变电二次设备及系统

变电二次设备及系统非电专业新员工霍永红2012年8月ZYYW20120204主讲：宋志明变电二次设备及系统变电二次系统构成微机保护系统安全自动装置监控系统继电保护基本知识继电保护配置及原理微机保护装置组成变压器保护线路保护母线保护课程结构图1变电站二次系统的构成一次设备是直接生产、输送和分配电能的设备，如发电机、变压器、断路器、隔离开关、电力电缆、母线、输电线、电抗器、避雷器、高压熔断器、电流互感器、电压互感器等。一次设备及其相互间的连接电路称为一次接线或主接线，是构成电力系统的主体。1变电站二次系统的构成对一次设备起控制、保护、调节、测量等作用的设备称为二次设备，如控制与信号、继电保护及安全自动装置、电气测量仪表、操作电源等。二次设备及其相互间的连接电路称为二次接线或二次回路。

1变电站二次系统的构成变电站二次系统的构成包括：1.监控子系统2.保护子系统3.自动控制系统4.人机联系1变电站二次系统的构成2继电保护基本知识单击此处编辑课程编码电力系统故障所谓短路是指相与相之间或相与地之间的短接，以及电机或变压器同一相绕组不同线匝之间的短接。电力系统短路的基本形式有三相短路、两相短路、单相接地短路、两相接地短路及发电机或变压器同一相绕组不同线匝之间的短接（简称匝间短路）。

什么是短路？2继电保护基本知识电力系统故障的危害有哪些？2.1继电保护基本知识故障点的电弧使故障设备损坏。短路电流使故障回路中的设备遭到损坏。短路时可能使电力系统的电压大幅度下降，使用户的正常工作遭到破坏，影响用户产品质量。严重时可能造成电压崩溃，引起大面积停电。破坏电力系统运行的稳定性。可能引起系统振荡，甚至造成电力系统的瓦解。

2.1继电保护基本知识2.1.1继电保护的作用继电保护的接线简图继电保护与一次侧电力系统设备之间的连接简图。继电保护就是通过二次侧弱电系统来控制（如跳开、闭合）一次侧强电系统设备。内部故障时发出跳闸命令不正常工作时发出告警信号

继电保护的要求选择性速动性灵敏性可靠性简称“四性”2.1.2继电保护的基本要求

选择性例1：

当k1点短路时，保护1、2动→跳1QF,2QF2.1.2继电保护的基本要求选择性例2：

当k2点短路时，保护5、6动→跳5QF、6QF2.1.2继电保护的基本要求

2.1.2继电保护的基本要求速动性可以提高系统稳定性减少用户在低电压下工作时间减少故障元件损坏程度避免故障进一步扩大作用于断路器跳闸的保护都要求动作迅速

2.1.2继电保护的基本要求灵敏性

对反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护）

2.1.2继电保护的基本要求灵敏性②对反应数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护）

2.1.2继电保护的基本要求可靠性

2.1.2继电保护的基本要求可靠性敌不动我不动拒动敌一动我乱动误动2.1.3继电保护基本构成

测量部分的作用是测量被保护元件的运行参数，并与保护的整定值进行比较，以判断被保护元件是否发生故障。逻辑部分是根据测量部分输出的信号，按照预定的逻辑关系，判断保护装置是否应该动作，即实现选择性的要求，并向执行部分发出信号。执行部分根据逻辑部分送来的信号，按照预定的任务，动作于断路器跳闸或发出信号。2.1.4继电保护分类按保护所反应的故障类型

接地保护

失磁保护

相间短路保护

匝间短路保护

2.1.4继电保护分类主保护后备保护辅助保护一般用于弥补主保护某些性能的不足，而装设的一种保护。能按要求切除被保护线路（或元件）范围内的短路故障起主要作用的继电保护。当主保护或断路器拒绝动作时起作用的继电保护。有远后备和近后备两种方式。1234562.1.4继电保护分类变压器保护输电线路保护发电机保护母线保护电动机保护按被保护的对象

电容器保护2.1.4继电保护分类按保护所反应的物理量

电流保护电压保护方向电流保护距离保护差动保护高频保护瓦斯保护课上练习选择题1、下列不属于电力系统继电保护的四项基本性能要求的是（）。

（A）可靠性；（B）安全性；（C）选择性；（D）快速性。2、属于二次设备的是（）。

（A）母线；（B）断路器；（C）电流互感器；（D）继电器。BD3、当系统发生故障时，正确地切断离故障点最近的断路器，是继电保护的（）的体现。

（A）快速性；（B）选择性；（C）可靠性；（D）灵敏性。4、以允许的可能最快速度动作于断路器跳闸，以断开故障或终止异常状态的发展，是继电保护的（）的体现。

（A）灵敏性；（B）快速性；（C）可靠性；（D）选择性。课上练习BB判断题1、电力系统继电保护的四项基本性能要求为可信赖性、安全性、选择性和快速性。（）2、继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本设备，任何电力元件不得在无保护的状态下运行。（）课上练习

×√3、继电保护在电力系统的主要作用是防止事故的发展，限制事故的影响范围，最大限度的确保安全发、供电。（）4、电力系统继电保护的四项基本性能要求为可靠性、选择性、快速性和灵敏性。（）课上练习√√5、快速切除故障，是为了提高电力系统的暂态稳定性。（）6、不重要的电力设备可以在短时间内无保护状态下运行。（

）课上练习√×2.2继电保护配置及原理继电保护的对象输电线路变电站母线主变压器电抗器站用电变压器电容器发电机电动机……线路保护母线及失灵保护变压器保护站用变保护电容器保护电抗器保护发电机保护电动机保护……2.2继电保护配置及原理1#主变220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母线路线路线路站用变电容器线路母线保护范围线路保护范围1#主变220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母线路线路线路站用变电容器线路1#主变220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母线路线路线路站用变电容器线路1#主变220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母线路线路线路站用变电容器线路1#主变220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母线路线路线路站用变电容器线路1#主变220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母线路线路线路站用变电容器线路1#主变220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母线路线路线路站用变电容器线路1#主变220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母线路线路线路站用变电容器线路1#主变220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母线路线路线路站用变电容器线路1#主变220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母线路线路线路站用变电容器线路1#主变220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母线路线路线路站用变电容器线路1#主变220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母线路线路线路站用变电容器线路1#主变220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母线路线路线路站用变电容器线路1#主变220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母线路线路线路站用变电容器线路主变保护范围2.2继电保护配置及原理

2.2.1

220kV线路保护保护构成主保护纵联差动保护纵联距离（方向）保护后备保护三段式相间、接地距离保护阶段式零序保护

2.2.1

220kV线路保护2.2.1.1220kV线路保护----主保护纵联保护：是利用线路两端的电气量在故障与非故障时的特征差异构成保护。

如何比较两端的电气量？本端电气量信息告诉对端，对端电气量信息告诉本端。2.2.1.1220kV线路保护----主保护

通道类型：

电力线载波通道微波通道光纤通道导引线通道

随着电网的建设发展，线路保护通道将实现全面光纤化。2.2.1.1220kV线路保护--主保护2.2.1.2220kV线路保护

----后备保护

——阻抗测量——电路中通过的电流与它两端的电压成正比，与它的电阻成反比。

欧姆定律距离保护2.2.1.2220kV线路保护

----后备保护短路故障时

距离保护是反映被保护线路始端电压和线路电流的比值而工作的一种保护，这个比值称为测量阻抗正常运行时IZUIZU负载阻抗，其值较大短路阻抗，其值较小2.2.1.2220kV线路保护

----后备保护距离保护的由来就是保护安装处与短路点之间的距离距离保护的定义距离保护就是根据故障点至保护安装处的距离来确定动作时间的一种保护方式

因为距离保护时根据测量阻抗的大小来反映故障点的远近，故称为距离保护。由于它是反映阻抗参数而工作的，故有时也成为阻抗保护。2.2.1.2220kV线路保护

----后备保护距离保护属于反应单端电气量变化而构成的保护。距离保护的配置一般为三段式。距离保护的优点是基本不受系统运行方式变化的影响。其中，距离I段不受系统运行方式的影响。2.2.1.2220kV线路保护

----后备保护单击此处编辑课程编码2.2.1.3220kV线路保护----主流厂家设备RCS-931WXH-803CSC-103课上练习1、既能保护本线路全长，又能保护相邻线路全长的保护是（）。(A)距离Ⅰ段； (B)距离Ⅱ段；(C)距离Ⅲ段(D)高频距离保护。2、高频保护的范围（）。（A）本线路全长；（B）相邻一部分；（C）本线路全长及下一段线路的一部分；（D）相邻线路。CA课上练习220kV线路保护是如何配置的？主保护：纵联差动保护纵联距离（方向）保护后备保护：三段式的相间距离保护三段式的接地距离保护阶段式零序保护。2.2.2220kV母线保护的配置2.2.2220kV母线保护的配置保护构成母线差动保护断路器失灵保护母联死区保护母联失灵保护母联过流保护220kV1母220kV2母线路1线路2母联I1IMLI2母线差动保护基本原理：基尔霍夫电流定律母联非全相保护（选配）2.2.2.1220kV母线保护----母线差动保护220kV1母220kV2母线路1线路2母联I1IMLI2母线差动保护基本原理：基尔霍夫电流定律母线发生故障时：例如1号母线故障I1I1I1故障母线的选择：1母小差：2母小差：如图所示，220kV母线配置有差动保护，电流值为二次流入保护的电流，（各断路器CT变比相同），试求大差和I母小差、II母小差各多少安？

课上练习区外故障IIIML*****I2I1IMI3I42.2.2.1220kV母线保护----母线差动保护区内故障IIIML*****I2I1IMI3I4K22.2.2.1220kV母线保护----母线差动保护区内故障IIIML*****I2I1IMI3I4K12.2.2.1220kV母线保护----母线差动保护220kV1母220kV2母线路1线路2母联断路器拒动线路4线路3断路器失灵保护是"近后备"中防止开关拒动的一项有效措施，当断路器拒动时快速切除相连的其它电源支路，保证系统稳定。2.2.2.2220kV母线保护----断路器失灵保护2.2.2.3220kV母线保护

----母联断路器相关保护

母联死区保护母联失灵保护充电过流保护（选配）非全相保护（选配）220kV1母220kV2母线路1线路3母联断路器母联充电保护当任一组母线检修后再投入之前，利用母联断路器对该母线进行充电试验时可投入母联充电保护，当被试验母线存在故障时，利用充电保护切除故障。母线故障大多是单相接地短路和由其引起的相间短路。造成母线故障的主要原因有：1）母线绝缘子和断路器套管的闪络；2）装设在母线上的电压互感器及装设在断路器和母线之间的电流互感器发生故障；3）操作切换时引起空气断路器和隔离开关的支持绝缘子损坏；4）因为空气污秽，其中含有损坏绝缘子的气体或固体物质而导致的闪络等；5）由于运行人员的误操作，如带负荷拉隔离开关产生电弧而引起母线故障等。

2.2.2.4220kV母线保护----造成母线故障的原因继电保护的基本配置单击此处编辑课程编码2.2.2.5220kV母线保护----主流厂家设备RCS-915WMH-800CSC-150课上练习造成母线故障的的主要原因有哪些？

1）母线绝缘子和断路器套管的闪络；2）装设在母线上的电压互感器及装设在断路器和母线之间的电流互感器发生故障；3）操作切换时引起空气断路器和隔离开关的支持绝缘子损坏；4）因为空气污秽，其中含有损坏绝缘子的气体或固体物质而导致的闪络等；5）由于运行人员的误操作，如带负荷拉隔离开关产生电弧而引起母线故障等。

2.2.3变压器保护的配置继电保护的基本配置单击此处编辑课程编码2.2.3.1变压器保护的配置保护构成主保护后备保护瓦斯保护（非电量）纵联差动保护（电气量）其他非电量保护复合电压闭锁过流（方向）保护零序过流（方向）保护间隙电流及零序电压保护过负荷保护失灵联跳主变各侧保护冷却器全停保护油面（绕组）温度高保护压力释放保护2.2.3.2变压器保护——差动保护

差动保护是变压器的主保护，主要反应变压器油箱内部、外部套管和引出线的相间和接地短路故障，以及绕组的匝间短路故障（短接匝数较多）差动保护是按比较被保护的变压器各侧电流的大小和相位的原理实现的。单击此处编辑课程编码1#主变220kV1母220kV2母110kV1母110kV2母10kV1段IHIMIL变压器差动保护基本原理：基尔霍夫电流定律2.2.3.3变压器保护——差动保护单击此处编辑课程编码2.2.3.4变压器保护——瓦斯保护瓦斯保护的概念油箱内各种短路故障，特别是对绕组的相间短路和匝间短路。由于短路点电弧的作用，将使变压器油和其它绝缘材料分解，产少气体。气体从油箱经连通管流向油枕，利用气体的数量及流速构成瓦斯保护。

2.2.3.4变压器保护——瓦斯保护

2.2.3.5变压器保护——后备保护

为什么还要配置变压器后备保护？

变压器作为重要的电气元件，不仅装设具有快速动作的主保护（瓦斯和纵差），还装设有反应相间短路和接地故障的后备保护。既能反应变压器内部故障作主保护的近后备，又能反应变压器外部故障，作相邻元件的远后备。继电保护的基本配置单击此处编辑课程编码2.2.3.6变压器保护——主流厂家设备RCS-978WBH-800PST-1200RCS-974非电量保护3、气体(瓦斯)保护是变压器的()。（A）主后备保护；（B）内部故障的主保护；（C）外部故障的主保护；（D）外部故障的后备保护。课上练习B4、变压器的纵差动保护（）。（A）能反应油箱内部的故障；（B）只能反应油箱内部的故障；（C）不能反应油箱内部的故障。5、变压器差动保护范围为（）。（A）变压器低压侧；（B）变压器高压侧；（C）变压器两侧TA之间设备；（D）变压器中间侧。课上练习AC课上练习6、距离保护第一段动作，切除故障的时间是（）。(A)绝对零秒；(B)保护装置与断路器固有的动作时间；(C)可以按需要而调整；(D)0.1s。7、变压器发生内部故障时的主保护是（）保护。（A）瓦斯；（B）过电压；（C）过流。BA课上练习8、变压器装设的过流保护,是变压器()。（A）负荷过电流主保护；（B）差动、瓦斯保护后备保护；（C）线圈相间短路过电流主保护。9、断路器失灵保护是()。（A）主保护；（B）近后备保护；（C）辅助保护；（D）远后备保护。BB课上练习10、所谓母线充电保护是（）。（A）母线故障的后备保护；（B）利用母线上任一断路器给母线充电时的保护；（C）利用母联断路器给另一母线充电时的保护。C课上练习判断题

1、距离保护是利用线路阻抗元件反映短路故障的保护装置。（）2、变压器外部有穿越电流流过时，气体继电器动作。（）3、所谓微机变压器保护双重化指的是双套差动保护和一套后备保护。（）√

×

×

课上练习判断题

4、变压器的后备保护，主要是作为相邻元件及变压器内部故障的后备保护。（）5、差动保护范围是变压器各侧TA之间的设备。（）√

√

2.2.4

微机保护装置的硬件组成一般典型的微机保护硬件结构是由五个部分构成的，即数据处理系统（微机主系统）、数据采集系统（模拟量输入系统）、数字量(开关量）输入/输出系统、人机接口、电源系统。2.2.4

微机保护装置的硬件组成光耦电源交流低通滤波CPU通信信号跳闸出口电源系统cpu系统输出系统输入系统2.2.4

微机保护装置的硬件组成人机接口装置的正面面板布置图

课上练习选择题

1、把交流电转换成直流电的过程叫（）。

（A）变压；（B）稳压；（C）整流；（D）逆变。2、把直流电转换成交流电的过程叫（）。

（A）变压；（B）稳压；（C）整流；（D）逆变。

C

D

课上练习微机保护硬件系统通常包括哪几个部分?

微机保护硬件系统通常包含以下五个部分：（1）数据处理单元，即微机主系统；（2）数据采集单元，即模拟量输入系统；（3）数字量输入/输出系统，即开关量输入/输出系统；（4）人机接口；（5）逆变电源。

3自动装置基本知识单击此处编辑课程编码电力网中的自动装置包括备用电源自动投入装置、自动重合闸装置、自动并列装置、低频低压减载装置、自动解列装置、安全稳控装置、故障录波装置、故障测距装置等。

应用：主要用于输配电线路二次系统中，对线路断路器的非手动（包括遥控）分闸进行重新合闸操作。变电二次设备及系统据统计，架空输电线路上有90%的故障是瞬时性的故障，如雷击、鸟害。3.1

自动重合闸变电二次设备及系统1、提高了供电的可靠性。2、补救保护误动、人员误碰、机构失灵导致的断路器的误跳闸。3、提高了系统并列运行的稳定性。自动重合闸的作用3.1

自动重合闸变电二次设备及系统自动重合闸的方式单相重合闸三相重合闸综合重合闸重合闸停用重合闸的起动方式位置不对应起动保护起动3.1

自动重合闸自动重合闸与继电保护的配合方式自动重合闸与继电保护的前加速配合方式自动重合闸与继电保护的后加速配合方式3.2备用电源自动投入装置定义：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，简称备自投装置。变电二次设备及系统作用：提高供电的可靠性。基本要求1、应保证工作电源断开后，备用电源才能投入。2、工作母线不论任何原因电压自行消失，备用电源均应投入。3、备用电源只能投入一次。4、若电力系统内部故障使工作电源和备用电源同时消失时，备自投装置不应动作。5、备自投装置应配有减负荷功能。6、备用电源投于故障时，继电保护应加速动作。7、备自投装置的动作时间以使负荷的停电时间最短为原则。变电二次设备及系统3.2备用电源自动投入装置分段（桥）备自投段PTPTICT1DL110kV-ⅡⅠ母线Ⅱ母线3DL2DL110kV-Ⅰ段2CT1线路PT2线路PT电源1电源2举例13.2备用电源自动投入装置进线备自投方式1段PTPTICT1DL110kV-ⅡⅠ母线Ⅱ母线3DL2DL110kV-Ⅰ段2CT1线路PT2线路PT进线1进线2举例23.2备用电源自动投入装置进线备自投方式2段PTPTICT1DL110kV-ⅡⅠ母线Ⅱ母线3DL2DL110kV-Ⅰ段2CT1线路PT2线路PT进线1进线2举例33.2备用电源自动投入装置课上练习判断题1、为了使用户的停电时间尽可能短，备用电源自动投入装置可以不带时限。（）2、误碰保护引起断路器跳闸后，自动重合闸不应动作。（）×

×

课上练习对备用电源自动投入装置的基本要求有哪些？1、应保证工作电源断开后，备用电源才能投入。2、工作母线不论任何原因电压消失，备用电源均应投入。3、备用电源只能投入一次。4、若电力系统内部故障使工作电源和备用电源同时消失时，备自投装置不应动作。5、备自投装置应配有减负荷功能。6、备用电源投于故障时，继电保护应加速动作。7、备自投装置的动作时间以使负荷的停电时间最短为原则。4

变电站监控系统安全监视与数据处理记录数据采集控制与操作闭锁谐波分析与监视电能量运行参数统计计算故障录波事件顺序记录模拟量遥测越线告警五防系统开关量遥信变压器分接头遥调QFQS操作遥控监控系统4.1数据采集数据采集：对一次运行设备的各种状态信息进行采集主要内容模拟量（遥测量）：电压，电流和功率值，频率等。此外还有变压器油温，变电站室温，直流电源电压，所用电电压和功率等。

开关量（遥信量）：断路器状态，隔离开关状态，变电站一次设备状态及报警信号，变压器分接头位置信号，继电保护动作信号等。电能量：又称脉冲量，指电能表输出的电度量。变电所内运行参数和设备的越限报警及记录

越限报警：在监控系统运行过程中，对采集的电流、电压、主变压器温度、频率等量，不断进行越限监视，如发现越限，立刻发出告警信号（信号和音响提示），同时记录和显示越限时间和越限值。另外，还要监视保护装置是否失电，自控装置工作是否正常等。记录：监视及越限告警均保存到数据库中，便于以后进行事故或缺陷分析，或供检修参考。4.2数据处理和记