发电厂和变电所的二次系统.ppt

第5章 发电厂和变电所的二次系统 概述 继电保护的一般问题 继电器 二次回路的绘制 二次回路的操作电源 电动机保护 电力电容器的保护 测量表计回路和互感器的配置 控制和信号回路,第1节 概述 1.二次设备 所谓二次设备，是指测量表计、控制及信号器具，继电保护装置、自动装置、远动装置等，这些设备构成了发电厂、变电所的二次系统。 2.分类 电源性质 交流回路：CT、PT和厂（站）用变压器供电 直流回路：直流电源供电 用途 操作电源回路、测量表计回路、断路器控制和信号回路、中央信号回路、继电保护和自动装置回路。,第2节 继电保护的一般问题 继电保护的作用 继电保护的基本原理 对继电保护装置的基本要求,一、继电保护的作用 继电保护装置是能反映电力系统中电气设备所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。 它的基本任务为： 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。,二、继电保护的基本原理,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（跳闸或发信号）。,三、对继电保护的基本要求,选择性、速动性、灵敏性、可靠性,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。,速动性：继电保护装置应以尽可能快的速度将故障元件从电网中切除，但是快速性与具体情况有关，并不是越快越好。,保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数Ks来衡量。,对于反应故障时参数量增加的保护（如过电流保护）,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。,对于反应故障时参数量降低的保护（如低电压保护）,保护装置的灵敏度应该大于1。 可靠性：指保护装置该动时不能拒动；不该动时不能误动。,第3节 继电器 概述 电磁型继电器 感应型继电器,一、概述 继电器：当输入的物理量达到规定值时，其电气输出电路被接通或分断的自动电器。 输入性质：电气继电器、非电气继电器 用途：控制继电器、保护继电器 保护继电器按功能分：测量继电器、有或无继电器 按组成元件：机电型（电磁式、感应式）、晶体管型、微机型 按反映物理量：电流、电压、功率、瓦斯 按反映数量变化：过量继电器、欠量继电器,按在继电保护中的用途分：起动继电器、时间继电器、信号继电器、中间继电器等,按动作于断路器的方式分：直接动作式（直动式）、间接动作式 按与一次电路的联系方式分：一次式继电器、二次式继电器,DL-10 DS-110 DZ-10,二、电磁型继电器 1.电磁型电流继电器（KA） 结构：如右所示 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为：,DL-10型 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,当电磁力Fem大于弹簧的反作用力Fsp和摩擦力Ffr时，继电器触点切换，这就叫做继电器动作。,继电器动作的必要条件是： FemFsp+ Ffr,动作电流（启动电流）：使继电器产生动作的最小电流，称为继电器的动作电流，用Iop.K（Iop.st）表示。,调整继电器动作电流的方法 改变继电器线圈匝数（线圈的串并联，级进调节） 调节反作用弹簧的松紧，即调节（平滑调节） 调整衔铁与电磁铁之间的气隙长度，即调节Rm。,继电器动作后，减小IK就能使继电器返回原位。欲使继电器返回的必要条件是： Fsp Fem+ Ffr,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，用Ire.K（Ir）表示。,返回系数：是指继电器的返回电流与动作电流的比值，用Kre（Kr）表示,对于过电流继电器，Kre1，一般要求 Kre =0.80.9； 对于欠电流继电器，Kre 1，一般要求 Kre =1.061.2。,电磁型电流继电器的动作迅速，是一种瞬时继电器。,电磁式电流继电器的内部接线和图形符号,2电磁型电压继电器（KV） 其结构和原理与电磁型电流继电器相似，不同的是采用电压线圈，匝数多、导线细，与PT相并联。在供配电系统中多用低电压（欠电压）继电器。 动作电压：能使继电器产生动作的最高电压，称为继电器的动作电压，用Uop.K表示。 返回电压：能使继电器返回到原始位置的最低电压，称为继电器的返回电压，用Ure.K表示。 返回系数：是指继电器的返回电压与动作电压的比值。 说明：低电压继电器的返回系数Kre1，一般为1.25。返回系数越接近1，说明继电器越灵敏。,3.电磁式时间继电器（KT） 用来使保护装置获得所要求的延时（时限）。它属于机电式有或无继电器。,延时时间的调节：改变主静触点的位置，及它与主动触点的相对位置。,注意：时间继电器线圈通常不按长时间接上额定电压设计，凡需长时间通电的时间继电器，其线圈应串入限流电阻。,时间继电器的内部接线和图形符号：,4.电磁式信号继电器（KS） 在继电保护装置中，用来发出保护装置动作的信号，属于机电式有或无继电器。,电流型：电流线圈，阻抗小，串联在二次回路中 电压型：电压线圈，阻抗大，并联在二次回路中,5.电磁式中间继电器（KM） 作用：弥补主继电器触点数量和触点容量的不足。 安装位置：装设在保护装置的出口回路，用以接通断路器的跳闸线圈，也称为出口继电器。 属于机电式有或无继电器。,三、感应型电流继电器,1.结构 感应系统：由线圈1、带短路环3的电磁铁2和铝盘4组成，它的动作是有时限的； 电磁系统：由线圈1、电磁铁2和衔铁15组成，它的动作是瞬时的。,感应式电流继电器结构图 1线圈 2电磁铁 3短路环 4可转铝盘 5钢片 6可偏铝框架 7调节弹簧 8制动永久磁铁 9扇形齿轮 10蜗杆 11扁杆 12继电器触点 13时限调节螺杆 14速断电流调节螺钉 15衔铁 16动作电流调节插销,2.工作原理,有短路环的磁极穿过铝盘的磁通为：,无短路环的磁极穿过铝盘的磁通为：,在铝盘中感应电势产生涡流 ，二者产生电磁力 在铝盘中感应电势产生涡流 ，二者产生电磁力,铝盘受到的合成电磁力为：,电磁转矩,铝盘在转矩M1作用下转动后，切割永久磁铁的磁通而在铝盘中产生涡流，产生制动力矩M2n。,感应系统的动作电流：蜗杆与扇形齿轮相咬合时，线圈所需要通入的最小电流。 返回电流：使扇形齿轮脱离蜗杆返回到原来位置时的最大电流。 动作时间：从蜗杆与扇形齿片相咬合起到触点闭合这一段时间。 电磁系统的速断电流：继电器线圈中使电磁系统（电流速断元件）动作的最小电流。 速断电流倍数：速断电流与动作电流之间的比值。,当M1=M2时，铝盘匀速旋转；当铝盘受到的合力克服弹簧阻力时，蜗杆与扇形齿片相咬合，继电器动作。,3.时限特性,感应型电流继电器的动作特性曲线,ab段“反时限特性”（此时继电器铁心尚未饱和） bc段“定时限”（铁心已达到饱和） de段“速断特性”,4.动作电流与动作时限调节方法,感应系统的动作电流调节：改变线圈的匝数（级进调节）；改变弹簧的拉力（平滑调节）。,速断电流调节：改变衔铁与电磁铁之间的气隙。,感应系统的动作时限：改变扇形齿轮顶杆行程的起点，使动作特性上下移动。,动作电流的整定值通过插孔板拧入螺钉来改变线圈的匝数来调整（2，2.5，34.5，5，69，10A）。,其速断动作电流调整范围是感应系统整定电流值的28倍。,注意：继电器动作时限调节螺杆的标度尺，是以10倍动作电流的动作时限来标度的。,GL型电流继电器的保护特性曲线,四、常用继电器的新旧图形、文字符号比较 1.常用继电器的表示符号,2.继电器线圈及触点的图形符号,注意：在二次回路的接线图中，所有继电器的触点和开关电器的辅助触点都是按照它们的正常状态表示，即不通电状态表示。,五、二次回路的图样和符号 归总式原理图、展开接线图、安装接线图 1.归总式原理图（原理图） 归总式原理图是用来表示继电保护、测量仪表和自动装置等工作原理的一种二次回路接线图，它以元件的整体形式表示二次设备间的电气联系。 610kV线路两相式过电流保护原理图 特点： 优点：对整个装置构成有明确概念，能够清楚表示二次设备中元件形式、数量、电气联系和动作原理。 缺点：对细节表示不够清楚，当线路支线较多、二次回路较复杂时，对于电路缺陷不易发现和寻找。,2.展开式接线图 展开式接线图是用来说明二次回路动作原理的接线图。 （1）特点 将每套设备的交流电流电路、交流电压回路和直流回路分开表示； 同一仪表和继电器的电流线圈、电压线圈和触点分别画在不同的回路里； 同一元件的线圈和触点采用相同的文字符号，以避免混淆。,（2）绘制要求 将电路分为交流电流回路、交流电压回路、直流操作回路、信号回路几部分； 对同一回路内的线圈和触点按照电流通过顺序从左至右排列； 交流回路按A、B、C相序，直流回路按动作顺序，自上向下排列； 在每一行中各元件的线圈和触点按实际连接顺序排列； 每一个回路的右侧有文字说明，以便于阅读。 610kV线路两相式过电流保护的展开接线图,六、二次回路的操作电源简介 1.概述 操作电源是用来对断路器的分、合闸回路，继电保护装置以及其它信号回路供电的电源。 2.直流操作电源（220V、110V、48V、24V） （1）由蓄电池供电的直流操作电源 变电所的蓄电池主要有铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢蓄电池。 优点：蓄电池的电压与被保护的网络电压无关。 缺点：需修建有特殊要求的蓄电池室，投资大，运行复杂，维护工作量大，可靠性低。 充电方式：多采用浮充电运行方式，即浮充电源与蓄电池并列运行。,（2）由硅整流器供电的操作电源（电容储能式）,组成：交流电源、硅整流器和补偿电容器 特点：节约投资，降低有色金属和器材消耗，运行维护简单。,3.交流操作电源 对采用交流操作的断路器，应采用交流操作电源，全部继电器、控制与信号装置均采用交流型式。 电流源：电流互感器； 电压源：变电所的所用变压器或电压互感器。,第4节 电动机保护 保护装置的接线方式 电动机的故障类型和应装设的保护 电动机的相间短路保护 电动机的单相接地保护 电动机的过负荷保护 电动机的低电压保护,一、保护装置的接线方式,保护装置的接线方式：电流互感器和电流继电器之间的连接方式。,设电流互感器的变比为 ，保护装置的动作电流为Iop，则相应的电流继电器的动作电流为,接线系数：在继电保护回路中，流入继电器中的电流IK与对应电流互感器的二次电流I2的比值，称为接线系数,1三相完全星形接线方式 特点：可以反映各种形式的故障，其接线系数Kw=1。,2两相不完全星形接线方式 特点：可以反映除B相单相接地短路以外的所有故障，其接线系数Kw=1。,三相完全星形接线方式,两相不完全星形接线方式,3两相电流差接线方式 流入继电器中的电流等于A、C两相电流互感器二次电流之差。,特点：接线系数随电力系统短路类型的不同而改变。,正常运行或三相短路时： 发生A、C两相短路时： A、B或B、C两相短路时：,两相电流差接线方式,保护整定时取 ；灵敏度校验时取Kw1。,二、电动机的故障类型和应装设的保护,（1）故障类型,故障,定子绕组的相间短路 一相绕组的匝间短路 单相接地短路,异常运行状态：过负荷、低电压、同步电机失步和失磁等,（2）应装设的保护,相间短路保护,对2000kW以下的电动机，应装设电流速断保护； 对2000kW以上和2000kW以下速断保护灵敏度不满足的电动机，应装设差动保护。,接地短路保护：用于接地电容电流大于5A的情况。,单相接地电流为10A及以下时动作于信号或跳闸； 单相接地电流大于10A时动作于跳闸。,过负荷保护：对易发生过负荷的电动机应装设过负荷保护，延时动作于信号、跳闸或减负荷。,低电压保护,为保证重要电动机的自起动，对不重要的电动机应装设低电压保护； 对不需要自起动的电动机，应装设低电压保护； 对需要参加自起动，但在电源电压长时间消失后自起动有困难的电动机，也要装设低电压保护。,三、电动机的相间短路保护,1电流速断保护,动作电流：躲过电动机的起动电流，即,式中，Krel取1.41.6（DL型）或1.82 （GL型）。,灵敏度校验 ：,2,式中， 为电动机出口最小两相短路电流。,在小接地电流系统中，可采用两相不完全星形接线；若灵敏度能够满足要求，也可采用两相电流差接线方式。,2纵联差动保护,在小接地电流系统中，可采用两相式接线，选用两个BCH-2型或DL-11型继电器构成差动保护。,动作电流：躲过电动机的额定电流，即,式中，Krel取0.51（BCH-2型）或1.21.5（ DL-11）型。,灵敏度校验 ：,2,电动机纵联差动保护原理接线图,四、电动机的单相接地保护,当小接地电流系统中接地电容电流大于5A时，应装设单相接地保护。电动机的单相接地保护一般采用零序电流保护。,电动机零序电流保护原理图,动作电流：躲过电动机本身的故障电容电流,Krel取45； 为电动机外部单相接地故障时，流经被保护电动机的最大接地电容电流。,灵敏度校验 ：,1.251.5,式中， 为电动机外部单相接地故障时，流经被保护电动机的最小接地电容电流。,五、电动机的过负荷保护,动作电流：躲过电动机额定电流，即,式中，Krel取1.051.1（保护动作于信号时）或 1.21.25 （保护动作于减负荷或跳闸时）； Kre取0.85。,动作时间：一般取1520s。,五、 电动机的低电压保护,低电压保护的动作电压和动作时限整定,当电源电压短时降低或中断后又恢复时，为保证重要电动机的自起动，需要对次要电动机装设0.5s时限的低电压保护，电压整定值一般为电动机额定电压的60%70%。 对不允许或不需要参加自起动的电动机，应装设0.51.5s时限的低电压保护，电压整定值一般为电动机额定电压的50%55%。 对需要自起动的电动机，应装设510s时限的低电压保护，电压整定值一般为电动机额定电压的40%50%。,低电压保护的接线,正常工作时，低电压继电器KV1KV5的常闭触点打开，KV1KV3的常开触点闭合。,电动机低电压保护接线图,当电压下降至额定电压的6070%时，KV1KV3的常闭触点闭合，起动时间继电器KT1，经0.5s延时后发出次要电动机跳闸脉冲及信号； 当电压继续下降至额定电压的4050%时，KV4、KV5的常闭触点闭合，起动时间继电器KT2，经10s延时后发出重要电动机跳闸脉冲及信号。 如果A相上熔体熔断，KV1的常闭触点闭合，常开触点打开，但因经常开触点KV2、KV3使KM1通电，使KM1的常闭触点断开，切断KT1、KT2的时限回路，防止了误动作。 如果三相熔体全部熔断，这时尽管KV1、KV2都误动，但因KV3接于分路熔体而不动作，使KM1同样有电，起到了闭锁作用。,第5节 电力电容器的保护 电容器组的故障类型和应装设的保护 电容器组的过电流保护 电容器组的横差保护 电容器组的高电压保护,一、电容器组的故障类型和应装设的保护,1.故障类型,电容器组和断路器之间连线上的短路； 电容器组内部故障及其引出线上的短路； 电容器组回路内的单相接地短路； 个别电容器的切除而引起的过电压等。,2.应装设的保护,每台电容器应装设熔断器进行保护； 对于多台电容器连接而成的电容器组，应根据连接方式的不同装设过电流保护、过电压保护、横差保护等。,二、电容器组的过电流保护,保护范围：断路器和电容器连线上的短路 动作电流：躲过电容器投运时的冲击电流，即,式中，Krel取22.5。,灵敏度校验 ：,1.5,式中， 为最小运行方式下，电容器组首端两相短路时，流过保护安装处的短路电流。,动作时限 ：保护装置可不带时限或带0.10.2s的短时限。,三、电容器组的横差保护,保护范围：保护电容器组内部和引出线上的短路故障 1.横差保护的接线 中性线电流平衡保护（单继电器式横联差动保护）：主要用于保护双星形接线电容器组的内部故障。,横联差动保护：用于保护双三角形接线电容器组的内部故障。,电容器组横联差动保护原理接线图,注：各相差动保护是独立的，而时间和出口回路是共用的。,（2）横差保护的动作电流,为了防止误动作，保护装置的动作电流应躲过正常运行时电流互感器二次侧差动回路中的最大不平衡电流，即,单台电容器内部有50%75%的串联元件击穿时，保护装置应有足够的灵敏度，即,式中，Krel取2。,式中，Ks为横差保护的灵敏系数，取1.5；QN为单台电容器的额定容量; 为电容器内部串联元件的击穿率，取0.50.75 。,四、电容器组的过电压保护,当电容器组所接母线电压升高时，为保护电容器组不致损坏，应装设过电压保护，延时动作于信号或跳闸。 过电压继电器的动作电压按母线电压不超过110%额定电压整定，即,式中，Ku为为电压互感器的变比； UNC为电容器的额定电压。,第6节 测量表计回路和互感器的配置 测量表计的配置 互感器的配置 电流互感器的配置 电压互感器的配置,一、电气测量仪表,1. 对电气测量仪表的一般要求 检测电气量：电流、电压、有功和无功功率、频率、有功电能和无功电能。,仪表的准确度等级选择：,用于电气设备和线路上的交流电流表、电压表、功率表的准确度不应低于2.5级，直流电流、电压表的准确度不应低于1.5级，频率表一般选用0.5级； 变电所内用于计量的有功电度表一般选用1级，无功电度表一般选用2级。,测量用互感器的准确度等级选择：与电度表连接的互感器准确度应为0.5级；仅作一般电流、电压测量的互感器，准确度可为13级。,仪表的测量范围和互感器变比的选择：正常运行情况下仪表指针指示在满标度的2/3左右，并留有过负荷指示裕度。 在高压系统中，测量仪表和电度表应与继电保护装置分别接电流互感器的不同准确度的二次绕组，一般测量仪表和电度表用0.5级，继电保护装置用3级。 对于有可能出现两个方向电流的直流电路和两个方向功率的交流电路，应装设双向刻度的电流表和功率表。,2.变配电装置中各部分仪表的配置 电源进线：为了解负荷情况，需装设一只电流表。当需要计量电能时，还应装设有功电能表和无功电能表各一只。 母线：每条或每段母线上必须装设一只电压表，以检查各个线电压。在小电流接地系统中中，每条或每段母线上还需加装三个绝缘监视电压表。 降压变压器：对35110kV/610kV的电力变压器，应装设电流表、有功功率表、无功功率表、有功电能表和无功电能表各一只。 高压配电线路：应装设电流表、有功电能表和无功电能表各一只。,低压配电线路：,静电电容器：为了监视三相负荷是否平衡，需装设三只电流表。如需计量其无功电能，还应加装一只无功电能表。,对三相负荷平衡的低压动力线路，可只装设一只电流表； 对三相负荷长期不平衡的低压照明线路及动力和照明混合电路，应装设三只电流表。如需计量电能，还应加装一只三相四线制的有功电能表； 对三相负荷平衡的动力线路，可只装设一只单相有功电能表（实际电能为其计度的3倍）。,1.电流互感器配置方式 凡是装有断路器的回路均应装设电流互感器； 在发电机、主变压器（包括大型的厂用电变压器）和110kV及以上的大电流接地系统中，三相均应装设电流互感器； 非主要回路，通常只在两相中装设电流互感器，便可满足测量仪表和继电保护的要求； 为减少装设互感器的数目，一般都采用双铁心或多铁心的电流互感器，以便同时满足测量仪表与继电保护的要求； 在升高电压（35kV及以上）侧，可以采用装在断路器两侧套管中的电流互感器。,套管式电流互感器,二、互感器的配置,2.电压互感器的配置 在发电机升压变压器的低压侧装设一套V/V接法电压互感器，以满足发电机与系统并联运行的需要，同时为升压变压器回路的测量仪表供电； 在母线装设三绕组式电压互感器，其中一个星形接法二次绕组用以测量和保护所需要的线电压和对地电压，另一个二次绕组作为零序电压过滤器，以便同时满足测量仪表和继电保护的需要。 610kV母线采用三相五柱式电压互感器； 35kV及以上电压采用三个单相三绕组的互感器组。,第7节 控制和信号回路 基本概念 断路器的控制回路 事故跳闸音响信号系统,一、基本概念 1.控制系统的分类 集中控制：一般发电厂和变电所内控制距离由几十米到几百米，这种控制称为集中控制。 遥远控制：某些自动化程度很高的发电厂和变电所，控制点在距离几十千米甚至几百千米以外的系统调度所，这种控制称为遥远控制。 2.集中控制的组成 控制设备 中间环节 操动机构,（1）控制设备 控制开关是对断路器进行分合闸控制的操作元件，主要采用LW2型控制开关。,预备操作位置：“预备合闸”和“预备跳闸” 操作位置：“合闸”和“跳闸” 固定位置：“合闸后”和“跳闸后” 合闸操作顺序：预备合闸合闸合闸后 跳闸操作顺序：预跳备闸跳闸跳闸后,LW2,（2）中间环节 主要是执行控制信号的各种回路及设备，它包括所有的连接回路，合闸接触器和合闸母线等。 跳闸线圈（YT、YR）：直接用控制开关控制； 合闸线圈（YC、YO）：间接用控制开关控制 控制开关合闸接触器合闸母线合闸线圈 （3）操动机构 电磁操动机构 液压操动机构 特点：动作时间很短，操动机构的合闸线圈和跳闸线圈都是按照短时通过控制电流而设计的。,二、断路器的控制回路,左侧1、2、3分别表示操作手柄在预备跳闸、跳闸和跳闸后位置 右侧1、2、3分别表示操作手柄在预备合闸、合闸和合闸后位置 KLB：防跳闭锁继电器 KM1：自动重合闸出口中间继电器的常开触点 KM0：继电保护出口中间继电器的常开触点 KO：合闸接触器线圈 YO：合闸线圈 YR：跳闸线圈,1.合闸过程 手动合闸：手动合闸前，断路器QF处于跳闸状态，控制开关手柄处于“跳闸后”位置，SA10-11接通,+WCSA10-11HLGR1QF1-2KO-WC（HLG亮）,绿灯亮既表明断路器正处于跳闸位置，也表明断路器的合闸回路是完好的。,“预备合闸”：触点SA9-10与SA13-14接通,+WFSA9-10HLGR1QF1-2KO-WC（HLG闪光）,绿灯闪光表明该断路器准备合闸，以提醒运行人员核对操作的对象是否正确。,“合闸”（不松手）：SA5-8、SA17-19和SA16-13接通,+WCSA5-8 KLB2 QF1-2KO- WC（QF合闸）,+WCSA16-13HLRR2KLB（I）QF3-4YR-WC （红灯亮）,红灯亮既表明断路器正处于合闸位置，也表明断路器的跳闸回路是完好的。,松开手柄，SA自动回到“合闸后”的位置，红灯继续发光。,自动合闸：自动合闸时，QF在合闸位置，SA在 “跳闸后”位置，二者不对应，触点SA14-15接通,+WFSA14-15HLRR2KLB（I）QF3-4YR-WC （红光闪）,控制台上，红灯在闪光，表明断路器是自动合闸的，将SA手柄转到“合闸后”位置，红灯变为平光。 2. 跳闸过程 手动跳闸 “预备跳闸”：触点SA13-14接通 +WFSA13-14HLRR2KLB（I）QF3-4YR-WC（红灯闪） 红灯闪光表明该断路器准备跳闸，以提醒运行人员核对操作的对象是否正确。 “跳闸”（不松手）