第二章电气二次系统概述

主讲人：胡静Email：hujing0909@163.com2013.07电力系统

继电保护原理第二章电气二次系统概述一、继电保护、自动装置、二次回路二、对继电保护的基本要求三、保护装置的基本构成四、继电保护的发展简史五、继电保护学习的特点一、继电保护、自动装置、二次回路

电力系统的三种状态：故障、异常状态、正常状态

（1）故障状态：发生短路故障，各种型式的相间、接地短路故障。.短路故障产生的后果：

电流：Id增大电压：Ud降低电流电压间的相位角：发生变化1、继电保护故障的对策：一旦故障发生，必须迅速而准确地切除故障设备，保证电力系统的安全。切除故障的时间要求小到十分之几甚至百分之几秒。（2）异常运行状态：电力系统设备的电流过大、电压过高等不正常状态。异常运行状态产生的后果：电力设备的电流过大会使设备载流部分和绝缘材料的温度不断升高，加速绝缘的老化和损坏，可能发展成故障。异常运行状态产生的对策：一旦电力系统设备发生不正常运行状态，应该发出告警信号、减负荷或跳闸。

（3）正常状态：电力系统的电压、频率正常。不需采取措施。

电力系统中的发电机、变压器、输电线路、母线以及用电设备，一旦发生故障，迅速而有选择性地切除故障设备，既能保护电力设备免遭损坏，又能提高电力系统运行的稳定性，是保证电力系统及其设备安全运行最有效的方法之一。切除故障的时间通常要求小到几十毫秒到几百毫秒，实践证明，只有装设在每个电力元件上的继电保护装置，才能完成这个任务。继电保护装置（RelayProtection），就是指能反应电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。继电保护装置除了在故障和不正常运行的很短时间内动作外，长期是不动作的，被喻为电力系统的“无声警卫”。继电保护在电力系统中的地位电力系统继电保护的作用

QF表示断路器，它的作用是接收跳闸命令后，迅速切断短路电流。

当线路L1上发生短路故障时，继电保护迅速反应这个短路故障，发出跳闸命令给断路器QF1，断路器QF1接收了命令后，打开触头，切断短路电流。

由于要求切除故障的速度要很快，只能通过自动的继电保护装置来完成。

继电保护装置的基本任务

(1)自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到损坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行。

即故障时发出跳闸命令。(2)反应电气元件的不正常运行状态，根据运行维护的具体条件（如有无经常值班人员）和设备的承受能力，发出警报信号、减负荷或延时跳闸。即不正常工作时发出告警信号。2、自动装置

分为自动调节装置和自动操动装置。（1）自动调节装置为了保证电能质量、消除系统异常运行状态等对某些电量实施自动的调节。如：同步发电机励磁自动调节系统、电力系统频率自动调节等。（2）自动操作装置为了提高电力系统的供电可靠性、自动化程度和保证安全运行。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。3、二次回路

电力系统分为一次系统和二次系统。电力设备分为一次设备和二次设备一次设备：对电能直接进行生产、传输和分配电能的设备，如发电机、变压器、断路器、母线、输电线路等。二次设备：对一次设备进行监视、控制、测量和保护的设备，如继电保护装置、操作用的直流电源等。（1）一次系统由一次设备及相互的连接电路组成。（2）二次系统也称二次回路，由二次设备及相互的连接线路组成。主要包括继电保护、自动装置、测量仪表、控制、信号和操作电源等子系统。二、对继电保护的基本要求1、选择性2、速动性3、灵敏性4、可靠性1、选择性

保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小。即跳开离故障位置最近的断路器。短路点主保护后备K1跳1、2/K2跳5跳1、3K3跳6跳5主保护:反映元件严重故障，快速动作于跳闸的保护后备保护：主保护不动作时备用的保护，由相邻设备的保护来完成。

为了保证可靠性，选择性包含2种意思：（1）正常情况下只应由装在故障元件上的保护装置动作切除故障；（2）当电气设备的主保护不能切除故障时，力争相邻设备的保护装置对它起到后备保护的作用。短路点主保护远后备近后备K2跳5跳1、3跳2、4K3跳6跳5/远后备保护：位于其它变电站、发电厂中的后备保护；近后备保护：位于本变电站、发电厂中的的后备保护；2、速动性（迅速性）定义：继电保护装置要以尽可能短的时间将故障从电网中切除。

优点：（1）提高电网的稳定性；（2）加快非故障部分的恢复供电；（3）减轻故障设备的损坏程度。故障切除时间＝保护装置动作时间＋断路器动作时间保护装置的动作时间为：微机保护最快：0.01～0.04秒，即0.5～2个周期就动作；电磁式保护：0.06～0.12秒，即3～6个周期就动作断路器的动作时间为：最快：0.02～0.06秒，即1～3个周期断开电流；一般：0.06～0.15秒，即3～7个周期断开电流3、灵敏性

指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态时的反应能力。要求：任何运行方式下，被保护设备范围内发生故障，不论短路点的位置、类型、是否有过渡电阻，保护都能灵敏感觉，正确动作。

保护的灵敏度通常用灵敏系数来衡量。

灵敏系数：常见不利运行方式和不利故障类型下通入装置的故障量和整定动作值之比。反应数值上升的保护：反应数值下降的保护：

都要求大于1上下级保护的灵敏性问题：上一级保护的灵敏度应高于下一级保护的灵敏度：下一级保护的动作延时应高于上一级保护的动作延时：目的：防止上一级保护误动作，保证选择性的条件之一。4、可靠性定义：当保护范围内部故障时必须动作（不拒动），当外部故障时不动作（不误动）。包括两个方面：（1）不拒动，即可信赖性（2）不误动，即安全性影响可靠性的因素：内在：装置本身的质量，包括元件好坏、结构设计的合理性、制造工艺水平、内外接线简明，触点多少等；外在：运行维护水平、调试是否正确、正确安装需要根据电力系统和负荷的具体情况，对可靠性的两个方面（不拒动、不误动）的性能要求适当地予以协调。

在系统有充足的旋转备用容量、各元件之间联系十分紧密的情况下，应着重强调不拒动的可靠性；反之，则应强调不误动的可靠性。

对于传送大功率的输电线路保护，一般宜于强调不误动；而对于其它线路保护，则往往强调不拒动。对于大型发电机组的继电保护，无论拒动或误动跳闸，都会引起巨大的经济损失，可信赖性和安全性同样重要，因此可采用三中取二的双重化方案或双倍的二中取一双重化方案。

可靠性“四性”之间的关系：矛盾、统一经济性考虑：

选择并配置继电保护装置时，应考虑经济条件，按被保护元件在电力系统中的地位和作用来确定保护方式。对于重要的系统元件，如果选用简单价廉的保护装置，由于技术性能不佳，出现拒动或误动所带来的损失是惊人的。而对较为次要的数量很多的电气元件，则不应装设过于复杂昂贵的保护装置。需要根据电力系统和负荷的具体情况，对这4个方面的要求适当地予以协调。

三、保护装置的基本构成

继电保护的原理：正确区分正常运行和故障或不正常运行状态，当确认被保护设备发生内部故障或不正常运行状态时，发出跳闸命令或告警信号。

继电保护的基本原理的核心：区分正常运行和故障或不正常运行状态。如何区分正常运行和故障或不正常运行状态？正常运行状态：电流：负荷电流，电源侧负荷电流大；电压：±5％内，靠近电源侧的母线电压较高；测量阻抗：负荷阻抗，阻抗模值很大。短路故障状态：电流：Id剧增

过电流保护电压：Ud降低

低电压保护测量阻抗：阻抗模值减小

距离保护

基本原理的总结

电流

I

：故障时增大-

过电流保护

正常状态时

两侧电流相位相反

内部故障时

两侧电流相位相同

－差动保护

电压U

：故障时降低

－低电压保护

阻抗Z

：Z模值减小

－阻抗（距离）保护

非电气量：温度升高

－

瓦斯保护2.继电保护装置的基本构成测量部分：测量有关电气量,与整定值比较,给出“是”、“非”、“大于”、“不大于”、“等于”、“0”、“1”性质的一组逻辑信号,判断保护是否应该启动。逻辑部分：根据测量部分各输出量的大小、性质、出现的顺序或它们的逻辑组合，确定是否应该使断路器跳闸或发出报警信号，并将有关命令传达给执行部分。执行部分：根据逻辑部分的结果，立即或延时发出报警信号和跳闸信号（故障、不正常运行时）。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联接简图。

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。四、继电保护的发展简史

1、继电保护硬件发展晶体管型电磁型感应型电动型集成电路型第一代静态保护第二代静态保护电磁型机电型晶体管型保护集成电路型保护第三代静态保护1901年发明70年代80年代后微机保护1960年发明1970年发明1972年发明90后大量应用

电磁型：体积大，消耗功率大，动作慢，机械转动部分、触点部分容易磨损或粘连，调试维护比较复杂。晶体管型：动作快,无机械转动部分，易发生特性变化。集成电路型：体积更小,工作更可靠，抗干扰能力差。微机保护：（2）维护调试方便，可靠性高；（3）统一硬件，保护装置硬件易标准化；（4）有强大辅助功能，简化调试、事故分析和事故后处理；（5）灵活性大，易于获得附加功能。各种硬件继电保护的特点：电磁型继电保护（现在已很少应用）微机型继电保护装置微机型继电保护装置基本结构硬件软件微机保护装置硬件电路的基本组成

输入/输出回路人机对话系统开关量输入开关量输出数据采集系统微型计算机系统电源部分通信接口跳闸或告警信号外部触点其它计算机TA、TV二次侧i、u+5V+15V-

15V+24V220V或110V+5V供各保护CPU等芯片电源；V运算放大器及VFC模数变换芯片电源；+24V供启动、跳闸及信号、告警继电器电源。保护装置电源插件是逆变开关电源，提供三组稳压电源：过电流保护原理，1901年电流差动保护原理，1908年方向性电流保护，1910年距离保护，1920年高频保护，1927年行波保护，1950年工频变化量保护，1980年，由我国专家提出。继电保护硬件装置不断变化，但保护原理不变。2、继