第6章二次系統(tǒng)

第六章電力系統(tǒng)二次系統(tǒng)TheSecondarySystem電力工程2/29/20241河北科技大學電氣工程系6.1概述Introduction6.2繼電保護的基本知識

BasisofRelayProtection2/29/20242Thursday,February29,20246.1二次接線的基本概念和二次回路圖Introduction2/29/20243Thursday,February29,2024對一次設(shè)備的工作狀態(tài)進行監(jiān)視、測量、控制和保護的輔助電氣設(shè)備稱為二次設(shè)備。變電所的二次設(shè)備包括測量儀表、控制與信號回路、繼電保護裝置以及遠動裝置等。它們相互間所連接的電路稱為二次回路或二次接線。

二次回路按照功用可分為控制回路、合閘回路、信號回路、測量回路、保護回路以及遠動裝置回路等；按照電路類別分為直流回路、交流回路和電壓回路。反映二次接線間關(guān)系的圖稱為二次回路圖。二次回路的接線圖(linediagram)按用途可分為原理接線圖、展開接線圖和安裝接線圖3種形式。2/29/20244Thursday,February29,2024電力系統(tǒng)的二次回路功能示意圖如圖所示。

繼電保護裝置的操作電源，有直流操作電源和交流操作電源兩大類。由于交流操作電源具有投資小、運行維護方便及二次回路簡單、可靠等優(yōu)點，因此它在中、小型工廠應(yīng)用最為廣泛。2/29/20245Thursday,February29,2024圖中，斷路器控制回路的主要功能是對斷路器進行通、斷操作，當線路發(fā)生短路故障時，電流互感器二次回路有較大的電流，相應(yīng)繼電保護的電流繼電器動作，保護回路做作出相應(yīng)的動作，一方面保護回路中的出口(中間)繼電器接通斷路器控制回路中的跳閘回路，使斷路器跳閘，斷路器的輔助觸點啟動信號系統(tǒng)回路發(fā)出聲響和燈光信號；另一方面保護回路中相應(yīng)的故障動作回路的信號繼電器向信號回路發(fā)出信號，如光字牌，信號掉牌等。

操作電源主要是向二次回路提供所需的電源。電壓、電流互感器還向監(jiān)測、電能計量回路提供主回路的電流和電壓參數(shù)。為防止直流系統(tǒng)出現(xiàn)一點接地的運行，造成直流電源短路，裝設(shè)直流絕緣監(jiān)察裝置。2/29/20246一、原理接線圖

原理接線圖用來表示繼電保護、監(jiān)視測量和自動裝置等二次設(shè)備或系統(tǒng)的工作原理，它以元件的整體形式表示各二次設(shè)備間的電氣連接關(guān)系。通常在二次回路的接線原理圖上還將相應(yīng)的一次設(shè)備畫出，構(gòu)成整個回路，便于了解各設(shè)備間的相互工作關(guān)系和工作原理。教材圖6-1.

6～10kV高壓線路電氣測量儀表原理接線圖2/29/20247二、展開接線接線圖三、文字、圖形符號電磁機構(gòu)：由電流產(chǎn)生磁力吸和銜鐵，從而帶動觸頭動作的機構(gòu)。是電磁式電器的動力元件。2/29/20248部分常用電器的電氣圖形符號和基本文字符號

一般三極電源開關(guān)低壓斷路器常開觸點常閉觸點復(fù)合觸點行程開關(guān)QKQFSQ熔斷器常開常閉復(fù)合按鈕FUSB線圈主觸點常開輔助觸點常閉輔助觸點接觸器KM線圈常開延時閉合觸點常閉延時打開觸點常開延時打開觸點常閉延時閉合觸點得電延時時間繼電器失電延時KT2/29/20249部分常用電器的電氣圖形符號和基本文字符號

常開觸點常閉觸點速度繼電器熱元件常閉觸點熱繼電器線圈常開觸點常閉觸點中間繼電器KSFRKA電磁鐵YA線圈常開觸點常閉觸點電壓繼電器KU線圈常開觸點常閉觸點電流繼電器KI信號燈HL直流電動機M變壓器三相異步電動機M轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2/29/2024106.2繼電保護的基本知識BasisofRelayProtection

2/29/202411常用保護裝置的類型（1）繼電保護。繼電保護是用各種不同類型的繼電器按一定方式連接和組合，構(gòu)成繼電保護裝置。在發(fā)生故障時能自動檢測出故障，并且迅速、及時地將故障區(qū)域從供電系統(tǒng)中切除。當系統(tǒng)處于不正常運行，如過載、欠電壓等情況時，能發(fā)出報警信號，以便及時處理，保證安全可靠地供電。繼電保護適用于要求供電可靠性較高的高壓供電系統(tǒng)中。（2）熔斷器保護。熔斷器保護廣泛適用于高、低壓供電系統(tǒng)。由于裝置簡單經(jīng)濟，在供電系統(tǒng)中應(yīng)用得相當普遍。但是它的斷流能力較小，選擇性差，熔體熔斷后更換不方便，不能迅速恢復(fù)供電，因此在要求供電可靠性較高的場所不宜用。（3）低壓斷路器保護。這種保護又稱低壓自動開關(guān)保護。由于低壓斷路器帶有多種脫扣器，能夠進行過電流、過負載、失電壓和欠電壓保護等，而且可作為控制開關(guān)進行操作，因此在對供電可靠性要求較高且頻繁操作的低壓供電系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。

2/29/202412電力系統(tǒng)繼電保護裝置是一種能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種反事故自動裝置。

一、繼電保護的作用自動、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使其他非故障部分迅速恢復(fù)正常運行。能正確反應(yīng)電氣設(shè)備的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)要求發(fā)出報警信號、減負荷或延時跳閘。它的基本任務(wù)是：2/29/202413測量部分：從被保護對象輸入有關(guān)信號，并與給定的整定值進行比較，決定保護是否動作；邏輯部分：根據(jù)測量部分各輸出量的大小、性質(zhì)、輸出的邏輯狀態(tài)、出現(xiàn)的順序或它們的組合，進行邏輯判斷，以確定保護裝置是否應(yīng)該動作；執(zhí)行部分：根據(jù)邏輯部分做出的判斷，執(zhí)行保護裝置所擔負的任務(wù)（跳閘或發(fā)報警信號）。

二、繼電保護的基本原理圖6-1繼電保護裝置組成方框圖斷路器跳閘或報警信號2/29/2024141故障時電流上升，構(gòu)成過電流保護；2故障時電壓下降，構(gòu)成低電壓保護；3電壓和電流比值的變化，構(gòu)成阻抗（距離）保護；4電壓和電流相位角的變化，構(gòu)成方向保護。2/29/202415

繼電保護裝置的組成繼電保護裝置是由若干個繼電器組成的，如圖所示，當線路上發(fā)生短路時，起動用的電流繼電器KA瞬時動作，使時間繼電器KT起動，KT經(jīng)整定的一定時限后，接通信號繼電器KS和中間繼電器KM，KM觸頭接通斷路器QF的跳閘回路，使斷路器QF跳閘。2/29/202416

三、對繼電保護的基本要求（1）選擇性：保護裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小，最大限度地保證系統(tǒng)中的非故障部分繼續(xù)運行。圖6-2電力系統(tǒng)繼電保護選擇性說明圖k3點故障QF6動作2/29/202417（2）快速性

保護裝置在盡可能的條件下，應(yīng)盡快地動作切除事故，以減少對用電設(shè)備的影響，如果故障能在0.2s內(nèi)切除，則一般電動機就不會停轉(zhuǎn)。迅速的動作還能減輕對系統(tǒng)的破壞程度，減輕對元件的損害程度，減少用戶在低電壓下工作的時間和停電時間，加速恢復(fù)正常運行的過程，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（3）可靠性

保護裝置在其保護范圍內(nèi)發(fā)生故障時，必須可靠動作，不應(yīng)拒絕動作，在不該動作的情況下就不應(yīng)該誤動作。為了滿足可靠性的要求，保護裝置接線應(yīng)盡可能簡單，力求減少繼電器接點，避免保護裝置斷線、短路、接地和錯誤的接線，所有輔助元件如連接端子、連接導(dǎo)線以及安裝施工，都應(yīng)當十分可靠。（4）靈敏性：指保護裝置對其保護范圍內(nèi)的故障或不正常運行狀態(tài)的反映能力。如果保護裝置對其保護區(qū)內(nèi)極輕微的故障都能及時地反應(yīng)動作，即具有足夠的反應(yīng)能力，說明保護裝置的靈敏度高。保護裝置靈敏與否，一般都用靈敏系數(shù)來衡量，靈敏系數(shù)大，靈敏度越高。

2/29/202418

繼電器是組成繼電保護裝置的基本元件。

根據(jù)繼電器反應(yīng)的物理量分，有電流繼電器、電壓繼電器、氣體繼電器等。根據(jù)繼電器的工作原理分，有電磁式、感應(yīng)式等。按其反應(yīng)參量變化情況分，有過電流繼電器、過電壓繼電器、欠電壓繼電器等。按其與一次電路的聯(lián)系分，有一次式和二次式：一次式繼電器的線圈與一次電路直接相連，二次式繼電器的線圈連接在電流互感器或電壓互感器的二次側(cè)。高壓系統(tǒng)應(yīng)用的的保護繼電器一般都屬于二次式繼電器。

四、常用保護繼電器

2/29/202419

電磁繼電器作用原理1—鐵心；2—銜鐵；3—線圈；4—接點（觸頭）；5—彈簧

電磁式電流和電壓繼電器在繼電保護裝置中均為啟動元件，屬于測量元件。

電磁型繼電器（DL型）2/29/2024201．電磁型電流繼電器（KA）結(jié)構(gòu)：如圖6-3所示。工作原理：當在繼電器線圈中通入電流IK時，電磁鐵產(chǎn)生的電磁力Fem。圖6-3電磁式電流繼電器結(jié)構(gòu)圖1－線圈2－電磁鐵3－鋼舌片4－靜觸點5－動觸點

6－起動電流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)桿7－標度盤（銘牌）8－軸承

9－反作用彈簧10－轉(zhuǎn)軸動作電流：能使繼電器產(chǎn)生動作的最小電流，稱為繼電器的動作電流。返回電流：能使繼電器返回到原始位置的最大電流，稱為繼電器的返回電流。2/29/2024212．時間繼電器(KT)的作用：使保護裝置獲得一定的延時，以保證保護裝置動作的選擇性。當繼電器的線圈接上工作電壓時，經(jīng)過一定的時間，繼電器的觸點才動作。3.中間繼電器(實質(zhì)上是電壓繼電器KM)的作用:

4.信號繼電器(KS)的作用：用于各保護裝置回路中，作為保護動作的指示信號，以提醒運行人員注意。為了擴充保護裝置出口繼電器的接點數(shù)量（一般有8對）和容量；使觸點閉合或斷開時帶有不大的延時(0.4～0.8s)；通過繼電器的自保持，以適應(yīng)保護裝置的需要。2/29/202422各種繼電器的表示符號和圖形符號2/29/202423

當通過線路的電流大于繼電器的動作電流，保護裝置啟動，并用時限(各個保護裝置具有不同的延時動作時間-時間繼電器)保證動作的選擇性。每一線路的過電流保護除保護本線路外，還對相鄰下一線路起后備保護。越靠近電源的線路，保護動作時限就越長，稱階梯式時限特性。

短路離電源越遠，故障電流越小。

三、過電流保護2/29/2024241.過電流保護的原理和組成定時限過電流保護的動作原理和組成（圖6-11）圖6-11定時限過電流保護的原理圖和展開圖a）原理圖b）展開圖這種保護裝置的動作時間是預(yù)先整定的，不隨短路電流大小的變化而變化，因而稱為定時限。2/29/202425

反時限過電流保護就是通過保護裝置的故障電流越大，動作時間越短，而故障電流越小，動作時間就越長。這種保護裝置由GL型電流繼電器（反時限）組成。反時限過電流保護的動作原理

三段式過電流保護由瞬時電流速斷保護（第Ⅰ段）、帶時限電流速斷保護（第Ⅱ段）和定時限過電流保護（第Ⅲ段）配合構(gòu)成的一整套保護，稱為三段式過電流保護。教材圖6-35。瞬時電流速斷保護當短路電流超過整定值時，則保護裝置動作，斷路器跳閘，電流速斷保護一般沒有時限，不能保護線路全長2/29/202426過電流保護的評價：優(yōu)點：既可作本級近后備，又可作下級遠后備。缺點：越靠近電源端，定時限過電流保護的動作時限反而越長，因此不能作為主保護；反時限過電流保護的接線簡單，但動作時限整定復(fù)雜。2/29/202427四．線路的過負荷保護（補充）線路的過負荷保護線路圖動作于信號2/29/202428其他線路保護方向保護用于35Kv以下兩側(cè)電源輻射型網(wǎng)絡(luò)和單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的主保護。（方向繼電器）

距離保護

35Kv電網(wǎng)的主保護，及不要求全線速動的110Kv以上電網(wǎng)的主保護；

要求全線速動的110Kv以上電網(wǎng)的后備保護。

高頻保護1）利用電力線載波通訊技術(shù)：50—300KHz2）微波通訊：

3000—30000MHz

主要用于220Kv以上線路的主保護，實現(xiàn)全線速動保護。2/29/202429電力變壓器的保護1．變壓器易產(chǎn)生的故障和不正常工作狀態(tài)變壓器故障及不正常工作狀態(tài)變壓器故障不正常工作狀態(tài)內(nèi)部故障線圈的相間短路、匝間或?qū)娱g短路、單相接地短路以及燒壞鐵心等。

外部故障套管及引出線上的短路和接地。

過負荷、溫升過高以及油面下降超過了允許程度等。

2/29/2024302.變壓器的保護裝置（1）帶時限的過電流保護裝置。（2）電流速斷保護裝置。主要是對變壓器的內(nèi)部故障，如相間短路等進行保護。

（3）瓦斯保護裝置。（4）過負荷保護裝置。（5）溫度保護裝置。2/29/202431Thursday,February29,2024NSP712變壓器差動保護，適用于110kV及以下電壓等級的雙圈、三圈變壓器，滿足三側(cè)差動的要求。

主要功能：

（1）

差動速斷保護；比率差動保護，采用二次諧波制動；

（2）

復(fù)合電壓過流保護；零序電壓保護；過負荷保護；

（3）

CT斷線判別等功能。

典型應(yīng)用：

國內(nèi)由本公司實施的工程中已有數(shù)十套運行于220kV、110kV和35kV等各級電壓變電站和發(fā)電廠中。2/29/202432Thursday,February29,2024發(fā)電機保護：差動保護，失磁保護，接地保護母線保護：差動保護電動機保護：差動保護，電流速斷保護，接地保護斷路器失靈保護：主要用于110Kv以上線路的后備保護（雙跳閘回路與線圈）電力電容器保護：過流保護，差動保護，過壓保護2/29/202433Thursday,February29,2024NSP711發(fā)電機保護裝置，適用于大、中、小型汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機、燃汽輪發(fā)電機等類型的發(fā)電機直接上網(wǎng)接線方式、發(fā)電機變壓器組單元接線方式等。NSP711適用的幾種典型接線方式為：

（1）用于直接上網(wǎng)的發(fā)電機保護

（2）用于大型發(fā)變組的發(fā)電機專用保護2/29/202434Thursday,February29,2024PMH-150（RADSS/S）母線差動適用范圍：適用于110kV-500kV高壓輸電線路。2/29/202435Thursday,February29,2024WDGL-IV型微機電力故