项目四继电保护及二次回路

项目四继电保护及二次回路的识读

任务：

1.会识读二次回路接线图；

2.会根据二次回路接线图接线教学目标：知识1.继电保护的组成，基本工作原理2.二次回路直流操作电源和交流操作电源的类型和作用3.对断路器控制的基本要求及断路器控制回路的运作过程4.供配电系统中继电保护装置的原理分析能力1.会识读二次回路接线图；2.会根据二次回路接线图接线3.会分析保护电路；供配电系统的二次回路是实现供配电系统安全、经济、稳定运行的重要保障。随着变配电所的自动化水平的提高，二次回路将起到越来越大的作用。继电保护是用来提高供配电系统运行可靠性行之有效的反事故自动装置。继电保护与其他自动装置配合工作时，还可提高供配电系统运行的稳定性，所以，继电保护是电力系统自动化的重要内容之一。任务一

供配电系统的二次回路

二次回路可反映一次系统的工作状态及控制、调整一次设备。当一次系统发生事故时，能够立即动作，使故障部分退出运行。

任务一

供配电系统的二次回路

二次回路可反映一次系统的工作状态及控制、调整一次设备。当一次系统发生事故时，能够立即动作，使故障部分退出运行。

操作电源主要供电给控制、保护、信号、自动装置回路以及操动机械和调节机械的传动机构；供事故照明、直流油泵及交流不停电电源用电，以保证事故保安负荷的工作。操作电源分交流电源和直流电源，目前发电厂和变电所一般采用直流操作电源。一、二次回路的操作电源二次回路基本概念对一次设备的工作进行监测、控制及保护，以保证电站安全、经济的运行的辅助设备称为二次设备。二次设备经导线或控制电缆以一定的方式相互连接所构成的电路称作二次回路。一、二次回路的操作电源（一）、直流操作电源有蓄电池组和硅整流直流电源.主要用于大、中型变配电所1、

蓄电池组通常采用浮充电法，即先将蓄电池充好电，然后将浮充电设备和蓄电池并联工作，浮充电设备既给直流母线上的经常性负荷供电，又以不大的电流（约等于0.3×安培，为蓄电池额定容量）向蓄电池浮充电，用来补偿蓄电池由于自放电而损失的能量，使蓄电池经常处于满充电状态，延长了蓄电池的寿命。浮充电：将蓄电池和充电装置并联，负荷由充电装置供给，同时以恒压小电流向蓄电池充电，使蓄电池经常处于满充电状态。2、硅整流直流操作电源平时硅整流电源将厂用交流电变为直流电供给操作、保护及信号回路，并向电容器组充电。当电力系统发生故障时若引起厂用电源电压下降，则整流直流电压也相应下降，但充足电的电容器组可对继电保护装置和断路器跳闸线圈放电，使断路器可靠跳闸，从而保证电站运行的安全。采用硅整流电容储能装置后，一般应有两个独立电源供电，一个接硅整流装置，一个备用。（二）、交流操作电源有利于简化二次接线，节约投资，减少运行维护工作，易于实现自动化和远动化。适用于小型变配电所。一、二次回路的操作电源所用主变一般都接在电源的进线处。这样，在变电所母线或变压器发生故障时，所用主变仍能取得电源。一般情况下，采用一台所用变即可，但对一些重要的变电所，要求有可靠的所用电源，此电源不仅在正常情况下能保证供电给操作电源，而且应考虑在全所停电或所用电源发生故障时，仍能实现对电源进线断路器的操作和事故照明的用电，这时一般设有两台互为备用的所用主变。

交流操作电源供电的继电保护装置利用断路器手动操作机构内的过流脱扣器（跳闸线圈）YR直接动作于断路器QF跳闸，这种操作方式简单经济，但保护灵敏度低，工程实际应用较少。I>QSQFYR(KA)TA1TA2交流操作电源的直动式保护交流操作电源供电的继电保护装置I>QSQFYRTA1TA2KA正常运行时，电流继电器KA的常闭触点将YR短路分流，YR中无电流通过，断路器QF不会跳闸；一次系统发生故障时，电流继电器KA动作，常闭触点断开，使电流互感器的二次电流全部通过YR，使断路器QF跳闸。

这种继电保护装置操作简单、灵敏可靠、触点容量大，但不能构成完善和复杂的保护，只应用于小型变电所。去分流跳闸式继电保护装置：对电力装置回路的电力运行参数作经常测量、选择测量、记录用的仪表和作计费、技术经济分析考核管理用的计量仪表统称为电测量仪表。工厂供配电二次回路中装设电气测量仪表，可满足电气设备安全运行的需要，监视变配电所电气设备的运行状况、电压质量等。

二、电测量仪表和绝缘监视装置①供配电系统的每一条电源进线上，必须装设计费用的有功电度表和无功电度表及反映电流大小的电流表。通常采用标准计量柜，计量柜内有计量专用电流、电压互感器。（一）.测量仪表的配置

②在变配电所的每一段母线上（3~10kV），必须装设电压表4只，其中一只测量线电压，其它三只测量相电压。（一）.测量仪表的配置

③35/6~10kV变压器应在高压侧或低压侧装设电流表、有功功率表、无功功率表、有功电度表和无功电度表各一只，6~10/0.4kV的配电变压器，应在高压侧或低压侧装设一只电流表和一只有功电度表，如为单独经济核算的单位变压器还应装设一只无功电度表。有功电度表无功电度表电压表电流表

④3~10kV配电线路应装设电流表，有功电度表，无功电度表各一只，如不是单独经济核算单位时，无功电度表可不装设。当线路负荷大于5000kVA及以上时，应装设一只有功功率表。（一）.测量仪表的配置

⑤低压动力线路上应装一只电流表。照明和动力混合供电的线路上照明负荷占总负荷15~20%以上时，应在每相上装一只电流表。如需电能计量，一般应装设一只三相四线有功电度表。

⑥并联电容器总回路上，每相应装设一只电流表，并应装设一只无功电度表。（一）.测量仪表的配置（二）常用仪表准确度的配置1）交流电流、电压表、功率表可选用1.5~2.5级；直流电路中电流、电压表可选用1.5级；频率表0.5级。2）仪表的测量范围和电流互感器变流比的选择，宜满足当电力装置回路以额定值运行时，仪表的指示在标度尺的2/3处。对有可能过负荷的电力装置回路，仪表的测量范围，宜留有适当的过负荷裕度。对重载起动的电动机和运行中有可能出现短时冲击电流的电力装置回路，宜采用具有过负荷标度尺的电流表。对有可能双向运行的电力装置回路，应采用具有双向标度尺的仪表。3）电度表及互感器准确度配置见表4-1。（二）常用仪表准确度的配置测量要求互感器准确度电度表准确度配置说明计费计量0.2级0.5级有功电度表0.5级专用电能计量仪表月平均电量在106kWh及以上0.5级1.0级有功电度表1.0级专用电能计量仪表2.0级无功电度表①月平均电量在106kWh以下；②315kVA以上变压器高压侧计量计费计量及一般计量1.0级2.0级有功电度表

3.0级无功电度表①315kVA以下变压器低压侧计量点；②75kW及以上电动机电能计量；③企业内部技术经济考核（不计费）一般测量1.0级1.5级和0.5级测量仪表

3.0级2.5级测量仪表非重要回路（二）.直流绝缘监察装置直流绝缘监察装置用于小接地电流的电力系统中，可及时发现单相接地故障，以免单相接地故障发展为两相接地短路，造成停电事故。正常状态下，直流母线正极和负极的对地绝缘良好，电阻R+和R-相等，继电器KE线圈中只有微小的不平衡电流通过，继电器不动作。当某一极的对地绝缘电阻（R+、R-）下降时，电桥失去平衡，流过继电器KE线圈中的电流增大。当绝缘电阻下降到一定值时，流过继电器KE线圈中的电流增大，继电器KE动作，其常开触点闭合，发出预告信号。

（二）.直流绝缘监察装置（1）两点接地的危害在直流系统中，正、负母线对地是悬空的，当发生一点接地时，并不会引起任何危害，但必须及时消除，否则当另一点接地时，会引起信号回路、控制回路、继电保护回路和自动装置回路的误动作，如图4.6所示，A、B两点接地会造成误跳闸情况。

（2）对直流绝缘监察装置的基本要求

能正确反映直流系统的任一极绝缘电阻下降情况；能测量绝缘电阻下降的极性，以及绝缘电阻的大小；有助于绝缘电阻下降点的查找。2）直流绝缘监察装置原理母线电压表转换开关ST有三个位置：2V电压表此时测得正、负母线间电压“母线”位置“负对地”位置2V电压表此时测得负母线“对地”电压“正对地”位置2V电压表此时测得正母线“对地”电压2）直流绝缘监察装置原理绝缘监视转换开关1SL也有三个位置：电阻3R短接，当母线绝缘电阻下降时“信号”位置测量位置11R短接，1V电压表测得测量位置1电压测量位置22R短接，1V电压表测得测量位置2电压3）直流系统接地故障处理

利用直流绝缘监察装置的电压表，测量正、负极对地电压，检查是正极还是负极接地或对地绝缘电阻降低。正常时，正、负极对地电压均为零。如果正极对地电压升高或等于母线电压，则为负极绝缘能力降低或接地；如果负极对地电压升高或等于母线电压，则为正极绝缘电阻能力降低或接地。当系统发生一点接地时，将发出预告信号，运行操作人员必须迅速找出接地点并加以消除，以防发展为两点接地。

判断接地极及性质P85,1

寻找接地点的一般原则①对于双母线的直流系统，应首先判明是哪一条母线发生接地。②按先次要负荷后重要负荷，先室外后室内的顺序检查各馈线，然后检查蓄电池、充电设备、直流母线。③对不重要的直流馈线，采用试停电的方法寻找。如在断开某一回路时，接地信号消失，并且各极对地电压指示正常，则说明接地点即在该回路中。但不论该回路是否有接地，拉开后均应先合上，然后再设法处理。④对于不允许短时停电的重要直流馈线，必须先将其负荷转移到另一母线上供电，然后再寻找接地点。任务二、中央信号装置供配电系统中，保护装置或监测装置动作后都要通过信号系统发出相应的信号提示运行人员。这个信号系统称为中央信号系统。

任务二、中央信号装置一、中央信号的类型：断路器发生事故跳闸时，启动蜂鸣器（或电笛）发出声响，同时断路器的位置指示灯发出闪光，事故类型光字牌亮，指示故障的位置和类型。

①事故信号当电气设备出现不正常运行状态时，启动警铃发出声响信号，同时标有故障性质的光字牌点亮，指示不正常运行状态的类型，如变压器过负荷、控制回路断线等。

②预告信号位置信号包括断路器位置（如灯光指示或操动机构分合闸位置指示器）和隔离开关位置信号等。

③位置信号用于主控制室向其它控制室发出操作命令和控制室之间的联系。④指挥信号和联系信号④中央信号装置在发出音响信号后，应能手动或自动复归（解除）音响，而灯光信号及其它指示信号应保持到消除故障为止。⑤接线应简单、可靠，应能监视信号回路的完好性。⑥应能对事故信号、预告信号及其光字牌是否完好进行试验。⑦中央信号一般采用重复动作的信号装置，变配电所主接线比较简单时可采用不重复动作的中央信号装置。二、对中央信号回路的要求①中央事故信号装置应保证在任一断路器事故跳闸后，立即发出音响信号和灯光信号；②中央预告信号装置应保证在任一电路发生故障时，能按要求（瞬时或延时）发出音响信号和灯光信号；③中央事故音响信号与预告音响信号应有区别。一般事故音响信号电笛或蜂鸣器，预告音响信号用电铃；若某断路器（1QF）因事故跳闸，事故信号回路起动，蜂鸣器HB发出声响。按2SB复归按钮解除音响。若此时2QF又发生了事故跳闸，蜂鸣器将不会发出声响，这就叫做“不能重复动作”。能在控制室手动复归称中央复归。1SB为试验按钮，用于检查事故音响是否完好。复归按钮试验按钮常闭触头常闭触头三、中央事故信号回路(中央复归、不能重复动作的信号回路)四、中央预告信号回路中央预告信号是指在供电系统中出现不正常工作状态时发出的音响信号。中央预告信号装置有直流和交流两种，也有不重复动作和重复动作的两种。

中央复归不重复动作预告信号回路系统发生不正常工作状态时，不正常工作状态未消除之前KS、HL、KM线圈一直是接通的，当另一设备发生不正常工作状态时，“不能重复”发出音响信号，只有相应的光字牌亮。光字牌亮

反映系统不正常状态的继电器常开触点

试验按钮解除音响按钮你能回答吗？电气回路中为什么要装设绝缘监视装置？直流绝缘监视装置是如何发出音响和灯光信号的？

问题与思考何谓操作电源？操作电源分有哪几类？其作用有何不同？

断路器控制回路应满足哪些基本要求？

复式整流装置为什么可以保证在短路时仍能可靠供电？

直流回路一点接地后还能继续运行吗？两点接地呢？

任务三线路的继电保护一、继电保护的要求当供配电系统发生短路故障时，继电保护装置动作，只切除故障元件，使停电范围最小，保证系统中无故障部分仍正常工作。继电保护选择性示意图供配电系统发生短路故障时，继电保护应能尽快动作切除故障，以减小故障引起的损失，提高电力系统的稳定性。②速动性①选择性继电保护在其所规定的保护范围内，发生故障或不正常运行状态时动作准确，不拒动；发生任何保护不应该动作的故障或不正常运行状态，不应误动作。③可靠性系统K点发生短路，保护3不应该拒动作，保护1和保护2不应该误动作。

指继电保护在其保护范围内，对发生故障或不正常运行状态的反应能力。在继电保护的保护范围内，不论系统的运行方式、短路的性质和短路的位置如何，保护都应正确动作。继电保护的灵敏性通常用灵敏度KS来衡量，灵敏度愈高，反应故障的能力愈强。

④灵敏性灵敏度可按下式计算不同作用的保护装置和被保护设备，所要求的灵敏度是不同的，在《继电保护和自动装置设计技术规程》中都有规定。二、继电保护的基本原理供配电系统中具有各种各样的保护装置，但基本上都是由测量部分、逻辑部分和执行部分组成。如下图所示。故障量测量逻辑执行跳闸或信号额定值测量部分测量被保护设备的某物理量，和保护装置的整定值进行比较，判断被保护设备是否发生故障，保护装置是否应该起动。逻辑部分根据测量部分输出量的大小、性质、出现的顺序，使保护装置按一定的逻辑关系工作，输出信号到执行部分。执行部分根据逻辑部分信号驱动保护装置动作，使断路器跳闸或发出信号。P85.3三、常见的继电保护及其接线方式DL系列电磁式电流继电器用于电机变压器及输电线的过负荷和短路保护线路中作为启动元件。

1.电磁式保护继电器名称及符号①电磁式电流继电器和电压继电器当电磁铁线圈中有电流通过时，衔铁克服反作用力矩而处于动作状态，当电流升高到整定值时，继电器动合触点闭合、动断触点断开；当电流降低到0.8倍整定值时，继电器触点复归。继电器铭牌刻度值及额定值是指继电器线圈串联时的数值，转动刻度盘上指针可改变游丝的作用力矩，从而改变继电器的动作值；将线圈串联或并联，可改变继电器的整定值。

工作原理：DL-10电磁型过电流继电器

1─线圈2─电磁铁3─钢舌片4─轴5─反作用弹簧6─轴承7─静触点8─动触点9─起动电流调节转杆10─标度盘（铭牌）使过电流继电器动作的最小电流称为继电器的动作电流，用Iop.kA表示。

使继电器返回到起始位置的最大电流，称为继电器的返回电流，用Ire.KA表示。

继电器的返回电流与动作电流之比称为返回系数Kre，即：电磁式继电器的内部接线图及电路图符号电磁式电压继电器

DJ型电磁式电压继电器的结构和工作原理与DL型电磁式电流继电器基本相同。不同之处仅是电压继电器的线圈匝数多，导线细，且与电压互感器的二次绕组并联。电压继电器的文字符号用KV表示。电磁式电压继电器有过电压继电器和欠电压继电器两种。过电压继电器返回系数小于1，通常为0.8，欠电压继电器返回系数大于1，通常为1.25。②电磁式时间继电器时间继电器用于继电保护装置中，使继电保护获得需要的延时，以满足选择性要求。DS型电磁式时间继电器的内部结构如右上图所示：由电磁系统、传动系统、钟表机构、触头系统和时间调整系统等组成。

③电磁式信号继电器

信号继电器在继电保护装置中用于发出指示信号，表示保护动作，同时接通信号回路，发出灯光或者音响信号。文字符号：KS

④电磁式中间继电器

中间继电器触头容量较大，触头数量较多，在继电保护装置中用于弥补主继电器触头容量或触头数量的不足。文字符号：KM

表示定位或非自动复位⑤感应式电流继电器感应式电流互感器用于电动机、变压器与输电线的过负荷短路及短路保护中作为反时限元件。图示GL－20系列具有反时限及瞬时动作特性，结构为凸出式有板前和板后两种接线形式。

感应式电流继电器有两个系统：感应系统和电磁系统。

反时限动作（感应元件）:从继电器感应系统动作到触头闭合的时间为继电器的动作时限。继电器线圈中电流越大，铝盘转速越快，扇形齿轮上升速度也越快，动作时限越短。这就是感应式电流继电器的“反时限”特性。

速断动作（电磁元件）:继电器线圈中的电流增大到继电器的速断电流整定值时，电磁铁将衔铁瞬时吸下。结构和工作原理：GL系列感应式过电流继电器

1─线圈2─铁心3─短路环4─铝盘5─钢片6─框架

7─调节弹簧8─制动永久磁铁9─扇形齿轮10─涡杆

11─扁杆12─继电器触头13─时间调节螺杆

14─速断电流调节螺杆15─衔铁16─动作电流调节插销四、继电保护装置的接线方式线路发生短路时，线路中的电流会突然增大，电压会突然降低。当流过被保护元件中的电流超过预先整定值时，断路器就会跳闸或发出报警信号，由此构成线路的电流保护。电流保护的接线方式指电流继电器与电流互感器的连接方式。①三相三继电器接线

三相三继电器接线下，当任何形式的短路发生时，都有相应的二次故障电流流入继电器，因此可以保护各种形式的相间短路和单相接地短路故障。但是这种接线方式所用设备较多，接线较复杂。主要用于大接地电流系统中的保护。

三相不平衡系统②两相二继电器接线

两相二继电器接线方式，能保护各种相间短路，但不能保护某些两相接地短路和未装电流互感器的那一相单相接地短路故障。这种接线方式所用设备较少、接线方式较简单。多用于中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中。③两相一继电器接线

两相一继电器接线方式中，电流互感器通常接在A相和C相，继电器中流过的电流为两相电流的相量之差，因此又称为两相电流差式接线。这种接线可反应各种相间短路，但其接线系数随短路种类不同而不同，保护灵敏度也不同。主要用于高压小容量电动机的保护。

中性点不接地的三相系统三相三线制任务四过电流保护装置一、定时限过电流保护装置的接线和工作原理

下图所示为定时限过电流保护装置的原理图和展开图。图（a）中，所有元件的组成部分都集中表示，称为原理图；图（b）中，所有元件的组成部分按所属回路分开表示，称为展开图。展开图简明清晰，广泛应用于二次回路图。

利用KT调定时间-定时限。动作时间较准确当一次线路发生短路时，通过线路的短路电流使流经继电器的电流大于继电器的动作电流，电流继电器KA瞬时动作，其常开触点闭合，时间继电器KT线圈得电，其触点经一定延时后闭合，使中间继电器KM和信号继电器KS动作。KM的常开触点闭合，接通断路器跳闸线圈YR回路，断路器QF跳闸，切除短路故障线路。KS动作，其指示牌掉下，同时其常开触点闭合，起动信号回路，发出灯光和音响信号。二、反时限过电流保护装置的接线和工作原理

反时限过电流保护装置由GL型感应式电流继电器组成。利用过电流继电器本身具有的反时限特性实现反时限过电流保护。当线路发生短路时，继电器常闭触点打开，电流互感器二次侧电流流经跳闸线圈，断路器QF跳闸切除故障线路。

先合后断三、过电流保护的动作电流整定及保护灵敏度校验

当线路2WL的首端k发生短路时，由于短路电流远远大于正常最大负荷电流，所以沿线路的过电流保护装置KA1、KA2都要启动。在正确动作情况下，应该是靠近故障点k的保护装置KA2首先断开2QF，切除故障线路WL2。

保护装置的返回电流也必须躲过线路的最大负荷电流，即过电流保护装置的动作时限，应从距离电源最远的保护装置开始，按阶梯原则整定。

当k点发生短路时，根据选择性要求，应该距k点最近的保护装置动作，因此保护装置的动作时限应最小；保护装置的动作时限应比装置的动作时限增加t，即：

t1=t0

t2=t1+Δtt3=t2+Δt考虑到断路器动作时间和灭弧时间，Δt取0.5～0.7秒。阶梯原则说明①动作电流整定过电流保护的动作电流整定，必须满足下面两个条件。①为避免在最大负荷通过时保护装置误动作，过电流保护的动作电流整定应该躲过线路的最大负荷电流（包括正常过负荷电流和尖峰电流）Ilmax。②为保证保护装置在外部故障切除后，能可靠地返回到原始位置，防止发生误动作，保护装置的返回电流Ire也应该躲过线路的最大负荷电流Ilmax。线路的最大负荷电流Ilmax应根据线路实际的过负荷情况来定，特别是尖峰电流，包括电动机的自起动电流。设电流互感器的变比为ki，保护装置的接线系数为Kw，保护装置的返回系数为Kre，Krel:保护装置的可靠系数。则过电流保护整定动作电流整定公式为：

式中：Krel─保护装置的可靠系数，对DL型继电器可取1.2；对GL型继电器可取1.3。Kw─保护装置的接线系数，按三相短路来考虑，对两相两继电器接线为1；对两相一继电器接线或两相电流差式接线均为。

Ilmax─含尖峰电流的线路最大负荷电流，可取1.5~3倍的I30。

Kre─返回系数，对过量取0.8，对欠量取1.25

ki─电流互感器的变比

如果用断路器手动操作机构中的过电流脱扣器作过电流保护，则脱扣器动作电流应按下式整定：式中：Krel─保护装置的可靠系数；可取2—2.5，这里已考虑了脱扣器的返回系数。某高压线路的计算电流为100A，线路末端的三相短路电流为1200A。现采用GL15/10型电流继电器，组成两相电流差式接线的相间短路保护，电流互感器变流比为320/5。试整定此继电器的动作电流。解例即此继电器的动作电流可取为整数9A。取Kre=0.8，Kw=，Krel=1.3，Ilmax=2Ii=2×100A=200A由过电流保护动作电流整定公式可得：②保护灵敏度校验过电流保护的灵敏度用系统最小运行方式下线路末端的两相短路电流进行校验。灵敏系数式中Iop1——保护装置的一次侧动作电流整定值。

I（2）kmin——系统最小运行方式下被保护范围末端发生金属性短路的最小短路电流值。若过电流保护的灵敏度达不到要求，可采用带低电压闭锁的过电流保护，此时电流继电器动作电流按线路的计算电流整定，以提高保护的灵敏度。

在过电流继电器KA的常开触头回路中串入经互感器直接接到被保护的母线上的低电压继电器KV的常闭触头③定时限和反时限的比较定时限过电流保护的优点：动作时间较为准确，容易整定，误差小。缺点：所用继电器数目较多，因此接线复杂，需要直流操作电源，投资较大，另外靠近电源处保护动作时间太长，而短路电流则越大，GB50062-1992规定在过电流保护超过0.5-0.7S应装设瞬动的电流速断保护装置。反时限过电流保护的优点：