典型二次回路讲解

典型二次回路讲解
一、 电流回路
1、220kV 典型回路
220kV TA 一般有六个二次绕组，分别用于本线路保护（两组）、母差保护（两组）、测量、计量。

以某一220kV 线路保护为例，如图1所示，交流电流回路的联结关系为TA 本体接线盒——TA 端子箱——CSC-122A 断路器保护——CSC-101A 线路保护——录波屏；交流电流回路的联结关系为TA 本体接线盒——TA 端子箱——PSL601G 线路保护。

CSC-101A 1x CSC-122A 3x
端子箱
A 屏
1n PSL601G
端子箱
B 屏
图1 典型电流回路
注意事项：
1）电流回路严禁开路。

电流互感器的二次回路不允许开路，否则将产生危险的高电压，威胁人身和设备的安全。

因为电流互感器二次回路在运行中开路时，其一次电流均成为励磁电流使铁芯中的磁通密度急剧上升，从而在二次绕组中感应高达数千伏的感应电势，严重威胁设备本身和人身的安全。

这就要求回路各个连接环节的螺丝必须紧固，连接二次线无断线或接触不良，同时回路的末端必须可靠短接好，如上图1中的录波屏处2C2、2C4、2C6、2C7端子和PSL601G 保护屏处1D17、1D18、1D19、1D20端子。

2）每组二次绕组的N 回路有且只能有一点接地，严禁多点接地。

电流互感器的二次回路必须有一点直接接地，这是为了避免当一、二次绕组间绝缘击穿后，使二次绕组对地出现高电压而威胁人身和设备的安全。

同时，二次回路中只允许有一点接地，不能有多点接地，
否则会由于地中电流的存在而引起继电保护的误动。

因为一个变电所的接地网并不是一个等电位面，在不同点间会出现电位差。

当大的接地电流注入接地网时，各点的电位差增大。

如果一个电回路在不同的地点接地，地电位差将不可避免地进入这个电回路，造成测量的不准确，严重时，会导致保护误动。

由几组电流互感器二次组合的电流回路，如差动保护、各种双断路器主结线的保护电流回路，其接地点应选在控制室。

3）二次绕组的极性。

电流互感器的二次引出端，如果接反，二次电流或电压的相位就会发生180度的变化，继电保护装置特性或测量仪表的显示将会随之改变。

为了保证继电保护装置的性能和仪器仪表的准确，电流互感器和电压互感器必须标注明确的极性。

通常采用减极性的标注原则：当从一次侧极性端流人电流时，二次侧感应的电流方向是从极性端流出。

为了准确地判别电流互感器一次电流和二次电流间的相位关系，应确定其一、二次绕组间的极性关系，这对反应方向性一类的继电保护是十分重要的。

如果电流互感器的极性接反，则将导致继电保护拒动或误动。

应结合TA 一次安装情况对二次绕组极性仔细加以判别，务必确保接入线路保护和母差保护极性的正确性
4）二次绕组的准确级。

TA 二次的各个绕组有不同的准确级别，分为保护级(P 级、TP 级)及其它。

严禁将其他准确级（如计量、测量级）的二次绕组用于保护，特别注意用于母差保护的所有二次绕组准确级必须一致。

二、 电压回路
1、220kV 典型回路
电压互感器同样分不同的准确级，一般包括0.2，0.5，1，3，3B 和6B 等各级，保护用电压互感器可采用3级，而3B 和6B 级是继电保护专用的电压互感器。

220KV 及以上的电压互感器或CVT 选用两组二次线圈和一个开口三角线圈，220KV TV 二次一般应有三个二次绕组，其中一组用于接成开口三角，反应零序电压，一组用于保护及测量、另一组用于计量。

以某一220kV 线路保护为例，交流电压回路的连接关系为TV 接线盒——TV 端子箱——TV 测控柜——保护屏，中间经过了两次电压切换，一次是在TV 测控柜（或中央信号继电器屏），另一次由保护屏的电压切换装置完成，为防止隔离开关辅助接点异常造成TV 二次失压，通常采用双位置接点切换。

如图（三）所示，切换前电压回路编号分别为A 、B 、C630及A 、B 、C640，切换后则为A 、B 、C720，切换后电压经交流快分开关后提供给保护装置。

PSL601G
8E-131
8E-131
图2 典型电压回路图
注意事项：
1、电压互感器在运行中二次侧不能短路，因为这样不仅使二次电压降为零，而且要在一二次绕组中流过很大的短路电流，短路电流会烧毁电压互感器。

2、电压互感器的二次绕组有且只能有一点接地，以保证安全。

其接地点的地方选取应遵守以下原则：
1）独立的、与其它互感器没有电的联系的电压互感器二次回路，可以在控制室也可在开关场端子箱实现一点接地。

2）经控制室零相小母线（N600）联通的几组电压互感器二次回路，只应在控制室实现N600一点直接接地，其他地方不能再有第二点直接接地。

3、必须严防二次回路反充电。

通过电压互感器二次侧向不带电的母线充电称为反充电。

由于反充电电流较大(反充电电流主要决定于电缆电阻及两个电压互感器的漏抗)，将造成运行中电压互感器二次侧快分开关跳开或熔断器熔断，使运行中的保护装置失去电压，可能造成保护装置的误动或拒动。

电压互感器二次回路通电试验时,为防止二次侧向一次侧反充电,应将二次回路断开,
还应取下一次熔断器(保险)或断开隔离开关。

在设计手动和自动电压切换回路时，都应有效地防止在切换过程中对一次侧停电的电压互感器进行反充电。

2、反充电原理
双母线接线方式时，可能会发生带电母线（Ⅱ母）经过运行电压互感器（TV2）、停用电压互感器（TV1）向停电母线（Ⅰ母）反充电的事故，此时的二次电压回路示意图如下：
图3 反充电时电压二次回路示意图
虽然停电的Ⅰ母无带电设备或负荷，但是由于母线、隔离开关、避雷器、电压互感器等一次设备对地存在电容，所以Ⅰ母的每一相对地均有一等值电容C存在。

其数值一般在2000～15000pF之间。

若取C=2000pF，则折算到停用电压互感器低压侧的容抗值为Xc’（设母
线为220kV系统）。

考虑到停用电压互感器总的漏抗Xo，停用电压互感器从二次侧看进去的阻抗故Z的数值非常小。

因此，当发生反充电时，相当于TV2通过自动开关1ZKK、2ZKK二次侧三相短路，不仅1ZKK、2ZKK均有跳闸可能，造成母线电压互感器二次失压，同时还会因为短路电流过大烧毁电压切换装置[1]。

2.3 故障回放
在进行此次故障回放前，首先介绍一下电压切换回路。

该回路与外部其他回路联系较少，主要由直流控制回路和各接点回路组成。

如图4所示：
1G1
1G2
1YQJ1Ⅰ母
电
压
切
换
Ⅱ
母
电
压
切
换+KM-KM
1YQJ2
2G2
2G1
2YQJ12YQJ2
图4 电压切换二次回路
220kV系统中Ⅰ母、Ⅱ母的母线电压经过电压切换回路的选择切换以后才能进入保护装置，切换接点为切换继电器的接点，切换继电器由线路间隔相应的母线隔离开关辅助接点控制。

电压切换回路确保二次保护装置所采样的母线电压与一次系统保持一致[2]。

在昆山变运行人员的操作过程中，当合上6122隔离开关，尚未拉开6121隔离开关时，隔离开关的辅助接点（2G1、2G2）动作，使得2YQJ1、2YQJ2励磁，双母线二次电压并列运行。

随后拉开6121隔离开关，由于种种原因，使得该隔离开关的辅助接点（1G1、1G2）没有正确动作，导致1YQJ1未能复归。

造成一次设备挂Ⅱ母运行，而二次电压仍然并列运行。

当运行人员倒闸结束，拉开母联断路器时，Ⅰ母线停电退出运行，而二次电压回路仍然连通，致使Ⅱ母通过电压回路对Ⅰ母反充电，由于电压互感器的二次侧阻抗非常小，充电电流过大，从而烧毁了电压切换回路。

图5为电压互感器A相反充电的二次回路图。

Ⅰ母TV1
Ⅱ母
TV2
图5 电压互感器A 相反充电二次回路图
3、电压切换故障的防
针对此类电压互感器的反充电现象。

结合现场工作实际，特提出以下几点防措施。

1、 一次隔离开关选择转换可靠的辅助机构。

预试小修时注重其辅助接点的分合情况； 2、 选择适当的交流自动开关（ZKK ）。

故障发生时，电压互感器的二次交流自动开关并
未跳开，现场条件限制未对自动开关进行分断电流试验，因此不清楚其长期允许通过的电流为多大。

而印制板设计的铜条一般应能耐受7～8安培的电流。

因此，合理地选择母线电压互感器以及线路电压互感器的二次自动开关也是至关重要
3、 改造电压切换回路中“切换继电器同时动作”的发信接点。

目前，变电站绝大多数
的电压切换继电器都是双位置继电器，既有动作线圈也有复归线圈，但厂家提供的用于“切继电器同时动作”信号的接点取自是单位置继电器（不带复归）线圈继电器 （1YQJ2、2YQJ2 见图4），诸如TCX-12HP(南自)、ZYQ-812(许继)、CZX-12R2(南瑞)等等。

这就造成了当变电站运行人员倒闸操作完成后，若1YQJ1或2YQJ1接点不返回，而发信用的接点1YQJ2、2YQJ2却已返回，不能正确反映二次电压切换的真实情况，此时电压切换箱判别母线PT 并列，但却不能发出“切换继电器同时动作”这一信号。

运行人员根据常规信号指示，认为倒闸操作已经完成。

如果此时拉开母联断路器，带电母线通过电压二次回路向不带电母线进行二次反充电，从而烧坏电压切换插件。

因此，建议在设计施工过程中，“切换继电器同时动作”的信号接点取自带保持的1YQJ1、2YQJ1切换继电器。

从而保证在出现上述问题时，装置能够发出警示信号，避免出现电压二次反充电的故障。

三、 失灵保护
1 失灵保护的基本原理
失灵保护由电压闭锁元件、保护动作与电流判别构成的启动回路、时间元件及跳闸出口回路组成。

启动回路是保证整套保护正确工作的关键之一，必须安全可靠，应实现双重判别，
防止单一条件判断断路器失灵，以及因保护接点卡涩不返回或误碰、误通电等造成的误启动。

启动回路包括启动元件和判别元件，两个元件构成“与”逻辑。

解除闭锁
图6 断路器失灵保护原理框图
启动元件通常利用断路器自动跳闸出口回路本身，可直接用瞬时返回的出口跳闸继电器接点，也可与出口跳闸继电器并联的、瞬时返回的辅助中间继电器接点，接点动作不复归表示断路器失灵。

判别元件以不同的方式鉴别故障确未消除。

现有运行设备采用相电流（线路）、零序电流（变压器）的“有流”判别方式。

保护动作后，回路中仍有电流，说明故障确未消除。

断路器失灵保护装置是以接入电流大小为判据的，因此将TA的二次电流接入断路器失灵保护装置时，应尽量选择靠近断路器处的TA，而且和母线保护用TA进行有效的“交叉”，彻底避免失灵保护死区的存在。

时间元件是断路器失灵保护的中间环节，对于双母线接线的变电站可以每个断路器设一个，也可以几个断路器共设一个。

一般每条母线设一个两段延时的时间元件，以较短延时跳母线联络断路器，以较长时间跳其他有关断路器。

为了防止单一时间元件故障造成失灵保护误动，对时间元件应与启动回路构成“与”逻辑后，再启动出口继电器。

电压闭锁的引入可以防止因误碰或保护中单一元件异常而造成的失灵保护误动，因此电压闭锁元件提高了防止失灵保护误动的能力。

通常取母线TV上的电压构成复合电压作为闭锁条件，即由“电压突变”、“低电压”、“负序电压”、“零序电压”组成。

2 500kV断路器失灵保护
一个半断路器主接线方式必须装设断路器失灵保护，以保证断路器失灵时缩小停电围，且系统中线路的第Ⅱ段必须与对侧一个半断路器主接线的失灵保护配合。

500kV断路器失灵保护一般按相启动，相电流元件按相判别，这样既起到了拒动相选择作用，也起到了保护动作接点未能返回时防止失灵保护误动的作用。

下面以南瑞继保公司的RCS-921A型断路器失灵保护装置为例，介绍其基本原理和实现方法。

500k断路器有单相跳闸启动失灵保护和三相跳闸启动失灵保护，失灵回路如图2所示。

失灵启动回路公共端01取自断路器保护保护屏，串联保护动作接点（TJA、TJB、TJC、TJQ、TJR）后接至断路器保护装置的开入量端子，从而形成一个完成的回路。

图中，单相跳闸接点（TJA、TJB、TJC）取自线路保护，三相跳闸接点（TJQ、TJR）取自操作箱中的出口继电器。

图7 500kV断路器失灵启动回路
500kV电压等级的断路器都配置了独立的断路器保护屏，失灵启动的电流判据和保护出口跳闸均在断路器保护装置中实现。

这也是500kV断路器失灵保护与220kV断路器失灵保护实现方法上一个显著的不同之处：前者是“分散式失灵”，而后者则是“集中式失灵”。

当中间断路器失灵时，由于线路对侧保护的跳闸元件难于保证相邻故障元件（特别对主变中性点附件的故障）末端故障灵敏度，故中间断路器的失灵保护需装设远方跳闸装置。

因此，失灵保护动作除跳开相邻的两母线断路器外，还要通过远方直跳，跳开对侧断路器；母线断路器拒动时，失灵保护动作，除跳开与之相邻的中间断路器外，还要通过远方直跳，跳开对侧断路器，并启动该母线的母差出口跳连接该母线上的所有断路器。

2.1 失灵保护实现逻辑
RCS-921A型断路器失灵保护装置的失灵启动逻辑主要分为以下几种：
2.1.1 故障相失灵
相对应的线路保护跳闸接点和失灵过流高定值都动作后，先经“失灵跳本断路器时间t1“延时发三相跳闸命令跳本断路器，如不能跳开再经“失灵跳相邻断路器时间t2”延时跳开相邻断路器。

电网断路器失灵跳本断路器时间t1整定为0.13S，失灵跳相邻断路器时间t2整定为0.25S
2.1.2 非故障相失灵
三相跳闸输入接点和失灵过流高定值都动作，并且失灵过流低定值元件持续动作时，先经“失灵跳本断路器时间t1”延时发三相跳闸命令跳本断路器，如不能跳开，则再经“失灵跳相邻断路器时间t2”延时跳开相邻断路器。

2.1.3 变压器三跳起动失灵
变压器三跳起动的失灵保护可分别经低功率因素、负序过流和零序过流3个辅助判据开放，这3个判据均可由整定控制字投退。

输出的动作逻辑先经“失灵跳本断路器时间t1”延时发三相跳闸命令跳本断路器，如不能跳开再经“失灵跳相邻断路器时间t2”延时跳开相邻断路器。

2.2 存在的问题及改进措施
通过上述的几种逻辑方式，不难发现，若被保护的电力线路未发生故障、而本断路器已经失灵的情况下（如此时SF6压力低禁止操作），此时再发生故障，则本断路器不能快速跳闸切除故障，断路器失灵保护仍要经过“失灵跳相邻开关时间t2（0.25S）”延时跳开相邻断路器，才能切除故障，这对于要求快速切除故障的500kV系统的运行稳定性时不利的。

因此，针对此类情况，建议在断路器失灵保护装置中增加“断路器操作闭锁”的开入，专门用于断路器本体已经失灵的情况，此时若发生故障，部逻辑应整定为“失灵不经延时跳开相邻断路器”。

3 220kV线路断路器失灵保护
220kV线路断路器失灵启动回路如图8所示，正电源01取自220kV失灵保护屏，串接电流启动接点（SLA-2、SLB-2、SLC-2、SL-2）和保护动作接点（TJA、TJB、TJC、TJQ、TJR），再通过024、025回到失灵保护屏，构成一个完整的回路。

其中电流启动接点取自线路保护屏中的断路器保护装置，单相跳闸接点取自线路保护装置，三相跳闸接点TJQ、TJR 取自操作箱。

反措要求相电流判别元件的动作时间和返回时间要快，均不能大于20ms；对于双母线断路器失灵保护，复合电压闭锁元件应设置两套。

当一条母线上的TV检修时，两套复合电压闭锁元件应由同一个TV供电。

为了确保失灵保护能够可靠切除故障，复合电压闭锁元件应该有1s左右的延时返回时间。

图8 220kV线路断路器失灵启动
220kV系统多采用双母线接线方式，对带有母联断路器或分段断路器的母线，要求断路器失灵保护应首先动作于断开母联断路器或分段断路器，然后动作于断开与拒动断路器连接在同一母线上的所有电源支路断路器，同时还应考虑运行方式来选定跳闸方式。

因此，当失灵启动开入后，220kV失灵保护屏由母线侧隔离开关辅助接点（1YQJ、2YQJ）判别所接母线，经母线复合电压闭锁，第一时限跳开母联、分段，第二时限切除该线路所在母线的所有断路器，并启动远跳或其它保护停信直跳线路对侧断路器
4 主变断路器失灵保护
4.1 失灵启动回路
目前，微机变压器保护一般采用“相电流”或“零序、负序电流”动作，配合“断路器合闸位置”、“保护动作”三个条件组成的“与”逻辑启动断路器失灵保护。

如图9所示。

A 屏保护动作
B
屏保护动作
+24 V
启动失灵开入
解除复压闭锁
解除I 母复压闭锁解除II 母复压闭锁
01
A 屏保护动作
024025
图9 茶园主变220kV 断路器失灵启动回路
024/1B-S131
图10 叶子冲#1主变220kV 断路器失灵及解除复合电压闭锁
图9中，K1、K3分别为失灵装置中的电流判别开出接点。

在实际应用中，变压器启动失灵逻辑一般不使用反映“断路器位置”的“合闸位置”或“跳闸位置”接点。

因为在断路器本体机械出现问题时，“断路器位置”接点的使用会造成失灵保护的拒动。

实际运行中多次出现过因断路器连杆脱落造成断路器失灵（如LW6-220型高压断路器），在这种情况下，断路器主触头没有分开，但其辅助接点已经分开，相应的“断路器位置”无法反映断路器主触头的位置。

因此，在主变启动失灵回路中取消了断路器的位置接点，并在控制字中将“断
路器合闸位置”置“1”。

这样，断路器的位置接点不会闭锁整个失灵回路，即使发生连杆脱落的情况，失灵保护也能正确动作[4]。

另外，220kV以上的联络变压器，主变高、中压侧断路器失灵时，还应联跳主变三侧。

设计思路是：“母差保护动作接点”与“主变保护动作接点”构成“或”逻辑来启动主变非电量保护中中间继电器，通过其出口接点实现跳开主变各侧的功能。

4.2 失灵电流的设置
在主变旁路代路运行时，变压器的开关TA退出运行，但是套管TA是继续运行的。

在以前的设计中，判断失灵的电流取自主变套管电流互感器，是考虑在失灵保护启动回路用套管TA的相电流元件在旁路代变时可免去切换的麻烦，但是这种做法是不可取的。

因为，若故障点发生在开关TA与套管TA之间引线上，则即使断路器正确断开，套管TA中还是有电流通过，保护动作接点未返回，这将导致失灵启动回路误以为断路器未跳开，而导致失灵保护误动作，造成严重的后果，因此，应该将断路器启动失灵保护的电流取自主变开关TA，可避免上述情况的发生。

220kV茶园变主变保护中失灵装置电流回路如图5所示：
高
压
侧
开
关
TA
高
压
侧
套
管
TA
图11 220kV茶园变主变失灵启动电流回路
从图11可以看到，虽然在主变运行时失灵电流取自开关TA，但是在旁路代主变运行时，失灵电流取自套管TA，从保证电网稳定运行的角度来看，不宜采用这种旁路代主变的运行方式。

4.3 失灵解除复压闭锁
复合电压闭锁明显提高了失灵保护的安全性，但也为变压器高压侧断路器失灵保护带来麻烦，当变压器中、低压侧故障时，变压器高压侧母线电压下降较小，复合电压闭锁的灵敏度可能不够，由此可能造成失灵保护误闭锁。

因此“二十五项重点要求”中明确指出：变压器保护启动失灵的同时要延时解除失灵保护的复合电压闭锁。

解除的方式有两种，一种是利用故障电流及保护动作解除，其定值与失灵启动的有流判别定值一致，灵敏度也能满足要求，因为只要保护动作并且失灵启动，复压闭锁就能解除；第二种方式是利用变压器三侧的复合电压或门解除失灵闭锁。

即变压器任意一侧电压降低，就可启动，克服了电压降低较小的一侧灵敏度不够的问题，但是却增加了其误动的可能性。

对于第二种方式，电网在2009年3月份“继电保护简报”中明确提出：解除失灵复合电压闭锁回路，采用变压器保护“动作接点”解除失灵保护的电压闭锁，不能采用变压器保护
“各侧复合电压动作”接点解除失灵保护电压闭锁。

00.020.040.060.080.10.120.140.16
图12 220kV变压器低压侧故障时高压侧电压波形
00.020.040.060.080.10.120.140.16
Time
图13 220kV变压器低压侧故障时中压侧电压波形
00.020.040.060.080.10.120.140.16
00.020.040.060.080.10.120.140.16
00.020.040.060.080.10.120.140.16
Time
图14 220kV变压器低压侧故障时低压侧电压波形
四、断路器机构回路
1、压力闭锁回路
断路器液压操动机构以高压油推动活塞实现合闸与分闸，其压力闭锁由高到低一般设有“重合闸闭锁”、“合闸闭锁”、“分闸闭锁”等三级。

当操作机构压力下降到不能保证断路器正确操作时，根据压力降低的情况，分别闭锁重合闸、闭锁合闸、闭锁跳闸。

其典型接线图如图15所示。

在液压机构中，装设三个油压微动开关，见图15中虚线框标示，微动开关随着油压变化、活塞连杆移动而开闭，将其接入断路器二次回路中，控制跳合闸回路的通断。

由于过去的液压机构仅能提供一对压力闭锁接点，故其闭锁回路均利用操作箱中1YJJ、2YJJ、3YJJ压力继电器重动后实现。

如图15中所示，SF6低禁止操作继电器4YJJ有一个常开接点并接在闭锁跳闸继电器1YJJ两端，对于南瑞保护公司CZX系列操作箱而言，由于1YJJ串接在合闸回路、跳闸回路首端，当禁止操作继电器4YJJ动作时，既可以实现闭锁合闸，又可实现闭锁跳闸。

对于国电南自的FCX系列操作箱、许继ZFZ系列操作箱来说，由于1YJJ串接在跳闸回路末端，需要将断路器操作机构合闸回路的负端与跳闸回路的负端并在一起引至保护屏接1YJJ闭锁接点，经1YJJ接点到负电源。

这样，当禁止操作继电器4YJJ动作时，才能实现闭锁合闸和闭锁跳闸。

为了防止拒动，可靠地切除故障，220kV及以上电压断路器都配置了双跳闸操作机构,双跳闸回路操作箱，双操作电源。

但操作机构压力闭锁接点只有一套，只能控制一组压力闭锁继电器。

过去的设计理念中，为了在任何一组直流电源消失时压力闭锁继电器都不失电，“四统一”设计采用了电源切换回路，即正常时压力闭锁继电器使用第一组直流电源，当第一组直流电源消失时，自动切换到第二组直流电源，以保证有一路跳闸可以执行。

但是，自动切换方式有一个致命的弱点，那就是当压力闭锁回路短路时，会造成第一组直流电源消失，自动切换后，又会造成第二组直流电源消失，导致该断路器失去全部操作直流电源。

因此，相关反措规定不允许采用直流电源切换方式。

实际工作中，压力闭锁回路一般固定使用第一组直流电源或第二组直流电源，但是。

无论压力闭锁在保护屏操作箱执行或在断路器操作机构部执行，只要该组直流电源消失，闭锁跳闸继电器1YJJ失磁，分别串在两路跳闸回路中的1YJJ接点都随之断开，使得两路跳闸。