因此，瞬时电流速断保护不能保护本线路的全长。
同时从图3-1中还可看出，瞬时电流速断保护范围随系统运行方式和短路类型而变。
在最大运行方式下三相短路时，保护范围最大，为lmax；在最小运行方式下两相短路时，保护范围最小，为lmin。
对于短线路，由于线路首末端短路时，短路电流数值相差不大，在最小运行方式下保护范围可能为零。
瞬时电流速断保护的选择性是依靠保护整定值保证的。
瞬时电流速断保护的灵敏系数，是用其最小保护范围来衡量的，规程规定，最小保护范围lmin不应小于线路全长的15％～20％。
保护范围既可以用图解法求得的，也可以用计算法求的。
用计算法求解的方法如下：
图3－1中在最小保护区末端（交点N）发生短路故障时，短路电流等于由式（3－3）所决定的保护的动作电,即
三、线路一变压器组瞬时电流速断保护
瞬时电流速断保护一般只能保护线路首端的一部分，但在某些特殊情况下，如电网的终端线路上采用线路一变压器组的接线方式时，瞬时电流速断保护的保护范围可以延伸到被保护线路以外，使全线路都能瞬时切除故障。
因为线路—变压器组可以看成一个整体，当变压器内部故障时，切除变压器和切除线路的后果是相同的，所以当变压器内部故障时，由线路的瞬时电流速断保护切除故障是允许的，因此线路的瞬时电流速断保护的动作电流可以按躲过变压器二次侧母线短路流过保护安装处最大短路电流来整定，从而使瞬时电流速断保护可以保护线路的全长。
Iop=ΚopIkC．max
式中Κop——配合系数，取1，3；
IkC．max——变压器低压母线C短路，流过保护安装处最大短路电流。
四、原理接线
瞬时电流速断保护单相原理接线，如图2所示，它是由电流继电器KA（测量元件）、中间继电器KM、信号继电器KS组成。
正常运行时，流过线路的电流是负荷电流，其值小于其动作电流，保护不动作当在被保护线路的速断保护范围内发生短路故障时，短路电流大于保护的动作值KA常开触点闭合，起动中间继电器KM，KM触点闭合，起动信号继电器KS，并通过断路器的常开辅助触点，接到跳闸线圈YT构成通路，断路器跳闸切除故I线路。
接线图中接人中间继电器K）这是因为电流继电器的接点容量较小，若直接接通跳闸回路，会被损坏，而KM的接点容量较大，可以
直接接通跳问回路。
另外，考虑线路上装有管型避雷器时，当三线路使避雷器放电时，而避雷放电的时间约为0．01s，相当于线路发生瞬时短路，避雷器放电完毕，线路即恢复正常工作。
在这个过程中，瞬时电流速断保护不应误动作，因此可利用带延时0．06～D．08s的中间继电器来增大保护装置固有动作时间，以防止管型避雷器放电引起瞬时电流速断保护的误动作。
信号继电器KS的作用是用以指示保护动作，以便运行人员处理和分析故障。
第二节限时电流速断保护
一．工作原理及整定计算
由于瞬时电流速断保护不能保护线路的全长，其保护范围以外的故障必须由其他保护来切除。
为了较快地切除其余部分的故障，可增设限时电流速断保护，它的保护范围应包括本线路全长，这样做的结果，其保护范围必然要延伸到相邻线路的一部分。
为了获得保护的选择性，以便和相邻线路保护相配合，限时电流速断保护就必须带有一定的时限（动作时间），时限的大小与保护范围延伸的程度有关。
为了尽量缩短的动作时限，通常是使限时电流速断保护的范围不超出相邻线路瞬时电流速断保范围，这样，它的动作时限只需比相邻线路瞬时电流速断保护的动作时限大一时限级差Δt。
限时电流速断保护的工作原理和整则可用图3－4来说明。
图中线路L1和L2都装设有瞬时电流速断保护和限时电流速断保护，线路L1和I＿2的保护为保护1和保护2。
为了使线路L1的限时电流速断保护范围不超出相邻线路L2瞬时电流速断保护的保护范围，必须使保护1限时电流速断保护的动作电流IIIop1，大于保护2的瞬时电流速断保护的动作电流
IIop2,即
IIIop1＞IIop2
写成等式
IIIop1＝KIIrelIIop2（3－9）
式中KIIrel——可靠系数，因考虑短路电流非周期分量已经衰减，一般取1．1～1．2。
同时也不应超出相邻变压器速断保护区以外，即
IIIop1＝KcoIkD.max（3－10）
式中Κco——配合系数，取1．3；
IkD.max——变压器低压母线D点发生短路故障时，流过保护安装处最大短路电流。
为了保证选择性，保护1的限时电流速断保护的动作时限tII1，还要与保护2的瞬时电流速断保护、保护3的差动保护（或瞬时电流速断保护）动作时限tI2、tI3讨相配合，即
tII1＝tI2十△t（3－11）
或tII1＝tI3十△t
式中△t——时限级差。
对于不同型式的断路器及保护装置，△t在0．3～0．6s范围内。
二．灵敏系数的校验
确定了保护的动作电流之后，还要进行灵敏系数校验，即在保护区内发生短路时，验算保护的灵敏系数是否满足要求。
其灵敏系数计算公式为
Ksen=
式中Ikmin——在被保护线路末端短路时，流过保护安装处的最小短路电流；
IIIop——被保护线路的限时电流速断保护的动作电流。
规程规定，Ksen≥1．3～l.5。
如果灵敏系数不能满足规程要求，可采用降低动作电流的方法来提高其灵敏系数。
即使线路Ll的限时电流速断保护与线路L2的限时电流速断保护相配合，即
IIIop1＝KIIrelIIIop2（3-13）
tII1＝tII2十△t
三、原理接线图
限时电流速断保护的单相原理接线图如图3－5所示，它与瞬时电流速断保护的单相原理接线图相似，不同的是必须用时间继电器KT代替图3－3中的中间继电器，时间继电器是用来建立保护装置所必须的延时，由于时间继电器接点容量较大，故可直接接通跳闸回路。
当保护范围内发生短路故障时，电流继电器KA起动，其动合触点闭合，起动时间继电器KT，经整定延时闭合其动合触点，并起动信号继电器KS发出信号，接通断路器的跳闸线圈YT，使断路器跳闸，将故障切除。
第三节定时限过电流保护
一．工作原理
定时限过电流保护（又称第III段电流保护）。
它的动作电流按躲过最大负荷电流整定。
正常运行时它不应起动，而在发生短路时起动，并以时间来保证动作的选择性，保护动作于跳闸。
这种保护不仅能够保护本线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长及相邻元件全部，可以起到远后备保护的作用。
过电流保护的工作原理可用图3－6所示的单侧电源辐射形电网来说明。
过电流保护1、2、3分别装设在线路L1、L2、L3靠电源的一端。
用t1、t2、t3分别表示保护装置1、2、3的动作时限，则有
t1＞t2＞t3
写成等式
t1=t2+△t
t2=t3+△t（3－14）
保护动作时限如图3－6所示。
由图3－6可知，各保护装置动作时限的大小是从用户到电源逐级增加的，越靠近电源，过电流保护动作时限越长，其形状好比一个阶梯，故称为阶梯形时限特性。
二．整定计算
定时限过电流保护动作电流整定一般应按以下两个原则来确定：
（1）在被保护线路通过最大正常负荷电流时，保护装置不应动作，即
IⅢop＞IL.max
（2）为保证在相邻线路上的短路故障切除后，保护能可靠地返回，保护装置的返回电流I，，应大于外部短路故障切除后流过保护装置的最大自起动电流Ismax，即
Ire＞Is.max
根据第2条件，过电流保护的整定式为
IⅢop=
（3－15）
式中Kre——可靠系数，取1．15～1．25；
Kss——自起动系数，由电网电压及负荷性质所决定；
Kre——返回系数，与保护类型有关；
IL.max———最大负荷电流。
三．灵敏系数校验
灵敏系数仍按公式Ksen=
，进行灵敏系数的校验。
应该说明的是，对于过电流保护应分别校验本线路近后备保护和相邻线路及元件远后备保护的灵敏系数。
当过电流保护作为本线路主保护的近后备保护时，要求Ksen≥1．3～1．5；当过电流保护作为相邻线路的远后备保护时，要求Ksen≥1．2；
四．时限整定
为了保证选择性，过电流保护的动作时限按阶梯原则进行整定，这个原则是从用户到电源的各保护的动作时限逐级增加一个△t。
tn=t（n+1）max+△t（3－16）
式中tn——线路Ln过电流保护的动作时间，s；
t（n+1）max—由线路Ln供电的母线上所接的线路、变压器的过电流保护最长动作时间，s。
定时限过电流保护的原理接线图与限时电流速断保护相同。
第二章电力变压器的故障类型及其保护措施
第一节保护措施
变压器的内部故障可分为油箱内故障和油箱外故障两类，油箱内故障主要包括绕组的相间短路、匝间短路、接地短路，以及铁芯烧毁等。
变压器油箱内的故障十分危险，由于油箱内充满了变压器油，故障后强大的短路电流使变压器油急剧的分解气化，可能产生大量的可燃性气体（瓦斯），很容易引起油箱爆炸。
油箱外故障主要是套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。
电力变压器不正常的运行状态主要有外部相间短路、接地短路引起的相间过电流和零序过电流，负荷超过其额定容量引起的过负荷、油箱漏油引起的油面降低，以及过电压、过励磁等。
为了保证电力变压器的安全运行，根据《继电保护与安全自动装置的运行条例》，针对变压器的上述故障和不正常运行状态，电力变压器应装设以下保护。
（1）瓦斯保护。
800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。
瓦斯保护用来反映变压器油箱内部的短路故障以及油面降低．其中重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧断路器，轻瓦斯保护动作于发出信号。
（2）纵差保护或电流速断保护。
63OOkVA及以上并列运行的变压器，10000kVA及以上单独运行的变压器，发电厂厂用工作变压器和工业企业中6300kVA及以上重要变压器，应装设纵差保护。
10000kVA及以下的电力变压器，应装设电流速断保护，其过电流保护的动作时限应大于0．5s。
对于2000kVA以上的变压器，当电流速保护灵敏度不能满足要求时，也应装设纵差保护。
纵差保护或电流速断保护用于反映变压器绕组、套管及引出线发生的短路故障，其保护动作于跳开变压器各电源们断路器。
（3）相间短路的后备保护。
相间短路的后备保护用于反映外部相间短路引起的变压器过电流，同时作为瓦斯保护和纵差保护（或电流速断保护）的后备保护，其动作时限按电流保护的阶梯形原则来整定，延时动作于跳开变压器各电源侧断路器。
相间短路的后各保护的型式较多，过电流保护和低电压起动的过电流保护，宜用于中、小容量的降压变压器；复合电压起动的过电流保护，宜用于升压变压器和系统联络变压器，以及过电流保护灵敏度不能满足要求的降压变压器；6300kVA及以上的升压变压器，应采用负序电流保护及单相式低电压起动的过电流保护；对大容量升压变压器或系统联络变压器，为了满足灵敏度要求，还可采用阻抗保护。
（4）接地短路的零序保护。
对于中性点直接接地系统中的变压器，应装设零序保护，零序保护用于反映变压器高压侧（或中压侧），以及外部元件的接地短路。
变压器中性点直接接地运行，应装设零序电流保护；变压器中性点可能接地或不接地运行时，应装设零序电流、电压保护。
零序电流保护延时跳开变压器各电源侧断路器；零序电压保护延时动作于发出信号。
（5）过负荷保护。
对于400kVA以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应装设过负荷保护。
过负荷保护通常只装在一相，其动作时限较长，延时动作于发信号。
（6）其他保护。
高压侧电压为500kV及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流升高，应装设变压器过励磁保护。
对变压器温度和油箱内压力升高，以及冷却系统故障，按变压器现行标准要求，应装设相应的保护装置。
第二节电力变压器的瓦斯保护
一、气体继电器的构成和动作原理
当变压器油箱内部发生故障时，短路电流产生的电弧使变压器油和其他绝缘材料分解，从而产生大量的可燃性气体，人们将这种可燃性气体统称为瓦斯气体。
故障程度越严重，产生的瓦斯气体越多，流速越快，气流中还夹杂着细小的、灼热的变压器油。
瓦斯保护是利用变压器油受热分解所产生的热气流和热油流来动作的保护。
瓦斯保护的核心元件是气体继电器，它安装在油箱与油枕的连接管道中，如图6－1所示。
根据物体的物理特性，热的气流和油流在密闭的油箱内向上冲，为了保证气流和油流能顺利通过气体继电器，安装时应注意，变压器顶盖与水平面应有1％～1．5％的坡度，连接管道应有2%～4％的坡度。
我国目前采用的气体继电器有三种型式，即浮筒式、挡板式和复合式，其中复合式气体继电器具有浮筒式和挡板式的优点。
现以Qj1－80型气体继电器为例，来说明气体继电器的动作原理。
如图6-2为QJ1—80型复合式气体继电器结构图。
向上开口的金属杯5和重锤6固定在它们之间的一个转轴上。
正常运行时，继电器及开口杯内都充满了油，开口杯因其自重抵消浮力后的力矩小于重锤自重抵消浮力后的力矩而处在上浮位置，固定在开口杯旁的磁铁4位于干簧接点15的上方，干簧接点可靠断开，轻瓦斯保护不动作；挡板10在弹簧9的作用下处在正常位置，磁铁11远离干簧接点13，干簧接点也是断开的，重瓦斯保护也不动作。
由于采取了两个干簧接点13串联和用弹簧9拉住挡板10的措施，使重瓦斯保护具有良好的抗震性能。
当变压器内部发生轻微故障时，所产生的少量气体逐渐聚集在继电器的上部，使继电器内的油面缓慢下降，降到油面低于开口杯时，开口杯自重加上杯内油重抵消浮力后的力矩将大于重锤自重抵消浮力后的力矩，使开口杯的位置随着油面下降，磁铁4逐渐靠近干簧接点15，接近到一定程度时接点闭合，发出轻瓦斯动作的信号。
当变压器内部发生严重故障时，所产生的大量气体形成从变压器冲向油枕的强烈气流，带油的气体直接冲击着挡板10，克服了弹簧9的拉力使挡板偏转，磁铁11迅速靠近干簧接点13，接点闭合（即重瓦斯保护动作）起动保护出口继电器，使变压器各侧断路器跳闸。
二、瓦斯保护的接线
瓦斯保护的原理接线如图6－3所示。
气体继电器KG的上接点由开口杯控制，闭合后发延时动作信号。
KG的下接点由挡板控制，动作后经信号继电器KS起动出口继电器KCO，使变压器各侧断路器跳闸。
为了防止变压器油箱内严重故障时油速不稳定，造成重瓦斯接点时通时断而不能可靠跳闸，KCO采用带自保持电流线圈的中间继电器。
为防止瓦斯保护在变压器换油或气体继电器试验时误动作，出口回路设有切换片XB，将XB倒向电阻Fl侧，可使重瓦斯保护改为只发信号c
气体继电器动作舌．在继电器上部的排气口收集气体，检查气体的化学成分和可燃性，从而判断出故障的性质。
瓦斯保护的主要优点是灵敏度高、动作迅速、简单经济。
当变压器内部发生严重漏油或匝数很少的匝问短路时，往往纵差动保护与其他保护不能反应，而瓦斯保护却能反映（这也正是纵联差动保护不能代替瓦斯保护的原因）。
但是瓦斯保护只反映变压器油箱内的故障．不能反映油箱外套管与断路器间引出线上的故障，因此它也不能作为变压器J唯一的主保护：
通常气体继电器需和纵联差动保护配合共同作为变压器的主保护。
第三章二次回路编号法
为了便于安装施工和在投入运行后进行维护检修,在展开接线图中应进行回路编号,编号应做到
（1）根据编号能了解该回路的用途;
（2）根据编号能进行正确的连接。
回路编号由三个及以下数字组成，对于交流电路在数字前面还加上A、B、C、N等文字符号，以区分相别。
二次回路的编号是根据等电位的原则进行，就是在电气回路中遇于同一点的全部导线，都用同一个数字表示。
当回路经过开关或继电器触点等隔离后，因为在断开时，触点两端已不是等电位，所以给予不同的编号。
对于不同用途的回路，规定了编号数字的范围。
对于一些比较重要的常见的回路，都给予固定的编号，如直流正负电源回路；跳闸回路。
各类编号分别列在下列各表中。
回路名称
数字标号组
一
二
三
四
+电源回路
1
101
201
301
–电源回路
2
102
202
302
合闸回路
3-31
103-131
203-231
303-331
绿灯、合闸监视继电器回路
5
105
205
305
跳闸回路
33-49
133-149
233-249
333-349
红灯、跳闸监视继电器回路
35
135
235
335
事故跳闸音响信号回路
90-99
190-199
290-299
390-399
信号及其它回路
701-799
保护及自动重合闸回路
01-099
表一中，“一、二、三、四”四个标号组，每组用于一对熔断器引下的控制回路编号，例如一台双绕驵变压器，每侧装一台断路器，其符号分别为1DL、2DL，1DL的控制回路取101—199，2DL取201—299的编号。
直流回路编号是从正电源出发，以奇数顺序编号，直到最后一个有压降的元件为止。
如果最后一个有压降的元件的后面不是直接连在负极上，面是通过连接片、开关或继电器触点接在负极上，则下一步应从负极开始以偶数顺序编号至上述的已有编号的结点为止。
在具体工程中，并不需要对二次回路展开图中的每一结点都进行编号，而只对引至端子排上的回路加以编号即可。
在同一屏上互相连接的设备，在屏背面接线图中有相应的标示方法。
表二为交流回路数字标号组：
电流互感器及电压互感器二次回路编号是按一次接线中电流互感器及电压互感器的编号相对应来分组的。
如变电站1号主变单元上一次接线中有1TA、2TA、3TA，……则1TA的二次回路编号应取A411-A419，B411-B419，C411-C419，对2TA的二次回路编号应取A421-429，B421-429，C421-429，N421-429；对3TA的二次回路应取A431-439，B431-439，C431-439，N431-439；依此类推。
交流电流、电压回路的编号不分奇数和偶数，从电源处开始按顺序编号，展开图中的小母线用粗线条表示，并注明文字符号，小母线的文字符号组如表3所示，在控制和信号回路中的一些辅助小母线和交流电压小母线，除符号外，还给予固定的数字编号，觉的固定编号均在表3中列出。
回路名称
互感器的文字符号
回路标号组
A相
B相
C相
中性线
零序
保护装置及测量表计的电流回路
TA
A401-409
B401-409
C401-409
N401-409
L401-409
1TA
A411-419
B411-419
C411-419
N411-419
L411-419
…
9TA
10TA
19TA
A491-499
A501-A509
A591-A599
B491-499
B501-B509
B591-599
C491-499
C501-C509
C591-599
N491-499
N501-N509
N591-599
L491-499
L501-L509
L591-599
保护装置及测量表计的电压回路
TV
1TV
2TV
A601-609
A611-619
A621-629
B601-609
B611-619
B621-629
C601-609
C611-619
C621-629
N601-609
N611-619
N621-629
L601-609
L611-619
L621-629
在隔离开关辅助触点或位置继电器触点后的电压回路
110KV
A（B、C、L、X）710-719
35KV
A（B、C、L）730-739
A（B、C、）760-769
母线电流差动保护公共回路
110KV
35KV
10KV
A310
A330
A360
B310
B330
-
C310
C330
C360
N310
N330
N360
-
-
-
控制、保护、信号回路
A1-399
B1-399
C1-399
N1-399
——
第四章断路器控制回路
如下图所示为35KV的ZW-40.5型真空断路器的控制回路，+CM、-CM为
合闸电源母线，+KM、-KM为操作电源小母线。
合闸储能电动机接于+CM、-CM之间，UD为控制箱上的储能指示灯，CK1、CK2分别是表示储能弹簧位置的行程开关，当断路器分闸后，CK1、CK2闭合，接通储能电机,电机工作拉伸储能弹簧，达预定位置后，储能完毕，行程开关CK2动作，常闭触点断开，电机停止工作，常闭触点闭合，接通“已储能”指示灯，可以进行合闸操作。
此时，由于CK1的常开触点闭合，因此，进行合闸操作时，只须按下合闸按钮HA，就可接通合闸脱扣器HQ1进行合闸操作，断路器合闸后，行程开关动作，CK1、CK2触点返回，实现自动储能。
为防止此时再次手动合闸，增加了机械联锁装置，同时，在合闸回路里串接断路器常闭辅助触点DL，可防止合闸误操作。
断路器合闸后，其常开辅助触点DL闭合，接通红灯HD。
此时虽然跳闸回路经红灯接通，但由于红灯电阻很大，回路电流非常小，跳闸脱扣器TQ不会动作。
同样，断路器跳闸后，其常闭辅助触点DL闭合，接通绿灯LD。
此时虽然合闸回路经绿灯接通，但由于绿灯电阻很大，回路电流非常小，合闸脱扣器TQ也不会动作。
第五章信号回路
第一节信号概述
在发电厂和变电所中，为了使值班人员及时掌握电气设备的工作状态，须用信号及时显示出当时的工作情况，如断路器是在合同位置还是在分间位置；是自动合闸还是自动分闸；隔离开关在闭合的位置还是在断开的位置等。
而当发生事故及不正常运行情况时，更应发出各种灯光及音响信号，帮助值班人员迅速判明是发生了事故还是出现了不正常运行情况，
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