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1、二次保护系统,古浪鑫淼精细化工有限公司生产技术部2014.5.9,高压电气知识,1 二次系统简介2 二次回路3 继电保护4 过电流保护5 变压器保护,主要内容,1 二次系统简介,1、二次设备2、二次系统,主要内容,电气二次设备是指对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的电气设备。如熔断器、控制开关、继电器、控制电缆、仪表、信号设备、自动装置等。二次设备通过电压互感器和电流互感器与一次设备相互关联。,一、二次设备,二、二次系统 由二次设备互相连接，构成对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气回路。任务：反映一次设备的工作状况，控制一次设备；
2、当一次设备发生故障时，能够将故障部分迅速退出工作以保持供电系统处在最佳运行状态。,2 二次回路,1.监视测量回路 2.控制回路 3.信号回路 4.调节回路 5.继电保护与自动装置 6.自动、远动装置电路 7.操作电源系统,主要内容,一、监视测量回路,由各种显示仪表、测量元件及相关回路组成作用：监视、测量一次设备的工作状态，以便运行人员掌握一次设备运行情况，为运行管理、事故分析提供参数。,二、控制回路,由控制开关、相应的控制继电器组成。作用：对一次高压开关设备进行合、分闸操 作。分类：按照自动化程度分为手动和自动控制 按照控制距离分为就地和距离控制 按照控制方式分为分散（一对一）和集中控制（一对
3、一和一对N）,三、信号回路,变电所信号回路主要由开关设备的位置信号、继电保护和自动装置的动作信号和中央信号三部分组成。作用：反映一次设备和二次设备的工作状态。,四、调节回路,调节型自动装置，主要由测量机构、传送机构、调节器和执行机构组成。作用：根据一次设备运行参数的变化，实时在线调节一次设备的工作状态，以满足运行要求。,五、继电保护与自动装置,组成：继电保护、自动装置和相应的辅助 元件。作用：电力系统发生故障或出现不正常运行 状态时，能够自动反应和处理故障。,六、自动、远动装置电路,远动技术：调度所与各被控端（包括变电所）之间 实现遥控、遥测、遥信和遥调技术的总称。任务：集中监视，提高安全经济
4、运行水平 集中控制，提高劳动生产率,七、操作电源系统,由电源设备和供电网络组成，包括直流电源和交流电源系统。作用：供给上述各回路工作电源 直流用电设备：开关电器的距离控制、信号、继电保护、自动装置以及事故照明等。交流用电设备：变压器冷却风扇、设备加热、蓄电池室内通风、室内外照明、移动油业务、设备检修、蓄电池组的充电等。,3 继电保护,1、继电保护的作用与要求2、继电保护的基本原理和保护装置的构成,主要内容,一、继电保护的作用与要求,短路（最常见，危害最大）,故障,线路断线,变压器、旋转电机绕组的匝间短路,不正常工作状态：电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障的运行状态。如：过负荷
5、、频率降低、过电压、电力系统振荡等。,事故,事故：系统全部或部分的正常运行被破坏，以致造成对 用户停电、少送电，电能质量变坏以及毁坏设备等。,保护装置：,熔断器,继电保护装置,1、继电保护装置的基本任务,定义：能反映电力系统中电气元件故障或不正常工作状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的自动装置。,基本任务：发生故障时，自动地、迅速地、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，以保证其他无故障部分迅速恢复正常运行，并使故障元件免于继续遭到破坏；反映电气元件地不正常工作状态，并根据运行维护的条件，动作于信号装置、减负荷或跳闸。,2、对继电保护装置的基本要求,选择性：仅将故障元件从系统中切除，尽量减小停
6、电范围，保证无故障部分继续运行。,D3点故障：保护4动作，QF4跳闸,若保护4或QF4拒绝动作，则应由保护3动作使QF3跳闸，保护3所起的作用称为相邻元件的后备保护。,速动性：快速切除故障,提高发电机并联运行的稳定性,避免用户在低电压下运行的时间,减小故障元件的损坏程度,避免故障进一步扩大,故障切除时间：,保护动作时间，一般0.060.12s，最快0.010.04s,断路器动作时间，一般0.060.15s，最快0.020.06s,灵敏性：对保护范围内发生故障或不正常工作状态的反映能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置和短路的类型如何，都能灵敏地正确的反映出来。灵敏性常用
7、灵敏系数KLM来衡量。对于反映于故障参数数值上升而动作的保护（过流保护）：,对于反映于故障参数数值下降而动作的保护（低压保护）：,其中故障参数的最小、最大计算值是根据实际可能的最不利运行方式、故障类型和短路点来计算的。,可靠性：在保护范围内发生属于它应该动作的故障或不正常状态时，应可靠动作，即不发生拒绝动作（简称拒动）；其他不应由它动作的，它应不动作，即不发生错误动作（简称误动）。,影响可靠性的因素：,内在的：元件的质量、接线简单、触点多少等,外在的：运行维护、正确地安装和调试等。,二、继电保护的基本原理和构成,1、基本原理 电力系统发生短路故障时，通常伴有电流增大、电压降低以及电流与电压间相
8、位角改变等特征。利用这些基本参数在故障与正常运行时的差别，就可以构成各种不同原理的继电保护装置。例如：反应电流增大构成的过电流保护；反应电压降低构成的低电压保护；反应电压与电流的比值变化构成的距离保护；同时反应被保护元件两端电气量的差动保护，反应非电气量的保护，如瓦斯保护,2、继电保护装置的构成,一般由测量元件、逻辑元件和执行元件三部分组成。,（1）测量部分 测量部分是测量从被保护对象输入的有关电气量，并与已给定的整定值进行比较，根据比较的结果，从而判断保护是否应该起动。,（2）逻辑部分 逻辑部分是根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、确定是否应该使断路器跳闸或发出信号，将有关命令
9、传给执行部分。继电保护中常用的逻辑回路有“或”、“与”、“否”、“延时起动”、“延时返回”以及“记忆”等回路。（3）执行部分 执行部分是根据逻辑部分输出的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如故障时，动作于跳闸；不正常运行时，发出信号；正常运行时，不动作等。,3、继电保护的分类,(1)按保护所起的作用分：主保护、后备保护等,主保护：能以最快速度有选择性地切除被保护设备和线路故障的保护。,后备保护：主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。分为远后备保护和近后备保护。,远后备保护：主保护或断路器拒动时，由相邻元件的保护来实现的后备保护。近后备保护：主保护或断路器拒动时，由本元件的另一种保护来实现的
10、后备保护。,(3)按保护装置的实现技术分：机电型保护、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护和微机保护等。,(2)按保护原理分类：电流保护、电压保护、距离保护、差 动保护、方向保护、零序保护等；,线路,变压器,发电机,110kV以下,110kV,220kV,500kV,继电保护配置一览表,过流、速断保护,距离保护、过流保护,高频保护、距离保护,光纤差动、高频保护、距离保护,瓦斯保护、差动保护,过电流保护、复合电压起动的过流保护、低电压起动的过流保护、零序过流保护、过负荷保护、过励磁保护,差动保护、匝间短路保护、单相接地保护、负序过流保护、过负荷保护（定子、转子）、过电压保护、转子接地保护、失
11、磁保护、逆功率保护,4 过电流保护,一、定时限过电流保护原理,1、保护原理,将一次大电流变为可以用于保护装置的小电流输送至电流继电器KA，当TA测量出电流大于设定的I段跳闸启动电流时候，KA启动，将线路切除。KT是时间继电器，测量电流大于设定的II、III段电流时，经过一定时间KA才会启动，以免扩大保护动作范围。,2、整定计算,(1)、启动电流：按躲过最大负荷电流来整定。,(2)、动作时限：按阶梯时限特性选取。,定时限过流保护的延时特性（t1t2t3）,在每一线路的电源端均装设断路器和保护装置，在正常运行全线路最大负荷电流情况下，此电流小于保护的动作电流，定时限过电流保护不动作。当线路L3上K
12、1点发生短路故障时，按选择性的要求，断路器QF3跳闸。QF3跳开后，短路电流消失，于是保护装置1和2的电流继电器还来不及使断路器QF1和QF2跳闸，就都返回到原来位置。过电流保护的选择性是由各保护装置具有不同的动作时间来保证的。t称为时间级差，一般取0.5s；,5 变压器的继电保护,1.故障类型及不正常运行状态 a.变压器的内部故障可分为油箱内和油箱外故障两种：油箱内故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损，油箱外的故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。b.变压器的不正常运行状态主要有：由于变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；由于负
13、荷超过额定容量引起的过负荷。,2.相应保护类型 a.瓦斯保护：针对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低而装设，反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。b.差动保护 c.电流和电压保护：根据变压器容量和系统短 路电流水平的不同，实现保护的方式有：过电流保护、低电压起动的过电流保护 d.过负荷保护 e.过励磁保护,3.变压器的瓦斯保护 在油浸式变压器油箱内发生故障时，短路点电弧使变压器油及其他绝缘材料分解，产生气体（含有瓦斯成分），从油箱向油枕流动。反应这种气流与油流而动作的保护称为瓦斯保护。瓦斯保护的测量继电器为气体继电器。气体继电器安装于变压器油箱和油枕的通道上，为了便于气体的排放，安装时需要
14、有一定的倾斜度：变压器顶盖与水平面间应有11.5的坡度；连接管道应有2一4的坡度。,气体继电器结构图,瓦斯保护原理 气体继电器触头KG-1由开口杯控制，构成轻瓦斯保护，其动作后发出预告信号。气体继电器的另一触头KG-2由挡板控制，构成重瓦斯保护，其动作后经信号继电器KS的线圈起动中间继电器KPO，KPO的两对触头分别使断路器QF1、QF2跳闸。为了防止变压器内严重故障时因油流不稳，造成重瓦斯触头时断时通的不可靠动作，必须选用具有自保持电流线圈的出口中间继电器KPO。在保护动作后，借助于断路器的辅助触头QF1-1 QF2-1来解除出口回路的自保持。在变压器的加油或换油后及气体继电器试验时，为防止
15、重瓦房斯误动作，可利用连接片XB使重瓦斯暂时改接到信号位置。,瓦斯保护动作后，观察、分析从继电器上部排气口收集的气体，可判断故障的性质。瓦斯保护能反映油箱内各种故障，且动作迅速，灵敏度高，特别对于变压器绕阻的匝间短路（当短路匝数很少时），灵敏度好于其他保护，所以瓦斯保护目前仍然是大、中、小型变压器必不可少的油箱内故障最有效的主保护。但瓦斯保护不能反映油箱外的引出线和套管上的任何故障。因此不能单独作为变压器的主保护，尚须于纵差动保护或电流速断保护配合使用。,引起变压器轻瓦斯保护动作原因（1）因滤油，加油或冷却系统不严密以致空气进入变压器。（2）因温度下降或漏油致使油面缓慢下降。（3）因变压器故障
16、产生少量气体。（4）由于发生穿越性短路故障而引起。,现代大型变压器的特点是电压高、容量大，并且有先进的冷却方式和有载调压等。这些特点给瓦斯保护的运行、操作及管理带来了一些新要求。为了防止误动，重瓦斯保护一般在下列情况下应由跳闸改为信号：（1）变压器虽停电或处于备用。但其重瓦斯保护动作后，仍可能使运行中的设备跳闸时。（2）变压器在运行中加油、滤油或换硅胶时，或潜油泵、冷油器（散热器）放油检修后投入时。（3）需要打开呼吸系统的放气门或放油塞子，或清理吸湿器时。（4）有载调压开关油路上有工作时。,变压器气体保护动作跳闸的原因（1）变压器内部发生严重故障。（2）保护装置二次回路有故障（如直流接地等）。
17、（3）在某种情况下，如变压器检修后油中气体分离出来的太快，亦可能使气体继电器动作跳闸等。（4）运行中的变压器若呼吸器下部的透气孔堵塞，当变压器油温变化时，会引起呼吸器或油枕内出现真空状态或压力升高，可能引起气体继电器误动作。,气体保护的反事故措施要求（1）气体继电器的引出线应采用防油导线经中间端子盒与电缆连接。（2）中间端子盒的安装应高出气体继电器。（3）气体继电器和中间端子盒应有防雨措施。（4）气体继电器的探针、放气法阀应作好明显标志，防止取气时误扭探针造成跳闸。,电流保护只反映同一端电气量的变化，要保证保护装置的选择性只能迅速切除一部分长度内的故障，而其余部分故障靠增加时限来切除，这对大系
18、统是不允许的。同时如下图，保护测量到的 k1点和k2点电流几乎是相同的，k1点和k2点的故障无法区分。可见单侧测量保护无法实现全线速动。,4、差动保护简介,为了实现全线速动保护，保护判据由线路两侧的电气量或保护动作行为构成，进行双侧测量。正常运行或外部故障时两侧电流大小相等，相位相同（以右图参考方向时电流和为0）。当线路内部故障时，线路两次电流大小和方向都不同。因此这种保护可区分内外部故障。理论上可保护线路全长。,4、差动保护简介,为了实现上述保护原理，可在被保护设备的两端安装特性变比相同的两个电流互感器，按环流法连接，并在差回路里安装电流互感器，就构成了纵联差动保护。纵联差动保护只反映被保护原件两侧电流互感器之间的故障，本身有选择性，它不需要与其它元件保护配合，因此广泛应用于线路、发电机、变压器、母线等的主保护。,4、差动保护简介,保护原理 变压器两侧的电流互感器按循环电流接线方式接入差动继电器。差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，当变压器正常工作或区外故障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流（折算后的电流）相等，差动继电器不动作。当变压器内部故障时，两侧（或三侧）向故障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流的和正比于故障点电流，差动继电器动作。,5、变压器的差动保护,谢谢！,
