第七章+继电保护与二次回路

第七章继电保护自动装置与二次回路电工进网作业第七章继电保护自动装置与二次回路7.1继电保护任务及基本要求7.2变压器保护7.3电力线路保护7.4变电所微机保护监控装置简介7.5电力系统自动装置7.6二次回路基本知识7.7变电所操作电源为了保证一次系统的安全稳定运行，继电保护与二次系统起着十分重要的作用。特别是当一次系统发生故障或出现异常状态时，要依靠继电保护和自动装置将故障设备迅速切除，把事故限制在最小范围内，保证其他设备的运行。7.1继电保护任务及基本要求一继电保护任务继电保护是一种能反应电力系统中电气元件发生短路故障或异常状态，动作于跳闸或发出信号的一种自动装置。电力系统的故障

电力系统的故障最常见的是短路，其中包括：①三相短路②两相短路③大电流接地系统的单相接地短路④变压器、电机类设备的内部线圈匝间短路⑤充油设备的绝缘油在故障电弧作用下分解产生气体等。二、继电保护装置的基本要求为了能正确无误而又迅速地切除故障，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：①选择性、②快速性、

③灵敏性、④可靠性。1、选择性：保护装置动作时由距离故障点最近的保护装置动作，将故障元件从电力系统中切除，使停电范围限制在最小的范围内。主要通过正确地整定电气量的动作值和上下级保护的动作时差互相配合来获得，一般上下级保护的时限差取0.3～0.7s。有时要利用各类不同保护等来取得继电保护的选择性、灵活性和快速性。2、速动性：应力求保护装置能迅速地切除故障。3、灵敏性：在保护区内发生故障时，保护装置反应故障能力。通常用灵敏度来衡量。反应过量的保护：反应欠量的保护：

由于多数短路故障是非金属性短路，计算或测量参数有误差等，要求灵敏度要大于1。

能满足灵敏性要求的继电保护，在规定的范围内发生故障时，不论短路点的位置和短路的性质如何，都能正确反应动作，即要求不但在系统最大运行方式下三相短路时能可靠动作，而且在系统最小运行方式下经过较大的过渡电阻两相或单相发生短路故障时也能可靠动作。

所谓系统最大运行方式，就是在被保护线路末端短路时系统等效阻抗最小，通过保护装置的短路电流为最大的运行方式；系统最小运行方式，就是在同样的短路故障情况下，系统等效阻抗为最大，通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。4、可靠性：

继电保护的可靠性是指需要动作时不拒动，不需要动作时不误动，这是继电保护装置正确工作的基础。为保证继电保护装置具有足够的可靠性，应力求接线方式简单、继电器性能可靠、回路触点尽可能最少。还必须注意安装质量，并对继电保护装置按时进行维护和检验。三、继电保护装置的分类针对电器设备发生故障时的各种形态及电气量的变化，设置了各种继电保护方式：⑴电流过负荷保护、⑵过电流保护、⑶电流速断保护、⑷电流方向保护、⑸低电压保护、⑹过电压保护、⑺电流闭锁电压速断保护、⑻差动保护、⑼距离保护、⑽高频保护等、⑾反映非电气量的气体（瓦斯）保护。四、常用继电器介绍1、电磁型电流继电器（DL型）电流继电器结构：线圈通过电流时，产生电磁力，力矩表示为当转矩大于反作用力矩和摩擦力矩时，常闭触点闭合。使继电器动作的最小电流，称为继电器的动作电流。使继电器由动作状态返回到起始位置的最大电流，称为继电器的返回电流。返回系数：动作电流调整方法：1)改变线圈的连接方式

2)通过调整把手改变弹簧的反作用力矩3）改变舌片初始位置2、电磁型电压继电器特点：结构与电流继电器相同，线圈匝数多，输入量为电压。电磁力矩为：电压继电器分类：过电压继电器、低电压继电器。注意事项：低电压继电器动作、返回定义与过电压继电器不同。3、时间继电器作用：保护装置获得所要求时延。4、信号继电器作用：保护装置动作的信号指示，接通声光信号回路。特点：动作后触点自保持，应手动复归。5、中间继电器特点：触点容量大，触点数量多，可直接接通跳闸回路。可实现小延时。6、GL系列感应型过电流继电器既具有反时限特性的感应元件、又含电磁速断元件。其触点容量大，无需时间继电器和中间继电器即可构成过电流保护或速断保护。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常用的继电器图形符号五、继电保护用电流互感器的接线方式

电流互感器的接线方式是随测量仪表、继电保护和自动装置的需要而定的。常见的电流互感器接线方式有：

①三相星形接线

②两相不完全星形接线

③两相三继电器接线

④两相差接线

⑤三相零序接线等7.2变压器保护一

、电力变压器的故障和异常运行状态

变压器的内部故障可分为油箱内故障和油箱外故障两类。

内部故障：绕组的相间短路、匝间短路、接地短路，以及铁芯烧毁等。外部故障：套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。

异常运行状态：外部相间短路、接地短路引起的相间过电流和零序过电流，负荷超过其额定容量引起的过负荷、油箱漏油引起的油面降低，以及过电压、过励磁等。二、电力变压器保护设置要求如下：3－10kV配电变压器的继电保护主要有：①过电流保护、②电流速断保护。变电所单台油浸变压器容量在800kV·A及以上，或车间内装设的容量在400kV·A及以上的油浸变压器应装设气体保护。大容量变压器，例如单台容量10000kV·A及以上，或者单台容量在6300kV·A及以上的并列运行变压器，根据规程规定应装设电流差动保护，以代替电流速断保护。对于大容量、高电压的降压变压器，为了提高灵敏度，常采用复合电压闭锁的过电流保护。三、变压器过电流保护图7－3是变压器定时限过电流保护接线方式图。实际上各种电气设备过电流保护接线图都是相同的，只是动作电流和动作时间要求不一样。动作时间固定不变的，称为定时限过电流保护。过电流保护的动作电流是按照避开被保护设备（包括线路）的最大工作电流来整定的。为了使上、下级各电气设备继电保护动作具备选择性，过电流保护在动作时间整定上采取阶梯原则，即位于电源侧的上一级保护的动作时间要比下级保护时间长。因此过电流保护动作的快速性受到一定限制。动作时间随电流的大小而变化，电流越大动作时间越短。由这种继电器构成的过电流保护装置称为反时限过电流保护。图7－3定时限过电流保护原理接线图图7－4定时限过电流保护展开接线图四变压器电流速断保护

对于容量较小的变压器，当其过电流保护的动作时限大于0.5s时，可在电源侧装设电流速断保护。它与瓦斯保护配合，以反应变压器绕组及变压器电源侧的引出线套管上的各种故障。保护动作电流：（１）按大于变压器负荷侧母线短路时流过保护的最大短路电流（2）躲过变压器空载投入时的励磁涌流保护灵敏系数：要求：大于等于2。五变压器差动保护1、变压器纵差保护的基本原理

纵联差动保护是按比较被保护的变压器两侧电流的大小和相位的原理实现的。正常运行时：结论：正常运行时，由于型号、特性不同将产生不平衡电流。结论：内部短路时，无论是单电源，还是双电源，保护都能正确测量到短路点短路电流。内部短路：双侧电源：六气体保护1、瓦斯继电器的构成和动作原理

当变压器油箱内部发生故障时，短路电流产生的电弧使变压器油和其它绝缘材料分解，从而产生大量的可燃性气体，人们将这种可燃性气体统称为瓦斯气体。气体继电器安装：气体继电器结构：2、瓦斯保护的接线467.3电力线路保护一、过电流保护和电流速断保护6~10kV电力线路（单侧电源）配置过电流保护和电流速断保护过电流保护作为后面相邻区段的后备保护过电流保护时间级差取0.5~0.7s，动作时间一般在1.0~1.2s

利用电流突然增大使保护动作而构成的保护装置,称为电流保护。1、瞬时电流速断保护瞬时电流速断保护，它是反映电流升高，不带时限动作的一种保护，也称Ⅰ段保护。图形符号＞动作电流：保护动作电流按保护区末端短路条件整定：最大短路电流确定(1)系统运行方式；（2）短路点位置；（3）短路类型；（4）电网联接方式。相间短路电流计算：三相短路：两相短路：灵敏度保护的灵敏度按保护区长度来衡量。要求最小保护区不应小于被保护线路全长的。最大保护区不应小于被保护线路全长的。最大保护区确定：最小保护区确定：2、原理接线2、限时电流速断保护要求：应能保护线路全长。

被保护线路末端短路有灵敏度，必然保护区要延伸到相邻线路、或相邻元件的一部分。

为满足选择性要求，保护动作带有一定的时限。图形符号＞保护动作电流为：动作时间：保护动作时间：灵敏度：要求：大于等于1.3~1.5。当灵敏度不满足要求时,可与相邻线路的限时电流速断保护配合。原理接线小结（1）瞬时电流速断保护只能保护线路的一部分，动作的选择性依靠动作值来保证。对于线路变压器组，可使全线处于速动保护范围之内。（2）瞬时电流速断保护的灵敏度以保护区的长度来确定。（3）限时电流速断保护作为线路的主保护，要求应能保护被保护线路全长。为了缩短保护的动作时间，动作值与相邻线路、元件速断保护配合。小结（4）限时电流速断保护的选择性是依靠动作值、动作时间来保证。（5）当灵敏度不满足要求时，可与相邻线路限时电流速断保护配合。3、定时限过电流保护作用：一般作为主保护的后备保护。要求：应能保护被保护线路的全长，也能保护相邻线路全长及相邻元件的全部。即应能起到近后备与远后备保护的作用。（1）工作原理一般短路电流大于保护装置1、2、3的动作电流，保护1、2、3将起动。按选择性要求，断开QF3后，保护1、2应立即返回。

为满足选择性的要求，必须依靠各保护装置具有不同的动作时限来保证。即保护动作时间应满足：

从上式可见，保护装置动作时间是从用户到电源逐级增加，越靠近电源，保护动作时间越长。特点：形状象一个阶梯，故称为梯形时限特性。

由于保护动作时限是固定的，与短路电流大小无关，称定时限过电流保护。五、低电压保护和电流方向保护35kV及以上线路设置低电压保护双侧电源线路（或单侧电源环形电网）设置方向保护（如方向过电流、方向电流速断保护等）六、

高压电动机保护高压电动机常用的电流保护为电流速断保护（或电流纵差保护）和过负荷保护。过负荷保护根据需要可动作于跳闸或作用于信号。有时同时设置两套过负荷保护，一套保护动作于跳闸；另一套保护动作于信号。七、高压电力电容器组保护中小容量的高压电容器组普遍采用电流速断或延时速断作为相间短路保护。7.4变电所微机保护监控装置简介一、微机保护监控装置的特点微机保护：利用微机硬件的同时还要使用软件。1、维护调试方便2、可靠性高3、动作准确率高4、容易获得附加功能5、保护性能容易得到提高6、使用灵活、方便7、具有远方监控的特性电力系统信号处理采样及A/D转换跳闸继电器运行人员打印机触点输出板键及键盘二、微机保护装置的基本构成微机保护硬件组成三、微机保护的主要功能微机保护的主要功能包括：保护、测控、信息三个方面。四、微机保护监控装置的运行维护7.5电力系统自动装置自动重合闸一、自动重合闸装置的概念自动重合闸装置简称AAR装置

定义

输电线路在发生故障而使被跳闸的断路器自动、迅速地重新自动投入的一种自动装置。二.自动重合闸的作用

（1）

（2）（3）

（4）（5）提高输电线路供电可靠性提高系统并列运行的稳定性弥补输电线路耐雷水平降低的影响对断路器的误跳闸能起纠正作用

加快事故处理后电力系统电压恢复速度三、自动重合闸的不利因素(1)使电力系统又一次受到故障的

冲击，可能引起电力系统的振荡(2)使断路器工作条件恶化，因在很短

时间内断路器要连续两次切断短路

电流，即增加断路器检修机会、降

低断路器遮断容量自动重合闸的不利因素

四、对自动重合闸装置的基本要求

自动重合闸装置动作应迅速1考虑保护装置的复归、故障点去游离后绝缘强度的恢复、断路器操动机构的复归及其准备好再次合闸的时间234手动跳闸时AAR装置不应重合手动合闸于故障线路时，AAR应闭锁在断路器事故跳闸时，AAR装置应启动一种是“不对位”起动方式即控制开关在“合后”位置，而断路器在“跳闸”位置，两个位置不相符，表明断路器因保护动作或误动而跳闸即利用线路保护动作于断路器跳闸的同时，使AAR起动。但这种起动方式对误碰跳闸不能起纠正作用第二种是保护起动方式5678应预先规定自动重合闸装置的动作次数AAR装置动作后，应自动复归AAR装置应与继电保护配合动作AAR装置应能在重合闸动作后或重合闸动作前，加速继电保护的动作。即采用前加速或后加速。AAR装置与继电保护相互配合，可加速切除故障，并加快跳闸—重合闸循环过程，减轻第二次事故跳闸的后果。AAR装置应方便调试和监视一、备用电源自动投入装置的作用和优点当工作电源因故障被断开后，能自动、迅速地将备用电源投入工作或将用户切换到备用电源上，使负荷不至于停电的一种自动装置备用电源自动投入装置简称AAT装置

定义备用电源自动投入装置二、采用备用电源自动投入装置优点

（1）提高供电的可靠性，节省投资

（2）简化继电保护（3）限制短路电流，提高母线残余电压三、备用电源自动投入装置的基本要求为了实现这一要求，使备用电源断路的合闸部分由供电元件受电侧断路器的动断辅助触点来启动。①工作电源发生故障，工作断路器尚未断开时，就投入备用电源，也就是将备用电源投入到故障元件上，造成事故扩大②备用电源与工作电源不是取自同一点，往往存在电压差或相位差，工作电源未断开就投入备用电源，可能导致非同期并列。

工作电源断开后，备用电源才能投入1①工作变压器发生故障，继电保护动作，使两侧断路器跳闸②工作母线本身故障，继电保护使断路器跳闸③工作母线上的出线发生故障，而该出线断路器或继电保护拒绝动作，引起变压器断路器跳闸④变压器断路器误跳闸（人为误操作或保护误动作）⑤系统故障，高压工作电源电压消失为了实现这一要求，AAT装置在工作母线上应设置独立的低压启动部分，以保证在工作母线失压时，AAT装置可靠启动工作母线突然失压时AAT装置应能动作2

AAT装置只应动作一次34AAT装置动作时间应使负荷停电的时间尽可能短当工作母线或引出线发生持续性故障，保护动作，切除工作电源，投入备用。因故障仍存在，保护动作将备用电源跳开，此时工作母线又失压，若再次将备用电源投入，就会扩大事故，对系统造成不必要的冲击。原因考虑故障点应有足够的去游离时间，对于高压电动机来说，停电时间短时残压高而带来不利从工作电源失压到备用电源投入恢复供电的这段停电时间，考虑电动机自起动，停电时间越短越好

5工作母线TV二次侧熔断器熔断时，AAT不应误动作

备用电源无电压时，AAT装置不应动作6

正常停电操作时，AAT装置不应起动7当TV二次侧熔断器熔断时，可能造成低电压继电器动作，但工作母线并无故障，所以装置不应动作备用电源无电压时，装置动作也不能为负荷供电，即动作无意义。

用户不用电或相关设备检修，进行正常停电操作时，不需要投入备用电源

7.6二次回路基本知识一、二次回路的内容1、二次回路是电力系统安全、经济、稳定运行的重要保障，是变配电所电气系统的重要组成部分。随着变配电所电压等级的提高，电气控制正向自动化、弱电化、微机化和综合型方面发展，使二次回路显得越来越重要。2、电气设备通常分：一次设备和二次设备。其控制接线又可分为一次接线和二次接线。一次设备：直接输送和分配电能的设备。

一次接线：一次设备及其相互间的连接电路，又称主接线。二次设备：对一次设备起控制、保护、调节、测量等作用的设备。二次接线：二次设备及其相互间的连接电路，又称二次回路。二次回路：一个具有多种功能的复杂网络，其内容包括高压电气设备和输电线路的控制、调节、信号、测量与监察、继电保护与自动装置、操作电源等系统。二、二次回路接线图的分类1、原理接线图原理接线图是二次接线的原始图纸，用以表述二次回路的构成、相互动作顺序和工作原理。原理图分为归总式和展开式两种形式2、布置图3、安装接线图（1）屏面布置图（2）屏背面接线图（3）端子排图4、解释性图二次回路按照二次设备的用途划分

①继电保护二次回路、②自动装置二次回路、③控制系统二次回路、④测量仪表二次回路、⑤信号装置二次回路、⑥操作电源二次回路等。92原理接线图

原理接线图（简称原理图）是将各种继电器以集合整体形式表示，用直线画出它们之间的相互联系，因而清楚、形象地表明了接线形式和动作原理。10kV送电线路二次原理图94在原理图中各继电器触点都是按照它们的正常状态表示的。

所谓正常状态是指开关电器在断开位置和继电器线圈中没有电流时的状态。二次回路接线图电气触点的正常状态：

95原理接线图的特点：原理接线图的特点是一、二次回路画在一起，对所有设备具有一个完整的概念。原理接线图的阅读顺序：原理接线图的阅读顺序是：从一次接线看电流的来源；从电流互感器的二次侧看短路电流出现后，能使哪个电流继电器动作，该继电器的触点闭合（或断开）后，又使哪个继电器启动。依次看下去，直至看到使断路器跳闸及发出信号为止。原理接线图的缺点：

（1）只能表示出继电保护装置的主要元件，而对细节之处则无法表示。（2）不能反应继电器之间连接线的实际位置，不便维护和调试。（3）没有反应出各元件内部的接线情况，如端子编号、回路编号等。（4）标出的直流“正”、“负”极比较分散，不易看图。（5）对于较复杂的继电保护装置很难用原理接线图表示出来，即使画出了图，也很难看清。因此，在实际工作中广泛采用展开图。二次回路展开图97展开接线图的特点：-P210⑴将交流回路与直流回路分开来表示。⑵交流回路又分为交流电流与交流电压回路；⑶直流回路分为直流操作回路与信号回路等。⑷同一仪表或继电器的线圈和触点分别画在上述不同的电路内。为避免混淆，对同一元件的线圈和触点用相同的文字符号表示。⑸展开接线图的右侧通常有文字说明，以表明回路的作用。阅读展开接线图的顺序展开接线图的阅读顺序是：⑴先读交流电路后读直流电路。⑵直流电流的流通方向是从左到右，即从正电源经触点到线圈再回到负电源。⑶元件的动作顺序是：从上到下，从左到右。98安装接线图安装接线图包括：①屏面布置图、②屏背面接线图、③端子排图。⑴屏面布置图表示屏上设备的布置情况，按实际尺寸照一定的比例绘制。⑵屏背面接线图标明屏上各设备在屏背面引出端子间以及端子排间的连接情况。⑶端子排图是表示屏上设备与屏顶设备、屏外设备连接情况的图纸。在安装接线图中，各种仪表、电器、继电器及连接导线等，按照它们的实际图形、位置和连接关系绘制。99屏面布置图表示屏上设备的布置情况，按实际尺寸照一定的比例绘制。屏面布置图屏背面图标明屏上各设备在屏背面引出端子间以及端子排间的连接情况。屏背面图线路保护端子排图端子排图是表示屏上设备与屏顶设备、屏外设备连接情况的图纸。端子排的排列顺序是，由上到下（水平排列时由左而右）为：①交流电流回路、②交流电压回路、③控制回路、④信号回路和其它回路。3、二次回路编号和标志一般要求⑴在展开接线图中对回路应进行编号。⑵在安装接线图中除编号外，尚须对设备进行标志。二次回路编号的等电位原则二次回路编号的等电位原则就是在回路中连接在一点的全部导线都用同一个数码来表示。当回路经过开关或继电器触点隔开后，因为触点断开时，其两端已不是等电位，故应给予不同的编号。103安装接线图上对二次设备、端子排等进行标志的内容

⑴与屏面布置图相一致的安装单位编号及设备顺序号。⑵与展开接线图相一致的设备文字符号。⑶与设备表相一致的设备型号。展开接线图回路编号⑴直流回路编号是从正电源出发，以奇数号编号，直到最后一个有压降的元件为止。如最后一个有压降的元件后面不是直接接在负极，而是通过