻瓦斯动作。 　　当变压器油箱内部发生严重故障时，由故障产生的大量气体冲击挡板，使下油杯降落，从而使下触点接通，直接动作于跳闸，这就是重瓦斯动作。

139 　　如果变压器出现漏油，将会引起瓦斯继电器内的油慢慢流尽。先是上油杯降落，接通上触点，发出报警信号；当油面继续下降时，会使下油杯降落，下触点接通，从而使断路器跳闸，切除变压器。
　　瓦斯保护只能反映变压器油箱内部的故障，而对变压器外部端子上的故障情况则无法反映。因此，除了设置瓦斯保护外，还需设置过流、速断或差动等保护。

140 　　瓦斯保护的原理接线图如图7.27所示。当变压器内部发生轻微故障时，瓦斯继电器KG的上触点1、2闭合，作用于预告（轻瓦斯动作）信号；当变压器内部发生严重故障时，KG的下触点3、4闭合，经中间继电器KM作用于断路器QF的跳闸机构YR，使QF跳闸。同时通过信号继电器KS发出跳闸（重瓦斯动作）信号。为了防止由于其他原因发生瓦斯保护的误动作，可以利用切换片XB切换，使KS线圈串接限流电阻R，动作于报警器信号。

141 　　需要指出，变压器保护的出口中间继电器KM必须是自保持中间继电器，因为重瓦斯是靠油流的冲击而动作的，但变压器内部发生严重故障时油流的速度往往很不稳定，所以重瓦斯动作后KG的下触点3、4可能有“抖动” 现象，因此为使断路器有足够的时间可靠地跳闸，利用中间继电器KM的上触点KM1-2作“自保持”触点。只要瓦斯继电器KG的下触点3、4一闭合，KM就动作，KM3-4接通断路器QF跳闸回路，使其跳闸，而后断路器辅助触点QF1-2返回，切断跳闸回路，QF3-4返回，切断中间继电器KM自保持回路，使中间继电器返回。

142 2.变压器的过电流保护 　　变压器的过电流保护用来保护变压器外部短路时引起的过电流，同时又可作为变压器内部短路时瓦斯保护和差动保护的后备保护。为此，保护装置应装在电源侧。过电流保护动作以后，断开变压器两侧的断路器。 　　工厂供电系统的变电所，其电压等级一般都是35/（6～10） kV，以下着重介绍35 kV电力变压器的过电流保护，其原理也适用于其他电压等级。

143 　　变压器的过电流保护采用三相完全星形接线方式或两相三继电器不完全星形接线方式，这样可以提高灵敏度。因为35 kV的变压器一般是采用Y，d11（即Y/△－11）接线，当变压器低压侧两相短路时，由图7.28可知，高压侧（Y侧）U相及W相中的电流只有V相中的一半，所以三相完全星形接线灵敏度比两相两继电器不完全星形接线高一倍。因此，Y，d11接线的变压器过电流保护一般不采用两相两继电器不完全星形接线，更不能采用两相电流差接线。

144 　　变压器过电流保护和线路过电流保护一样，变压器动作电流的整定应按照躲过最严重工作情况下流经保护装置安装处的最大负荷电流来决定，即
　　　　IOP(1)=KCOIL，max/Kre 　　或　IOP(1)=KCOKW/(KreKTA)IL，max 　　　　　　　　　=KCOKW/(KreKTA)KOLINT

145 　　按式（7.21）和式（7.22）整定的动作电流还应按变压器二次侧母线上发生两相短路时进行灵敏度校验，即要求
　　Sp=KW/(KTAIOP)I(2)k,min≥1.5 　　如果变压器的过电流保护还用作下一级各引出线的远后备保护时，则要求Sp≥1.2。 　　变压器过电流保护的动作时限仍按阶梯原则整定，应比下一级各引出线过电流保护动作时限最长者大一个时限级差，即tT=tL，max+Δt

146 3.变压器的电流速断保护 　　变压器的电流速断保护通常选择无时限的速断保护装置。为了保证选择性，其动作电流必须大于变压器二次侧母线上发生短路时流经保护装置的三相最大短路电流次暂态值，以免短路时二次侧母线各引出线错误地断开变压器。因此，变压器电流速断保护装置的速断电流可按下式决定:　 　　　Iqb(1)=KCOI″(3)k,max 　　速断保护电流继电器的速断电流为　　 　　　Iqb=KCOKW/KTAI″(3)k,max

147 　　变压器电流速断保护的灵敏度应根据变压器一次侧两相短路条件进行校验，即
　　Sp=KW/(KTAIqb)I″(2)k,min≥2 　　在供电系统中变压器的阻抗一般较大，灵敏度通常是足够的。若灵敏度不能满足要求时，应改装差动保护。变压器无时限电流速断保护装置虽然结构简单、动作迅速，但保护范围仅限于变压器原绕组和部分副绕组到保护装置安装处，且有死区。因此，它必须和过电流保护装置配合使用。

148 4.变压器的纵联差动保护 (1) 纵联差动保护的工作原理 　　变压器纵联差动保护是反映变压器一、二次侧电流差值的一种快速动作的保护装置，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。 　　变压器纵联差动保护的单相原理接线图如图7.29所示。

149 　　(2) 变压器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中引起的不平衡电流而动作的一种保护，该不平衡电流用IUN表示,IUN=I1′-I2′。在正常运行和外部k-1点短路时，希望IUN尽可能地小，理想情况下IUN=0,但这几乎是不可能的，IUN不仅与变压器和电流互感器的接线方式及结构性能等因素有关，而且与变压器的运行方式有关，因此只能设法使之尽可能地减少。下面简述不平衡电流的原因及其减少或消除的措施。

150 　　① 由于变压器一、二次侧接线不同引起的不平衡电流工厂总降压变电所采用Y，d11接线的变压器，其高、低压侧线电流之间就有30°的相位差。因此，即使高、低压侧电流互感器二次侧电流做到大小相等，其差也不会为零，因而出现由相位差引起的不平衡电流。

151 　　为了消除这一不平衡电流，必须消除上述30°的相位差。为此，将变压器Y形接线侧的电流互感器接成d形接线，而d形接线侧电流互感器接成Y形接线，从而可以使电流互感器二次连接臂（差动臂）上的每相电流相位一致，如图7.30所示，这样即可消除因变压器高、低压侧电流相位不同而引起的不平衡电流。

152 　　② 由两侧电流互感器变比的计算值与标准值不同引起的不平衡电流采用上述方法可以使Y，d11变压器的差动保护连接臂上电流相位一致，但还没做到其大小相等，这样两者的差仍然不为零。如果变压器两侧电流互感器选的变比与计算结果完全一样，则不平衡电流IUN=0。但实际所选电流互感器变比不可能与计算值完全相同，而只能选择与计算值接近的标准变比，故两联接臂上还是存在不平衡电流。为了消除这一不平衡

153 电流，可以在电流互感器二次回路接入自耦电流互感器来进行平衡，或利用专门的差动继电器中的平衡线圈来进行补偿，消除不平衡电流。

154 　　③ 各侧电流互感器型号和特性不同引起的不平衡电流当变压器两侧电流互感器的型号和特性不同时，其饱和特性也不同（即使型号相同，其特性也不会完全相同）。在变压器差动保护范围外发生短路时，各侧电流互感器在短路电流作用下其饱和程度相差更大，因此出现的不平衡电流也就更大，这个不平衡电流可采用提高保护动作电流躲过。

155 　　④ 由于变压器分接头改变引起的不平衡电流变压器在运行时往往采用改变分接头位置（即改变高压绕组的匝数）进行调压。因为分接头的改变就是变压器变比的改变，因此电流互感器二次侧电流将改变，引起新的不平衡电流。也可采用提高保护动作电流的措施躲过。

156 　　⑤ 由于变压器励磁涌流引起的不平衡电流变压器的励磁电流仅流过变压器电源侧，因此本身就是不平衡电流。在正常运行及外部故障时，此电流很小，引起的不平衡电流可以忽略不计。但在变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能有很大的励磁电流（即励磁涌流）。 　　励磁涌流产生的原因是由于变压器铁芯中磁通不能突变引起过渡过程产生的，因此，在变压器差动保护中减小励磁涌流影响的方法如下：

157 　　●采用具有速饱和铁芯的差动继电器。 　　●采用比较波形间断角来鉴别内部故障和励磁涌流的差动保护。 　　●利用二次谐波制动而躲开励磁涌流。 　　在常规保护中普遍使用的是BCH-2型（DCD-2型、DCD-2M型）带速饱和变流器和短路线圈的差动继电器。 　　综合上述分析可知，变压器差动保护中的不平衡电流要完全消除是不可能的，但采取措施减小其影响，用以提高差动保护灵敏度是可能的。

158 5.BCH-2型差动继电器构成的差动保护 　　BCH-2型差动继电器的原理结构图和内部电路图分别如图7.31、图7.32所示。BCH-2型差动继电器包括速饱和变流器，一个差动线圈（一次线圈）Wd，两个平衡线圈WbⅠ、WbⅡ，短路线圈WK′、WK″，一个二次线圈W2和DL-11型电流继电器。其中速饱和变流器和短路线圈均是用来消除励磁涌流产生的不平衡电流,平衡线圈用来消除电流互感器计算变比和标准变比不同引起的不平衡电流。

159 　　以下结合例题说明由BCH-2型差动继电器构成差动保护的整定计算方法，如图7.33所示。

160 【例7. 4】某工厂总降压变电所由无限大容量系统供电，其中主变压器的参数为SFL1-10000/60型，60/10
【例7.4】某工厂总降压变电所由无限大容量系统供电，其中主变压器的参数为SFL /60型，60/10.5 kV，Y,d11接线，Uk%=9。已知10.5 kV母线上三相短路电流在最大、最小运行方式下分别为I(3)k,max=3950 A和I(3)k,min=3200 A，归算到60 kV分别为691 A与560 A；10 kV侧最大负荷电流为IL,max=450 A，归算到60 kV侧为78.75 A。拟采用BCH－2型差动继电器构成变压器纵联差动保护，试进行整定计算。 【解】① 计算变压器一、二次侧额定电流，选出电流互感器的变比，计算电流互感器二次联接臂中的电流。其计算结果列于表7.2（见P205）。

161 从表7. 2可以看出，I2=4. 583>4. 165 A=I1，故选大者10. 5 kV侧为基本侧。平衡线圈WbⅠ接于10
　　从表7.2可以看出，I2=4.583>4.165 A=I1，故选大者10.5 kV侧为基本侧。平衡线圈WbⅠ接于10.5 kV的基本侧，平衡线圈WbⅡ接于60 kV侧。 ② 计算差动保护装置基本侧的动作电流，在整定一次动作电流时应满足下列三个条件。 　　躲过变压器励磁涌流的条件： 　　IOP(1)=KCOINTd=1.3×550=715(A) 　　躲过电流互感器二次断线不应误动作的条件： 　　IOP(1)=KCOIL，max=1.3×450=585(A) 　　躲过外部穿越短路最大不平衡电流的条件：　　 　　IOP(1)=KCO(Ksmfi+ΔU+Δfs)I(3)k，max 　　　　=1.3×(1× )×3950=1027(A)

162 　　选取上述三个条件计算值中最大的作为基本侧的一次动作电流，即取IOP(1)=1027 A,则差动继电器于基本侧的动作电流为
　　IOP=IOP(1)/KTAYKW=1027×1/(600/5)=8.56(A) 　　 ③ 确定BCH－2型差动继电器各线圈的匝数。该继电器在保护时其动作安匝值AN=60±4，则继电器于基本侧的动作匝数为　　WOP=AN/IOP=60±48.5/6=7（匝） 　　为了平衡得更精确，使不平衡电流影响更小，可将接于基本侧的平衡线圈作为基本侧动作匝数的一部分，即选取差动线圈Wd与平衡线圈WbⅠ的整定匝数Wds=6匝，WbⅠs=1匝，即　WOPS=Wds+WbⅠ=6+1=7(匝)

163 　　确定非基本侧平衡线圈的匝数，即 　　WbⅡ=I2/I1(Wds+WbⅠs)-Wds=4.583/4.165×(6+1)-6=1.7(匝) 　　选取WbⅡ的整数匝为2匝，此时相对误差为 　　Δfs=WbⅡ-WbⅡs/(WbⅡ+Wds)=1.7-2/(1.7+6)= 　　可见︱Δfs︱<0.05，可不必再重新计算动作电流。 　　确定短路线圈匝数，即确定短路线圈的抽头点的插孔。它有四组插孔，见图7.32。本例题宜选用插孔3—3，拧入螺钉，接通短路线圈。

164 　　④ 灵敏度校验。本例题为单电源供电，应以最小运行方式下10 kV侧两相短路反映到电源侧进行校验，10 kV母线两相短路归算到60 kV侧流入继电器的电流为
　　IKA=KW/KTAd×√3/2I(3)k，min=21(A) 　　而60 kV电源侧继电器的动作电流为 　　IOP=AN/(Wds+WbⅡs)=60/(6+2)=7.5(A) 　　则差动保护装置的灵敏度为 　　Sp=IKA/IOP=21/7.5=2.8>2 　　可见灵敏度满足要求。

165 6.变压器的过负荷保护 　　过负荷保护的动作电流应躲过变压器的一次额定电流，故过负荷保护电流继电器的动作电流为 　　IOP=KCO/(KreKTA)I1NT 　　过负荷保护的动作时限应躲过电动机的自起动时间，通常取10～15 s。

166 7.变压器的单相接地保护 　　变压器单相接地保护又称零序过流保护。根据变压器运行规程要求，Y，yn接线的变压器二次侧单相不平衡负荷不得超过额定容量的25%。因此，变压器二次侧单相接地保护的动作电流应按下式整定: 　　I(1)OP=KCO0.25I2NT/KTA 　　单相接地保护的灵敏度校验应满足下式要求: 　　S(1)p=I(1)k,min/(K(1)TAI(1)OP)≥1.25～1.5

167 图7.25　瓦斯继电器在变压器上的安装

168 图7.26　FJ 3-80型瓦斯继电器结构示意图

169 图7.27　变压器瓦斯保护的接线示意图

170 图7.28　D,yn11接线变压器低压侧U、V相间短路电流分布及相量图

171 图7.29　变压器纵联差动保护的单相原理电路图

172 （a） 两侧电流互感器的接线；（b） 电流相量分析
图7.30　Y，d11联接变压器的纵联差动保护接线 （a） 两侧电流互感器的接线；（b） 电流相量分析

173 图7.31　BCH-2型差动继电器原理结构图

174 图7.32　BCH-2型差动继电器内部电路图

175 图7.32　BCH-2型差动继电器内部电路图

176 图7.33　BCH-2型差动继电器用于双绕组变压器的单相原理电路图

177 7.4 二次系统接线图 原理接线图和安装接线图 　　变电所的电气设备通常可分为一次设备和二次设备两大类。二次设备是指计量和测量表计、控制及信号、继电保护装置、自动装置、远动装置等，这些设备构成了变电所的二次系统。根据测量、控制、保护和信号显示的要求，表示二次设备互相连接关系的电路称为二次回路或二次接线。二次回路按电源的性质可分为交流回路和直流回路。

178 交流回路是由电流互感器、电压互感器和所用变压器供电的全部回路；直流回路是由直流电源（硅整流、蓄电池组、电容储能放电等）的正极到负极的全部回路。二次回路按用途可分为操作电源回路、测量表计（及计量表计）回路、断路器控制和信号回路、中央信号回路、继电保护和自动装置回路等。

179 　　为了便于了解二次回路的工作原理，便于安装、接线、查线、试验以及运行维护，通常需要借助于二次回路接线图。二次回路接线图按用途可分为归总式原理接线图、展开式原理接线图和安装接线图。对继电保护，通常三种接线图都要有；对控制、测量、信号等回路，一般只需要展开式原理接线图和安装接线图。

180 1.原理接线图 （1） 归总式原理接线图 　　归总式原理接线图是用来表示继电保护、测量表计、控制信号和自动装置等工作原理的二次接线图，简称原理图。原理图采用的是集中表示方法，即在原理图中各元件是用整体的形式与一次接线有关元件画在一起，使全套装置构成一个整体的概念，可清楚地表示各元件之间的电气联系和动作原理。例如图7.12（a）中继电器的图形符号采用一个方框，上面用附有该继电器所控制的触点表示。

181 （2） 展开式原理接线图 　　展开式原理接线图简称展开图，其特点是将每套装置的交流电流回路、交流电压回路和直流回路分开来表示，这样，同一元件的电流线圈、电压线圈和触点就经常可能被拆开，分别画在不同的回路里。例如图7.12（b）中的电流继电器KA1、KA2，其电流线圈接在交流电流回路中，而它们的触点则接在直流回路中，为了避免混淆，将同一元件的线圈和触点采用相同的外文符号表示。

182 　　展开图的表示方式是将电路分成交流电流回路、交流电压回路、直流操作回路和信号回路分别进行绘制，对同一回路内的线圈和触点则按电流通过的路径自左至右排列，交流回路按U、V、W的相序自上至下排列，直流回路按动作顺序自上至下排列。在每一行中各元件的线圈和触点是按实际连接顺序排列的。在每一回路的右侧附有文字说明，以便阅读。

183 　　展开图的特点是条理清晰，易于阅读，能逐条地分析和检查。对复杂的二次回路，展开图的特点更显得突出，因此，在实际工作中展开图用得最多。

184 2.安装接线图 　　根据电气施工安装的要求，表示二次设备的具体位置和布线方式的图形称为安装接线图，简称安装图。安装图包括屏面布置图、端子排接线图和屏后接线图。 （1） 屏面布置图 　变电所常用的控制屏、继电保护屏、仪表屏和直流屏等，其屏面布置图应满足下列要求：

185 　　 ① 屏中凡需经常监视的仪表和继电器都不应布置得太高；
　 ② 屏中的操作元件，如控制开关、调节手轮、按钮等的高度要适中，以保证操作调节方便，它们之间应保持一定的距离，操作时不致影响相邻的设备； 　 ③ 屏中经常要检查和试验的设备应布置在屏的中部，而且同一类型的设备应布置在一起，便于检查和试验。此外，应力求布置紧凑和美观。

186 （2） 端子排接线图 　　屏内设备和屏外设备相连接时，都要通过一些专用的接线端子和电缆来实现，这些接线端子组合起来称为端子排。一般控制屏和保护屏的端子排是垂直排列的，并分列于屏的左右两侧。 　　端子排的一般形式如图7.34所示，最上面标出安装单位名称、端子排代号和安装项目代号。下面的端子在图上画成三格，中间一格注明端子排和顺序号，一侧列出屏内设备的代号及其端子号，另一侧标明引至设备的代号和端子号。

187 　　图7.34中端子1、2、3为试验端子，端子11、12为连接端子，其余端子为一般端子和终端端子。当端子排垂直排列时，自上而下依次为交流电流回路、交流电压回路、信号回路、控制回路、其他回路和转接回路，这样排列既可节省导线，又利于查线和安装。

188 （3） 屏后接线图 　　屏后接线图是配合现场安装施工时使用的，图中所有设备都按顺序编号，设备拉线柱上也加标号，同时还注有明确的去向，以使施工安装人员便于安装和检查。一般标出项目（如元件、器件、单元、组件或成套设备等）的相对位置、代号、端子号、导线号、类型、截面等内容。看得见的项目用实线表示，看不见的项目用点画线表示其外部轮廓。

189 图7.12 两相两继电器式定时限过电流保护装置电路图
图7.12　两相两继电器式定时限过电流保护装置电路图 （a） 集中表示（总归式）电路图； （b） 分开表示（展开式）电路图

190 图7.12 两相两继电器式定时限过电流保护装置电路图
图7.12　两相两继电器式定时限过电流保护装置电路图 （a） 集中表示（总归式）电路图； （b） 分开表示（展开式）电路图

191 图7.34　端子排接线图

192 图7.34　端子排接线图

193 7.4.2 二次接线图安例 图7.35所示为某供电线路定时限过电流保护综合图，供练习读图使用。
二次接线图安例 　　图7.35所示为某供电线路定时限过电流保护综合图，供练习读图使用。 　　原理图和展开图前几节已分别介绍过，在此重点介绍安装图的阅读。 　　阅读安装图（屏后接线图或端子排接线图）时，应对照展开图，根据展开图阅读顺序从上到下、每行从左到右进行。

194 （1） 对照展开图了解接线图由哪些设备组成 　　从图7.35（d）端子排接线图中左上方的设备符号可以了解到，此图为Ⅰ号安装单位；从图7.35（c）屏后接线图可知，屏上装有六个设备，即KA1、KA2、KT、KM、KS和XB；屏顶装有四条小母线，即WC+、WC-、WS+、WS-以及两个熔断器FU1、FU2。

195 （2） 看交流回路 　　图7.35（b）中，电流互感器TA1、TA2和中性线N通过控制电缆112#三根总线连接到端子排1#、2#、3#试验端子，再分别接到屏上KA1的接线柱②和KA2的接线柱②，构成继电保护交流回路。

196 （3） 看直流回路 　　图7.35（c）、（d）中，控制电源从屏顶直流控制小母线WC+、WC-，经熔断器FU1和FU2分别引到端子排的5#、10#连接端子，5#端子与屏上KA1接线柱①连接，在屏上通过KA1接线柱①与KA2接线柱①连接。在图7.35（c）中可以看到KA1接线柱①标以I2-1，即KA2接线柱①的标号；而KA2的接线柱①标以I1-1，即KA1接线柱①的标号，从图7.35（b）展开图上看， KA2、

197 KA1的一端并联后与KT连接，即在屏后接线图中，KA1接线柱③上标出I2-3，在KA2接线柱③上标I1-3，然后由KA2接线柱③标I3-7与KT接线柱⑦相连接；KT接线柱⑧与端子排9#端子连接，8#、9#、10#为连接型端子，所以KT的接线柱⑧接通了控制小母线WC-。 　　端子排的5#、6#端子亦为连接型端子，由6#端子与屏上的KT接线柱③连接，并通过此接线柱与KM接线柱⑧连接，KM接线柱②与端子排

198 的10#端子相连，使得KM线圈接通了WC-。
　　KM接线柱⑧与KT接线柱③相连接，正电源WC+及KM接线柱⑩与KS接线柱①相连。KS接线柱③与XB接线柱①相连，XB接线柱②与端子排12#端子相连，经111#电缆引到断路器辅助触点QF。8#端子经111#电缆引到跳闸线圈YR，使YR得负电源WC-。以上构成继电保护的直流回路。

199 （4） 看信号回路 　　图7.35（c）中，屏顶信号小母线WS+和WS-引到端子排13#、14#端子，这两个端子分别在屏与KS接线柱②、④连接，构成信号回路。

200 (a) 原理图；(b) 展开图；(c) 屏后接线图；(d) 端子排接线图
图7.35　某供电线路定时限过电流保护综合图 (a) 原理图；(b) 展开图；(c) 屏后接线图；(d) 端子排接线图

201 (a) 原理图；(b) 展开图；(c) 屏后接线图；(d) 端子排接线图
图7.35　某供电线路定时限过电流保护综合图 (a) 原理图；(b) 展开图；(c) 屏后接线图；(d) 端子排接线图

202 (a) 原理图；(b) 展开图；(c) 屏后接线图；(d) 端子排接线图
图7.35　某供电线路定时限过电流保护综合图 (a) 原理图；(b) 展开图；(c) 屏后接线图；(d) 端子排接线图

203 (a) 原理图；(b) 展开图；(c) 屏后接线图；(d) 端子排接线图
图7.35　某供电线路定时限过电流保护综合图 (a) 原理图；(b) 展开图；(c) 屏后接线图；(d) 端子排接线图

204 (a) 原理图；(b) 展开图；(c) 屏后接线图；(d) 端子排接线图
图7.35　某供电线路定时限过电流保护综合图 (a) 原理图；(b) 展开图；(c) 屏后接线图；(d) 端子排接线图

205 7.5 中央信号系统 7.5.1 断路器控制回路和信号系统的构成
7.5 中央信号系统 断路器控制回路和信号系统的构成 　　断路器是变电所中主要的开关设备，每台高压断路器都附有相应的操作机构，用以驱动断路器的分、合闸，并保持在分、合状态。按其控制地点来分，有就地控制和集中控制，一般10 kV及以下的断路器多采用就地控制，而35 kV及以上的断路器多采用集中控制。集中控制是运行人员在距设备几十米或几百米以外的控制室内用控制开关（或按钮）通过控制回路进行断路器的分、合闸操作。

206 　　控制回路和信号系统的构成：断路器控制回路由控制元件和操作机构两部分组成。
（1）控制元件 　　运行人员按下按钮或转动控制开关等控制元件发出合、跳闸命令。一般因按钮的触点数量太少而不能满足控制和信号回路的需要，所以目前多采用带有转动手柄的控制开关，操作断路器合闸或跳闸。 　　目前常用的控制元件是LW2系列或LW5系列控制开关，其外形结构如图7.36所示。

207 　　供配电系统常用的控制开关有LW2-Z型和LW2-YZ型。前一种手柄内无信号灯，用于灯光监视的断路器控制回路；后一种手柄内有信号灯，用于音响监视的断路器控制回路。此类控制开关有六个操作位置，即跳闸后、预备合闸、合闸、合闸后、预备跳闸、跳闸。其触点图表分别表示于图7.37和图7.38。图表中“×”表示触点是闭合状态。

208 （2） 操作机构 　　操作机构是高压断路器本身附带的跳、合闸传动装置。变电所中常用的操作机构有手动式（CS型）、电磁式（CD型）、弹簧式（CT型）和液压式（CY型）。上述操作机构中除手动操作机构外，都具有合闸线圈，但需要的合闸电流相差较大，弹簧式和液压式合闸电流一般不大于5 A，而电磁式操动机构的合闸电流可达几十安到几百安；所有操作机构的跳闸线圈，其跳闸电源一般都不大，当操作电压为110～220 V时直流为0.5～5 A。

209 图7.36　LW2系列控制开关结构图

210 图7.37　LW2-Z/F8型控制开关触点图表

211 图7.38　LW2-YZ/F1型控制开关触点图表

212 对断路器控制回路和信号系统的基本要求 　　（1） 断路器的合闸和跳闸回路是按短时通电设计的，所以操作完成后应迅速自动断开合闸或跳闸回路，以免烧坏线圈。 　　（2） 断路器既能在远方由控制开关进行手动合闸和跳闸，又能在自动装置和继电保护作用下自动合闸或跳闸。 　　（3） 控制回路应具有反映断路器处于合闸和跳闸的位置状态信号。

213 　　（4） 具有防止断路器多次合、跳闸的“防跳”装置。
　　（5） 应能监视控制回路及其电源是否完好。 　　（6） 控制回路应力求简单可靠，使用电缆芯线最少。 　　断路器控制回路的接线方式较多，按监视方式可分为灯光监视的控制回路与音响监视的控制回路。前者多用于中、小型变电所，后者常用于大型变电所。

214 灯光、音响监视断路器控制回路和信号系统 1.灯光监视断路器控制回路和信号系统 　　所谓灯光监视断路器控制回路和信号系统，是指利用指示灯的工作状态（发出平光或发出闪光）来监视断路器控制回路和信号系统的工作状态。下面以工厂供电系统常见的几种操作系统加以分析和说明。

215 （1） 手动操作系统 　　断路器手动操作机构普遍采用CS2型。断路器采用手动操作机构时只能就地控制。图7.39所示为手动操作的断路器控制和信号回路，该控制回路采用交流操作电源。

216 　　断路器合闸时，推上操作机构手柄。此时断路器的辅助常开触点QF3-4闭合，红灯RD亮，指示断路器处于合闸位置。由于有限流电阻R2，跳闸线圈YR只有很小电流流过，不会动作。同时，红灯RD亮还表示跳闸回路中跳闸线圈YR和控制回路熔断器FU1、FU2是完好的（即红灯RD亮还起着监视跳闸回路完好性的作用）。另外，在QF34闭合的同时，QF12断开，绿灯GN灭。

217 　　断路器分闸时，扳下操作机构手柄。此时断路器的辅助常开触点QF3-4断开，红灯RD灭，并切断路闸回路；同时，断路器辅助常闭触点QF1-2闭合，绿灯GN亮，指示断路器处于分闸位置。绿灯GN亮还表示控制回路熔断器FU1、FU2是完好的（即绿灯GN亮还起着监视交流操作电源回路完好性的作用）。

218 　　信号回路中QM为操作机构辅助常开触点，当操作手柄在合闸位置时闭合，在分闸位置时断开；而断路器辅助常闭触点QF5-6则在断路器分闸时闭合，合闸时断开。因此，在断路器正常操作合、分闸时，由于QM与QF5-6总是同时切换，所以事故信号回路总是不通，不会误发事故信号。但当一次电路发生短路故障时，继电保护装置动作，其出口触点KA闭合，通过已闭合的QF3-4接通跳闸线圈YR，使断路器跳闸；而这时操作手柄仍在合闸位置时，表示断路器是自动跳闸-，信号回路接通，发出事故音响和灯光信号。这种操作机构辅助常开触点与断路器辅助常闭触点构成“不对应”关系的电路称为不对应起动回路。

219 （2） 电磁操作系统 　　图7.40所示为采用直流操作电源的电磁操作机构的断路器控制回路及信号系统。采用电磁操作机构可以对断路器远距离集中控制，即电磁操作机构随断路器安装在一处，集中控制的控制开关则安装在控制室内的控制屏上，实现远距离控制。

220 　　灯光监视断路器控制回路和信号系统中，断路器及控制回路的工作状态是用灯光来监视的。只要控制回路完好，总会有一个信号灯点亮，若所有信号灯都不亮，则说明控制回路失电或有其他故障（如断路器辅助点QF接触不良等）。 　　当绿灯GN发出平光时，既表示断路器处于正常分闸位置，又表示下一步操作的合闸回路和控制电源正常。

221 　　当红灯RD发出平光时，既表示断路器处于正常位置，又表示下一步操作的跳闸回路和控制电源正常。
　　当绿灯GN发出闪光时，既表示断路器已处于自动跳闸位置，又表示下一步操作的合闸回路和控制电源正常。 　　当红灯RD发出闪光时，既表示断路器已处于自动合闸位置，又表示下一步操作的跳闸回路和控制电源正常。

222 　　下面分不同情况说明图7.40所示系统的工作过程。该控制回路采用LW5型控制开关。
　　① 操作断路器合闸时，将控制开关SA手柄顺时针扳转45°，这时其触点①～②接通，合闸接触器KO通电（其中QF12原已闭合），其主触点闭合，使电磁合闸线圈YO通电，断路器合闸。合闸完成后，控制开关SA自动返回零位，其触点①～②断开，断路器辅助触点QF12也断开，绿灯GN灭，并切断合闸电源；同时QF34闭合，红灯RD亮（发出平光），指示断路器在合闸位置，并监视着跳闸回路的完好性。

223 　　② 操作断路器分闸时，将控制开关SA反时针扳转45°，这时其触点⑦～⑧接通，跳闸线圈YR通电（QF3-4原已闭合），使断路器分闸。分闸完成后，SA自动返回零位，其触点⑦～⑧断开，断路器辅助触点QF3-4也断开，红灯RD灭，并切断合闸电源；同时SA的触点③～④闭合，QF1-2也闭合，绿灯GN亮（发出平光），指示断路器在分闸位置，并监视着合闸回路的完好性。 　　由于红绿指示灯兼起监视分、合闸回路完好性的作用，长时间投入工作，耗电较多，为了减少控制小母线WC的过多消耗，因此这种回路设有灯光指示小母线WL和闪光信号小母线WF，专门作为红绿指示灯平光指示和闪光指示。

224 　　③ 当一次电路发生短路故障时，继电保护装置动作，其出口继电器触点KA闭合，接通跳闸线圈YR回路（QF3-4原已闭合），使断路器跳闸，随后QF3-4断开，红灯RD灭，并切断跳闸电源；同时QF1-2闭合，而SA在合闸原位置，其触点⑤～⑥也闭合，因而接通闪光电源WF（+），使绿灯GN闪光，表示断路器已自动跳闸。由于断路器自动跳闸，SA仍在合闸后位置，其触点⑨～⑩闭合，而断路器已跳闸，其触点QF5-6也闭合，因此接通事故音响信号回路，又发出事故跳闸的音响信号。值班员得知此信号后，可将控制开关SA手柄扳向分闸位置，使SA的触点与QF的辅助触点恢复“对应”关系，全部事故信号立即解除。

225 　　④ 当手动合闸于故障线路时，断路器在继电保护作用下会立即跳闸，如这时控制开关仍处于合闸位置（手还未松开），则断路器跳闸后立即又合闸，合闸后又被继电保护跳开……这种多次的合、跳闸现象称为断路器的“跳跃”。“跳跃”对断路器的使用寿命影响极大，其防止的办法是在控制回路中增加防跳继电器，分别设在控制回路的合闸和跳闸回路中。有了防跳继电器后，当断路器合闸于故障线路时，就可防止断路器的跳跃现象。

226 （3） 弹簧储能操作系统 　　图7.41所示为采用CT8型弹簧储能操作机构的断路器控制回路。弹簧操作机构是靠弹簧所储存的能量来驱动断路器合闸的。弹簧的储能既可以手动也可以电动，电动储能采用450 W单相交流两用串激式整流电动机。弹簧储能电动操作机构的出现为变配电所采用交流操作创造了条件，目前正广泛应用。

227 　　图7.41中控制开关SA采用LW5型，SL1、SL3和SL2分别是电动机行程开关的常开限位接点和常闭限位接点。弹簧储能电动机M由按钮SB控制。红、绿信号灯RD、GN分别接入跳、合闸回路，用以监视熔断器和跳、合闸回路的完好性。控制开关SA的接点SA1－3和SA17－19以及断路器常闭接点QF3组成不对应接线的起动事故音响回路，以实现正常合闸后自动跳闸时发出事故音响信号。

228 下面简要分析该控制回路的工作过程。 ① 弹簧电动储能
　　下面简要分析该控制回路的工作过程。 ① 弹簧电动储能 　　当弹簧释放能量以后，其常闭行程限位接点SL2闭合，按下按钮SB接通储能电动机M，使弹簧再次储能。当储能结束后，SL2自动断开，切断电动机储能回路；同时，常开限位接点SL3闭合，白灯WH亮，表示储能结束；另外，常开限位接点SL1闭合，为正常合闸做好准备，保证在弹簧储能完毕才能合闸。

229 ② 操作断路器正常合闸 　　将控制开关SA手柄扳到合闸位置，其接点SA5-8接通，合闸电磁铁YO通电，其衔铁动作，使储能弹簧在释放能量的过程中将断路器合闸。合闸完成后，SA自动返回零位，其接点SA5-8断开，断路器辅助触点QF1也断开，绿灯GN灭，并切断合闸电磁铁电源；同时QF2闭合，红灯RD亮，指示断路器在合闸位置，并监视跳闸回路的完好性。 　　操作断路器分闸及一次电路发生短路故障时的工作过程与电磁操作的断路器控制回路和信号系统工作过程相似，读者可自行分析。

230 　　灯光监视断路器控制回路和信号系统的优点是结构简单，红绿灯指示断路器合、跳闸位置明显，适用于中、小型工厂变电所和发电厂。当用于大型工厂变电所和发电厂时，由于信号灯太多，某一控制回路失电灯光全暗而不易被发现。为此，在大型工厂变电所和发电厂内常用音响监视的断路器控制回路和信号系统。

231 2.音响监视断路器控制回路和信号系统 　　所谓音响监视断路器控制回路和信号系统，是指利用音响（电铃、电笛、蜂鸣器等）发出预告信号，结合灯光指示信号来监视断路器控制回路和信号系统的工作状态。 　　图7.42为电磁操作机构的音响监视断路器控制回路原理图，与灯光监视断路器控制回路的区别如下：

232 　　(1) 断路器的位置信号只用一个装在控制开关SA手柄中的信号灯代替，从而减少了一半信号灯。利用信号灯光特征和手柄位置判断断路器的实际位置。当灯光为平光时，表示断路器的实际位置和控制开关手柄位置相对应；当灯光为闪光时，断路器的实际位置与控制开关手柄位置不对应。

233 　　(2) 利用合闸位置继电器KOS代替红色信号灯RD，跳闸位置继电器KRS代替绿色信号灯GN，当控制回路熔断器熔断，KOS和KRS都失电返回，其常闭接点接通中央预告音响信号回路，发出音响信号，运行人员根据手柄内灯光的熄灭来判断哪一回路断线。

234 (3) 控制回路和信号回路完全分开，控制开关SA采用LW2－YZ型，其第一个接点盒是专门装设信号灯的。从图7
　　(3) 控制回路和信号回路完全分开，控制开关SA采用LW2－YZ型，其第一个接点盒是专门装设信号灯的。从图7.42可以看出，无论SA的控制手柄在哪个位置，信号灯总是和外边电路连通的。 　　(4) 在事故音响回路中，由于用KRS代替了QF常闭辅助接点，而KRS是安装在控制室内，从而省去了一根控制电缆芯线。

235 下面简要分析图7.42控制回路的工作过程。 （1） 操作断路器合闸
　　下面简要分析图7.42控制回路的工作过程。 （1） 操作断路器合闸 　　将控制开关SA手柄扳向合闸位置，其接点SA9-12接通，合闸接触器KO通电（其中KFJ2、QF1均原已闭合），KO的常开触点闭合，使电磁合闸线圈YO通电，断路器QF合闸。合闸完成后，SA自动返回零位，其接点SA9-12断开，QF1也断开，切断合闸电源回路。同时SA的接点SA20-17也接通，通过已闭合的KOS常开接点使SA内的信号灯点亮，指示QF处于正常合闸位置。

236 （2） 操作断路器分闸 　　将控制开关SA手柄扳向分闸位置，其接点SA10-11接通，通过防跳继电器KFJ的电流线圈（Ⅰ）及原已闭合的QF2接通跳闸线圈YR的回路，使断路器QF跳闸。跳闸完成后，SA自动返回零位，其接点SA1011断开，QF2也断开，切断跳闸电源回路。由于合闸位置继电器KOS线圈失电，因此KOS常开接点断开，切断SA内的信号灯电路，使其熄灭，指示断路器处于正常分闸位置。

237 　　（3） 当一次电路发生短路故障时，继电保护装置动作，其出口继电器接点KPO闭合，通过信号继电器KS的线圈、KFJ的电流线圈（Ⅰ）及原已闭合的QF2接通跳闸线圈YR的回路，使断路器QF跳闸。随后QF2断开，切断跳闸回路电源。 　　QF故障跳闸后，其辅助触点QF1恢复闭合，使跳闸位置继电器KRS通电，KRS常开接点闭合，此时SA仍在合闸后位置，其接点SA13-16是闭合的，因而接通闪光电源+WF，使SA内的信号灯闪光，指示断路器QF因故障已自动跳闸。

238 　　由于跳闸位置继电器KRS的常开接点已恢复闭合，且SA仍在合闸后位置，其接点SA5-7、SA21-23均已闭合，因此又接通事故音响小母线WAS电源，发出事故跳闸音响信号-。运行值班人员得知此音响信号后，可将控制开关SA手柄扳向分闸位置，使SA的接点与分闸位置继电器接点恢复对应关系，全部事故信号（闪光及音响）立即解除。

239 　　图7.42由防跳继电器KFJ组成断路器防“跳跃”闭锁回路。KFJ有两个线圈，一个为电流线圈Ⅰ（起动用），另一个为电压线圈U（自保持用），任一线圈通电时继电器都可以动作。当手控合闸将断路器合于故障点时，保护装置的出口继电器的常开接点KPO闭合，KFJ电流线圈Ⅰ通电并起动，其常开接点KFJ1闭合，此时如果断路器控制开关SA手柄仍在合闸位置，则SA9-12仍然接通，于是KFJ的电压线圈U通电并且自保持。它的常闭接点KFJ2断开，切断合闸回路，从而保证断路器不再合闸，防止了“跳跃”。防跳继电器KFJ自保持直至合闸命令解除，SA9-12断开，KFJ的电压线圈U断电后电路才恢复原来状态。

240 　　对于容量大、进出线回路多的大型变电所，采用音响监视断路器控制回路和信号系统有一定的优点，因为断路器的分、合闸位置继电器接点可代替断路器的辅助接点，使控制室与断路器操作机构联系的电缆芯数减少，从而既节约投资，又减少维护。

241 图7.39　手动操作的断路器控制和信号回路

242 图7.40　采用电磁操作机构的断路器控制回路及其信号系统

243 图7.40　采用电磁操作机构的断路器控制回路及其信号系统

244 图7.41　弹簧储能操作机构的断路器控制回路

245 图7.41　弹簧储能操作机构的断路器控制回路

246 图7.42　高压断路器音响监视的控制回路

247 图7.42　高压断路器音响监视的控制回路

248 图7.42　高压断路器音响监视的控制回路

249 图7.42　高压断路器音响监视的控制回路

250 7.6 中央信号系统 7.6.1 变电所中央信号系统的类型 (1) 事故信号
7.6 中央信号系统 变电所中央信号系统的类型 (1) 事故信号 　　当断路器发生事故跳闸时，立即用蜂鸣器（或电笛）发出较强的音响，通知运行人员进行处理。同时，断路器的位置指示灯发出绿灯闪光。

251 （2） 预告信号 　　当运行设备出现危及安全运行的异常情况时，如发电机过负荷、变压器过负荷 、电压回路断线等，便发出另一种有别于事故信号的音响——电铃。此外，标有故障内容的光字牌点亮。 （3） 位置信号 　　包括断路器位置信号和隔离开关位置信号。前者用灯光表示其合、跳闸位置，而后者则用一种专门的位置指示器表示其位置状况。

252 　　事故信号和预告信号需要反映在主控制室中，以通知值班人员及时处理，因此，事故信号和预告信号称为电气设备各种信号的中央部分——“中央信号”，并集中装设在主控制室的中央信号屏上。

253 7.6.2 事故信号 事故信号的作用是：当断路器事故跳闸时，启动蜂鸣器（或电笛）发出音响。
事故信号 　　事故信号的作用是：当断路器事故跳闸时，启动蜂鸣器（或电笛）发出音响。 　　中央事故信号回路按操作电源可分为交流和直流两类；按复归方法可分为就地复归和中央复归两种；按其能否重复动作分为不重复动作和重复动作两种。

254 1.中央复归不能重复动作的交流事故信号 　　图7.43是交流操作电源的中央信号装置原理图。图7.43（a）为集中复归不能重复动作的事故音响信号原理电路图。当某台高压断路器事故跳闸时，相应的事故音响起动回路接通，使事故音响小母线WAS接于U相电源。由于转换开关SA通常处于“工作”位置，SA的接点①～②及③～④接通，使电笛EW接上UW线间电压，发出音响信号。复归（即解除音响）时需人工扳动SA至“解除”位置，其接点①～②、③～④断开，⑤～⑥、⑦～

255 ⑧闭合，解除音响信号；同时，通过KM11和KT两只继电器的切换动作使红色信号灯RD发出闪光。如果恰在这时第二台断路器又发生事故跳闸，则不能发出音响信号。可见，这种接线是不能重复动作的。当操作机构手柄扳向对应的分闸位置，KM11常闭接点断开后，扳动SA至“工作”位置，红灯RD熄灭，恢复正常，为第二次起动做好准备。

256 2.中央复归能重复动作的直流事故信号 音响信号之所以能够重复动作，是利用了冲击继电器。冲击继电器有ZC型、BC型和CJ型三种，目前常用的是ZC型。 图7.44为用ZC-23型冲击继电器构成的中央复归能重复动作的直流事故信号电路图。当接在事故音响小母线WAS与+WS间的断路器事故音响（不对应）回路接通时，在PT一次侧有脉冲电流流过，在PT二次侧感应出一个脉冲电动势使KDR动作， KDR的常开接点闭合使KM动作并自保持

257 同时接点KM7-15闭合接通蜂鸣器BU发出音响信号，接点KM6－14闭合接通时间继电器KT，KT常开接点延时闭合后接通KM1动作，其常闭接点断开KM的自保持回路，KM返回，音响自动解除。若要手动解除，可按下解除按钮SBR。 　　SBT是试验按钮，与事故音响回路并联。试验时的动作原理和发生事故时的动作原理相同。KI1为电源监视继电器，当信号电源熔断器熔断时KI1返回并发出预告音响信号，KI2的线圈在中央预告信号回路中。

258 （a） 集中复归不能重复动作的事故信号装置； （b） 集中复归不能重复动作的预告信号装置
图7.43　交流操作电源的中央信号装置原理图 （a） 集中复归不能重复动作的事故信号装置； （b） 集中复归不能重复动作的预告信号装置

259 图7.44　中央复归能重复动作的直流事故信号电路图

260 预告信号 　　中央预告信号是指在供配电系统中发生不正常工作状态时发出的音响信号。常采用电铃发出声响，并利用灯光和光字牌来显示故障的性质和地点。中央预告信号装置有交流和直流两种，也有不重复动作和重复动作两种。 1.中央复归不能重复动作的交流预告信号 　　图7.43（b）是交流操作电源的集中复归不能重复动作的预告信号原理电路图。

261 　　当出现不正常运行状态时，如变压器发生轻瓦斯动作，瓦斯继电器接点KG闭合，经中间继电器KM2常闭接点接通电铃EB，发出音响信号，引起值班人员注意。这时可按下复归按钮SBR，使KM21继电器通电，它的所有常开接点闭合，使KM2通电动作，并进行自保持，其本身的常闭接点将电铃回路断开，音响信号停止。同时由KM2常开接点接通光字牌HL2中的两只灯泡，显示故障元件和性质。当轻瓦斯信号消失后，KG断开，KM2失电自动复归，光字牌熄灭。

262 2.中央复归能重复动作的直流预告信号 　　图7.45为利用ZC-23型冲击继电器构成的中央复归能重复动作的预告信号装置。WFS1、WFS2为瞬时预告信号小母线，WFS3、WFS4为延时预告信号小母线，它们分别经转换开关SA1和SA2与瞬时信号冲击继电器KSH2和延时信号继电器KSH3和KSH4相连接。SA1和SA2有两个位置，在工作位置时，SA1和SA2的接点～、～均接通。

263 　　当变压器轻瓦斯动作时，KG接点闭合，KSH2的脉冲变压器一次绕组从正电源经KG、HL1、WFS1和WFS2、SA1的～、～接点接至负电源。KSH2起动，KDR闭合，KM动作，其第一个常开接点闭合并自保持，KM的第二个常开接点闭合，使KM2动作，KM2一个常开接点闭合，接通警铃EB，发出预告音响信号。KM2的另一个常开接点在图7.44中接通KT，KT接点延时接通后，KM1动作，接在图7.45中的KM1常闭接点断开，KM返回，音响自动解除。若要提前解除，可用手动解除按钮SBR进行解除。音响解除后，光字牌依旧亮着，直至不正常情况消除，起动它的继电器返回后，光字牌才熄灭。

264 　　延时预告信号的动作原理基本上和瞬时预告信号相同。
　　ZC-23型冲击继电器不具有冲击自动返回特性。为防止外部短路引起的短暂不正常情况下误发信号，增加了反向串接的冲击继电器KSH4。当外部短路时，交流电压下降，使“电压回路断线”光字牌点亮。KSH3和KSH4变流器的一次侧都有电流流过，二次侧也都感应出脉冲电动势，但KSH4的二次脉冲电动势被短路，不起作用。KDH3动作，起动KM3并自保持。

265 KM3第二常开接点闭合使KT2起动。如果在KT2未闭合前不正常情况消失，则流过KSH3和KSH4变流器一次线圈的电流突然消失，将在其二次侧感应出负向脉冲电动势。这时KSH3的二次电动势被短路，不起作用，而KSH4动作后接通KM4，KM4动作并自保持。KM4第二常开接点动作后切断KM3的自保持回路，KM3返回，使音响信号不会误发。

266 　　SA1和SA2的试验位置是为了对光字牌进行检查而设置的，当SA1和SA2切换至试验位置时，其接点①～②,③～④，⑤～⑥和⑦～⑧,⑨～⑩,～接通，～和～断开，WFS1、WFS2和WFS3、WFS4被直接接到正负信号母线上对光字牌进行检查。在检验回路中之所以用SA1和SA2的三对接点串联，是为了增强其开断能力。 　　光字牌由两个灯泡组成，工作时两灯并联，损坏一个还能继续工作。检查时两灯串联，只要有一个损坏就能发现。

267 （a） 集中复归不能重复动作的事故信号装置； （b） 集中复归不能重复动作的预告信号装置
图7.43　交流操作电源的中央信号装置原理图 （a） 集中复归不能重复动作的事故信号装置； （b） 集中复归不能重复动作的预告信号装置

268 图7.45　能重复动作集中复归的中央预告信号电路图

269 图7.44　中央复归能重复动作的直流事故信号电路图

270 图7.45　能重复动作集中复归的中央预告信号电路图

271 7.7 绝缘监察装置和电气测量仪表 7.7.1 绝缘监察装置 1.绝缘监察装置的作用
7.7 绝缘监察装置和电气测量仪表 绝缘监察装置 1.绝缘监察装置的作用 　　6～10 kV供配电系统属小电流接地系统。该系统发生一相接地时，接地相对地电压降低，甚至下降为零，非接地相对地电压升高到线电压，这样则可能在绝缘薄弱地方引起击穿，造成相间短路。绝缘监察装置的作用就是在小电流接地系统中用以监视该系统相对地的绝缘状况。当系统发生相接地或电气设备、母线等对地绝缘降低到一定值时，绝缘监察装置发出预告信号，通知

272 运行值班人员采取相应措施，以维护电气设备的正常绝缘水平，确保其安全运行。
2.绝缘监察装置的原理电路 　　图7.46（a）、（b）所示为用于低压系统的绝缘监察装置。系统正常工作时，电压表的读数相同；当系统发生一相接地时，接地相电压表读数下降甚至为零，正常相电压升高。因此，通过电压表的读数就可以判断哪一相接地。

273 　　图7.46（c）所示为采用三个单相三绕组电压互感器或一个三相五柱三绕组电压互感器构成的6～10 kV系统绝缘监察装置。电压互感器的一次绕组接成完全星形，其中性点接地；电压互感器二次侧有两个绕组，其中一个主要绕组接成完全星形，中性点接地，三只电压表接成相对地接线；另一个辅助绕组接成开口三角形，并在开口处接一只过电压继电器KV,借以反映接地时出现的零序电压。

274 　　正常运行时，系统三相电压对称，没有零序电压，三相对地电压表的读数相等，均为相电压。电压互感器TV辅助二次绕组的各相电压对称，大小为1003V，开口三角形两端电压近似为零，过电压继电器KV不动作。
　　当变电所6～10 kV母线上任一条出线发生一相接地故障时，接地相的电压表读数降低或为零，而其他两相对地电压升高到线电压，开口三角形两端的电压相量和不再为零，其大小为正常运行时的3倍，即3×1003=100 V，使过电压继电器KV动作，发出系统一相接地预告信号。值班

275 人员根据预告信号及电压表的指示，可判断系统哪一相发生接地，但是不能判断是哪一条线路接地，这时可采用依次断开各条线路的办法来寻找接地点。其操作过程为：断开某条线路时，系统接地消除，三个电压表指示相同，则可判断该条线路某点接地，此时派人查出具体接地点，转移负荷，停电处理。

276 　　上述交流绝缘监察装置简单易行，但给出的预告信号没有选择性。因此一般适用于线路数目不多，允许短时一相接地，且负荷可以中断供电的系统中，而工厂供电系统大多数符合上述要求，故得到广泛应用。

277 图7.46　绝缘监察装置 （a） 、(b)低压系统绝缘监察装置； （c） 6-10 kV系统绝缘监察装置

278 图7.46　绝缘监察装置 （a） 、(b)低压系统绝缘监察装置； （c） 6-10 kV系统绝缘监察装置

279 7.7.2 电气测量仪表 电气测量仪表按其用途分为常用测量仪表和计量仪表两类。 （1） 对常用测量仪表的一般要求（据GBJ 63—1990）
电气测量仪表 　　电气测量仪表按其用途分为常用测量仪表和计量仪表两类。 　　（1） 对常用测量仪表的一般要求（据GBJ 63—1990） 　　① 常用测量仪表应能正确反映电力装置的运行参数，能随时监测电力装置回路的绝缘状态。 　　② 交流回路仪表的精确度等级不应低于2.5级；直流回路仪表的精确度等级不应低于1.5级。 　　③ 1.5级和2.5级的常用测量仪表应配用不低于1.0级的互感器。

280 　　④ 仪表的测量范围和电流互感器变流比的选择，宜满足供电系统额定值的条件运行时仪表的指示在标度尺的70%～100%处。对有可能过负荷运行的电力装置回路，仪表的测量范围宜留有适当的过负荷裕度。对重载起动的电动机和运行中有可能出现短时冲击电流的电力装置回路，宜采用具有过负荷标度尺的电流表。对有可能双向运行的电力装置回路，应采用具有双向标度尺的仪表。

281 　　(2) 对电能计量仪表的一般要求（据GBJ 63—1990）
　　① 月平均用电量在1×106 kW·h及以上的电力用户电能计量点，应采用0.5级的有功电度表。月平均用电量小于106 kW·h、在315 kV·A及以上的变压器高压侧计费的电力用户电能计量点，应采用1.0级有功电度表。在315 kV·A及以下的变压器低压侧计费的电力用户电能计量点，75 kW及以上的电动机以及仅作为工厂内总经济技术考核而不计费的线路和电力装置回路，均采用2.0级有功电度表。

282 ② 在315 kV·A及以上的变压器高压侧计费的电力用户电能计量点和并联电力电容器组，均应采用2
　　② 在315 kV·A及以上的变压器高压侧计费的电力用户电能计量点和并联电力电容器组，均应采用2.0级无功电度表。在315 kV·A以下的变压器低压侧计费的电力用户电能计量点及仅作为工厂内部技术经济考核而不计费的线路和电力装置回路，均采用3.0级无功电度表。

283 ③ 0. 5级的有功电度表应配用0. 2级的互感器。1. 0级的有功电度表、1. 0级专用电能计量仪表、2. 0级计费用的有功电度表及2
　　③ 0.5级的有功电度表应配用0.2级的互感器。1.0级的有功电度表、1.0级专用电能计量仪表、2.0级计费用的有功电度表及2.0级的无功电度表，应配有不低于0.5级的互感器。仅作为工厂内部技术经济考核而不计费的2.0级有功电能表和3.0级的无功电能表，均应配用不低于1.2级的互感器。

284 　　（3） 根据国家标准有关规定，变配电装置中各部分仪表配置要求如下：
　　① 在电源进线上或经供电部门同意的电能计量点，必须装设计费用的三相有功电能表和无功电能表，宜采用全国统一的电能计量柜。为了解负载电流，进线上还应装设一只电流表。 　　② 变配电所的每段母线上必须配置一只电压表测量电压。在中性点非有效接地（即小接地电流）的电力系统中，各段母线还应装设绝缘监视装置。如果出线很少时，绝缘监视装置可不装设。

285 　　③ 35～110/6～10 kV的电力变压器应装设电流表、有功功率表、无功功率表、有功电能表、无功电能表各一只， 装在哪一侧视具体情况而定。 6～10/3～6 kV 的电力变压器，在其一侧装设电流表、有功电能表、无功电能表各一只。6～10/0.4 kV的电力变压器,在高压侧装设电流表和有功电能表各一只，如为单独经济核算单位的变压器，还应装设一只无功电能表。

286 　　④ 3～10 kV的配电线路应装设电流表、有功电能表和无功电能表各一只。如果不是单独经济核算单位时，可不装无功电能表。当线路负荷在5000 kV·A及以上时，可再装设一只无功电能表。

287 　　⑥ 低压动力线路上应装设一只电流表。低压照明线路及三相负载不平衡度大于15%的线路上应装设三只电流表分别测量三相电流。如需计量电能，一般应装设一只三相四线有功电能表。对负荷平衡的动力线路，则可只装一只单相有功电能表，其实际电能为计量值3倍计。 　　⑦ 并联电力容器组的总回路上应装设三只电流表，分别测量各相电流，并应装设一只无功电能表。

288 　　上述测量及计量仪表的配置装设可参见表7.3（见P224）。图7.47是6～10 kV高压配电线路上装设的电气测量仪表电路图。

289 图7.47　6～10 kV高压配电线路上装设的电气测量仪表电路图

290 7.8 备用电源自动投入装置 7.8.1 APD装置的作用及分类 1.APD的作用
7.8 备用电源自动投入装置 APD装置的作用及分类 1.APD的作用 　　在要求供电可靠性较高的变配电所中，通常设有两路或以上的电源进线，或者设有自备电源。在企业的车间变电所低压侧，大多设有与相邻车间变电所相连的低压联络线。如果在作为备用电源的线路上装设备用电源自动投入装置（Auto-put-into device of reserve-source,缩写为APD），则在工作电源线路突然断电时，利用失压保护装

291 置使该线路的断路器跳闸，而备用电源线路的断路器则在APD作用下迅速合闸，使备用电源投入运行，从而大大提高供电的可靠性，保证对用户的不间断供电。

292 （1） 备用线路自动投入装置 　　图7.48（a）所示为备用线路APD。正常运行时由工作线路供电，当工作线路因故障或误操作而失电时，APD便起动将备用线路自动投入。这种方式常用于具有两条电源进线，但只有一台变压器的变电所。

293 （2） 分段断路器自动投入装置 　　图7.48（b）所示为母线分段断路器APD。正常运行时一台变压器带一段母线上的负荷，分段断路器QF5是断开的。当任一段母线因电源进线或变压器故障而使其电压消失（或降低）时，APD动作，将故障电源的断路器QF2（或QF4）断开，然后合上QF5恢复供电。这种接线的特点是两个线路——变压器组正常时都在供电，故障时又互为备用（热备用）。

294 （3） 备用变压器自动投入装置 　　图7.48（c）所示为备用变压器APD。正常时T1和T2工作，T3备用。当任一台工作变压器发生故障时，APD起动将故障变压器的断路器跳开，然后将备用变压器投入。这种接线的特点是备用元件平时不投入运行，只有当工作元件发生故障时才将备用元件投入（冷备用）。

295 （a） 备用线路APD；（b） 分段断路器APD；
图7.48　备用电源自动投入的基本方法 （a） 备用线路APD；（b） 分段断路器APD； （c） 备用变压器APD

296 （a） 备用线路APD；（b） 分段断路器APD；
图7.48　备用电源自动投入的基本方法 （a） 备用线路APD；（b） 分段断路器APD； （c） 备用变压器APD

297 （a） 备用线路APD；（b） 分段断路器APD；
图7.48　备用电源自动投入的基本方法 （a） 备用线路APD；（b） 分段断路器APD； （c） 备用变压器APD

298 7.8.2 对APD装置的基本要求 （1） 工作电源不论何种原因消失（故障或误操作）时，APD应动作。
　　（2） 应保证在工作电源断开后，备用电源电压正常时，才投入备用电源。 　　（3） 备用电源自动投入装置只允许动作一次。 　　（4） 电压互感器二次回路断线时，APD不应误动作。 　　（5） 备用电源自动投入装置的动作时间应尽量缩短，以利于电动机的自起动和减少停电对生产的影响。

299 7.8.3 APD装置的典型接线 1.高压APD装置 对6～10 kV高压系统的重要负荷，可采用两个电源进线断路器互投的APD装置。
（1） 原理接线 　　6～10 kV两路电源进线断路器互投的APD装置，其原理展开图如图7.49所示，图中只画出有关电路。

300 　　该一次电路的两路电源进线断路器为QF1和QF2，其操作机构可采用CT-7型弹簧储能式交流操作机构，交流操作电源可取自一次电路中的两组电压互感器，其过电流保护可采用反时限或定时限保护（以上一次电路及过电流保护在图7.49中均未画出）。这种APD 装置能做到两路进线电源互为备用，两路断路器QF1和QF2可以互投。

301 （2） 工作过程 　供电线路正常运行时，假设断路器QF1处于合闸状态，其常开辅助触点5、6接通，红色指示灯RD1点亮，指示QF1处于合闸状态；断路器QF2（作为备用电源）处于分闸状态，其常闭辅助触点11、12闭合，绿色指示灯GN2点亮，指示QF2处于分闸状态。此时低电压继电器KV1～KV4的线圈（图中未画出）均通电，其常闭触点均断开，切断了APD装置起动回路的时间继电器KT1和KT2。采用两只电压继电器使其触点串联是为了防止为其供电的电压互感器一相熔断器熔断而使APD装置误动作。

302 　　当断路器QF1控制的一路工作电源停电时，因工作电源失去电压而使低电压继电器KV1和KV2失电，其常闭触点接通，起动时间继电器KT1（即APD起动），经事先整定的延时后，KT1动作，其常开触点1、2闭合，信号继电器KS1动作，通过连接压板XB1及已闭合的QF1常开辅助触点5、6，使断路器QF1跳闸线圈YR1通电，从而QF1跳闸。QF1跳闸后，其常开辅助触点5、6断开，红灯RD1熄灭，同时切断路闸线圈YR1电源。

303 QF1的常闭辅助触点3、4恢复闭合，绿灯GN1点亮，指示QF1处于分闸位置。QF1跳闸的同时，其常闭辅助触点7、8也恢复闭合，通过信号继电器KS4、中间继电器KM2的常闭触点7、8，QF2的常闭辅助触点11、12，使断路器的合闸线圈KO2通电（即APD动作），从而使QF2合闸，则备用电源开始供电。QF2合闸后，其常开辅助触点13、14闭合，红灯RD2点亮，指示QF2处于合闸位置；同时QF2的常开辅助触点9、10也闭合，KM2线圈通电，KM2的常开触点5、6闭合使其自

304 保持，其常闭触点7、8断开，切断其合闸回路，从而保证了QF2只动作一次。该动作称为断路器防跳跃动作，即为“防跳跃闭锁”。
　　如果QF2为工作电源，QF1为备用电源，则APD装置的工作过程与上述完全相同。 　该电路由于采用交流操作电源，因此在工作电源消失而备用电源无电时，由于无操作电源，从而保证了APD装置不应动作的要求。

305 　　该电路的不足之处是：当QF1（工作电源）因过电流保护装置的动作而跳闸时，QF2（备用电源）仍会自动投入，使第二路电源再投入故障点。改进的方法是：将QF1过电流保护继电器的常开触点串入QF2的合闸回路，因为当QF1保护动作跳闸时能闭锁QF2的合闸回路，从而使QF2不会再投入故障点。

306 2.低压APD装置 　　低压APD装置大都由低压断路器（自动开关）或交流接触器构成。 （1） 原理接线 　　图7.50是两路低压电源互为备用的APD展开图。该电路中采用电磁式操作的DW10型低压断路器。

307 　　图中熔断器FU1和FU2后面的二次回路分别是低压断路器QF1和QF2的合闸回路，该回路设置了控制两路断路器互换的组合开关SA1和SA2。FU3和FU4后面的二次回路分别是QF1和QF2的跳闸回路。FU5和FU6后面的二次回路分别是QF1和QF2的失压保护和跳、合闸指示回路。 　　图7.50所示的两路低压电源互为备用的APD展开图两边是完全对称的。

308 （2） 工作过程 　如果要WL1电源供电，WL2电源作为备用，可先将闸刀开关QK1～QK4合上，再合上组合开关SA1，这时低压断路器QF1的合闸线圈YO1靠合闸接触器KO1而接通，QF1合闸，使WL1电源投入运行。这时中间继电器KM1被加上电压而动作，其常闭触点断开，使跳闸线圈YR1回路断开；同时指示QF1处于合闸位置的红灯RD1点亮，绿灯GN1熄灭。接着合上组合开关SA2，做好WL2电源自动投入的准备。此时指示QF2合、分闸位置的红灯RD2熄灭，绿灯GN2点亮。

309 　　如果WL1工作电源因故障突然断电，则中间继电器KM1失电而返回，其常闭触点恢复闭合，接通跳闸线圈YR1的回路，使断路器QF1跳闸，同时QF1的常闭辅助触点9、10恢复闭合，接通QF2的合闸回路，使QF2合闸，投入备用电源WL2。此时指示断路器QF1和QF2合、分闸位置的指示灯转换为：红灯RD1熄灭，绿灯GN1点亮（说明QF1处于分闸位置）；红灯RD2点亮，绿灯GN2熄灭（说明QF2处于合闸位置）。

310 　　如果WL2作为工作电源供电，WL1作为备用电源，则工作过程与上述情况完全相同。
　　图7.50中时间继电器KT1或KT2的作用是：在断路器QF1或QF2合闸后，经过预定延时，切断QF1和QF2的合闸回路，防止其合闸线圈YO1或YO2长期通电。按钮SB1和SB2是用来分别手动控制断路器QF1和QF2跳闸的。该电路还具有电源失压保护功能，当两路电源任意一路失压低于一定数值时，其对应的中间继电器KM1或KM2因失电返回，从而使相应的断路器QF1和QF2跳闸。

311 　　上述两路低压电源互为备用的电路不仅适用于变电所低压母线，而且对于重要的低压用电设备（如重要负荷的电动机、事故照明等）也是适用的。

312 图7.49　6～10 kV两路电源进线断路器互投APD装置展开图

313 图7.49　6～10 kV两路电源进线断路器互投APD装置展开图

314 图7.50　两路低压电源互为备用的APD展开图

315 图7.50　两路低压电源互为备用的APD展开图

316 图7.50　两路低压电源互为备用的APD展开图