變電二次設備及系統(tǒng)

變電二次設備及系統(tǒng)非電專業(yè)新員工霍永紅2012年8月ZYYW20120204主講：宋志明變電二次設備及系統(tǒng)變電二次系統(tǒng)構成微機保護系統(tǒng)安全自動裝置監(jiān)控系統(tǒng)繼電保護基本知識繼電保護配置及原理微機保護裝置組成變壓器保護線路保護母線保護課程結構圖1變電站二次系統(tǒng)的構成一次設備是直接生產(chǎn)、輸送和分配電能的設備，如發(fā)電機、變壓器、斷路器、隔離開關、電力電纜、母線、輸電線、電抗器、避雷器、高壓熔斷器、電流互感器、電壓互感器等。一次設備及其相互間的連接電路稱為一次接線或主接線，是構成電力系統(tǒng)的主體。1變電站二次系統(tǒng)的構成對一次設備起控制、保護、調節(jié)、測量等作用的設備稱為二次設備，如控制與信號、繼電保護及安全自動裝置、電氣測量儀表、操作電源等。二次設備及其相互間的連接電路稱為二次接線或二次回路。

1變電站二次系統(tǒng)的構成變電站二次系統(tǒng)的構成包括：1.監(jiān)控子系統(tǒng)2.保護子系統(tǒng)3.自動控制系統(tǒng)4.人機聯(lián)系1變電站二次系統(tǒng)的構成2繼電保護基本知識單擊此處編輯課程編碼電力系統(tǒng)故障所謂短路是指相與相之間或相與地之間的短接，以及電機或變壓器同一相繞組不同線匝之間的短接。電力系統(tǒng)短路的基本形式有三相短路、兩相短路、單相接地短路、兩相接地短路及發(fā)電機或變壓器同一相繞組不同線匝之間的短接（簡稱匝間短路）。

什么是短路？2繼電保護基本知識電力系統(tǒng)故障的危害有哪些？2.1繼電保護基本知識故障點的電弧使故障設備損壞。短路電流使故障回路中的設備遭到損壞。短路時可能使電力系統(tǒng)的電壓大幅度下降，使用戶的正常工作遭到破壞，影響用戶產(chǎn)品質量。嚴重時可能造成電壓崩潰，引起大面積停電。破壞電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性?？赡芤鹣到y(tǒng)振蕩，甚至造成電力系統(tǒng)的瓦解。

2.1繼電保護基本知識2.1.1繼電保護的作用繼電保護的接線簡圖繼電保護與一次側電力系統(tǒng)設備之間的連接簡圖。繼電保護就是通過二次側弱電系統(tǒng)來控制（如跳開、閉合）一次側強電系統(tǒng)設備。內(nèi)部故障時發(fā)出跳閘命令不正常工作時發(fā)出告警信號

繼電保護的要求選擇性速動性靈敏性可靠性簡稱“四性”2.1.2繼電保護的基本要求

選擇性例1：

當k1點短路時，保護1、2動→跳1QF,2QF2.1.2繼電保護的基本要求選擇性例2：

當k2點短路時，保護5、6動→跳5QF、6QF2.1.2繼電保護的基本要求

2.1.2繼電保護的基本要求速動性可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性減少用戶在低電壓下工作時間減少故障元件損壞程度避免故障進一步擴大作用于斷路器跳閘的保護都要求動作迅速

2.1.2繼電保護的基本要求靈敏性

對反應于數(shù)值上升而動作的過量保護（如電流保護）

2.1.2繼電保護的基本要求靈敏性②對反應數(shù)值下降而動作的欠量保護（如低電壓保護）

2.1.2繼電保護的基本要求可靠性

2.1.2繼電保護的基本要求可靠性敵不動我不動拒動敵一動我亂動誤動2.1.3繼電保護基本構成

測量部分的作用是測量被保護元件的運行參數(shù)，并與保護的整定值進行比較，以判斷被保護元件是否發(fā)生故障。邏輯部分是根據(jù)測量部分輸出的信號，按照預定的邏輯關系，判斷保護裝置是否應該動作，即實現(xiàn)選擇性的要求，并向執(zhí)行部分發(fā)出信號。執(zhí)行部分根據(jù)邏輯部分送來的信號，按照預定的任務，動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號。2.1.4繼電保護分類按保護所反應的故障類型

接地保護

失磁保護

相間短路保護

匝間短路保護

2.1.4繼電保護分類主保護后備保護輔助保護一般用于彌補主保護某些性能的不足，而裝設的一種保護。能按要求切除被保護線路（或元件）范圍內(nèi)的短路故障起主要作用的繼電保護。當主保護或斷路器拒絕動作時起作用的繼電保護。有遠后備和近后備兩種方式。1234562.1.4繼電保護分類變壓器保護輸電線路保護發(fā)電機保護母線保護電動機保護按被保護的對象

電容器保護2.1.4繼電保護分類按保護所反應的物理量

電流保護電壓保護方向電流保護距離保護差動保護高頻保護瓦斯保護課上練習選擇題1、下列不屬于電力系統(tǒng)繼電保護的四項基本性能要求的是（）。

（A）可靠性；（B）安全性；（C）選擇性；（D）快速性。2、屬于二次設備的是（）。

（A）母線；（B）斷路器；（C）電流互感器；（D）繼電器。BD3、當系統(tǒng)發(fā)生故障時，正確地切斷離故障點最近的斷路器，是繼電保護的（）的體現(xiàn)。

（A）快速性；（B）選擇性；（C）可靠性；（D）靈敏性。4、以允許的可能最快速度動作于斷路器跳閘，以斷開故障或終止異常狀態(tài)的發(fā)展，是繼電保護的（）的體現(xiàn)。

（A）靈敏性；（B）快速性；（C）可靠性；（D）選擇性。課上練習BB判斷題1、電力系統(tǒng)繼電保護的四項基本性能要求為可信賴性、安全性、選擇性和快速性。（）2、繼電保護裝置是保證電力元件安全運行的基本設備，任何電力元件不得在無保護的狀態(tài)下運行。（）課上練習

×√3、繼電保護在電力系統(tǒng)的主要作用是防止事故的發(fā)展，限制事故的影響范圍，最大限度的確保安全發(fā)、供電。（）4、電力系統(tǒng)繼電保護的四項基本性能要求為可靠性、選擇性、快速性和靈敏性。（）課上練習√√5、快速切除故障，是為了提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。（）6、不重要的電力設備可以在短時間內(nèi)無保護狀態(tài)下運行。（

）課上練習√×2.2繼電保護配置及原理繼電保護的對象輸電線路變電站母線主變壓器電抗器站用電變壓器電容器發(fā)電機電動機……線路保護母線及失靈保護變壓器保護站用變保護電容器保護電抗器保護發(fā)電機保護電動機保護……2.2繼電保護配置及原理1#主變220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母線路線路線路站用變電容器線路母線保護范圍線路保護范圍1#主變220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母線路線路線路站用變電容器線路1#主變220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母線路線路線路站用變電容器線路1#主變220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母線路線路線路站用變電容器線路1#主變220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母線路線路線路站用變電容器線路1#主變220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母線路線路線路站用變電容器線路1#主變220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母線路線路線路站用變電容器線路1#主變220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母線路線路線路站用變電容器線路1#主變220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母線路線路線路站用變電容器線路1#主變220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母線路線路線路站用變電容器線路1#主變220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母線路線路線路站用變電容器線路1#主變220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母線路線路線路站用變電容器線路1#主變220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母線路線路線路站用變電容器線路1#主變220kV1母220kV2母10kV1段110kV1母110kV2母線路線路線路站用變電容器線路主變保護范圍2.2繼電保護配置及原理

2.2.1

220kV線路保護保護構成主保護縱聯(lián)差動保護縱聯(lián)距離（方向）保護后備保護三段式相間、接地距離保護階段式零序保護

2.2.1

220kV線路保護2.2.1.1220kV線路保護----主保護縱聯(lián)保護：是利用線路兩端的電氣量在故障與非故障時的特征差異構成保護。

如何比較兩端的電氣量？本端電氣量信息告訴對端，對端電氣量信息告訴本端。2.2.1.1220kV線路保護----主保護

通道類型：

電力線載波通道微波通道光纖通道導引線通道

隨著電網(wǎng)的建設發(fā)展，線路保護通道將實現(xiàn)全面光纖化。2.2.1.1220kV線路保護--主保護2.2.1.2220kV線路保護

----后備保護

——阻抗測量——電路中通過的電流與它兩端的電壓成正比，與它的電阻成反比。

歐姆定律距離保護2.2.1.2220kV線路保護

----后備保護短路故障時

距離保護是反映被保護線路始端電壓和線路電流的比值而工作的一種保護，這個比值稱為測量阻抗正常運行時IZUIZU負載阻抗，其值較大短路阻抗，其值較小2.2.1.2220kV線路保護

----后備保護距離保護的由來就是保護安裝處與短路點之間的距離距離保護的定義距離保護就是根據(jù)故障點至保護安裝處的距離來確定動作時間的一種保護方式

因為距離保護時根據(jù)測量阻抗的大小來反映故障點的遠近，故稱為距離保護。由于它是反映阻抗參數(shù)而工作的，故有時也成為阻抗保護。2.2.1.2220kV線路保護

----后備保護距離保護屬于反應單端電氣量變化而構成的保護。距離保護的配置一般為三段式。距離保護的優(yōu)點是基本不受系統(tǒng)運行方式變化的影響。其中，距離I段不受系統(tǒng)運行方式的影響。2.2.1.2220kV線路保護

----后備保護單擊此處編輯課程編碼2.2.1.3220kV線路保護----主流廠家設備RCS-931WXH-803CSC-103課上練習1、既能保護本線路全長，又能保護相鄰線路全長的保護是（）。(A)距離Ⅰ段； (B)距離Ⅱ段；(C)距離Ⅲ段(D)高頻距離保護。2、高頻保護的范圍（）。（A）本線路全長；（B）相鄰一部分；（C）本線路全長及下一段線路的一部分；（D）相鄰線路。CA課上練習220kV線路保護是如何配置的？主保護：縱聯(lián)差動保護縱聯(lián)距離（方向）保護后備保護：三段式的相間距離保護三段式的接地距離保護階段式零序保護。2.2.2220kV母線保護的配置2.2.2220kV母線保護的配置保護構成母線差動保護斷路器失靈保護母聯(lián)死區(qū)保護母聯(lián)失靈保護母聯(lián)過流保護220kV1母220kV2母線路1線路2母聯(lián)I1IMLI2母線差動保護基本原理：基爾霍夫電流定律母聯(lián)非全相保護（選配）2.2.2.1220kV母線保護----母線差動保護220kV1母220kV2母線路1線路2母聯(lián)I1IMLI2母線差動保護基本原理：基爾霍夫電流定律母線發(fā)生故障時：例如1號母線故障I1I1I1故障母線的選擇：1母小差：2母小差：如圖所示，220kV母線配置有差動保護，電流值為二次流入保護的電流，（各斷路器CT變比相同），試求大差和I母小差、II母小差各多少安？

課上練習區(qū)外故障IIIML*****I2I1IMI3I42.2.2.1220kV母線保護----母線差動保護區(qū)內(nèi)故障IIIML*****I2I1IMI3I4K22.2.2.1220kV母線保護----母線差動保護區(qū)內(nèi)故障IIIML*****I2I1IMI3I4K12.2.2.1220kV母線保護----母線差動保護220kV1母220kV2母線路1線路2母聯(lián)斷路器拒動線路4線路3斷路器失靈保護是"近后備"中防止開關拒動的一項有效措施，當斷路器拒動時快速切除相連的其它電源支路，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。2.2.2.2220kV母線保護----斷路器失靈保護2.2.2.3220kV母線保護

----母聯(lián)斷路器相關保護

母聯(lián)死區(qū)保護母聯(lián)失靈保護充電過流保護（選配）非全相保護（選配）220kV1母220kV2母線路1線路3母聯(lián)斷路器母聯(lián)充電保護當任一組母線檢修后再投入之前，利用母聯(lián)斷路器對該母線進行充電試驗時可投入母聯(lián)充電保護，當被試驗母線存在故障時，利用充電保護切除故障。母線故障大多是單相接地短路和由其引起的相間短路。造成母線故障的主要原因有：1）母線絕緣子和斷路器套管的閃絡；2）裝設在母線上的電壓互感器及裝設在斷路器和母線之間的電流互感器發(fā)生故障；3）操作切換時引起空氣斷路器和隔離開關的支持絕緣子損壞；4）因為空氣污穢，其中含有損壞絕緣子的氣體或固體物質而導致的閃絡等；5）由于運行人員的誤操作，如帶負荷拉隔離開關產(chǎn)生電弧而引起母線故障等。

2.2.2.4220kV母線保護----造成母線故障的原因繼電保護的基本配置單擊此處編輯課程編碼2.2.2.5220kV母線保護----主流廠家設備RCS-915WMH-800CSC-150課上練習造成母線故障的的主要原因有哪些？

1）母線絕緣子和斷路器套管的閃絡；2）裝設在母線上的電壓互感器及裝設在斷路器和母線之間的電流互感器發(fā)生故障；3）操作切換時引起空氣斷路器和隔離開關的支持絕緣子損壞；4）因為空氣污穢，其中含有損壞絕緣子的氣體或固體物質而導致的閃絡等；5）由于運行人員的誤操作，如帶負荷拉隔離開關產(chǎn)生電弧而引起母線故障等。

2.2.3變壓器保護的配置繼電保護的基本配置單擊此處編輯課程編碼2.2.3.1變壓器保護的配置保護構成主保護后備保護瓦斯保護（非電量）縱聯(lián)差動保護（電氣量）其他非電量保護復合電壓閉鎖過流（方向）保護零序過流（方向）保護間隙電流及零序電壓保護過負荷保護失靈聯(lián)跳主變各側保護冷卻器全停保護油面（繞組）溫度高保護壓力釋放保護2.2.3.2變壓器保護——差動保護

差動保護是變壓器的主保護，主要反應變壓器油箱內(nèi)部、外部套管和引出線的相間和接地短路故障，以及繞組的匝間短路故障（短接匝數(shù)較多）差動保護是按比較被保護的變壓器各側電流的大小和相位的原理實現(xiàn)的。單擊此處編輯課程編碼1#主變220kV1母220kV2母110kV1母110kV2母10kV1段IHIMIL變壓器差動保護基本原理：基爾霍夫電流定律2.2.3.3變壓器保護——差動保護單擊此處編輯課程編碼2.2.3.4變壓器保護——瓦斯保護瓦斯保護的概念油箱內(nèi)各種短路故障，特別是對繞組的相間短路和匝間短路。由于短路點電弧的作用，將使變壓器油和其它絕緣材料分解，產(chǎn)少氣體。氣體從油箱經(jīng)連通管流向油枕，利用氣體的數(shù)量及流速構成瓦斯保護。

2.2.3.4變壓器保護——瓦斯保護

2.2.3.5變壓器保護——后備保護

為什么還要配置變壓器后備保護？

變壓器作為重要的電氣元件，不僅裝設具有快速動作的主保護（瓦斯和縱差），還裝設有反應相間短路和接地故障的后備保護。既能反應變壓器內(nèi)部故障作主保護的近后備，又能反應變壓器外部故障，作相鄰元件的遠后備。繼電保護的基本配置單擊此處編輯課程編碼2.2.3.6變壓器保護——主流廠家設備RCS-978WBH-800PST-1200RCS-974非電量保護3、氣體(瓦斯)保護是變壓器的()。（A）主后備保護；（B）內(nèi)部故障的主保護；（C）外部故障的主保護；（D）外部故障的后備保護。課上練習B4、變壓器的縱差動保護（）。（A）能反應油箱內(nèi)部的故障；（B）只能反應油箱內(nèi)部的故障；（C）不能反應油箱內(nèi)部的故障。5、變壓器差動保護范圍為（）。（A）變壓器低壓側；（B）變壓器高壓側；（C）變壓器兩側TA之間設備；（D）變壓器中間側。課上練習AC課上練習6、距離保護第一段動作，切除故障的時間是（）。(A)絕對零秒；(B)保護裝置與斷路器固有的動作時間；(C)可以按需要而調整；(D)0.1s。7、變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時的主保護是（）保護。（A）瓦斯；（B）過電壓；（C）過流。BA課上練習8、變壓器裝設的過流保護,是變壓器()。（A）負荷過電流主保護；（B）差動、瓦斯保護后備保護；（C）線圈相間短路過電流主保護。9、斷路器失靈保護是()。（A）主保護；（B）近后備保護；（C）輔助保護；（D）遠后備保護。BB課上練習10、所謂母線充電保護是（）。（A）母線故障的后備保護；（B）利用母線上任一斷路器給母線充電時的保護；（C）利用母聯(lián)斷路器給另一母線充電時的保護。C課上練習判斷題

1、距離保護是利用線路阻抗元件反映短路故障的保護裝置。（）2、變壓器外部有穿越電流流過時，氣體繼電器動作。（）3、所謂微機變壓器保護雙重化指的是雙套差動保護和一套后備保護。（）√

×

×

課上練習判斷題

4、變壓器的后備保護，主要是作為相鄰元件及變壓器內(nèi)部故障的后備保護。（）5、差動保護范圍是變壓器各側TA之間的設備。（）√

√

2.2.4

微機保護裝置的硬件組成一般典型的微機保護硬件結構是由五個部分構成的，即數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（微機主系統(tǒng)）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（模擬量輸入系統(tǒng)）、數(shù)字量(開關量）輸入/輸出系統(tǒng)、人機接口、電源系統(tǒng)。2.2.4

微機保護裝置的硬件組成光耦電源交流低通濾波CPU通信信號跳閘出口電源系統(tǒng)cpu系統(tǒng)輸出系統(tǒng)輸入系統(tǒng)2.2.4

微機保護裝置的硬件組成人機接口裝置的正面面板布置圖

課上練習選擇題

1、把交流電轉換成直流電的過程叫（）。

（A）變壓；（B）穩(wěn)壓；（C）整流；（D）逆變。2、把直流電轉換成交流電的過程叫（）。

（A）變壓；（B）穩(wěn)壓；（C）整流；（D）逆變。

C

D

課上練習微機保護硬件系統(tǒng)通常包括哪幾個部分?

微機保護硬件系統(tǒng)通常包含以下五個部分：（1）數(shù)據(jù)處理單元，即微機主系統(tǒng)；（2）數(shù)據(jù)采集單元，即模擬量輸入系統(tǒng)；（3）數(shù)字量輸入/輸出系統(tǒng)，即開關量輸入/輸出系統(tǒng)；（4）人機接口；（5）逆變電源。

3自動裝置基本知識單擊此處編輯課程編碼電力網(wǎng)中的自動裝置包括備用電源自動投入裝置、自動重合閘裝置、自動并列裝置、低頻低壓減載裝置、自動解列裝置、安全穩(wěn)控裝置、故障錄波裝置、故障測距裝置等。

應用：主要用于輸配電線路二次系統(tǒng)中，對線路斷路器的非手動（包括遙控）分閘進行重新合閘操作。變電二次設備及系統(tǒng)據(jù)統(tǒng)計，架空輸電線路上有90%的故障是瞬時性的故障，如雷擊、鳥害。3.1

自動重合閘變電二次設備及系統(tǒng)1、提高了供電的可靠性。2、補救保護誤動、人員誤碰、機構失靈導致的斷路器的誤跳閘。3、提高了系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。自動重合閘的作用3.1

自動重合閘變電二次設備及系統(tǒng)自動重合閘的方式單相重合閘三相重合閘綜合重合閘重合閘停用重合閘的起動方式位置不對應起動保護起動3.1

自動重合閘自動重合閘與繼電保護的配合方式自動重合閘與繼電保護的前加速配合方式自動重合閘與繼電保護的后加速配合方式3.2備用電源自動投入裝置定義：當工作電源因故障自動跳閘后，自動迅速地將備用電源投入的一種自動裝置，簡稱備自投裝置。變電二次設備及系統(tǒng)作用：提高供電的可靠性?；疽?、應保證工作電源斷開后，備用電源才能投入。2、工作母線不論任何原因電壓自行消失，備用電源均應投入。3、備用電源只能投入一次。4、若電力系統(tǒng)內(nèi)部故障使工作電源和備用電源同時消失時，備自投裝置不應動作。5、備自投裝置應配有減負荷功能。6、備用電源投于故障時，繼電保護應加速動作。7、備自投裝置的動作時間以使負荷的停電時間最短為原則。變電二次設備及系統(tǒng)3.2備用電源自動投入裝置分段（橋）備自投段PTPTICT1DL110kV-ⅡⅠ母線Ⅱ母線3DL2DL110kV-Ⅰ段2CT1線路PT2線路PT電源1電源2舉例13.2備用電源自動投入裝置進線備自投方式1段PTPTICT1DL110kV-ⅡⅠ母線Ⅱ母線3DL2DL110kV-Ⅰ段2CT1線路PT2線路PT進線1進線2舉例23.2備用電源自動投入裝置進線備自投方式2段PTPTICT1DL110kV-ⅡⅠ母線Ⅱ母線3DL2DL110kV-Ⅰ段2CT1線路PT2線路PT進線1進線2舉例33.2備用電源自動投入裝置課上練習判斷題1、為了使用戶的停電時間盡可能短，備用電源自動投入裝置可以不帶時限。（）2、誤碰保護引起斷路器跳閘后，自動重合閘不應動作。（）×

×

課上練習對備用電源自動投入裝置的基本要求有哪些？1、應保證工作電源斷開后，備用電源才能投入。2、工作母線不論任何原因電壓消失，備用電源均應投入。3、備用電源只能投入一次。4、若電力系統(tǒng)內(nèi)部故障使工作電源和備用電源同時消失時，備自投裝置不應動作。5、備自投裝置應配有減負荷功能。6、備用電源投于故障時，繼電保護應加速動作。7、備自投裝置的動作時間以使負荷的停電時間最短為原則。4

變電站監(jiān)控系統(tǒng)安全監(jiān)視與數(shù)據(jù)處理記錄數(shù)據(jù)采集控制與操作閉鎖諧波分析與監(jiān)視電能量運行參數(shù)統(tǒng)計計算故障錄波事件順序記錄模擬量遙測越線告警五防系統(tǒng)開關量遙信變壓器分接頭遙調QFQS操作遙控監(jiān)控系統(tǒng)4.1數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集：對一次運行設備的各種狀態(tài)信息進行采集主要內(nèi)容模擬量（遙測量）：電壓，電流和功率值，頻率等。此外還有變壓器油溫，變電站室溫，直流電源電壓，所用電電壓和功率等。

開關量（遙信量）：斷路器狀態(tài)，隔離開關狀態(tài)，變電站一次設備狀態(tài)及報警信號，變壓器分接頭位置信號，繼電保護動作信號等。電能量：又稱脈沖量，指電能表輸出的電度量。變電所內(nèi)運行參數(shù)和設備的越限報警及記錄

越限報警：在監(jiān)控系統(tǒng)運行過程中，對采集的電流、電壓、主變壓器溫度、頻率等量，不斷進行越限監(jiān)視，如發(fā)現(xiàn)越限，立刻發(fā)出告警信號（信號和音響提示），同時記錄和顯示越限時間和越限值。另外，還要監(jiān)視保護裝置是否失電，自控裝置工作是否正常等。記錄：監(jiān)視及越限告警均保存到數(shù)據(jù)庫中，便于以后進行事故或缺陷分析，或供檢修參考。4.2數(shù)據(jù)處理和記