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1、2018/12/8,第五章 供电系统的保护 及二次接线,5.1 继电保护装置的概念 5.2 继电保护装置的操作电源 5.3 变配电所的二次接线 5.4 供电系统单端供电网络的保护 5.5 电力变压器的保护 5.6 低压配电系统的保护 5.7 供电系统的常用自动装置,2018/12/8,第一节 继电保护装置的概念,（1）在电气元件发生故障时，有选择性地作用于断路器跳闸，将故障元件从供电系统中快速切除。,一、继电保护装置的任务及要求,（2）在电气元件出现异常运行工况时，及时发出报警信号。,继电保护装置的基本任务：,大多数情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置一般由测量部分、逻辑部分、执行部分构成
2、，如下图所示。,输入信号：电流或电压 输出信号：报警或跳闸,续上页,对继电保护装置的基本要求： 1选择性 2速动性 3可靠性 4灵敏度,当供电系统发生故障时，只离故障最近的保护装置动作，切除故障，而供电系统的其它部分仍然正常运行,在系统发生故障时，保护装置应尽快地动作，切除故障。,保护装置在应该动作时，不应拒动；而在不应该动作时，不应误动。,表征保护装置对其保护区内故障和不正常工作状态反应能力的一个参数。,过电流保护装置的灵敏度用保护装置的保护区内在电力系统为最小运行方式（指电力系统处于短路阻抗为最大而短路电流为最小的状态的运行方式）时的最小短路电流Ik.min与保护装置一次动作电流（即保护装
3、置动作电流换算到一次电路的值）Iop.1的比值来表示，这一比值就称为保护装置的灵敏系数或灵敏度，即,在GB50062-92 电力装置的继电保护和自动装置设计规范中，对继电保护装置的灵敏度都有一个最小值的规定，,二、保护继电器,继电器是一种在其输入的物理量（电量或非电量）达到规定值时，其电气输出电路被接通（导通）或分断（阻断、关断）的自动电器。,续上页,又称静态继电器，用模拟电子电路及部分数字电子电路构成。具有动作灵敏、体积小、能耗低、耐震动、无机械惯性等优点。,结构原理有电磁式、感应式等。具有简单可靠、便于维修等优点。,又称数字式继电器，是以微处理器（缩写MPU）为核心组成的新型继电保护装置。
4、与传统的继电保护装置相比，具有可靠性高、功能齐全、调试维护方便、性能价格比优等优点。已成为电力系统继电保护的更新换代产品。,在供电系统中，电流继电器是保护装置中重要的起动元件。常用的机电式电流继电器分电磁式和感应式两种。,续上页,1电磁式电流继电器(KC),动作电流Iop过电流继电器线圈中的使继电器动作的最小电流。,这种电流继电器是一种瞬时继电器。用电磁式电流继电器构成定时限过电流保护装置时，还要用到电磁式时间继电器(KT)、信号继电器(KS)以及中间继电器(KA)。,电磁式电流继电器的其动作特性如图所示。,返回电流Ire过电流继电器线圈中的使继电器由动作状态返回到起始位置的最大电流。,因为这
5、种保护装置的动作时限（由时间继电器预先调整）与故障电流的大小无关，是固定的，所以其保护特性称为“定时限特性”。如右图所示。,续上页,2感应式电流继电器(KC),感应式电流继电器的电流时间特性曲线如图所示。当继电器线圈中的电流大到一定数值时，其动作时间与通入电流的平方成反比，通入的电流越大，动作时间越短，这也就是感应式电流继电器的“反时限特性”，如下图所示曲线 abc，这一特性是其感应元件所产生的。,当继电器线圈电流进一步增大到整定的速断电流Iqb时，电磁元件动作，使触点发生切换，同时也使信号牌掉下。很明显，电磁元件的作用又使感应式继电器兼有“电流速断特性”，如图所示bb/d曲线。因此这种电磁元
6、件又称为电流速断元件。,速断电流Iqb是指继电器线圈中的使电流速断元件动作的最小电流。速断电流与感应元件的动作电流之比称速断电流倍数nqb。,三、继电保护装置的接线形式,继电保护装置的接线形式是指互感器与电流继电器之间的连接方式，目前常用的有三相三继电器和两相两继电器两种，如图所示。,三相三继电器式,两相两继电器式,为了表述继电器线圈电流Ik与电流互感器二次电流I2的关系，引入一个接线系数KW：,2018/12/8,第二节 变配电所的操作电源,操作电源对变配电所的安全可靠运行起着极为重要的作用，正常运行时应能保证断路器的合闸和跳闸；事故状态下，在母线电压降低甚至消失时，应能保证继电保护系统可靠
7、地工作，所以要求充分可靠，容量足够并具有独立性。,操作电源按其性质分，有直流操作电源和交流操作电源两大类。,变配电所的操作电源是供高压断路器控制回路、继电保护回路、信号回路、监测装置及自动化装置等二次回路所需的工作电源。,目前在较重要的中、大型变配电所选用的直流操作电源大多为带免维护铅酸蓄电池或镉镍电池组储能的硅整流电源或高频开关电源成套装置。由于蓄电池组本身是独立的化学能源，因而具有较高的可靠性。,一、直流操作电源,续上页,续上页,小型10kV配变电所一般采用弹簧操动机构，且继电保护也较简单，则可以选用交流操作电源，可以从所用变压器或电压互感器取得220V电压源，从电流互感器取得电流源。,二
8、、交流操作电源,续上页,当一次系统发生故障时，交流电压可能会大大降低或消失，电压互感器二次侧电压也随之降低或消失，因此，用电压互感器作交流操作电源只能作为断路器正常跳合闸以及油浸式变压器瓦斯保护或干式变压器温度保护的工作电源。相反，电流互感器对于短路故障、过负荷都非常有效，可以它为操作电源来实现过电流保护，作用于断路器操动机构上的电流脱扣器动作，使断路器自动跳闸。通常变电所都采用这种操作方式。,去分流跳闸方式,目前，也有配变电所采用不间断电源UPS作为交流操作电源的方案。由于提高了电压源的可靠性，可采用分励脱扣器跳闸的保护方式，而省去用电流脱扣器跳闸的方式，从而免去交流操作继电保护中特有的电流
9、脱扣器可靠性校验和强力切换接点的容量校验，使继电保护趋于简单。,2018/12/8,第三节 变配电所的二次接线,供电系统的二次接线是指用来对一次接线的运行进行控制、监测、指示和保护的电路，亦称二次回路。,二次接线常用二次接线图表示，二次接线图是指用国家标准规定的电气设备图形符号与文字符号绘制的表示二次回路元件相互连接关系及其工作原理的电气简图，包括原理电路图和安装接线图。,一、概述,二次回路按其功能分，有操作电源回路、电气测量回路与绝缘监视装置、高压断路器的控制和信号回路、中央信号装置、继电保护回路以及自动化装置等。,二、电气测量回路与绝缘监视,目的： 为了监视供电系统的运行状态和计量一次系统
10、消耗的电能，保证供电系统安全、可靠、优质和经济合理地运行。,10kV线路电气测量仪表电路图,要求： 对电气测量仪表，要保证其测量范围和准确度满足变配电设备运行监视和计量的要求，并力求外形美观，便于观测，经济耐用等。,续上页,下图是380V电源进线回路上装设的电气测量仪表展开式原理电路图。,续上页,基于先进的数字信号处理和单片机技术的新型数字式智能表，集测量、显示、报警输出、参数设置和数据存储为一体，已逐步在重要的变配电所及其自动化工程中得到应用。下图是多功能综合数字式智能表的测量原理电路图。,续上页,绝缘监视装置是利用系统接地后出现的零序电压给出信号。当任一回线路发生单相接地故障时，开口三角形
11、处将出现近100V的零序电压，KV动作发出预告信号。,三、高压断路器的控制和信号回路,高压断路器的控制回路是指用控制开关或遥控命令操作断路器跳、合闸的回路，它主要取决于断路器操动机构的型式和操作电源的类别。,信号回路是用来指示一次系统设备运行状态的二次回路。,用来显示断路器正常工作的位置状态。,用来显示断路器在事故情况下的工作状态。,在系统出现不正常状态时或在故障初期发出的报警信号。,1）应能监视控制回路保护装置及其跳、合闸回路的完好性。 2）合闸或跳闸动作完成后，应能使命令脉冲解除，即能切断合闸或跳闸回路。 3）应能指示断路器正常合闸和跳闸的位置信号以及断路器自动合闸和跳闸的指示信号。 4）
12、应有防止断路器连续多次跳、合闸的防跳回路。,对断路器的控制和信号回路主要有下列基本要求：,续上页,LW12型万能转换开关,控制开关是开关柜就地控制断路器跳、合闸的操作元件。常用的控制开关是用手柄操作的，在手柄转轴上装有彼此绝缘的系列铜片触点（动触点），绝缘外壳的内壁上装有固定不动的静触点。当手柄转动时，每个触点盒内动、静触点的通断状态发生相应变化。目前用户变配电所多采用LW12型万能转换开关作为控制开关。,这种控制开关有六个位置：两个预备操作位置（“预备合闸”和“预备跳闸”）、两个操作位置（“合闸”和“跳闸”）、两个固定位置（“合闸后”和“跳闸后”）。合闸操作的程序为：“预备合闸” “合闸”“
13、合闸后”；跳闸操作的程序为：“预备跳闸”“跳闸”“跳闸后”。,LW2型万能转换开关,续上页,下面介绍一种采用灯光监视就地控制的断路器控制与信号回路。此电路多用于中小型变配电所中，断路器配用弹簧操动机构，交流操作电源。,1）手动储能合闸,采用弹簧操动机构的断路器在首次合闸前需先储足能量，储能过程为： 将主令开关SAR合上储能电机M通电运行拉伸或压缩弹簧储能。,到位后，锁扣扣住弹簧同时行程开关SQT常闭触点断开电机停车SQT常开触点闭合储能位置指示灯HW亮，表示合闸弹簧已储足能量，可以进行合闸操作。,续上页,将控制开关SA手柄旋转至“合闸”位置，触点SA56接通，因SQT3触点闭合（合闸弹簧储足能
14、量时此触点闭合，接通合闸回路）且断路器辅助触点QF1接通，故合闸线圈YC通电（全电压）动作，使合闸弹簧释放能量，断路器克服分闸弹簧的反作用力而合闸。,合闸动作完成后， QF常闭触点断开，切断合闸回路，绿灯HG熄灭，QF常开触点闭合，红灯HR亮。,续上页,将控制开关旋转至 “跳闸”位置，触点SA78接通，因断路器常开辅助触点QF闭合，故跳闸线圈YT通电（全电压）动作，使断路器在分闸弹簧的作用下跳闸。松手后，SA又自动回转到“跳闸后” 位置。,断路器跳闸动作完成后， QF常开触点返回断开，红灯HR熄灭， QF常闭触点返回闭合，绿灯HG亮，表示断路器处于跳闸状态，同时表明合闸回路完好。,2）手动跳闸
15、,续上页,当一次系统发生故障时，继电保护装置动作，出口触点KA闭合，接通跳闸回路，使跳闸线圈YT通电（全电压）动作，断路器自动跳闸。随后QF常开触点断开，红灯HR熄灭， QF常闭触点闭合，绿灯HG亮。为简化电路，这里未采用闪光信号表示断路器自动跳闸。,3）自动跳闸,续上页,断路器自动跳闸后，而控制开关SA仍处于“合闸后”位置，这种情况称为“不对应”关系。,在此情况下， 事故跳闸信号回路中的QF常闭触点闭合，而触点SA12和SA1516闭合，故事故跳闸信号回路接通，使中央信号装置发出事故音响信号。,运行人员得知事故跳闸信号后，可将控制开关SA的手柄位置旋转至“预备跳闸” “跳闸” “跳闸后”位置
16、，使控制开关SA与断路器恢复对应关系，事故信号立即解除。图中WDS、WFS为事故信号小母线。,2018/12/8,第四节 供电系统单端供电网络的保护,按GB50062-92电力装置的继电保护和自动装置设计规范，对366kV电力线路装设：相间短路保护、单相接地保护、过负荷保护。,一、带时限过电流保护,1、定时限过电流保护,组成：由电磁式继电器KC、KT、KS构成，要求操作电源在动作过程中 电压稳定可靠。,定时限就是保护装置的动作时间是按整定的动作时间固定不变的，与故障电流大小无关；,反时限就是保护装置的动作时间与故障电流大小的平方成反比关系，故障电流越大，动作时间越短,（一）带时限过电流保护装置的构成与动作原理,续上页,原理分析：一次线路AB相间短路 , KC1.2起动 ; BC相间短路 , KC2.3起动 ;AC相间短路 , KC1.3起动 ; ABC相间短路KC1.2.3同时起动。,续上页,原理分析： KC起动 KT得电延时 KT常开闭合 KS得电发信号。同时YT
