第七章繼電保護自動裝置

電工進網(wǎng)作業(yè)許可考試參考教材高壓理論官衛(wèi)東廣東省南方電力職業(yè)培訓學院第七章繼電保護自動裝置與二次回路第一節(jié)繼電保護任務及二次回路第二節(jié)變壓器保護第三節(jié)電力線路保護第四節(jié)變電所微機保護監(jiān)控裝置簡介第五節(jié)電力系統(tǒng)自動裝置第六節(jié)二次回路基本知識第七節(jié)變電所操作電源第一節(jié)繼電保護任務及其基本要求一、繼電保護的任務繼電保護裝置是反應電力系統(tǒng)中各種電氣設備故障和不正常運行狀態(tài)的自動裝置。1.當電氣設備發(fā)生短路故障時，能自動迅速地將故障設備從電力系統(tǒng)切除，避免故障元件繼續(xù)遭到破壞，，使故障元件迅速恢復正常運行，將故障盡可能限制在最小范圍內(nèi)。

2.當電力系統(tǒng)運行中出現(xiàn)不正常運行狀態(tài)時，保護裝置能自動發(fā)出報警信號，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。其任務為二、繼電保護的基本要求2.選擇性3.速動性3.靈敏性1.可靠性繼電保護的基本要求二、繼電保護的基本要求1.可靠性需要動作時不拒動，不需要動作時不誤動。2.選擇性選擇故障元件的能力。2.選擇性是通過合理的定值整定上下級的動作時間來實現(xiàn)。上下級保護動作時限差一般取0.3-07S。二、繼電保護的基本要求3.速動性1.定義：速動性是指快速切除故障的性能。2.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0.06~0.12s;最快的可達0.01~0.04s;一般的斷路器的動作時間為0.06~0.15s;最快的可達0.02~0.06s。二、繼電保護的基本要求4.靈敏性靈敏性是指繼電保護對保護范圍內(nèi)故障的反應能力，即要求保護裝置在其保護范圍內(nèi)，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、繼電保護裝置的分類1.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。2.按保護原理分為電流保護、電壓保護、距離保護、差動保護、方向保護和零序保護等。三、繼電保護裝置的分類3.按保護所反應故障類型分類分為相間距離保護、接地距離保護、匝間短路保護、斷相保護、失步保護及過勵磁保護。4.按保護所起的作用分類分為主保護、后備保護和輔助保護。輔助保護為補充主保護和后備保護的性能或相當主保護和后備保護退出運行而增設的簡單保護后備保護遠后備保護近后備保護主保護或斷路器拒動時，又相鄰設備或線路的保護來實現(xiàn)的后備保護主保護拒動時，又本設備或線路的另外一套保護來實現(xiàn)的后備保護主保護能以最快的速度有選擇地切除被保護元件故障的保護三、繼電保護裝置的分類四、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段的自動裝置。繼電器常用接點有動合觸點和動斷觸點。動合觸點是指繼電器不動作時處于斷開狀態(tài)的接點。動斷觸點是指繼電器不動作時處于閉合狀態(tài)的接點。常用的繼電器有：（一）電磁式電流繼電器（二）電磁式電壓繼電器（三）電磁式時間繼電器（四）電磁式中間繼電器（五）電磁式信號繼電器（六）感應式電流繼電器四、常用繼電器介紹1.電磁式電流互感器KA反應電流增大到某一定值及以上動合（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。四、常用繼電器介紹動作電流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。返回電流能使繼電器動合接點由閉合狀態(tài)到斷開狀態(tài)的最大電流稱為動作電流。返回系數(shù)繼電器返回電流除以動作電流。要求0.85-0.9之間。四、常用繼電器介紹2.電磁式電壓繼電器KV四、常用繼電器介紹電壓繼電器包括過電壓繼電器和低電壓繼電器兩種。1.過電壓繼電器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到閉合狀態(tài)的繼電器。動作電壓使繼電器動合接點由斷開到閉合狀態(tài)的最小電壓。返回電壓使繼電器動合接點由閉合到斷開狀態(tài)的最大電壓。返回系數(shù)返回電壓除以動作電壓。四、常用繼電器介紹2.低電壓繼電器

反應電壓下降到某一整定值及以上動斷接點由斷開到閉合狀態(tài)的繼電器動作電壓返回電壓返回系數(shù)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。使繼電器動斷接點由斷開狀態(tài)到閉合狀態(tài)的最小電壓。返回電壓除以動作電壓。四、常用繼電器介紹3.電磁式時間繼電器KT四、常用繼電器介紹用于建立保護所需要的延時時間的繼電器叫時間繼電器，具有延時動合接點。延時動合接點繼電器通足夠大的電時經(jīng)所需要的時間(整定時間)閉合的接點。四、常用繼電器介紹4.電磁式中間繼電器KM在繼電保護中，用于增加觸點數(shù)量和容量的繼電器。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、常用繼電器介紹四、常用繼電器介紹5.電磁式信號繼電器KS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，要有機械或電器自保持，直至相關事宜處置完畢再手動恢復信號掛牌裝置。12246四、常用繼電器介紹6.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。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。四、常用繼電器介紹

繼電保護與二次回路常用電氣符號五、繼電保護用電流互感器保護用電流互感器是將電力系統(tǒng)的一次大電流按一定的變比變換成二次較小電流，供給測量儀表和繼電器，同時還可以使二次設備與一次高壓隔離，保證人身安全與設備的安全。不完全星形接線完全星形接線兩相電流差接線方式三角形接線方式電流互感器的接線方式五、繼電保護用電流互感器五、繼電保護用電流互感器1.三相星形接線三相均裝有電流互感器，各相電流互感器繞組和電流繼電器的線圈串聯(lián)，然后接成星形連接。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。五、繼電保護用電流互感器2.兩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(lián)后，連接成不完全星形。兩相不完全星形接線方式可以實現(xiàn)相間短路保護。不能反映B相接地故障。五、繼電保護用電流互感器3.兩相電流差接線方式電流互感器裝在兩相上，其其差電流接入電流繼電器線圈。通常用在6kv~10kv中性點不接地系統(tǒng)中以保護較小容量的高壓電動機。五、繼電保護用電流互感器4.三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。主要應用于Y，d接線的變壓器差動保護裝置。第二節(jié)變壓器保護變壓器故障一、電力變壓器的故障和異常運行狀態(tài)變壓器故障分為油箱內(nèi)故障和油箱外故障。變壓器油箱內(nèi)故障包括繞組之間的相間短路、一相繞組中發(fā)生的匝間短路、繞組與鐵芯或外殼之間發(fā)生的單相接地短路等；變壓器油箱外故障包括引出線發(fā)生的各種相間短路、引出線套管閃絡或破碎時通過外殼發(fā)生的單相接地短路等。一、電力變壓器的故障和異常運行狀態(tài)變壓器異常運行狀態(tài)變壓器異常運行包括過負荷、油箱漏油造成的油面降低、外部短路引起的過電流等。變壓器處于異常運行時，應發(fā)出信號。二、電力變壓器保護設置要求1.電流速斷保護變壓器容量在10000kVA以下（中小型）的變壓器、當過電流保護動作時間大于0.5s時，用戶3～10kV配電變壓器的繼電保護。2.瓦斯保護油浸式變壓器在800kVA及以上，或車間內(nèi)裝設的容量在400kVA及以上的油浸變壓器3.縱差動保護對于容量在10000kVA及以上（中大型）的單獨運行變壓器，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以上且電流速斷保護靈敏度不滿足要求的變壓器，應裝設差動保護主保護二、電力變壓器保護設置要求4.過電流保護用于反應外部相間故障引起的變壓器過電流，并作為變壓器主保護的后備保護。5.零序保護用于反應中性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(tǒng)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。6.過負荷保護用于反應400kVA及以上變壓器的三相對稱負荷。過負荷保護只需取一相電流，延時動作與信號。后備保護三、變壓器過電流保護1.定時限過流保護裝設在變壓器電源側,反映外部短路的過流,及作為速斷的后備保護.動作電流按躲過變壓器可能出現(xiàn)的最大負荷電流整定。三、變壓器過電流保護定時限過流保護三、變壓器過電流保護2.反時限過流保護

動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。四、變壓器電流速斷保護對于中、小容量的變壓器，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。動作電流整定按躲過變壓器負荷側母線短路時流過保護的最大短路電流，一般應大于變壓器額定電流3~5倍以躲過變壓器空載投入時勵磁涌流。動作無延時，即延時0s。四、變壓器電流速斷保護對于中、小容量的變壓器，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。動作電流整定按躲過變壓器負荷側母線短路時流過保護的最大短路電流，一般應大于變壓器額定電流3~5倍以躲過變壓器空載投入時勵磁涌流。動作無延時，即延時0s。五、變壓器縱差動保護電力變壓器差動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不平衡，防止由此出現(xiàn)誤動做來整定，動作時間取0S。五、變壓器縱差動保護外部故障外部短路時，流入差動繼電器KD的電流是變壓器兩側電流的二次值之差。外部短路內(nèi)部短路五、變壓器縱差動保護內(nèi)部故障1.如果變壓器只有一側有電源，則只有該側的電流互感器二次電流流入差動繼電器；2.如果變壓器兩側有電源，則兩側的電流互感器二次電流都流入差動繼電器，且數(shù)值相加（之和）。外部短路內(nèi)部短路六、變壓器瓦斯保護當變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障時，短路電流產(chǎn)生電弧使變壓器油和絕緣介質分解，產(chǎn)生大量氣體，而且故障越嚴重，產(chǎn)生的氣體越多，反應這種氣體而動作的保護，稱為氣體保護，也稱瓦斯保護。變壓器氣體保護分輕瓦斯和重瓦斯保護兩部分。輕瓦斯保護動作時，只發(fā)信號；重瓦斯保護時，瞬時切除變壓器。瓦斯繼電器是構成瓦斯保護的主要元件，它安裝在油箱與油枕之間的連接管道上瓦斯繼電器出口中間繼電器信號繼電器連接片瓦斯保護原理接線六、變壓器瓦斯保護控制小母排及熔斷器重瓦斯試驗及信號啟動輕氣體保護輕瓦斯保護重瓦斯跳閘信號回路重瓦斯試驗保護信號小母排及熔斷器輕瓦斯保護+BFS+BC-BC2KS1KSKG2KG11KS2KS2KM2KMKM-IKM1KMXBQF1QF2YR1YR21234XBKM-UR1R2六、變壓器瓦斯保護瓦斯保護原理圖第三節(jié)電力線路保護一、過電流保護電力用戶6kV~10kV線路的繼電保護，一般配置電流速斷和過電流保護。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，動作時間采取階梯原則。一、過電流保護1.動作電流整定1.在系統(tǒng)正常運行時不動作，動作電流應大于線路的最大負荷電流，即2.外部故障切除后，應能夠可靠返回。此時需要考慮可能存在負荷中電動機自起動過程造成的負荷電流增大，所以應滿足關系:過流保護～ABCL3L2L11QF2QF3QF123K1K2一、過電流保護2.時間整定1.按階梯原則整定(位于電源的上一級時間要比下一級保護時間長.2.線路L1和L2和L3的定時限電流保護動作時間整定如下：過流保護動作時間一般1~1.2秒～ABCL3L2L11QF2QF3QF123K1K2t一、過電流保護二、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三相最大短路電流整定計算的。電力線路限時電流速斷，動作電流和相鄰線路動作動作電流配合整定，時限一般取0.5S，動作電流由下式整定：三、限時電流速斷保護四、三段式電流保護電流速斷、限時電流速斷、定時限過電流保護都是反應電流增大而動作的裝置。1保護I1段保護范圍1保護1段保護范圍2保護I段保護范圍1保護II1段范圍

三段式電流保護保護范圍示意圖四、三段式電流保護

三段式電流保護接線原理圖I段II段III段四、三段式電流保護

三段式電流保護接線展開圖I段

三段式電流保護接線展開圖II段二次回路組成圖四、三段式電流保護四、三段式電流保護1.歸總式原理圖的特點（1）二次接線圖與一次系統(tǒng)接線的相關部分畫在一張圖上，電氣元件的線圈與觸點以整體形式表示，表明各二次設備構成、數(shù)量、電氣連接關系，直觀、形象；（2）電氣元件采用統(tǒng)一的文字符號，按動作順序畫出；（3）缺點是不能表明電氣元件內(nèi)部接線、二次回路的端子號、導線的實際接線方式。四、三段式電流保護2.歸總式原理圖的應用

歸總式原理圖可用來分析保護動作行為。歸總式原理圖可作為二次回路設計、繪制展開式原理圖等其他工程圖的原始依據(jù)，但不能直接作為施工圖紙。四、三段式電流保護3.展開式原理接線圖

展開式原理接線圖簡稱展開圖。

展開圖按供給二次回路的獨立電源劃分，將交流回路、交流電壓回路、直流操作回路、信號回路分開表示．4.展開式原理圖的特點（1）按不同電源回路劃分成多個獨立回路；（2）在圖形上方有統(tǒng)一規(guī)定的文字符號；（3）各導線、端子有統(tǒng)一規(guī)定的回路編號和標號。5.展開式原理圖的回路標號四、三段式電流保護交流回路進行標號有以下原則：（1）交流回路按相別順序標號，例如如圖8-11（a）交流回路中的A411、C411、N411；（2）交流回路按照用途不同使用不同的數(shù)字組，例如電流回路用400～599、電壓回路用600～799；（3）互感器回路在限定的數(shù)字組范圍內(nèi)，自互感器引出端按順序編號。例如TA1用411～419、TV2用621～629；（4）某些特定交流回路采用專用的編號組。五、低電壓保護和電流方向保護圖所示三段式電流保護加裝功率方向元件后，即可構成三段式方向電流保護。五、低電壓保護和電流方向保護功率方向繼電器多電壓應有“記憶”作用，從而消除電壓死區(qū)六、高壓電動機保護1.高壓電動機的故障和異常運行狀態(tài)高壓電動機通常指3～10kV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（包括供電電纜相間短路故障）、單相接地短路以及一相繞組的匝間短路。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。定子繞組的相間短路是電動機最嚴重的故障。2.高壓電動機保護配置六、高壓電動機保護對于容量在2000kW及以下的高壓電動機常用的電流保護為電流速斷保護（或電流縱差保護）和過負荷保護。容量在2000kW及以上的高壓電動機常用的電流保護為電流縱差保護。七、3kV~10kV高壓電力電容器組保護1.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接短路。2.單臺電容器內(nèi)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。2.高壓電容器組保護配置采用電流速斷保護和延時電流速斷保護。

電流速斷保護動作電流取電容器組額定電流的2~2.5倍，動作時間為0秒。

延時電流速斷保護動作電流取電容器組額定電流的1.5~2倍，動作時間為0.2秒，以避開合閘涌流。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（二）可靠性高（三）動作準確率高（四）容易獲取各種附加功能（五）保護性能容易得到提高（六）使用靈活、方便（七）具有遠方監(jiān)控的特性二、微機保護裝置硬件系統(tǒng)的一般構成可分為六部分：（1）數(shù)據(jù)采集單元即模擬量輸入系統(tǒng)。（2）繼電功能回路（微機主系統(tǒng)）。（3）開關量輸入/輸出回路。（4）人機接口回路。（5）通信回路。（6）電源回路。三、微機保護的主要功能主要功能包括保護、測控、信息三個方面1.110kV及以下線路保護測控裝置的功能2.站用變壓器或接地變壓器的保護測控裝置的功能3.110kV及以下并聯(lián)電容器組保護測控裝置的功能四、微機保護監(jiān)控裝置的運行維護1.110kV及以下線路保護測控裝置的運行異常報警2.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3.110kV及以下并聯(lián)電容器組保護測控裝置的運行異常報警功能四、微機保護監(jiān)控裝置的運行維護2、PT斷線：當正序電壓小于30V而任一相電流大于0.1A時或負序電壓大于8V時延時10s報母線，發(fā)出運行異常告警信號，待電壓恢復正常后裝置延時1.25s自動把PT斷線報警返回。10、接地報警：裝置自產(chǎn)零序電壓大于30V時，延時15s報警。P253、P254第五節(jié)

電力系統(tǒng)自動裝置一、自動重合閘裝置1.自動重合閘的作用

1）發(fā)生瞬時故障時自動恢復正常供電，提高供電可靠性；

2）彌補繼電保護選擇性不足，糾正各種情況造成的斷路器的誤跳閘；

3）與繼電保護配合，在很多情況下能夠加速切除故障；

4）對雙側電源供電的線路，提高并列運行的穩(wěn)定性。一、自動重合閘裝置2.對自動重合閘裝置的基本要求1.采用由控制開關位置與斷路器位置不對應的原則來起動重合閘。同時也允許由保護裝置來起動，但此時必須采取措施來保證自動重合閘能可靠動作2.手動或遙控操作斷開斷路器及手動合閘于故障線路，斷路器跳閘后，自動重合閘不應動作。3.自動重合次數(shù)應符合預先規(guī)定，即使ARD裝置中任一元件發(fā)生故障或接點粘接時，也應保證不多次重合。一、自動重合閘裝置4.采用由控制開關位置與斷路器位置不對應的原則自動重合閘在完成動作以后，一般應能自動復歸，準備好下一次再動作。5.當斷路器因繼電保護動作或其它原因而跳閘時，自動重合閘裝置均應動作。6.自動重合閘應有閉鎖功能(如按頻率減負、主變母線保護動）7.自動重合閘應有可能在重合閘以前或重合閘以后加速繼電器保護的動作。電力線路的自動重合閘（ARD）裝置一、自動重合閘裝置二、備用電源自動投入裝置備用電源自動投入裝置,是當工作電源因故障自動跳閘后，自動地將備用電源投入的一種自動裝置，簡稱備自投。備用電源自動投入裝置動作時，通過后備用香爐斷路器或備變壓器實現(xiàn)備用電源的自動投入。對備用電源自動投入裝置的基本要求二、備用電源自動投入裝置1.應保證工作電源斷開后，備用電源才能投入；2.工作母線不論任何原因電壓消失，備用電源均應投入；3.備用電源只能投入一次；4.備用電源投于故障時，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。二、備用電源自動投入裝置明備用：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：正常情況下沒有明顯斷開的備用電源或備用設備或備用線路，而是工作在分段母線狀態(tài)，靠分段取得相互備用二、備用電源自動投入裝置明備用與