任务 1 常用矿山继电保护装置的结构及工作原理

学习情景 6 矿山继电保护装置的整定与维护

知识目标：★ 继电保护装置的作用及要求 ★ 常用保护继电器的用途、结构及工作原理 ★ 动作电流、返回电流、返回系数、接线系数等概念 ★ 线路保护装置的结构与继电保护的接线能力目标：★ 会正确绘制保护装置的原理和展开图 ★ 会为矿山供电被保护元件选配继电保护装置 ★ 会对继电保护选用合理接线方式并能正确整定

一、继电保护装置的作用与要求 1. 继电保护装置的作用 所谓继电保护装置，是指能反映电力系统中电气设备或

线路发生的故障或不正常运行状，并能作用断路器跳闸和发出信号的一种自动装置。 继电保护装置的作用是：当被保护线路或设备发生故障

时，继电保护装置能借助断路器，自动地、迅速地、有选择地将故障部分断开，保证非故障部分继续运行；当被保护设备或线路出现正常运行状态时，继电保护装置能够发出信号，提醒工作人员及时采取措施。

2 ．对继电保护装置的要求（ 1 ）选择性

（ 2 ）速动性 （ 3 ）灵敏性 （ 4 ）可靠性

二、常用保护继电器 1 、电磁式继电器 （ 1 ）电磁式电流继电器

线圈 铁芯

钢舌片

继电器轴

反作用弹簧

轴承

静触点动触点

调节转杆

标度盘

（ 2 ）电磁式中间继电器

线圈

铁芯

弹簧

衔铁

动触点

静触点静触点

接线

接线端

底座

（ 3 ）电磁式时间继电器

线圈

铁芯

衔铁

返回弹簧

静瞬时触点

绝缘杆

瞬时动触点

压杆

平衡锤

摆动卡板

扇形齿轮

传动齿轮

动延时触点静延时触点

标度盘

拉引弹簧

弹簧拉力调节器

摩擦离合器

主齿轮

小齿轮

擎轮

传动齿轮

（ 4）电磁式信号继电器

DX-11型信号继电器的结构

线圈

铁芯

弹簧 衔铁 信号牌 观察玻璃窗口

复位旋钮

动触点

静触点 接线端接线端

2 ．静态过流继电器 （ 1 ） 主要用途及其作用 JGL-2 型过电流继电器具有反时限特性，该继电器应用于电机、变压器等主设备以及矿山输配电系统的继电保护回路中，尤其适用于无直流设备的厂站，当主设备或输配电系统出现短路故障时，该继电器能按预定的时限可靠动作，切除故障部分。 该继电器采用拨盘开关进行整定，直观方便，可靠性高；无直流辅助电源，具有很强的抗干扰能力；不存在机电型过流继电器的机械部分发卡现象，动作值整定困难，动作离散值较大等缺点。 JGL-2/11 ～ 14 具有两次掉牌显示，可区分速断动作和过流动作。

（ 2 ）工作原理

继电器由模拟电路及数字电路构成，输入电流一路经电流变换器，经过整流、滤波、稳压后取出直流电源供产品运行工作。另一路经电流变换器，经过整流、滤波，将过流信号分别送到过流启动、速动启动回路。输入电流达到过流启动值时，触发器翻转，启动回路工作，达到预定时间后，继电器出口。输入电流达到或超过速动整定值时，继电器出口。

（ 3 ）技术数据 1 ）整定范围 2 ）触点形式 3 ）反时限启动电流极限误差 4 ）反时限动作延时平均误差 5 ）特性曲线 6 ）速动作时间 7 ）温度变化引起的变差（ 4 ）结构及安装

8 ）返回系数9 ）延时动作时间10 ）功率消耗11 ）绝缘性能 12 ）触点性能13 ）重量

三、电流保护装置的接线方式 电流保护的接线方式是指电流继电器与电流互感器的连接方式。常用的接线方式有三种，如下图所示。

电流保护的接线方式 a-完全星形接线； b-不完全星形接线； c-两相电流差接线

完全星形接线 不完全星形接线

两相电流差接线

任务 2 电网的过流保护知识目标 : ★ 开式电网定时限过流保护装置的工作原理 ★ 开式电网定时限过流保护装置的整定及计算

★ 开式电网反时限过电流保护装置的工作原理 ★ 开式电网反时限过流保护装置的整定及计算

能力目标 : ★ 会开式电网定时限过流保护装置的计算 ★ 会开式电网定时限过流保护装置的整定 ★ 会开式电网反时限过流保护装置的计算 ★ 会开式电网反时限过流保护装置的整定

一、开式电网的定时限过电流保护 1 ．保护装置的工作原理

定时限过电流保护原理接线图

2 ．保护装置的时限特性

保护区的划分

3 ．保护装置的整定计算

(1）动作电流的整定 过电流保护装置的动作电流应满足以下两个条件： 1) 当被保护线路流过最大工作电流时，保护装置不应动作，因此保护装置的一次动作电 应大于线路的最大工作电 ，即

线路的最大工作电流应考虑可能出现的尖峰负荷电流，即考虑短路故障消失后母线电压恢复时，电气设备自励磁和电动机自起动造成的影响，尤其是电动机自起动的影响。其值可用下式计算

opI w maxI

op w maxI I

w max st caI K I

考虑保护装置的接线系数 ，电流互感器的变比 ，则继电器的动作电流 为

继电器的返回系数 ：对 DL型继电器取 0.85；对 GL型

继电器取 0.8；对晶体管继电器取 0.85 ～ 0.90。

2 ）灵敏度校验 按躲过最大工作电流整定的过流保护装置，能保证在线路正常工作时，过电流保护装置不会误动作；但是，还需保证在被保护范围内发生短路故障时，保护装置都能灵敏动作。 这一点由灵敏系数来保障。保护装置的动作灵敏度可用下式校验

2s min

rop

2s min

ri op k

IK

I

IK

K I

3 ）保护装置的时限整定 定时限过流保护装置的时限整定，应遵守时限的阶梯原则。为了使保护装置以可能的最小的时限切除故障线路，位于电网末端的过电流保护装置不设延时元件，其动作时限等于电流继电器和中间继电器本身固有的动作时间之和，约为0.07 ～ 0.09s。 靠近电源侧的各级保护装置的动作时限，取决于时限级差的大小。越小，各级保护装置的动作时限越小。但不可过小，否则不能保证选择性。

二、开式电网的反时限过电流保护

1 ．动作电流的整定 反时限过电流保护装置的动作电流整定计算，灵敏度校

验，除计算动作电流时可靠系数取 1.2 ～ 1.4 外，其他与定时限过电流保护装置相同，此处不再赘述。 2 ．动作时限的整定 为了保证动作的选择性，反时限过电流保护动作时限

的整定，也应满足时限的阶梯原则，但由于感应式电流继电器的动作时限与短路电流的大小有关，因此相邻线路之间的时限配合较为复杂。下面以下图中保护装置 1 为例说明两个反时限过电流保护配合时，时限整定的方法和步骤。

反时限过电流保护装置接线图

反时限过电流保护的时限配合a-时限配合曲线； b-时限整定

例题 ： 某 10kV 供电线路如下图所示，线路 WL1 、 WL2 均装设反时限过电流保护装置。已知保护装置的动作电流＝ 8A ， 10 倍动作电流时的动作时限为 0.7s 。现已知 S1 点的三相短路电流＝ 1000A ，＝ 800A ， S2 点的三相短路电流＝ 600A ，线路 WL1 的最大工作电流为 190A 。 � 若保护装置采用不完全星形接线，试整定保护装置 1 的动作电流和动作时限。

任务 3 电网的接地保护

知识目标：★ 绝缘监视装置工作原理 ★ 绝缘监视装置工作原理整定与维

护 ★零序电流保护装置工作原理 ★ 零序电流保护装置整定与维护

能力目标：★ 会绝缘监视装置工作原理整定与维护 ★ 会零序电流保护装置整定与维护

一、绝缘监视装置

电网绝缘监视装置的原理接线图

三相五柱式电压互感器的结构图

零序电流保护的接线a-架空线路； b-电缆线路

保护装置的动作电流整定必须保证选择性。当电网某线

路发生单相接地故障时，因为非故障线路流过的零序电流是其本身的电容电流，在此电流作用下，零序电流保护不应动作。因此其动作电流应为

0lokop 3 CUKI

知识目标：★ 瓦斯继电器结构 ★ 瓦斯继电器的工作原理

★ 瓦斯继电器安装能力目标：★ 会瓦斯继电器的安装 ★ 会瓦斯继电器的常见故障处理

任务 4 电力变压器的瓦斯保护

对于变压器的故障及不正常运行状态，变压器应装设以下保护装置。 ⑴ 瓦斯保护。 ⑵ 纵联差动保护或电流速断保护。 ⑶ 过电流保护。作为变压器外部短路及其主保护的后备保护。 ⑷ 过负荷保护。变压器的过负荷保护作用于信号。对无人值班的变电所，可作用于跳闸或自动切除一部分负荷。

一、瓦斯继电器 当变压器油箱内故障时，短路电流所产生的电弧或内部

某些部件发热，将使变压器油和其它绝缘物分解而产生大量气体，利用这种气体作为信号实现保护的装置称为瓦斯保护装置。瓦斯保护可反映变压器油箱内部的各种故障和油面降低等不正常状态。

下图为 QJ1-80型复合式瓦斯继电器的结构图。变压器正常工作时，轻瓦斯部分的开口杯 5处于上浮位置，干簧触点 15断开；重瓦斯部分的档板 10， � 在弹簧 9的保持下

，处于正常位置，双干簧触点 13断开。

QJ1-80 型复合式瓦斯继电器结构图

罩顶针 气

塞

磁铁开口杯

重锤

探针

开口销

弹簧挡板

磁铁

螺杆

干簧触点

调节杆 干簧触点

套管排气口

当变压器油箱内产生轻微故障时，产生气体量较少，它聚集在瓦斯继电器上部，迫使油面下降，开口杯 5随油面降低而下沉，使磁铁 4 靠近触点 15，其干簧触点闭合，发出

轻瓦斯信号。 当变压器油箱内发生严重故障时，产生大量的气体，强烈的油气流冲击挡板 10，挡板克服弹簧的反作用力而斜倒

，使固定在挡板上的磁铁 11 靠近干簧触点 13，触点闭合，重

瓦斯动作使断路器跳闸，切断变压器电源。

变压器严重漏油时，油面降低，达到一定程度时，干簧触点 15 闭合，同样发出轻瓦斯信号。 瓦斯继电器的调整，按重瓦斯和轻瓦斯分别进行调整。重瓦斯是通过调节杆 14 ，改变弹簧 9的反作用力，来调整

重瓦斯动作的油流速度；螺杆 12 用来调节磁铁 11 与干簧触点

13之间的距离。轻瓦斯是通过改变重锺 6的位置，来调节轻瓦斯触点动作的气体容积。

二、变压器的瓦斯保护

瓦斯保护原理接线图

KG 为瓦斯继电器， KS 为信号继电器， KM 为带串联自保持电流线圈的中间继电器。轻瓦斯动作时，其上触点闭合，发出轻瓦斯信号。重瓦斯动作时，其下触点闭合，由 KS发出重瓦斯信号，同时继电器 KM 吸合使变压器两侧的断路器跳闸。由于重瓦斯保护是按油的流速大小动作的，而油的流速在故障中往往是不稳定的。所以重瓦斯动作后必须有自保持回路，以保证有足够的时间使断路器可靠跳闸。为此 KM具有串联自保持电流线圈。

瓦斯保护的主要优点是：动作迅速，灵敏度高，接线和安装简单，能反应变压器油箱内部各种类型的故障。特别是当变压器绕组匝间短路的匝数很少时，虽然故障回路电流很大，可能造成严重过热，而反映到外部的电流变化却很小，其它保护装置都不能动作。因此瓦斯保护对于切除这类故障具有特别重要的意义。

瓦斯保护的缺点是：不能反映外部套管和引出线的短路

故障，因而还必须与其它保护装置配合使用。