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电气二次基础知识概述 1 目录 继电保护的基础知识 No 1 一 继电器简介 百度定义 继电器 英文名称 relay 是一种电控制器件 是当输入量 激励量 的变化达到规定要求时 在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器 通俗定义 继电器是一种基本的电气设备 它用来打开或关闭一定数量互相独立的电路 这种操作是利用由电压或电流控制的线圈绕组所产生的电磁场来实现的 当输入量 电 磁 声 光 热 达到一定值时 输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件 继电器的分类继电器从广义的定义划分应该分为两大类 一是电气量继电器 如电流 电压 频率等 二是非电量继电器 如温度 压力 速度等 后面所叙述全部为电气量继电器 从类型和工作原理上分为动态继电器和静态继电器 动态继电器也就是电磁继电器 是继电器的基础理论 也是本次交流的重点 在此对静态继电器不作阐述 1 线圈 通电后铁芯产生磁性 2 衔铁 带动触点 3 触点 构成继电保护中动作回路和信号回路的基本单元 电磁继电器的基本理论 电生磁 磁生机械力 电磁继电器的基本原理 二 常用继电器类型 1 电流继电器电流继电器的基本原理也是通过线圈绕在铁心上产生电磁吸力 从而使触点开断 与其他继电器不同之处在于它是串联于电路中 利用电流启动继电器动作 它的吸引线圈匝数少 线径粗 电流继电器采集对象是电气回路中电流 动作值可以进行整定 可根据电流大小来判断电流继电器是否动作 这也是现在微机保护的基本元件 2 电压继电器电压继电器的基本原理也是通过线圈绕在铁心上产生电磁吸力 从而使触点开断 与电流继电器不同之处在于它是并联于电路中 它的吸引线圈匝数少 线径细 它是根据电压情况来动作继电器 也可以进行整定 电压继电器分过电压继电器和低电压继电器 3 中间继电器和信号继电器中间继电器主要用于增加触点数量和触点容量 一般中间继电器都有多副触点 而且容量也较大 有的中间继电器还有电流或电压保持功能 信号继电器主要用于发出信号 根据需要有串联型电流信号继电器和并联型电压信号继电器 4 时间继电器时间继电器可计时动作 当达到预先设定的延时后 时间继电器动作 从而接点闭合 三 继电保护及其回路简介 电力系统中出现短路或接地等故障时 将引起电流或电压的变化 我们通过PT和CT将最直接的电气量采集 并通过上述继电器就可以搭建一个最简单的继电保护回路 就这是最原始的继电保护 见下图 简易继电保护回路 模拟屏 从20世纪50年代到90年代末 在40余年的时间里 继电保护完成了发展的4个阶段 即从电磁式保护装置到晶体管式继电保护装置 到集成电路继电保护装置 再到微机继电保护装置 微机继电保护的基本原理也是建立在前面所描述各种继电器的原理之上的 唯一不同的是引入了微机的概念 不再是电磁式继电器 同时结合计算机网络 使微机保护变得多元 功能更为强大 操作更为简单 四 微机继电保护的概念和发展吏 1 微机继电保护的概念简单来说微机继电保护是应用微型计算机或微处理机构成的继电保护 首先通过采集模块采集电力系统的模拟量 电流电压等 然后通过A D转换 最后通过计算机对数字量进行计算和判断 并输出结果 动作或发信 2 微机继电保护的发展史它起源于20世纪60年代中后期 是在英国 澳大利亚和美国的一些学者的倡导下开始进行研究的 60年代中期 有人提出用小型计算机实现继电保护的设想 但是由于当时计算机的价格昂贵 同时也无法满足高速继电保护的技术要求 因此没有在保护方面取得实际应用 在70年代后期 出现了比较完善的微机保护样机 并投入到电力系统中试运行 80年代 微机保护在硬件结构和软件技术方面日趋成熟 并已在一些国家推广应用 90年代 电力系统继电保护技术发展到了微机保护时代 我国的微机保护研究起步于20世纪70年代末期 80年代初期 到了90年代 我国继电保护进入了微机时代 在我国微机保护的发展经历了三个阶段 第一阶段微机保护装置是单CPU结构 结构简单 总线暴露在印刷板之外 第二阶段微机保护装置为多CPU结构 每块印刷以CPU为中心组成一个计算机系统 实现了 总线不出芯片 第三个阶段利用一个特殊的单片机将总线系统与CPU一起封装在一个集成电路中 因此有极强的抗干抗能力 由于广泛的采用DSP 数字信号处理器 保护装置越做越好 功能越做强大 3 国内及国外微机继电保护厂家列举微机保护国内厂家 南瑞 四方 南自 许继 长园深瑞微机保护国外厂家 ABB 西门子 施耐德 SEL 通用电气 阿尔思通 阿海珐等国内国外保护最大的区别就是国内保护程序基本是固化的 国外的可以逻辑编程 综合自动化简介 No 2 1 综合自动化的概念综合自动化系统就是将变电站的二次设备 包括仪表 信号系统 继电保护 自动装置和远动装置 经过功能的组合和优化设计 利用先进的计算机技术 现代电子技术和通信设备及信号处理技术 实现对全变电站的主要设备和输配电线路的自 动监视 测量 自动控制和微机保护以及与调度通信等综合性的自动化功能 2 综合自动化的系统的构成综合自动动化对于二次专业来说是一个大而全的概念 它包含了微机继电保护及自动装置 通信网络 监控系统 远动数据传输等 1 微机继电保护及自动装置这是站内二次部分的核心设备 也是基础单元 继电保护的实现 基础数据的采集或获取均来自于微机继电保护及自动装置 安装方式有组屏安装 也有分散安装 分散单元 组屏安装 2 通信网络是综合自动化的桥梁 主要是通过以太网或其他通信方式将站内各设备在通信上连接起来 基础设备为交换机 常用规约是103和IEC61850 3 监控系统监控系统是综合自动化的数据处理中心和人机交互平台 主要由工作员站 工程师站或系统软件组成 4 远动数据传输主要是提供对外传输接口和数据 如与调度通信 与业主远方系统通信等 最早的远动传输采用的是RTU设备 就是在站内安装一套采集设备 然后将模拟信号和数字信号用硬接线的方式接入RTU设备进行传输 二次设备配置简要说明 No 3 一 电气二次设备配置说明 不论是风电场还是光伏电站二次设备的配置都大同小异 但不同的接线方式也有少许不同 下面以随州一期为例进行介绍 随州一期为线变组接线方式 总容量100MW 10条集电线路 无独立接地变 无功补偿为SVG FC 二次设备配置见下表 齐星湖北随州淅河光伏发电工程二次设备配置表 二次保护的配置原则是以设备为对象 满足不同的保护功能进配置 不同的设备有不同的特性 也有不同的保护原理 比如110kV线路等级较高 同时作为双电源 那么主保护就要配光差 后备保护为距离和零序保护 主变内部短路由差动保护动作 外部短路由复压过流保护动作 后备保护 同时反应非气电量 如气体 温度 动作还要配置非电量保护 电容器在低压 过压 电压不平衡状态下运行都会产生损害 所以要配置低压 过压 不平衡 过流保护等 集电线路配置方向过流保护和零序保护 因为过流保护和零序保护完全可以切除异常的工况下的各种故障 屏柜的布置 保护配置图 主变高侧及线路保护 主变低侧 35kV集电线路 除保护装置外 二次还需要配置一些安全自动装置 调节装置 监测装置等 比如功率控制装置 光 风 功率预测设备 故障录波 安全稳定控制装置或综合解列装置 电能质量 相量测量 PMU 备自投等 其中除安全稳定控制装置或综合解列装置具有保护功能外 其他的都没有保护功能 但对于光伏站或风电场是必不可少的设备 常见保护的简要解释 No 4 一 三段式过流保护根据电流的大小来直接判断的保护 其统称为过电流保护 判据简单而直接 通常分为三段 一段为瞬时速断 二段为延时速断 三段为长延时过流保护 在实际整定投入几段根据上下级配合以及线路长短等因素决定 一般情况一段可保护保护线路80 的范围 二段保护可保护线路20 的范围 三段作为过负荷保护和相邻线的后备保护 在线路较短的情况下 一段就可以保护线路的全长 就无需投入二段 具体要根据计算结果来定 在过流保护中加入电压判据可形成方向保护或复压保护 它可以带方向动作或复合电压动作 加入方向和复合电压动作的判据主要是避免误动 如两条相邻线路 均为电源点 A线故障动作 B线则不应该动作 如果没有方向的制约则可能同时动作 同时电流与电压有很必然的对应关系 在短路时电流增加电压必然下降 但有时瞬间的震荡或瞬间负荷过大等其他原因 也可能会使电流上升 但电压波动并不大 其并非真实故障 这些保护就可根据电压情况进行闭锁 过流保护可用作主保护 但对于如主变等大型电气设备或双电源线路都是用作后备保护 二 差动保护差动保护利用的是基尔霍夫电流定理 即电流回路中任意节点流入电流之和等于该接点的流出电流之和 不论是主变 母线还是线路 正常情况下电流代数和均为零 当其中某一处存在短路或是接点 电流均流向故障点 打破了平衡 从而产生了一定大小的电流 保护元件不动作 差动保护反应迅速 可靠性高 在大型电气设备及双电源线路都将其作为主保护 差动保护分为纵差和横差 所谓纵差即是电流的纵向比较 如主变的高低侧 线路的两端 所谓横差即是电流的横向比较 如高电压等级大容量线路的相间差动 电容器 电抗器的差动等 一般我们所接触的都是纵差 三 距离保护距离保护是反应故障点至保护安装地点之间的距离 或阻抗 并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置 它是以距离测量元件为基础构成的保护装置 其动作和选择性取决于本地测量参数 阻抗 电抗 方向 与设定的被保护区段参数的比较结果 而阻抗 电抗又与输电线的长度成正比 故名距离保护 在线路上故障点离测量元件越近 动作时间越快 反之越慢 四 主保护和后备保护这里的主保护和后备保护不是一个保护功能 而是一个保护概念 主保护是以该保护为主 当主保护失灵或是保护范围不够时 后备保护则作为一种补充对设备进行保护 如主变的主保护为差动保护 如果主变发生故障 首先主保护动作 如果主变本体没有故障 而母线发生故障 这时主变则靠后备保护动作 因为主变的主保护范围不考虑母线 调度通信设备简介 No 5 调度通信简单的说就是电力公司内部的一个广域网 这个网络与公网的组建方式大同小异 只是对于安全防护更为严格 它的基本设备是光传输设备 然后各种调制解调设备和路由器与光传输设备相连 形成一个跨区域互联的庞大网络 一 通信网络设备的组成1 SDH 同步数字系列 SynchronousDigitalHierarchy 在数字通信系统中 传送的信号都是数字化的脉冲序列 这些数字信号流在数字交换设备之间传输时 其速率必须完全保持一致 才能保证信息传送的准确无误 这就叫做 同步 SDH不仅适用于光纤 也适用于微波和卫星传输的技术体制 可以就把它简单理解为光传输设备 2 PCM 脉冲编码调制 PulseCodeModulation 就是把一个时间连续 取值连续的模拟信号变换成时间离散 取值离散的数字信号后在信道中传输 脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样 再对样值幅度量化 编码的过程 它可以将音频 视频 232数字信号等调制成数字基本信号 就是我们常说的2M 中国采用的欧洲的E1标准 速率是2 0