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1、KYN28-12高压开关柜 继电保护及二次回路 中天建设集团 王凯 一、10kV配电系统在电力系统中的重 要位置 发 电 变 电 输 电 配 电 用 电 10kV配电系统是电力系统中发电、变电、输电、配电和用电等五 个环节的一个重要组成部分。它能不能安全、稳定、可靠地运行，不 但直接关系到党政机关、工矿企业、居民生活用电的畅通，而且涉及 到电力系统能否正常的运行。 例如，电力系统中某一企业的设备发生短路事故时，由于短路电 流的热效应和电动力效应，会造成电气设备或电气线路的致命损坏 ，还有可能使系统的稳定性受到破坏，出现电流、电压、功率等运行 参数的剧烈变化的现象。 为了确保10kV配电系统的正
2、常运行，必须正确地设置继电保护装 置对其保护。 二、继电保护装置 继电保护装置定义:指能反映电力系统中电气元件发生故障或不正 常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种装置。 继电保护装置的构成：常规继电保护装置由单个继电器或继电器 与其附属设备的组合构成。 继电保护装置的继电保护原理：在电力系统中利用正常运行和故 障时各物理量的差别构成各种不同原理和类型继电保护装置去保护。 继电保护装置的主要作用：通过缩小事故范围或预报事故的发生 ，来达到提高系统运行的可靠性，并最大限度地保证供电的安全和不 间断。 继电保护装置的基本要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性。 三、KYN28-12高压开关柜
3、继电保护及二次回 路： l根据实际工程图纸进行解析，图纸参见“哈尔滨超精密装备工程” 。 l 电流保护仪表接线端子排回路解析 l 电流保护：反映电力系统中电气元件故障或不正常运行状态前后电流变 化的保护；如，定时限过电流保护、反时限过电流保护、电流速断保护、过负 荷保护和零序电流保护等。 l 按GB50062-2008电力装置的继电保护和自动装置设计规范规定：对 366kV电力线路，应设相间保护、单相接地保护和过负荷保护。 相间保护： （1）35kV及以下的单侧电源供电线路常采用三段式电流保护装置。 原理： 继电保护装置反映电流增大而动作于断路器的跳闸机构，使断路器跳 闸，切除短路故障部分。
4、优点：动作时间比较准确，整定简单 缺点：所需继电器数量较多，接线复杂，且一般直流操作电源，需设置直 流屏，投资较大，靠近电源处保护装置动作时间较长。 组成： 段：瞬时电流速断保护； 段：限时电流速断保护； 段：定时限过电流保护。 电流保护 三段式电流保护工作原理图 工作原理图： AB段线路的保护装置1的第一段为瞬时电流速断保护，它的保 护范围是线路AB首端的一部分（类似L1），动作时限为(红色)t, 它由电流继电器和中间继电器的固定时间决定的（继电器： 0.040.08秒，断路器：0.060.15秒）；第二段为电流速断保护， 它的保护范围是线路AB的全部并伸延至线路BC的一部分（类似L2） ，
5、其动作时限为(红色)t=(绿色)t+t；（ t为时限级差，一 般为0.5秒） 第一段和第二段共同构成线路AB的主保护； 第三段为定时限过电流保护，保护范围包括线路AB及线路BC的 全部（类似L3），动作时限为（红色）t=(绿色) t +t； 第三段作为后备保护，当线路BC的保护拒动或断路器QF2失灵 时，线路AB的过电流保护均可起后备保护作用，这叫远后备保护； 当线路AB的主保护拒动时，线路AB的第三段（定时限过电流保护） 保护起后备保护作用，成为近后备保护。 （左：总归式原理图）三段式电流保护接线原理图（右：展开式原理图） 接线原理图： 采用两相不完全星形接线方式，图中K1、K2、K7、K1
6、0（粉色 回路）构成继电保护装置的第一段保护，即瞬时电流速断保护； K3 、K4、K8、K11（黄色回路）构成继电保护装置的第二段保护，即限 时电流速断保护； K5、K6、K9、K12（青色回路）构成继电保护装 置的第三段保护，即定时限过电流保护；任何一段保护动作时，均 有相应的信号继电器掉牌，从而知道哪段保护曾动作过，以便分析 故障的大概范围。 注：线路相间短路的电流保护不一定都用三段，也可以只用两 段，即瞬时或限时电流速断保护作为段，过电流保护作为第 段。 定义：反时限过电流保护是利用具有反时限特性的电流继电器，如GL- 15系列感应式电流继电器构成的过电流保护。 特点：在同一线路不同点短
7、路时，由于短路电流不同，因而保护具有不 同的动作时限，在线路靠近电源端短路时，短路电流较大，动作时限较 短。 感应式电流继电器结构图 感应式电流继电器动作原理： 将磁导体1的磁极分为两部分，在其中一部分加短路环2，另一部 分不加，（从短路环包围的截面下穿出来的磁通1，滞后于无短路环 的截面下穿出来的磁通2，它们在时间上有相位差，且在空间位置 上不重合。）这样的不同的两个磁通穿过铝盘3时，便在铝盘上产生一 个电磁转矩Mem 。 当继电器中的电流达到感应元件动作电流的20%30%时，在铝盘 上产生的电磁力矩即可克服摩擦阻力矩Mf，铝盘缓缓转动。继电器的 正常状态 当电流等于或大于感应元件的动作电流
8、时，铝盘上的电磁力矩Mem （相应的作用力为F1）和铝盘切割永久磁铁6的磁通时产生的制动力矩 Mbrk（相应的作用力为F2）都增大，在F1和F2的共同作用下，产生使铝 盘3连同可动框架4绕轴18顺时针转动的合成力矩Mrsl。当Mrsl克服了弹 簧5的反作用力矩Mel，框架4绕轴18转动，使螺旋杆7与扇形齿轮8啮 合。这时，螺旋杆7的旋转带动扇形齿轮8抬高，其上的顶杆23将瞬时衔 铁10左端的横担9抬高，使瞬时衔铁10的右端与磁导体1的气隙减小，直 至衔铁被吸下，横担9冲上去使触点12接通，继电器动作。 当加入继电器的电流超过感应元件动作电流的28倍时，衔铁10瞬 时被吸下，横担9冲上去将触点1
9、2接通，继电器立即动作。继电器瞬 时动作 反时限电流保护工作原理图 工作原理图： 线路WL1的保护装置1、线路WL2的保护装置2； 首先算出保护1及保护2的动作电流Iact.1及Iact.2 ，且 Iact.1 Iact.2; 在Id.k作用下保护2的动作时限为t2.k ，见图中A点；为了 保证动作的选择性，在Id.k作用下保护1的动作时限为t1.k应比t2.k 大一个时限级差t(t一般取0.7秒) （左：总归式原理图）反时限电流保护接线原理图（右：展开式原理图） 接线原理图： 当被保护的线路发生相间短路故障时，短路电流经电流互感器 变换为二次电流流入相应的电流继电器KA1KA2中，由于这个电
10、流大 于电流继电器的动作电流，所以，电流继电器起动；经过一定延时 后（反时限特性），相应电流继电器的常开触点先闭合，紧接着常 闭触点断开，这时断路器QF因其过流脱扣器SLT被“去分流（红色 回路）” 而励磁，操作机构动作，断路器跳闸，切除短路故障。在 继电器KA去分流跳闸的同时，其信号牌掉下，指示保护装置已经动 作。在短路故障切除后，继电器自动返回，其信号牌可利用外壳上 的旋钮手动复位。 电流继电器有两对相连的常 开和常闭触点，根据继电保护要 求，其动作程序是常开触点先闭 合，常闭触点后断开，即构成一 组“先合后断的转换触点”。 若常闭触点先断开，将造成 电流互感器二次侧带负荷开路， 这是不允
11、许的，同时将使继电器 失电返回，不起保护作用。 优点： 一种GL型感应式电流继电器就基本上能取代定时限过流保护的 电流继电器、时间继电器、中间继电器和信号继电器等一系列继电 器，因此，投资少，接线简单，而且可同时实现电流速断保护，更 显经济；这种继电器的触点容量大，可直接接通断路器的跳闸回路 ，且适于交流操作，还带有机械掉牌信号装置。 缺点： 感应式电流继电器内部结构非常复杂，调试比较困难，动作时 间整定比较复杂，灵敏度和动作的准确性、速动性都远不如电磁式 继电器构成的继电保护装置；当短路电流小时，其动作时间可能相 当长，延长了故障持续时间。 适用范围：对于610kV供电系统而言，继电器保护以
12、简单经济为宜 ，反时限过电流保护应用广泛；如：一般用户端的进线开关处的保 护及电动机保护主要采用反时限过电流保护方式。 绝缘监视装置，无选择性，动作于信号； 单相接地保护 零序电流保护：有选择性，动作于信号，也可动作 于跳闸。 绝缘监视装置： 用于小电流接地系统中，以便及时发现单相接地故障发展为两 相接地短路，造成停电事故； 对于635kV系统，采用一个三相五芯柱三绕组电压互感器（只 限制制成10kV以下电压等级）；或三个单相三绕组电压互感器接成 Y0/Y0/开口三角形; 左图：为KYN28A-24 PT柜所用电压互感器 下图：为KYN28A-12 PT柜所用电压互感器 接成开口三角的二次绕组
13、接过电压继电器，系统正常运行时，开 口三角处电压接近于0 ，继电器不动作，当一次电路发生单相接地故 障时，开口三角处电压为接近于100V的零序电压 ，使电压继电器动 作，发出报警的灯光信号和音响信号，即预告信号小母线得电； 实际工程应用中，绝缘监察装置取消，过电压继电器用电阻代 替，因为是无人值守的计量室，即使报警也是无具体实质作用；再者 ，发生单相接地故障时，将会造成三相电压不平衡，接成Y0的二次绕 组中的三只电压表测得相电压，当一次电路某一相发生接地故障时， 电压互感器二次侧对应相的电压表指零，其他两相的电压表读数则升 高到线电压。 指零电压表所在相即发生单相接地故障相线，但是这种绝缘监视
14、 装置不能判明是哪一条线路发生了故障，因此叫它是无选择性的，适 用于出线不多的系统及作为有选择性的单相接地保护的辅助装置。 零序电流保护（有选择性的单相接地保护）： 利用单相接地所产生的零序电流使保护装 置动作，给予信号，当单相接地危及人身和设 备安全时，则动作于跳闸。 通过零序电流互感器将一次电路发生单相 接地时所产生的零序电流反映到其二次侧的电 流继电器中，发出报警信号。 这种单相接地保护装置能够相当灵敏地监 视小接地电流系统的对地绝缘状况，而且能具 体地判断发生单相接地故障的线路。 注：电缆头的接地线必须穿过零序电流互感器 的铁芯，否则接地保护装置不起作用。 l按GB50062-2008
15、电力装置的继电保护和自动 装置设计规范规定：366kV中性点非直接接 地电网中线路的单相接地故障，应装设接地保 护装置，并应符合下列规定： 1、在发电厂和变电所母线上，应装设接地监 视装置，并应动作于信号； 2、线路上宜装设有选择性的接地保护，并应 动作于信号，当危及人身和设备安全时，保护 装置应动作于跳闸。 单相接地保护原理： 图中所示的供电系统中，母线WB上接有 三路电缆出现WL1、WL2、WL3，每路出线 上都装有零序电流互感器。 假设电缆WL1的A相发生接地故障，这时 A相的电位为地电位，所以A相不存在对地 电容电流，只B相和C相有对地电容电流I1 和I2。电缆WL2和WL3也只有B相
16、和C相有对 地电容电流I3、I4和I5、I6。所有这些对 地电容电流I1I6都要经过故障点。 由图可知，故障电缆A相芯线上流过所 有电容电流之和，且与同一电缆的其他完 好的B相和C相芯线及其金属外皮上所流过 的电容电流恰好抵消，而除故障电缆外的 其他电缆的所有电容电流I3I6则经过电 缆头接地线流入地中。接地线流过的这一 不平衡电流（零序电流）就要在零序电流 互感器TAN的铁芯中产生磁通，使TAN的二 次绕组感应出电动势，使接于二次侧的电 流继电器KA动作，发出报警信号。 在系统正常运行时，由于三相电流之和 为零，没有不平衡电流，因此零序电流互 感器铁芯中没有磁通产生，其二次侧也就 没有电动势和电流，电流继电器自然也不 会动作。 过负荷保护：线路的过负荷保护只对可能经常出现过负荷的电缆线 路才予以装设，一般延时动作于信号。 （注：GL-15过流继电器也在设备和输配电线路出现过负荷，可按 预定时限可靠动作或发出信号。
