第七章继电保护自动装置

电工进网作业许可考试参考教材高压理论官卫东广东省南方电力职业培训学院第七章继电保护自动装置与二次回路第一节继电保护任务及二次回路第二节变压器保护第三节电力线路保护第四节变电所微机保护监控装置简介第五节电力系统自动装置第六节二次回路基本知识第七节变电所操作电源第一节继电保护任务及其基本要求一、继电保护的任务继电保护装置是反应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。1.当电气设备发生短路故障时，能自动迅速地将故障设备从电力系统切除，避免故障元件继续遭到破坏，，使故障元件迅速恢复正常运行，将故障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态时，保护装置能自动发出报警信号，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。其任务为二、继电保护的基本要求2.选择性3.速动性3.灵敏性1.可靠性继电保护的基本要求二、继电保护的基本要求1.可靠性需要动作时不拒动，不需要动作时不误动。2.选择性选择故障元件的能力。2.选择性是通过合理的定值整定上下级的动作时间来实现。上下级保护动作时限差一般取0.3-07S。二、继电保护的基本要求3.速动性1.定义：速动性是指快速切除故障的性能。2.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0.06~0.12s;最快的可达0.01~0.04s;一般的断路器的动作时间为0.06~0.15s;最快的可达0.02~0.06s。二、继电保护的基本要求4.灵敏性灵敏性是指继电保护对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、继电保护装置的分类1.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。2.按保护原理分为电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护和零序保护等。三、继电保护装置的分类3.按保护所反应故障类型分类分为相间距离保护、接地距离保护、匝间短路保护、断相保护、失步保护及过励磁保护。4.按保护所起的作用分类分为主保护、后备保护和辅助保护。辅助保护为补充主保护和后备保护的性能或相当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护后备保护远后备保护近后备保护主保护或断路器拒动时，又相邻设备或线路的保护来实现的后备保护主保护拒动时，又本设备或线路的另外一套保护来实现的后备保护主保护能以最快的速度有选择地切除被保护元件故障的保护三、继电保护装置的分类四、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段的自动装置。继电器常用接点有动合触点和动断触点。动合触点是指继电器不动作时处于断开状态的接点。动断触点是指继电器不动作时处于闭合状态的接点。常用的继电器有：（一）电磁式电流继电器（二）电磁式电压继电器（三）电磁式时间继电器（四）电磁式中间继电器（五）电磁式信号继电器（六）感应式电流继电器四、常用继电器介绍1.电磁式电流互感器KA反应电流增大到某一定值及以上动合（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。四、常用继电器介绍动作电流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。返回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动作电流。返回系数继电器返回电流除以动作电流。要求0.85-0.9之间。四、常用继电器介绍2.电磁式电压继电器KV四、常用继电器介绍电压继电器包括过电压继电器和低电压继电器两种。1.过电压继电器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到闭合状态的继电器。动作电压使继电器动合接点由断开到闭合状态的最小电压。返回电压使继电器动合接点由闭合到断开状态的最大电压。返回系数返回电压除以动作电压。四、常用继电器介绍2.低电压继电器

反应电压下降到某一整定值及以上动断接点由断开到闭合状态的继电器动作电压返回电压返回系数使继电器动断接点由断开状态到闭合状态的最大电压。使继电器动断接点由断开状态到闭合状态的最小电压。返回电压除以动作电压。四、常用继电器介绍3.电磁式时间继电器KT四、常用继电器介绍用于建立保护所需要的延时时间的继电器叫时间继电器，具有延时动合接点。延时动合接点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、常用继电器介绍4.电磁式中间继电器KM在继电保护中，用于增加触点数量和容量的继电器。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、常用继电器介绍四、常用继电器介绍5.电磁式信号继电器KS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，要有机械或电器自保持，直至相关事宜处置完毕再手动恢复信号挂牌装置。12246四、常用继电器介绍6.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。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。四、常用继电器介绍

继电保护与二次回路常用电气符号五、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流按一定的变比变换成二次较小电流，供给测量仪表和继电器，同时还可以使二次设备与一次高压隔离，保证人身安全与设备的安全。不完全星形接线完全星形接线两相电流差接线方式三角形接线方式电流互感器的接线方式五、继电保护用电流互感器五、继电保护用电流互感器1.三相星形接线三相均装有电流互感器，各相电流互感器绕组和电流继电器的线圈串联，然后接成星形连接。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。五、继电保护用电流互感器2.两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。两相不完全星形接线方式可以实现相间短路保护。不能反映B相接地故障。五、继电保护用电流互感器3.两相电流差接线方式电流互感器装在两相上，其其差电流接入电流继电器线圈。通常用在6kv~10kv中性点不接地系统中以保护较小容量的高压电动机。五、继电保护用电流互感器4.三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。主要应用于Y，d接线的变压器差动保护装置。第二节变压器保护变压器故障一、电力变压器的故障和异常运行状态变压器故障分为油箱内故障和油箱外故障。变压器油箱内故障包括绕组之间的相间短路、一相绕组中发生的匝间短路、绕组与铁芯或外壳之间发生的单相接地短路等；变压器油箱外故障包括引出线发生的各种相间短路、引出线套管闪络或破碎时通过外壳发生的单相接地短路等。一、电力变压器的故障和异常运行状态变压器异常运行状态变压器异常运行包括过负荷、油箱漏油造成的油面降低、外部短路引起的过电流等。变压器处于异常运行时，应发出信号。二、电力变压器保护设置要求1.电流速断保护变压器容量在10000kVA以下（中小型）的变压器、当过电流保护动作时间大于0.5s时，用户3～10kV配电变压器的继电保护。2.瓦斯保护油浸式变压器在800kVA及以上，或车间内装设的容量在400kVA及以上的油浸变压器3.纵差动保护对于容量在10000kVA及以上（中大型）的单独运行变压器，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以上且电流速断保护灵敏度不满足要求的变压器，应装设差动保护主保护二、电力变压器保护设置要求4.过电流保护用于反应外部相间故障引起的变压器过电流，并作为变压器主保护的后备保护。5.零序保护用于反应中性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。6.过负荷保护用于反应400kVA及以上变压器的三相对称负荷。过负荷保护只需取一相电流，延时动作与信号。后备保护三、变压器过电流保护1.定时限过流保护装设在变压器电源侧,反映外部短路的过流,及作为速断的后备保护.动作电流按躲过变压器可能出现的最大负荷电流整定。三、变压器过电流保护定时限过流保护三、变压器过电流保护2.反时限过流保护

动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。四、变压器电流速断保护对于中、小容量的变压器，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。动作电流整定按躲过变压器负荷侧母线短路时流过保护的最大短路电流，一般应大于变压器额定电流3~5倍以躲过变压器空载投入时励磁涌流。动作无延时，即延时0s。四、变压器电流速断保护对于中、小容量的变压器，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。动作电流整定按躲过变压器负荷侧母线短路时流过保护的最大短路电流，一般应大于变压器额定电流3~5倍以躲过变压器空载投入时励磁涌流。动作无延时，即延时0s。五、变压器纵差动保护电力变压器差动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不平衡，防止由此出现误动做来整定，动作时间取0S。五、变压器纵差动保护外部故障外部短路时，流入差动继电器KD的电流是变压器两侧电流的二次值之差。外部短路内部短路五、变压器纵差动保护内部故障1.如果变压器只有一侧有电源，则只有该侧的电流互感器二次电流流入差动继电器；2.如果变压器两侧有电源，则两侧的电流互感器二次电流都流入差动继电器，且数值相加（之和）。外部短路内部短路六、变压器瓦斯保护当变压器油箱内部发生故障时，短路电流产生电弧使变压器油和绝缘介质分解，产生大量气体，而且故障越严重，产生的气体越多，反应这种气体而动作的保护，称为气体保护，也称瓦斯保护。变压器气体保护分轻瓦斯和重瓦斯保护两部分。轻瓦斯保护动作时，只发信号；重瓦斯保护时，瞬时切除变压器。瓦斯继电器是构成瓦斯保护的主要元件，它安装在油箱与油枕之间的连接管道上瓦斯继电器出口中间继电器信号继电器连接片瓦斯保护原理接线六、变压器瓦斯保护控制小母排及熔断器重瓦斯试验及信号启动轻气体保护轻瓦斯保护重瓦斯跳闸信号回路重瓦斯试验保护信号小母排及熔断器轻瓦斯保护+BFS+BC-BC2KS1KSKG2KG11KS2KS2KM2KMKM-IKM1KMXBQF1QF2YR1YR21234XBKM-UR1R2六、变压器瓦斯保护瓦斯保护原理图第三节电力线路保护一、过电流保护电力用户6kV~10kV线路的继电保护，一般配置电流速断和过电流保护。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，动作时间采取阶梯原则。一、过电流保护1.动作电流整定1.在系统正常运行时不动作，动作电流应大于线路的最大负荷电流，即2.外部故障切除后，应能够可靠返回。此时需要考虑可能存在负荷中电动机自起动过程造成的负荷电流增大，所以应满足关系:过流保护～ABCL3L2L11QF2QF3QF123K1K2一、过电流保护2.时间整定1.按阶梯原则整定(位于电源的上一级时间要比下一级保护时间长.2.线路L1和L2和L3的定时限电流保护动作时间整定如下：过流保护动作时间一般1~1.2秒～ABCL3L2L11QF2QF3QF123K1K2t一、过电流保护二、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三相最大短路电流整定计算的。电力线路限时电流速断，动作电流和相邻线路动作动作电流配合整定，时限一般取0.5S，动作电流由下式整定：三、限时电流速断保护四、三段式电流保护电流速断、限时电流速断、定时限过电流保护都是反应电流增大而动作的装置。1保护I1段保护范围1保护1段保护范围2保护I段保护范围1保护II1段范围

三段式电流保护保护范围示意图四、三段式电流保护

三段式电流保护接线原理图I段II段III段四、三段式电流保护

三段式电流保护接线展开图I段

三段式电流保护接线展开图II段二次回路组成图四、三段式电流保护四、三段式电流保护1.归总式原理图的特点（1）二次接线图与一次系统接线的相关部分画在一张图上，电气元件的线圈与触点以整体形式表示，表明各二次设备构成、数量、电气连接关系，直观、形象；（2）电气元件采用统一的文字符号，按动作顺序画出；（3）缺点是不能表明电气元件内部接线、二次回路的端子号、导线的实际接线方式。四、三段式电流保护2.归总式原理图的应用

归总式原理图可用来分析保护动作行为。归总式原理图可作为二次回路设计、绘制展开式原理图等其他工程图的原始依据，但不能直接作为施工图纸。四、三段式电流保护3.展开式原理接线图

展开式原理接线图简称展开图。

展开图按供给二次回路的独立电源划分，将交流回路、交流电压回路、直流操作回路、信号回路分开表示．4.展开式原理图的特点（1）按不同电源回路划分成多个独立回路；（2）在图形上方有统一规定的文字符号；（3）各导线、端子有统一规定的回路编号和标号。5.展开式原理图的回路标号四、三段式电流保护交流回路进行标号有以下原则：（1）交流回路按相别顺序标号，例如如图8-11（a）交流回路中的A411、C411、N411；（2）交流回路按照用途不同使用不同的数字组，例如电流回路用400～599、电压回路用600～799；（3）互感器回路在限定的数字组范围内，自互感器引出端按顺序编号。例如TA1用411～419、TV2用621～629；（4）某些特定交流回路采用专用的编号组。五、低电压保护和电流方向保护图所示三段式电流保护加装功率方向元件后，即可构成三段式方向电流保护。五、低电压保护和电流方向保护功率方向继电器多电压应有“记忆”作用，从而消除电压死区六、高压电动机保护1.高压电动机的故障和异常运行状态高压电动机通常指3～10kV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（包括供电电缆相间短路故障）、单相接地短路以及一相绕组的匝间短路。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。定子绕组的相间短路是电动机最严重的故障。2.高压电动机保护配置六、高压电动机保护对于容量在2000kW及以下的高压电动机常用的电流保护为电流速断保护（或电流纵差保护）和过负荷保护。容量在2000kW及以上的高压电动机常用的电流保护为电流纵差保护。七、3kV~10kV高压电力电容器组保护1.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接短路。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。2.高压电容器组保护配置采用电流速断保护和延时电流速断保护。

电流速断保护动作电流取电容器组额定电流的2~2.5倍，动作时间为0秒。

延时电流速断保护动作电流取电容器组额定电流的1.5~2倍，动作时间为0.2秒，以避开合闸涌流。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（二）可靠性高（三）动作准确率高（四）容易获取各种附加功能（五）保护性能容易得到提高（六）使用灵活、方便（七）具有远方监控的特性二、微机保护装置硬件系统的一般构成可分为六部分：（1）数据采集单元即模拟量输入系统。（2）继电功能回路（微机主系统）。（3）开关量输入/输出回路。（4）人机接口回路。（5）通信回路。（6）电源回路。三、微机保护的主要功能主要功能包括保护、测控、信息三个方面1.110kV及以下线路保护测控装置的功能2.站用变压器或接地变压器的保护测控装置的功能3.110kV及以下并联电容器组保护测控装置的功能四、微机保护监控装置的运行维护1.110kV及以下线路保护测控装置的运行异常报警2.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3.110kV及以下并联电容器组保护测控装置的运行异常报警功能四、微机保护监控装置的运行维护2、PT断线：当正序电压小于30V而任一相电流大于0.1A时或负序电压大于8V时延时10s报母线，发出运行异常告警信号，待电压恢复正常后装置延时1.25s自动把PT断线报警返回。10、接地报警：装置自产零序电压大于30V时，延时15s报警。P253、P254第五节

电力系统自动装置一、自动重合闸装置1.自动重合闸的作用

1）发生瞬时故障时自动恢复正常供电，提高供电可靠性；

2）弥补继电保护选择性不足，纠正各种情况造成的断路器的误跳闸；

3）与继电保护配合，在很多情况下能够加速切除故障；

4）对双侧电源供电的线路，提高并列运行的稳定性。一、自动重合闸装置2.对自动重合闸装置的基本要求1.采用由控制开关位置与断路器位置不对应的原则来起动重合闸。同时也允许由保护装置来起动，但此时必须采取措施来保证自动重合闸能可靠动作2.手动或遥控操作断开断路器及手动合闸于故障线路，断路器跳闸后，自动重合闸不应动作。3.自动重合次数应符合预先规定，即使ARD装置中任一元件发生故障或接点粘接时，也应保证不多次重合。一、自动重合闸装置4.采用由控制开关位置与断路器位置不对应的原则自动重合闸在完成动作以后，一般应能自动复归，准备好下一次再动作。5.当断路器因继电保护动作或其它原因而跳闸时，自动重合闸装置均应动作。6.自动重合闸应有闭锁功能(如按频率减负、主变母线保护动）7.自动重合闸应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电器保护的动作。电力线路的自动重合闸（ARD）装置一、自动重合闸装置二、备用电源自动投入装置备用电源自动投入装置,是当工作电源因故障自动跳闸后，自动地将备用电源投入的一种自动装置，简称备自投。备用电源自动投入装置动作时，通过后备用香炉断路器或备变压器实现备用电源的自动投入。对备用电源自动投入装置的基本要求二、备用电源自动投入装置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.备用电源投于故障时，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。二、备用电源自动投入装置明备用：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：正常情况下没有明显断开的备用电源或备用设备或备用线路，而是工作在分段母线状态，靠分段取得相互备用二、备用电源自动投入装置明备用与