電氣二次基礎(chǔ)知識(shí)

1、電氣二次基礎(chǔ)知識(shí)概述中國(guó)武漢2016年03月綜合自動(dòng)化簡(jiǎn)介2二次設(shè)備配置原則及作用3常見(jiàn)保護(hù)的簡(jiǎn)要解釋4繼電保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)1目錄5調(diào)度通信設(shè)備簡(jiǎn)介5中國(guó)武漢2016年03月創(chuàng)堅(jiān)實(shí)技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，建廣受信賴幸福企業(yè)繼電保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)No. 1中國(guó)武漢2016年03月一、繼電器簡(jiǎn)介 百度定義：繼電器（英文名稱：relay）是一種電控制器件，是當(dāng)輸入量（激勵(lì)量）的變化達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器。 通俗定義：繼電器是一種基本的電氣設(shè)備，它用來(lái)打開(kāi)或關(guān)閉一定數(shù)量互相獨(dú)立的電路。這種操作是利用由電壓或電流控制的線圈繞組所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)輸入量（電、磁、聲、光

2、、熱）達(dá)到一定值時(shí)，輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動(dòng)控制器件。 中國(guó)武漢2016年03月繼電器的分類繼電器從廣義的定義劃分應(yīng)該分為兩大類，一是電氣量繼電器（如電流、電壓、頻率等），二是非電量繼電器（如溫度、壓力、速度等），后面所敘述全部為電氣量繼電器。從類型和工作原理上分為動(dòng)態(tài)繼電器和靜態(tài)繼電器，動(dòng)態(tài)繼電器也就是電磁繼電器，是繼電器的基礎(chǔ)理論，也是本次交流的重點(diǎn)。在此對(duì)靜態(tài)繼電器不作闡述。 中國(guó)武漢2016年03月1、線圈（通電后鐵芯產(chǎn)生磁性）2、銜鐵（帶動(dòng)觸點(diǎn)）3、觸點(diǎn)（構(gòu)成繼電保護(hù)中動(dòng)作回路和信號(hào)回路的基本單元） 電磁繼電器的基本理論：電生磁，磁生機(jī)械力。 電磁繼電器的基本原理 中國(guó)武漢201

3、6年03月二、常用繼電器類型1、電流繼電器電流繼電器的基本原理也是通過(guò)線圈繞在鐵心上產(chǎn)生電磁吸力，從而使觸點(diǎn)開(kāi)斷。與其他繼電器不同之處在于它是串聯(lián)于電路中，利用電流啟動(dòng)繼電器動(dòng)作，它的吸引線圈匝數(shù)少，線徑粗。 電流繼電器采集對(duì)象是電氣回路中電流，動(dòng)作值可以進(jìn)行整定。可根據(jù)電流大小來(lái)判斷電流繼電器是否動(dòng)作。這也是現(xiàn)在微機(jī)保護(hù)的基本元件。 中國(guó)武漢2016年03月2、電壓繼電器電壓繼電器的基本原理也是通過(guò)線圈繞在鐵心上產(chǎn)生電磁吸力，從而使觸點(diǎn)開(kāi)斷。與電流繼電器不同之處在于它是并聯(lián)于電路中，它的吸引線圈匝數(shù)少，線徑細(xì)。它是根據(jù)電壓情況來(lái)動(dòng)作繼電器，也可以進(jìn)行整定。電壓繼電器分過(guò)電壓繼電器和低電壓繼電

4、器。3、中間繼電器和信號(hào)繼電器中間繼電器主要用于增加觸點(diǎn)數(shù)量和觸點(diǎn)容量。一般中間繼電器都有多副觸點(diǎn)。而且容量也較大。有的中間繼電器還有電流或電壓保持功能。信號(hào)繼電器主要用于發(fā)出信號(hào)，根據(jù)需要有串聯(lián)型電流信號(hào)繼電器和并聯(lián)型電壓信號(hào)繼電器。中國(guó)武漢2016年03月4、時(shí)間繼電器 時(shí)間繼電器可計(jì)時(shí)動(dòng)作，當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的延時(shí)后，時(shí)間繼電器動(dòng)作，從而接點(diǎn)閉合。中國(guó)武漢2016年03月三、繼電保護(hù)及其回路簡(jiǎn)介電力系統(tǒng)中出現(xiàn)短路或接地等故障時(shí)，將引起電流或電壓的變化，我們通過(guò)PT和CT將最直接的電氣量采集，并通過(guò)上述繼電器就可以搭建一個(gè)最簡(jiǎn)單的繼電保護(hù)回路。就這是最原始的繼電保護(hù)。見(jiàn)下圖：中國(guó)武漢2016年

5、03月簡(jiǎn)易繼電保護(hù)回路中國(guó)武漢2016年03月模擬屏中國(guó)武漢2016年03月 從20世紀(jì)50年代到90年代末，在40余年的時(shí)間里，繼電保護(hù)完成了發(fā)展的4個(gè)階段，即從電磁式保護(hù)裝置到晶體管式繼電保護(hù)裝置、到集成電路繼電保護(hù)裝置、再到微機(jī)繼電保護(hù)裝置。 微機(jī)繼電保護(hù)的基本原理也是建立在前面所描述各種繼電器的原理之上的。唯一不同的是引入了微機(jī)的概念，不再是電磁式繼電器。同時(shí)結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，使微機(jī)保護(hù)變得多元，功能更為強(qiáng)大，操作更為簡(jiǎn)單。四、微機(jī)繼電保護(hù)的概念和發(fā)展吏中國(guó)武漢2016年03月 1、微機(jī)繼電保護(hù)的概念 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)微機(jī)繼電保護(hù)是應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)或微處理機(jī)構(gòu)成的繼電保護(hù)。首先通過(guò)采集模塊采集電力

6、系統(tǒng)的模擬量（電流電壓等），然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，最后通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字量進(jìn)行計(jì)算和判斷，并輸出結(jié)果（動(dòng)作或發(fā)信）。中國(guó)武漢2016年03月 2、微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展史 它起源于20世紀(jì)60年代中后期，是在英國(guó)、澳大利亞和美國(guó)的一些學(xué)者的倡導(dǎo)下開(kāi)始進(jìn)行研究的。 60年代中期，有人提出用小型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的設(shè)想，但是由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的價(jià)格昂貴，同時(shí)也無(wú)法滿足高速繼電保護(hù)的技術(shù)要求，因此沒(méi)有在保護(hù)方面取得實(shí)際應(yīng)用。在70年代后期，出現(xiàn)了比較完善的微機(jī)保護(hù)樣機(jī)，并投入到電力系統(tǒng)中試運(yùn)行。80年代，微機(jī)保護(hù)在硬件結(jié)構(gòu)和軟件技術(shù)方面日趨成熟，并已在一些國(guó)家推廣應(yīng)用。90年代，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展到了微機(jī)

7、保護(hù)時(shí)代。 中國(guó)武漢2016年03月 我國(guó)的微機(jī)保護(hù)研究起步于20世紀(jì)70年代末期、80年代初期。到了90年代，我國(guó)繼電保護(hù)進(jìn)入了微機(jī)時(shí)代。 在我國(guó)微機(jī)保護(hù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段： 第一階段微機(jī)保護(hù)裝置是單CPU結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，總線暴露在印刷板之外。 第二階段微機(jī)保護(hù)裝置為多CPU結(jié)構(gòu)。每塊印刷以CPU為中心組成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了“總線不出芯片” 第三個(gè)階段利用一個(gè)特殊的單片機(jī)將總線系統(tǒng)與CPU一起封裝在 一個(gè)集成電路中，因此有極強(qiáng)的抗干抗能力。 由于廣泛的采用DSP（數(shù)字信號(hào)處理器），保護(hù)裝置越做越好，功能越做強(qiáng)大。中國(guó)武漢2016年03月3、國(guó)內(nèi)及國(guó)外微機(jī)繼電保護(hù)廠家列舉微機(jī)保護(hù)國(guó)內(nèi)廠家

8、：南瑞、四方、南自、許繼、長(zhǎng)園深瑞微機(jī)保護(hù)國(guó)外廠家：ABB、西門子、施耐德、SEL、通用電氣、阿爾思通、阿?，m等國(guó)內(nèi)國(guó)外保護(hù)最大的區(qū)別就是國(guó)內(nèi)保護(hù)程序基本是固化的，國(guó)外的可以邏輯編程。中國(guó)武漢2016年03月創(chuàng)堅(jiān)實(shí)技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，建廣受信賴幸福企業(yè)綜合自動(dòng)化簡(jiǎn)介No. 2中國(guó)武漢2016年03月 1、綜合自動(dòng)化的概念 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)就是將變電站的二次設(shè)備（包括儀表，信號(hào)系統(tǒng)，繼電保護(hù)，自動(dòng)裝置和遠(yuǎn)動(dòng)裝置）經(jīng)過(guò)功能的組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，現(xiàn)代電子技術(shù)和通信設(shè)備及信號(hào)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全變電站的主要設(shè)備和輸配電線路的自、動(dòng)監(jiān)視，測(cè)量，自動(dòng)控制和微機(jī)保護(hù)以及與調(diào)度通信等綜合性的自動(dòng)化功能

9、。中國(guó)武漢2016年03月中國(guó)武漢2016年03月 2、綜合自動(dòng)化的系統(tǒng)的構(gòu)成 綜合自動(dòng)動(dòng)化對(duì)于二次專業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)大而全的概念。它包含了微機(jī)繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置、通信網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?（1）微機(jī)繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置 這是站內(nèi)二次部分的核心設(shè)備，也是基礎(chǔ)單元。繼電保護(hù)的實(shí)現(xiàn)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集或獲取均來(lái)自于微機(jī)繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置。安裝方式有組屏安裝，也有分散安裝。中國(guó)武漢2016年03月 分散單元 組屏安裝中國(guó)武漢2016年03月（2）通信網(wǎng)絡(luò) 是綜合自動(dòng)化的橋梁，主要是通過(guò)以太網(wǎng)或其他通信方式將站內(nèi)各設(shè)備在通信上連接起來(lái)?；A(chǔ)設(shè)備為交換機(jī)。常用規(guī)約是103和IEC61850。中國(guó)武漢2

10、016年03月（3）監(jiān)控系統(tǒng) 監(jiān)控系統(tǒng)是綜合自動(dòng)化的數(shù)據(jù)處理中心和人機(jī)交互平臺(tái)。主要由工作員站、工程師站或系統(tǒng)軟件組成。中國(guó)武漢2016年03月（4）遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸 主要是提供對(duì)外傳輸接口和數(shù)據(jù)。如與調(diào)度通信，與業(yè)主遠(yuǎn)方系統(tǒng)通信等。 最早的遠(yuǎn)動(dòng)傳輸采用的是RTU設(shè)備。就是在站內(nèi)安裝一套采集設(shè)備，然后將模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)用硬接線的方式接入RTU設(shè)備進(jìn)行傳輸。中國(guó)武漢2016年03月創(chuàng)堅(jiān)實(shí)技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，建廣受信賴幸福企業(yè)二次設(shè)備配置簡(jiǎn)要說(shuō)明No. 3中國(guó)武漢2016年03月一、電氣二次設(shè)備配置說(shuō)明 不論是風(fēng)電場(chǎng)還是光伏電站二次設(shè)備的配置都大同小異。但不同的接線方式也有少許不同，下面以隨州一期為例進(jìn)行

11、介紹。 隨州一期為線變組接線方式，總?cè)萘?00MW。10條集電線路，無(wú)獨(dú)立接地變，無(wú)功補(bǔ)償為SVGFC。二次設(shè)備配置見(jiàn)下表： 中國(guó)武漢2016年03月齊星湖北隨州淅河光伏發(fā)電工程二次設(shè)備配置表序號(hào)序號(hào)名稱名稱型式及規(guī)格型式及規(guī)格數(shù)量數(shù)量單位單位備注備注電氣二次電氣二次一控制、保護(hù)及自動(dòng)化設(shè)備 1綜自監(jiān)控系統(tǒng)含監(jiān)控主機(jī)兼操作員工作站2套，打印機(jī)、監(jiān)控軟件等2套，打印機(jī)、監(jiān)控軟件等1套 2光伏監(jiān)控系統(tǒng)含監(jiān)控主機(jī)兼操作員工作站1套 1套 1套 3綜合遠(yuǎn)動(dòng)柜含兩套遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)，GPS對(duì)時(shí)裝置（雙時(shí)鐘）一臺(tái)GPS對(duì)時(shí)裝置（雙時(shí)鐘）一臺(tái)1面 4公用測(cè)控及電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)屏含測(cè)控裝置、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)各1套，800 x

12、600 x2260(寬x深x高）1面5110kV線路保護(hù)測(cè)控屏含線路保護(hù)裝置1套 測(cè)控裝置1套800 x600 x2260(寬x深x高）1面6變壓器保護(hù)測(cè)控屏含變壓器綜合保護(hù)裝置1套 測(cè)控裝置1套 溫度變送器3臺(tái) 800 x600 x2260(寬x深x高）1面變壓器保護(hù)含主保護(hù)、后備保護(hù)、非電量保護(hù)各一臺(tái)735kV線路保護(hù)裝置就地安裝與開(kāi)關(guān)柜10套 835kV電容器保護(hù)裝置就地安裝與開(kāi)關(guān)柜2套 935kV站用變保護(hù)裝置就地安裝與開(kāi)關(guān)柜1套 10故障錄波屏含故障錄波裝置1套 800 x600 x2260(寬x深x高）1面11電度表柜電量采集裝置1套， 0.2S級(jí)光口表2塊1面12電度表有功0.5

13、級(jí)0.5級(jí)、無(wú)功2.0級(jí)2.0級(jí)13只13五防系統(tǒng)微機(jī)五防1套14計(jì)算機(jī)工作臺(tái)6000X1000 （長(zhǎng)（長(zhǎng)x寬）1套15有功功率及無(wú)功功率控制系統(tǒng)含控制裝置1套1套 16光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)含環(huán)境監(jiān)測(cè)儀、氣象服務(wù)器、預(yù)測(cè)服務(wù)器、防火墻，反向隔離等1套17綜合解列裝置屏含解列裝置1套，打印1臺(tái)1面1835kV母差保護(hù)屏含35kV母差保護(hù)裝置1套 ，打印1臺(tái)1面 19相量測(cè)量屏（PMU）相量測(cè)量裝置1套 1套 中國(guó)武漢2016年03月 二次保護(hù)的配置原則是以設(shè)備為對(duì)象，滿足不同的保護(hù)功能進(jìn)配置，不同的設(shè)備有不同的特性，也有不同的保護(hù)原理。比如110kV線路等級(jí)較高，同時(shí)作為雙電源，那么主保護(hù)就要配光差，

14、后備保護(hù)為距離和零序保護(hù)；主變內(nèi)部短路由差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作、外部短路由復(fù)壓過(guò)流保護(hù)動(dòng)作（后備保護(hù)）、同時(shí)反應(yīng)非氣電量（如氣體、溫度）動(dòng)作還要配置非電量保護(hù)；電容器在低壓、過(guò)壓、電壓不平衡狀態(tài)下運(yùn)行都會(huì)產(chǎn)生損害，所以要配置低壓、過(guò)壓、不平衡、過(guò)流保護(hù)等；集電線路配置方向過(guò)流保護(hù)和零序保護(hù)，因?yàn)檫^(guò)流保護(hù)和零序保護(hù)完全可以切除異常的工況下的各種故障。 中國(guó)武漢2016年03月 屏柜的布置 中國(guó)武漢2016年03月保護(hù)配置圖 中國(guó)武漢2016年03月主變高側(cè)及線路保護(hù) 主變低側(cè) 35kV集電線路 中國(guó)武漢2016年03月 除保護(hù)裝置外，二次還需要配置一些安全自動(dòng)裝置、調(diào)節(jié)裝置、監(jiān)測(cè)裝置等。比如功率控制裝置、

15、光（風(fēng)）功率預(yù)測(cè)設(shè)備、故障錄波、安全穩(wěn)定控制裝置或綜合解列裝置、 電能質(zhì)量、相量測(cè)量（PMU）、備自投等。 其中除安全穩(wěn)定控制裝置或綜合解列裝置具有保護(hù)功能外，其他的都沒(méi)有保護(hù)功能，但對(duì)于光伏站或風(fēng)電場(chǎng)是必不可少的設(shè)備。 中國(guó)武漢2016年03月創(chuàng)堅(jiān)實(shí)技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，建廣受信賴幸福企業(yè)常見(jiàn)保護(hù)的簡(jiǎn)要解釋No. 4中國(guó)武漢2016年03月一、 三段式過(guò)流保護(hù) 根據(jù)電流的大小來(lái)直接判斷的保護(hù)，其統(tǒng)稱為過(guò)電流保護(hù)。判據(jù)簡(jiǎn)單而直接，通常分為三段，一段為瞬時(shí)速斷，二段為延時(shí)速斷，三段為長(zhǎng)延時(shí)過(guò)流保護(hù)，在實(shí)際整定投入幾段根據(jù)上下級(jí)配合以及線路長(zhǎng)短等因素決定。 一般情況一段可保護(hù)保護(hù)線路80%的范圍，二段保護(hù)

16、可保護(hù)線路20%的范圍，三段作為過(guò)負(fù)荷保護(hù)和相鄰線的后備保護(hù)。在線路較短的情況下，一段就可以保護(hù)線路的全長(zhǎng)，就無(wú)需投入二段，具體要根據(jù)計(jì)算結(jié)果來(lái)定。中國(guó)武漢2016年03月 在過(guò)流保護(hù)中加入電壓判據(jù)可形成方向保護(hù)或復(fù)壓保護(hù)，它可以帶方向動(dòng)作或復(fù)合電壓動(dòng)作。加入方向和復(fù)合電壓動(dòng)作的判據(jù)主要是避免誤動(dòng)，如兩條相鄰線路（均為電源點(diǎn)），A線故障動(dòng)作，B線則不應(yīng)該動(dòng)作，如果沒(méi)有方向的制約則可能同時(shí)動(dòng)作。同時(shí)電流與電壓有很必然的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在短路時(shí)電流增加電壓必然下降，但有時(shí)瞬間的震蕩或瞬間負(fù)荷過(guò)大等其他原因，也可能會(huì)使電流上升，但電壓波動(dòng)并不大。其并非真實(shí)故障，這些保護(hù)就可根據(jù)電壓情況進(jìn)行閉鎖。 過(guò)流保護(hù)

17、可用作主保護(hù)，但對(duì)于如主變等大型電氣設(shè)備或雙電源線路都是用作后備保護(hù)。 中國(guó)武漢2016年03月 二、 差動(dòng)保護(hù) 差動(dòng)保護(hù)利用的是基爾霍夫電流定理，即電流回路中任意節(jié)點(diǎn)流入電流之和等于該接點(diǎn)的流出電流之和。 不論是主變、母線還是線路，正常情況下電流代數(shù)和均為零，當(dāng)其中某一處存在短路或是接點(diǎn)，電流均流向故障點(diǎn)，打破了平衡，從而產(chǎn)生了一定大小的電流，保護(hù)元件不動(dòng)作。 中國(guó)武漢2016年03月 差動(dòng)保護(hù)反應(yīng)迅速，可靠性高，在大型電氣設(shè)備及雙電源線路都將其作為主保護(hù)。差動(dòng)保護(hù)分為縱差和橫差。 所謂縱差即是電流的縱向比較，如主變的高低側(cè)，線路的兩端。所謂橫差即是電流的橫向比較，如高電壓等級(jí)大容量線路的相

18、間差動(dòng)，電容器、電抗器的差動(dòng)等。 一般我們所接觸的都是縱差。中國(guó)武漢2016年03月 三、 距離保護(hù) 距離保護(hù)是反應(yīng)故障點(diǎn)至保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的距離（或阻抗）。并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確定動(dòng)作時(shí)間的一種保護(hù)裝置。 它是以距離測(cè)量元件為基礎(chǔ)構(gòu)成的保護(hù)裝置，其動(dòng)作和選擇性取決于本地測(cè)量參數(shù)（阻抗、電抗、方向）與設(shè)定的被保護(hù)區(qū)段參數(shù)的比較結(jié)果，而阻抗、電抗又與輸電線的長(zhǎng)度成正比，故名距離保護(hù)。在線路上故障點(diǎn)離測(cè)量元件越近，動(dòng)作時(shí)間越快，反之越慢。 中國(guó)武漢2016年03月 四、 主保護(hù)和后備保護(hù) 這里的主保護(hù)和后備保護(hù)不是一個(gè)保護(hù)功能，而是一個(gè)保護(hù)概念。主保護(hù)是以該保護(hù)為主，當(dāng)主保護(hù)失靈或是保護(hù)范圍不夠時(shí)，

19、后備保護(hù)則作為一種補(bǔ)充對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。如主變的主保護(hù)為差動(dòng)保護(hù)，如果主變發(fā)生故障，首先主保護(hù)動(dòng)作，如果主變本體沒(méi)有故障，而母線發(fā)生故障，這時(shí)主變則靠后備保護(hù)動(dòng)作，因?yàn)橹髯兊闹鞅Ｗo(hù)范圍不考慮母線。 中國(guó)武漢2016年03月創(chuàng)堅(jiān)實(shí)技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，建廣受信賴幸福企業(yè)調(diào)度通信設(shè)備簡(jiǎn)介No. 5中國(guó)武漢2016年03月 調(diào)度通信簡(jiǎn)單的說(shuō)就是電力公司內(nèi)部的一個(gè)廣域網(wǎng)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)與公網(wǎng)的組建方式大同小異，只是對(duì)于安全防護(hù)更為嚴(yán)格。它的基本設(shè)備是光傳輸設(shè)備，然后各種調(diào)制解調(diào)設(shè)備和路由器與光傳輸設(shè)備相連，形成一個(gè)跨區(qū)域互聯(lián)的龐大網(wǎng)絡(luò)。 中國(guó)武漢2016年03月一、通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的組成 1、SDH【同步數(shù)字系列(Synchr