高壓電工教材第七章

1、P231第七章 繼電保護自動裝置與二次回路 電力系統在運行中，各種電氣設備都有可能出現故障和不正常運行狀態(tài)。不正常運行狀態(tài)是指電力系統中電氣元件的正常工作遭到破壞，但沒有發(fā)生故障的運行狀態(tài)，如過負荷、過電壓、頻率降低、系統振蕩等。故障主要包括各種類型的短路和斷線，如三相短路、兩相短路、單相接地短路、兩相接地短路、電動機以及變壓器繞組間的匝間短路、單相斷線、兩相斷線等。故障或不正常運行狀態(tài)若不及時正確處理，都可能引發(fā)事故。事故是指對用戶少送電或停止送電，電能質量降低到不能允許的程度，造成人身傷亡及電氣設備損壞等。繼電保護和自動裝置是保證電力系統安全運行和提高電能質量的重要組成部分。 第一節(jié) 繼電

2、保護任務及基本要求 一、繼電保護的任務 繼電保護裝置是反映電力系統中各種電氣設備故障和不正常運行狀態(tài)的自動裝置，其任務為： 1當電力系統中某電氣元件發(fā)生故障時，保護裝置能自動、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統中切除，避免故障元件繼續(xù)遭到破壞，使非故障元件迅速恢復正常運行，將事故盡可能限制在最小范圍內。 2當電力系統運行中出現不正常運行狀況時，保護裝置能自動發(fā)出報P232警信號，運行人員可迅速處理，在無人值班的變電所，保護可作用于減負荷或跳閘，避免事故發(fā)生。 二、繼電保護的基本要求 電氣設備或線路發(fā)生短路時，會產生很大的短路電流；使電網電壓下降，電氣設備燒壞；嚴重時電力系統的穩(wěn)定運行被破壞，甚

3、至引起電網瓦解。 為了能正確快速地切除故障，使電力系統以最快速度恢復正常運行要求繼電保護具有足夠的可靠性、選擇性、速動性和靈敏性。 (一)可靠性 可靠性是指發(fā)生了屬于它該動作的故障，它能可靠動作，即不發(fā)生拒絕動作(拒動)；而在不該動作時，它能可靠不動，即不發(fā)生錯誤動作(誤動)。 (二)選擇性 選擇性是指電力系統發(fā)生故障時，保護裝置僅將故障元件切除，而非故障元件仍能正常運行，以盡量縮小停電范圍的一種性能。 以圖71為例，當Kl短路時，應該由距故障點最近的保護l、2動作，跳開lQF、2QF，這樣既切除了故障線路，又使停電范圍最小，因此我們說此時保護1、2動作是有選擇性的動作，也就是滿足了選擇性的

4、圖71保護動作的選擇性說明 同理當K2短路時，保護5、6動作跳開5QF、6QF；當K3短路時，保護7、8動作跳開7QF、8QF，都是有選擇性的動作。若當K3短路時，7QF拒動，保護5動作跳開5QF將故障切除，那么此時停電范圍擴大了。但是如果保護5不動作跳閘，那么故障線路就無法切除，因此，此時保護5的動作也是有選擇性動作，只不過是保護5做了保護7的遠后備保護而已。若保護7和7QF正確動作于跳閘同時，保護5也動作跳開5QF，則保護5的動作就是非選擇性動作，我們也習慣稱之為越級跳閘。 繼電保護動作的選擇性，可以通過合理整定動作值和上下級保護的動作時限來實現，一般上下級保護的時限差取03s07s。 (

5、三)速動性 速動性就是指保護快速切除故障的性能。故障切除時間包括繼電保護動作時間和斷路器的跳閘時間。 一般的快速保護動作時間為0.06s0.12 s，最快的可達0.01 s0.04s。 一般的斷路器的動作時間為0.06s0.15 s，最快的可達0.02s0.06s。 當系統發(fā)生故障時，快速切除故障可以提高系統并列運行的穩(wěn)定性、減少用戶在低電壓下的工作時間，減少故障元件的損壞程度，避免故障進一步擴大。 (四)靈敏性 靈敏性是指繼電保護對其保護范圍內故障的反應能力，即要求保護裝置在其保護范圍內，不論短路點的位置、短路類型以及運行方式如何，對被保護設備在發(fā)生故障和不正常運行時，都能靈敏地反應。 三、

6、繼電保護裝置的分類 繼電保護裝置按其被保護對象、保護原理、反應故障的類型、保護所起的作用，有不同的分類方法。 (一)按被保護的對象分類 分為電力線路保護、發(fā)電機保護、變壓器保護、電容器保護、電抗器保護、電動機保護和母線保護等。 (二)按保護原理分類 分為電流保護、電壓保護、距離保護、差動保護、方向保護和零序保護等。P234 (三)按保護所反應故障類型分類 分為相間短路保護、接地故障保護、匝間短路保護、斷線保護、失步保護、失磁保護及過勵磁保護等。 (四)按保護所起的作用分類 分為主保護、后備保護和輔助保護等。 主保護是指滿足系統穩(wěn)定和設備安全要求，能以最快的速度有選擇地切除被保護元件故障的保護。

7、 后備保護是指當主保護或斷路器拒動時用來切除故障的保護。后備保護又可分為遠后備保護和近后備保護兩種。 遠后備保護是指當主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設備或線路的保護來實現的后備保護。 近后備保護是指當主保護拒動時，由本電力設備或線路的另一套保護來實現的后備保護。 輔助保護是為補充主保護和后備保護的性能或當主保護和后備保護退出運行而增設的簡單保護。 四、常用繼電器介紹 繼電器是一種在其輸入物理量(電氣量或非電氣量)達到規(guī)定值時，其電氣輸出電路被接通和分斷的自動裝置。繼電器常用接點有動合接點和動斷接點。動合接點是指繼電器不動作時處于斷開狀態(tài)的接點；動斷接點是指繼電器不動作時處于閉合狀態(tài)的接點。下

8、面介紹幾種常用的繼電器。 (一)電磁式電流繼電器 反應電流增大到某一整定值及以上動合(斷)接點由斷開(閉合)狀態(tài)到閉合(斷開)狀態(tài)的繼電器叫電流繼電器。其中整定值即為動作基準。能使繼電器動合接點由斷開狀態(tài)到閉合狀態(tài)的最小電流稱為動作電流。能使繼電器動合接點由閉合狀態(tài)到斷開狀態(tài)的最大電流稱為返回電流。繼電器的返回電流除以動作電流，叫作返回系數，電流繼電器的返回系數要求在0.850.9之間。 (二)電磁式電壓繼電器 電壓繼電器包括過電壓繼電器和低電壓繼電器兩種。過電壓繼電器是反應電壓增大到某一整定值及以上動合接點由斷開狀態(tài)到閉合狀態(tài)的繼電器。其動作電壓為使繼電器動合接點由斷開狀態(tài)到閉合狀態(tài)的最小電

9、壓，其返回電壓為使繼電器動合接點由閉合狀態(tài)到斷開狀態(tài)的最大電壓，其返回系數為返回電壓除以動作電壓。而常用的電壓繼電器為低電壓繼電器，是反應電壓下降到某一整定值及以下動斷接點由斷開狀態(tài)到閉合狀態(tài)的繼電器。其動作電壓為使繼電器動斷接點由斷開狀態(tài)到閉合狀態(tài)的最大電壓，其返回電壓為使繼電器動斷接點由閉合狀態(tài)到斷開狀態(tài)的最小電壓，其返回系數為返回電壓除以動作電壓。 (三)電磁式時間繼電器 用于建立保護所需要的延時時間的繼電器叫時問繼電器，具有延時動合接點。延時動合接點指繼電器通足夠大的電時經所需要的時間(整定時間)閉合的接點。 (四)電磁式中間繼電器 在繼電保護裝置中，中間繼電器用于增加觸點數量和觸點容

10、量，具有動合接點和動斷接點?？墒菇狱c瞬時或帶有不大的延時動作以滿足保護的需要。 (五)電磁式信號繼電器 保護動作后發(fā)出信號的繼電器叫信號繼電器。信號繼電器所發(fā)信號不應隨電氣量的消失而消失，要有機械或電氣自保持，直至相關事宜處置完畢再手動恢復信號掉牌裝置。 (六)感應式電流繼電器(GL式電流繼電器) 感應式電流繼電器是利用電磁感應原理構成的，它兼有電磁式電流繼電器、時間繼電器、中間繼電器、信號繼電器的功能。其結構分成兩部分，一是電磁速斷機構，構成電流速斷保護；二是感應機構，構成反時限過電流保護，在工廠供電系統中被廣泛采用。P236 五、繼電保護用電流互感器 保護用電流互感器是將電力系統的一次大電

11、流按一定的變比變換成二次較小電流，供給測量表計和繼電器，同時還可以使二次設備與一次高壓隔離，保證人身與設備的安全。電流互感器均是單相式，一次通入的是電流源，二次接相應負載。電流互感器的接線方式有以下幾種。 (一)三相星形接線 三相均裝有電流互感器，各相電流互感器二次繞組和電流繼電器的線圈串聯，然后接成星形連接。能反應三相短路、兩相短路、單相接地短路等各種形式的故障。所以，三相星形接線適用于對所有短路類型都要求動作的保護裝置。 (二)兩相不完全星形接線方式 電流互感器裝在兩相上，其二次線圈與各自的電流繼電器線圈串聯后，連接成不完全星形。在中性點非直接接地的電力系統中，由于允許短時間的單相接地運行

12、，并且在大多數情況下都裝有單相接地信號裝置，所以，在這種系統中廣泛采用兩相不完全星形接線方式來實現相間短路保護。 (三)兩相電流差接線方式 電流互感器裝在兩相上，其差電流接入電流繼電器線圈。通常用在6kVlOkV中性點不接地系統中以保護較小容量的高壓電動機。 (四)三角形接線方式 按這種接線方式構成的繼電保護裝置能反應所有短路類型。流入繼電器線圈的電流為兩個電流互感器的二次電流之差，所以，流人繼電器線圈中的電流沒有零序電流。零序電流只能在接成三角形接線的電流互感器的二次線圈內環(huán)流。三角形接線方式主要應用于Y，d接線的變壓器差動保護裝置。流過繼電器線圈的電流與相電流的比值決定于短路類型和相別，在

13、正常運行或三相短路時，流過繼電器線圈的電流為相電流的倍，并且在相位上相差。 (a)三相星形接線 (b)兩相不完全星形接線 (c)兩相差式接線 （d）三角形接線圖72電流互感器的接線方式 第二節(jié) 變壓器保護 一、電力變壓器的故障和異常運行狀態(tài) 電力變壓器是電力系統中的重要設備，它的故障將對供電可靠性和系統的正常運行帶來嚴重的影響，因此必須裝設性能良好、動作可靠的保護。 變壓器的故障分為油箱內和油箱外兩種。油箱內故障有變壓器內部繞組匝問或層間絕緣損壞造成的相問短路和匝間短路，直接接地系統側繞組的接地短路。油箱外故障有外部絕緣套管及引出線上的多相短路、單相接地短路。變壓器異常運行狀態(tài)主要包括保護范圍

14、外部(保護區(qū)外)短路引起的過電流、電動機自起動等原因所引起的過負荷、油浸變壓器油箱漏油造成油面降低等。 二、電力變壓器保護設置要求 為了保證電力系統的安全運行，將故障和異常運行的影響限制在最小P238范圍，根據繼電保護有關規(guī)定，變壓器應裝設以下保護。 (一)電流速斷保護 變壓器容量在10000kVA以下的變壓器、當過電流保護動作時間大于0.5S時，用戶3kV10kV配電變壓器的繼電保護，應裝設電流速斷保護。 (二)瓦斯保護 油浸式變壓器容量在800kVA及以上，室內裝設的容量在400kVA及以上的油浸變壓器，應裝設瓦斯保護，用于反應變壓器油箱內故障和油面降低。 (三)縱差動保護 容量在1000

15、0kVA及以上，或容量在6300kVA及以上并列運行變壓器或用戶中的重要變壓器；容量在2000kVA及以上當采用電流速斷保護靈敏度不能滿足要求時，應裝設電流縱差動保護。用于反應變壓器繞組，套管及引出線上的多相短路，直接接地系統側繞組，套管及引出線上的接地短路和繞組匝間短路。 (四)過電流保護 防止保護范圍外部故障引起的過電流并作為變壓器保護范圍內部故障的后備保護。 (五)零序保護 對于反應中心點直接接地變壓器高壓側繞組接地短路故障，以及高壓側系統的接地短路故障，作為變壓器主保護及相鄰元件接地故障的后備保護。 (六)過負荷保護 用于反應400kVA及以上變壓器過負荷。 三、變壓器過電流保護 (一

16、)定時限過電流保護 變壓器定時限過電流保護裝設在變壓器電源側，反應變壓器保護范圍外部(區(qū)外)故障引起的變壓器過電流，并作為電流速斷保護的后備保護。動作電流按躲過變壓器最大負荷電流來整定。為了使上、下級各電氣設備繼電保護動作具備選擇性，過流保護在動作時間整定上采取階梯原則，即位于電源側的上一級保護的動作時間要比下級保護時間長。 過電流保護的動作時限一經整定后就固定不變，即構成定時限過電流保護。圖73是變壓器定時限過電流保護原理接線圖。當被保護變壓器電流超過繼電器KA的整定電流時，1KA和2KA兩只繼電器無論是一只動作或兩只動作，繼電器1KA或2KA的動合觸點閉合，接通時間繼電器KT的線圈電源；時

17、間繼電器KT啟動，經過預先整定的時間后，時間繼電器延時閉合的動合觸點閉合，接通中間繼電器KM的線圈電源；中間繼電器KM動作，KM的動合觸點閉合，經信號繼電器KS電流線圈，斷路器QF輔助觸點QFl接通跳閘線圈YT的電源，斷路器QF跳閘，將故障線路停電。接通YT的同時，使信號繼電器KS啟動，其手動復歸動合觸點閉合，發(fā)出信號。 圖73 定時限過電流保護原理接線圖 圖74為變壓器定時限過電流保護的展開圖。圖中+KM、一KM為直流操作電源。QFl為斷路器QF的動合輔助觸點，當QF跳閘后，QFl斷開，保證跳閘線圈YT斷電，避免N長時間通電而燒壞線圈。 (二)反時限過電流保護 反時限過電流保護其保護裝置的動

18、作時間隨電流的大小而變化，電流越大動作時間越短；反之，電流越小動作時間越長。 反時限過電流保護的工作原理參見第七節(jié)變電所的操作電源中圖721變流器供給操作電源舉例。P240圖74定時限過電流保護展開接線圖 四、變壓器電流速斷保護 對于中、小容量變壓器，可以裝設單獨的電流速斷保護，作為變壓器防止相間短路故障的主保護。動作無延時，只有利用動作電流保證保護的選擇性，因此，動作電流整定按躲過變壓器負荷側母線短路電流，一般應大于變壓器額定電流35倍以躲過變壓器空載投入時的勵磁涌流，顯然電流速斷保護動作電流數值較大，只能保護變壓器一部分繞組(高壓側)的相間短路故障。所以都按不完全星形的兩相兩繼電器接線方式

19、構成。由于電流繼電器的觸點容量小，不能直接閉合斷路器的跳閘線圈YT回路，必須經過中間繼電器。 電流速斷保護的接線方式如圖75所示。 圖75 電流速斷保護接線原理1、2電流繼電器 3中間繼電器 4信號繼電器 5連接片 五、變壓器縱差動保護 對于容量較大的變壓器，應裝設電流縱差動保護。因為變壓器過電流保護具有一定時限，動作不夠迅速，變壓器速斷保護雖然動作迅速，但動作電流整定較大，對于輕微的內部故障不能反應，而且在變壓器內部，靠近二次出線還存在死區(qū)，即速斷保護不起作用。 變壓器縱差保護的動作原理如圖76所示。圖中(a)表示變壓器保護范圍外部故障時的電流分布圖，(b)表示變壓器保護范圍內部故障時的電流

20、分布圖。從圖中可見，當變壓器保護范圍外部故障時，流入繼電器的電流是變壓器一、二次側的兩個電流之差。如果適當選擇一、二次側變流器，使變壓器流過穿越性電流時，在一、二次變流器的副邊出現接近相等的電流，則流入繼電器的電流I1一l接近為零，繼電器不動作。 當變壓器保護范圍內部發(fā)生故障時，可能有兩種情況，一種情況是變壓器只一側加有電源，流入繼電器的電流僅為I。，如果故障電流足夠大，則電流I。足以使差動繼電器動作。 另一種情況，如果變壓器兩側都有電源，則就有兩個流動方向相反的電流流入變壓器，從圖76(b)可見，這兩個電流通過變流器后，流入差動繼電器時方向相同，兩個電流相加，足以使繼電器動作。 (a)外部故

21、障 (b)內部故障 圖76變壓器縱差動保護原理圖 電力變壓器縱差保護的動作電流按躲過二次回路斷線、變壓器空載投運時激磁涌流和互感器二次電流不平衡，防止由此出現誤動作來整定。動P242作時間取0S。 電力系統中常用的Y，dll接線的變壓器，由于三角形側的電流比星形側的同一相電流，在相位上超前30。，如果兩側電流互感器都按通常接成星形接線，即使兩側電流互感器二次電流的數值相等，在差動保護回路中也會出現不平衡電流。為了消除此不平衡電流可采用相位補償法，即將變壓器星形側的電流互感器的二次側接成三角形，而將變壓器三角形側的電流互感器二次側接成星形，從而將電流互感器二次側的電流相位校正過來如圖77所示。

22、圖7-7 Y，dll接線變壓器縱差保護的接線圖 六、變壓器瓦斯保護 在油浸式變壓器油箱內發(fā)生故障時，短路電流產生的電弧使變壓器油和絕緣材料分解，產生大量氣體(含有瓦斯成分)，從油箱向油枕流動，能反應這種氣流與油流而動作的保護稱為瓦斯保護。瓦斯保護的主要元件為氣體繼電器，也稱瓦斯繼電器。繼電器整定好后，將它安裝在變壓器油箱和油枕之間的聯接管道中；并要注意使氣體繼電器上的箭頭指向油枕的一側，否則氣體繼電器將失效。 瓦斯保護的原理接線如圖78所示，氣體繼電器l上觸點為輕瓦斯保護動作后發(fā)出延時信號。繼電器的下觸點為重瓦斯保護，動作后經信號繼電器2起動出口中間繼電器3，跳開變壓器兩側斷路器。由于重瓦斯反

23、應油流流速的大小而動作，而油流的流速在故障過程中往往很不穩(wěn)定，所以重瓦斯動作后必須有自保持回路，以保證斷路器能可靠跳閘，為了防止變壓器在換油或進行氣體繼電器試驗時誤動作，可通過連接片將重瓦斯暫時接到信號回路運行。 圖78瓦斯保護原理接線圖第三節(jié) 電力線路保護 一、過電流保護 電力用戶6kVlOkV線路的繼電保護，一般配置電流速斷和過電流保護、或加限時電流速斷保護。 電力線路過電流保護的動作電流按躲過最大負荷電流整定，動作時間的整定采取階梯原則，即位于電源的上一級保護的動作時間要比下級保護時間長。這個時間上的差別，稱為時限階段差，考慮到作為后面相鄰區(qū)段P244的后備保護，當后面相鄰區(qū)段發(fā)生事故時

24、，如果該相鄰區(qū)段本身的繼電保護因故拒動，才由本區(qū)段過電流保護動作跳閘，因此需設置At=0.5s的時限階段差。過電流保護的動作時間一般在1.0s1.2s。 二、電流速斷保護 電力線路電流速斷保護是按躲過本線路末端最大短路電流來整定計算。因此，在靠近線路末端附近發(fā)生短路故障時，短路電流達不到動作值，電流速斷保護不會啟動。在本線路上電流速斷保護保護不到的區(qū)域稱為死區(qū)。在電流速斷保護死區(qū)內發(fā)生短路事故時，一般由過電流保護動作跳閘，因此過電流保護是電流速斷保護的后備保護。 三、限時電流速斷保護 由于電流速斷保護具有可靠的選擇性和速動性，因此多用作線路或電氣設備的主要保護。電流速斷保護的缺點是具有末端死區(qū)

25、，不能保護全線路。過電流保護能保護全線路，但達不到速動性的要求，這時可以加一套限時電流速斷保護。對于高壓電力線路，限時電流速斷保護的動作時間一般取0.5s，動作電流按下式整定： l Dz=KKIf Dz 式中：，。限時電流速斷保護動作電流； K?？煽肯禂?，取1.11.15； ，。相鄰線路的電流速斷保護動作電流。 四、三段式電流保護 電流速斷、限時電流速斷和定時限過電流保護都是反應電流增大而動作的保護裝置。電流速斷保護能快速切除線路首端故障，但不能保護本線路全長，限時電流速斷不能保護到下線路的末端，過電流保護能保護本線路及下線路全長但動作時間較長。為保證快速而有選擇地切除故障，把這三種保護組合構

26、成三段式電流保護。也可采用電流速斷和過電流保護，或限時電流速斷和定時限過電流保護構成兩段式電流保護。電流速斷稱為第1段，限時電流速斷為第段，過電流為第段。 三段式電流保護的原理如圖79所示，圖中各元件均以完整的圖形符號表示，有交流和直流回路，圖中所示的接線是廣泛應用于中性點不接地或非直接接地系統電力線路的兩相不完全星形接線。接于A相的階段式電流保護由繼電器1 KA、KM、1 KS組成l段，3KA、1 KT、2KS組成ll段5KA、2KT、3KS組成段。接于C相的階段式電流保護由繼電器2KAKM、1 KS組成l段，4KA、1 KT、2KS組成段，6KA、2KT、3KS組成lll段。為使保護接線簡

27、單，節(jié)省繼電器，A相與C相共用其中的中間繼電器、信號繼電器及時間繼電器 。 例79 階段式電流保護歸總式原理圖接線圖 歸總式原理圖的主要優(yōu)點是便于閱讀，能表示動作原理，有整體概念；但原理圖不便于現場查線及調試，接線復雜的保護原理圖繪制、閱讀比較困難。同時，原理圖只能畫出繼電器各元件的連線，但元件內部接線、引出端子、回路標號等細節(jié)不能表示出來，所以還要有展開式原理圖和安裝圖。 展開式原理圖：以電氣回路為基礎，將繼電器和各元件的線圈、觸點按保護動作順序，自左而右、自上而下繪制的接線圖，簡稱展開圖，如圖710所示。 展開圖的特點是分別繪制保護的交流電流回路、交流電壓回路、直流回路及信號回路。各繼電器

28、的線圈和觸點也分開，分別畫在它們各自所屬的回路中，并且屬于同一個繼電器或元件的所有部件都注明同樣的符號。所有繼電器元件的圖形符號按國家標準統一編制。繪制展開圖時應遵守下列規(guī)則： (1)回路的排列次序，一般是先交流電流、交流電壓回路，后是直流回路及信號回路。 (2)每個回路內，各行的排列順序，對交流回路按a、b、c相序排P246 圖710 階段式電流保護展開圖接線圖列，直流回路按保護的動作順序自上而下排列。 (3)每一行中各元件(繼電器的線圈、觸點等)按實際順序繪制。 以圖79為例說明原理圖繪制成圖710的展開圖。首先畫交流電流回路，交流電從電流互感器TAa出來，經電流繼電器1KA、3KA、5K

29、A的線圈流到中線形成回路，同理從TAc流出的交流經2KA、4KA、6KA流到中線形成回路。其次，畫直流回路，將屬于同一回路的各元件的觸點、線圈等按直流電流經過的順序連接起來。如“+KM”-lKAKM-“-KM”等。這樣就形成了展開圖的各行，各行按動作先后順序由上而下垂直排列，形成直流回路展開圖，為便于閱讀，在展開圖各回路的右側還常加上一個文字說明表，以說明各行的性質或作用，如“電流速斷”、“跳閘回路”等，最后繪制信號回路，過程同上。 閱讀展開圖時，先交流后直流再信號，自上而下，從左到右，層次分明。展開圖對于現場安裝、調試、查線都很方便，在生產中應用廣泛。 五、低電壓保護和電流方向保護 除了限時

30、電流速斷保護外，35kV及以上的電力線路有時還設置低電壓保護。因為電力線路發(fā)生短路事故時，母線電壓不正常，會下降，三相電壓可能不平衡，通過低電壓繼電器來反映該現象，以達到快速跳閘的目的。 對于兩側都有電源，而且能同時供電的電力線路，例如兩側都有電源的環(huán)網線路，通常都設置方向繼電器，用以判別電流方向，使事故停電范圍限制在最小區(qū)域內。這類保護稱為方向保護，例如方向過電流保護，或方向電流速斷保護等。 六、高壓電動機保護 (一)高壓電動機的故障和異常運行狀態(tài) 高壓電動機通常指3kV10kV供電電壓的電動機，運行中可能發(fā)生的主要故障有電動機定子繞組的相間短路故障(包括供電電纜相問短路故障)、單相接地短路

31、以及一相繞組的匝問短路。電動機最常見異常運行狀態(tài)有：起動時間過長、一相熔斷器熔斷或三相不平衡、堵轉、過負荷引起的過電流、供電電壓過低或過高。 定子繞組的相問短路是電動機最嚴重的故障，將引起電動機本身繞組絕緣嚴重損壞、鐵芯燒傷，同時，將造成供電電網電壓的降低，影響或破壞其他用戶的正常工作。因此要求盡快切除故障電動機。 高壓電動機的供電網絡一般是中性點非直接接地系統，高壓電動機發(fā)生單相接地故障時，如果接地電流大于10A，將造成電動機定子鐵芯燒損，另外單相接地故障還可能發(fā)展成匝問短路或相間短路。因此視接地電流的大小可切除故障電動機或發(fā)出報警信號。 (二)高壓電動機保護配置 2000kW以下的高壓電動

32、機，裝設電流速斷保護，保護宜采用兩相式并動作于跳閘。對單相接地電流大于5A時的電動機，應裝設反映單相接地故障的零序電流保護，單相接地電流為l0A及以上時保護裝置動作于跳閘；l0A以下時，保護裝置可動作于跳閘也可動作于信號。運行過程中易發(fā)生過負荷和需要防止起動或自起動時間過長的電動機應裝設過負荷保護。反映電壓降低的低電壓保護和同步電動機的失步保護等。 2000kW及以上大容量的高壓電機，普遍采用縱差動保護代替電流速斷保護。2000kW以下的電動機，如果電流速斷保護靈敏度不能滿足要求時，也可采用電流縱差動保護代替電流速斷保護。電動機縱差動保護工作原理與變壓器縱差動保護相似。 高壓電動機常用的電流保

33、護為電流速斷保護(或電流縱差保護)和過負荷保護。其接線方式與變壓器保護類似，也可以采用差接線，只需一只過電流繼電器。P248 高壓電動機的過負荷保護根據需要可動作于跳閘或作用于信號。有時同時設置兩套過負荷保護，一套保護動作于跳閘；另一套保護動作于信號。 七、3kVlOkV高壓電力電容器組保護 (一)高壓電力電容器常見故障類型及異常運行 1電容器組與斷路器之間連線短路。 2單臺電容器內部極間短路。 3電容器組多臺電容器故障。 4電容器過負荷。 5母線電壓升高。 6電容器組失壓。 (二)高壓電容器組保護配置 中小容量的高壓電容器組普遍采用電流速斷或延時電流速斷作為相間短路保護。如為電流速斷保護，動

34、作電流可取電容器組額定電流的225倍，動作時間為Os；如為延時電流速斷保護，動作電流可取電容器組額定電流的152倍，動作時限可取0.2s，以便避開電容器的合閘涌流。 第四節(jié) 變電所微機保護監(jiān)控裝置簡介 一、微機保護監(jiān)控裝置的特點 (一)維護調試方便 過去大量使用的整流型或晶體管型繼電保護的調試工作量很大，尤其是一些復雜的保護，調試一套往往需要一周時間。其原因是這類保護裝置的各種保護元件均是由硬件組成的，每一種邏輯功能都由相應的硬件構成，邏輯越復雜，硬件就越多，試驗也越麻煩。而微機保護除了數字量的采集外，所有的計算、邏輯判斷都是由軟件完成的，成熟的軟件一次性設計測試完好后，就不必在投產前再逐項試

35、驗。微機保護對硬件和軟件都有自檢功能，裝置通電后硬軟件有故障就會立即報警。所有微機保護裝置都幾乎不用調試，需要調試的項目也在廠家完成，投運前做一次靜態(tài)和動態(tài)試驗就可以試運行了。 (二)可靠性高 微機保護的軟件設計，考慮到電力系統中各種復雜的故障，具有很強的綜合分析和判斷能力，幾乎就是一個專家智能系統。而常規(guī)保護裝置，由于由各種器件組成，不可能做得很復雜，否則硬件越多，越復雜，本身出故障的概率就越大，可靠性當然就降低了。另外微機保護裝置的自檢與巡檢功能也大大提高了其可靠性。 (三)動作準確率高 鑒于計算機軟件計算的實時性特點，微機保護裝置能保證在任何時刻均不斷迅速地采樣計算，反復準確地校核。在電

36、力系統發(fā)生故障的暫態(tài)時期內，就能準確判斷故障，如果故障發(fā)生了變化或進一步發(fā)展也能及時作出判斷和自糾。如在保護延時動作或重合閘延時的過程中都能監(jiān)視系統故障的變化，因此微機保護的動作準確率很高，運行實踐已證明了這一點。 (四)容易獲得各種附加功能 由于計算機軟件的特點，使得微機保護可以做到硬件和軟件資源共享，在不增加任何硬件的情況下，只需增加一些軟件就可以獲得各種附加功能。例如在微機保護裝置中，可以很方便地附加低周減載和自動重合閘、故障錄波、故障測距等自動裝置的功能。 (五)保護性能容易得到提高 由于計算機軟件具有可以方便改寫的特點，保護的性能可以通過研究許多新的保護原理來得到改善。而且許多現代新

37、原理的算法，在常規(guī)保護中是很難或根本不可能用硬件來實現的。 (六)使用靈活、方便 目前微機保護裝置的人機界面做得越來越好，亦越來越簡單方便。例如漢化界面、微機保護的查詢、整定更改及運行方式變化等等都十分靈活方便，受到現場繼電保護工作人員的普遍歡迎。P250 (七)具有遠方監(jiān)控的特性 微機保護都具有串行通信功能，與變電所微機監(jiān)控系統的通信聯絡使微機保護具有遠方監(jiān)控的特點并將微機保護納入變電所綜合自動化系統。 二、微機保護裝置硬件系統的一般構成 從功能上劃分，微機保護裝置可以分為6個部分：(1)模擬量輸入系統(或稱數據采集系統)；(2)繼電功能回路(CPU主系統)；(3)開關量輸入輸出回路；(4)

38、人機接口回路；(5)通信回路；(6)電源回路，如圖711所示。模擬量輸入系統的主要功能是采集由被保護設備的電流電壓互感器輸入的模擬信號，并將此信號經過適當的預處理，然后轉換為所需的數字量。CPU主系統包括微處理器CPU，只讀存儲器(EPROM)、隨機存取存儲器(TLAM)及定時器(TIMER)等。CPU執(zhí)行存放在EPROM中的程序，對由數據采集系統輸入至RAM區(qū)的原始數據進行分析處理，以完成各種繼電保護功能。開關量輸入輸出回路由并行口、光電耦合電路及有接點的中間繼電器等組成，以完成各種保護的出口跳閘、信號報警及外部接點輸入等工作。人機接口部分主要包括打印、顯示、鍵盤、各種面板開關等，其主要功能

39、用于人機對話，如調試、定值調整、人對機器工作狀態(tài)的干預等。人機接口應定時或在保護動作后打印或顯示運行情況及保護執(zhí)行結果。考慮到機問通信及遠動的要求，還應有通信接口。供電電源回路提供了整個裝置所需的直流穩(wěn)壓電源，以保證整個裝置的可靠供電。圖7一ll 微機保護硬件系統構成示意圖 根據模數轉換的原理不同，微機保護裝置中模擬量輸入回路有兩種方式，一是基于逐次逼近型AD轉換方式，二是利用電壓頻率變換(VFC)原理進行AD轉換的方式。前者包括電壓形成回路、模擬低通濾波器(ALF)、采樣保持回路(SH)、多路轉換開關電路(MPX)及模數轉換回路(AD)等功能塊；后者主要包括電壓形成、VFC回路、光電耦合、計

40、數器等環(huán)節(jié)，如圖712所示。(a)逐步逼近AD轉換方式(b)VFC原理的A巾轉換方式 圖7一l2模擬量輸入回路框圖 三、微機保護的主要功能 微機保護的主要功能包括保護、測控、信息三個方面。 (一)110kV及以下線路保護測控裝置的功能 1保護方面的主要功能 三段式可經低電壓閉鎖的定時限方向過流保護，其中第三段可整定為反時限；三段式可經方向閉鎖的零序過流保護；三相一次重合閘，可以選擇檢同期、檢無壓或不檢方式；過負荷保護；獨立的過流或零序電流合閘加速保護，可以是前加速或后加速；分散的低周減載保護；獨立的操作回路。 2測控方面的主要功能 12路自定義遙信開入采集，裝置遙信變位，事故遙信；正常斷路器遙

41、P252控分合；小電流接地探測遙控分合；UAB、UBC、UCA、IA、IC、10、P、Q、cOs、F等l0個模擬量的遙測；開關事故分合次數統計及事件SOE等；四路脈沖輸入。 3信息方面的主要功能 裝置描述的遠方查看；裝置參數的遠方查看；保護定值、區(qū)號的遠方查看、修改功能；保護功能軟壓板狀態(tài)的遠方查看、投退；裝置硬壓板狀態(tài)的遠方查看；裝置運行狀態(tài)的遠方查看；遠方對裝置進行信號復歸；故障錄波。 (二)站用變壓器或接地變壓器的保護測控裝置的功能 1保護方面的主要功能 三段式復合電壓閉鎖的過流保護；高壓側正序反時限保護；過負荷報警，兩段定時限負序過流保護；高壓側接地保護，包括三段式定時限零序過流保護，

42、零序過壓保護；低壓側接地保護，包括三段式定時限零序過流保護，零序反時限保護；低電壓保護；非電量保護，包括重瓦斯跳閘，輕瓦斯報警，超溫報警或跳閘；壓力釋放跳閘；一路備用非電量報警或跳閘；獨立的操作回路及故障錄波功能。 2測控方面的主要功能 開關位置，彈簧未儲能接點、重瓦斯、輕瓦斯、油溫高、壓力釋放等非電量遙信開人；四路備用遙信開入接點；裝置遙信變位以及事故遙信；變壓器高壓側斷路器正常遙控分合；小電流接地探測遙控分合；UAB、UBC、UCA、IA、IC、10、P、Q、COs中、F等l0個模擬量的遙測；開關事故分合次數統計及事件SOE等；四路脈沖輸入。 3信息方面的主要功能 裝置描述的遠方查看；裝置

43、參數的遠方查看；保護定值，區(qū)號的遠方查看，修改功能；保護功能軟壓板狀態(tài)的遠方查看、投退；裝置運行狀態(tài)的遠方查看；遠方對裝置進行信號復歸；故障錄波。 (三)110kV及以下并聯電容器組保護測控裝置的功能 1保護方面的主要功能 三段式定時限過流保護，其中第三段可整定為反時限；低電壓保護；過電壓保護；不平衡電壓保護；不平衡電流保護；電容器自動投切功能；零序過流保護；非電量保護；包括重瓦斯跳閘，輕瓦斯報警，超溫報警或跳閘；獨立的操作回路。 2測控方面的主要功能 五路遙信開入采集；裝置遙信變位；事故遙信；正常斷路器遙控分合；小電流接地探測遙控分合；三相電壓、三相電流以及P、Q、cos等9個模擬量的遙測；

44、開關事故分合次數統計及事件SOE等；4路脈沖輸人。 3信息方面的主要功能 裝置描述的遠方查看；裝置參數的遠方查看；保護定值，區(qū)號的遠方查看，修改功能；保護功能軟壓板狀態(tài)的遠方查看，投退；裝置保護開入狀態(tài)的遠方查看；裝置運行狀態(tài)的遠方查看；遠方對裝置進行信號復歸；故障錄波。 四、微機保護監(jiān)控裝置的運行維護 (一)110kV及以下線路保護測控裝置的運行異常報警 當裝置檢測到下列異常狀況時，發(fā)出運行異常信號，面板報警燈亮： 1線路電壓報警；當重合閘方式為檢無壓或檢同期時，并且線路有電流而無電壓，則延時lOs報線路電壓異常。 2PT斷線：當正序電壓小于30V而任一相電流大于01A時或負序電壓大于8V時

45、延時10s報母線PT斷線，發(fā)出運行異常告警信號，待電壓恢復正常后裝置延時l25s自動把PT斷線報警返回。 3頻率異常：系統頻率在45Hz以下或52Hz以上時延時10s報警。 4TwJ異常：開關在跳位而線路有電流，延時lOs報警。 5控制回路斷線：裝置檢測既無合位又無分位時，延時3 S報警。 6開關合閘壓力低：合閘壓力降低開入為l，瞬時報警。 7開關跳閘壓力低：跳閘壓力降低開入為l，瞬時報警。 8零序電流報警：零序電流報警功能投入時，零序電流大于整定值，經整定延時后報警。 9過負荷報警：過負荷報警功能投入時，任意相電流大于整定值，經整定延時后報警。 10接地報警：裝置自產零序電壓大于30V時，延

46、時l5 s報警。 (二)站用變壓器或接地變壓器的保護測控裝置的運行異常報警功能 當裝置檢測到下列異常狀況時，發(fā)出運行異常信號，面板報警燈亮： 1彈簧未儲能：彈簧未儲能開入為1，經整定延時后報警。P254 2PT斷線報警：當正序電壓小于30V而任一相電流大于01A時或侶序電壓大于8V時延時10s報母線PT斷線，發(fā)出運行異常告警信號，待審壓恢復正常后裝置延時l25s自動把PT斷線報警返回。 3控制回路斷線：裝置檢測既無合位又無分位時，延時3s報警。 4TwJ異常：開關在跳位而線路有電流，延時10s報警。 5頻率異常：系統頻率在45Hz以下或52Hz以上時延時10。 6過負荷報警：過負荷報警功能投入

47、時，任意相電流大于整定值，終整定延時后報警。 7·零序電流報警：零序電流報警功能投入時，零序電流大于整定值經整定延時后報警。 8接地報警：裝置自產零序電壓大于30V時，延時l5s報警。 9超溫報警：超溫報警功能投入時，超溫開人為1時瞬時報警。 10輕瓦斯報警：輕瓦斯超溫開入為1時瞬時報警。 (三)llOkV及以下并聯電容器組保護測控裝置的運行異常報警功能 當裝置檢測到下列異常狀況時，發(fā)出運行異常信號，面板報警燈亮： 1過電壓報警：當母線電壓大于過電壓定值，并且過電壓投入控制字退出，則延時過電壓報警。 2PT斷線：當正序電壓小于30V而任一相電流大于01A時或負序電壓大于8V時延時10

48、s報母線PT斷線，發(fā)出運行異常告警信號，待電壓恢復正常后裝置延時l25秒自動把PT斷線報警返回。 3PT頻率異常：系統頻率在45Hz以下或52Hz以上時延時10s報警。 4TwJ異常：開關在跳位而線路有電流，延時lOs報警。 5控制回路斷線：裝置檢測既無合位又無分位時，延時3 s報警。 6彈簧未儲能：彈簧未儲能開入為1，經整定延時后報警。 7零序電流報警：零序電流報警功能投入時，零序電流大于整定值，經整定延時后報警。 8不平衡電流報警：不平衡電流報警功能投入時，不平衡電流大于整定值，經整定延時后報警。 9接地報警：裝置自產零序電壓大于30V時，延時l5 s報警。 10超溫報警：超溫報警功能投入

49、時，超溫開入為1時瞬時報警。 1 1輕瓦斯報警：輕瓦斯超溫開人為1時瞬時報警。 第五節(jié) 電力系統自動裝置 對于保障電力系統安全經濟運行、提高供電可靠性和保證電能質量，電力系統自動裝置是必不可少的。電力系統自動裝置可分為自動調節(jié)裝置和自動操作裝置。 自動調節(jié)裝置一般是為了保證電能質量、消除系統異常運行狀態(tài)等對某些電量實施自動的調節(jié)，例如電力系統頻率自動調節(jié)等。自動操作裝置的作用對象往往是某些斷路器，自動操作的目的是提高電力系統的供電可靠性和保證安全運行，例如備用電源自動投入裝置、線路自動重合閘裝置、低頻減載裝置等。 一、自動重合閘 由于發(fā)生事故，繼電保護動作斷路器自動跳閘后，能使斷路器自動合閘的

50、裝置稱為自動重合閘裝置。運行經驗證明，電力系統中有不少短路事故都是瞬時性的，特別是架空線路由于落雷引起的短路，或者因刮風或鳥類碰撞引起導線舞動造成的短路，在繼電保護動作、斷路器跳閘切斷電源后，故障點的電弧很快熄滅，絕緣會自動恢復。這時如能將斷路器自動重新投入，電力線路將繼續(xù)保持正常供電。自動重合閘所實現的就是這一功能。 對于電力電纜專線供電的饋線，由于沒有上述兩種情況，因此不采用自動重合閘。 二、備用電源自動投入裝置 (一)備用電源自動投入的作用 備用電源自動投入裝置，是當工作電源因故障自動跳閘后，自動迅速地將備用電源投入的一種自動裝置，簡稱備白投裝置。備用電源自動投入裝置動作時，通過后備用線

51、路斷路器或備用變壓器斷路器實現備用電源的自動投入。P256 在變電站，備用電源自動投入裝置保證在工作電源故障退出后能夠穌續(xù)獲得電源，使變電站的所用電正常供電，顯然有效地提高了供電的可靠性。 。 (二)對備用電源自動投入裝置的基本要求 針對一次系統的接線，備自投的一次接線方案不同，但都必須滿足些基本要求。對備自投裝置的基本要求可歸納如下。 1應保證工作電源斷開后，備用電源才能投入 這一要求的目的是防止將備用電源投入到故障設備上，造成備自投裝置動作失敗，甚至擴大故障，加重設備損壞。 2·工作母線不論任何原因電壓消失。備用電源均應投入 工作母線失壓的原因包括供電電源故障、供電變壓器故障、母

52、線故障、出線故障沒有斷開、斷路器誤跳閘等，這些情況造成工作母線失壓時，備自投裝置均應動作。但當備用電源無電壓時備自投裝置不應動作。 3備用電源只能投入一次 · 備自投裝置動作，如果合閘于持續(xù)性故障，則備用電源或備用設備的繼電保護會加速將備用電源或備用設備斷開。此時若再投入備用電源，不但不會成功，而且使備用電源或備用設備、系統再次遭受故障沖擊，可能造成擴大事故、損壞設備等嚴重后果。 4備用電源投于故障設備時，繼電保護應加速動作 5電壓互感器二次斷線時裝置不應動作 工作母線失壓時備自投裝置均應動作，而備自投裝置是通過電壓互感器測量母線電壓的。當電壓互感器二次斷線時，備自投裝置感受為母線失壓，但此時實際母線電壓正常，因此備自投裝置不應動作。 另外，備自投裝置動作時間應該以負荷停電時間盡可能短為原則，以減少電動機的自起動時間。但故障點應有一定的恢復絕緣時間，以保證裝置的動作成功。 (三)備用電源自動投入的一次接線方案 備用電源自動投入的一次接線方案形式多樣，按照備用方式可以分為明備用和暗備用。明備用指正常情況下有明顯斷開的備用電源或備用設備或備用線路；暗備用指正常情