第七章-继电保护自动装置与二次回路

电工进网作业许可考试参考教材高压类理论部分第七章继电保护自动装置与二次回路送电车间员工培训电力系统在运行中，各种电气设备都有可能出现不正常运行状态和故障。1、不正常运行：电气元件正常工作遭到破坏。（过负荷、过电压、频率降低、系统振荡等）2、故障：包括各种类型短路和断线。短路：三相短路、两相短路、单相接地短路、两相接地短路、发电机和电动机以及变压器绕组间的匝间短路等断线：单相断线、两相断线故障或不正常运行状态不及时处理，引发事故。事故：对用户少送电或停止送电，电能质量降低到不能允许的程度，造成人身伤亡及电气设备损坏。继电保护和自动装置是反映电力系统中各种电气设备故障和不正常运行状态的自动装置。是保证电力系统安全运行和提高电能质量的重要组成部分。第一节继电保护任务及基本要求一、继电保护的任务当电气设备发生故障时，能自动、迅速、有选择地将故障元件（主变、线路）从电力系统切除，避免故障元件继续遭到破坏，使非故障元件迅速弧腹正常运行，将事故尽可能限制在最小范围内。出现不正常运行状态时，发出报警信号，避免事故发生。二、继电保护的基本要求电气设备发生短路时，产生很大的短路电流;电网电压下降，电气设备烧坏;充油设备的绝缘油在电弧作用下分解产生气体，出现喷油甚至着火;导线被烧断，供电被迫中断。特别严重时电力系统的稳定运行被破坏，发电厂的发电机被迫解列，甚至可能引起电网瓦解.为了能正确快速地切除故障，使电力系统能以最快速度恢复正常运行，要求继电保护具有足够的可靠性、选择性、快速性、灵敏性。1.可靠性可靠性是指发生了属于它该动作的故障，能可靠动作，即不发生拒绝动作（不拒动）；不该动作时，它能可靠不动，即不发生错误动作（不误动）。这是继电保护装置正确工作的基础。为保证继电保护装置具有足够的可靠性，应力求接线方式简单、继电器性能可靠、回路触点尽可能最少。还必须注意安装质量，并对继电保护装置按时进行维护和校验。2.选择性当电力系统发生故障时，继电保护装置应该有选择性地切除故障部分，让非故障部分继续运行，使停电范围尽量缩小。继电保护动作的选择性，可以通过正确地整定电气量的动作值和上下级保护的动作时限来达到互相配合。一般上下级保护的时限差取0.3—0.7秒。如果只依靠动作时限级差来达到选择性，则由于从电源侧到负荷侧要经过多级电压变换和传输，电源侧继电保护的动作时限必然很长，这样不利于切除故障设备的快速性。因此必须通过合理整定电气量的动作值，有时要利用各类不同保护等来取得继电保护的选择性、灵活性和快速性。3.速动性保护快速切除故障的性能。故障切除时间包括继电保护动作时间和断路器的跳闸时间。可以把故障部分控制在尽可能轻微的状态，减少系统电压因短路故障而降低的时间，提高电力系统运行的稳定性。但快速性有时会与选择性发生矛盾，这时就要根据具体情况，通过选取最佳保护配合方式以达到在确保所需选择性的基础上，达到令人满意的快速性。一般的快速保护动作时间为0.06—0.12s，最快的可达0.01—0.04s。一般的断路器的动作时间为0.06—0.15s，最快的可达0.02—0.06s。当系统发生故障时，快速切除故障可以提高系统并列运行的稳定性、减少用户在低电压下工作的时间，减少故障元件的损坏程度，避免故障进一步扩大。4.灵敏性继电保护动作的灵敏性是指继电保护装置对其保护范围内故障的反应能力，即继电保护装置对被保护设备可能发生的故障和不正常运行方式应能灵敏地感受和灵敏地反映。上、下级保护之间灵敏性必须配合，这也是保证选择性的条件之一。主保护、后备保护主保护：反应被保护元件自身的故障并以尽可能短的延时，有选择性地切除故障的保护称为主保护。后备保护：当主保护拒动时起作用，从而动作于相应断路器以切除故障元件。分为近后备保护和远后备保护。近后备保护：当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现后备的保护。远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。四、常用继电器介绍继电器是一种在其输入物理量（电气量或非电量）达到规定值时，其电气输出电路被接通和分断的自动装置。动合接点：继电器不动作时处于断开状态的接点。动断接点：继电器不动作时处于闭合状态的接点。（一）电磁式电流继电器反应电流增大到整定值，接点动作。动作电流：使继电器动合接点由断开到闭合的最小电流。返回电流：使继电器动合接点由闭合到断开的最大电流。返回系数：继电器的返回电流除以动作电流。电流继电器的返回系数要求在0.85—0.9之间。DL型电磁式过电流继电器结构图（三）电磁型时间继电器用以在继电保护回路中建立所需要的动作延时。在直流操作继电保护装置中使用的电磁型时间继电器型号为DS-l1。DS时间继电器的外形尺寸和电磁型电流继电器相仿，其内部结构包括一个电磁铁和一套机械型钟表机构，以及动合、动断触点。当电源电压加到电磁铁的线圈上时，产生电磁力，吸引铁心，带动钟表机构开始动作。在钟表机构启动的同时，带动动合触点的动触点向静触点移动，经过预定的时间后动静触点闭合，时间继电器动作完成。时间继电器动作时间的长短只与动、静触点之间的距离有关，调整这个距离即可调整时间继电器的动作时间。(四)电磁型中间继电器在继电保护装置中，中间继电器用以增加触点数量和触点容量；也可使触点闭合或断开时带有不大的延时，或者通过继电器的自保持，以适应保护装置动作程序的需要。有动合、动断接点。DZ-10型中间继电器(五)电磁型信号继电器在继电保护回路中，信号继电器用来发出保护动作信号。根据信号继电器研发出的信号，值班人员能够很方便地发现事故和统计保护装置动作的次数。有机械或电气自保持，需手动恢复。X-11型信号继电器（六）感应式电流继电器（GL式电流继电器）利用电磁感应原理构成，兼有电磁式电流继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器的功能。结构分为两部分：电磁速断机构，构成电流速断保护；感应机构，构成反时限过电流保护，在工厂供电系统中被广泛应用。这种继电器的感应元件部分动作时间与电流的大小有关:电流大，动作时间短;电流小，动作时间长。因此也称作反时限保护。GL系列感应型过电流继电器结构图继电保护与二次回路常用电气符号在绘制继电保护二次回路图时，需要用图形符号来表示继电器和触点。五、继电保护用电流互感器将电力系统中一次大电流按一定变比变换成二次较小的电流，供给测量表计和继电器，同时将二次设备与一次高压隔离，保证人身与设备的安全。电流互感器（TA）均是单相式，一次通入的是电流源，二次接相应负载。电流互感器接线方式1.三相星形接线三相均有TA，各相TA二次绕组和KA的线圈串联，然后接成星形连接。能反应三相短路、两相短路、单相接地短路等各种故障。适用于对所有短路类型都要求动作的保护装置。2.两相不完全星形接线方式两相有TA，各相TA二次绕组与各自的KA线圈串联后，然后接成不完全星形连接。中性点非直接接地系统中，广泛应用。3.两相电流差接线方式两相有TA，其差电流接入的KA线圈。通常应用在6—10KV中性点不接地系统中以保护较小容量的高压电动机。4.三角形接线方式能反应所有短路类型。应用于Y，d接线的变压器差动保护装置。在正常运行或三相短路时，流过继电器线圈的电流为相电流的√3倍（1.732），并且在相位上差30°。第二节变压器保护一、故障和异常运行状态故障分为：油箱内：内部绕组匝间或层间绝缘损坏造成的相间和匝间短路、直接接地系统侧绕组的接地短路。油箱外：外部绝缘套管及引出线上的多相短路、单相接地短路。异常运行状态：保护范围外部短路引起的过电流、电动机自启动引起的过负荷、油浸变压器油箱漏油造成油面降低二、电力变压器保护设置要求变压器应装设以下保护：1.电流速断保护：10000KVA以下，过流时间大于0.5秒，3—10KV配电变压器。2.瓦斯保护：油浸式，800KVA及以上，室内400KVA及以上，反应油箱内和油面降低。3.纵差动保护：l0O00kVA及以上、630OkVA及以上的并列运行变压器，2000KVA以上电流速断灵敏度不够4.过电流保护：防止外部故障引起过电流及保护范围内故障的后备保护5.零序保护：中性点直接接地变压器高压侧接地短路故障、高压侧系统的接地短路故障，变压器主保护及相邻元件接地故障的后备保护6.过负荷保护：400KVA及以上变压器三、变压器过电流保护分定时限和反时限1.定时限：变压器电源侧，作为电流速断的后备保护。动作电流按躲过变压器最大负荷电流来整定。动作时间采用阶梯原则，上级比下级动作时间长。动作时间整定后不变化。2.反时限：动作时间随电流大小变化。I越大，t越短，I越小，t越长。定时限过流保护接线图四、变压器电流速断保护中、小容量变压器装设，作为防止相间短路故障的主保护。动作无延时，利用动作电流（大于3-5倍In）保证选择性。按不完全星形接线的两继电器构成。须经中间继电器启动跳闸回路。（电流继电器触点容量小）电流速断保护原理接线图五、变压器纵差动保护对于容量较大的变压器，应装设电流纵差动保护。变压器过电流保护具有一定时限，动作不够迅速。变压器速断保护虽然动作迅速，但是动作电流整定较大，对于轻微的内部故障不能反应;而且在变压器内部，靠近二次出线还存在死区，即速断保护不起作用的地方。因此规程规定对于大容量变压器应装设电流差动保护。电力变压器是电力系统中十分重要的设备，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重影响。变压器内部的某些故障，虽然最初故障电流较小，但产生的电弧将引起变压器内部绝缘油分解，产生可燃性气体;严重时引起喷油、爆炸。为了避免变压器事故的扩大，要求变压器内部发生故障时应迅速切断电源，使变压器退出运行。变压器电流差动保护的动作原理如图7-6所示。图7-6(a)中表示变压器外部故障时的电流分布图，(b)表示变压器内部故障时的电流分布图。从图中可见，当变压器外部故障时，流人继电器的电流是变压器一、二次侧的两个电流之差。如果适当选择一、二次侧变流器，使变压器流过穿越性电流时，在一、二次变流器的副边出现接近相等的电流，则流入继电器的电流iⅠ-iⅡ。接近为零，继电器不动作。图7-6变压器差动保护原理图当变压器内部发生故障时，可能有两种情况，一种情况是变压器只一侧加有电源，流入继电器的电流仅为iⅠ，如果故障电流足够大，则电流iⅠ足以使差动继电器动作。另一种情况，如果变压器两侧都有电源，则就有两个流动方向相反的电流流人变压器。这两个电流通过变流器后，流人差动继电器时方向相同，两个电流相加，足以使继电器动作。电力变压器差劲保护的动作电流按躲过二次回路断线、变压器空载投运时激磁涌流和互感器二次电流不平衡，防止由此出现误动作来整定。动作时间取0s。Y,d11接线的变压器，三角形侧的电流比星形侧的同一相电流，在相位上超前30°。如果两侧TA都接成星形接线，差动保护回路中因相位不同也会出现不平衡电流。采用相位补偿法：星形侧TA接成三角形，三角形侧TA接成星形。六、变压器瓦斯保护电力变压器利用变压器油作绝缘和冷却介质，当油浸变压器内部发生故障时，短路电流产生的电弧使变压器油和其他绝缘物分解，产生大量气体，利用这些气体形成动作于保护装置叫气体。气体保护的主要元件是气体继电器。气体继电器整定好后，安装在变压器油箱与油枕之间的联接管道中。气体保护具有灵敏度高、动作迅速、接线简单的特点。它和电流速断、电流差动都是变压器的快速保护，属于主要保护。第三节电力线路保护一、过电流保护6-1OkV电力线路的继电保护，一般配置电流速断和过电流保护、或加限时电流速断保护。动作电流按躲过最大负荷电流整定，动作时间采取阶梯原则。时限阶段差：位于电源上级保护动作时间比下级保护时间长，此时间的差。考虑到作为后面相邻区段的后备保护，当后面相邻区段发生事故时，如果该相邻区段本身的继电保护因故拒动，才由本