第6章二次系统

第六章电力系统二次系统TheSecondarySystem电力工程2/29/20241河北科技大学电气工程系6.1概述Introduction6.2继电保护的基本知识

BasisofRelayProtection2/29/20242Thursday,February29,20246.1二次接线的基本概念和二次回路图Introduction2/29/20243Thursday,February29,2024对一次设备的工作状态进行监视、测量、控制和保护的辅助电气设备称为二次设备。变电所的二次设备包括测量仪表、控制与信号回路、继电保护装置以及远动装置等。它们相互间所连接的电路称为二次回路或二次接线。

二次回路按照功用可分为控制回路、合闸回路、信号回路、测量回路、保护回路以及远动装置回路等；按照电路类别分为直流回路、交流回路和电压回路。反映二次接线间关系的图称为二次回路图。二次回路的接线图(linediagram)按用途可分为原理接线图、展开接线图和安装接线图3种形式。2/29/20244Thursday,February29,2024电力系统的二次回路功能示意图如图所示。

继电保护装置的操作电源，有直流操作电源和交流操作电源两大类。由于交流操作电源具有投资小、运行维护方便及二次回路简单、可靠等优点，因此它在中、小型工厂应用最为广泛。2/29/20245Thursday,February29,2024图中，断路器控制回路的主要功能是对断路器进行通、断操作，当线路发生短路故障时，电流互感器二次回路有较大的电流，相应继电保护的电流继电器动作，保护回路做作出相应的动作，一方面保护回路中的出口(中间)继电器接通断路器控制回路中的跳闸回路，使断路器跳闸，断路器的辅助触点启动信号系统回路发出声响和灯光信号；另一方面保护回路中相应的故障动作回路的信号继电器向信号回路发出信号，如光字牌，信号掉牌等。

操作电源主要是向二次回路提供所需的电源。电压、电流互感器还向监测、电能计量回路提供主回路的电流和电压参数。为防止直流系统出现一点接地的运行，造成直流电源短路，装设直流绝缘监察装置。2/29/20246一、原理接线图

原理接线图用来表示继电保护、监视测量和自动装置等二次设备或系统的工作原理，它以元件的整体形式表示各二次设备间的电气连接关系。通常在二次回路的接线原理图上还将相应的一次设备画出，构成整个回路，便于了解各设备间的相互工作关系和工作原理。教材图6-1.

6～10kV高压线路电气测量仪表原理接线图2/29/20247二、展开接线接线图三、文字、图形符号电磁机构：由电流产生磁力吸和衔铁，从而带动触头动作的机构。是电磁式电器的动力元件。2/29/20248部分常用电器的电气图形符号和基本文字符号

一般三极电源开关低压断路器常开触点常闭触点复合触点行程开关QKQFSQ熔断器常开常闭复合按钮FUSB线圈主触点常开辅助触点常闭辅助触点接触器KM线圈常开延时闭合触点常闭延时打开触点常开延时打开触点常闭延时闭合触点得电延时时间继电器失电延时KT2/29/20249部分常用电器的电气图形符号和基本文字符号

常开触点常闭触点速度继电器热元件常闭触点热继电器线圈常开触点常闭触点中间继电器KSFRKA电磁铁YA线圈常开触点常闭触点电压继电器KU线圈常开触点常闭触点电流继电器KI信号灯HL直流电动机M变压器三相异步电动机M转换开关SA2/29/2024106.2继电保护的基本知识BasisofRelayProtection

2/29/202411常用保护装置的类型（1）继电保护。继电保护是用各种不同类型的继电器按一定方式连接和组合，构成继电保护装置。在发生故障时能自动检测出故障，并且迅速、及时地将故障区域从供电系统中切除。当系统处于不正常运行，如过载、欠电压等情况时，能发出报警信号，以便及时处理，保证安全可靠地供电。继电保护适用于要求供电可靠性较高的高压供电系统中。（2）熔断器保护。熔断器保护广泛适用于高、低压供电系统。由于装置简单经济，在供电系统中应用得相当普遍。但是它的断流能力较小，选择性差，熔体熔断后更换不方便，不能迅速恢复供电，因此在要求供电可靠性较高的场所不宜用。（3）低压断路器保护。这种保护又称低压自动开关保护。由于低压断路器带有多种脱扣器，能够进行过电流、过负载、失电压和欠电压保护等，而且可作为控制开关进行操作，因此在对供电可靠性要求较高且频繁操作的低压供电系统中广泛应用。

2/29/202412电力系统继电保护装置是一种能反应电力系统中电气元件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反事故自动装置。

一、继电保护的作用自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使其他非故障部分迅速恢复正常运行。能正确反应电气设备的不正常运行状态，并根据要求发出报警信号、减负荷或延时跳闸。它的基本任务是：2/29/202413测量部分：从被保护对象输入有关信号，并与给定的整定值进行比较，决定保护是否动作；逻辑部分：根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，进行逻辑判断，以确定保护装置是否应该动作；执行部分：根据逻辑部分做出的判断，执行保护装置所担负的任务（跳闸或发报警信号）。

二、继电保护的基本原理图6-1继电保护装置组成方框图断路器跳闸或报警信号2/29/2024141故障时电流上升，构成过电流保护；2故障时电压下降，构成低电压保护；3电压和电流比值的变化，构成阻抗（距离）保护；4电压和电流相位角的变化，构成方向保护。2/29/202415

继电保护装置的组成继电保护装置是由若干个继电器组成的，如图所示，当线路上发生短路时，起动用的电流继电器KA瞬时动作，使时间继电器KT起动，KT经整定的一定时限后，接通信号继电器KS和中间继电器KM，KM触头接通断路器QF的跳闸回路，使断路器QF跳闸。2/29/202416

三、对继电保护的基本要求（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，最大限度地保证系统中的非故障部分继续运行。图6-2电力系统继电保护选择性说明图k3点故障QF6动作2/29/202417（2）快速性

保护装置在尽可能的条件下，应尽快地动作切除事故，以减少对用电设备的影响，如果故障能在0.2s内切除，则一般电动机就不会停转。迅速的动作还能减轻对系统的破坏程度，减轻对元件的损害程度，减少用户在低电压下工作的时间和停电时间，加速恢复正常运行的过程，提高系统的稳定性。（3）可靠性

保护装置在其保护范围内发生故障时，必须可靠动作，不应拒绝动作，在不该动作的情况下就不应该误动作。为了满足可靠性的要求，保护装置接线应尽可能简单，力求减少继电器接点，避免保护装置断线、短路、接地和错误的接线，所有辅助元件如连接端子、连接导线以及安装施工，都应当十分可靠。（4）灵敏性：指保护装置对其保护范围内的故障或不正常运行状态的反映能力。如果保护装置对其保护区内极轻微的故障都能及时地反应动作，即具有足够的反应能力，说明保护装置的灵敏度高。保护装置灵敏与否，一般都用灵敏系数来衡量，灵敏系数大，灵敏度越高。

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继电器是组成继电保护装置的基本元件。

根据继电器反应的物理量分，有电流继电器、电压继电器、气体继电器等。根据继电器的工作原理分，有电磁式、感应式等。按其反应参量变化情况分，有过电流继电器、过电压继电器、欠电压继电器等。按其与一次电路的联系分，有一次式和二次式：一次式继电器的线圈与一次电路直接相连，二次式继电器的线圈连接在电流互感器或电压互感器的二次侧。高压系统应用的的保护继电器一般都属于二次式继电器。

四、常用保护继电器

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电磁继电器作用原理1—铁心；2—衔铁；3—线圈；4—接点（触头）；5—弹簧

电磁式电流和电压继电器在继电保护装置中均为启动元件，属于测量元件。

电磁型继电器（DL型）2/29/2024201．电磁型电流继电器（KA）结构：如图6-3所示。工作原理：当在继电器线圈中通入电流IK时，电磁铁产生的电磁力Fem。图6-3电磁式电流继电器结构图1－线圈2－电磁铁3－钢舌片4－静触点5－动触点

6－起动电流调节转杆7－标度盘（铭牌）8－轴承

9－反作用弹簧10－转轴动作电流：能使继电器产生动作的最小电流，称为继电器的动作电流。返回电流：能使继电器返回到原始位置的最大电流，称为继电器的返回电流。2/29/2024212．时间继电器(KT)的作用：使保护装置获得一定的延时，以保证保护装置动作的选择性。当继电器的线圈接上工作电压时，经过一定的时间，继电器的触点才动作。3.中间继电器(实质上是电压继电器KM)的作用:

4.信号继电器(KS)的作用：用于各保护装置回路中，作为保护动作的指示信号，以提醒运行人员注意。为了扩充保护装置出口继电器的接点数量（一般有8对）和容量；使触点闭合或断开时带有不大的延时(0.4～0.8s)；通过继电器的自保持，以适应保护装置的需要。2/29/202422各种继电器的表示符号和图形符号2/29/202423

当通过线路的电流大于继电器的动作电流，保护装置启动，并用时限(各个保护装置具有不同的延时动作时间-时间继电器)保证动作的选择性。每一线路的过电流保护除保护本线路外，还对相邻下一线路起后备保护。越靠近电源的线路，保护动作时限就越长，称阶梯式时限特性。

短路离电源越远，故障电流越小。

三、过电流保护2/29/2024241.过电流保护的原理和组成定时限过电流保护的动作原理和组成（图6-11）图6-11定时限过电流保护的原理图和展开图a）原理图b）展开图这种保护装置的动作时间是预先整定的，不随短路电流大小的变化而变化，因而称为定时限。2/29/202425

反时限过电流保护就是通过保护装置的故障电流越大，动作时间越短，而故障电流越小，动作时间就越长。这种保护装置由GL型电流继电器（反时限）组成。反时限过电流保护的动作原理

三段式过电流保护由瞬时电流速断保护（第Ⅰ段）、带时限电流速断保护（第Ⅱ段）和定时限过电流保护（第Ⅲ段）配合构成的一整套保护，称为三段式过电流保护。教材图6-35。瞬时电流速断保护当短路电流超过整定值时，则保护装置动作，断路器跳闸，电流速断保护一般没有时限，不能保护线路全长2/29/202426过电流保护的评价：优点：既可作本级近后备，又可作下级远后备。缺点：越靠近电源端，定时限过电流保护的动作时限反而越长，因此不能作为主保护；反时限过电流保护的接线简单，但动作时限整定复杂。2/29/202427四．线路的过负荷保护（补充）线路的过负荷保护线路图动作于信号2/29/202428其他线路保护方向保护用于35Kv以下两侧电源辐射型网络和单电源环形网络的主保护。（方向继电器）

距离保护

35Kv电网的主保护，及不要求全线速动的110Kv以上电网的主保护；

要求全线速动的110Kv以上电网的后备保护。

高频保护1）利用电力线载波通讯技术：50—300KHz2）微波通讯：

3000—30000MHz

主要用于220Kv以上线路的主保护，实现全线速动保护。2/29/202429电力变压器的保护1．变压器易产生的故障和不正常工作状态变压器故障及不正常工作状态变压器故障不正常工作状态内部故障线圈的相间短路、匝间或层间短路、单相接地短路以及烧坏铁心等。

外部故障套管及引出线上的短路和接地。

过负荷、温升过高以及油面下降超过了允许程度等。

2/29/2024302.变压器的保护装置（1）带时限的过电流保护装置。（2）电流速断保护装置。主要是对变压器的内部故障，如相间短路等进行保护。

（3）瓦斯保护装置。（4）过负荷保护装置。（5）温度保护装置。2/29/202431Thursday,February29,2024NSP712变压器差动保护，适用于110kV及以下电压等级的双圈、三圈变压器，满足三侧差动的要求。

主要功能：

（1）

差动速断保护；比率差动保护，采用二次谐波制动；

（2）

复合电压过流保护；零序电压保护；过负荷保护；

（3）

CT断线判别等功能。

典型应用：

国内由本公司实施的工程中已有数十套运行于220kV、110kV和35kV等各级电压变电站和发电厂中。2/29/202432Thursday,February29,2024发电机保护：差动保护，失磁保护，接地保护母线保护：差动保护电动机保护：差动保护，电流速断保护，接地保护断路器失灵保护：主要用于110Kv以上线路的后备保护（双跳闸回路与线圈）电力电容器保护：过流保护，差动保护，过压保护2/29/202433Thursday,February29,2024NSP711发电机保护装置，适用于大、中、小型汽轮发电机、水轮发电机、燃汽轮发电机等类型的发电机直接上网接线方式、发电机变压器组单元接线方式等。NSP711适用的几种典型接线方式为：

（1）用于直接上网的发电机保护

（2）用于大型发变组的发电机专用保护2/29/202434Thursday,February29,2024PMH-150（RADSS/S）母线差动适用范围：适用于110kV-500kV高压输电线路。2/29/202435Thursday,February29,2024WDGL-IV型微机电力故