電氣二次基礎知識概述

電氣二次基礎知識概述第1頁/共49頁綜合自動化簡介2二次設備配置原則及作用3常見保護的簡要解釋4繼電保護的基礎知識1目錄5調度通信設備簡介5第2頁/共49頁繼電保護的基礎知識No.1第3頁/共49頁一、繼電器簡介

百度定義：繼電器（英文名稱：relay）是一種電控制器件，是當輸入量（激勵量）的變化達到規(guī)定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預定的階躍變化的一種電器。

通俗定義：繼電器是一種基本的電氣設備，它用來打開或關閉一定數量互相獨立的電路。這種操作是利用由電壓或電流控制的線圈繞組所產生的電磁場來實現(xiàn)的。當輸入量（電、磁、聲、光、熱）達到一定值時，輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動控制器件。

第4頁/共49頁繼電器的分類繼電器從廣義的定義劃分應該分為兩大類，一是電氣量繼電器（如電流、電壓、頻率等），二是非電量繼電器（如溫度、壓力、速度等），后面所敘述全部為電氣量繼電器。從類型和工作原理上分為動態(tài)繼電器和靜態(tài)繼電器，動態(tài)繼電器也就是電磁繼電器，是繼電器的基礎理論，也是本次交流的重點。在此對靜態(tài)繼電器不作闡述。

第5頁/共49頁1、線圈（通電后鐵芯產生磁性）2、銜鐵（帶動觸點）3、觸點（構成繼電保護中動作回路和信號回路的基本單元）

電磁繼電器的基本理論：電生磁，磁生機械力。

電磁繼電器的基本原理

第6頁/共49頁二、常用繼電器類型1、電流繼電器電流繼電器的基本原理也是通過線圈繞在鐵心上產生電磁吸力，從而使觸點開斷。與其他繼電器不同之處在于它是串聯(lián)于電路中，利用電流啟動繼電器動作，它的吸引線圈匝數少，線徑粗。

電流繼電器采集對象是電氣回路中電流，動作值可以進行整定。可根據電流大小來判斷電流繼電器是否動作。這也是現(xiàn)在微機保護的基本元件。

第7頁/共49頁2、電壓繼電器電壓繼電器的基本原理也是通過線圈繞在鐵心上產生電磁吸力，從而使觸點開斷。與電流繼電器不同之處在于它是并聯(lián)于電路中，它的吸引線圈匝數少，線徑細。它是根據電壓情況來動作繼電器，也可以進行整定。電壓繼電器分過電壓繼電器和低電壓繼電器。3、中間繼電器和信號繼電器中間繼電器主要用于增加觸點數量和觸點容量。一般中間繼電器都有多副觸點。而且容量也較大。有的中間繼電器還有電流或電壓保持功能。信號繼電器主要用于發(fā)出信號，根據需要有串聯(lián)型電流信號繼電器和并聯(lián)型電壓信號繼電器。第8頁/共49頁4、時間繼電器時間繼電器可計時動作，當達到預先設定的延時后，時間繼電器動作，從而接點閉合。第9頁/共49頁三、繼電保護及其回路簡介電力系統(tǒng)中出現(xiàn)短路或接地等故障時，將引起電流或電壓的變化，我們通過PT和CT將最直接的電氣量采集，并通過上述繼電器就可以搭建一個最簡單的繼電保護回路。就這是最原始的繼電保護。見下圖：第10頁/共49頁簡易繼電保護回路第11頁/共49頁模擬屏第12頁/共49頁

從20世紀50年代到90年代末，在40余年的時間里，繼電保護完成了發(fā)展的4個階段，即從電磁式保護裝置到晶體管式繼電保護裝置、到集成電路繼電保護裝置、再到微機繼電保護裝置。微機繼電保護的基本原理也是建立在前面所描述各種繼電器的原理之上的。唯一不同的是引入了微機的概念，不再是電磁式繼電器。同時結合計算機網絡，使微機保護變得多元，功能更為強大，操作更為簡單。四、微機繼電保護的概念和發(fā)展吏第13頁/共49頁1、微機繼電保護的概念簡單來說微機繼電保護是應用微型計算機或微處理機構成的繼電保護。首先通過采集模塊采集電力系統(tǒng)的模擬量（電流電壓等），然后通過A/D轉換，最后通過計算機對數字量進行計算和判斷，并輸出結果（動作或發(fā)信）。第14頁/共49頁2、微機繼電保護的發(fā)展史它起源于20世紀60年代中后期，是在英國、澳大利亞和美國的一些學者的倡導下開始進行研究的。60年代中期，有人提出用小型計算機實現(xiàn)繼電保護的設想，但是由于當時計算機的價格昂貴，同時也無法滿足高速繼電保護的技術要求，因此沒有在保護方面取得實際應用。在70年代后期，出現(xiàn)了比較完善的微機保護樣機，并投入到電力系統(tǒng)中試運行。80年代，微機保護在硬件結構和軟件技術方面日趨成熟，并已在一些國家推廣應用。90年代，電力系統(tǒng)繼電保護技術發(fā)展到了微機保護時代。

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我國的微機保護研究起步于20世紀70年代末期、80年代初期。到了90年代，我國繼電保護進入了微機時代。在我國微機保護的發(fā)展經歷了三個階段：第一階段微機保護裝置是單CPU結構。結構簡單，總線暴露在印刷板之外。第二階段微機保護裝置為多CPU結構。每塊印刷以CPU為中心組成一個計算機系統(tǒng)。實現(xiàn)了“總線不出芯片”第三個階段利用一個特殊的單片機將總線系統(tǒng)與CPU一起封裝在一個集成電路中，因此有極強的抗干抗能力。由于廣泛的采用DSP（數字信號處理器），保護裝置越做越好，功能越做強大。第16頁/共49頁3、國內及國外微機繼電保護廠家列舉微機保護國內廠家：南瑞、四方、南自、許繼、長園深瑞微機保護國外廠家：ABB、西門子、施耐德、SEL、通用電氣、阿爾思通、阿?，m等國內國外保護最大的區(qū)別就是國內保護程序基本是固化的，國外的可以邏輯編程。第17頁/共49頁綜合自動化簡介No.2第18頁/共49頁

1、綜合自動化的概念

綜合自動化系統(tǒng)就是將變電站的二次設備（包括儀表，信號系統(tǒng)，繼電保護，自動裝置和遠動裝置）經過功能的組合和優(yōu)化設計，利用先進的計算機技術，現(xiàn)代電子技術和通信設備及信號處理技術，實現(xiàn)對全變電站的主要設備和輸配電線路的自、動監(jiān)視，測量，自動控制和微機保護以及與調度通信等綜合性的自動化功能。第19頁/共49頁第20頁/共49頁

2、綜合自動化的系統(tǒng)的構成綜合自動動化對于二次專業(yè)來說是一個大而全的概念。它包含了微機繼電保護及自動裝置、通信網絡、監(jiān)控系統(tǒng)、遠動數據傳輸等。（1）微機繼電保護及自動裝置這是站內二次部分的核心設備，也是基礎單元。繼電保護的實現(xiàn)，基礎數據的采集或獲取均來自于微機繼電保護及自動裝置。安裝方式有組屏安裝，也有分散安裝。第21頁/共49頁

分散單元

組屏安裝第22頁/共49頁（2）通信網絡是綜合自動化的橋梁，主要是通過以太網或其他通信方式將站內各設備在通信上連接起來?；A設備為交換機。常用規(guī)約是103和IEC61850。第23頁/共49頁（3）監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)是綜合自動化的數據處理中心和人機交互平臺。主要由工作員站、工程師站或系統(tǒng)軟件組成。第24頁/共49頁（4）遠動數據傳輸主要是提供對外傳輸接口和數據。如與調度通信，與業(yè)主遠方系統(tǒng)通信等。最早的遠動傳輸采用的是RTU設備。就是在站內安裝一套采集設備，然后將模擬信號和數字信號用硬接線的方式接入RTU設備進行傳輸。第25頁/共49頁二次設備配置簡要說明No.3第26頁/共49頁一、電氣二次設備配置說明

不論是風電場還是光伏電站二次設備的配置都大同小異。但不同的接線方式也有少許不同，下面以隨州一期為例進行介紹。隨州一期為線變組接線方式，總容量100MW。10條集電線路，無獨立接地變，無功補償為SVG＋FC。二次設備配置見下表：

第27頁/共49頁齊星湖北隨州淅河光伏發(fā)電工程二次設備配置表序號名稱型式及規(guī)格數量單位備注電氣二次一控制、保護及自動化設備

1綜自監(jiān)控系統(tǒng)含監(jiān)控主機兼操作員工作站2套，打印機、監(jiān)控軟件等2套，打印機、監(jiān)控軟件等1套

2光伏監(jiān)控系統(tǒng)含監(jiān)控主機兼操作員工作站1套1套1套

3綜合遠動柜含兩套遠動主機，GPS對時裝置（雙時鐘）一臺GPS對時裝置（雙時鐘）一臺1面

4公用測控及電能質量監(jiān)測屏含測控裝置、電能質量監(jiān)測各1套，800x600x2260(寬x深x高）1面

5110kV線路保護測控屏含線路保護裝置1套測控裝置1套800x600x2260(寬x深x高）1面

6變壓器保護測控屏含變壓器綜合保護裝置1套測控裝置1套溫度變送器3臺800x600x2260(寬x深x高）1面變壓器保護含主保護、后備保護、非電量保護各一臺735kV線路保護裝置就地安裝與開關柜10套

835kV電容器保護裝置就地安裝與開關柜2套

935kV站用變保護裝置就地安裝與開關柜1套

10故障錄波屏含故障錄波裝置1套800x600x2260(寬x深x高）1面

11電度表柜電量采集裝置1套，0.2S級光口表2塊1面

12電度表有功0.5級0.5級、無功2.0級2.0級13只

13五防系統(tǒng)微機五防1套

14計算機工作臺6000X1000（長（長x寬）1套

15有功功率及無功功率控制系統(tǒng)含控制裝置1套1套

16光功率預測系統(tǒng)含環(huán)境監(jiān)測儀、氣象服務器、預測服務器、防火墻，反向隔離等1套

17綜合解列裝置屏含解列裝置1套，打印1臺1面

1835kV母差保護屏含35kV母差保護裝置1套，打印1臺1面

19相量測量屏（PMU）相量測量裝置1套1套

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二次保護的配置原則是以設備為對象，滿足不同的保護功能進配置，不同的設備有不同的特性，也有不同的保護原理。比如110kV線路等級較高，同時作為雙電源，那么主保護就要配光差，后備保護為距離和零序保護；主變內部短路由差動保護動作、外部短路由復壓過流保護動作（后備保護）、同時反應非氣電量（如氣體、溫度）動作還要配置非電量保護；電容器在低壓、過壓、電壓不平衡狀態(tài)下運行都會產生損害，所以要配置低壓、過壓、不平衡、過流保護等；集電線路配置方向過流保護和零序保護，因為過流保護和零序保護完全可以切除異常的工況下的各種故障。

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屏柜的布置

第30頁/共49頁保護配置圖

第31頁/共49頁主變高側及線路保護

主變低側

35kV集電線路

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除保護裝置外，二次還需要配置一些安全自動裝置、調節(jié)裝置、監(jiān)測裝置等。比如功率控制裝置、光（風）功率預測設備、故障錄波、安全穩(wěn)定控制裝置或綜合解列裝置、電能質量、相量測量（PMU）、備自投等。其中除安全穩(wěn)定控制裝置或綜合解列裝置具有保護功能外，其他的都沒有保護功能，但對于光伏站或風電場是必不可少的設備。

第33頁/共49頁常見保護的簡要解釋No.4第34頁/共49頁一、

三段式過流保護根據電流的大小來直接判斷的保護，其統(tǒng)稱為過電流保護。判據簡單而直接，通常分為三段，一段為瞬時速斷，二段為延時速斷，三段為長延時過流保護，在實際整定投入幾段根據上下級配合以及線路長短等因素決定。一般情況一段可保護保護線路80%的范圍，二段保護可保護線路20%的范圍，三段作為過負荷保護和相鄰線的后備保護。在線路較短的情況下，一段就可以保護線路的全長，就無需投入二段，具體要根據計算結果來定。第35頁/共49頁在過流保護中加入電壓判據可形成方向保護或復壓保護，它可以帶方向動作或復合電壓動作。加入方向和復合電壓動作的判據主要是避免誤動，如兩條相鄰線路（均為電源點），A線故障動作，B線則不應該動作，如果沒有方向的制約則可能同時動作。同時電流與電壓有很必然的對應關系，在短路時電流增加電壓必然下降，但有時瞬間的震蕩或瞬間負荷過大等其他原因，也可能會使電流上升，但電壓波動并不大。其并非真實故障，這些保護就可根據電壓情況進行閉鎖。

過流保護可用作主保護，但對于如主變等大型電氣設備或雙電源線路都是用作后備保護。

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二、

差動保護差動保護利用的是基爾霍夫電流定理，即電流回路中任意節(jié)點流入電流之和等于該接點的流出電流之和。不論是主變、母線還是線路，正常情況下電流代數和均為零，當其中某一處存在短路或是接點，電流均流向故障點，打破了平衡，從而產生了一定大小的電流，保護元件不動作。

第37頁/共49頁差動保護反應迅速，可靠性高，在大型電氣設備及雙電源線路都將其作為主保護。差動保護分為縱差和橫差。所謂縱差即是電流的縱向比較，如主變的高低側，線路的兩端。所謂橫差即是電流的橫向比較，如高電壓等級大容量線路的相間差動，電容器、電抗器的差動等。一般我們所接觸的都是縱差。第38頁/共49頁

三、

距離保護距離保護是反應故障點至保護安裝地點之間的距離（或阻抗）。并根據距離的遠近而確定動作時間的一種保護裝置。它是以距離測量元件為基礎構成的保護裝置，其動作和選擇性取決于本地測量參數（阻抗、電抗、方向）與設定的被保護區(qū)段參數的比較結果，而阻抗、電抗又與輸電線的長度成正比，故名距離保護。在線路上故障點離測量元件越近，動作時間越快，反之越慢。

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四、主保護和后備保護這里的主保護和后備保護不是一個保護功能，而是一個保護概念。主保護是以該保護為主，當主保護失靈或是保護范圍不夠時，后備保護則作為一種補充對設備進行保護。如主變的主保護為差動保護，如果主變發(fā)生故障，首先主保護動作，如果主變本體沒有故障，而母線發(fā)生故障，這時主變則靠后備保護動作，因為主變的主保護范圍不考慮母線。

第40頁/共49頁調度通信設備簡介No.5第41頁/共49頁

調度通信簡單的說就是電力公司內部的一個廣域網。這個網絡與公網的組建方式大同小異，只是對于安全防護更為嚴格。它的基本設備是光傳輸設備，然后各種調制解調設備和路由器與光傳輸設備相連，形成一個跨區(qū)域互聯(lián)的龐大網絡。

第42頁/共49頁一、通信網絡設備的組成1、SDH【同步數字系列(SynchronousDigitalHier