第七章繼電保護自動裝置與二次回路

第七章繼電保護自動裝置與二次回路第一節(jié)繼電保護任務及基本要求

第二節(jié)變壓器保護

第三節(jié)電力線路保護

第四節(jié)變電所微機保護監(jiān)控裝置簡介

第五節(jié)電力系統(tǒng)自動裝置第六節(jié)二次回路基本知識

第七節(jié)變電所操作電源

第一節(jié)繼電保護任務及基本要求一、 繼電保護任務二、 繼電保護的基本要求三、 繼電保護裝置的分類四、常用繼電器介紹五、繼電保護用電流互感器繼電保護任務1、繼電保護：當電力系統(tǒng)中某電氣元件發(fā)生故障時，保護裝置能自動、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，避免故障元件繼續(xù)遭到破壞，使非故障元件迅速恢復正常運行，將事故盡可能限制在最小范圍內(nèi)。2、當電力系統(tǒng)運行中出現(xiàn)不正常運行狀況時，保護裝置能自動發(fā)出報警信號，運行人員可迅速處理，在無人值班的變電所，保護可作用于減負荷或跳閘，避免事故發(fā)生。繼電保護基本要求

為了迅速準確地切斷故障，使電力系統(tǒng)迅速恢復正常，要求繼電保護具有足夠的可靠性、選擇性、速動性和靈敏性。1、可靠性：是指需要動作時不拒動，不需要動作時不誤動，這是繼電保護裝置正確工作的基礎。2、選擇性：是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置僅將故障元件切除，而非故障元件仍能正常運行，以盡量縮小停電范圍的一種性能。3、速動性：指保護快速切除故障的性能。故障切除時間包括繼電保護動作時間和斷路器的跳閘時間。

①一般的快速保護動作時間為0.06s~0.12s，最快的可達0.01s~0.04s。

②一般的斷路器的動作時間為0.06s~0.15s，最快的可達0.02s~0.06s。4、靈敏性：是指繼電保護裝置對其保護范圍內(nèi)故障的反應能力。繼電保護裝置的分類1、按被保護的對象分類 分為：電力線路保護、發(fā)電機保護、變壓器保護、電容器保護、電抗器保護、電動機保護和母線保護等。2、按保護原理分類 分為：電流保護、電壓保護、距離保護、差動保護、方向保護和零序保護等。3、按保護所反應故障類型分類

分為：相間短路保護、接地故障保護、匝間短路保護、斷線保護、失步保護、失磁保護及過勵磁保護等。繼電保護裝置的分類4、按保護所起的作用分類①主保護：是指滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設備安全要求，能以最快的速度有選擇地切除被保護元件故障的保護。②后備保護：是指當主保護或斷路器拒動時用來切除故障的保護。又分為遠后備保護和近后備保護。遠后備保護：是指當主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設備或線路的保護來實現(xiàn)的后備保護。近后備保護：是指當主保護拒動時，由本電力設備或線路的另一套保護來實現(xiàn)的后備保護。③輔助保護：是為補充主保護和后備保護的性能或當主保護和后備保護退出運行而增設的簡單保護。常用繼電器介紹繼電器是一種在其輸入物理量（電氣量或非電氣量）達到規(guī)定值時，其電氣輸出電路被接通和分段的自動裝置。繼電器常用接點有動合觸點和動斷觸點。動合觸點是指繼電器不動作時處于斷開狀態(tài)的接點。動斷觸點是指繼電器不動作時處于閉合狀態(tài)的接點。常用的繼電器有：（一）電磁式電流繼電器（二）電磁式電壓繼電器（三）電磁式時間繼電器（四）電磁式中間繼電器（五）電磁式信號繼電器（六）感應式電流繼電器常用繼電器介紹1.電磁式電流繼電器KA反應電流增大到某一定值及以上動合（斷）接點由斷開（閉合）狀態(tài)到閉合（斷開）狀態(tài)的繼電器叫電流繼電器。常用繼電器介紹動作電流能使繼電器動合接點由斷開狀態(tài)到閉合狀態(tài)的最小電流稱為動作電流。返回電流能使繼電器動合接點由閉合狀態(tài)到斷開狀態(tài)的最大電流稱為動作電流。返回系數(shù)繼電器返回電流除以動作電流。要求0.85-0.9之間。常用繼電器介紹2.電磁式電壓繼電器KV常用繼電器介紹電壓繼電器包括過電壓繼電器和低電壓繼電器兩種。1.過電壓繼電器過電壓繼電器是反應電壓增大到某一整定值及以上動合接點由斷開到閉合狀態(tài)的繼電器。動作電壓使繼電器動合接點由斷開到閉合狀態(tài)的最小電壓。返回電壓使繼電器動合接點由閉合到斷開狀態(tài)的最大電壓。返回系數(shù)返回電壓除以動作電壓。常用繼電器介紹2.低電壓繼電器

反應電壓下降到某一整定值及以上動斷接點由斷開到閉合狀態(tài)的繼電器動作電壓返回電壓返回系數(shù)使繼電器動斷接點由斷開狀態(tài)到閉合狀態(tài)的最大電壓。使繼電器動斷接點由斷開狀態(tài)到閉合狀態(tài)的最小電壓。返回電壓除以動作電壓。常用繼電器介紹3.電磁式時間繼電器KT常用繼電器介紹用于建立保護所需要的延時時間的繼電器叫時間繼電器，具有延時動合接點。延時動合接點：繼電器通足夠大的電時經(jīng)所需要的時間(整定時間)閉合的接點。常用繼電器介紹4.電磁式中間繼電器KM在繼電保護中，用于增加觸點數(shù)量和容量的繼電器。具有動合接點和動斷接點?？墒菇狱c瞬時或帶有不大的延時動作以滿足保護的需要用繼電器介紹常用繼電器介紹5.電磁式信號繼電器KS保護動作后發(fā)出信號的繼電器叫信號繼電器。信號繼電器所發(fā)信號不應隨電氣量的消失而消失，要有機械或電器自保持，直至相關(guān)事宜處置完畢再手動恢復信號掛牌裝置。12246四、常用繼電器介紹6.感應式電流繼電器（GL式電流繼電器）感應式電流繼電器是利用電磁感應原理構(gòu)成的，它兼有電磁式電流繼電器、時間繼電器、中間繼電器、信號繼電器的功能。結(jié)構(gòu)分成兩部分一是電磁速斷機構(gòu)，構(gòu)成電流速斷保護。二是感應機構(gòu)，構(gòu)成反時限過電流保護。四、常用繼電器介紹

繼電保護與二次回路常用電氣符號繼電保護用電流互感器1、三相星形接線 三相星形接線適用于對所有短路類型都要求動作的保護裝置。2、兩相不完全星形接線方式

在中性點非直接接地的電力系統(tǒng)中廣泛采用兩相不完全星形接線方式來實現(xiàn)相間短路保護。3、兩相電流差接線方式4、三角形接線方式

三角形接線方式主要應用與Y，d接線的變壓器差動保護裝置。 在正常運行或三相短路時，流過繼電器線圈的電流為相電流的倍，并且在相位上相差300。繼電保護用電流互感器第二節(jié)變壓器保護一、 電力變壓器的故障和異常運行狀態(tài)二、電力變壓器保護設置要求 三、變壓器過電流保護四、 變壓器電流速斷保護五、 變壓器縱差保護六、 變壓器瓦斯（氣體）保護電力變壓器的故障和異常運行狀態(tài)1、變壓器的故障①油箱內(nèi)故障：內(nèi)部繞組匝間或?qū)娱g絕緣損壞造成的相間短路和匝間短路，直接接地系統(tǒng)側(cè)繞組的接地短路。②油箱外故障：外部絕緣套管及引出線上的多相短路、單相接地短路。2、變壓器異常運行狀態(tài)

主要包括保護范圍外部（保護區(qū)外）短路引起的過電流、電動機自起動等原因引起的過負荷、油浸變壓器油箱漏油造成油面下降等。電力變壓器保護設置要求1、電流速斷保護（3~10KV配電變壓器的繼電保護）2、瓦斯（氣體）保護

變電所單臺油浸變壓器容量在800KV?A及以上，或室內(nèi)裝設的容量在400KV?A及以上的油浸變壓器應裝設瓦斯保護，用于反應變壓器油箱內(nèi)故障和油面降低。3、縱差動保護

①單臺容量10000KV?A及以上，或者單臺容量在6300KV?A及以上的并列運行變壓器，容量在2000KV?A及以上當采用電流速斷保護靈敏度不能滿足要求時，根據(jù)規(guī)程規(guī)定應裝設電流差動保護。

②用于反應變壓器繞組，套管及引出線上的多相短路，直接接地系統(tǒng)側(cè)繞組，套管及引出線上的接地短路和繞組匝間短路。4、過電流保護（后備保護，都要安裝）5、零序保護（反應接地故障，作為變壓器主保護及相鄰元件接地故障的后備保護）6、過負荷保護（用于反應400KV?A及以上變壓器過負荷。）變壓器過電流保護1、定時限過電流保護 過電流保護的動作時限一經(jīng)整定后就固定不變。 動作電流按躲過變壓器最大負荷電流來整定2、反時限過電流保護

反時限過電流保護其保護裝置的動作時間隨電流的大小而變化，電流越大反應時間越短變壓器電流速斷保護1、對于中、小容量變壓器，可以裝設單獨的電流速斷保護，作為變壓器防止相間短路故障的主保護。2、變壓器的電流速斷保護，其動作電流整定按躲過變壓器負荷側(cè)母線短路電流來整定，一般應大于額度電流3-5倍。

3、防止相間短路故障保護，都按不完全星形的兩相兩繼電器接線變壓器縱差保護1、變壓器速斷保護雖然動作迅速，但動作電流整定較大，對于輕微的內(nèi)部故障不能反應，而且在變壓器內(nèi)部，靠近二次出線還存在死區(qū)，即速斷保護不起作用。2、規(guī)程規(guī)定對于大容量變壓器應裝設電流縱差動保護。3、電力變壓器縱差保護的動作電流按躲過二次回路斷線、變壓器空載投運時激磁涌流和互感器二次電流不平衡，防止由此出現(xiàn)誤動作來整定。變壓器瓦斯（氣體）保護1、瓦斯保護的主要元件為氣體繼電器，也稱瓦斯繼電器。繼電器整定好后，將它安裝在變壓器油箱與油枕之間的連接管道中；并要注意使氣體繼電器上的箭頭指向油枕的一側(cè)，否則氣體繼電器將失效。2、輕瓦斯保護動作后發(fā)出延時信號3、重瓦斯動作后必須有自保持回路第三節(jié)電力線路保護一、 過電流保護二、電流速斷保護三、 限時電流速斷保護四、 三段式電流保護五、低電壓保護和電流方向保護六、 高壓電動機保護七、 3KV~10KV高壓電力電容器組保護過電流保護1、6~10KV電力線路的繼電保護比較簡單，一般配置電流速斷和過電流保護、或加限時電流速斷保護。2、電力線路過電流保護的動作電流按躲過最大負荷電流整定，動作時間的整定采取階梯原則。過電流保護的動作時間一般在1.0s~1.2s。電流速斷保護

電力線路電流速斷保護是按躲過本線路末端三相最大短路電流整定計算的。 在本線路上電流速斷保護保護不到的區(qū)域稱為死區(qū)。死區(qū)內(nèi)發(fā)生短路事故時由過電流保護動作跳閘，因此過電流保護是電流速斷保護的后備保護。限時電流速斷保護1、死區(qū)：本線路上電流速斷保護不到的區(qū)域2、由于電流速斷不能保護全線路，過電流保護能保護全線路，但達不到速動性的要求，這時可以加一套限時電流速斷保護。對于高壓電力線路，限時電流速斷保護動作時間一般取0.5S。三段式電流保護1、電流速斷、限時電流速斷和定時限過電流保護三種保護組合構(gòu)成三段式電流保護。

電流速斷保護能快速切除線路首端故障，但不能保護本線路全長。

限時電流速斷不能保護到下線路的末端

過電流保護能保護本線路及下線路全長但動作時間較長。2、展開式原理圖：以電氣回路為基礎，將繼電器和各元件的線圈、觸點按保護動作順序，自左而右、自上而下繪制的接線圖，簡稱展開圖。3、閱讀展開圖時，先交流后直流再信號，自上而下，從左到右，層次分明。低電壓保護和電流方向保護

對于兩側(cè)都有電源，而且能同時供電的電力線路，例如兩側(cè)都有電源的環(huán)網(wǎng)線路，通常都設置方向繼電器，用以判別電流方向，使事故停電范圍限制在最小區(qū)域。這類保護叫方向保護。高壓電動機保護高壓電動機的故障和異常運行狀態(tài)高壓電動機通常指3～10kV供電電壓的電動機，運行中可能發(fā)生的主要故障有電動機定子繞組的相間短路故障（包括供電電纜相間短路故障）、單相接地短路以及一相繞組的匝間短路。

電動機最常見異常運行狀態(tài)有：起動時間過長、一相熔斷或三相不平衡、堵轉(zhuǎn)、過負荷引起的過電流、供電電壓過低或過高。定子繞組的相間短路是電動機最嚴重的故障。高壓電動機保護2、高壓電動機保護設置 高壓電動機保護常用的電流保護為電流速斷保護（或電流縱差保護）和過負荷保護。①2000KW以下的高壓電動機裝設電流速斷保護，保護宜采用兩相式并動作于跳閘。②對單相接地電流大于5A時的電動機，應裝設單相接地故障的零序電流保護，單相接地電流為10A及以上時保護裝置動作于跳閘；10A以下時，保護裝置可動作于跳閘也可動作于信號。③運行過程中易發(fā)生過負荷和需要防止起動或自起動時間過長的電動機應裝設過負荷保護。④2000KW及以上大容量的高壓電機，普遍采用縱聯(lián)差動保護代替電流速斷保護。3KV~10KV高壓電力電容器組保護1、高壓電力電容器常見故障類型及異常運行①電容器組與斷路器之間連線短路；②單臺電容器內(nèi)部極間短路；③電容器組多臺電容器故障；④電容器過負荷；⑤母線電壓升高；⑥電容器組失壓。2、高壓電容器組保護設置 中小容量的高電壓電容器組普遍采用電流速斷或延時電流速斷作為相間短路保護。如為電流速斷保護，動作電流可取電容器組額定電流的2~2.5倍。第四節(jié)變電所微機保護監(jiān)控裝置簡介一、微機保護監(jiān)控裝置的特點二、微機保護裝置硬件系統(tǒng)的一般構(gòu)成三、微機保護的主要功能四、微機保護監(jiān)控裝置的運行維護微機保護監(jiān)控裝置的特點1、維護調(diào)試方便2、可靠性高3、動作準確率高4、容易獲得各種附加功能5、保護性能容易得到提高6、使用靈活方便7、具有遠方監(jiān)控的特性微機保護裝置硬件系統(tǒng)的一般構(gòu)成1、從功能上劃分，微機保護裝置可以分為6個部分：①模擬量輸入系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）；②繼電功能回路（CPU主系統(tǒng)）；③開關(guān)量輸入/輸出回路；④人機接口回路；⑤通信回路；⑥電源回路。2、CPU主系統(tǒng)包括微處理器CPU，只讀存儲器（EPROM）、隨機存儲器（TLAM）及定時器（TIMER）等。CPU執(zhí)行存放在EPROM中的程序，對由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入至RAM區(qū)的原始數(shù)據(jù)進行分析處理，以完成各種繼電保護功能。3、開關(guān)量輸入/輸出回路由并行口、光電耦合電路及有接點的中間繼電器等組成，以完成各種保護的出口跳閘、信號報警及外部接地輸入等工作。4、人機接口部分主要包括打印、顯示、鍵盤、各種面板開關(guān)等，其主要功能用于人機對話，如調(diào)試、定值調(diào)整、人對機器工作狀態(tài)的干預等。微機保護裝置硬件系統(tǒng)的一般構(gòu)成4、根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換的原理不同，微機保護裝置中模擬輸入回路有兩種方式，一是基于逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換方式，二是利用電壓/頻率變換（VFC）原理進行A/D轉(zhuǎn)換方式。5、逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換方式包括：電壓形成回路、模擬低通濾波器（ALF）、采樣保持回路（S/H）、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)電路（MPX）及模數(shù)轉(zhuǎn)換回路（A/D）等功能塊。6、利用電壓/頻率變換（VFC）原理進行A/D轉(zhuǎn)換方式包括：電壓形成、VFC回路、光電耦合、計數(shù)器等環(huán)節(jié)微機保護的主要功能微機保護的主要功能包括保護、測控、信息三方面。1、110kV及以下線路保護測控裝置的功能①保護方面的主要功能②測控方面的主要功能③信息方面的主要功能2、站用變壓器或接地變壓器的保護測控裝置的功能（P252）①保護方面的主要功能（三段式負荷電壓閉鎖的過電流保護）②測控方面的主要功能（專職遙信變位以及事故遙信；變壓器高壓側(cè)斷路器正常遙控分合；小電流接地探測遙控分合；開關(guān)事故分合次數(shù)統(tǒng)計及事件SOE等）③信息方面的主要功能3、110kV及以下并聯(lián)電容器組保護測控裝置的功能①保護方面的主要功能（P252）②測控方面的主要功能③信息方面的主要功能微機保護監(jiān)控裝置的運行維護1、110kV及以下線路保護測控裝置的運行異常報警（P253）

PT斷線：當正序電壓小于30V而任一相電流大于0.1A時或負序電壓大于8V時延時10s報母線PT斷線，發(fā)出運行異常告警信號，待電壓恢復正常后裝置延時1.25s自動把PT斷線報警返回。2、站用變壓器或接地變壓器的保護測控裝置的運行異常報警（P253-254）

PT斷線：當正序電壓小于30V而任一相電流大于0.1A時或負序電壓大于8V時延時10s報母線PT斷線，發(fā)出運行異常告警信號，待電壓恢復正常后裝置延時1.25s自動把PT斷線報警返回。3、110kV及以下并聯(lián)電容器組保護測控裝置的運行異常報警（P254）

PT斷線：當正序電壓小于30V而任一相電流大于0.1A時或負序電壓大于8V時延時10s報母線PT斷線，發(fā)出運行異常告警信號，待電壓恢復正常后裝置延時1.25s自動把PT斷線報警返回。第五節(jié)電力系統(tǒng)自動裝置一、自動重合閘二、備用電源自動投入裝置自動重合閘

1、電力系統(tǒng)自動裝置分為：自動調(diào)節(jié)裝置和自動操作裝置。2、自動調(diào)節(jié)裝置：一般是為了保證電能質(zhì)量、消除系統(tǒng)異常狀態(tài)等對某些電量實施自動的調(diào)節(jié)，例如電力系統(tǒng)頻率自動調(diào)節(jié)等。3、自動操作裝置：作用對象是某些斷路器；目的是提高電力系統(tǒng)的供電可靠性和保證安全運行，例如備用電源自動投入裝置、線路自動重合閘裝置、低頻減載裝置等。4、自動重合閘 由于發(fā)生事故，繼電保護動作斷路器自動跳閘后，能使斷路器自動合閘的裝置稱為自動重合閘裝置。備用電源自動投入裝置1、備用電源自動投入的作用 備用電源自動投入裝置，是當工作電源因故障自動跳閘后，自動迅速地將備用電源投入的一種自動裝置，簡稱備自投裝置。2、對備用電源自動投入裝置的基本要求

①應保證工作電源斷開后，備用電源才能投入；

②工作母線不論任何原因電壓消失，備用電源均應投入；

③備用電源只能投入一次；

④備用電源投于故障設備時，繼電保護應加速動作；

⑤電壓互感器二次斷線時裝置不應動作。3、備用電源自動投入的一次接線方案

①按照備用方式可以分為：明備用和暗備用。

②按照我國變電站一次接線情況分為：低壓母線分段備自投接線和變壓器備自投接線。第六節(jié)二次回路基本知識一、 二次回路圖的分類二、 二次回路的讀圖方法三、 二次回路的編號二次回路圖的分類1、一次設備：發(fā)電廠和變配電所中直接與生產(chǎn)和輸配電能有關(guān)的設備2、二次設備：對一次電氣設備進行監(jiān)視、測量、操縱、控制和起保護作用的輔助設備3、二次回路：由二次設備按一定順序和要求相互連接構(gòu)成的電氣回路4、二次回路接線圖：為便于設計、制造、安裝、調(diào)試及維護，通常使用圖形符號及文字符號按一定規(guī)則連接來對二次回路進行描述的圖紙。5、按圖紙的作用，二次回路的圖紙分為（1）原理圖：體現(xiàn)二次回路工作原理的圖紙，按其表現(xiàn)形式又分為歸總式原理圖和展開式原理圖。（2）安裝圖：按其作用又分為屏面布置圖及安裝接線圖。

為了配線方便，在安裝接線圖中對各元件和端子排都采用相對編號法進行編號。二次回路的讀圖方法1、讀圖順序：先交流、后直流，先上后下，先左后右。2、交流部分：先看電源，再看所接元件。3、直流部分：先看線圈，再查接點，每一個接點的作用都要查清。二次回路的編號1、編號的作用①編號的作用：區(qū)分二次線②回路編號法：按線的性質(zhì)、用途進行編③相對編號法：按線的走向、按設備端子進行編號2、回路編號法（