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1、第六章 发电厂和变电所二次系统,第一节 二次系统概述,发电厂和变电所二次设备是指对一次设备进行监视、控制、测量和保护的设备。,一般包括测量表计、控制信号设备、继电保护装置、各种自动装置等，它们构成了发电厂、变电所的二次系统。,第二节 继电保护一般问题,电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种形式的短路。,电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障，这种情况属于不正常运行状态。,故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起事故。事故，就是指系统或其中一部分的正常工作遇到破坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能容许的地步，甚至造成人身伤
2、亡和电气设备的损坏。,在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以外，故障如果发生，必须迅速而有选择性地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。,切除故障的时间常常要求小到十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有装设在每个电气元件上的保护装置才有可能满足这个要求。,继电保护装置：就是指能反应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自动装置。它的基本任务是：,自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到损坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行。,反应电气元件的不正常运行状态，根据运行维护的具体条件（例
3、如有无经常值班人员）和设备的承受能力，发出警报信号、减负荷或延时跳闸。,对继电保护的基本要求四统一原则,选择性：是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统无故障部分仍能继续安全运行。,主保护 ：是指对发生在保护范围内的各种故障能以最短的时限有选择性的切除，而保证系统无故障部分继续运行。,后备保护：是指系统中某一设备的主保护由于某种原因拒动时，为了及时切除故障所配备的保护。,远后备：当保护装置拒动或断路器失灵时，由装设在上一级断路器处的保护跳开上一级断路器，从而达到消除故障的目的。这种由上一级元件的保护实现对下一级发生故障时的保护称之为远后备保护。只有当远后
4、备不能满足要求时，才考虑采用近后备。,近后备：装设在主保护安装处，在主保护拒动时，动作切除故障的另一套保护。,辅助保护：为了补充主保护和后备保护的不足（例如为消除主保护和后备保护的死区），或者为加速切除某些区域内的故障（例如靠近保护出口处的故障）而增设的保护。例如单独装设的电流速断保护即属于辅助保护。,快速性：是指保护装置以可能最短的时限将故障或异常工况自电网中切除或消除。 利：提高电网并列运行的稳定性、加快非故障部分的恢复供电、减轻故障设备的损坏程度。 弊：保护装置易受到短路暂态特性的影响（大容量机组时间常数较大，电流的非周期分量衰减慢，CT和电容式PT产生饱和），易产生拒动和误动。,可靠性
5、：在该保护装置规定的动作范围内发生了应该动作的故障时不应拒动（可信赖性）。而在其它该保护不应动作的情况下，则不应该误动（安全性）。,灵敏性：是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。灵敏度好就是指在系统的任何运行方式下，被保护设备范围内发生故障，不论短路点的位置、类型、是否有过渡电阻，都能动作于跳闸或发出信号。,继电保护的基本原理 继电保护的任务是能够正确区分系统正常运行和发生故障或不正常运行状态之间的差别，它包括两部分内容：基本原理（故障量判别） 装置结构（硬件实现）,单侧电源网络接线,正常运行： 电流：各线路流过负荷电流，越靠近电源侧，负荷电流越大； 电压：各母线电压在额定电
6、压510范围内变化，靠近电源的母线电压最高； 相角：取决于负荷的功率因数角和线路参数； 测量阻抗：负荷阻抗，值很大,短路： 电流：剧增 熔断器保护（过电流保护）：故障时电流剧增 电压：降低 低电压保护：故障时电压降低 测量阻抗：正比于短路点到变电所母线B之间的距离 距离保护（低阻抗保护）,双侧电源网络接线,正常运行： 电流：线路流过负荷电流，线路两侧电流大小相等方向相反（正方向：母线线路）,d1短路： 电流：故障段线路BC两侧电流大小一般不等，方向一般相同（假设两侧电势同相位且全系统阻抗角相等）；非故障段线路AB两侧电流仍然相等，方向相反，与正常运行时情况相同。利用每个电气元件在内部故障与外部
7、故障时两侧电流相位和功率方向的差别，可构成各种原理的差动保护，如纵差保护，相差高频保护，方向高频保护。,第三节 过电流保护,过流保护是反映电流增大而动作的保护。为了保证其动作的选择性，都带有一定的延时作用于断路器跳闸。,表示保护的动作时间与流过保护装置的电流关系曲线称为时限特性。一般过流保护有定时限特性和反时限特性两种。,定时限特性是指通过保护装置的电流大于其动作电流Idz时，保护装置就动作。即保护装置动作时限是一定的，与流过保护装置的电流大小无关。具有定时限特性的过流保护称为定时限过流保护。,反时限特性是指过流保护装置动作时间与通过该装置电流大小成反比，具有反时限特性的保护装置称为反时限过流
8、保护。,图3.1过电流保护装置的时限特性,1.定时限过电流保护原理,定时限过流保护的单相原理如图。过流保护主要由启动元件和延时元件构成。图中起动元件的过流继电器KA1和KA2用来判断保护范围内是否发生故障，当短路电流达到保护动作值时，它就动作。延时元件为时间继电器KT，用来获得一定延时，保证保护的选择性。,图3.2定时限过流保护单相原理图,正常运行时，电流互感器及两个电流继电器流过正常工作电流，继电器不动作，整个保护装置不动作。当线路发生相间故障时，至少有一个电流继电器达到整定值，继电器动作，其接点闭合，将时间继电器KT线圈回路接通，经过一定延时，其接点闭合，启动信号继电器KS和出口中间继电器
9、KM从而使断路器跳闸。,图3.2定时限过流保护单相原理图,电流继电器动作后并不立即跳闸，而是带一定延时，我们把KA动作称为保护装置启动；,而中间继电器KM作用于跳闸，称为保护装置动作；,由KA通过动作电流到KM发出跳闸脉冲所需要的时间称为保护装置的动作时间或时限，这种保护的动作时间主要取决于时间继电器的动作时间，而与电流大小无关，故称为定时限过电流保护。,图3.2定时限过流保护单相原理图,过流保护为什么需要延时呢？,这是因为要求它的动作具有选择性。,假设在d3点发生短路，短路电流将由电源经过线路L1，L2，L3，流到短路点。如果短路电流大于各保护装置的动作电流，则三套保护装置将同时启动。但是，
10、根据继电保护动作的选择性要求，应该仅由距离故障点d3最近的保护装置3动作使断路器QF3跳闸而切除故障。,图3.3 单侧电源定时限电流保护的配置及时限特性,为此，各套保护装置的动作应该具有不同的延时，且满足以下条件：,即保护的动作时限由电网末端起逐级增加，越接近电源则时限越长。通常把故障点的位置与切除故障时限之间的关系称为保护的延时特性。,过电流保护的接线方式主要有以下两种：,（2）不完全星形接线：两相两继电器,（1）完全星形接线：三相三继电器,上述两种接线方式都能正确反应相间短路故障，不同的是不完全星形接线不能反应无电流互感器那一相的单相接地故障。,图3.4 过电流保护接线方式,在小电流接地系
11、统中，当发生单相接地后，通过接地点的仅为零序电容电流，所以可以继续运行。因此，在这种电网中，在不同地点发生单相接地时，要求保护只切除一个接地故障以提高供电可靠性。,图中若dB，dC，两点发生单相接地短路，且两保护具有相同时限，如果采用完全星形接线，则保护百分之百地同时切除两条线路；如果采用不完全星形接线，则保护有2/3的机会只切除一条线路，从而提高了供电可靠性。,图3.5小电流接地电网两点接地,在图中若dA，dB两点单相接地短路，如果采用完全星形接线则百分之百地切除原理电源的故障点；而采用不完全星形接线则有1/3的机会误切除近电源的故障点，扩大了事故范围，这是不完全星形接线的缺点。,可见，全星
12、形接线能提高继电保护的可靠性和灵敏性，因此广泛地用于发电机、变压器以及110kV以上系统的电气元件保护；而对于110kV以下的小接地电流系统，为节省投资以及考虑在一定范围内还可以提高可靠性，因而采用不完全星形接线。,2.电流速断保护,过电流保护是按最大负荷电流整定的，它的保护范围延伸到相邻线路，为了保证选择性，它的动作时限需按阶梯原则来选择因此过电流保护具有动作时间较长的缺点，且距离电源越近保护动作延时越长。,为了克服这个缺点，可采用电流速断保护。电流速断保护是以动作电流大于保护范围外短路时的最大短路电流，而获得选择性与速动性的一种电流保护。,图中当L2始端d1点短路时，由保护2动作跳闸，切除
13、故障线路L2，而保护1不动作。为此，必须选择保护1的动作电流Idz大于线路末端短路时的最大短路电流，因此速断保护的动作电流为,式中KK为可靠系数，一般取1.21.3；,Idzmax为被保护线路末端短路时的最大短路电流。一般用最大运行方式下本线路末端三相短路时流过保护装置的周期分量起始值。,所谓最大运行方式，是指在同一地点发生相同短路类型时流过保护装置的短路电流达到最大值的运行方式。,图中曲线1表示最大运行方式下流过保护装置的三相短路电流与保护安装处至短路点的距离L的关系，曲线2为最小运行方式下两者的关系，直线3为保护装置的动作电流。短路电流曲线与直线3的交点可以确定保护的动作范围。,电流速断保护只能保护线路的一部分，不能保护线路的全长，其保护范围也将随运行方式和短路类型的不同而变化。电流速断保护的灵敏度用保护范围占被保护线路全长的百分比表示。,图示为电流速断保护的原理图，其中使用了一个延时0.060.08秒的中间继电器2，其作用有：一是扩大触点容量；二是增加保护动作的时间。,电流速断保护的主要优点是接线简单，动作迅速，在结构较复杂的多电源电力网中能有选择性地动作。,主要缺点是保护范围较小，且受运行方式的影响较大。,
