继电保护与二次回路(高压电工进网作业)

1 继电保护与二次系统继电保护与二次系统 高压电工进网作业 主要介绍继电保护二次系统和传统的继电保护 一一 继电保护任务及基本要求继电保护任务及基本要求 1 1 继电保护任务继电保护任务 造成电气设备故障或异常运行的原因 造成电气设备故障或异常运行的原因 由于外力破坏 内部绝缘击穿 过负荷 误操作等 最常见故障 最常见故障 短路故障 短路故障 短路故障 三相短路 两相短路 大电流接地系统发生的单相接地短路 以及变电器 电机类设备的内部线圈匝间短路 任务 任务 1 1 当电气设备发生短路故障时 能自动 迅速 有选择地将故障设备从电力系统 切除 将事故尽可能控制在最小范围内 2 2 当正常供电的电源因故中断时 继电保护和自动装置将自动投入备用电源 2 2 继电保护基本要求继电保护基本要求 基本要求 基本要求 为了能正确无误迅速切除故障 使电力系统能以最快速度恢复正常运行 要求继电保护具有足够的选择性 快速性 灵敏性 可靠性 电力系统故障基本特点 电力系统故障基本特点 电流突增 电压突降或过高 电流和电压相位角发生变化 以及出现负序或零序分量等 还有其他的物理量 如变压器油箱内故障时伴随产生的 大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高等特点 利用这些基本特点可以构成各 种不同原理的继电保护 各种继电保护 各种继电保护 电流过负荷 过电流 电流速断 电流方向保护 低电压 过电压 电流闭锁电压速断 差动 距离 高频保护等 此外还有如瓦斯保护 选择性选择性 当电力系统发生故障时 继电保护应能有选择地将故障部分切除 让非故障 部分继续运行 使停电范围尽量缩小 为此一般按整定电气量的动作值和上下级 保护动作时限进行配合 一般时差取 0 3 0 7 秒 快速性快速性 减轻故障设备损坏程度 缩小故障波及范围 提高系统运行稳定性 加快系 统电压的恢复 提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等 灵敏性灵敏性 灵敏性系指继电保护装置对故障和异常工作状况的反映能力 在保护装置的 保护范围内 不管短路点的位置如何 不论短路的性质怎样 保护装置均不应产 生拒绝动作 但在保护区外发生故障时 又不应该产生错误动作 相邻设备的上下 级保护之间的灵敏性配合也是选择性的条件之一 可靠性可靠性 可靠性是指保护该动作时应可靠动作 不该动作时应可靠不动作 可靠性是 2 对继电保护装置性能的最根本的要求 3 3 常用继电器常用继电器 1 1 电磁型电流继电器电磁型电流继电器 动作电流 IDZ 能使过电流继电器开始动作的最小电流 返回电流 If 继电器动作后 当电流减小到 使可动触点开始返回原位的最 大电流 返回系数 Kf 返回电流除以动作电流 Kf If IDZ 因返回电流总是小于动作电流 故返回系数总是小于 1 电磁型电流继电器返回系数要求在 0 85 0 9 之间 若 Kf 0 85 则容易引起误动 若 Kf 0 9 则可动触点桥与静触点触指闭合时接触压力可能不足 造成接触 不良 引起继电器工作的可靠性 应调整 2 2 电磁型电压继电器电磁型电压继电器 电磁型电压继电器主要使用在电压保护回路中 其工作原理和结构与电磁电流继电 器相似 外形也一样 只是将电流线圈更换为电压线圈 电压继电器分类 过电压继电器和低电压继电器 型号为 DJ DJ 111 DJ 121 DJ 131 为过电压继电器 DJ 112 DJ 122 DJ 132 为低电压继电器 3 3 GLGL 系列感应型过电流继电器系列感应型过电流继电器 GL 系列感应型过电流继电器具有反时限特性的感应元件 又有电磁速断元件 特点 触点容量大 不需时间继电器和中间继电器 即可构成过流保护和速断保护 特 别适用于交流操作的保护装置中 GL 继电器包括电磁元件和感应元件两部分 铁芯 动合触点 可动触点桥 反作用弹簧 可动衔铁 可动舌片 动断触点 电磁式电流继电器原理图 线圈 3 电磁元件构成电流速断保护 感应元件构成带时限电流保护 动作时间与电流大小有关 电流大则动作时间短 反之 电流小则动作时间长 4 4 电磁型中间继电器电磁型中间继电器 工作原理 工作原理 线圈加电压后 电磁铁产生电磁力将衔铁吸合带动触点 使其中的动合触点 闭合 动断触点断开 当外加电压消失后 衔铁受反作用弹簧的拉力作用而返回原来位 置 动触点也随之返回原位 动合触点打开 动断触点闭合 带有延时闭合或延时断开功能 带有延时闭合或延时断开功能 在电磁铁的铁芯上套上若干片铜质短路环 当短路环中 产生感应电流时 此感应电流将阻止电磁铁中磁通的变化 从而使继电器动作或返回带 有延时功能 作用 作用 增加触点数和触点容量 也可使触点闭合或断开时 带有不大的延时 或使用在 自保护回路中 5 5 电磁型时间继电器电磁型时间继电器 用途 用途 用以在继电保护回路中建立所需要的动作延时 如 380V 保安段低电压保护延时 1 5 秒 3 秒延时回路中 动作时间可以调整 型号 型号 如在直流操作继电保护装置中的 DS 110 结构 结构 外形与电磁式电流继电器相仿 内部包括一个电磁铁和一套机械型钟表机构 以 及动合 动断触点 6 6 电磁型信号继电器电磁型信号继电器 用途 用途 用以发出保护动作信号 如公司的保安段发生短路 其工作电源开关过流保护动 作时 继电保护二次回路 除了使断路器跳闸 同时由信号继电器动作 触出 BTG 盘 413A 开关事故跳闸 光字牌声光报警 常见型号 常见型号 DX 11 型 结构 结构 电磁铁 线圈 衔铁 动触点 静触点 弹簧 看信号牌小窗 手动复归旋钮 信号 反作用弹簧 电磁铁 衔铁 线圈 线圈 动触点 静触点 DJ 型中间继电器结构图 4 选型 选型 串联电流型 并联电压型 选型注意 选型注意 电流型信号继电器线圈中流过的电流时 该工作电流在线圈上的压降应不超过电源 额定电压的 10 为保护信号继电器可靠动作 在保护装置动作时 流过继电器线圈的电流必须不小 于信号继电器额定工作电流的 1 5 倍 当有几套保护同时动作时 各信号继电器都 应满足这一要求 对于多套保护启动同一出口中间继电器的保护装置 为了同时满足上述两个条件 有时必须在中间继电器线圈两端并联一个适当阻值的电阻 以保证信号继电器中流 过的电流达到规定的数值 4 4 继电保护与二次回路常用电气符号继电保护与二次回路常用电气符号 1 1 常用继电器图形符号常用继电器图形符号 1 继电器 2 继电器的触点和线圈出线 3 电流继电器 KA 4 电压继电器 KV 5 时间继电器 KT 6 中间继电器 KM 7 信号继电器 KS 8 差动继电器 KD 9 气体继电器 KG 2 2 常用继电器接点图形符号常用继电器接点图形符号 1 动合触点 信号继电器工作原理示意图 5 2 动断触点 3 切换触点 先断后合 4 延时闭合的动合触点 5 延时返回的动合触点 6 延时闭合和延时返回的动合触点 7 延时断开的动断触点 8 延时返回的动断触点 9 位置开关和限制开关的动合触点 10 位置开关和限制开关的动断触点 11 按钮开关 动合按钮 12 按钮开关 动断按钮 二二 变压器保护变压器保护 1 1 电力变压器保护设置要求电力变压器保护设置要求 3 3 10kV10kV 配电变压器配电变压器主要有过电流保护 电流速断保护 气体保护气体保护一般设置在变电所单台容量在 800kVA 及以上或车间内容量在 400kVA 及 以上的油浸式变压器上 电流差动电流差动一般设置在单台容量 10000kVA 及以上的大容量变压器或单台容量在 6300kVA 及以上并列运行的变压器 以替代电流速断保护 复合电压闭锁过流保护复合电压闭锁过流保护一般设置在大容量 高电压的降压变压器上 为提高灵敏 度 2 2 变压器过电流保护变压器过电流保护 过电流保护和电流速断保护过电流保护和电流速断保护就是利用电气设备发生短路时 产生很大的短路电流 故 障点愈靠近电源 则短路电流愈大 这一特点可构成的 定时限过电流保护 定时限过电流保护 动作时间固定不变 利用时间继电器整定固定动作时间 反时限过电流保护 反时限过电流保护 动作时间随短路电流大小而变化 即按短路电流越大动作时间越 短 短路电流越小动作时间越长 利用反时限继电器 过电流保护的动作电流过电流保护的动作电流是按避开被保护设备 包括线路 的最大工作电流 负荷电流 短路电流 时间 电流速断 电流定时限 电流反时限 6 来整定的 动作电流越低 则灵敏性越高 但快速性降低 为避免保护误动作 瞬时出现电流波动 及相邻设备过流保护的配合 一般设有动作 时限 动作时限选择 动作时限选择 按阶梯原则 即电源侧的上一级保护的动作时限要比下一级保护时间 长 定时限过流保护原理图 定时限过流保护原理图 定时限过流保护展开图 定时限过流保护展开图 反时限过电流保护接线方式反时限过电流保护接线方式 两相不完全星形反时限电流保护 两相不完全星形反时限电流保护 两相差接线 两相差接线 动作原理与反时限过电流保护相同 只是当被保护设备发生三相短路时 流过继电器电流线圈和跳闸线圈的电流为两相电流的相量之差 等于一相电流的根号 三倍 而发生两相短路时 流过电流继电器的电流为一相电流的两倍 优点是节省一 块继电器和一个跳闸线圈 对于 35KV 及以上联接组为 Y d 的电力变压器采用两相不完全星形接线的过电流保护 为提高动作灵敏度 要接三块继电器 在电流互感器二次回路中性线上也接有电流继 电器 3 3 变压器电流速断保护变压器电流速断保护 电流速断保护 电流速断保护 针对相间短路故障的保护 故按不完全星形接线 电流速断保护接线与定时过流保护基本相同 只是无时间继电器 若采用 GL 型继电器可实现电流速断和过电流保护 4 4 变压器电流差动保护变压器电流差动保护 为什么要装设差动保护 为什么要装设差动保护 当变压器内部发生小电流故障时 电弧使绝缘油分解产生可 燃气体 严重时引起喷油 爆炸 若利用过电流 会因其延时使得动作不够迅速 无 法满足继电保护的快速性 若电流速断仍快速性得到满足 但因其动作电流定值过大 对于轻微的内部故障不能反应 且靠近变压器内部二次出线还存在死区 故应使用电 流差动保护有实现 差动保护原理 差动保护原理 分析单侧电源运行方式 分析两侧电源运行方式 差动保护动作电流 差动保护动作电流 按二次回路断线 变压器空载投运时激磁涌流和互感器二次电流 D t 12 t t d1 3 d2d3 45 7 不平衡 防止保护误动 动作时间取零秒 5 5 变压器气体保护变压器气体保护 变压器气体保护也就是瓦斯保护 重瓦斯 轻瓦斯 它与差动 电流速断属于主保护 过电流保护因具有时限 不能满足快速切除故障的要求 故属于后备保护 安装位置 安装位置 在变压器油箱与油枕之间的连接管道中 特点 特点 灵敏度高 动作迅速 接线简单 三三 电力线路及设备保护电力线路及设备保护 1 1 过流保护和电流速断保护过流保护和电流速断保护 原理同上 电力线路过电流保护的动作时间按选择性要求整定 并可作为相邻段的后备保护 时间阶段差 时间阶段差 t 0 5S 0 7S 时间阶段差 过电流保护动作时间 过电流保护动作时间 一般在 1 0S 1 2S 2 2 限时电流速断保护限时电流速断保护 线路电流速断线路电流速断按躲过本线路末端三相最大短路电流整定计算 故在靠近线路末端存在 死区 就是保护不到的区域 不能保护线路全长 死区而能由过电流保护来动作 但 是如果快速性得不到满足 就可采取限时电流速断保护来实现 动作电流 动作电流 按 1 1 1 15 倍的相邻线路的瞬时电流速断保护动作电流整定 动作时间 动作时间 一般取 0 5 秒 3 3 低电压保护和电流方向保护低电压保护和电流方向保护 发生短路故障 发生短路故障 电压会下降很多 三相严重不平衡 根据这些特点构成低电压保护 以达到快速跳闸 方向继电器方向继电器用以判断电流方向使事故停电范围限制在最小区域内 4 4 高压电动机保护高压电动机保护 常用的电流保护 常用的电流保护 电流速断 纵差保护 和过负荷保护 过负荷可动作于跳闸或发信 对于单相接地故障主要采用零序电流保护 不同容量的保护 2000KW 及以上 纵联差动保护 代替电流速断 2000KW 以下 电流速断 若电流速断保护灵敏度不满足要求 则采用纵联差动 保护代替 5 5 3kV3kV 10kV10kV 电力电容器组继电保护电力电容器组继电保护 一般采用电流速断或延时电流速断保护作为相间短路的保护 电流速断延时电流速断 动作电流额定电流的 倍额定电流的 倍 动作时间 秒 秒 6 变电所继电保护自动装置新技术应用 7 7 继电保护动作与故障判断继电保护动作与故障判断 电流速断保护动作 断路器跳闸时的故障判断电流速断保护动作 断路器跳闸时的故障判断 对于架空线路 根据需要可合闸试送一次 对于电力变压器 电力电容器 电力电缆或室内电力线路不允许试送电 8 变压器差动保护动作 断路器跳闸故障判断变压器差动保护动作 断路器跳闸故障判断 保护范围保护范围 两侧电流互感器之间的所有设备 故障原因 故障原因 内部发生事故 如相间短路或匝间短路 一 二次连接线发生相间短路 电流互感器发生匝间短路或者二次回路出现断线 短路 引起保护误动 当区外保护和差动同时动作 则变压器很可能是误动 应检查差动保护 8 继电保护与二次回路对变电所安全运行的重要意义 四四 电力系统自动装置电力系统自动装置 1 1 自动重合闸装置自动重合闸装置 架空线路出现瞬时故障的原因架空线路出现瞬时故障的原因 雷击过电压引起的短路 刮风或鸟类磁撞引起导线摇动引起的短路 动物或树枝引起的短路 自动重合闸 自动重合闸 对于架空线路发生瞬时短路 当断路器跳闸后 电弧将很快熄 灭 短路点的绝缘又会自动恢复正常 若此时通过自动重合闸将跳闸断路器 重新合闸 将使线路恢复正常供电 自动重合闸的另一作用 自动重合闸的另一作用 弥补因继电保护选择性的不足 如线路过短 两断 路器的速断保护选择性不足 重合闸基本要求 重合闸基本要求 重合闸不应动作的情况 手动断开开关 手动合上故障线路的断路器 继电保护动作或开关位置不对应等应动作重合闸 对于同一次故障 重合闸动作次数应符合预先的规定 一次重合闸只允许动 作一次 重合闸动作后 应能自动复归 以备下一次线路故障时再动作 当断路器处于不正常状态 气压或液压操作机构 灭弧介质不正常等 应退 出自动重合闸 2 2 备用电源自动投入装置备用电源自动投入装置 作用 作用 工作电源因故障自动跳闸后 备用电源自动投入 基本要求基本要求 只有工作电源断路器跳闸后 备用电源断路器方可自动合闸 若备用电源断路器自动合闸后又自动跳闸 不得再自动合闸 应只动作一次 当备用电源无电压时 自投装置不应动作 如保安段 厂用电切换等 当电压互感器的熔丝熔断时 自投装置不应动作 五五 二次回路基本知识二次回路基本知识 1 1 二次回路概述二次回路概述 9 2 2 KAKA2 2 一次设备 一次设备 直接与生产和输配电能有关的设备 二次设备 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 二次回路 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 二次设备按用途分 二次设备按用途分 继电保护 自动装置 控制系统 测量仪表 信号装置和操作电 源 2 2 二次回路接线图二次回路接线图 原理接线图原理接线图 各继电器触点按正常状态表示 正常状态 开关在断开位置 继电器线圈未通 电流时的状态 特点 一 二次回路画在一起 各电气元件的互相联系可以清楚 形象地表明 接线方式和动作原理 读图顺序 先一次后二次 先继电器后触点 先过程后结果 展开接线图展开接线图 特点 交流回路 电压 电流 与直流回路 操作 信号 分开表示 同一元件的线圈和触点用相同的文字符号表示 读图顺序 先交流后直流 直流回路从左到右 元件动作顺序从上到下 从 左到右 安装接线图安装接线图 安装接线图分为 屏面布置图 屏背面接线图 端子排图 3 3 二次回路编号二次回路编号 一般要求 展开接线图回路编号展开接线图回路编号 交直流回路采用不同方法编号 直流回路编号原则 从正电源出发 以奇数序号编号 直到最后一 个压降的元件为止 如最后一个降压的元件后面若不是直接接在负极 则应 从负极开始以偶数顺序编号 102 至上述已有编号的回路为止 交流回路编号 电压回路 开始编起 电流回路 开始编起 其他回路编号 跳闸回路 信号回路 安装接线图设备标志和编号安装接线图设备标志和编号 设备图形符号上部 用罗马字母 表示 右下脚标出设备的顺序号用 表示 设备的文字符号 KA KT TS W A V 同型号设备的顺序号用 表示 端子排标志方法端子排标志方法 垂直布置的端子排 排列由上而下 水平布置的端子排 排列由左而右 10 顺序 交流电流回路 交流电压回路 控制回路 信号回路和其他回路 每一安装单 位的端子排应编有顺序号 相对编号法相对编号法 六六 变电所操作电源变电所操作电源 1 1 交流操作电源交流操作电源 变流器供给操作电源变流器供给操作电源 交流电压供给操作电源交流电压供给操作电源 2 2 硅整流加储能电容作为操作电源硅整流加储能电容作为操作电源 3 3 铅酸蓄电池直流电源铅酸蓄电池直流电源 4 4 镉镍蓄电池直流电源镉镍蓄电池直流电源 157 10kv 电力线路在电流速断保护的死区内发生短路故障 一般由 A 动作跳闸 A 过电流保护 B 手动 C 瓦斯保护 D 差动保护 166 高压电动机的零序电流保护主要反映故障为 B A 三相故障 B 接地故障 C 过负荷 D 内部故障 167 过电流继电器开始返回原位的 A 电流称为返回电流 A 最大 B 最小 C 中间 180 电力线路限时电流速断保护动作电流与 C 配合整定 A 相邻线路过电流保护动作电流 B 相邻线路瞬时电流速断保护动作电流 C 本线路末端三相最大短路电流 D 本线路最大负荷电流 181 3 10kV 电力电容器组电流速断保护动作电流按额定电流的 C 整定 A 0 5 1 B 1 5 2 C 2 2 5 D 3 182 在继电保护回路中常采用 B 来增加触点数量和触点容量 A 电流继电器 B 中间继电器 C 低电压继电器 D 信号继电器 193 电力线路电流速断保护是按躲过本线路 D 来整定计算的 A 首端两相最小短路电流 B 首端三相最大短路电流 C 末端两相最小短路电流 D 末端三相最大短路电流 200 剩余电流保护器的动作电流值达到或超过给定电流值时 将自动 B A 重合闸 B 切断电源 C 合上电源 D 给出报警信号 203 变电站中 当工作电源因故障自动跳开后 A 使备用电源自动投入 A 备用电源自动投入装置 B 自动重合闸装置 C 直流电源装置 204 GL 系列感应型过电流继电器 感应元件构成 B 保护 A 电流速断 B 带时限过电流 C 限时电流速断 D 过负荷 26 安装接线图包括 B C D A 原理接线图 B 屏面布置图 C 屏背面接线图 D 端子排图 27 二次接线图包括 A B C A 原理接线图 B 展开接线图 C 安装接线图 D 电气主接线图 70 采用微机综合自动化的变电所 其继电保护均采用微机保护 93 在继电保护回路中 中间继电器可用于增加触点数量和触点容量 102 中性点非直接接地系统中发生单相接地时 保护装置将动作切断电源 造成停电 117 在保护动作时 回路中流过信号继电器线圈的电流大于额定工作电流 1 1 倍即可 167 由 DL 型过电流继电器构成的电流保护动作后必须经过中间继电器启动跳闸回路 192 电力线路的电流速断保护只能保护线路全长的一部分 11 1 某 10kV 变电站 其变压器采用油浸式变压器 容量为 800kV A 其继电保护配置主要有 A B D A 过电流保护 B 电流速断保护 C 电流差动保护 D 瓦斯保护 2 某 10kV 电力线路速断保护动作 断路器跳闸 其故障原因可能为 A C A 电力线路近端发生瞬时性相间短路 B 电力线路近端发生永久性相间短路 C 电力线路远端发生瞬时性相间短路 D 电力线路远端发生永久性相间短路 一 单项选择题一 单项选择题 每题的备选项中 只有一项最符合题意 每题 1 分 错选或不选为 O 分 4 当电压上升时 白炽灯的 C 将下降 A 发光效率 B 光通量 C 寿命 7 220V 单相供电电压允许偏差为额定电压的 C A 7 B 10 C 7 10 86 真空断路器触头开断过程中 主要依靠 A 形成电弧 A 触头产生的金属蒸汽 B 触头间隙介质的碰撞游离 C 触头间隙介质的热游离 87 交流电弧电流瞬时过零时 此后若 A 电弧将彻底熄灭 A 触头间介质击穿电压 触头间恢复电压 B 触头间介质击穿电压 触头间恢复电压 C 触头间介质击穿电压 触头间恢复电压 97 更换 RN2 型熔断器熔丝时 熔丝的材料 截面 长度和电阻均应符合要求 否则会在熔 断时 A A 产生危险的过电压 B 造成指示熔体不能熔断 C 可靠喷射灭弧 99 触头间恢复电压的大小与触头间的 C 等因素有关 A 电弧长度 B 电源电压 C 电弧电流大小 108 RNl 系列熔断器的熔体中间焊有 B A 小铜球 B 小锡球 C 小铁球 122 变电所在 C 可以进行交接班 A 事故处理中 B 倒闸操作中 C 正常运行时 127 在 A 系统 相与地之间通过电弧形成的连接视为短路 A 中性点直接接地 B 中性点经消弧线圈接地 C 中性