第四章 供配電繼電保護(hù)與二次回路

4.1供配電繼電保護(hù)的任務(wù)和要求

一、供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)、要求

1．繼電保護(hù)的任務(wù)繼電保護(hù)的任務(wù)，一是在供配電系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時(shí)，作用于短路點(diǎn)最近的斷路器或其它控制保護(hù)裝置，使之迅速跳閘，切除故障部分，恢復(fù)其它部分的正常運(yùn)行，同時(shí)發(fā)出信號(hào)，提醒值班人員及時(shí)處理事故。

2．繼電保護(hù)的要求

(1)選擇性。應(yīng)只切除故障元件，使停電范圍最小，(2)速動(dòng)性。在發(fā)生故障時(shí)應(yīng)能盡快動(dòng)作，切除故障。

(3)靈敏性。保護(hù)裝置的反應(yīng)能力。

(4)可靠性。一定要準(zhǔn)確動(dòng)作，即不能拒動(dòng)；也不能誤動(dòng)。4.2常用的保護(hù)繼電器一、電磁式繼電器。1.電磁式電流繼電器電磁式電流繼電器在繼電保護(hù)裝置中，通常用作起動(dòng)元件，因此又稱(chēng)為起動(dòng)繼電器。供配電系統(tǒng)常用的DL-10型電磁式電流繼電器外形和符號(hào)如圖4-1所示。（a）外形

（b）集中表示法

（c）分開(kāi)表示法繼電器的型號(hào)含義：2.電磁式電壓繼電器電磁式電壓繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理與DL型電磁式電流繼電器基本相同。不同之處僅是電壓繼電器的線(xiàn)圈為電壓線(xiàn)圈，匝數(shù)多，導(dǎo)線(xiàn)細(xì)，與電壓互感器的二次繞組并聯(lián)。電壓繼電器文字符號(hào)為KV。（a）外形

（b）圖形符號(hào)3.電磁式時(shí)間繼電器電磁式時(shí)間繼電器在繼電保護(hù)裝置中，用作時(shí)限元件，使保護(hù)裝置的動(dòng)作獲得一定延時(shí)，以滿(mǎn)足選擇性要求。DS-110（120）型電磁式時(shí)間繼電器的外形和符號(hào)如圖4-3所示。（a）外形

（b）圖形符號(hào)

4.電磁式信號(hào)繼電器

信號(hào)繼電器在繼電保護(hù)裝置中用于發(fā)出指示信號(hào)，表示保護(hù)動(dòng)作，同時(shí)接通信號(hào)回路，發(fā)出燈光或者音響信號(hào)。信號(hào)繼電器的外形和符號(hào)如圖4-4所示。（a）外形

（b）圖形符號(hào)5.電磁式中間繼電器中間繼電器的觸頭容量較大，觸頭數(shù)量較多，在繼電保護(hù)裝置中用于彌補(bǔ)主繼電器觸頭容量或觸頭數(shù)量的不足。它通常用保護(hù)裝置的出口回路中，用來(lái)接通斷路器的跳閘回路，故又稱(chēng)為出口繼電器。中間繼電器的外形和符號(hào)如圖4-5所示。（a）外形

（b）圖形符號(hào)6.感應(yīng)式繼電器感應(yīng)式電流繼電器具有電磁式電流繼電器、時(shí)間繼電器、信號(hào)繼電器和中間繼電器的功能，即它在繼電保護(hù)裝置中既能作為起動(dòng)元件，又能實(shí)現(xiàn)延時(shí)、給出信號(hào)和直接接通跳閘回路；既能實(shí)現(xiàn)帶時(shí)限的過(guò)電流保護(hù)，又能同時(shí)實(shí)現(xiàn)電流速斷保護(hù)，從而使保護(hù)裝置大大簡(jiǎn)化。

（a）外形

（b）圖形符號(hào)4.3電力變壓器的繼電保護(hù)一、變壓器故障的種類(lèi)變壓器的故障可分為內(nèi)部故障和外部故障兩種。

內(nèi)部故障是指變壓器油箱內(nèi)所發(fā)生的故障，包括相間短路、繞組的匝間短路和單相接地(碰殼)短路等；

外部故障是指引出線(xiàn)上絕緣管相間短路和單相接地等。

二、變壓器的繼電保護(hù)裝置

1．瓦斯保護(hù)

瓦斯保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作迅速、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部各種類(lèi)型的故障，尤其是對(duì)繞組的匝間短路反應(yīng)最為靈敏

圖4-7所示是變壓器瓦斯保護(hù)的接線(xiàn)電路圖。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)，瓦斯繼電器KG的上觸點(diǎn)1～2閉合，作用于報(bào)警信號(hào)。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，KG的下觸點(diǎn)3～4閉合，經(jīng)中間繼電器KM作用于斷路器QF的跳閘線(xiàn)圈YR，使斷路器跳閘，同時(shí)KS發(fā)出跳閘信號(hào)。KG的下觸點(diǎn)3～4閉合時(shí)，也可以用聯(lián)接片XB切換位置，串接限流電阻R，只給出報(bào)警信號(hào)。

由于瓦斯繼電器KG的下觸點(diǎn)3～4在發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)可能有“抖動(dòng)”(接觸不穩(wěn)定)現(xiàn)象，因此，為使斷路器可靠跳閘，特利用中間繼電器KM的觸點(diǎn)1～2作“自保持”觸點(diǎn)。只要KG的下觸點(diǎn)3～4一閉合，KM就動(dòng)作，并借其上觸點(diǎn)1～2的閉合而使其處于自保持狀態(tài)，KG的下觸點(diǎn)3～4閉合后使斷路器QF跳閘，斷路器QF跳閘后，其輔助觸點(diǎn)QF（1～2）斷開(kāi)跳閘回路，QF（3～4）則斷開(kāi)中間繼電器KM的自保持回路，使中間繼電器返回。2．過(guò)電流保護(hù)

過(guò)電流保護(hù)，其繼電保護(hù)裝置和電流互感器都裝在變壓器一次側(cè)，它既能反應(yīng)外部故障，也可以作為變壓器內(nèi)部故障的后備保護(hù)。常用的接線(xiàn)方式有兩相電流差的聯(lián)結(jié)、兩相星形聯(lián)結(jié)和三個(gè)繼電器的兩相不完全星形聯(lián)結(jié)方式。

3．電流速斷保護(hù)具有帶時(shí)限的過(guò)電流保護(hù)，既能反映應(yīng)變壓器的外部故障，也能反映應(yīng)變壓器的內(nèi)部故障。但當(dāng)過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限大于0.5s，必須安裝電流速斷保護(hù)，使故障變壓器能迅速地從系統(tǒng)中切除。

4．過(guò)負(fù)荷保護(hù)變壓器的過(guò)負(fù)荷保護(hù)是用來(lái)反應(yīng)變壓器正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的過(guò)負(fù)荷情況。這種保護(hù)只有在變壓器確實(shí)有可能過(guò)載時(shí)才裝設(shè)。變壓器的過(guò)負(fù)荷保護(hù)只需要在一相上裝一個(gè)電流繼電器。

使其動(dòng)作延時(shí)大于過(guò)電流保護(hù)裝置的動(dòng)作延時(shí)，一般采用10～15s。

變壓器的電流速斷保護(hù)、定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)及過(guò)負(fù)荷保護(hù)的綜合電路圖

5．差動(dòng)保護(hù)

差動(dòng)保護(hù)是反映變壓器兩側(cè)電流差額而動(dòng)作的繼電保護(hù)裝置，其動(dòng)作原理如圖4-10所示。將變壓器兩側(cè)的電流互感器串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成環(huán)路，電流繼電器并聯(lián)在環(huán)路上

差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)范圍是變壓器兩側(cè)電流互感器安裝地點(diǎn)之間的區(qū)域，因此它可以保護(hù)變壓器內(nèi)部及兩側(cè)套管和引出線(xiàn)上的相間短路。它在保護(hù)范圍外短路時(shí)不動(dòng)作，因此，不需要與相鄰元件的保護(hù)在整定值和動(dòng)作時(shí)間上進(jìn)行配合，可以構(gòu)成無(wú)延時(shí)的速動(dòng)保護(hù)。

4.4斷路器的控制回路和信號(hào)系統(tǒng)一、概述

斷路器的控制回路就是控制斷路器分、合閘的回路。它取決于斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的型式和操作電源的類(lèi)別。高壓斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)有手力式、電磁式和彈簧式等型式；操作電源有直流和交流兩類(lèi)。

信號(hào)系統(tǒng)是用來(lái)指示一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的二次系統(tǒng)。按用途分，有斷路器位置信號(hào)、事故信號(hào)和預(yù)告信號(hào)。

二、采用手力操動(dòng)機(jī)構(gòu)的斷路器控制回路及其信號(hào)系統(tǒng)

圖4-11為采用手力操動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制回路及其信號(hào)系統(tǒng)。其中，WC-控制小母線(xiàn)、

WS-信號(hào)小母線(xiàn)、YR-跳閘線(xiàn)圈、KA-保護(hù)裝置出口繼電器觸點(diǎn)、GN-綠色信號(hào)燈、RD-紅色信號(hào)燈、QM-手力操作機(jī)構(gòu)輔助觸點(diǎn)、QF1～6-斷路器輔助觸點(diǎn)。三、采用電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的斷路器控制回路及其信號(hào)系統(tǒng)

圖4-12為采用電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的斷路器控制回路及其信號(hào)系統(tǒng)，其中，WC-控制小母線(xiàn)、WL-燈光指示小母線(xiàn)、WF-閃光信號(hào)小母線(xiàn)、WS-信號(hào)小母線(xiàn)、WAS-事故信號(hào)小母線(xiàn)、WO-合閘小母線(xiàn)、SA—控制開(kāi)關(guān)、KO-合閘接觸器、YO-電磁合閘線(xiàn)圈、YR-跳閘線(xiàn)圈、KA-保護(hù)裝置出口繼電器觸點(diǎn)、GN-綠色信號(hào)燈、RD-紅色信號(hào)燈、ON-合閘操作方向、OFF-分閘操作方向。

4.5供配電系統(tǒng)的二次回路二次回路又稱(chēng)二次系統(tǒng)，是對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制、調(diào)節(jié)和保護(hù)的電氣回路。用來(lái)反映一次系統(tǒng)的工作狀態(tài)和控制、調(diào)整一次設(shè)備。當(dāng)一次系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí)，能夠立即動(dòng)作，使故障部分退出運(yùn)行。

一、二次回路的操作電源

操作電源主要是向二次回路提供所需的電源。操作電源主要有直流和交流兩大類(lèi)，

1．直流操作電源

(1)蓄電池組供電的直流操作電源

蓄電池組供電的直流操作電源是一種與電力系統(tǒng)運(yùn)行方式無(wú)關(guān)的獨(dú)立電源系統(tǒng)。即使在變電所完全停電的情況下，仍能在24小時(shí)內(nèi)可靠供電，具有很高的供電可靠性。

供配電系統(tǒng)的二次回路功能示意圖

(2)硅整流直流操作電源。硅整流直流操作電源在變電所應(yīng)用比較普遍，按斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求可分為電磁操動(dòng)的電容儲(chǔ)能和彈簧操動(dòng)的電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能等。

2．交流操作電源取自于所用主變的交流操作電源。變配電所的用電一般應(yīng)設(shè)置專(zhuān)門(mén)的變壓器供電，簡(jiǎn)稱(chēng)所用變。變電所的用電主要有室外照明、室內(nèi)照明、生活區(qū)用電、事故照明、操作電源用電等.

二、電測(cè)量?jī)x表與絕緣監(jiān)視裝置1．電測(cè)量?jī)x表在電力系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)中，電測(cè)量有三個(gè)作用：一是計(jì)費(fèi)測(cè)量，主要計(jì)量用電單位的用電量，如有功電度表、無(wú)功電度表；二是對(duì)供電系統(tǒng)中運(yùn)行狀態(tài)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析所進(jìn)行的測(cè)量，如電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、及有功電能、無(wú)功電能測(cè)量等，這些參數(shù)通常都需要定時(shí)記錄；三是對(duì)交、直流系統(tǒng)的安全狀況，如絕緣電阻、三相電壓是否平衡等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。用途不同，測(cè)量?jī)x表的選擇也不同。一般計(jì)費(fèi)儀表要求準(zhǔn)確度較高，其他測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確度要求則相對(duì)低一些。(1)變配電裝置中測(cè)量?jī)x表的配置

①在供配電系統(tǒng)的每一條電源進(jìn)線(xiàn)上，必須裝設(shè)計(jì)費(fèi)用的有功電度表和無(wú)功電度表及反映電流大小的電流表。通常采用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量柜，計(jì)量柜內(nèi)有計(jì)量專(zhuān)用電流、電壓互感器。②在變配電所的每一段母線(xiàn)上(3kV～10kV)，必須裝設(shè)電壓表4只，其中一只測(cè)量線(xiàn)電壓，其他三只測(cè)量相電壓。

③

35/（6kV～10kV）變壓器應(yīng)在高壓側(cè)或低壓側(cè)裝設(shè)電流表、有功功率表、無(wú)功功率表、有功電度表和無(wú)功電度表各一只：（6～10kV）／0.4kV的配電變壓器，應(yīng)在高壓側(cè)或低壓側(cè)裝設(shè)一只電流表和一只有功電度表，如為單獨(dú)經(jīng)濟(jì)核算的單位變壓器還應(yīng)裝設(shè)一只無(wú)功電度表。④

3kV～10kV配電線(xiàn)路，應(yīng)裝設(shè)電流表、有功電度表和無(wú)功電度表各一只，如不是單獨(dú)經(jīng)濟(jì)核算單位時(shí)，無(wú)功電度表可不裝設(shè)。當(dāng)線(xiàn)路負(fù)荷大于等于5000kVA時(shí)，還應(yīng)裝設(shè)一只有功功率表。⑤低壓動(dòng)力線(xiàn)路上應(yīng)裝一只電流表。照明和動(dòng)力混合供電的線(xiàn)路上照明負(fù)荷占總負(fù)荷的15％～20％以上時(shí)，應(yīng)在每相上裝一只電流表。如需電能計(jì)量，一般還應(yīng)裝設(shè)一只三相四線(xiàn)有功電度表。⑥并聯(lián)電容器總回路上，每相應(yīng)裝設(shè)一只電流表，并應(yīng)在總回路上裝設(shè)一只無(wú)功電度表。(2)儀表的準(zhǔn)確度要求①交流電流、電壓表、功率表可選用1.5～2.5級(jí)；直流電路中電流、電壓表可選用1.5級(jí)：頻率表可選用0.5級(jí)。電度表及互感器準(zhǔn)確度配置如表所示。測(cè)量要求互感器準(zhǔn)確度電度表準(zhǔn)確度配置說(shuō)明計(jì)費(fèi)計(jì)量0.2級(jí)0.5級(jí)有功電度表0.5級(jí)專(zhuān)用有電能計(jì)量表kWh及以上0.5級(jí)1.0級(jí)有功電度表1.0級(jí)專(zhuān)用有電能計(jì)量表2.0級(jí)無(wú)功電度表kWh及以下315kVA以上變壓器高壓計(jì)量計(jì)費(fèi)計(jì)量及一般計(jì)量1.0級(jí)2.0級(jí)有功電度表3.0級(jí)無(wú)功電度表315kVA以上變壓器高壓計(jì)量75kW及以上電動(dòng)機(jī)電能計(jì)量一般計(jì)量1.0級(jí)1.5級(jí)和0.5級(jí)測(cè)量?jī)x表3.0級(jí)2.5級(jí)測(cè)量?jī)x表不重要回路②儀表的測(cè)量范圍和電流互感器變流比的選擇，

（3）電路電能的測(cè)量①電能表的接線(xiàn)②單相電能表的接線(xiàn)

③低壓三相四線(xiàn)制電路中電能表的接線(xiàn)④三相三線(xiàn)制電路有功電能的接線(xiàn)三相三線(xiàn)制電路采用兩元件三相有功電能，兩元件的電流線(xiàn)分別接在L1、L3相時(shí)，它們的電壓線(xiàn)圈則應(yīng)分別接在L1、L2相和L2、L3相，不得接錯(cuò)和接反，否則能出現(xiàn)電能表停轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)等異?，F(xiàn)象。其接線(xiàn)如圖4-19所示。⑤三相電路無(wú)功電能的測(cè)量無(wú)功電能的測(cè)量，主要在于判斷供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)。功率因數(shù)過(guò)低會(huì)增加系統(tǒng)的損耗，不能充分發(fā)揮供電設(shè)備的效益。2.絕緣監(jiān)察裝置絕緣監(jiān)察裝置主要用來(lái)監(jiān)視小接地電流系統(tǒng)相對(duì)地的絕緣狀況。

圖4-21為6～10kV母線(xiàn)的絕緣監(jiān)察裝置及電壓測(cè)量電路，其中，TV—電壓互感器、QS—高壓隔離開(kāi)關(guān)及輔助觸點(diǎn)、SA—轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)

PV—電壓表、KV—電壓繼電器、KS—信號(hào)繼電器

WC一控制小母線(xiàn)

WS