电力装置的继电保护与自动装置设计规范学习心得.docx

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电力装置的继电保护与自动装置设计规范学习心得

电力装置的继电保护与自动装置设计规范（GB50062－92）于1992年7月1日发布，1992年12月1日起实施，至今尚未修订。

它是电气设计必须执行的强制性国家标准。

现在有些报刊发表文章提到国家电气设计规范不能够及时修订，已经成为变电站综合自动化等新技术发展的瓶径。

最近又认真学习了电力装置的继电保护与自动装置设计规范（GB50062－92），感觉到有些地方确实需要修订，但它并没有对变电站综合自动化（微机保护）等新技术发展与推广造成太大的影响。

结合学习中的一些心得，将有关问题整理如下，供大家讨论。

修订说明

修订说明中提到本规范是根据国家计委计综〔1986〕2030号文的要求，由能源部负责修订而成。

认真总结了本专业的设计、运行经验和科研成果，这次修订的主要内容：

增加110kV中性点直接接地电力网中线路的保护，63MVA及以下电力变压器的保护等内容。

如发现需要修改或补充之处，请将意见和资料寄交能源部东北电力设计院（吉林省长春市斯大林大街，邮政编码130021），并抄送能源部电力规划设计管理局。

1从国家计委1986年发文，到1992年发布实施，经历了将近6年时间，可见作为强制性国家标准的严肃性与工作量之大。

现在改革开放之后情况可能会发生改变。

2认真总结了本专业的设计、运行经验和科研成果。

（变电站综合自动化（微机保护）与干式变压器等新的设备的出现，110kV以下中压供电系统接地方式的变化等，都需要对电力装置的继电保护与自动装置设计规范（GB50062－92）进行修订。

）

3电力装置的继电保护与自动装置设计规范（GB50062－92）原来主编单位为由东北电力设计院，由李云龙、李向贤与王进洪负责起草。

（东北电力设计院，特别是李云龙、李向贤与王进洪等同志能否继续完成这项工作，乃广大电气专业技术人员的期待，但还需要有关上级部门安排。

）

第一章总则

第1.0.1条首先提出制定本规范的目的，是为了在电力装置的继电保护与自动装置设计中，做到安全可靠、技术先进和经济合理。

（这说明对变电站综合自动化（微机保护）等新技术与新产品，规范并没有限制其使用，要求把某一项新技术与新产品写进规范是不现实的。

要求做到安全可靠、技术先进和经济合理，但不能够规定采用某种技术与产品，否则会造成比较大的危害。

）

（贯彻执行国家技术经济政策是否再写入规范，需要大家展开讨论。

）

第1.0.2条明确了本规范适用于各行业3～110kV电力线路与设备，提出适用于单机容量为25MVA及以下发电机，63MVA及以下电力变压器等电力装置的继电保护与自动装置设计。

第1.0.3条规定应选用国家规定鉴定合格的产品。

（鉴定合格说明产品性能在技术与生产上没有问题。

进入批量生产还需要通过国家规定的有关部门检测合格。

现在国家规定了电力装置的继电保护与自动装置检测部门，现有产品基本上都通过检测，有些地方供电部门又制定了允许入网的检测，是否合法无须争论，如果能够执行好，它对把好产品质量关还是有一定作用的。

）

第1.0.4条规定除执行本规范外，产品还应符合国家现行有关标准与规定。

（如何在生产过程中把好质量关也特别重要。

可能都通过ISO9000质量认证，真正执行情况并不理想。

而用于电力系统的产品在产品老化与出厂检验上有一定的特殊性，在这方面需要产品制造标准中作出规定。

）

第二章一般规定

第2.0.1条提出应装设反应短路故障与异常运行的继电保护与自动装置，应能够尽快地切除短路故障和恢复供电。

（电力系统继电保护和安全自动装置的作用，是在电力系统发生短路事故与异常运行故障时，能够及时发现并迅速有选择性地将事故与故障切除，利用自动重合闸或备用电源自动投入装置，减小事故停电范围与时间，通过事故报警与事故记录，可进行事故分析。

）

第2.0.2条提出应装有主保护、后备保护和异常运行保护（过负荷与瓦斯、温度等非电量保护）。

辅助保护在工业与民用建筑变电站中很少采用。

第2.0.3条提出继电保护与自动装置必须满足可靠性、选择性、灵敏性与速动性四大要求。

并要求符合以下四点规定：

一简单可靠，使用元件和接点应尽量少，接线回路简单，运行维护方便，在满足要求的前提下宜采用最简单的保护。

（变电站综合自动化（微机保护）外部二次电路符合使用元件和接点少，接线回路简单，调试试验与运行维护也方便。

但变电站综合自动化（微机保护）装置内部在满足要求的前提下也应该简单，以降低造价，提高可靠性。

）

二对相邻设备和线路有配合一切的保护，前后两级之间的灵敏性与当中时间应相互配合。

（这点变电站综合自动化（微机保护）装置更容易作到。

）

三在保护范围内发生事故，继电保护应具有必要的灵敏系数。

符合表2.0.4的要求。

四要求尽快地切除短路故障，需要时可允许无选择性当中，再利用自动重合闸和备用电源自动投入恢复供电，减小停电范围。

第2.0.4条提出继电保护最小灵敏系数要求的具体数据表2.0.4。

效验时要考虑运行方式与不利的故障类型，有些保护还需要考虑短路电流衰减的影响。

第2.0.5条提出安装有管型避雷器的线路，保护动作时间不应大于0.8s，返回时间不应小于0.02s。

（有些变电站综合自动化（微机保护）装置的返回系数比较大，应引起注意。

）

第2.0.6条规定电压互感器二次回路断线引起保护误动时，应采取断线闭锁。

（这点变电站综合自动化（微机保护）装置比较容易作到。

）

第2.0.7条是针对中央信号提出的具体要求。

（变电站综合自动化（微机保护）装置的有关数据可以利用掉电保护功能进行保存，再由装置的液晶显示或计算机显示与数据处理，完全可以满足不自动复归，操作电源恢复后可以维持原状态等要求。

事故记录数据除事故发生时间、地点与性质外，还可以实现故障滤波记录。

但存在液晶显示窗口小，需要进行操作，发光二极管与报警输出有些装置无自保持等问题。

）

第2.0.8条提出保护用电流互感器的误差不应大于10％，选用10P级（差动保护不应大于5％，选用5P级。

）

第2.0.9条提出直流操作电源，波纹系数不应大于5％，电压波动应控制在5％范围内。

蓄电池充电后期直流母线电压不应高于额定电压的115％，蓄电池放电末期直流母线电压不应低于额定电压的85％。

（现在直流操作电源都采用智能化充电模块，完全可以满足上述要求。

由蓄电池充电后期直流母线电压供电给合分闸母线，加降压模块后再供电给控制母线。

现在有些直流屏生产厂家在研究生产取消降压模块，适当降低充电后期电压的方案。

采用变电站综合自动化（微机保护）与弹簧储能及永磁操动机构时，对优先采用直流110V操作电压以及蓄电池的安时数，是一个需要讨论的问题。

）

第2.0.10条交流整流电源在新设计中已经很少采用，将来修订时可能要取消。

第2.0.11条提出交流操作可由电压互感器或所用变取得操作电源，短路保护由电流互感器取得操作电源，通过电流脱扣器跳闸。

（采用变电站综合自动化（微机保护）后，短路保护通过跳闸线圈分励跳闸，由电压互感器或所用变取得操作电源时，都需要设置带蓄电池与逆变电源的后备电源，起切换时间应小于采用变电站综合自动化（微机保护）的短路保护跳闸出口时间（一般为35ms）。

将来修订时再进行讨论。

）

第三章发电机的保护

工业与民用建筑配电设计中，有自备电厂时，才会遇到发电机保护。

以后再学习讨论。

第四章电力变压器的保护

第4.0.1条提出电力变压器故障与异常运行方式，需要装设的保护有：

一绕组及引出线的相间短路和中性点直接接地侧的单相接地短路；

二绕组间的匝间短路；

三外部相间短路引起的过电流；

四中性点直接接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；

五过负荷；

六油面降低；

七变压器温度升高、油箱压力升高或冷却系统故障。

第4.0.2条针对变压器瓦斯保护；规定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，均应装设瓦斯保护，轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于报警与跳闸。

跳闸应跳开所有有电源侧，以及有备用电源自动投入侧的断路器。

（本条为非电量保护，干式变压器的温度保护，以及箱变的门控信号将来修订时应进行讨论。

）

第4.0.3条规定了变压器纵联差动保护与过电流保护的应用范围。

一10000kVA及以上的单独运行的变压器和6300kVA及以上的并例运行的变压器，应装设纵联差动保护。

6300kVA及以下单独运行的重要变压器，亦可装设纵联差动保护。

二10000MVA及以下的变压器可装设电流速断保护与过电流保护。

2000kVA及以上的变压器，当电流速断保护灵敏系数满足不了要求时，宜装设纵联差动保护。

（常规变压器纵联差动保护采用的继电器比较多，以上两条可能是从调试、整定与维护等方面考虑。

采用变电站综合自动化（微机保护）调试、整定与维护等方面都有较大改进，变电站综合自动化（微机保护）的价格也在不断降低。

所以设计时可适当放宽一些。

装设变电站综合自动化（微机保护）变压器纵联差动保护后，还应装设具有电流速断与过电流保护的后备保护，另外还需要考虑装设有载调压装置。

）

三规定400kVA及以上，一次电压为10kV及以下，线圈为三角形－星形联结的变压器，可采用两相三继电器式的过电流保护。

（现在大多数变电站综合自动化（微机保护）装置都有三组保护电流输入，可以组成三继电器式的过电流保护。

用变压器高压侧过电流保护作为低压侧单相接地保护的后备时，需要设计三相电流互感器，电源中性点通过串联电阻接地后，也需要设计三相电流互感器，这一规定将来修订时需要讨论。

）

四规定以上保护应动作于断开变压器的各侧断路器。

（变电站综合自动化（微机保护）装置纵联差动保护有断开变压器的对侧断路器的输出干接点，除变压器纵联差动保护外，一般都没有设计跳开对侧断路器。

变压器各侧断路器有保护装置时，是否可以通过失压保护跳闸来实现这一要求需要进行讨论。

）

第4.0.4条提出变压器纵联差动保护应躲过变压器励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流，保护范围应包括变压器套管及其引出线。

（变电站综合自动化（微机保护）只有变压器纵联差动保护装置，才有躲过变压器励磁涌流的功能，一般采用二次谐波制动。

变电站综合自动化（微机保护）变压器纵联差动保护装置通过比率制动来躲过外部短路产生的不平衡电流。

）

（利用各相测量与保护电流值比较来判断电流互感器二次回路断线，利用合闸来躲过变压器励磁涌流，利用判断低压侧电流来躲过外部短路产生的不平衡电流等可以进行一定的研究。

）

第4.0.5条提出对于外部短路应装设过电流保护。

过电流保护宜用于降压变压器，判负序电压、零序电压和过电流的复合电压起动的过电流保护与低电压闭锁的过电流保护，用于升压变压器，或过电流保灵敏系数满足不了要求的降压变压器。

第4.0.6条规定外部短路保护双线圈变压器应安装于主电源侧，三线圈变压器应安装于主电源侧及主负荷侧。

过电流保护可带一段或两段延时，较短的延时动作于缩小故障影响范围，较长的延时断开变压器各侧短路器。

（这一点尚未引起有关产品开发与设计者的注意。

）

第4.0.7条针对三线圈变压器外部短路保护作出的规定，除主电源侧外，其他各侧的保护可作为本侧相邻电力设备和线路的后备保护，此时灵敏系数可适当降低。

（业与民用建筑变电站设计较少遇到。

）

第4.0.8条针对电源中性点直接接地的110kV电力网中，低压侧有电源的变压器中性点直接接地运行时，对外部单相接地引起的过电流，规定应装设零序过电流保护。

零序过电流保护应有两段组成，每段各带两个时限。

零序过电流保护应接到中性点引出线上的电流互感器上。

（工业与民用建筑变电站设计较少遇到。

）

第4.0.9条是针对电源中性点直接接地的110kV电力网中，低压侧有电源的变压器中性点可直接接地运行或不接地运行时，对外部单相接地引起的过电流，以及失去接地中性点引起的过电压，规定应装设零序过电流保护外，还需要装设过电压保护。

（工业与民用建筑变电站设计较少遇到。

）

第4.0.10条规定高压侧为单电源，低压侧无电源的降压变压器，不宜装设专门的零序保护（应该是零序电流保护）。

（工业与民用建筑变电站设计零序电流保护较少采用。

反应单相接地故障的零序电压保护，和安装零序电流互感器进行单相接地保护的采用的比较多。

）

第4.0.11条对0.4MVA及以上，线圈为星形－星形联结，低压侧中性点直接接地的变压器，低压侧单相接地短路保护方式作了如下规定：

一利用高压侧的过电流保护，并应采用三相式保护装置。

二接于低压侧中性线上的零序过电流保护。

三接于低压侧的三相过电流保护。

（以上三点工业与民用建筑变电站设计遇到的比较多。

）

第4.0.12条规定0.4MVA及以上，线圈为三角形－星形联结，低压侧中性点直接接地的变压器，低压侧单相接地短路保护，灵敏性满足要求时，可利用高压侧的过电流保护，动作于跳闸。

（工业与民用建筑变电站设计遇到的比较多。

）

（以上第4.0.11条与第4.0.12条对低压侧单相接地短路保护方式区别是否不大，第4.0.12条变压器线圈为三角形－星形联结，目前工业与民用建筑变电站采用比较普遍，高压侧为电源中性点不接地系统，高压侧的过电流保护可以采用两相式保护装置，采用三相式保护装置也应该没有问题，修订时需要进行讨论。

）

（对高压侧电源中性点不接地系统的变压器，高压侧单相接地保护方式没有作出规定，可能有两方面考虑。

一是如果断路器和保护装置距离变压器很近，保护装置专用于变压器，高压侧电源中性点不接地，高压侧单相接地保护可由上一级保护装置完成。

二是由变配电站母线上的变压器出线柜引出后，经过一定长度的电缆或架空线路再到变压器，变压器附近只安装隔离开关作为检修用。

变压器出线柜上的保护装置应按照变压器保护来装设，此时也需要考虑高压侧单相接地保护。

修订时也需要进行讨论。

）

第4.0.13条对400kVA及以上变压器，应根据可能出现的过负荷情况装设过负荷保护作了规定。

三双线圈变压器应反应各侧过负荷，过负荷保护可采用单相式，带延时动作于信号，无人值班的变电站可动作于跳闸或断开部分负荷。

（工业与民用建筑变电站设计遇到的也比较多。

）

第4.0.14条对变压器温度保护与冷却系统故障保护作了规定。

安装电力变压器标准的要求，装设可动作于信号或跳闸的保护装置。

（变电站综合自动化（微机保护）变压器保护装置一般都有此部分功能。

）

第五章3～63kV电源中性点非直接接地电力网中线路的保护

第5.0.1条提出3～63kV电源中性点非直接接地电力网中线路的应装设的保护有：

一相间短路；二单相接地；三过负荷。

第5.0.2条对3～10kV线路相间短路保护提出以下要求：

一可用两相式电流互感器，同一网络的所有线路均应装在相同两相上；

二后备保护应采用远后备方式；

三当线路发生短路事故后，母线电压降低到60％时，以及线路导线截面过小，不允许带延时切除事故时，应快速切除事故。

四当过电流保护延时不大于0.5～0.7s时，而且没有第三点的情况时，可以不装设瞬时动作的电流速断保护。

第5.0.3条对3～10kV线路相间短路保护作出以下规定：

一单侧电源线路装设两段过电流保护，第一段为不带延时的电流速断保护；第二段为带延时的过电流保护。

也可采用反时限过电流保护。

对单侧电源线路带电抗器的线路，不应装设电流速断保护，应由母线保护切除电抗器前的故障。

二保护仅在线路的电源侧装设。

三对双侧电源线路，可装设带方向或不带方向的电流速断保护和过电流保护。

对1～2km双侧电源线短路，上述保护不能满足选择性、灵敏性或速动性要求时，可装设带辅助导线的纵差动保护作为主保护，带方向或不带方向的电流速断保护和过电流保护作为后备保护。

四对并列运行的平行线路，可装设横差动保护作为主保护，并应以接于两回线路电流之和的电流保护，作为两回线路同时运行的后备保护，及一回线路断开后的主保护及后备保护。

第5.0.4条对35～63kV线路相间短路保护作出以下规定：

一对单侧电源线路可采用一段或两段电流速断或电流闭锁电压速断作为主保护，并应以带时限的电流保护作为后备保护。

当线路发生短路事故后，母线电压降低于60％时，应能快速切除事故。

二对双侧电源线路可采用带方向或不带方向的电流电压保护。

当电流电压保护不能满足选择性、灵敏性或速动性要求时，可采用距离保护。

工业与民用建筑配电设计中很少遇到。

三对双侧电源或环形网络中（环网式供电），不超过3～4km时，当电流电压保护不能满足选择性、灵敏性或速动性要求时，可采用带辅助导线的纵差动保护作为主保护，带方向或不带方向的电流电压保护作为后备保护。

（现在城市电网中可是采用环网式供电，由于保护问题没有很好解决，环网柜采用高压熔断器保护，一般只允许开环运行，只用于给二三级负荷供电。

对环网式供电的保护问题应该进行开发研究。

修订时也可以进行讨论。

）

四对并例运行的平行线路，可装设横差动保护作为主保护，并应以接于两回线路电流之和的阶段式保护或距离保护，作为两回线路同时运行的后备保护，及一回线路断开后的主保护及后备保护。

（工业与民用建筑配电设计中很少遇到。

）

第5.0.5条对35～63kV电源中性点非直接接地电力网中，单相接地故障，应装设的保护作了以下规定：

一变电站母线上应装设接地绝缘监视装置，动作于信号。

二线路上宜装设有选择性的单相接地保护，并动作于信号，当危及人身和设备安全时，应动作于跳闸。

（当单相接地故障电流比较大时，不仅会使事故迅速扩大，接地线上的对地电位也会升高，危及人身和设备安全。

在后面第九章第9.0.3条规定单相接地故障电流为10A及以上时，动作于跳闸，10A以下时，动作于跳闸或信号。

将来修订时应统一考虑。

）

三出线回路数不多，或难以装设有选择性单相接地保护时，可采用依次拉闸的来找故障线路。

（难以装设有选择性单相接地保护是一个方面，现在专用的单相接地保护装置（微机小电流接地选线装置）比较多，许多变电站综合自动化（微机保护）装置也具有单相接地保护（小电流接地选线）功能。

他们原理上没有问题，由于动作整定值计算准确性的影响，拒动与误动发生的几率比较高。

将电源中性点改变为直接接地系统，牵涉到许多问题，需要由国家有关部门统一作出决定。

在国家没有统一作出决定之前，有些地区开始推广将电源中性点改变为经过串联电阻接地的系统。

发生单相接地事故后，故障电流不仅只有对地不平衡电容电流，同时增加了经过串联电阻接地形成回路的故障电流，故障电流加大后，保护的灵敏系数就可提高，从而保证单相接地保护动作的可靠性。

单相接地保护的动作整定值可以按照正常运行时的不平衡电流来计算，计算也简单准确。

）

第5.0.5条规定对可能出现过负荷的电缆线路，应装设过负荷保护，宜带延时动作于信号，当危及设备安全时，可动作于跳闸。

第六章110kV电源中性点直接接地电力网中线路的保护

第6.0.1条规定110kV线路应装设单相接地短路保护与相间短路保护。

（将来10kV供电系统电源中性点直接接地后，也需要按照此规定装设单相接地短路保护与相间短路保护。

）

第6.0.2条规定110kV线路后备保护宜采用远后备方式。

即由上一级保护实现后备保护。

第6.0.3条规定接地短路保护应符合以下规定：

一宜装设带方向与不带方向的阶段式零序过电流保护；

（不不带方向用于单侧电源。

）

二零序过电流保护不能满足要求时，可装设接地距离保护，并应装设一或二段段零序过电流保护作为后备保护。

（距离保护通过计算短路后的阻抗来实现保护，保护范围和灵敏性都有提高，变电站综合自动化（微机保护）装置完全可以由软件来完成这一计算。

）

第6.0.4条对相间短路作了以下规定：

一单侧电源线路，装设三相多段式电流或电流电压保护；

二双侧电源线路，可装设阶段式距离保护。

第6.0.5条规定系统稳定有要求时；与发生三相短路事故后厂用电与重要用户变电站母线电压下降到额定电压的60％，不能无时限和有选择性切除短路事故时；应装设全线速动的主保护。

第6.0.6条规定并列运行的平行线路，可装设相间横联差动及零序横联差动保护作为主保护。

后备保护可按和电流方式连接。

第6.0.7条规定电缆线路或电缆架空混合的线路，应装设过负荷保护，宜带延时动作于信号，当危及设备安全时，可动作于跳闸。

第七章母线的保护

第七章的五条规定主要用于发电厂与电力系统大中型变电站。

（工业与民用建筑配电设计中很少遇到母线保护。

变电站综合自动化（微机保护）的母线保护装置，只是具有母线充电保护功能，即在母联分段断路器合闸时，将电流速断自动投入，合闸后自动延时将电流速断自动退出，在变电站电源进线与出线之间减少一级电流速断保护，有利于电流速断保护的配合，对选择性有好处。

）

第八章电力电容器的保护

第8.0.1条对3kV及以上的并联补偿电力电容器组，运行中出现的故障与异常运行方式，需要装设的保护作了以下规定：

一电容器内部故障与引出线发生短路；

二电容器组和断路器之间连接线发生短路；

三电容器组中某一组电容器切除后，引起的过电压；

四电容器组的单相接地；

五电容器组过电压；

六所连接的母线失压。

第8.0.2条规定并联补偿电力电容器组装设以下保护：

一对电容器组和断路器之间连接线发生短路；可装设带有短延时的电流速断和过电流保护，动作于跳闸。

电流速断在最小运行方式下，灵敏系数要有保证。

电流速断的动作电流要躲过合闸时的充电电流，过电流保护的动作电流要躲过电容器组长期允许的最大工作电流。

（如果变电站综合自动化（微机保护）保护装置，能够利用软件躲过合闸时的充电电流，电流速断的动作电流就可以有所减小，有利于灵敏系数的提高。

）

二对电容器内部故障与引出线发生短路；每台电容器都分别装设专用的熔断器进行保护，熔断器熔丝的额定电流可为电容器额定电流的1.5～2.0倍。

三当电容器组中的故障电容器切除后，会引起未切除电容器端电压升高，当超过110％额定电压时，不同接线的电容器组应采用下列保护，将整组电容器断开：

1单星形接线的电容器组，可采用中性线对地电压不平衡保护。

2多段串联单星形接线的电容器组，可采用段间电压差或桥式差电流保护。

（电压与电流互感器接线复杂。

）

3双星形接线的电容器组，可采用中性线不平衡电压或不平衡电流保护。

四电容器组单相接地故障，可利用所联接母线上装设的接地绝缘监视装置进行检测。

当由母线引出的电缆有一定长度时，可按照第5.0.4条二款规定装设相间短路保护，安装在绝缘支架上的电容器组，可不按照第5.0.5条装设单献接地保护。

五对电容器组的过电压应装设过电压保护，带时限动作于信号或跳闸。

六对母线失压应装设低电压保护，带时限动作于信号或跳闸。

（实际上失压保护应为判无电压与无电流的。

）

第8.0.2条