继电保护及二次回路-1.ppt

第五章 继电保护 及二次回路 第一节 常用继电器和保护的选择 一、继电保护的任务、要求及继电器的类别 一）继电保护的任务 自动迅速地将故障设备从电力系统中切除出去，或及 是针对各种不正常的运行状态发出信号。 二）对继电保护的要求 1、选择性； 2、快速性； 3、灵敏性； 4、可靠性； 三）继电器的作用、分类和图形符号 1、作用：继电器是组成继电保护装置的基本元件，当其 输入达到或低于一定值时它便动作，并通过执行元件发 出信号或动作于跳闸。 2、分类：按结构原理可分为 电磁型 感应型 磁电型 整流型 极化型 晶体管型 按继电器反应量的性质可分为： 电流 电压 功率方向 阻抗 周波 按反应量的增大或减小可分为： 过量继电器 低量继电器 3、图形符号： 二、常用继电器结构，原理和内部接线 一）电磁型电流继电器 电流线圈绕在铁芯上，当电流大于某一值时，可使可 动舌片克服弹簧的拉力转动，使接点接通，继电器动作。 继电器的动作电流：能使电流继电器开始动作的最小电流 。 （ IDZ） 继电器的返回电流：使继电器可动触点开始返回原 位的最大电流。（IFH） 返回系数：返回电流降以动作电流。 KFH=IFH/IDZ 过流继电器返回系数总是小于1，要求在0.850.9之间。 二）电磁型电压继电器 结构与电流继电器相似。 不同之处：电流继电器铁芯上套的是电流线圈，而电压继电 器铁芯上套的是电压线圈。 低电压继电器的动作电压（UDZ）：指在继电器线圈上施加 额定电后又逐渐降低至继电器开始动作时的最高电压。 低电压继电器的返回电压（UFH）：指继电器动作后又逐渐 升高电压时，继电器可动触点开始返回原来位置的最低电压 。 UFHUDZ，因此低电压继电器返回系数KFH=UFH/UDZ1 要求不大于1.2。 由上述可知，低量继电器KFH1，过量继电器KFH1。 三）GL系列感应型过电流继电器（略） 四）电磁型时间继电器 作用：在继电保护装置中建立所需要的时限。 五）电磁中间继电器 作用：在继电保护装置中用来增加触点数量和触点容量。 六）电磁型信号继电器 作用：用来发出整套保护装置或者保护装置中某一回路的动 作信号。 三、瓦斯、差动及自动重合闸继电器 一）瓦斯继电器 作用：当变压器内部发生故障（如相间、匝间短路）时，伴 随有电弧产生，会产生大量气体和向上冲涌的油流，使瓦 斯继电器动作。 目前用得较多的为QJ180型复合式瓦斯继电器 轻瓦斯保护开口杯 重瓦斯保护挡板 要点：接跳闸的触点用双干簧触点串联，提高触点的抗干扰 性。（重瓦斯） 二）BCH-2型差动继电器 变压器差动保护能对变压器内部故障和一、二次引出线 上的短路故障起到保护作用。构成差动保护的主要元件是差 动继电器。 BCH-2型差动继电器优点： 躲避电力变压器励磁涌流的性能较好，同时提高了保护 装置躲避外部短路时暂态不平衡电流的性能。 1、两个衡绕组的作用： 正常运行时，WC中会有不平衡电流流过，平衡绕组接入后 ， 使不平衡电流得到补偿，二次绕组V2内几乎没有不平衡电流 感应电势，提高了保护的可靠性。 WC、WP1、WP2三个绕组绕向相同的原因： 区内故障时，三个绕组产生的磁通方向一致，增加继电器 动作的安匝数，提高了保护装置的灵敏度。 2、短路绕组的作用： 在具有非周期分量电流时，继电器的动作电流就大为增加 ， 从而提高了躲避励磁涌流和外部短路时暂态不平衡电流的性 能。 三）自动重合闸继电器 1、动作原理 2、几个元件的作用： 电容器C用于保证重合闸装置只动作一次； 充电电阻4R用于限制电容器C的充电速度，防止一次重合 闸不成功时而发生多次重合，放电电阻6R为重合闸时（如手 动合开关），电容器可通过6R来放电。 四）继电保护装置的灵敏度 通过用灵敏系数Klm来衡量。 1、对于反应故障时参数量增加的保护装置： 灵敏系数= 2、对于反应故障时参数量降低的保护装置： 灵敏系数= 第二节 变电所的继电保护 一、常用继电保护装置及保护方式的选择 一）10kV变电所的继电保护装置 1、过流保护 整定原则：按照避开被保护线路的最大工作电流来整定。 过流保护在动作时间整定上采用阶梯原则。 过流保护的动作时限有两种： 1）定时限 2）反时限 2、电流速断保护 整定原则：按躲过被保护设备（线路）末端的最大短路电 流来整定。因此，被保护设备末端有一段保护不到的死区， 这就必须依靠过电流保护作为后备。 3、限时电流速断保护 用来弥补电流速断保护的保护范围小和过流保护的时限 长的不足。 整定原则：其动作电流大于下一段线路瞬时速断保护可 动作电流，动作是限比下一线路瞬时速断保护大一个时间阶 差。 4、低电压保护 5、其他保护 瓦斯保护、双电流变电所采用的备用电源自动投入装置等。 二）35kV以交变电所的继电保护 过电流、电流速断、变压器瓦斯保护、差动保护、方向性电 流保护、方向性电流闭锁低电压速断保护、自动重合闸、备用 电源自动投入。 三）变电所电气设备继电保护方式的选择 详见教材P252表5-2 *瓦斯保护的使用范围：容量在800kVA及以上的油浸式变 压器必须安装。 二、电力变压器的保护 一）过流保护 变压器过流保护接线与线路的过流保护接线方式相同。 二）电流速断保护 三）差动保护 变压器的主保护 1、保护原理 变压器两侧的电流互感器 按循环电流接线方式接入差 动继电器。 正常运行或外部短路时， 流入继电器的电流为很小的 不平衡电流； 内部故障时，流入继电器 的电流为两侧的短路电流之 和。 2、接线方式 大容量变压器通常按Y，d接线，一次侧接成星形、二次侧接成三角 形，一次侧电流与二次侧电流不能直接按图5-18接线。必须进和三种补 偿：变比补偿、数值补偿和相位补偿，才能按图5-18接线。 3、BCH-2型电流差动保护的动作电流计算 1）按躲过外部最大不平衡电流计算； 2）按躲过变压器空载投入或故障切除后电压恢复时的励磁涌流计算； 3）按躲过变流器的二次回路断线计算。 选以上三种计算中最大者作为动作电流计算值。 4、差动保护的运行注意事项 1）差动保护动作，主变跳闸后，应查明原因或进行内部检定，确无异 常时，方可强送； 2）停电工作时，若涉及差动回路，则其投运时应接信号，同时要对它 进行多角度试验和测量不平衡电压值，在确无异常时，方可接于跳闸。 四）瓦斯保护 主压器的主保护 三、电力线路的保护 一）过电流保护 1、定时限过电流保护的接线方式 一般采用两相不完全星形接线，当线路发生两相或三 相短 路时，至少有一个电流继电器动作，起动跳闸回路。 （如图5-22） 2、有限反时限过流保护的接线方式 可采用两相不完全星形接线和两相差接线。 两相差接线优点：可以节省一只继电器和一个跳闸线圈 。 3、过流保护的动作电流值整定 IDZJ继电器动和电流，A； KJX接线系数（星形为1，角形与差接时为 ）； KZQ自动起系数； KF电流继电器返回系数（一般取0.85）； nL电流互感器额定变化； IFHZD最大负荷电流，A。 过流保护动作时间的整定应采取阶段原则，即位于电源则 的上一级保护的动作时间要比下级保护时间长。时间阶差t取 0.50.75s。 IDZJ= 二）电流速断保护 缺点：末端有死区。必须与过电流保护配合。 1、接线方式 采用两相不完全星形接线 2、整定计算 IDZJ被保护区段末端三相最大短路电流，A。 IDZJ= 三）带时限电流速断保护 IDZ=KKIDZ IDZ带时限电流速断保护动作电流，A。 KK可靠系数； IDZ下一相邻线路的瞬时电流速断保护动和电流，A 。 带时限电流速断保护必须和下一相邻线路的瞬时电流速 断 保护相配合，其动作时间比下一相邻线路的瞬时电流速断保 护的 动作大一个时限阶差0.5s。 四）带方向电流保护 在双侧电源供电或环形供电时，采用一般的电流保护就不 能保证选择性。可采用方向继电器构成方向保护来保证选择性 。 构成原则：只有当电流从母线流向线路时保护才动作，如 果是线路流向母线，则保护不动作。 五）低电压闭锁的过电流保护 过流保护的动作电流是按躲过最大负荷电流整定，但在 某些情况下不能满足灵敏度要求。为了提高保护的灵敏度 和改善躲过负荷电流的条件，可在过流保护的基础上增加 低电压闭锁条件。 注意之处：其动作电流可不躲过最大负荷电流而按正常 持续负荷电流来整定。 六）电流电压联锁速断保护 优点：能防止与同一母线相连的任一路配出线发生短路 故障时，由于母线电压下降而引起同一母线上其他线路的 低压保护误动。 整定原则：在系统经常出现的运行方式下，使电流元件 和电压元件有相同的保护范围。 四、自动重合闸和备用电源自投装置 一）自动重合闸装置 基本要求： 1、人为拉开断路器时，重合闸不动作； 2、手动合闸于故障线路，重合闸不动作； 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； 4、自动重闸动作后应能自动复归； 5、当断路器处于不正常状态时，重合闸应退出运行。 二）备用电源自动投入装置（BZT） 基本要求： 1、只有在正常工作电源跳闸后，方能自动投入备用电源； 2、备用电源自投装置只应动作一次； 3、当备用电源无电时，BZT不动作； 4、当电压互感器的保险熔断时，BZT不应误动。 第三节 变电所的二次回路 一、二次回路的功用、分类及接线图 一）变电所二次回路的含义、作用与分类 一次设备变电所中凡直接用来接受与分配电能以 及改变电能电压相关的所有设备。 一次系统由一次设备连接成的系统称为电气一次 系统或电气主接线系统。 二次设备为保证主接线系统的正常与安全运行， 凡对一次 电气设备进行监视、测量、操纵、控制及起保 护作用的辅助性电气设备。 二次回路由二次设备连接成的回路称为二次回路 或二次系统。 按二次设备各种不同的用途可分为： 继电保护二次回路、自动装置二次回路、控制系统二 次回路、测量仪表二次回路、信号装置二次回路等。 二）二次回路原理图、展开图及安装接线图 1、原理图 图5-22（a）的原理图 在图上所有仪表和继电器都是以整体形式的设备图形符 号表示，不画出内部拉线，而只画出接点的连接。并将 二次部分的电流回路、电压回路、直流回路和一次回路 图绘制在一起。 特点：能使看图人对整个装置的构成有一个整体概念， 可清楚了解二次回路各设备间的电气联系和动作原理。 2、展开图 实际应用中，大多采用展开图。 展开图中，电流回路、电压回路、直流回路是分开的。 弥补了原理图没有元件内部接线、没有元件端子号码和 回路标号等缺陷。 图5-22（b）、（c）为展开图 3、安装接线图 由于二次设备布置分散，需要用控制电缆将它们互相连 接起来，因此单凭原理图和展开图来安装是困难的。为 此在二次接线安装时，须绘制安装接线图。 包括：屏面布置图、屏背面接线图和端于排图。 二、二次回路的编号与设备标志（略） 三、变电所的信号装置 按用途可分为：中央信号、位置信号以及其他类信号 装置。 位置信号的主要作用：指示断路器的跳合闸位置和隔离开 关的分、合闸位置。 中央信号装置分为事故信号和预告信号两种。 事故信号的主要作用：在断路器事故跳闸时，能及时 地发出音响信号，并使相应的断路器灯光位置信号闪光 。 预告信号的主要作用：在运行设备发生异常现象时， 瞬时或延时发出音响信号，并使光字牌显示出异常状况 的内容。 一）中故信号装置 1、中央复归不能重复动作的事故信号装置 缺点：不能重复动作，当第一次音响发出后，值班人员 用 按钮将音响解除，而不对应回路未复归前，如第二台断路 器不发生事故跳闸时，事故信响信号就不能再次起动， 这样第二台断路器的事故跳闸就可能发现不了。 2、中央复归能重复动作的事故信号装置 解决了上面提到的问题。 事故信号装置中的“重复动作”是利用不对应回路中的附 加电 阻R来实现的。 二）预告信号装置 分瞬时预告信号和延时预告信号。 四、断路器的控制回路 一）电磁操作机构的断路控制回路 1、没有电气防跳设施的断路器控制电路 下图为具有CD2型操作机构的断路器控制电器。 由于操作机构本身具有防跳设施，因此该控制电路不含 电 气防跳。 1）分闸操作 此时断路器KK处于合闸后位置，KK手柄13-16触点接通 ， 红灯发平光。（由于回路有电阻，TQ不起动）手动分闸时 ，6-7触点接通，将红灯电阻和附加电阻短接，TQ起动， 断路器跳闸。 松开KK手柄，KK回到跳闸后位置，KK的10-11接通， 绿灯发平光。 2）合闸操作 此时断路器KK处于跳后位，KK的10-11触点接通，绿灯 发平光。（由于回路有电阻，HC不起动）手动合闸时， KK的5-8触点接通，将绿灯电阻和附加电阻短接，HC起 动，HC触点闭合接动HQ，断路器合闸。松开KK手柄， KK回到合闸后位置，红灯发平光。 3）闪光母线的作用 在预备合闸位置时，KK的9-10触点接通，接通闪光电源， 绿灯闪光；在预备分闸位置时，KK的13-14触点接通，接通 闪光电源，红灯闪光。位置不对应时，接通闪光电源（如 KK处于合闸后位置，但断路器跳开）。 4）增加HC的作用 KK的5-8触点不直接接通HQ，是因为HQ线圈的导线很粗电 阻很小，合闸电流很大，直接接通HQ，会烧坏KK的触点。 而且合闸电流很大，不能由控制母线供电，而应由合闸母线 供电。所以增加一合闸接触器。 5）事故跳闸 保护动作，BCJ触点闭合，接通跳闸回路。 断路器KK在合闸后位置，KK的1-3、17-19是接通状态，这 时断路器跳闸，其辅助常闭触点闭合，接通事故音响小母线 ，发出事故音响。此断路器控制电路为灯光监视的断路器控 制电器。 注意：红灯平光，表明跳闸回路完好； 绿灯平光，表明合闸回路完好。 2、装设跳跃闭锁继电器的断路器控制电器。 防跳的含义： 当操作断路器合闸时，KK的5-8触点接通，断路器合闸。如合 闸于故障线路，继电保护立即动作跳闸。但操作人员仍把手 柄打在合闸位置，5-8触点仍在接通状态，又接通合闸回路， 断路器再次合闸；合闸后，又接通跳闸回路，断路器又再次 跳闸。这样多次跳合叫做跳跃。 多次跳跃会使断路器损坏，另一方面使一次系统工作受到严重影响。为 了防上这种跳跃发生，必须采用电气的或机械的防跳装置。 防跳动作过程： 当断路器人为合闸时，合闸于故障线路，保护动作BCJ触点闭合，接 通跳闸回路，开关 跳闸。同时启动跳 跃闭锁继电器TJB， 这样TBJ1闭合形成 自保持，TBJ2断开 合闸回路，防止断 路器再次合上，也 就防止了跳跃。手 柄弹回，5-8触点打 开，TBJ复归。 五、交流及复式整流操作电源 变电站开关控制、继电保护、自动装置和信号设备所使用 的电源称为操作电源。 基本要求：要有足够的可靠性。不论变电站的运行状态如 何变化，即使发生短路，母线电压降为零，操作电源不允许出 现中断，仍应保证有足够的电压和足够的容量。 分类：交流操作电源适用于接线方式较为简单的小容量变电站。 直流操作电源适用于较为重要、容量较大变电站。 一）交流操作电源 1、变流器供给操作电源 只有发生短路事故时，或者在负荷电流较大时，变流器的 二次电流才足够作为继电保护跳闸之用。 2、电压互感器和站用变供给操作电源 只适用于正常运行或接近正常运行的情况，不适用于发生 短路的事故情况。 在10KV及以下的中小容量变电站中，变流器供给操作电 源的方式用得较多。 二）复式整流操作电源 正常情况下由所用变低压380V电源整流后供给操作电源， 在发生短路故障时，由电流互感器和电压互感器二次经整流后 供给操作电源。 目前已较少采用。 第四节 变电所的直流系统 一、直流电源供电系统 变电所及发电厂的蓄电池组是作为控制、信号、继电保护 及自动装置的直流电源。经电缆送到主控制室直流屏顶上的直 流母线，再由直流母线分别引出作为控制电源、信号电源及合 闸电源。 浮充电方式：正常运行时蓄电池组处于浮充电状态，浮充 电电源一方面向蓄电池组供浮充电电流，另一方面供负荷电流 。 二、直流系统的绝缘监察和电压监察 一）直流系统的绝缘监察 直流供电网络一般分布较广，系统复杂，外露部分多，容 易发生绝缘损坏而接地。如果是正、负两极都接地，此时故障 回路的熔断器熔断，使相应部分的直流系统停电。如果是一极 接地，再发生中一点接地（如断路器跳闸线圈或继电保护装置 出口继电器接地），会造成断路器拒动、误动。 二）直流系统的电压监察 防止直流电压偏离要求，造成继电保护和断路器拒动或误 动。 三、硅整流电容储能直流电源 采用硅整流装置的直流系统，当整流装置的受电电源发生 短路故障时，会引起交流电源电压下降，严重时会造成继电保 护拒动。采用电容器储能来补偿直流电压是一种比较简单有效 的方法。 四、铅酸蓄电池直流电源 1、构造及工作原理 铅酸蓄电池的电解液是浓度为2737%的硫酸水溶液，正极 板的活性物质是二氧化铅（PbO2），负极板上的活性物质是绒 状铅（Pb）。 充电 化学反应：PbO2+Pb+2H2SO4 2 PbSO4+ 2H2O （电解液参加化学反应） *铅酸蓄电池充电终期可由电解液的比重高低来判断。 放电 充电 2、蓄电池组的直流电源接线 蓄电池组正常处地浮充电状态，短时高峰负荷主要由蓄电 池承担。 防硫化电阻的作用：蓄电池组中有一部分作为调节电压用 的蓄电池，因得不得浮充电，硫化严重，容易损坏。因此在电 路中接入一可调电阻，使部分端电池与整组蓄电池处于相同的 运行状态。 五、镉镍蓄电池直流电源 1、构造及工作原理 镉镍碱性蓄电池的电解液是浓度为20%的氢氧化钾水溶液。 用氢氧化镍作正极板，用镉作负极板。 化学反应： 2Ni（OH2）+Cd（OH）2 2NiOOH+Cd+2H2O （电解液不参加化学反应） *碱性蓄电池充电是否完成主要根据充电电流、充电时间和蓄 电池的端电压。 2、特点及运行维护 镉镍蓄电池放电电压平稳、体积小、寿命长、机械强度高 ， 维护方便，占地面积小，但价格昂贵。 与铅酸蓄电池一样，正常处于浮充电状态。 对于碱性电池应定期进行容量核对，称为“容量恢复”，一般 每年进行一次。 充电 放电 六、硅整流充电设备（略） 七、阀控式密封铅酸蓄电池（略） 免维护蓄电池 八、高频开关电源模块（略） 第五节 微机保护及变电站综合自动化 一、微机保护装置的特点 1、维护调试方便 2、可靠性高 3、易于获得附加功能 4、灵活性大 5、保护性能得到很好改善 二、微机保护的硬件原理 硬件系统一般包括三大部分： 模拟量输入系统、CPU主系统、开关量输入/输出系统 一）模拟量输入系统（数据采集系统） 1、电压形成回路 微机保护通常要求输入信号为5V或10V，必须将TA、 TV输出的高电压大电流进行变换，即采用中间变换器。 2、采样保持（S/H）电路 作用：在一极短的时间内，测量模拟输入量在该时刻的瞬 时值，并在模拟数字转换器进行转换的期间内保持其输出 不变。 3、模拟量多路转换开关（MPX） 由于模数转换器昂贵，不是每个模拟量输入通道设一个A/D ， 而是公用一个