二次系统及继电保护介绍

第一节课

第一节概述

变配电所直接与生产和输配电能有关的设备称为一次设备，包括：发电机、变压器、断路器隔离刀闸、母线、互感器、电抗器、移相电容器、避雷器、输配电线路等，由一次设备连接而成的系统称为一次系统．

对一次电气设备进行监视测量操纵控制和起保护作用的辅助设备，称为二次设备，如：各种继电器、信号装置、测量仪表、控制开关、控制电缆、操作电源和小母线等．由二次设备连接成的回路称为二次回路或二次系统．

二次系统的任务是反映一次系统的工作状态，控制一次系统，并在一次系统发生事故时，能使事故部分退出工作．二次系统中的设备都是低压和弱电设备，数量较多，线路连接复杂．二次系统按二次设备的用途来分，可分为继电保护二次回路，自动装置二次回路，控制系统二次回路，测量仪表二次回路，信号装置二次回路和直流操作电源二次回路等．完整的表明二次回路，需要二次回路接线图和展开图等．

第二节原理接线图

原理接线图是将继电器及各种电器以集合整体的形式表示，用直线画出它们的相互联系，因而清楚形象的表明了继电保护信号系统和操作控制等的接线和动作原理．在原理图中各开关电器和继电器触点都是按照它们的正常状态表示的，即开关电器在断开位置而继电器线圈没有电流的状态．

2.2.1 原理接线图的特点

原理接线图的特点是一二次回路画在一起，对所有设备具有一个完整的概念．阅读这种接线图的要点是从一次接线看电流的电源；从电流互感器的二次侧看，故障电流出现后继电器的动作顺序，直到使断路器动作及发出信号．

第三节展开接线图

展开接线图的特点是将交流回路和直流回路分开表示，交流回路又分为电流回路和电压回路；直流回路分为操作回路与信号回路等．

第四节安装接线图

由于二次设备布置分散，需要用控制电缆将它们连接起来，所以安装时需要安装接线图．安装接线图包括盘面布置图，盘背面接线图和端子排图．

第五节继电保护

2.5.1 电气设备的故障

电气设备在运行中，由于外力的破坏，内部绝缘击穿以及误操作等原因，可能造成电气设备故障或异常工作状态．电气设备故障最多见的是短路，其中包括三相短路两相短路大电流接地系统的单相接地短路及电气设备内部线圈的匝间短路．

电气设备短路故障所引起的后果是多方面的，主要有：

①发生短路故障时，产生一个很大的短路电流，引起强电弧或导电回路的严重过热，可能

烧坏电气设备；

②发生短路时，通过故障设备的短路电流会产生一个很大的电动力，使电气设备遭受机械

力破坏；

③发生短路故障时，电力系统电压急剧下降，使用户正常生产电源遭到破坏，还会造成设

备停电停产；

④发生严重短路故障时，若处理不当，会破坏电力系统的稳定运行，使并网发电厂解裂，

甚至造成整个电力系统瓦解．给国民经济造成巨大损失．

短路电流的计算

在三相交流系统中可能发生的短路故障主要有三相短路、两相短路和单相短路，通常，三相短路电流最大。当短路点发生在发电机附近时，两相短路电流可能大于三相短路电流，当短路点靠近中性点接地的变压器时，单相短路电流也可能大于三相短路电流。

短路过程中短路电流变化的情况决定于系统电源容量的大小或短路点离电源的远近。在工程计算中，如果以供电容量为基准的短路电路计算电抗大于或等于3，认为电源母线电压维持不变，不考虑短路电流周期分量的衰减，短路电流将按短路电流不含衰减交流分量的系统，即无限大电源容量的系统或远离发电机端短路进行计算。否则，短路电流应按短路电流含衰减交流分量的系统，即有限电源容量的系统或靠近发电机端短路进行计算。

短路电流计算应求出最大短路电流值，以确定电气设备容量或额定参数；求出最小短路电流值，作为选择熔断器、整定继电保护装置或校验电动机起动的依据。

2.5.2 继电保护的任务

继电保护的任务就是自动迅速地将故障设备从电力系统切除，或及时针对各种不正常的运行状态发出信号通知运行值班人员，由值班人员处理，将事故尽可能限制在最小范围内．当正常供电的电源因故突然中断时，通过继电保护和自动装置还可以迅速投入备用电源，使重要设备能继续获得供电．

2.5.3 对继电保护的要求

为了能正确无误而又迅速的切除故障，要求继电保护具有足够的选择性、快速性、灵敏性和可靠性．

①选择性．系统发生故障时，继电保护装置应有选择的切除故障部分，非故障部分能够继

续运行，使停电范围尽可能缩小．继电保护动作的选择性，可通过正确的整定上下级保护的动作时限和电气动作值的大小来达到配合．

②快速性．快速切断故障，可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少电压降低的工作时

间．但快速性与选择性有时会发生矛盾，这时就要通过各种保护配合方式以处理好选择性和快速动作之间的辩证统一关系．

③灵敏性．灵敏性是指继电保护装置对其保护范围内的故障的反映能力，即继电保护装置

对被保护设备可能发生的故障和不正常运行方式的反应能力，应能灵敏的感受和很灵敏的反映，上下级保护之间灵敏性必须配合，也是保证选择性的条件之一．

④可靠性．为保证继电保护装置具有足够的可靠性，应力求接线方式简单，继电器性能可

靠，回路触点尽可能少．对继电保护装置按时进行校验和维修．

具体设备的继电保护

2.5.4 电力线路的保护

①过电流保护

在电力系统中，当发生短路时，其特征之一就是线路中的电流剧增．过电流保护就是利用这个特征在电流增长到超过事先按最大负荷电流而整定的数值时引起动作的一种保护装置．过电流保护按时限特性分为定时限过电流保护和反时限过电流保护．所谓的定时限过电流保护是指不管故障电流超过整定值多少，其动作时间总是一定的；若动作时间与故障电流值成反比变化，即故障电流超过整定值越多，动作时间越快，则称为反时限过电流保护．②电流速断保护

电流速断保护与过电流保护比较有两点区别：首先，电流速断保护的起动电流是按躲过被保护线路末端的最大短路电流整定的，因此继电器的起动电流要比过电流保护的起动电流大的多；其次，瞬时电流速断保护是通过动作电流的正确选择达到上下级保护动作的选择性，而不是依靠动作时间阶差来达到动作的选择性，其动作时间是零秒，是快速保护．由于电流速断保护具有可靠的选择性和快速性，因此多用于线路的主要保护．

③带方向电流保护

如果能出现双侧电流供电或环型供电，采用普通的电流保护就不能获得正确的选择性，