继电保护及二次回路基础知识

继电保护及二次回路基础知识继电保护及二次回路基础知识继电保护及二次回路基础知识xxx公司继电保护及二次回路基础知识文件编号：文件日期：修订次数：第1.0次更改批准审核制定方案设计，管理制度基本知识讲课内容：1、二次回路基础知识（二次回路内容、二次回路图分类、常用符号及元器件表示方式，变配电所二次设备布置）2、继电保护的基础知识（继电保护的基本任务、对继电保护的基本要球、继电保护的基本工作原理及构成、继电器的基本原理及分类、互感器的极性、方向、误差、接线）3、结合公司装置及技术说明书讲解公司装置是如何实现继电保护的基本任务，满足继电保护的基本要求的；公司装置中使用的继电器的类型；互感器的各种接线方式如何在公司装置上实现讲课要求：1、了解二次回路的基本知识2、掌握继电保护的基础知识3、针对讲课内容出相应的习题，10道左右二次回路基本知识一、二次回路内容变配电所的二次部分对于实现变配电所安全、优质和经济的电能分配具有极为重要的作用。变配电所的电气设备按其作用的不同可分为一次设备和二次设备，其控制保护接线回路又可分为一次回路和二次回路。一次设备是指直接输送和分配电能的高电压、大电流设备，包括电力母线、电力线路、高压断路器、高压隔离开关、电流互感器、电压互感器等。由变配电所一次设备组成的整体称为变配电所一次部分。二次设备是指对一次设备进行监察、控制、测量、调节和保护的低电压、小电流设备，包括继电保护及安全自动装置、操作电源、熔断器等。由变配电所二次设备组成的整体称为变配电所二次部分。一次回路又称为一次接线是将一次设备相互连接而形成的电路。二次回路又称为二次接线是将二次设备相互连接而形成的电路。包括电气设备的测量回路、控制操作回路、信号回路、保护回路等。二次回路的工作任务是反映一次设备的工作状态及控制一次设备，即在一次设备发生故障时，能迅速反应故障，并使故障设备退出工作，保证变配电所处于安全的运行状态。二次回路的主要内容是高压电气设备和电力线路的控制、信号、测量及监察、继电保护及自动装置、操作电源等系统。a、控制系统控制系统是由控制器具、控制对象及控制网络构成控制系统的作用是对变电站的开关设备进行就地或远方跳、合闸操作，以满足改变主系统运行方式及处理故障的要求。b、信号系统信号系统是由信号发送机构、信号接受显示元件及其网络构成。信号系统的作用是准确及时的显示出相应一次设备的运行工作状态，为运行人员提供操作、调节和处理故障的可靠依据。c、测量及监察系统测量及监察系统是由各种电气测量仪表、监测装置、切换开关及其网络构成。测量及监察系统的作用是指示或记录电气设备和输电线路的运行参数，作为运行人员掌握主系统运行情况、故障处理及经济核算的依据。d、调节系统调节系统是由测量机构、传送设备、自控装置、执行元件及其网络构成。调节系统的作用是调节某些主设备的工作参数，以保证主设备的电力系统的安全、经济、稳定运行。e、继电保护及自动装置系统继电保护及自动装置系统是由电压、电流互感器的二次绕组，继电器，继电保护及自动装置，断路器及其网络构成。自动装置：备用电源自动投入装置、自动重合闸装置、按频率自动减负荷装置。继电保护及自动装置系统的作用是当电力系统发生故障时，能自动、迅速、有选择地切除故障设备，减小设备的损坏程度，保证电力系统的稳定，增加供电的可靠性，及时反映主设备的不正常工作状态，提示运行人员关注和处理，保证主设备的完好及系统的安全。f、操作电源系统操作电源系统是由直流电源或交流电源供电。操作电源系统的作用是供给上述各二次系统的工作电源，断路器的跳、合闸电源，及其他设备的事故电源等。二、二次回路图分类一般分为原理接线图、展开接线图和安装接线图。1、原理接线图原理接线图是用来表示二次回路各元件的电气连接及工作原理的电气回路图。特点：a、二次回路和一次回路中的相关部分画在一起，各元件以整体形式表示。并能表示二次设备的构成及电气连接情况。b、按动作的顺序画出，便于分析动作原理。c、其缺点是没有表明各元件的内部接线、端子标号及导线连接方法，不能作为施工图纸使用。2、展开接线图是将二次设备的线圈和触点的接线回路展开分别画出，组成多个独立回路。特点：a、按回路性质的不同可划分为多个独立回路。b、回路的动作顺序是自上而下，自左往右。c、回路右边有对应文字说明，便于分析与阅读。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、二次回路图符号1、图形符号、文字符号和回路标号二次回路图是以国家标准规定的图形符号和文字符号来表示的。图形符号是用于表示电气图中的电气设备、装置、元器件的一种图形符号。文字符号是表示图中的电气设备、装置、元器件的一种文字代码。回路标号的两个办法是文字标号的原则和导线的文字标号实施办法。二次回路图常用的图形符号序号名称图形符号序号名称图形符号1电流继电器II7反时限继电器I/tI/t2电压继电器UU8动合触点3功率方向继电器PP9动断触点4差动继电器I-II-I12隔离开关5时间继电器tt13熔断器6中间继电器14信号灯序号文字符号名称序号文字符号名称二次回路图常用的文字符号设备、元件符号（括号内为旧符号）1T（B）变压器9TVB（YB）电压变换器2QF（DL）断路器10PWJ（Wh）有功电度表3QS（G）隔离开关11PVJ(varh)无功电度表4SA（KK）控制开关12V(T)晶体三极管5FU（RD）熔断器13V(D)二极管6TA（LH）电流互感器14V(WY)稳压管7TV（YH）电压互感器15k1、k2…（d）故障点8TAS（LB）电流变换器16L电感线圈电流、电压、电抗符号（括号内为旧符号）1EA、EB、EC电源三相电势8Ik·max(Id·max)最大短路电流2UA、UB、UC三相电压9Ik·min(Id·min)最小短路电流3UKA、UKB、UKC短路点三相电压10Iunp(Ibp)不平衡电流4UN额定电压11IL·max(Ifh·max)最大负荷电流5IN额定电流12R电阻6IA、IB、IC三相电流13Z∑总阻抗7UPP(UX-X)相间电压14ZL·min最小负荷阻抗2、元器件表示方法a、具有可动部分的元器件表示方法如：二次回路中的继电器、断路器、隔离开关等具有可动部分元器件的动作方向，在水平布置的电路中，元件可动部分的动作方向一律向上，而在垂直布置的电路中，元件可动部分的动作方向一律向右。b、元器件集中表示法是把一个元件各组成部分的图形符号，在图上绘制在一起的方法。c、元器件分开表示法是把一个元件各组成部分的图形符号，在图上分开布置，并用相同的文字符号表示它们之间关系的方法，其目的是得到清晰的电路布局。四、阅读二次回路图的基本方法现场变电运行人员和二次设备的维护人员，一些初学者阅读和使用二次回路接线图时，往往感到比较困难。1、熟悉一次主接线图和一次设备2、熟悉电气二次回路的图形符号、文字符号、回路标号及小母线编号3、了解二次设备的工作原理4、二次回路接线图的识图方法5、变电站综合自动化二次回路的特点五、变配电所的二次设备布置变配电所的二次设备集中装设在主变压器和线路的控制屏和保护屏上，以及操作电源系统的直流屏上。操作电源设置，供一级负荷的或者大型的变配电所，若装有电磁操作机构的断路器时，常采用蓄电池组作为合、分闸直流操作电源，需装设专用蓄电池组室，其直流系统屏安装在控制室；若装有弹簧操作机构的断路器时，宜采用小容量镉镍电池装置作为合、分闸直流操作电源，其镉镍电池屏和直流系统屏可安装在控制室。对于中、小型变配电所，其直流系统屏、镉镍电池屏、电容器屏均安装在控制室。控制室是整个变配电所的控制中心，控制室的布置应便于运行维护和操作巡视。一般的，保护屏、计量屏、电容器屏和远动通讯屏常安装在控制室后排，直流系统屏和控制屏安装在前排，便于运行监视和操作；控制屏的排列次序与配电间隔的次序尽可能对应，便于值班人员记忆，缩短判别和处理时间，减少误操作。根据《35-110KV变电所设计规范》（GB50059-92）规定：主变压器，母线分段、旁路和母联断路器，110KV屋内外配电装置的线路，35KV屋外配电装置的线路，他们的控制应该设在控制室；6-35KV屋内配电装置馈电线路，一般采用就地控制，即线路的保护和控制设备一同安装在开关柜上，不另设保护屏和控制屏。六、简述二次回路的重要性二次回路的故障常会破坏或影响电力生产的正常运行。例如：1、如果某变电所差动保护的二次回路接线有错误，则当电动机带的负荷较大或发生穿越性相间短路时，就会发生误跳闸，2、如果线路保护有错误时，一旦系统发生故障，则可能会使断路器该跳闸的不跳闸，不该跳闸的却跳闸了，就会造成设备损坏、电力系统瓦解的大事故。3、如果测量回路有问题，就将影响计量，少收或多收用户的电费，同时也难以判定电能的质量是否合格。因此，二次回路虽非主体，但它在保证电力生产的安全，向用户提供合格的电能等方面都起着极其重要的作用。继电保护基础知识一、继电保护的基本任务继电保护是保证电力系统安全运行和提高供电可靠性的重要工具。电力系统的组成：发电机、变压器、母线、输配电线路以及用电设备等。电力系统中可能出现的故障主要是相间短路、接地短路和断线。常见的不正常运行状态主要是过负荷、系统振荡和频率降低等。故障的危害：（1）由于短路电流比正常运行电流大很多倍，当短路电流通过电器设备时，使电器设备发热，烧毁电器设备，并造成系统部分用户停电；（2）由于短路使电力系统电压和频率下降，影响用户正常生产；（3）由于系统震荡、同期遭到破坏时候，引起系统解列（电压频率下降），造成大面积停电。引发引发故障、异常运行状态事故事故：少送电、停止送电、电能质量降低、设备损坏、危害到人身安全等。为避免或减少事故的发生，提高电力系统运行的可靠性，就必须采取预防事故的措施，尽可能消除事故发生的可能性，电气设备或输电线路一旦发生故障，就必须采取措施尽快将故障设备或线路从系统中切除，保证故障部分继续运行，避免事故的发生或缩小事故的范围和影响。电力系统是一个整体，每个元件之间都有电或磁的联系，任一元件发生故障，都可能立即影响到正个系统的正常运行。在短短时间内，值班人员发现故障并去切除故障是不能的，继电保护装置就是由一个或若干个继电器连接而成，能反应电力系统中电气设备故障或不正常运行状态，以实现某个（些）继电保护功能的装置。继电保护装置的任务是：（1）当被保护线路或电气元件发生故障时，保护装置迅速动作，有选择性地把有鼓掌的输电线路或电气元件从电力系统中切除，以消除或减小故障所引起的严重后果。（2）当输电线路或电气元件出现不正常运行状态或发生不太严重的故障时（如非直接接地电网中发生单相接地），保护装置动作，发生警告信号，通知运行值班人员采取相形措施。二、继电保护的基本要求为使继电保护装置能及时、正确地完成它所担负的任务，对继电保护有以下四个要求：1、选择性当电力系统某部分发生故障时，保护装置应能首先断开离故障点最近的断路器，切除故障设备，从而使停电范围尽量缩小。对相邻下一级线路起后备作用称远后备。对本线路主保护起后备作用称近后备。包括：主保护、后备保护总之，选择性是提高供电可靠性的基本条件。2、快速性作用：（1）快速切除故障可以减小短路电流对电气设备所引起的损害；（2）可以加速系统电压的恢复，为电动机自启动创造有利条件；（3）可以提高发电机并列运行的稳定性。故障切除时间=保护装置动作时间+断路器跳闸时电弧熄灭为止的时间现代电网中快速保护装置最小动作时限一般达～，断路器最小动作时间约为～。(公司所有装置跳闸出口的时间大约为50ms)3、灵敏性灵敏性是指保护区间内发生的任何故障，保护装置是否都能反应出来。一般是用被保护电气设备故障时通过保护装置的故障参数（如Ik）与保护装置的动作参数（如动作电流）的比较俩判断，两比值，称灵敏系数，Ksen。反应故障时参量升高而动作的保护装置Ksen=保护区末端金属性短路时故障参量的最小计算值∕保护装置的动作值反应故障时参量降低而动作的保护装置Ksen=保护装置的动作值∕保护区末端金属性短路时故障参量的最大计算值最大运行方式：被保护线路末端发生故障时，系统等效阻抗最小，通过保护装置的短路电流最大的运行方式。最小运行方式：被保护线路末端发生故障时，系统等效阻抗最大，通过保护装置的短路电流最小的运行方式。4、可靠性投入运行的保护装置应经常处于准备动作状态，当被保护设备发生故障和不正常工作状态时，保护装置应正确动作，不拒动；其他设备的保护装置不应误动。若不满足可靠性，则保护装置本身便成为扩大事故或直接造成事故的根源。三、继电保护的基本原理及构成为实现继电保护功能，必须能够让保护装置区分系统正常运行与发生发故障或不正常运行状态。基本原理：1、利用故障前、后电气量的显著变化，如I、U；2、同时反应电压与电力之间数值或相位的变化，如Z=U∕I，；3、被保护设备两端电流相位（或功率方向）或大小的变化；4、故障时才出现的某些对称分量，如U、I、P；5、非电气量的差别，如温度、气体；6、电气量波形和时域、频域分析上的特点。利用以上这些差别可以构成各种不同原理的继电保护。构成：测量部分、逻辑部分、执行部分三部分组成。测量部分逻辑部分执行部分整定值测量部分逻辑部分执行部分整定值测量部分：判断是否发生故障逻辑部分：判断保护装置是否跳闸执行部分：动作断路器跳闸或发信号注：公司的继电保护装置微机保护装置对以上各种保护的实现方式主要是：1、数据采集部分，采集二次侧的电压和电流，经过精度很高的电压互感器和电流互感器变换成弱电信号，经阻容滤波送入单片机采集；还有就是接入的开入量，经光电隔离送入CPU；2、逻辑部分，主要计算采集的数据，换算成一次侧数据，与各种保护的定值进行比较，检查是否达到动作条件，是执行闭合跳闸出口还是仅发发警告信号；3、执行部分，主要由继电器组成，CPU发信号使继电器动作，触点的闭合或者断开老实现对外部装置的控制，如合闸、跳闸、备用电源的投入等；装置采用高速单片机，数据处理能力很强，很短的时间对各种故障定值与采集数据进行比较，只要达到整定值就会动作，不会出现拒动的情况，装置的抗干扰能力很强，不会因为干扰出现误动；绝大部分的保护都可以选择投跳闸或告警，具体的情况视现场工作状况而定。对于继电保护的选择性，可以视现场运行的具体情况，在定值的整定时采取一定的顺序来实现，对于快速性，装置对故障的反应时间仅为50ms左右，满足继电保护的要求，并且动作的延迟时间可以由用户自己设定，可依据现场情况整定；对于灵敏性，装置的各种动作精度为正负3%，达到了很高的灵敏度。公司装置的现场运行情况良好，多年的经营使公司产品遍布大江南北，但是返修很少，以上都可说明装置的可靠性达到很高的要求。四、继电器的基本原理及分类（一）原理继电器是继电保护装置的基本组成元件之一，它是当输入量的变化达到规定的要求时，在其输出电路中被控量发生预定阶跃变化的一种自动器件。《二次部分》P42图3—3继电特性：当控制量（通入线圈的电流）变化到某一定值时，被控量（触点两端的电压）发生突变。（二）分类按组成原理分：电磁型、感应型、整流型、晶体管型（静态）等继电器；按其反应的物理量分：电流、电压、功率方向、阻抗、频率、气体等继电器；按其用途分：测量继电器、辅助继电器等；按触点分：1、D型，动断型；2、H型，动合型；3、Z型，转换型（组合型）五、互感器的极性、方向、误差、接线互感器的作用：将一次设备的高电压、大电流线性变换成适用与二次设备的低电压、小电流设备；将一次、二次设备安全隔离，使高、低压回路不存在电的联系；降低保护装置及测量仪表的造价；便于运行维护和调试。继电保护装置一般是通过电力系统中的电压互感器（PT）、电流互感器（CT）接入的。PT的二次额定电压为100V，CT的二次额定电流为5A或1A。互感器的二次侧都应有可靠的保护接地，以防互感器的一、二次绕组间绝缘损坏时，高电压对二次设备及人身安全的危害。在运行中，CT的二次侧不允许开路，以防数值很大的二次绕组感应电势，造成设备和人身安全；PT的二次侧不允许短路。（一）极性和方向通常用L1与K1、L2与K2分别表示一、二次绕组的同极性端子，也可用“*”号标示。继电保护用互感器一次电压（或电流）的正方向规定为从“*”端指向无“*”端。电压互感器二次电压的正方向规定为从“*”端指向无“*”，电流互感器二次电流的正方向规定为从无“*”端指向“*”端。确定互感器一、二次侧电流正方向可采取减极性原则，即：一次侧电流从同极性端流入，二次侧从同极性端流出。（二）误差与选择1、CT误差CT误差分：电流误差、角误差两部分。电流误差为由二次绕组测得的一次绕组电流值（折算值）与一次电流实际值之差，对一次电流实际值的百分比。角误差：二次电流相量旋转180º与一次电流相量之间的夹角δ。规定旋转的二次电流相量超前一次电流相量时，角误差为正。CT的误差决定与结构、铁心质量、一次电流的大小和二次回路的阻抗。根本原因：励磁电流的存在。根本措施：减少励磁电流。反激磁补偿发、分路补偿法。2、CT的选择及10%误差曲线规定：在实际运行条件下，保护装置用CT的电流误差不超过10%，而角度误差不应超过7º。为保证继保正确、可靠的运行，CT的二次侧负载阻抗应满足CT的10%误差曲线。电流倍数=发生短路时，一次侧实际短路电流∕CT一次侧额定电流 m=Ik∕IN满足电流误差为10%时的一次电流倍数m10与负载阻抗ZL之间的曲线，就是CT的10%误差曲线。《二次部分》P48图3—14若大于10%误差曲线，保护不能按照预设的条件来动作，影响保护装置的可靠性。3、PT的接线方式《二次部分》P48图3—15当线路或设备的额定电压比较高时，仪器仪表和继电保护装置不能直接检测，所以一般都采用PT，将被测电压变换为基准的额定电压等级，以便于选用基准额定电压的仪表、仪器或其他监控电器。常用接线主要有YN，YN，V、V，vYN，yn6～10KV配电装置常用三相五柱式PT，它有两个边柱贴心，可作为零序磁通的通路。如图3-15（a）（1）YN，YN，V接线6～10KV配电装置常用三相五柱式PT，它有两个边柱贴心，可作为零序磁通的通路。如图3-15（a）所示。YN，YN，V接线的PT有两个绕组，一个接成星形，可以测量相电压、线电压，；供测量和继保专用；一个接成开口三角形（叫附加绕组）做接地保护用。在我国3~66KV的电力供电系统一般都采用中性点不接地的三相三线制运行方式。在这种运行方式中，若只有一相接地，不会发生单相短路故障，其线路以及接在线路上的变压器和其他用电设备还可继续运行。但是非接地的那两相对地的电压升高为线电压，增加了人身、设备的危险性，所以单相接地发出报警信号。绝缘监视。PT星形接发绕组输出a、b、c与n之间分别接如三个电压表V，用与测量各相电压。当线路工作正常是，三个电压表的读数相同或接近（以线电压10KV为例），电压表指示在5700V左右；当10KV线路中有一相绝缘对地击穿造成单相接地故障时，该故障相电压表读数明显下降，甚至为0，而其余两相电压表的读数明显升高，甚至达到线电压10KV，从而实现了线路的绝缘监视。虽然绝缘监视的电压表是接在相电压上的，但是发生接地故障时，非故障相对地的电压可升高为线电压，因此它的量程应按线路的线电压来选择。变压器高压侧线路接地保护。PT开口三角形绕组的引出线之间接的有一个KV。如果没有发生单相接地，三个绕组输出电压大小相同，相位相差120º，相加的矢量和为0。三角形绕组的引出线为a1和x1，即a1和x1之间的电压为0，KV不动作。当发生单相接地时，三绕组输出的电压大小不一，相加的矢量和约为100V，使KV动作，接通事故预告小母线WFS，同时信号继电器KS有电，接通光字牌，给出接地信号。KVa1 x1KV（2）V，v接线主要用在三相电路中，测量线电压，广泛用于小电流接地系统中。（3）YN，yn接线三只电相PT接成星形，并将一次绕组的中性点接地，用来监视电网对地的绝缘状况，并可接入要求测量准确不高的电压表和继电器等。在中性点不接地的电网，发生单相接地时允许继续运行，而无故障相的相电压可升高为线电压，此接线方法所采用的单相PT的额定电压=装置的线电压。正常状态下，PT的一次绕组处在相电压下，即为额定电压的，误差超出正常值，故不能接功率表和电能表。4、CT的接线方式《二次部分》P48图3—16当线路或设备的工作电流很大（即超过仪表的量程）时，就得采用变压器的变换电流的功能，把大电流变换为小电流。（1）三相三继电器完全星形接线三只CT分别反应各相电流特点：任何故障情况下，流入继电器中的电流=互感器的二次电流；保护能反应各类型的短路故障电流；广泛用于常