第二章電氣二次系統概述

主講人：胡靜Email：hujing0909@163.com2013.07電力系統

繼電保護原理第二章電氣二次系統概述一、繼電保護、自動裝置、二次回路二、對繼電保護的基本要求三、保護裝置的基本構成四、繼電保護的發(fā)展簡史五、繼電保護學習的特點一、繼電保護、自動裝置、二次回路

電力系統的三種狀態(tài)：故障、異常狀態(tài)、正常狀態(tài)

（1）故障狀態(tài)：發(fā)生短路故障，各種型式的相間、接地短路故障。.短路故障產生的后果：

電流：Id增大電壓：Ud降低電流電壓間的相位角：發(fā)生變化1、繼電保護故障的對策：一旦故障發(fā)生，必須迅速而準確地切除故障設備，保證電力系統的安全。切除故障的時間要求小到十分之幾甚至百分之幾秒。（2）異常運行狀態(tài)：電力系統設備的電流過大、電壓過高等不正常狀態(tài)。異常運行狀態(tài)產生的后果：電力設備的電流過大會使設備載流部分和絕緣材料的溫度不斷升高，加速絕緣的老化和損壞，可能發(fā)展成故障。異常運行狀態(tài)產生的對策：一旦電力系統設備發(fā)生不正常運行狀態(tài)，應該發(fā)出告警信號、減負荷或跳閘。

（3）正常狀態(tài)：電力系統的電壓、頻率正常。不需采取措施。

電力系統中的發(fā)電機、變壓器、輸電線路、母線以及用電設備，一旦發(fā)生故障，迅速而有選擇性地切除故障設備，既能保護電力設備免遭損壞，又能提高電力系統運行的穩(wěn)定性，是保證電力系統及其設備安全運行最有效的方法之一。切除故障的時間通常要求小到幾十毫秒到幾百毫秒，實踐證明，只有裝設在每個電力元件上的繼電保護裝置，才能完成這個任務。繼電保護裝置（RelayProtection），就是指能反應電力系統中電氣設備發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。繼電保護裝置除了在故障和不正常運行的很短時間內動作外，長期是不動作的，被喻為電力系統的“無聲警衛(wèi)”。繼電保護在電力系統中的地位電力系統繼電保護的作用

QF表示斷路器，它的作用是接收跳閘命令后，迅速切斷短路電流。

當線路L1上發(fā)生短路故障時，繼電保護迅速反應這個短路故障，發(fā)出跳閘命令給斷路器QF1，斷路器QF1接收了命令后，打開觸頭，切斷短路電流。

由于要求切除故障的速度要很快，只能通過自動的繼電保護裝置來完成。

繼電保護裝置的基本任務

(1)自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到損壞，保證其它無故障部分迅速恢復正常運行。

即故障時發(fā)出跳閘命令。(2)反應電氣元件的不正常運行狀態(tài)，根據運行維護的具體條件（如有無經常值班人員）和設備的承受能力，發(fā)出警報信號、減負荷或延時跳閘。即不正常工作時發(fā)出告警信號。2、自動裝置

分為自動調節(jié)裝置和自動操動裝置。（1）自動調節(jié)裝置為了保證電能質量、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)。如：同步發(fā)電機勵磁自動調節(jié)系統、電力系統頻率自動調節(jié)等。（2）自動操作裝置為了提高電力系統的供電可靠性、自動化程度和保證安全運行。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。3、二次回路

電力系統分為一次系統和二次系統。電力設備分為一次設備和二次設備一次設備：對電能直接進行生產、傳輸和分配電能的設備，如發(fā)電機、變壓器、斷路器、母線、輸電線路等。二次設備：對一次設備進行監(jiān)視、控制、測量和保護的設備，如繼電保護裝置、操作用的直流電源等。（1）一次系統由一次設備及相互的連接電路組成。（2）二次系統也稱二次回路，由二次設備及相互的連接線路組成。主要包括繼電保護、自動裝置、測量儀表、控制、信號和操作電源等子系統。二、對繼電保護的基本要求1、選擇性2、速動性3、靈敏性4、可靠性1、選擇性

保護裝置動作時，僅將故障元件從電力系統中切除，使停電范圍盡量縮小。即跳開離故障位置最近的斷路器。短路點主保護后備K1跳1、2/K2跳5跳1、3K3跳6跳5主保護:反映元件嚴重故障，快速動作于跳閘的保護后備保護：主保護不動作時備用的保護，由相鄰設備的保護來完成。

為了保證可靠性，選擇性包含2種意思：（1）正常情況下只應由裝在故障元件上的保護裝置動作切除故障；（2）當電氣設備的主保護不能切除故障時，力爭相鄰設備的保護裝置對它起到后備保護的作用。短路點主保護遠后備近后備K2跳5跳1、3跳2、4K3跳6跳5/遠后備保護：位于其它變電站、發(fā)電廠中的后備保護；近后備保護：位于本變電站、發(fā)電廠中的的后備保護；2、速動性（迅速性）定義：繼電保護裝置要以盡可能短的時間將故障從電網中切除。

優(yōu)點：（1）提高電網的穩(wěn)定性；（2）加快非故障部分的恢復供電；（3）減輕故障設備的損壞程度。故障切除時間＝保護裝置動作時間＋斷路器動作時間保護裝置的動作時間為：微機保護最快：0.01～0.04秒，即0.5～2個周期就動作；電磁式保護：0.06～0.12秒，即3～6個周期就動作斷路器的動作時間為：最快：0.02～0.06秒，即1～3個周期斷開電流；一般：0.06～0.15秒，即3～7個周期斷開電流3、靈敏性

指對于其保護范圍內發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)時的反應能力。要求：任何運行方式下，被保護設備范圍內發(fā)生故障，不論短路點的位置、類型、是否有過渡電阻，保護都能靈敏感覺，正確動作。

保護的靈敏度通常用靈敏系數來衡量。

靈敏系數：常見不利運行方式和不利故障類型下通入裝置的故障量和整定動作值之比。反應數值上升的保護：反應數值下降的保護：

都要求大于1上下級保護的靈敏性問題：上一級保護的靈敏度應高于下一級保護的靈敏度：下一級保護的動作延時應高于上一級保護的動作延時：目的：防止上一級保護誤動作，保證選擇性的條件之一。4、可靠性定義：當保護范圍內部故障時必須動作（不拒動），當外部故障時不動作（不誤動）。包括兩個方面：（1）不拒動，即可信賴性（2）不誤動，即安全性影響可靠性的因素：內在：裝置本身的質量，包括元件好壞、結構設計的合理性、制造工藝水平、內外接線簡明，觸點多少等；外在：運行維護水平、調試是否正確、正確安裝需要根據電力系統和負荷的具體情況，對可靠性的兩個方面（不拒動、不誤動）的性能要求適當地予以協調。

在系統有充足的旋轉備用容量、各元件之間聯系十分緊密的情況下，應著重強調不拒動的可靠性；反之，則應強調不誤動的可靠性。

對于傳送大功率的輸電線路保護，一般宜于強調不誤動；而對于其它線路保護，則往往強調不拒動。對于大型發(fā)電機組的繼電保護，無論拒動或誤動跳閘，都會引起巨大的經濟損失，可信賴性和安全性同樣重要，因此可采用三中取二的雙重化方案或雙倍的二中取一雙重化方案。

可靠性“四性”之間的關系：矛盾、統一經濟性考慮：

選擇并配置繼電保護裝置時，應考慮經濟條件，按被保護元件在電力系統中的地位和作用來確定保護方式。對于重要的系統元件，如果選用簡單價廉的保護裝置，由于技術性能不佳，出現拒動或誤動所帶來的損失是驚人的。而對較為次要的數量很多的電氣元件，則不應裝設過于復雜昂貴的保護裝置。需要根據電力系統和負荷的具體情況，對這4個方面的要求適當地予以協調。

三、保護裝置的基本構成

繼電保護的原理：正確區(qū)分正常運行和故障或不正常運行狀態(tài)，當確認被保護設備發(fā)生內部故障或不正常運行狀態(tài)時，發(fā)出跳閘命令或告警信號。

繼電保護的基本原理的核心：區(qū)分正常運行和故障或不正常運行狀態(tài)。如何區(qū)分正常運行和故障或不正常運行狀態(tài)？正常運行狀態(tài)：電流：負荷電流，電源側負荷電流大；電壓：±5％內，靠近電源側的母線電壓較高；測量阻抗：負荷阻抗，阻抗模值很大。短路故障狀態(tài)：電流：Id劇增

過電流保護電壓：Ud降低

低電壓保護測量阻抗：阻抗模值減小

距離保護

基本原理的總結

電流

I

：故障時增大-

過電流保護

正常狀態(tài)時

兩側電流相位相反

內部故障時

兩側電流相位相同

－差動保護

電壓U

：故障時降低

－低電壓保護

阻抗Z

：Z模值減小

－阻抗（距離）保護

非電氣量：溫度升高

－

瓦斯保護2.繼電保護裝置的基本構成測量部分：測量有關電氣量,與整定值比較,給出“是”、“非”、“大于”、“不大于”、“等于”、“0”、“1”性質的一組邏輯信號,判斷保護是否應該啟動。邏輯部分：根據測量部分各輸出量的大小、性質、出現的順序或它們的邏輯組合，確定是否應該使斷路器跳閘或發(fā)出報警信號，并將有關命令傳達給執(zhí)行部分。執(zhí)行部分：根據邏輯部分的結果，立即或延時發(fā)出報警信號和跳閘信號（故障、不正常運行時）。繼電保護的接線簡圖

繼電保護與一次側電力系統設備之間的聯接簡圖。

繼電保護就是通過二次側弱電系統來控制（如跳開、閉合）一次側強電系統設備。四、繼電保護的發(fā)展簡史

1、繼電保護硬件發(fā)展晶體管型電磁型感應型電動型集成電路型第一代靜態(tài)保護第二代靜態(tài)保護電磁型機電型晶體管型保護集成電路型保護第三代靜態(tài)保護1901年發(fā)明70年代80年代后微機保護1960年發(fā)明1970年發(fā)明1972年發(fā)明90后大量應用

電磁型：體積大，消耗功率大，動作慢，機械轉動部分、觸點部分容易磨損或粘連，調試維護比較復雜。晶體管型：動作快,無機械轉動部分，易發(fā)生特性變化。集成電路型：體積更小,工作更可靠，抗干擾能力差。微機保護：（2）維護調試方便，可靠性高；（3）統一硬件，保護裝置硬件易標準化；（4）有強大輔助功能，簡化調試、事故分析和事故后處理；（5）靈活性大，易于獲得附加功能。各種硬件繼電保護的特點：電磁型繼電保護（現在已很少應用）微機型繼電保護裝置微機型繼電保護裝置基本結構硬件軟件微機保護裝置硬件電路的基本組成

輸入/輸出回路人機對話系統開關量輸入開關量輸出數據采集系統微型計算機系統電源部分通信接口跳閘或告警信號外部觸點其它計算機TA、TV二次側i、u+5V+15V-

15V+24V220V或110V+5V供各保護CPU等芯片電源；V運算放大器及VFC模數變換芯片電源；+24V供啟動、跳閘及信號、告警繼電器電源。保護裝置電源插件是逆變開關電源，提供三組穩(wěn)壓電源：過電流保護原理，1901年電流差動保護原理，1908年方向性電流保護，1910年距離保護，1920年高頻保護，1927年行波保護，1950年工頻變化量保護，1980年，由我國專家提出。繼電保護硬件裝置不斷變化，但保護原理不變。2、繼