继电保护及二次回路

第六章继电保护与二次回路

一．继电保护和自动装置

1．了解什么是继电保护和自动装置

2．他们在电力系统中的作用和任务是什么

3．对他们有什么基本要求

4．继电保护与二次回路常用电气符号

5．各种电气设备的保护及元器件

二．二次回路的基本知识

1．二次回路的接线图有几种

2．二次回路的编号

三．变电所操作电源

1．了解操作电源有几种

2．操作电源的工作原理

四.继电保护的发展

一．继电保护和自动装置

电力系统的各种故障和不正常运行状态

    故障:包括各种短路（d(3)、d(2)、d(1)、d(1.1)）和断线（单相和两相），其中最常见同时也最危险的故障是发生各种型式的短路。在发生短路时可能产生以下的后果:

    (1)通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏。

    (2)短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起它们的损坏或缩短它们的使用寿命。

    (3)电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量。

    (4)破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使整个系统瓦解。

    不正常运行状态:电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障的运行状态。如：过负荷、频率降低、过电压、电力系统振荡等。

    事故：系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能容许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。

   电力系统继电保护

    电力系统继电保护是继电保护技术或继电保护装置的统称。

    继电保护技术是一个完整的体系，它主要由电力系统故障分析、继电保护原理及实现、继电保护配置设计、继电保护运行及维护等技术构成。

1．继电保护装置和安全自动装置：当电气设备或电力系统本身发生了故障或危及其安全运行的事件时，需要有向值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令，以终止这些事件发生的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施的、用于保护电力元件的成套硬件设备，叫做继电保护装置；则用于保护电力系统的则称为电力系统安全自动装置。

2．作用：继电保护装置是保证电力元件安全运行的；自动装置是用以快速恢复电力系统的完整性，防止和中止已经开始发生的足以引起电力系统长期大面积停电的重大系统事故。

3．继电保护的任务：

1）当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给距离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求（保持系统暂态稳定性）。

2）反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同（有无人值班）发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动进行调整，或将那些继续运行而会引起事故的电气设备予以切除。

4．对保护装置的基本要求：

1）选择性：当电力系统发生故障时，继电保护装置应该有选择性地切除故障部分，让非故障部分继续运行，使停电范围尽量缩小。

2）快速性：快速切除故障，可以把故障部分控制在尽可能轻微的状态，减少系统电压因短路故障而降低的时间，提高电力系统运行的稳定性。

3）灵敏性：指继电保护装置对其保护范围内故障的反映能力，既继电保护装置对被保护设备可能发生的故障和不正常运行方式应能灵敏的感受和灵敏的反映。

4）可靠性：指需要动作时不拒动，不需要动作时不误动。

5．继电保护装置的组成：

一般由测量部分、逻辑部分、执行部分组成。

（1）.测量部分：是从被保护对象输入的有关电气量，并与已给定的整定值进行比较，根据比较的结果，给出结论，从而判断保护是否应该起动。

（2）.逻辑部分：根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按照一定的逻辑关系工作，最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分。

（3）.执行部分：根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如故障时，动作于跳闸；不正常运行时，发出信号；正常运行时，不动作等。

6．电力系统自动装置：包括自动重合闸装置和备用电源自投装置

（1）．自动重合闸：由于发生事故，继电保护动作断路器自动跳闸后，能使断路器自动合闸的装置称为自动重合闸装置。

（2）．自动重合闸的的基本要求：

1）在下列情况下，重合闸不应动作：（a）值班人员人为操作断路器断开，自动重合闸不应动作。（b）值班人员操作断路器合闸，由于线路上有故障，引起断路器随即跳闸，这时自动重合闸不应动作。

2）除了上述两种情况之外，当断路器由于继电保护动作，或者因其他原因而跳闸（断路器的状态与操作把手的位置不对应）时，都应动作。

3）对于同一次故障，自动重合闸的动作次数应符合预先的规定。如一次式重合闸就应动作一次。

4）自动重合闸动作后，就能自动复归，以备下一次线路故障时再动作。

5）当断路器处于不正常状态（例如气压或液压机构中使用的气压、液压降低到允许值以下）时，重合闸应退出运行。

7．备用电源自动投入装置：

是指当工作电源因故障自动跳闸后，备用电源自动投入的装置。

8．备用电源的要求：

1）只有在正常工作电源断路器跳闸后，方能自动投入备用电源断路器。

2）当正常工作电源断路器跳闸后，备用电源自投装置应只能动作一次。如果备用电源合闸后又自动跳闸，不得再次自动合闸。

3）当备用电源无电压时，自投装置不应动作。

4）当电压互感器的熔丝熔断时，自投装置不应误动作。

    接下来我们了解一些二次回路的有关内容

二．继电保护与二次回路常用电气符号

三．二次回路的基本知识

（一）概括：

1．一次设备：发电厂和变电所中直接与生产和输配电能有关的设备称为一次设备，包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、母线、互感器、输配线路等等。

2．二次设备：对一次电气设备进行监视、测量、操作、控制、和起保护作用的辅助设备，称为二次设备。如各种继电器、信号装置、测量、仪表、控制开关、控制电缆、操作电源和小母线等。由二次设备相互连接，构成对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气回路称为二次回路或二次系统。

3．分类：按用途分：继电保护、自动装置、控制回路、测量仪表、信号装置和操作电源二次回路等。

4．二次回路的重要性：继电保护和二次回路是变电所里的重要部分。它直接关系到对一次设备的保护、监测和控制。如果继电保护和二次回路发生故障，将严重影响运行人员对一次设备状况的正确掌握和控制，无法进行正常的操作，一旦发生设备故障时，继电保护无法有选择性地快速、灵敏、可靠动作，会造成事故扩大，甚至引发电气火灾，酿成严重后果。

（二）二次回路接线图

1．接线图的种类：原理接线图、展开图、安装接线图

2．各接线图的特点及阅读顺序：

1）原理接线图：是一、二次回路画在一起，对所有设备具有一个完整的概念。阅读顺序：从一次接线看电流的来源；从电流互感器的二次侧看短路电流出现后，能使哪个继电器动作，该继电器的触点闭合（或断开）后，又使哪个继电器启动。依次看下去，直至看到使断路器跳闸及发出信号为止。

2）展开接线图：是将交流回路与直流回路分开来表示。阅读顺序：a.先读交流电路后读直流电路；b.直流电流的流通方向是从左到右，即从正电源经触点到线圈再回到负电源；c.元件的动作顺序是：从上到下，从左到右。

3）安装接线图：包括屏面布置图、屏背面接线图和端子排图

（三)二次回路编号

1．一般要求和原则：为了便于安装和运行维护，在展开图中对回路应进行编号；在安装接线图中除编号外，尚须对设备进行标志。

二次回路的编号，根据等电位的原则进行，就是在回路中连接在一点的全部导线都用同一个数码来表示。当回路经过开关或继电器触点隔开后，因为触点断开时，其两端已不是等电位，故应给于不同的编号。

2．展开图回路编号：

交直流回路在展开图中采用不同方法的编号。直流回路编号是从正电源出发，以奇数序号编号，直到最后一个有压降的元件为止。如最后一个有压降的元件后面不是直接接在负极，而是通过连接片、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已有编号的回路为止。

交流回路电流互感器二次出线用A401、B401、C401、N401、A411、B411、C411、N411、A421、B421、C421、N421……编号，依次类推。电压互感器二次出线用A601、B601、C601、N601、A611、B611、C611、N611…….编号。

 其他特定回路也都有各自的特定编号，如跳闸回路编号为33、133、233….；信号回路编号为701、702、703…..如此等等。

3．安装接线图设备标志和编号：

屏背面设备接线标志为在图形符号内部标出接线用的设备端子号。

4．端子排标志方法：

     端子排垂直布置时，排列由上而下；水平布置时，排列由左而右。其顺序是交流电流回路、交流电压回路、控制回路、信号回路和其他回路。

5．相对编号法： 

     如果甲乙两个设备的接线端子需要连接起来，在甲设备的接线端子上，标出乙设备接线端子的编号，同时，在乙设备该接线端子上标出甲设备接线端子的编号，即两个接线端子的编号相对应，这表明甲乙两设备的相应接线端子应该连接起来。这种编号称为相对编号法。

 四.常用继电器的介绍

1．电磁型电流继电器

2．电磁型电压继电器

3．GL感应型过电流继电器

4．电磁型时间、中间和信号继电器

五.电气元件保护的构成、动作过程以及事故判断

（一）．CT的接线方式：根据继电保护和自动装置的不同，电流互感器通常有以下几种接线方式：

1）完全（三相）星型接线；2）不完全（两相）星型接线；3）三角形接线；4）三相并接以获得另序电流接线；5）两相差接线；6）一相用两只电流互感器串联的接线；7）一相用两只电流互感器并联的接线

（二）．电气元件保护

1．变压器保护   

   （1）.变压器的故障分为内部故障和外部故障两种以及不正常运行状态。

1）内部保护是指变压器油箱里面发生的各种故障，其主要类型有：各绕组之间发生的相间短路，单相绕组部分线匝之间发生的匝间短路，单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障等。

2）外部故障：指变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障。主要有：绝缘套管闪络或破碎而发生的单相接地（通过外壳）短路，引出线之间发生的相间故障等。

3）不正常运行状态：由于变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；由于负荷超过额定容量引起的过负荷以及由于漏油等原因引起的油面降低。

（2）.对变压器保护设置的要求：电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响，因此必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好，工作可靠的继电保护装置。

目前我国对变压器装设保护的要求是：3~10KV配电变压器的继电保护主要有过电流保护、电流速断保护。大容量的变压器还应装设电流差动保护、气体保护等等。

a．变压器过电流保护：也称定时限过电流保护；其动作电流是按躲开被保护设备（包括线路）的最大工作电流来整定的，动作时间上采用阶梯原则，上下级配合。躲过过负荷电流。

b．变压器电流速断保护：它是防止相间短路故障的保护，所以都按不完全星形的两相继电器接线方式构成。动作电流是躲开变压器的励磁涌流并且和上下级相配合，保证其灵敏度，时间为0秒。

c．变压器电流差动保护：保护范围为包括变压器一、二次侧电流互感器之间的所有设备，其中除了被保护电力变压器之外，还有变压器的一、二次连接线。其动作电流按躲过二次回路断线、变压器空载投运时激磁涌流和互感器二次电流不平衡，防止由此出现误动作来整定。动作时间为0秒。

d．变压器气体保护（瓦斯保护）：电力变压器利用变压器油作绝缘和冷却介质，当油浸变压器内部发生故障时，短路电流产生的电弧使变压器油和其他绝缘物分解，产生大量气体，利用这些气体形成动作于保护装置叫做气体。气体的主要元件是气体继电器。

e.变压器过负荷保护：反映变压器过负荷状态，动作时只发信号不掉闸。

2．电力线路及其设备保护

a．过电流和速断

b．限时速断保护

c．低电压保护和电流方向保护

d．高压电动机保护

e．电容器组保护

（三）．继电保护动作与故障判断

1．当过电流保护动作，断路器跳闸时，说明被保护设备范围内发生了短路事故。过电流保护动作电流的整定，应保证在故障时能可靠动作，在正常运行时以及在所考虑的最大负荷电流范围内的负荷突变不应引起保护装置误动作，所以其整定为躲过线路最大负荷电流来整定的，并且在被保护线路末端短路时要有足够的灵敏度，带有一定的延时，作为后面相邻区断的后备保护。

2．电流速断保护：过流保护简单可靠，但它最大的缺点是动作不迅速，尤其靠近电源的线路动作时限往往很长，在很多情况下不能满足快速动作的要求，所以要装设电流速断保护。当出现电流速断保护动作，断路器跳闸时，说明发生了严重的短路事故。电流速断保护的启动电流是按照短路电流整定的，即是按躲过被保护线路末端最大短路电流整定。显然在线路末端短路时保护不会动作，它不能保护线路全长。

六．变电所操作电源

1．交流操作电源

2．直流操作电源

七．继电保护自动装置新技术应用

继电保护是随着电力系统的发展而发展起来的。电力系统中的短路是不可避免的。短路必然伴随着电流的增大，因而为了保护电气设备免受短路电流的破坏，首先出现了反应超过一预定电流的过电流保护，最早就是熔断器。随着电力系统的不断发展，容量不断提高，发电厂、变电站和供电的结线不断复杂化，电力系统中正常工作电流和短路电流都不断增大，早有的保护装置已不适应，给保护装置提出了更高的要求。从早先的熔断器逐步发展到电磁型、感应型的单元件保护，发展到整套微机保护装置，目前已投运了数字化保护装置。