电力工程课件 电力系统继电保护(二次系统)

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对一次设备的工作状态进行监视、测量、控制和保护的辅助 电气设备称为二次设备。
变电所的二次设备包括测量仪表、控制与信号回路、继电保 护装置以及远动装置等。它们相互间所连接的电路称为二次回 路或二次接线。
二次回路按照功用可分为控制回路、合闸回路、信号回路、 测量回路、保护回路以及远动装置回路等；按照电路类别分为 直流回路、交流回路和电压回路。
Ks
保护动作的整定值
保护范围内的最小短路电流 保护装置一次侧动作电流
➢对于反应故障时参数量降低的保护（如低电压保护）：
保护动作的整定值 Ks 保护区内故障时反应量的最大值
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表 电流继电保护装置灵敏度
被保护的电气 设备
变压器、线路 等
所有电气设备
变压器 3～10kV电缆
线路 3～10kV架空
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图6-4 感应式电流继电器结构图
1—线圈 2—电磁铁 3—短路环 4—可转铝盘 5—钢片 6—可偏铝框架 7—调节弹簧 8—制动永久磁铁
9—扇形齿轮 10—蜗杆 11—扁杆 12—继电器触点 13—时限调节螺杆 14—速断电流调节螺钉 15—衔铁 16—动作电流调节插销
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GL型电流继电器的功能：兼有电磁型电流继电器、时 间继电器、信号继电器和中间继电器的功能。因此，可用 感应型电流继电器实现过电流保护和电流速断保护，从而 使保护接线大大简化。
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2．电磁型电压继电器（KV）
其结构和原理与电磁型电流继电器相似，在供配电系统 中多用低电压（欠电压）继电器。
➢动作电压：能使继电器产生动作的最高电压，称为继电器 的动作电压，用Uop.K表示。 ➢返回电压：能使继电器返回到原始位置的最低电压，称为 继电器的返回电压，用Ure.K表示。 ➢返回系数：是指继电器的返回电压与动作电压的比值。
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6 ～ 10kV 高 压线路电气 测量仪表原 理接线图
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6.2 继电保护的基本知识
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常用保护装置的类型
（1）继电保护。继电保护是用各种不同类型的继电器按一定方式连
接和组合，构成继电保护装置。在发生故障时能自动检测出故障，并
且迅速、及时地将故障区域从供电系统中切除。当系统处于不正常运
要求供电可靠性较高的场所不宜用。
（3）低压断路器保护。这种保护又称低压自动开关保护。由于低压
断路器带有多种脱扣器，能够进行过电流、过负载、失电压和欠电压
保护等，而且可作为控制开关进行操作，因此在对供电可靠性要求较
高且频繁操作的低压供电系统中广泛应用。
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一、继电保护的作用
电力系统继电保护装置是一种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 信号的一种反事故自动装置。
电路
特点
三相不完全星形接线方式
所用元件较少，KM＝1
未接互感器的单相短路故障不能保护
它的基本任务是： ➢自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使 其他非故障部分迅速恢复正常运行。 ➢能正确反应电气设备的不正常运行状态，并根据要求发出 报警信号、减负荷或延时跳闸。
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二、继电保护的基本原理
断路器跳闸或 报警信号
图6-1 继电保护装置组成方框图
✓测量部分：从被保护对象输入有关信号，并与给定的整定 值进行比较，决定保护是否动作；
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（1）三相完全星形接线方式（三相三继电器式接线）
图 三相三继电器式接线
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电路 特点
Kw 1
所用保护元件最多 所有短路电流都会通
过继电器反映出来，产生 相应的保护动作。
用于高压大接地电流系 统（中性点直接接地）， 保护相间短路和单相短路。
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（2）两相两继电器式接线和两相三继电器式接线
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继电保护装置的组成 继电保护装置是由若干个继电器组成的，如图所示，当线
路上发生短路时，起动用的电流继电器KA瞬时动作，使时间 继电器KT起动，KT经整定的一定时限后，接通信号继电器 KS和中间继电器KM，KM触头接通断路器QF的跳闸回路，使 断路器QF跳闸。
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✓逻辑部分：根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的 逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，进行逻辑判断，以确 定保护装置是否应该动作；
✓执行部分：根据逻辑部分做出的判断，执行保护装置所担 负的任务（跳闸或发报警信号）。
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1 故障时电流上升，构成过电流保护； 2 故障时电压下降，构成低电压保护； 3 电压和电流比值的变化，构成阻抗（距离）保护； 4电压和电流相位角的变化，构成方向保护。
反映二次接线间关系的图称为二次回路图。二次回路的接线 图按用途可分为原理接线图、展开接线图和安装接线图3种形 式。
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供配电系统的二次回路功能示意图如图所示。
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图中，断路器控制回路的主要功能是对断路器进行通、 断操作，当线路发生短路故障时，电流互感器二次回路有 较大的电流，相应继电保护的电流继电器动作，保护回路 做作出相应的动作，一方面保护回路中的出口(中间)继电 器接通断路器控制回路中的跳闸回路，使断路器跳闸，断 路器的辅助触点启动信号系统回路发出声响和灯光信号； 另一方面保护回路中相应的故障动作回路的信号继电器向 信号回路发出信号，如光字牌，信号掉牌等。
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6.2 常用保护继电器
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继电器是组成继电保护装置的基本元件。 ➢ 根据继电器反应的物理量分，有电流继电器、电压继 电器、气体继电器等。 ➢ 根据继电器的工作原理分，有电磁式、感应式等。 ➢ 按其反应参量变化情况分，有过电流继电器、过电压 继电器、欠电压继电器等。 ➢ 按其与一次电路的联系分，有一次式和二次式：一次 式继电器的线圈与一次电路直接相连，二次式继电器的 线圈连接在电流互感器或电压互感器的二次侧。高压系 统应用的的保护继电器一般都属于二次式继电器。
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（4）灵敏性：指保护装置对其保护范围内的故障或不正常运
行状态的反映能力。如果保护装置对其保护区内极轻微的故障都能
及时地反应动作，即具有足够的反应能力，说明保护装置的灵敏度高。
保护装置灵敏与否，一般都用灵敏系数来衡量，灵敏系数大，灵敏度
越高。
➢对于反应故障时参数量增加的保护（如过电流保护）：
保护区内故障时反应量的最小值
5. 信号继电器(KS)的作用：用于各保护装置回路中，作为保 护动作的指示信号，以提醒运行人员注意。
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二、感应型继电器（GL型）
结构：如图6-4所示。 ➢感应系统：由线圈1、 带短路环3的电磁铁2和铝 盘4组成，它的动作是有 时限的； ➢电磁系统：由线圈1、 电磁铁2和衔铁15组成， 它的动作是瞬时的。
行，如过载、欠电压等情况时，能发出报警信号，以便及时处理，保
证安全可靠地供电。继电保护适用于要求供电可靠性较高的高压供电
系统中。
（2）熔断器保护。熔断器保护广泛适用于高、低压供电系统。由于
装置简单经济，在供电系统中应用得相当普遍。但是它的断流能力较
小，选择性差，熔体熔断后更换不方便，不能迅速恢复供电，因此在
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一、电磁型继电器（DL型）
电磁式电流和电压 继电器在继电保护装 置中均为启动元件， 属于测量元件。
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电磁继电器作用原理 1—铁心；2—衔铁；3—线圈；
4—接点（触头）；5—弹簧
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1．电磁型电流继电器 （KA）
结构：如图6-3所示。 工作原理：当在继电器线圈中 通入电流IK时，电磁铁产生的电
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各种继电器的表示符号和图形符号
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6.3 线路的电流保护
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一、保护装置的接线方式
接线系数：在继电保护回路中，流入继电器中的 电流IK与对应电流互感器的二次电流I2的比值，称 为接线系数，即
Kw
IK I2
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电流互感器与电流继电器之间的接线方式 ➢ 三相三继电器式完全星形接线 ➢ 两相两继电器式不完全星形接线 ➢ 两相三继电器式不完全星形接线 ➢ 两相一继电器电流差式接线
操作电源主要是向二次回路提供所需的电源。电压、 电流互感器还向监测、电能计量回路提供主回路的电流和 电压参数。
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原理接线图
原理接线图用来表示继电保护、监视测量和自动装置等二 次设备或系统的工作原理，它以元件的整体形式表示各二次设 备间的电气连接关系。通常在二次回路的接线原理图上还将相 应的一次设备画出，构成整个回路，便于了解各设备间的相互 工作关系和工作原理。
线路
继电保护装置类型 过电流保护
电流速断保护 后备保护
纵联差动保护
最低灵敏度Sp
5（如满足此要求将使保护复杂 时，灵敏度可降为1.25）
2.0
1.2（如满足此要求将使保护过 分复杂或在技术上难以实现时， 可仅按常见的运行方式和故障
类型校验灵敏度）
2.0
中性点不直接接地电力
1.25
网中的零序电流保护 1.50
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三、对继电保护的基本要求
（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，最大限度地保证系统中的非故 障
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QF6 动 作