第七章继电保护自动装置与二次回路

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基本要求

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基本要求一、 继电保护任务二、 继电保护的基本要求三、 继电保护装置的分类四、常用继电器介绍五、继电保护用电流互感器继电保护任务1、继电保护：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。继电保护基本要求

为了迅速准确地切断故障，使电力系统迅速恢复正常，要求继电保护具有足够的可靠性、选择性、速动性和灵敏性。1、可靠性：是指需要动作时不拒动，不需要动作时不误动，这是继电保护装置正确工作的基础。2、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。3、速动性：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。

①一般的快速保护动作时间为0.06s~0.12s，最快的可达0.01s~0.04s。

②一般的断路器的动作时间为0.06s~0.15s，最快的可达0.02s~0.06s。4、灵敏性：是指继电保护装置对其保护范围内故障的反应能力。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。3、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。继电保护装置的分类4、按保护所起的作用分类①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。②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。又分为远后备保护和近后备保护。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。③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。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）感应式电流继电器常用继电器介绍1.电磁式电流继电器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。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。常用继电器介绍2.电磁式电压继电器KV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。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。常用继电器介绍3.电磁式时间继电器KT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。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用继电器介绍常用继电器介绍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继电保护用电流互感器1、三相星形接线 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。2、两相不完全星形接线方式

在中性点非直接接地的电力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。3、两相电流差接线方式4、三角形接线方式

三角形接线方式主要应用与Y，d接线的变压器差动保护装置。 在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300。继电保护用电流互感器第二节变压器保护一、 电力变压器的故障和异常运行状态二、电力变压器保护设置要求 三、变压器过电流保护四、 变压器电流速断保护五、 变压器纵差保护六、 变压器瓦斯（气体）保护电力变压器的故障和异常运行状态1、变压器的故障①油箱内故障：内部绕组匝间或层间绝缘损坏造成的相间短路和匝间短路，直接接地系统侧绕组的接地短路。②油箱外故障：外部绝缘套管及引出线上的多相短路、单相接地短路。2、变压器异常运行状态

主要包括保护范围外部（保护区外）短路引起的过电流、电动机自起动等原因引起的过负荷、油浸变压器油箱漏油造成油面下降等。电力变压器保护设置要求1、电流速断保护（3~10KV配电变压器的继电保护）2、瓦斯（气体）保护

变电所单台油浸变压器容量在800KV•A及以上，或室内装设的容量在400KV•A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。3、纵差动保护

①单台容量10000KV•A及以上，或者单台容量在6300KV•A及以上的并列运行变压器，容量在2000KV•A及以上当采用电流速断保护灵敏度不能满足要求时，根据规程规定应装设电流差动保护。

②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。4、过电流保护（后备保护，都要安装）5、零序保护（反应接地故障，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400KV•A及以上变压器过负荷。）变压器过电流保护1、定时限过电流保护 过电流保护的动作时限一经整定后就固定不变。 动作电流按躲过变压器最大负荷电流来整定2、反时限过电流保护

反时限过电流保护其保护装置的动作时间随电流的大小而变化，电流越大反应时间越短变压器电流速断保护1、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。2、变压器的电流速断保护，其动作电流整定按躲过变压器负荷侧母线短路电流来整定，一般应大于额度电流3-5倍。

3、防止相间短路故障保护，都按不完全星形的两相两继电器接线变压器纵差保护1、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。2、规程规定对于大容量变压器应装设电流纵差动保护。3、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。变压器瓦斯（气体）保护1、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与油枕之间的连接管道中；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。2、轻瓦斯保护动作后发出延时信号3、重瓦斯动作后必须有自保持回路第三节电力线路保护一、 过电流保护二、电流速断保护三、 限时电流速断保护四、 三段式电流保护五、低电压保护和电流方向保护六、 高压电动机保护七、 3KV~10KV高压电力电容器组保护过电流保护1、6~10KV电力线路的继电保护比较简单，一般配置电流速断和过电流保护、或加限时电流速断保护。2、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。过电流保护的动作时间一般在1.0s~1.2s。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。 在本线路上电流速断保护保护不到的区域称为死区。死区内发生短路事故时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。限时电流速断保护1、死区：本线路上电流速断保护不到的区域2、由于电流速断不能保护全线路，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，限时电流速断保护动作时间一般取0.5S。三段式电流保护1、电流速断、限时电流速断和定时限过电流保护三种保护组合构成三段式电流保护。

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。2、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。3、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。低电压保护和电流方向保护

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。这类保护叫方向保护。高压电动机保护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。高压电动机保护2、高压电动机保护设置 高压电动机保护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。①2000KW以下的高压电动机装设电流速断保护，保护宜采用两相式并动作于跳闸。②对单相接地电流大于5A时的电动机，应装设单相接地故障的零序电流保护，单相接地电流为10A及以上时保护装置动作于跳闸；10A以下时，保护装置可动作于跳闸也可动作于信号。③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。④2000KW及以上大容量的高压电机，普遍采用纵联差动保护代替电流速断保护。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。2、高压电容器组保护设置 中小容量的高电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，动作电流可取电容器组额定电流的2~2.5倍。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二、微机保护装置硬件系统的一般构成三、微机保护的主要功能四、微机保护监控装置的运行维护微机保护监控装置的特点1、维护调试方便2、可靠性高3、动作准确率高4、容易获得各种附加功能5、保护性能容易得到提高6、使用灵活方便7、具有远方监控的特性微机保护装置硬件系统的一般构成1、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（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人机接口回路；⑤通信回路；⑥电源回路。2、CPU主系统包括微处理器CPU，只读存储器（EPROM）、随机存储器（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。3、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、信号报警及外部接地输入等工作。4、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。微机保护装置硬件系统的一般构成4、根据模数转换的原理不同，微机保护装置中模拟输入回路有两种方式，一是基于逐次逼近型A/D转换方式，二是利用电压/频率变换（VFC）原理进行A/D转换方式。5、逐次逼近型A/D转换方式包括：电压形成回路、模拟低通滤波器（ALF）、采样保持回路（S/H）、多路转换开关电路（MPX）及模数转换回路（A/D）等功能块。6、利用电压/频率变换（VFC）原理进行A/D转换方式包括：电压形成、VFC回路、光电耦合、计数器等环节微机保护的主要功能微机保护的主要功能包括保护、测控、信息三方面。1、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②测控方面的主要功能③信息方面的主要功能2、站用变压器或接地变压器的保护测控装置的功能（P252）①保护方面的主要功能（三段式负荷电压闭锁的过电流保护）②测控方面的主要功能（专职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；开关事故分合次数统计及事件SOE等）③信息方面的主要功能3、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（P252）②测控方面的主要功能③信息方面的主要功能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（P253）

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1.25s自动把PT断线报警返回。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（P253-254）

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1.25s自动把PT断线报警返回。3、110kV及以下并联电容器组保护测控装置的运行异常报警（P254）

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1.25s自动把PT断线报警返回。第五节电力系统自动装置一、自动重合闸二、备用电源自动投入装置自动重合闸

1、电力系统自动装置分为：自动调节装置和自动操作装置。2、自动调节装置：一般是为了保证电能质量、消除系统异常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。3、自动操作装置：作用对象是某些断路器；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。4、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装置称为自动重合闸装置。备用电源自动投入装置1、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，简称备自投装置。2、对备用电源自动投入装置的基本要求

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。3、备用电源自动投入的一次接线方案

①按照备用方式可以分为：明备用和暗备用。

②按照我国变电站一次接线情况分为：低压母线分段备自投接线和变压器备自投接线。第六节二次回路基本知识一、 二次回路图的分类二、 二次回路的读图方法三、 二次回路的编号二次回路图的分类1、一次设备：发电厂和变配电所中直接与生产和输配电能有关的设备2、二次设备：对一次电气设备进行监视、测量、操纵、控制和起保护作用的辅助设备3、二次回路：由二次设备按一定顺序和要求相互连接构成的电气回路4、二次回路接线图：为便于设计、制造、安装、调试及维护，通常使用图形符号及文字符号按一定规则连接来对二次回路进行描述的图纸。5、按图纸的作用，二次回路的图纸分为（1）原理图：体现二次回路工作原理的图纸，按其表现形式又分为归总式原理图和展开式原理图。（2）安装图：按其作用又分为屏面布置图及安装接线图。

为了配线方便，在安装接线图中对各元件和端子排都采用相对编号法进行编号。二次回路的读图方法1、读图顺序：先交流、后直流，先上后下，先左后右。2、交流部分：先看电源，再看所接元件。3、直流部分：先看线圈，再查接点，每一个接点的作用都要查清。二次回路的编号1、编号的作用①编号的作用：区分二次线②回路编号法：按线的性质、用途进行编③相对编号法：按线的走向、按设备端子进行编号2、回路编号法（