高压电工教材第七章

1、P231第七章 继电保护自动装置与二次回路 电力系统在运行中，各种电气设备都有可能出现故障和不正常运行状态。不正常运行状态是指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、过电压、频率降低、系统振荡等。故障主要包括各种类型的短路和断线，如三相短路、两相短路、单相接地短路、两相接地短路、电动机以及变压器绕组间的匝间短路、单相断线、两相断线等。故障或不正常运行状态若不及时正确处理，都可能引发事故。事故是指对用户少送电或停止送电，电能质量降低到不能允许的程度，造成人身伤亡及电气设备损坏等。继电保护和自动装置是保证电力系统安全运行和提高电能质量的重要组成部分。 第一节 继电

2、保护任务及基本要求 一、继电保护的任务 继电保护装置是反映电力系统中各种电气设备故障和不正常运行状态的自动装置，其任务为： 1当电力系统中某电气元件发生故障时，保护装置能自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，避免故障元件继续遭到破坏，使非故障元件迅速恢复正常运行，将事故尽可能限制在最小范围内。 2当电力系统运行中出现不正常运行状况时，保护装置能自动发出报P232警信号，运行人员可迅速处理，在无人值班的变电所，保护可作用于减负荷或跳闸，避免事故发生。 二、继电保护的基本要求 电气设备或线路发生短路时，会产生很大的短路电流；使电网电压下降，电气设备烧坏；严重时电力系统的稳定运行被破坏，甚

3、至引起电网瓦解。 为了能正确快速地切除故障，使电力系统以最快速度恢复正常运行要求继电保护具有足够的可靠性、选择性、速动性和灵敏性。 (一)可靠性 可靠性是指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作(拒动)；而在不该动作时，它能可靠不动，即不发生错误动作(误动)。 (二)选择性 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围的一种性能。 以图71为例，当Kl短路时，应该由距故障点最近的保护l、2动作，跳开lQF、2QF，这样既切除了故障线路，又使停电范围最小，因此我们说此时保护1、2动作是有选择性的动作，也就是满足了选择性的

4、图71保护动作的选择性说明 同理当K2短路时，保护5、6动作跳开5QF、6QF；当K3短路时，保护7、8动作跳开7QF、8QF，都是有选择性的动作。若当K3短路时，7QF拒动，保护5动作跳开5QF将故障切除，那么此时停电范围扩大了。但是如果保护5不动作跳闸，那么故障线路就无法切除，因此，此时保护5的动作也是有选择性动作，只不过是保护5做了保护7的远后备保护而已。若保护7和7QF正确动作于跳闸同时，保护5也动作跳开5QF，则保护5的动作就是非选择性动作，我们也习惯称之为越级跳闸。 继电保护动作的选择性，可以通过合理整定动作值和上下级保护的动作时限来实现，一般上下级保护的时限差取03s07s。 (

5、三)速动性 速动性就是指保护快速切除故障的性能。故障切除时间包括继电保护动作时间和断路器的跳闸时间。 一般的快速保护动作时间为0.06s0.12 s，最快的可达0.01 s0.04s。 一般的断路器的动作时间为0.06s0.15 s，最快的可达0.02s0.06s。 当系统发生故障时，快速切除故障可以提高系统并列运行的稳定性、减少用户在低电压下的工作时间，减少故障元件的损坏程度，避免故障进一步扩大。 (四)灵敏性 灵敏性是指继电保护对其保护范围内故障的反应能力，即要求保护装置在其保护范围内，不论短路点的位置、短路类型以及运行方式如何，对被保护设备在发生故障和不正常运行时，都能灵敏地反应。 三、

6、继电保护装置的分类 继电保护装置按其被保护对象、保护原理、反应故障的类型、保护所起的作用，有不同的分类方法。 (一)按被保护的对象分类 分为电力线路保护、发电机保护、变压器保护、电容器保护、电抗器保护、电动机保护和母线保护等。 (二)按保护原理分类 分为电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护和零序保护等。P234 (三)按保护所反应故障类型分类 分为相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断线保护、失步保护、失磁保护及过励磁保护等。 (四)按保护所起的作用分类 分为主保护、后备保护和辅助保护等。 主保护是指满足系统稳定和设备安全要求，能以最快的速度有选择地切除被保护元件故障的保护。

7、 后备保护是指当主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。后备保护又可分为远后备保护和近后备保护两种。 远后备保护是指当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。 近后备保护是指当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现的后备保护。 辅助保护是为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。 四、常用继电器介绍 继电器是一种在其输入物理量(电气量或非电气量)达到规定值时，其电气输出电路被接通和分断的自动装置。继电器常用接点有动合接点和动断接点。动合接点是指继电器不动作时处于断开状态的接点；动断接点是指继电器不动作时处于闭合状态的接点。下

8、面介绍几种常用的继电器。 (一)电磁式电流继电器 反应电流增大到某一整定值及以上动合(断)接点由断开(闭合)状态到闭合(断开)状态的继电器叫电流继电器。其中整定值即为动作基准。能使继电器动合接点由断开状态到闭合状态的最小电流称为动作电流。能使继电器动合接点由闭合状态到断开状态的最大电流称为返回电流。继电器的返回电流除以动作电流，叫作返回系数，电流继电器的返回系数要求在0.850.9之间。 (二)电磁式电压继电器 电压继电器包括过电压继电器和低电压继电器两种。过电压继电器是反应电压增大到某一整定值及以上动合接点由断开状态到闭合状态的继电器。其动作电压为使继电器动合接点由断开状态到闭合状态的最小电

9、压，其返回电压为使继电器动合接点由闭合状态到断开状态的最大电压，其返回系数为返回电压除以动作电压。而常用的电压继电器为低电压继电器，是反应电压下降到某一整定值及以下动断接点由断开状态到闭合状态的继电器。其动作电压为使继电器动断接点由断开状态到闭合状态的最大电压，其返回电压为使继电器动断接点由闭合状态到断开状态的最小电压，其返回系数为返回电压除以动作电压。 (三)电磁式时间继电器 用于建立保护所需要的延时时间的继电器叫时问继电器，具有延时动合接点。延时动合接点指继电器通足够大的电时经所需要的时间(整定时间)闭合的接点。 (四)电磁式中间继电器 在继电保护装置中，中间继电器用于增加触点数量和触点容

10、量，具有动合接点和动断接点。可使接点瞬时或带有不大的延时动作以满足保护的需要。 (五)电磁式信号继电器 保护动作后发出信号的继电器叫信号继电器。信号继电器所发信号不应随电气量的消失而消失，要有机械或电气自保持，直至相关事宜处置完毕再手动恢复信号掉牌装置。 (六)感应式电流继电器(GL式电流继电器) 感应式电流继电器是利用电磁感应原理构成的，它兼有电磁式电流继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器的功能。其结构分成两部分，一是电磁速断机构，构成电流速断保护；二是感应机构，构成反时限过电流保护，在工厂供电系统中被广泛采用。P236 五、继电保护用电流互感器 保护用电流互感器是将电力系统的一次大电

11、流按一定的变比变换成二次较小电流，供给测量表计和继电器，同时还可以使二次设备与一次高压隔离，保证人身与设备的安全。电流互感器均是单相式，一次通入的是电流源，二次接相应负载。电流互感器的接线方式有以下几种。 (一)三相星形接线 三相均装有电流互感器，各相电流互感器二次绕组和电流继电器的线圈串联，然后接成星形连接。能反应三相短路、两相短路、单相接地短路等各种形式的故障。所以，三相星形接线适用于对所有短路类型都要求动作的保护装置。 (二)两相不完全星形接线方式 电流互感器装在两相上，其二次线圈与各自的电流继电器线圈串联后，连接成不完全星形。在中性点非直接接地的电力系统中，由于允许短时间的单相接地运行

12、，并且在大多数情况下都装有单相接地信号装置，所以，在这种系统中广泛采用两相不完全星形接线方式来实现相间短路保护。 (三)两相电流差接线方式 电流互感器装在两相上，其差电流接入电流继电器线圈。通常用在6kVlOkV中性点不接地系统中以保护较小容量的高压电动机。 (四)三角形接线方式 按这种接线方式构成的继电保护装置能反应所有短路类型。流入继电器线圈的电流为两个电流互感器的二次电流之差，所以，流人继电器线圈中的电流没有零序电流。零序电流只能在接成三角形接线的电流互感器的二次线圈内环流。三角形接线方式主要应用于Y，d接线的变压器差动保护装置。流过继电器线圈的电流与相电流的比值决定于短路类型和相别，在

13、正常运行或三相短路时，流过继电器线圈的电流为相电流的倍，并且在相位上相差。 (a)三相星形接线 (b)两相不完全星形接线 (c)两相差式接线 （d）三角形接线图72电流互感器的接线方式 第二节 变压器保护 一、电力变压器的故障和异常运行状态 电力变压器是电力系统中的重要设备，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，因此必须装设性能良好、动作可靠的保护。 变压器的故障分为油箱内和油箱外两种。油箱内故障有变压器内部绕组匝问或层间绝缘损坏造成的相问短路和匝间短路，直接接地系统侧绕组的接地短路。油箱外故障有外部绝缘套管及引出线上的多相短路、单相接地短路。变压器异常运行状态主要包括保护范围

14、外部(保护区外)短路引起的过电流、电动机自起动等原因所引起的过负荷、油浸变压器油箱漏油造成油面降低等。 二、电力变压器保护设置要求 为了保证电力系统的安全运行，将故障和异常运行的影响限制在最小P238范围，根据继电保护有关规定，变压器应装设以下保护。 (一)电流速断保护 变压器容量在10000kVA以下的变压器、当过电流保护动作时间大于0.5S时，用户3kV10kV配电变压器的继电保护，应装设电流速断保护。 (二)瓦斯保护 油浸式变压器容量在800kVA及以上，室内装设的容量在400kVA及以上的油浸变压器，应装设瓦斯保护，用于反应变压器油箱内故障和油面降低。 (三)纵差动保护 容量在1000

15、0kVA及以上，或容量在6300kVA及以上并列运行变压器或用户中的重要变压器；容量在2000kVA及以上当采用电流速断保护灵敏度不能满足要求时，应装设电流纵差动保护。用于反应变压器绕组，套管及引出线上的多相短路，直接接地系统侧绕组，套管及引出线上的接地短路和绕组匝间短路。 (四)过电流保护 防止保护范围外部故障引起的过电流并作为变压器保护范围内部故障的后备保护。 (五)零序保护 对于反应中心点直接接地变压器高压侧绕组接地短路故障，以及高压侧系统的接地短路故障，作为变压器主保护及相邻元件接地故障的后备保护。 (六)过负荷保护 用于反应400kVA及以上变压器过负荷。 三、变压器过电流保护 (一

16、)定时限过电流保护 变压器定时限过电流保护装设在变压器电源侧，反应变压器保护范围外部(区外)故障引起的变压器过电流，并作为电流速断保护的后备保护。动作电流按躲过变压器最大负荷电流来整定。为了使上、下级各电气设备继电保护动作具备选择性，过流保护在动作时间整定上采取阶梯原则，即位于电源侧的上一级保护的动作时间要比下级保护时间长。 过电流保护的动作时限一经整定后就固定不变，即构成定时限过电流保护。图73是变压器定时限过电流保护原理接线图。当被保护变压器电流超过继电器KA的整定电流时，1KA和2KA两只继电器无论是一只动作或两只动作，继电器1KA或2KA的动合触点闭合，接通时间继电器KT的线圈电源；时

17、间继电器KT启动，经过预先整定的时间后，时间继电器延时闭合的动合触点闭合，接通中间继电器KM的线圈电源；中间继电器KM动作，KM的动合触点闭合，经信号继电器KS电流线圈，断路器QF辅助触点QFl接通跳闸线圈YT的电源，断路器QF跳闸，将故障线路停电。接通YT的同时，使信号继电器KS启动，其手动复归动合触点闭合，发出信号。 图73 定时限过电流保护原理接线图 图74为变压器定时限过电流保护的展开图。图中+KM、一KM为直流操作电源。QFl为断路器QF的动合辅助触点，当QF跳闸后，QFl断开，保证跳闸线圈YT断电，避免N长时间通电而烧坏线圈。 (二)反时限过电流保护 反时限过电流保护其保护装置的动

18、作时间随电流的大小而变化，电流越大动作时间越短；反之，电流越小动作时间越长。 反时限过电流保护的工作原理参见第七节变电所的操作电源中图721变流器供给操作电源举例。P240图74定时限过电流保护展开接线图 四、变压器电流速断保护 对于中、小容量变压器，可以装设单独的电流速断保护，作为变压器防止相间短路故障的主保护。动作无延时，只有利用动作电流保证保护的选择性，因此，动作电流整定按躲过变压器负荷侧母线短路电流，一般应大于变压器额定电流35倍以躲过变压器空载投入时的励磁涌流，显然电流速断保护动作电流数值较大，只能保护变压器一部分绕组(高压侧)的相间短路故障。所以都按不完全星形的两相两继电器接线方式

19、构成。由于电流继电器的触点容量小，不能直接闭合断路器的跳闸线圈YT回路，必须经过中间继电器。 电流速断保护的接线方式如图75所示。 图75 电流速断保护接线原理1、2电流继电器 3中间继电器 4信号继电器 5连接片 五、变压器纵差动保护 对于容量较大的变压器，应装设电流纵差动保护。因为变压器过电流保护具有一定时限，动作不够迅速，变压器速断保护虽然动作迅速，但动作电流整定较大，对于轻微的内部故障不能反应，而且在变压器内部，靠近二次出线还存在死区，即速断保护不起作用。 变压器纵差保护的动作原理如图76所示。图中(a)表示变压器保护范围外部故障时的电流分布图，(b)表示变压器保护范围内部故障时的电流

20、分布图。从图中可见，当变压器保护范围外部故障时，流入继电器的电流是变压器一、二次侧的两个电流之差。如果适当选择一、二次侧变流器，使变压器流过穿越性电流时，在一、二次变流器的副边出现接近相等的电流，则流入继电器的电流I1一l接近为零，继电器不动作。 当变压器保护范围内部发生故障时，可能有两种情况，一种情况是变压器只一侧加有电源，流入继电器的电流仅为I。，如果故障电流足够大，则电流I。足以使差动继电器动作。 另一种情况，如果变压器两侧都有电源，则就有两个流动方向相反的电流流入变压器，从图76(b)可见，这两个电流通过变流器后，流入差动继电器时方向相同，两个电流相加，足以使继电器动作。 (a)外部故

21、障 (b)内部故障 图76变压器纵差动保护原理图 电力变压器纵差保护的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P242作时间取0S。 电力系统中常用的Y，dll接线的变压器，由于三角形侧的电流比星形侧的同一相电流，在相位上超前30。，如果两侧电流互感器都按通常接成星形接线，即使两侧电流互感器二次电流的数值相等，在差动保护回路中也会出现不平衡电流。为了消除此不平衡电流可采用相位补偿法，即将变压器星形侧的电流互感器的二次侧接成三角形，而将变压器三角形侧的电流互感器二次侧接成星形，从而将电流互感器二次侧的电流相位校正过来如图77所示。

22、图7-7 Y，dll接线变压器纵差保护的接线图 六、变压器瓦斯保护 在油浸式变压器油箱内发生故障时，短路电流产生的电弧使变压器油和绝缘材料分解，产生大量气体(含有瓦斯成分)，从油箱向油枕流动，能反应这种气流与油流而动作的保护称为瓦斯保护。瓦斯保护的主要元件为气体继电器，也称瓦斯继电器。继电器整定好后，将它安装在变压器油箱和油枕之间的联接管道中；并要注意使气体继电器上的箭头指向油枕的一侧，否则气体继电器将失效。 瓦斯保护的原理接线如图78所示，气体继电器l上触点为轻瓦斯保护动作后发出延时信号。继电器的下触点为重瓦斯保护，动作后经信号继电器2起动出口中间继电器3，跳开变压器两侧断路器。由于重瓦斯反

23、应油流流速的大小而动作，而油流的流速在故障过程中往往很不稳定，所以重瓦斯动作后必须有自保持回路，以保证断路器能可靠跳闸，为了防止变压器在换油或进行气体继电器试验时误动作，可通过连接片将重瓦斯暂时接到信号回路运行。 图78瓦斯保护原理接线图第三节 电力线路保护 一、过电流保护 电力用户6kVlOkV线路的继电保护，一般配置电流速断和过电流保护、或加限时电流速断保护。 电力线路过电流保护的动作电流按躲过最大负荷电流整定，动作时间的整定采取阶梯原则，即位于电源的上一级保护的动作时间要比下级保护时间长。这个时间上的差别，称为时限阶段差，考虑到作为后面相邻区段P244的后备保护，当后面相邻区段发生事故时

24、，如果该相邻区段本身的继电保护因故拒动，才由本区段过电流保护动作跳闸，因此需设置At=0.5s的时限阶段差。过电流保护的动作时间一般在1.0s1.2s。 二、电流速断保护 电力线路电流速断保护是按躲过本线路末端最大短路电流来整定计算。因此，在靠近线路末端附近发生短路故障时，短路电流达不到动作值，电流速断保护不会启动。在本线路上电流速断保护保护不到的区域称为死区。在电流速断保护死区内发生短路事故时，一般由过电流保护动作跳闸，因此过电流保护是电流速断保护的后备保护。 三、限时电流速断保护 由于电流速断保护具有可靠的选择性和速动性，因此多用作线路或电气设备的主要保护。电流速断保护的缺点是具有末端死区

25、，不能保护全线路。过电流保护能保护全线路，但达不到速动性的要求，这时可以加一套限时电流速断保护。对于高压电力线路，限时电流速断保护的动作时间一般取0.5s，动作电流按下式整定： l Dz=KKIf Dz 式中：，。限时电流速断保护动作电流； K。可靠系数，取1.11.15； ，。相邻线路的电流速断保护动作电流。 四、三段式电流保护 电流速断、限时电流速断和定时限过电流保护都是反应电流增大而动作的保护装置。电流速断保护能快速切除线路首端故障，但不能保护本线路全长，限时电流速断不能保护到下线路的末端，过电流保护能保护本线路及下线路全长但动作时间较长。为保证快速而有选择地切除故障，把这三种保护组合构

26、成三段式电流保护。也可采用电流速断和过电流保护，或限时电流速断和定时限过电流保护构成两段式电流保护。电流速断称为第1段，限时电流速断为第段，过电流为第段。 三段式电流保护的原理如图79所示，图中各元件均以完整的图形符号表示，有交流和直流回路，图中所示的接线是广泛应用于中性点不接地或非直接接地系统电力线路的两相不完全星形接线。接于A相的阶段式电流保护由继电器1 KA、KM、1 KS组成l段，3KA、1 KT、2KS组成ll段5KA、2KT、3KS组成段。接于C相的阶段式电流保护由继电器2KAKM、1 KS组成l段，4KA、1 KT、2KS组成段，6KA、2KT、3KS组成lll段。为使保护接线简

27、单，节省继电器，A相与C相共用其中的中间继电器、信号继电器及时间继电器 。 例79 阶段式电流保护归总式原理图接线图 归总式原理图的主要优点是便于阅读，能表示动作原理，有整体概念；但原理图不便于现场查线及调试，接线复杂的保护原理图绘制、阅读比较困难。同时，原理图只能画出继电器各元件的连线，但元件内部接线、引出端子、回路标号等细节不能表示出来，所以还要有展开式原理图和安装图。 展开式原理图：以电气回路为基础，将继电器和各元件的线圈、触点按保护动作顺序，自左而右、自上而下绘制的接线图，简称展开图，如图710所示。 展开图的特点是分别绘制保护的交流电流回路、交流电压回路、直流回路及信号回路。各继电器

28、的线圈和触点也分开，分别画在它们各自所属的回路中，并且属于同一个继电器或元件的所有部件都注明同样的符号。所有继电器元件的图形符号按国家标准统一编制。绘制展开图时应遵守下列规则： (1)回路的排列次序，一般是先交流电流、交流电压回路，后是直流回路及信号回路。 (2)每个回路内，各行的排列顺序，对交流回路按a、b、c相序排P246 图710 阶段式电流保护展开图接线图列，直流回路按保护的动作顺序自上而下排列。 (3)每一行中各元件(继电器的线圈、触点等)按实际顺序绘制。 以图79为例说明原理图绘制成图710的展开图。首先画交流电流回路，交流电从电流互感器TAa出来，经电流继电器1KA、3KA、5K

29、A的线圈流到中线形成回路，同理从TAc流出的交流经2KA、4KA、6KA流到中线形成回路。其次，画直流回路，将属于同一回路的各元件的触点、线圈等按直流电流经过的顺序连接起来。如“+KM”-lKAKM-“-KM”等。这样就形成了展开图的各行，各行按动作先后顺序由上而下垂直排列，形成直流回路展开图，为便于阅读，在展开图各回路的右侧还常加上一个文字说明表，以说明各行的性质或作用，如“电流速断”、“跳闸回路”等，最后绘制信号回路，过程同上。 阅读展开图时，先交流后直流再信号，自上而下，从左到右，层次分明。展开图对于现场安装、调试、查线都很方便，在生产中应用广泛。 五、低电压保护和电流方向保护 除了限时

30、电流速断保护外，35kV及以上的电力线路有时还设置低电压保护。因为电力线路发生短路事故时，母线电压不正常，会下降，三相电压可能不平衡，通过低电压继电器来反映该现象，以达到快速跳闸的目的。 对于两侧都有电源，而且能同时供电的电力线路，例如两侧都有电源的环网线路，通常都设置方向继电器，用以判别电流方向，使事故停电范围限制在最小区域内。这类保护称为方向保护，例如方向过电流保护，或方向电流速断保护等。 六、高压电动机保护 (一)高压电动机的故障和异常运行状态 高压电动机通常指3kV10kV供电电压的电动机，运行中可能发生的主要故障有电动机定子绕组的相间短路故障(包括供电电缆相问短路故障)、单相接地短路

31、以及一相绕组的匝问短路。电动机最常见异常运行状态有：起动时间过长、一相熔断器熔断或三相不平衡、堵转、过负荷引起的过电流、供电电压过低或过高。 定子绕组的相问短路是电动机最严重的故障，将引起电动机本身绕组绝缘严重损坏、铁芯烧伤，同时，将造成供电电网电压的降低，影响或破坏其他用户的正常工作。因此要求尽快切除故障电动机。 高压电动机的供电网络一般是中性点非直接接地系统，高压电动机发生单相接地故障时，如果接地电流大于10A，将造成电动机定子铁芯烧损，另外单相接地故障还可能发展成匝问短路或相间短路。因此视接地电流的大小可切除故障电动机或发出报警信号。 (二)高压电动机保护配置 2000kW以下的高压电动

32、机，装设电流速断保护，保护宜采用两相式并动作于跳闸。对单相接地电流大于5A时的电动机，应装设反映单相接地故障的零序电流保护，单相接地电流为l0A及以上时保护装置动作于跳闸；l0A以下时，保护装置可动作于跳闸也可动作于信号。运行过程中易发生过负荷和需要防止起动或自起动时间过长的电动机应装设过负荷保护。反映电压降低的低电压保护和同步电动机的失步保护等。 2000kW及以上大容量的高压电机，普遍采用纵差动保护代替电流速断保护。2000kW以下的电动机，如果电流速断保护灵敏度不能满足要求时，也可采用电流纵差动保护代替电流速断保护。电动机纵差动保护工作原理与变压器纵差动保护相似。 高压电动机常用的电流保

33、护为电流速断保护(或电流纵差保护)和过负荷保护。其接线方式与变压器保护类似，也可以采用差接线，只需一只过电流继电器。P248 高压电动机的过负荷保护根据需要可动作于跳闸或作用于信号。有时同时设置两套过负荷保护，一套保护动作于跳闸；另一套保护动作于信号。 七、3kVlOkV高压电力电容器组保护 (一)高压电力电容器常见故障类型及异常运行 1电容器组与断路器之间连线短路。 2单台电容器内部极间短路。 3电容器组多台电容器故障。 4电容器过负荷。 5母线电压升高。 6电容器组失压。 (二)高压电容器组保护配置 中小容量的高压电容器组普遍采用电流速断或延时电流速断作为相间短路保护。如为电流速断保护，动

34、作电流可取电容器组额定电流的225倍，动作时间为Os；如为延时电流速断保护，动作电流可取电容器组额定电流的152倍，动作时限可取0.2s，以便避开电容器的合闸涌流。 第四节 变电所微机保护监控装置简介 一、微机保护监控装置的特点 (一)维护调试方便 过去大量使用的整流型或晶体管型继电保护的调试工作量很大，尤其是一些复杂的保护，调试一套往往需要一周时间。其原因是这类保护装置的各种保护元件均是由硬件组成的，每一种逻辑功能都由相应的硬件构成，逻辑越复杂，硬件就越多，试验也越麻烦。而微机保护除了数字量的采集外，所有的计算、逻辑判断都是由软件完成的，成熟的软件一次性设计测试完好后，就不必在投产前再逐项试

35、验。微机保护对硬件和软件都有自检功能，装置通电后硬软件有故障就会立即报警。所有微机保护装置都几乎不用调试，需要调试的项目也在厂家完成，投运前做一次静态和动态试验就可以试运行了。 (二)可靠性高 微机保护的软件设计，考虑到电力系统中各种复杂的故障，具有很强的综合分析和判断能力，几乎就是一个专家智能系统。而常规保护装置，由于由各种器件组成，不可能做得很复杂，否则硬件越多，越复杂，本身出故障的概率就越大，可靠性当然就降低了。另外微机保护装置的自检与巡检功能也大大提高了其可靠性。 (三)动作准确率高 鉴于计算机软件计算的实时性特点，微机保护装置能保证在任何时刻均不断迅速地采样计算，反复准确地校核。在电

36、力系统发生故障的暂态时期内，就能准确判断故障，如果故障发生了变化或进一步发展也能及时作出判断和自纠。如在保护延时动作或重合闸延时的过程中都能监视系统故障的变化，因此微机保护的动作准确率很高，运行实践已证明了这一点。 (四)容易获得各种附加功能 由于计算机软件的特点，使得微机保护可以做到硬件和软件资源共享，在不增加任何硬件的情况下，只需增加一些软件就可以获得各种附加功能。例如在微机保护装置中，可以很方便地附加低周减载和自动重合闸、故障录波、故障测距等自动装置的功能。 (五)保护性能容易得到提高 由于计算机软件具有可以方便改写的特点，保护的性能可以通过研究许多新的保护原理来得到改善。而且许多现代新

37、原理的算法，在常规保护中是很难或根本不可能用硬件来实现的。 (六)使用灵活、方便 目前微机保护装置的人机界面做得越来越好，亦越来越简单方便。例如汉化界面、微机保护的查询、整定更改及运行方式变化等等都十分灵活方便，受到现场继电保护工作人员的普遍欢迎。P250 (七)具有远方监控的特性 微机保护都具有串行通信功能，与变电所微机监控系统的通信联络使微机保护具有远方监控的特点并将微机保护纳入变电所综合自动化系统。 二、微机保护装置硬件系统的一般构成 从功能上划分，微机保护装置可以分为6个部分：(1)模拟量输入系统(或称数据采集系统)；(2)继电功能回路(CPU主系统)；(3)开关量输入输出回路；(4)

38、人机接口回路；(5)通信回路；(6)电源回路，如图711所示。模拟量输入系统的主要功能是采集由被保护设备的电流电压互感器输入的模拟信号，并将此信号经过适当的预处理，然后转换为所需的数字量。CPU主系统包括微处理器CPU，只读存储器(EPROM)、随机存取存储器(TLAM)及定时器(TIMER)等。CPU执行存放在EPROM中的程序，对由数据采集系统输入至RAM区的原始数据进行分析处理，以完成各种继电保护功能。开关量输入输出回路由并行口、光电耦合电路及有接点的中间继电器等组成，以完成各种保护的出口跳闸、信号报警及外部接点输入等工作。人机接口部分主要包括打印、显示、键盘、各种面板开关等，其主要功能

39、用于人机对话，如调试、定值调整、人对机器工作状态的干预等。人机接口应定时或在保护动作后打印或显示运行情况及保护执行结果。考虑到机问通信及远动的要求，还应有通信接口。供电电源回路提供了整个装置所需的直流稳压电源，以保证整个装置的可靠供电。图7一ll 微机保护硬件系统构成示意图 根据模数转换的原理不同，微机保护装置中模拟量输入回路有两种方式，一是基于逐次逼近型AD转换方式，二是利用电压频率变换(VFC)原理进行AD转换的方式。前者包括电压形成回路、模拟低通滤波器(ALF)、采样保持回路(SH)、多路转换开关电路(MPX)及模数转换回路(AD)等功能块；后者主要包括电压形成、VFC回路、光电耦合、计

40、数器等环节，如图712所示。(a)逐步逼近AD转换方式(b)VFC原理的A巾转换方式 图7一l2模拟量输入回路框图 三、微机保护的主要功能 微机保护的主要功能包括保护、测控、信息三个方面。 (一)110kV及以下线路保护测控装置的功能 1保护方面的主要功能 三段式可经低电压闭锁的定时限方向过流保护，其中第三段可整定为反时限；三段式可经方向闭锁的零序过流保护；三相一次重合闸，可以选择检同期、检无压或不检方式；过负荷保护；独立的过流或零序电流合闸加速保护，可以是前加速或后加速；分散的低周减载保护；独立的操作回路。 2测控方面的主要功能 12路自定义遥信开入采集，装置遥信变位，事故遥信；正常断路器遥

41、P252控分合；小电流接地探测遥控分合；UAB、UBC、UCA、IA、IC、10、P、Q、cOs、F等l0个模拟量的遥测；开关事故分合次数统计及事件SOE等；四路脉冲输入。 3信息方面的主要功能 装置描述的远方查看；装置参数的远方查看；保护定值、区号的远方查看、修改功能；保护功能软压板状态的远方查看、投退；装置硬压板状态的远方查看；装置运行状态的远方查看；远方对装置进行信号复归；故障录波。 (二)站用变压器或接地变压器的保护测控装置的功能 1保护方面的主要功能 三段式复合电压闭锁的过流保护；高压侧正序反时限保护；过负荷报警，两段定时限负序过流保护；高压侧接地保护，包括三段式定时限零序过流保护，

42、零序过压保护；低压侧接地保护，包括三段式定时限零序过流保护，零序反时限保护；低电压保护；非电量保护，包括重瓦斯跳闸，轻瓦斯报警，超温报警或跳闸；压力释放跳闸；一路备用非电量报警或跳闸；独立的操作回路及故障录波功能。 2测控方面的主要功能 开关位置，弹簧未储能接点、重瓦斯、轻瓦斯、油温高、压力释放等非电量遥信开人；四路备用遥信开入接点；装置遥信变位以及事故遥信；变压器高压侧断路器正常遥控分合；小电流接地探测遥控分合；UAB、UBC、UCA、IA、IC、10、P、Q、COs中、F等l0个模拟量的遥测；开关事故分合次数统计及事件SOE等；四路脉冲输入。 3信息方面的主要功能 装置描述的远方查看；装置

43、参数的远方查看；保护定值，区号的远方查看，修改功能；保护功能软压板状态的远方查看、投退；装置运行状态的远方查看；远方对装置进行信号复归；故障录波。 (三)110kV及以下并联电容器组保护测控装置的功能 1保护方面的主要功能 三段式定时限过流保护，其中第三段可整定为反时限；低电压保护；过电压保护；不平衡电压保护；不平衡电流保护；电容器自动投切功能；零序过流保护；非电量保护；包括重瓦斯跳闸，轻瓦斯报警，超温报警或跳闸；独立的操作回路。 2测控方面的主要功能 五路遥信开入采集；装置遥信变位；事故遥信；正常断路器遥控分合；小电流接地探测遥控分合；三相电压、三相电流以及P、Q、cos等9个模拟量的遥测；

44、开关事故分合次数统计及事件SOE等；4路脉冲输人。 3信息方面的主要功能 装置描述的远方查看；装置参数的远方查看；保护定值，区号的远方查看，修改功能；保护功能软压板状态的远方查看，投退；装置保护开入状态的远方查看；装置运行状态的远方查看；远方对装置进行信号复归；故障录波。 四、微机保护监控装置的运行维护 (一)110kV及以下线路保护测控装置的运行异常报警 当装置检测到下列异常状况时，发出运行异常信号，面板报警灯亮： 1线路电压报警；当重合闸方式为检无压或检同期时，并且线路有电流而无电压，则延时lOs报线路电压异常。 2PT断线：当正序电压小于30V而任一相电流大于01A时或负序电压大于8V时

45、延时10s报母线PT断线，发出运行异常告警信号，待电压恢复正常后装置延时l25s自动把PT断线报警返回。 3频率异常：系统频率在45Hz以下或52Hz以上时延时10s报警。 4TwJ异常：开关在跳位而线路有电流，延时lOs报警。 5控制回路断线：装置检测既无合位又无分位时，延时3 S报警。 6开关合闸压力低：合闸压力降低开入为l，瞬时报警。 7开关跳闸压力低：跳闸压力降低开入为l，瞬时报警。 8零序电流报警：零序电流报警功能投入时，零序电流大于整定值，经整定延时后报警。 9过负荷报警：过负荷报警功能投入时，任意相电流大于整定值，经整定延时后报警。 10接地报警：装置自产零序电压大于30V时，延

46、时l5 s报警。 (二)站用变压器或接地变压器的保护测控装置的运行异常报警功能 当装置检测到下列异常状况时，发出运行异常信号，面板报警灯亮： 1弹簧未储能：弹簧未储能开入为1，经整定延时后报警。P254 2PT断线报警：当正序电压小于30V而任一相电流大于01A时或侣序电压大于8V时延时10s报母线PT断线，发出运行异常告警信号，待审压恢复正常后装置延时l25s自动把PT断线报警返回。 3控制回路断线：装置检测既无合位又无分位时，延时3s报警。 4TwJ异常：开关在跳位而线路有电流，延时10s报警。 5频率异常：系统频率在45Hz以下或52Hz以上时延时10。 6过负荷报警：过负荷报警功能投入

47、时，任意相电流大于整定值，终整定延时后报警。 7·零序电流报警：零序电流报警功能投入时，零序电流大于整定值经整定延时后报警。 8接地报警：装置自产零序电压大于30V时，延时l5s报警。 9超温报警：超温报警功能投入时，超温开人为1时瞬时报警。 10轻瓦斯报警：轻瓦斯超温开入为1时瞬时报警。 (三)llOkV及以下并联电容器组保护测控装置的运行异常报警功能 当装置检测到下列异常状况时，发出运行异常信号，面板报警灯亮： 1过电压报警：当母线电压大于过电压定值，并且过电压投入控制字退出，则延时过电压报警。 2PT断线：当正序电压小于30V而任一相电流大于01A时或负序电压大于8V时延时10

48、s报母线PT断线，发出运行异常告警信号，待电压恢复正常后装置延时l25秒自动把PT断线报警返回。 3PT频率异常：系统频率在45Hz以下或52Hz以上时延时10s报警。 4TwJ异常：开关在跳位而线路有电流，延时lOs报警。 5控制回路断线：装置检测既无合位又无分位时，延时3 s报警。 6弹簧未储能：弹簧未储能开入为1，经整定延时后报警。 7零序电流报警：零序电流报警功能投入时，零序电流大于整定值，经整定延时后报警。 8不平衡电流报警：不平衡电流报警功能投入时，不平衡电流大于整定值，经整定延时后报警。 9接地报警：装置自产零序电压大于30V时，延时l5 s报警。 10超温报警：超温报警功能投入

49、时，超温开入为1时瞬时报警。 1 1轻瓦斯报警：轻瓦斯超温开人为1时瞬时报警。 第五节 电力系统自动装置 对于保障电力系统安全经济运行、提高供电可靠性和保证电能质量，电力系统自动装置是必不可少的。电力系统自动装置可分为自动调节装置和自动操作装置。 自动调节装置一般是为了保证电能质量、消除系统异常运行状态等对某些电量实施自动的调节，例如电力系统频率自动调节等。自动操作装置的作用对象往往是某些断路器，自动操作的目的是提高电力系统的供电可靠性和保证安全运行，例如备用电源自动投入装置、线路自动重合闸装置、低频减载装置等。 一、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

50、装置称为自动重合闸装置。运行经验证明，电力系统中有不少短路事故都是瞬时性的，特别是架空线路由于落雷引起的短路，或者因刮风或鸟类碰撞引起导线舞动造成的短路，在继电保护动作、断路器跳闸切断电源后，故障点的电弧很快熄灭，绝缘会自动恢复。这时如能将断路器自动重新投入，电力线路将继续保持正常供电。自动重合闸所实现的就是这一功能。 对于电力电缆专线供电的馈线，由于没有上述两种情况，因此不采用自动重合闸。 二、备用电源自动投入装置 (一)备用电源自动投入的作用 备用电源自动投入装置，是当工作电源因故障自动跳闸后，自动迅速地将备用电源投入的一种自动装置，简称备白投装置。备用电源自动投入装置动作时，通过后备用线

51、路断路器或备用变压器断路器实现备用电源的自动投入。P256 在变电站，备用电源自动投入装置保证在工作电源故障退出后能够稣续获得电源，使变电站的所用电正常供电，显然有效地提高了供电的可靠性。 。 (二)对备用电源自动投入装置的基本要求 针对一次系统的接线，备自投的一次接线方案不同，但都必须满足些基本要求。对备自投装置的基本要求可归纳如下。 1应保证工作电源断开后，备用电源才能投入 这一要求的目的是防止将备用电源投入到故障设备上，造成备自投装置动作失败，甚至扩大故障，加重设备损坏。 2·工作母线不论任何原因电压消失。备用电源均应投入 工作母线失压的原因包括供电电源故障、供电变压器故障、母

52、线故障、出线故障没有断开、断路器误跳闸等，这些情况造成工作母线失压时，备自投装置均应动作。但当备用电源无电压时备自投装置不应动作。 3备用电源只能投入一次 · 备自投装置动作，如果合闸于持续性故障，则备用电源或备用设备的继电保护会加速将备用电源或备用设备断开。此时若再投入备用电源，不但不会成功，而且使备用电源或备用设备、系统再次遭受故障冲击，可能造成扩大事故、损坏设备等严重后果。 4备用电源投于故障设备时，继电保护应加速动作 5电压互感器二次断线时装置不应动作 工作母线失压时备自投装置均应动作，而备自投装置是通过电压互感器测量母线电压的。当电压互感器二次断线时，备自投装置感受为母线失压，但此时实际母线电压正常，因此备自投装置不应动作。 另外，备自投装置动作时间应该以负荷停电时间尽可能短为原则，以减少电动机的自起动时间。但故障点应有一定的恢复绝缘时间，以保证装置的动作成功。 (三)备用电源自动投入的一次接线方案 备用电源自动投入的一次接线方案形式多样，按照备用方式可以分为明备用和暗备用。明备用指正常情况下有明显断开的备用电源或备用设备或备用线路；暗备用指正常情