第二章电气二次系统概述

晶体管型：动作快, 无机械转动部分，易发生特性变化。
集成电路型：体积更小, 工作更可靠，抗干扰能力差。
微机保护：
（2） 维护调试方便，可靠性高； （3） 统一硬件，保护装置硬件易标准化； （4） 有强大辅助功能，简化调试、事故分析和事故后处理； （5） 灵活性大，易于获得附加功能。
电磁型继电保护
（现在已很少应用）
3、二次回路
电力系统分为一次系统和二次系统。
电力设备分为一次设备和二次设备
一次设备：对电能直接进行生产、传输和分配电能的设 备，如发电机、变压器、断路器、母线、输电线路等。
二次设备：对一次设备进行监视、控制、测量和保护的 设备，如继电保护装置、操作用的直流电源等。
（1）一次系统 由一次设备及相互的连接电路组成。 （2）二次系统 也称二次回路，由二次设备及相互的连接线路组成。 主要包括继电保护、自动装置、测量仪表、控制、信号 和操作电源等子系统。
发出警报信号、减负荷或延时跳闸。
即不正常工作时发出告警信号。
2、自动装置
分为自动调节装置和自动操动装置。 （1）自动调节装置 为了保证电能质量、消除系统异常运行状态等对 某些电量实施自动的调节。
如：同步发电机励磁自动调节系统、电力系统频 率自动调节等。
（2）自动操作装置 为了提高电力系统的供电可靠性、自动化程度和 保证安全运行。 如：备用电源自动投入装置、线路自动重合闸装 置、低频减载装置等。
2、速动性（迅速性）
定义：继电保护装置要以尽可能短的时间将故障从电网中切除。 优点： （1）提高电网的稳定性； （2）加快非故障部分的恢复供电； （3）减轻故障设备的损坏程度。 故障切除时间＝保护装置动作时间＋断路器动作时间 保护装置的动作时间为： 微机保护最快：0.01～0.04秒，即0.5～2个周期就动作；
继电保护在电力系统中的地位
电力系统中的发电机、变压器、输电线路、母线以及用 电设备，一旦发生故障，迅速而有选择性地切除故障设备， 既能保护电力设备免遭损坏，又能提高电力系统运行的稳定 性，是保证电力系统及其设备安全运行最有效的方法之一。 切除故障的时间通常要求小到几十毫秒到几百毫秒，实 践证明，只有装设在每个电力元件上的继电保护装置，才能 完成这个任务。继电保护装置（Relay Protection），就是指 能反应电力系统中电气设备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。
“四性”之间的关系：矛盾、统一
需要根据电力系统和负荷的具体情况，对这4个方面的要 求适当地予以协调。 经济性考虑：
选择并配置继电保护装置时，应考虑经济条件，按被 保护元件在电力系统中的地位和作用来确定保护方式。
对于重要的系统元件，如果选用简单价廉的保护装置， 由于技术性能不佳，出现拒动或误动所带来的损失是惊人 的。而对较为次要的数量很多的电气元件，则不应装设过
反应数值上升的保护： 反应数值下降的保护：
都要求大于1
上下级保护的灵敏性问题：
上一级保护的灵敏度应高于下一级保护的灵敏度：
K sen.1 K sen.2 K sen.3
下一级保护的动作延时应高于上一级保护的动作延时：
t1 t 2 t 3
目的：防止上一级保护误动作，保证选择性的条件之一。
执行部分：根据逻辑部分的结果，立即或延时发出报警信 号和跳闸信号（故障、不正常运行时）。
继电保护的接线简图
继电保护与一次侧 电力系统设备之间的 联接简图。 继电保护就是通过 二次侧弱电系统来控 制（如跳开、闭合） 一次侧强电系统设备。
四、继电保护的发展简史
1、继电保护硬件发展
1901年发明
电磁型 机电型
可靠性
需要根据电力系统和负荷的具体情况，对可靠性的两个 方面（不拒动、不误动）的性能要求适当地予以协调。 在系统有充足的旋转备用容量、各元件之间联系十 分紧密的情况下，应着重强调不拒动的可靠性；反之， 则应强调不误动的可靠性。 对于传送大功率的输电线路保护，一般宜于强调不 误动；而对于其它线路保护，则往往强调不拒动。 对于大型发电机组的继电保护，无论拒动或误动跳 闸，都会引起巨大的经济损失，可信赖性和安全性同样 重要，因此可采用三中取二的双重化方案或双倍的二中 取一双重化方案。
电 力 系 统
继电保护原理
主讲人：胡静 Email：hujing0909@163.com 2013.07
第二章 电气二次系统概述
一、继电保护、自动装置、二次回路 二、对继电保护的基本要求
三、保护装置的基本构成
四、继电保护的发展简史 五、继电保护学习的特点
一、继电保护、自动装置、二次回路
1、继电保护
+24V供启动、跳闸及信号、告警继电器电源。
2、继电保护原理发展
过电流保护原理，1901年 电流差动保护原理，1908年 方向性电流保护，1910年 距离保护，1920年 高频保护，1927年 行波保护，1950年
工频变化量保护，1980年，由我国专家提出。
继电保护硬件装置不断变化，但保护原理不变。
电力系统的三种状态：故障、异常状态、正常状态 （ 1 ）故障状态：发生短路故障，各种型式的相间、 接地短路故障。 .短路故障产生的后果： 电流：Id增大 电压：Ud降低 电流电压间的相位角：发生变化
故障的对策：一旦故障发生，必须迅速而准确地切除故障 设备，保证电力系统的安全。切除故障的时间要求小到十 分之几甚至百分之几秒。 （ 2 ）异常运行状态：电力系统设备的电流过大、电压过高 等不正常状态。 异常运行状态产生的后果：电力设备的电流过大会使设备 载流部分和绝缘材料的温度不断升高，加速绝缘的老化和 损坏，可能发展成故障。 异常运行状态产生的对策：一旦电力系统设备发生不正常 运行状态，应该发出告警信号、减负荷或跳闸。 （ 3 ）正常状态：电力系统的电压、频率正常。不需采取措 施。
电磁式保护： 0.06～0.12秒，即3～6个周期就动作
断路器的动作时间为： 最快： 0.02～0.06秒，即1～3个周期断开电流；
一般：
0.06～0.15秒，即3～7个周期断开电流
3、 灵敏性 指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态时的反 应能力。 要求：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，保护都能灵敏 感觉，正确动作。 保护的灵敏度通常用灵敏系数来衡量。 灵敏系数 K lm ：常见不利运行方式和不利故障类型下通入 装置的故障量和整定动作值之比。
于复杂昂贵的保护装置。
三、保护装置的基本构成
继电保护的原理：正确区分正常运行和故障或不 正常运行状态，当确认被保护设备发生内部故障 或不正常运行状态时，发出跳闸命令或告警信号。
继电保护的基本原理的核心：区分正常运行和故 障或不正常运行状态。 如何区分正常运行和故障或不正常运行状态？
正常运行状态：
3、理论和实践并重
实验室实验、动模实验、现场人工故障实验、试运行
4、继电保护工作责任重大
本节课的重点
• • • • 保护的“四性”。 保护装置的原理结构 保护的作用 了解微机保护的原理构成
继电保护装置除了在故障和不正常运行的很短时间内动 作外，长期是不动作的，被喻为电力系统的“无声警卫”。
电力系统继电保护的作用
QF表示断路器，它的作用是接收跳闸命令后，迅速切断短 路电流。 当线路L1上发生短路故障时，继电保护迅速反应这个短路 故障，发出跳闸命令给断路器QF1，断路器QF1接收了命令后， 打开触头，切断短路电流。
由于要求切除故障的速度要很快，只能通过自动的继电保护 装置来完成。
继电保护装置的基本任务
(1) 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。 即故障时发出跳闸命令。 (2) 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（如有无经常值班人员）和设备的承受能力，
来 自 模 TA 拟 TV 量的 输电 入流 和 电 压
RAM 定时器 并行接口 串行接口 定时器 计算机主系统
电 压 形 成
低 通 滤 波
采 样 保 持
数据采集系统
输入/输出系统
保护装置电源插件是逆变开关电源，提供三 组稳压电源：
+5V供各保护CPU等芯片电源；
15 V运算放大器及VFC模数变换芯片电源；
非电气量：温度升高
－ 瓦斯保护
2. 继电保护装置的基本构成
测量部分：测量有关电气量,与整定值比较,给出 “是”、 “非”、“大于”、“不大于”、“等于”、 “0”、“1” 性质的一组逻辑信号,判断保护是否应该启动。 逻辑部分：根据测量部分各输出量的大小、性质、出现的 顺序或它们的逻辑组合，确定是否应该使断路 器跳闸或发出报警信号，并将有关命令传达给 执行部分。
微机型继电保护装置
微机型继电保护装置基本结构
硬件 软件
微机保护装置硬件电路的基本组成
输入/输出回路 TA 、 TV 二 次 侧 i 、数 据 采 u 集系统 微型计算 机系统
开关量输入 开关量输出 外部触点 跳闸或 告警信号
220V 或110V
电 源 部 分
+5V +15V
- 15V
+24V
电流：负荷电流，电源侧负荷电流大； 电压：±5％内，靠近电源侧的母线电压较高； 测量阻抗：负荷阻抗，阻抗模值很大。 短路故障状态： 电流：Id 剧增 过电流保护 电压：Ud 降低 低电压保护 测量阻抗：阻抗模值减小 距离保护
基本原理的总结
电流 I ： 故障时增大 - 过电流保护 正常状态时 两侧电流相位相反 内部故障时 两侧电流相位相同 电压U ：故障时降低 －低电压保护 阻抗Z ：Z模值减小 －阻抗（距离）保护 －差动保护
为了保证可靠性，选择性包含2种意思： （1）正常情况下只应由装在故障元件上的保护装置动作 切除故障； （2）当电气设备的主保护不能切除故障时，力争相邻设 备的保护装置对它起到后备保护的作用。
短路点 K2 K3
主保护 跳 5 跳 6
远后备 跳 1、3 跳 5
近后备 跳 2、4 /
远后备保护：位于其它变电站、发电厂中的后备保护； 近后备保护：位于本变电站、发电厂中的的后备保护；
电磁型
感应型
电动型
1960年发明
晶体管型 保护
晶体管型
70年代 第一代静态保护
1970年发明
集成电路 型保护
集成 电路型
80年代后 第二代静态保护
1972年发明 90后大量应用
微机保护
第三代静态保护
各种硬件继电保护的特点：
电磁型：体积大，消耗功率大， 动作慢，机械转动部分、 触点部分容易磨损或粘连，调试维护比较复杂。
人机对 话系统
通信 接口
其它计算机
CPU EPROM (FLASH) 电 压 形 成 低 通 滤 波 采 样 保 持 EEPROM 多 路 转 换 开 关 A/D 转 换 开关量输出 (跳闸、信号) 开关量输入 （断路器、 隔离开关 状态） 键盘 显示器 打印机 通讯 人 机 对 话 接 口 部 件
五、继电保护学习的特点
1、理论要求高
各设备的原理、性能、参数计算、故障状态的分析。 电工原理、电机学、电力系统稳态/暂态分析、经济调 度、安全控制、电力系统规划设计原则、运行方式制定 的依据等等。
2、综合性科学
电工、电机、电子、电力系统、数学、计算机、通讯新 理论、新技术、新材料的引用都基于以上各学科的发展
二、对继电保护的基本要求
1、选择性 2、速动性
3、灵敏性
4、可靠性
1、选择性 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。即跳开离故障位置最近的断路器。
短路点 K1 K2 K3
主保护 跳 1、2 跳 5 跳 6
后备 / 跳 1、3 跳 5
Байду номын сангаас
主保护:反映元件严重故障，快速动作于跳闸的保护 后备保护：主保护不动作时备用的保护，由相邻设备的保护来 完成。
4、可靠性
定义：当保护范围内部故障时必须动作（不拒动）， 当外部故障时不动作（不误动）。 包括两个方面： （1）不拒动，即可信赖性
（2）不误动，即安全性
影响可靠性的因素： 内在：装置本身的质量，包括元件好坏、结构设计
的合理性、制造工艺水平、内外接线简明， 触点多少等；
外在：运行维护水平、调试是否正确、正确安装