继电保护现场运行及维护--张洁

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1、继电保护现场运行维护 主讲：张 洁 华电电力科学研究院 二一六年七月七日 济南,继电保护及二次回路,一、二次回路概述 二、互感器的使用 三、继电保护应关注的问题 四、现场运行维护应注意的问题 五、故障分析,二次回路概述,在电力系统中，根据电气设备在电力生产中的不同作用，可分为一次设备和二次设备。一次设备包括发电机、变压器、输电线、电力电缆、断路器和隔离开关、母线和避雷器等。二次设备是指对一次设备的工作和运行状况进行监视、测量、控制、保护、调节所必需的电气设备，如继电保护及自动装置、自动化监控系统、电压互感器、电流互感器的二次绕组引出线以及直流系统。这些二次设备按一定要求连接在一起构成的电路，称

2、为二次回路。 二次回路是电力系统发电厂和变电站重要组成部分，是电力系统安全、经济稳定运行的重要保证。 随着微机技术的发展，二次回路的实现手段发生了变化，但是二次回路的原理并未发生根本的改变，许多概念还是沿袭过去的传统，而且当前的继电保护装置从原理到制造工艺、质量已趋于成熟、稳定，影响继电保护可靠稳定运行的因素主要是二次回路，因此，在正常的生产运行中要关注和重视二次回路。以下对二次回路做简单的介绍。,二次回路概述,1.断路器控制回路 普通的断路器控制回路是比较简单的，它是随着断路器的类型的变化及继电保护的要求也在不断的改进，但基本的跳、合闸回路不会改变，如：过去的断路器按灭弧介质分为多油、少油及

3、空气断路器。现在的断路器普遍采用六氟化硫作为灭弧介质，在35kV以下的系统中还有真空断路器。 真空断路器特点是：短路电流过零点熄弧后不会重燃，灭弧时间短。这主要指电阻和电感负载，对电容负载，因开关断开时，断口两端仍存在着电压，所以，容易导致电弧重燃。 另一个特点是，真空断路器利用“真空“，不用每次断弧后滤油，故不用经常检修，可靠性也比较高。 如果按分、合闸的动力（除手动操作）来源不同可分为 电磁操动 液压储能操动 气压储能操动 弹簧储能操动,二次回路概述,根据以上断路器不同的灭弧介质和不同的储能形式，在断路器的控制回路中就会有不同的差别。由于用液压和气压储能的断路器在平时会有内泄漏，因此要用油

4、泵或气泵经常给断路器充油或充气来维持用于跳合闸时的能量。因为当储能压力过多的降低时，会造成断路器合闸或分闸时间长，且不能很好的灭弧，甚至引起断路器爆炸。所以，一般在跳、合闸回路中串入压力接点，当断路器储能压力降低较多时闭锁断路器的合闸或分闸，防止这种情况的发生。 但是在使用电磁操动的断路器时，就可以不用串入压力接点闭锁断路器的分、合闸，因电磁操动的断路器是依靠电磁力矩吸动衔铁使开关分、合闸，正常时不会造成储能压力降低，因此可以不用串联压力接点。 目前220kV及以上电压等级的断路器，都是两组跳闸线圈，两组跳闸线圈的控制回路电源取自不同的蓄电池组，根据最新的“反措”要求，两套主保护分别作用于一组

5、跳闸线圈（非电量保护除外）。,二次回路概述,2.断路器辅助接点的作用 在操作回路中串入断路器辅助接点有两个原因: （1）跳闸线圈与合闸线圈是按短时通电设计的，在跳、合闸动作 完成后，通过断路器辅助接点将操作回路断开，以保证跳、合闸线圈的 安全。 （2）跳、合闸启动回路的接点（手动跳、合闸和继电器接点）由 于受自身断开容量的限制，不能很好的断开操作回路的电流，如果由它 们断开操作电流，将会因断弧将继电器接点烧毁，而断路器辅助接点断 开容量大，可以很好的断弧。所以在合闸回路中串入断路器常闭接点， 在跳闸回路中串入断路器常开接点，以保护继电器接点不被烧毁。一般 大多数断路器的操作电流为2A左右，22

6、0V直流电源的跳、合闸回路电阻 约100。也有其它情况。,二次回路概述,3.断路器防跳回路 在手动合闸的过程中，因操作断路器时手动操作返回时间较长，当合闸到故障线路时，继电保护动作较快，手动操作尚未返回，保护已经动作跳闸，由于手动接点尚未返回，合闸命令一直存在，如果不采取措施断路器将再次合闸，保护再次跳闸，如此断路器将会发生多次的“分-合-分”的现象，我们称之为“跳跃”，断路器多次跳跃会造成断路器毁坏，因此必须在控制回路中增加防跳功能。 防跳回路一般在合闸回路中，过去我们国家自己设计的防跳回路是 依靠保护动作时启动（电流启动），手动合闸时保持（电压保持）。在合闸过程中，只要保护启动跳闸，防跳回

7、路就将跳闸后的状态保持，不再合闸。即保持到分闸后的状态。,二次回路概述,现在许多断路器厂家引进了国外的生产技术，断路器的防跳功能均 采用电压型的继电器串在合闸回路中，这种防跳功能带来的问题是，如 果不采取措施，防跳继电器与跳闸位置继电器串联分压，使防跳继电器 和跳闸位置继电器均保持在动作状态不返回，为防止这种情况发生，我 们在跳闸位置继电器后面串入了断路器的常闭辅助接点和防跳继电器的 常闭辅助接点。（控制回路图） 此外，注意防跳继电器的动作时间，动作要快。,二次回路概述,4.对断路器控制回路的要求 （1）应能进行正常的手动分、合闸； （2）应能正确显示断路器的合闸与分闸状态； （3）应具备防跳

8、功能；特别注意手动合闸到故障线路。 （4）断路器的储能应能保证断路器一个完整的“分-合-分”周期； （5）对分闸与合闸时间的要求。跳闸30-40mS，合闸一般60-80mS。,互感器的使用,一、电流互感器 目前在电网中继电保护用的电流互感器主要有两种。一种是“P”类 的电流互感器，如5P20（30、40），这种电流互感器主要用于220kV以下 的电网中。还有一种是“TP”类，主要是TPY型的电流互感器，主要用在 500kV及以上的电网中，具有抗暂态饱和的功能。以下简单介绍这两种互 感器的有关特性 1.“P”类电流互感器 5P系列的电流互感器在电力系统发生短路时，特别是当短路电流较 大时，极易饱

9、和。主要原因除与电流互感器的二次负载阻抗有关外，还 与这种电流互感器本身的特点有关。,互感器的使用,a.二次负载阻抗的影响 电流互感器是一个电流源，但也不是理想的恒流源。二 次负载过大，将导致励磁电流增加，一、二次电流不成比例 ，使二次电流误差增大。当系统发生短路时，由于二次负载 阻抗较大，将使铁心提前饱和，影响保护的正确动作。解决 的办法是减小电流互感器的二次负载阻抗。其要求的标准就 是核对10%误差。核对的方法有几种：10%误差曲线、伏安特 性、计算二次等效极限电动势（参考电压互感器和电流互 感器选择及计算导则DL/T866-2004）等。,图 二次电流与一次电流关系曲线 图 电流互感器的

10、额10%误差曲线,互感器的使用,b.剩磁的影响 在电磁式保护的时代，二次负载阻抗主要是电感性质，继电保护装置中的电感 线圈所占的比例很大，二次电流以电感分量为主，同时与电流互感器的励磁电流 相位基本相同，一次电流也与励磁电流同相，当一次系统的短路电流被切除时， 一次电流在过零点消失，因此时励磁电流也位于过零点，铁心中的磁通处于最小 状态，短路电流消失后，磁通逐渐继续衰减到一个自由状态，剩磁比较小。 微机保护的采用，改变了电流互感器二次负载阻抗的性质。因微机保护本身的 阻抗很小（一般按0.2计算），电流互感器的二次负载主要是电缆的电阻，整 个负载基本上是纯电阻负载，二次电流以电阻分量为主，一次电

11、流与励磁电流不 同相。当一次系统的短路电流被切除时，一次电流在过零点消失，而励磁电流此 时可能处于最大，铁心中的磁通也处于最大。一次电流消失后，励磁电流从最大 点逐渐衰减到零，铁心中的磁通也从最大逐渐衰减到一个自由状态。剩磁可能比 较大。剩磁一旦产生，在正常的工况下不易消除。当被保护设备再次运行时，正 常的交流磁通就会叠加在这个剩磁上，由于正常运行时电流较小，磁通的变化范 围不大，在剩磁周围的小磁滞回线上工作，并不影响正常运行时电流的正确传变 （图）。,互感器的使用,互感器的使用,当一次系统发生故障时，磁通变化的起始点就在剩磁周围的小磁滞回线上，若磁通向着靠近饱和的方向变化，则互感器在几毫秒内

12、就会迅速饱和。 短路电流中的非周期分量对铁心的饱和影响很大，非周期分量中含有大量的直流分量，直流分量不会转变到二次，但能够改变铁心的工况，会使铁心高度饱和，使短路电流全偏移（如图)。非周期分量在短路过程中，是随时间衰减的，这个衰减的过程长短，与一次系统的时间常数有关， 220kV及以下系统一次时间常数较小，500kV及以上系统由于发电机、变压器容量较大，电压等级较高，一次时间常数较大，非周期分量衰减过程较长，即“暂态饱和”时间长，如采用“P”类电流互感器，则会导致铁心的饱和时间长，影响保护的动作时间。,图 剩磁导致短路电流全偏移的波形,互感器的使用,目前我国220kV以下系统，大多采用根据电流

13、互感器 （GB12081997）标准生产的“P”类电流互感器（如5P、 10P）。这种互感器对剩磁无限制。短路电流切除后，剩磁 可能很大，这就是“P”电流互感器的特点。由于220kV及以下 系统一次时间常数较小，非周期分量存在的时间较短，使保 护最终切除的时间不会影响系统的稳定，因此，还可以接受 。但是在500kV及以上系统中，因一次时间常数较大，非周 期分量存在时间长，使用“P”类电流互感器，将会使保护最终 切除故障的时间长，造成系统稳定破坏，所以，500kV及以 上的电网中，继电保护普遍采用了“TP”类的电流互感器， “TPY”是“TP”类电流互感器中的一种。,互感器的使用,2.解决“P”

14、类电流感器互感器饱和的办法： a.尽量减小电流互二次负载电阻。如必要时增加电缆 截面积。 b.选用“PR”类或“TPY”电流互感器。该类互感器对剩磁规 定了限制标准，即不超过10%的饱和磁通。 目前，有些厂家的保护装置对电流互感器的饱和采取了许 多办法，其中之一就是在饱和之前，就已判断出故障的类型 和故障是否在区内。如南瑞继电保护公司的RCS915以及 深圳南瑞的BP2B等。在短路开始的5mS内就能够判断出 故障的类型和性质。饱和总是有一个过程的，在CT尚未饱和 前就将故障的性质、类型固定。此刻，电流互感器再饱和， 也不能影响保护动作。,互感器的使用,3.“TPY”电流互感器 用于500kV系

15、统的继电保护中，该类型的电流互感器其铁芯中带有小气隙。抗暂态饱和能力强，对铁芯剩磁的要求是小于10%的饱和磁通。“TPY”电流互感器在目前在500kV电力系统中运用很普遍。主要用于线路、变压器的主保护。但是，“TPY”电流互感器在严重短路后，由于要达到剩磁小于10%的要求，剩磁的衰减比较慢，延时较长，对某些保护不适用。如：失灵保护的电流判别元件。因剩磁衰减慢，导致电流元件返回就必然要慢，为防止误起动失灵保护，保护中的电流判别元件就不能用“TPY”型的电流互感器，仍采用“P”类电流互感器。这一点，设计时就需考虑。参考电流互感器和电压互感器选择及计算导则（DL/T866-2004）,互感器的使用,

16、4.电流互感器的二次接地 交流电流回路、交流电压回路设置接地点是为了保证人身和设备的安全，但是如果接地点不正确，会造成继电保护装置不正确动作，如电磁式保护时代，差动保护的电流回路，只允许在保护盘上一点接地，不能在各自的端子箱接地，防止区外故障时，电流二次回路的分流导致保护误动。除此之外，在3/2接线的厂站中，线路保护取合电流时，有些厂站是在就地端子箱将两组电流互感器合在一起再经电缆送至保护盘，一般这种回路的接地点选择在端子箱一点接地。 目前我们使用的微机保护，特别是差动保护，差动保护的组成及逻辑都是在装置内部，装置所接入的各侧电流回路都没有直接电的联系，因此，各侧的电流互感器二次接地点应选择在就地端子箱接地。但是在二分之三接线的厂站，如果两个电流互感器取的是合电流，则应该在取合电流之处一点接地。,互感器的使用,5.电流互感器应注意的其它问题 （1）电流互感器的减极性 CT 原边电流输入端与副边电流输出端为同名端，即同极性端。,互感器的使用,（2）如何“点极性”？ 以被保护设备故障时的电流方向，为点极性时的一次“正方向”。 点极性注意：磁势的建立