繼電保護及二次回路

1、第五章第五章 繼電保護繼電保護及二次回路及二次回路 第一節(jié)第一節(jié) 常用繼電器和保護的選擇常用繼電器和保護的選擇 一、繼電保護的任務、要求及繼電器的類別一、繼電保護的任務、要求及繼電器的類別一）繼電保護的任務一）繼電保護的任務 自動迅速地將故障設備從電力系統(tǒng)中切除出去，或及是針對各種不正常的運行狀態(tài)發(fā)出信號。 二）對繼電保護的要求二）對繼電保護的要求 1、選擇性； 2、快速性； 3、靈敏性； 4、可靠性。三）繼電器的作用、分類和圖形符號三）繼電器的作用、分類和圖形符號 1、作用：繼電器是組成繼電保護裝置的基本元件，當其輸入達到或低于一定值時它便動作，并通過執(zhí)行元件發(fā)出信號或動作于跳閘。2、分類：

2、按結構原理可分為 電 磁 型 感應型 磁電型 整流型 極化型 晶體管型 按繼電器反應量的性質可分為 電流 電壓 功率方向 阻抗 周波按反應量的增大或減小可分為 過量繼電器 低量繼電器 3 3、圖形符號：、圖形符號： 二、常用繼電器結構，原理和內部接線二、常用繼電器結構，原理和內部接線一）電磁型電流繼電器一）電磁型電流繼電器 電流線圈繞在鐵芯上，當電流大于某一值時，可使可動舌片克服彈簧的拉力轉動，使接點接通，繼電器動作。 繼電器的動作電流：能使電流繼電器開始動作的最小電流。 （ IDZ） 繼電器的返回電流：使繼電器可動觸點開始返回原位的最大電流。（IFH） 返回系數：返回電流降以動作電流。 KF

3、H=IFH/IDZ 過流繼電器返回系數總是小于1，要求在0.850.9之間。二）電磁型電壓繼電器二）電磁型電壓繼電器結構與電流繼電器相似。不同之處：電流繼電器鐵芯上套的是電流線圈，而電壓繼電器鐵芯上套的是電壓線圈。低電壓繼電器的動作電壓（UDZ）：指在繼電器線圈上施加額定電后又逐漸降低至繼電器開始動作時的最高電壓。低電壓繼電器的返回電壓（UFH）：指繼電器動作后又逐漸升高電壓時，繼電器可動觸點開始返回原來位置的最低電壓。UFHUDZ，因此低電壓繼電器返回系數KFH=UFH/UDZ1要求不大于1.2。由上述可知，低量繼電器KFH1，過量繼電器KFH1。 三）三）GL系列感應型過電流繼電器（略）系

4、列感應型過電流繼電器（略） 四）電磁型時間繼電器四）電磁型時間繼電器作用：在繼電保護裝置中建立所需要的時限。五）電磁中間繼電器五）電磁中間繼電器作用：在繼電保護裝置中用來增加觸點數量和觸點容量。六）電磁型信號繼電器六）電磁型信號繼電器作用：用來發(fā)出整套保護裝置或者保護裝置中某一回路的動作信號。 三、瓦斯、差動及自動重合閘繼電器三、瓦斯、差動及自動重合閘繼電器一）瓦斯繼電器一）瓦斯繼電器作用：當變壓器內部發(fā)生故障（如相間、匝間短路）時，伴隨有電弧產生，會產生大量氣體和向上沖涌的油流，使瓦斯繼電器動作。目前用得較多的為QJ180型復合式瓦斯繼電器輕瓦斯保護開口杯重瓦斯保護擋板要點：接跳閘的觸點用雙

5、干簧觸點串聯(lián)，提高觸點的抗干擾性。（重瓦斯）二）二）BCH-2型差動繼電器型差動繼電器 變壓器差動保護能對變壓器內部故障和一、二次引出線上的短路故障起到保護作用。構成差動保護的主要元件是差動繼電器。 BCH-2型差動繼電器優(yōu)點： 躲避電力變壓器勵磁涌流的性能較好，同時提高了保護裝置躲避外部短路時暫態(tài)不平衡電流的性能。1、兩個衡繞組的作用： 正常運行時，WC中會有不平衡電流流過，平衡繞組接入后，使不平衡電流得到補償，二次繞組V2內幾乎沒有不平衡電流感應電勢，提高了保護的可靠性。 WC、WP1、WP2三個繞組繞向相同的原因： 區(qū)內故障時，三個繞組產生的磁通方向一致，增加繼電器動作的安匝數，提高了保

6、護裝置的靈敏度。 2、短路繞組的作用： 在具有非周期分量電流時，繼電器的動作電流就大為增加，從而提高了躲避勵磁涌流和外部短路時暫態(tài)不平衡電流的性能。三）自動重合閘繼電器三）自動重合閘繼電器1、動作原理2、幾個元件的作用： 電容器C用于保證重合閘裝置只動作一次； 充電電阻4R用于限制電容器C的充電速度，防止一次重合閘不成功時而發(fā)生多次重合，放電電阻6R為重合閘時（如手動合開關），電容器可通過6R來放電。四）繼電保護裝置的靈敏度四）繼電保護裝置的靈敏度通過用靈敏系數Klm來衡量。1、對于反應故障時參數量增加的保護裝置：靈敏系數=2、對于反應故障時參數量降低的保護裝置：靈敏系數= 定值保護裝置動作參

7、數的整值時故障參數的最小計算保護區(qū)末端金屬性短路值時故障參數的最小計算保護區(qū)末端金屬性短路定值保護裝置動作參數的整第二節(jié)第二節(jié) 變電所的繼電保護變電所的繼電保護一、常用繼電保護裝置及保護方式的選擇一、常用繼電保護裝置及保護方式的選擇一）一）10kV變電所的繼電保護裝置變電所的繼電保護裝置1、過流保護 整定原則：按照避開被保護線路的最大工作電流來整定。過流保護在動作時間整定上采用階梯原則。 過流保護的動作時限有兩種：1）定時限2）反時限2、電流速斷保護 整定原則：按躲過被保護設備（線路）末端的最大短路電流來整定。因此，被保護設備末端有一段保護不到的死區(qū)，這就必須依靠過電流保護作為后備。3、限時電

8、流速斷保護 用來彌補電流速斷保護的保護范圍小和過流保護的時限長的不足。 整定原則：其動作電流大于下一段線路瞬時速斷保護可動作電流，動作是限比下一線路瞬時速斷保護大一個時間階差。4、低電壓保護5、其他保護 瓦斯保護、雙電流變電所采用的備用電源自動投入裝置等。二）二）35kV35kV以交變電所的繼電保護以交變電所的繼電保護 過電流、電流速斷、變壓器瓦斯保護、差動保護、方向性電流保護、方向性電流閉鎖低電壓速斷保護、自動重合閘、備用電源自動投入。 三）變電所電氣設備繼電保護方式的選擇三）變電所電氣設備繼電保護方式的選擇詳見教材P252表5-2*瓦斯保護的使用范圍：容量在800kVA及以上的油浸式變壓器

9、必須安裝。二、電力變壓器的保護二、電力變壓器的保護一）過流保護一）過流保護變壓器過流保護接線與線路的過流保護接線方式相同。二）電流速斷保護二）電流速斷保護三）差動保護三）差動保護變壓器的主保護1、保護原理 變壓器兩側的電流互感器按循環(huán)電流接線方式接入差動繼電器。 正常運行或外部短路時，流入繼電器的電流為很小的不平衡電流； 內部故障時，流入繼電器的電流為兩側的短路電流之和。 2、接線方式 大容量變壓器通常按Y，d接線，一次側接成星形、二次側接成三角形，一次側電流與二次側電流不能直接按圖5-18接線。必須進和三種補償：變比補償、數值補償和相位補償，才能按圖5-18接線。3、BCH-2型電流差動保護

10、的動作電流計算1）按躲過外部最大不平衡電流計算；2）按躲過變壓器空載投入或故障切除后電壓恢復時的勵磁涌流計算；3）按躲過變流器的二次回路斷線計算。 選以上三種計算中最大者作為動作電流計算值。4、差動保護的運行注意事項1）差動保護動作，主變跳閘后，應查明原因或進行內部檢定，確無異常時，方可強送；2）停電工作時，若涉及差動回路，則其投運時應接信號，同時要對它進行多角度試驗和測量不平衡電壓值，在確無異常時，方可接于跳閘。四）瓦斯保護四）瓦斯保護 主壓器的主保護三、電力線路的保護三、電力線路的保護一）過電流保護一）過電流保護1、定時限過電流保護的接線方式 一般采用兩相不完全星形接線，當線路發(fā)生兩相或三

11、相短路時，至少有一個電流繼電器動作，起動跳閘回路。 （如圖5-22） 2、有限反時限過流保護的接線方式 可采用兩相不完全星形接線和兩相差接線。 兩相差接線優(yōu)點：可以節(jié)省一只繼電器和一個跳閘線圈。 3、過流保護的動作電流值整定IDZJ繼電器動和電流，A；KJX接線系數（星形為1，角形與差接時為 ）；KZQ自動起系數；KF電流繼電器返回系數（一般取0.85）；nL電流互感器額定變化；IFHZD最大負荷電流，A。 過流保護動作時間的整定應采取階段原則，即位于電源則的上一級保護的動作時間要比下級保護時間長。時間階差t取0.50.75s。ZDFHLFZQKJXInKKKKIDZJ=3二）電流速斷保護二）

12、電流速斷保護 缺點：末端有死區(qū)。必須與過電流保護配合。1、接線方式 采用兩相不完全星形接線2、整定計算IDZJ被保護區(qū)段末端三相最大短路電流，A。IDZJ=ZDDLKJXInKK三）帶時限電流速斷保護三）帶時限電流速斷保護 IDZ=KKIDZ IDZ帶時限電流速斷保護動作電流，A。 KK可靠系數； IDZ下一相鄰線路的瞬時電流速斷保護動和電流，A。 帶時限電流速斷保護必須和下一相鄰線路的瞬時電流速斷保護相配合，其動作時間比下一相鄰線路的瞬時電流速斷保護的動作大一個時限階差0.5s。 四）帶方向電流保護四）帶方向電流保護 在雙側電源供電或環(huán)形供電時，采用一般的電流保護就不能保證選擇性。可采用方向

13、繼電器構成方向保護來保證選擇性。 構成原則：只有當電流從母線流向線路時保護才動作，如果是線路流向母線，則保護不動作。 五）低電壓閉鎖的過電流保護五）低電壓閉鎖的過電流保護 過流保護的動作電流是按躲過最大負荷電流整定，但在某些情況下不能滿足靈敏度要求。為了提高保護的靈敏度和改善躲過負荷電流的條件，可在過流保護的基礎上增加低電壓閉鎖條件。 注意之處：其動作電流可不躲過最大負荷電流而按正常持續(xù)負荷電流來整定。六）電流電壓聯(lián)鎖速斷保護六）電流電壓聯(lián)鎖速斷保護 優(yōu)點：能防止與同一母線相連的任一路配出線發(fā)生短路故障時，由于母線電壓下降而引起同一母線上其他線路的低壓保護誤動。 整定原則：在系統(tǒng)經常出現(xiàn)的運行

14、方式下，使電流元件和電壓元件有相同的保護范圍。四、自動重合閘和備用電源自投裝置四、自動重合閘和備用電源自投裝置一）自動重合閘裝置一）自動重合閘裝置基本要求：1、人為拉開斷路器時，重合閘不動作；2、手動合閘于故障線路，重合閘不動作；3、對于同一次故障，自動重合閘的動作次數應符合預先的規(guī)定；4、自動重閘動作后應能自動復歸；5、當斷路器處于不正常狀態(tài)時，重合閘應退出運行。二）備用電源自動投入裝置（二）備用電源自動投入裝置（BZTBZT）基本要求：1、只有在正常工作電源跳閘后，方能自動投入備用電源；2、備用電源自投裝置只應動作一次；3、當備用電源無電時，BZT不動作；4、當電壓互感器的保險熔斷時，BZ

15、T不應誤動。 第三節(jié)第三節(jié) 變電所的二次回路變電所的二次回路 一、二次回路的功用、分類及接線圖一、二次回路的功用、分類及接線圖一）變電所二次回路的含義、作用與分類一）變電所二次回路的含義、作用與分類 一次設備變電所中凡直接用來接受與分配電能以及改變電能電壓相關的所有設備。 一次系統(tǒng)由一次設備連接成的系統(tǒng)稱為電氣一次系統(tǒng)或電氣主接線系統(tǒng)。 二次設備為保證主接線系統(tǒng)的正常與安全運行，凡對一次 電氣設備進行監(jiān)視、測量、操縱、控制及起保護作用的輔助性電氣設備。 二次回路由二次設備連接成的回路稱為二次回路或二次系統(tǒng)。 按二次設備各種不同的用途可分為： 繼電保護二次回路、自動裝置二次回路、控制系統(tǒng)二次回路

16、、測量儀表二次回路、信號裝置二次回路等。 二）二次回路原理圖、展開圖及安裝接線圖二）二次回路原理圖、展開圖及安裝接線圖1、原理圖 圖5-22（a）的原理圖 在圖上所有儀表和繼電器都是以整體形式的設備圖形符號表示，不畫出內部拉線，而只畫出接點的連接。并將二次部分的電流回路、電壓回路、直流回路和一次回路圖繪制在一起。 特點：能使看圖人對整個裝置的構成有一個整體概念，可清楚了解二次回路各設備間的電氣聯(lián)系和動作原理。2、展開圖 實際應用中，大多采用展開圖。 展開圖中，電流回路、電壓回路、直流回路是分開的。彌補了原理圖沒有元件內部接線、沒有元件端子號碼和回路標號等缺陷。 圖5-22（b）、（c）為展開圖

17、3、安裝接線圖 由于二次設備布置分散，需要用控制電纜將它們互相連接起來，因此單憑原理圖和展開圖來安裝是困難的。為此在二次接線安裝時，須繪制安裝接線圖。 包括：屏面布置圖、屏背面接線圖和端于排圖。二、二次回路的編號與設備標志（略）二、二次回路的編號與設備標志（略）三、變電所的信號裝置三、變電所的信號裝置 按用途可分為：中央信號、位置信號以及其他類信號裝置。位置信號的主要作用：指示斷路器的跳合閘位置和隔離開關的分、合閘位置。 中央信號裝置分為事故信號和預告信號兩種。 事故信號的主要作用：在斷路器事故跳閘時，能及時地發(fā)出音響信號，并使相應的斷路器燈光位置信號閃光。 預告信號的主要作用：在運行設備發(fā)生

18、異?，F(xiàn)象時，瞬時或延時發(fā)出音響信號，并使光字牌顯示出異常狀況的內容。一）中故信號裝置一）中故信號裝置1、中央復歸不能重復動作的事故信號裝置 缺點：不能重復動作，當第一次音響發(fā)出后，值班人員用按鈕將音響解除，而不對應回路未復歸前，如第二臺斷路器不發(fā)生事故跳閘時，事故信響信號就不能再次起動，這樣第二臺斷路器的事故跳閘就可能發(fā)現(xiàn)不了。2、中央復歸能重復動作的事故信號裝置 解決了上面提到的問題。 事故信號裝置中的“重復動作”是利用不對應回路中的附加電阻R來實現(xiàn)的。二）預告信號裝置二）預告信號裝置 分瞬時預告信號和延時預告信號。四、斷路器的控制回路四、斷路器的控制回路一）電磁操作機構的斷路控制回路一）電

19、磁操作機構的斷路控制回路1、沒有電氣防跳設施的斷路器控制電路、沒有電氣防跳設施的斷路器控制電路下圖為具有CD2型操作機構的斷路器控制電器。 由于操作機構本身具有防跳設施，因此該控制電路不含電氣防跳。 1）分閘操作）分閘操作 此時斷路器KK處于合閘后位置，KK手柄13-16觸點接通，紅燈發(fā)平光。（由于回路有電阻，TQ不起動）手動分閘時，6-7觸點接通，將紅燈電阻和附加電阻短接，TQ起動，斷路器跳閘。 松開KK手柄，KK回到跳閘后位置，KK的10-11接通，綠燈發(fā)平光。2）合閘操作）合閘操作 此時斷路器KK處于跳后位，KK的10-11觸點接通，綠燈發(fā)平光。（由于回路有電阻，HC不起動）手動合閘時，

20、KK的5-8觸點接通，將綠燈電阻和附加電阻短接，HC起動，HC觸點閉合接動HQ，斷路器合閘。松開KK手柄，KK回到合閘后位置，紅燈發(fā)平光。 3）閃光母線的作用）閃光母線的作用 在預備合閘位置時，KK的9-10觸點接通，接通閃光電源，綠燈閃光；在預備分閘位置時，KK的13-14觸點接通，接通閃光電源，紅燈閃光。位置不對應時，接通閃光電源（如KK處于合閘后位置，但斷路器跳開）。4）增加）增加HC的作用的作用 KK的5-8觸點不直接接通HQ，是因為HQ線圈的導線很粗電阻很小，合閘電流很大，直接接通HQ，會燒壞KK的觸點。而且合閘電流很大，不能由控制母線供電，而應由合閘母線供電。所以增加一合閘接觸器。

21、5）事故跳閘）事故跳閘 保護動作，BCJ觸點閉合，接通跳閘回路。 斷路器KK在合閘后位置，KK的1-3、17-19是接通狀態(tài)，這時斷路器跳閘，其輔助常閉觸點閉合，接通事故音響小母線，發(fā)出事故音響。此斷路器控制電路為燈光監(jiān)視的斷路器控制電器。 注意：紅燈平光，表明跳閘回路完好； 綠燈平光，表明合閘回路完好。2 2、裝設跳躍閉鎖繼電器的斷路器控制電器。、裝設跳躍閉鎖繼電器的斷路器控制電器。 防跳的含義： 當操作斷路器合閘時，KK的5-8觸點接通，斷路器合閘。如合閘于故障線路，繼電保護立即動作跳閘。但操作人員仍把手柄打在合閘位置，5-8觸點仍在接通狀態(tài)，又接通合閘回路，斷路器再次合閘；合閘后，又接通

22、跳閘回路，斷路器又再次跳閘。這樣多次跳合叫做跳躍。 多次跳躍會使斷路器損壞，另一方面使一次系統(tǒng)工作受到嚴重影響。為了防上這種跳躍發(fā)生，必須采用電氣的或機械的防跳裝置。 防跳動作過程：防跳動作過程： 當斷路器人為合閘時，合閘于故障線路，保護動作BCJ觸點閉合，接通跳閘回路，開關跳閘。同時啟動跳躍閉鎖繼電器TJB，這樣TBJ1閉合形成自保持，TBJ2斷開合閘回路，防止斷路器再次合上，也就防止了跳躍。手柄彈回，5-8觸點打開，TBJ復歸。 五、交流及復式整流操作電源五、交流及復式整流操作電源 變電站開關控制、繼電保護、自動裝置和信號設備所使用的電源稱為操作電源。 基本要求：基本要求：要有足夠的可靠性

23、。不論變電站的運行狀態(tài)如何變化，即使發(fā)生短路，母線電壓降為零，操作電源不允許出現(xiàn)中斷，仍應保證有足夠的電壓和足夠的容量。 分類：交流操作電源適用于接線方式較為簡單的小容量變電站。 直流操作電源適用于較為重要、容量較大變電站。一）交流操作電源一）交流操作電源1、變流器供給操作電源、變流器供給操作電源 只有發(fā)生短路事故時，或者在負荷電流較大時，變流器的二次電流才足夠作為繼電保護跳閘之用。2、電壓互感器和站用變供給操作電源、電壓互感器和站用變供給操作電源 只適用于正常運行或接近正常運行的情況，不適用于發(fā)生短路的事故情況。 在10KV及以下的中小容量變電站中，變流器供給操作電源的方式用得較多。二）復式

24、整流操作電源二）復式整流操作電源 正常情況下由所用變低壓380V電源整流后供給操作電源，在發(fā)生短路故障時，由電流互感器和電壓互感器二次經整流后供給操作電源。 目前已較少采用。 第四節(jié)第四節(jié) 變電所的直流系統(tǒng)變電所的直流系統(tǒng) 一、直流電源供電系統(tǒng) 變電所及發(fā)電廠的蓄電池組是作為控制、信號、繼電保護及自動裝置的直流電源。經電纜送到主控制室直流屏頂上的直流母線，再由直流母線分別引出作為控制電源、信號電源及合閘電源。 浮充電方式：正常運行時蓄電池組處于浮充電狀態(tài)，浮充電電源一方面向蓄電池組供浮充電電流，另一方面供負荷電流。二、直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)察和電壓監(jiān)察二、直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)察和電壓監(jiān)察一）直流系統(tǒng)的絕

25、緣監(jiān)察一）直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)察 直流供電網絡一般分布較廣，系統(tǒng)復雜，外露部分多，容易發(fā)生絕緣損壞而接地。如果是正、負兩極都接地，此時故障回路的熔斷器熔斷，使相應部分的直流系統(tǒng)停電。如果是一極接地，再發(fā)生中一點接地（如斷路器跳閘線圈或繼電保護裝置出口繼電器接地），會造成斷路器拒動、誤動。二）直流系統(tǒng)的電壓監(jiān)察二）直流系統(tǒng)的電壓監(jiān)察 防止直流電壓偏離要求，造成繼電保護和斷路器拒動或誤動。三、硅整流電容儲能直流電源三、硅整流電容儲能直流電源 采用硅整流裝置的直流系統(tǒng)，當整流裝置的受電電源發(fā)生短路故障時，會引起交流電源電壓下降，嚴重時會造成繼電保護拒動。采用電容器儲能來補償直流電壓是一種比較簡單有效的方

26、法。四、鉛酸蓄電池直流電源四、鉛酸蓄電池直流電源1、構造及工作原理 鉛酸蓄電池的電解液是濃度為2737%的硫酸水溶液，正極板的活性物質是二氧化鉛（PbO2），負極板上的活性物質是絨狀鉛（Pb）。充電 化學反應：PbO2+Pb+2H2SO4 2 PbSO4+ 2H2O （電解液參加化學反應） *鉛酸蓄電池充電終期可由電解液的比重高低來判斷。放電 充電 2、蓄電池組的直流電源接線 蓄電池組正常處地浮充電狀態(tài)，短時高峰負荷主要由蓄電池承擔。 防硫化電阻的作用防硫化電阻的作用：蓄電池組中有一部分作為調節(jié)電壓用的蓄電池，因得不得浮充電，硫化嚴重，容易損壞。因此在電路中接入一可調電阻，使部分端電池與整組蓄

27、電池處于相同的運行狀態(tài)。五、鎘鎳蓄電池直流電源五、鎘鎳蓄電池直流電源1、構造及工作原理 鎘鎳堿性蓄電池的電解液是濃度為20%的氫氧化鉀水溶液。用氫氧化鎳作正極板，用鎘作負極板。 化學反應： 2Ni（OH2）+Cd（OH）2 2NiOOH+Cd+2H2O （電解液不參加化學反應） *堿性蓄電池充電是否完成主要根據充電電流、充電時間和蓄電池的端電壓。2、特點及運行維護 鎘鎳蓄電池放電電壓平穩(wěn)、體積小、壽命長、機械強度高，維護方便，占地面積小，但價格昂貴。 與鉛酸蓄電池一樣，正常處于浮充電狀態(tài)。 對于堿性電池應定期進行容量核對，稱為“容量恢復”，一般每年進行一次。充電 放電 六、硅整流充電設備（略）

28、六、硅整流充電設備（略）七、閥控式密封鉛酸蓄電池（略）七、閥控式密封鉛酸蓄電池（略） 免維護蓄電池八、高頻開關電源模塊（略八、高頻開關電源模塊（略）第五節(jié)第五節(jié) 微機保護及變電站綜合自動化微機保護及變電站綜合自動化一、微機保護裝置的特點一、微機保護裝置的特點1 1、維護調試方便、維護調試方便2 2、可靠性高、可靠性高3 3、易于獲得附加功能、易于獲得附加功能4 4、靈活性大、靈活性大5 5、保護性能得到很好改善、保護性能得到很好改善 二、微機保護的硬件原理二、微機保護的硬件原理硬件系統(tǒng)一般包括三大部分：模擬量輸入系統(tǒng)、CPU主系統(tǒng)、開關量輸入/輸出系統(tǒng) 一）模擬量輸入系統(tǒng)（數據采集系統(tǒng)）一）模擬量輸入系統(tǒng)（數據采集系統(tǒng)）1、電壓形成回路 微機保護通常要求輸入信號為5V或10V，必須將TA、TV輸出的高電壓大電流進行變換，即采用中間變換器。2、采樣保持（S/H）電路 作用：在一極短的時間內，測量模擬輸入量在該時刻的瞬時值，并在模擬數字轉換器進行轉換的期間內保持