第四章 供配電繼電保護與二次回路

4.1供配電繼電保護的任務和要求

一、供配電系統(tǒng)繼電保護的任務、要求

1．繼電保護的任務繼電保護的任務，一是在供配電系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時，作用于短路點最近的斷路器或其它控制保護裝置，使之迅速跳閘，切除故障部分，恢復其它部分的正常運行，同時發(fā)出信號，提醒值班人員及時處理事故。

2．繼電保護的要求

(1)選擇性。應只切除故障元件，使停電范圍最小，(2)速動性。在發(fā)生故障時應能盡快動作，切除故障。

(3)靈敏性。保護裝置的反應能力。

(4)可靠性。一定要準確動作，即不能拒動；也不能誤動。4.2常用的保護繼電器一、電磁式繼電器。1.電磁式電流繼電器電磁式電流繼電器在繼電保護裝置中，通常用作起動元件，因此又稱為起動繼電器。供配電系統(tǒng)常用的DL-10型電磁式電流繼電器外形和符號如圖4-1所示。（a）外形

（b）集中表示法

（c）分開表示法繼電器的型號含義：2.電磁式電壓繼電器電磁式電壓繼電器的結構和工作原理與DL型電磁式電流繼電器基本相同。不同之處僅是電壓繼電器的線圈為電壓線圈，匝數(shù)多，導線細，與電壓互感器的二次繞組并聯(lián)。電壓繼電器文字符號為KV。（a）外形

（b）圖形符號3.電磁式時間繼電器電磁式時間繼電器在繼電保護裝置中，用作時限元件，使保護裝置的動作獲得一定延時，以滿足選擇性要求。DS-110（120）型電磁式時間繼電器的外形和符號如圖4-3所示。（a）外形

（b）圖形符號

4.電磁式信號繼電器

信號繼電器在繼電保護裝置中用于發(fā)出指示信號，表示保護動作，同時接通信號回路，發(fā)出燈光或者音響信號。信號繼電器的外形和符號如圖4-4所示。（a）外形

（b）圖形符號5.電磁式中間繼電器中間繼電器的觸頭容量較大，觸頭數(shù)量較多，在繼電保護裝置中用于彌補主繼電器觸頭容量或觸頭數(shù)量的不足。它通常用保護裝置的出口回路中，用來接通斷路器的跳閘回路，故又稱為出口繼電器。中間繼電器的外形和符號如圖4-5所示。（a）外形

（b）圖形符號6.感應式繼電器感應式電流繼電器具有電磁式電流繼電器、時間繼電器、信號繼電器和中間繼電器的功能，即它在繼電保護裝置中既能作為起動元件，又能實現(xiàn)延時、給出信號和直接接通跳閘回路；既能實現(xiàn)帶時限的過電流保護，又能同時實現(xiàn)電流速斷保護，從而使保護裝置大大簡化。

（a）外形

（b）圖形符號4.3電力變壓器的繼電保護一、變壓器故障的種類變壓器的故障可分為內部故障和外部故障兩種。

內部故障是指變壓器油箱內所發(fā)生的故障，包括相間短路、繞組的匝間短路和單相接地(碰殼)短路等；

外部故障是指引出線上絕緣管相間短路和單相接地等。

二、變壓器的繼電保護裝置

1．瓦斯保護

瓦斯保護的主要優(yōu)點是動作迅速、靈敏度高、結構簡單，能反應變壓器油箱內部各種類型的故障，尤其是對繞組的匝間短路反應最為靈敏

圖4-7所示是變壓器瓦斯保護的接線電路圖。當變壓器內部發(fā)生輕微故障時，瓦斯繼電器KG的上觸點1～2閉合，作用于報警信號。當變壓器內部發(fā)生嚴重故障時，KG的下觸點3～4閉合，經(jīng)中間繼電器KM作用于斷路器QF的跳閘線圈YR，使斷路器跳閘，同時KS發(fā)出跳閘信號。KG的下觸點3～4閉合時，也可以用聯(lián)接片XB切換位置，串接限流電阻R，只給出報警信號。

由于瓦斯繼電器KG的下觸點3～4在發(fā)生嚴重故障時可能有“抖動”(接觸不穩(wěn)定)現(xiàn)象，因此，為使斷路器可靠跳閘，特利用中間繼電器KM的觸點1～2作“自保持”觸點。只要KG的下觸點3～4一閉合，KM就動作，并借其上觸點1～2的閉合而使其處于自保持狀態(tài)，KG的下觸點3～4閉合后使斷路器QF跳閘，斷路器QF跳閘后，其輔助觸點QF（1～2）斷開跳閘回路，QF（3～4）則斷開中間繼電器KM的自保持回路，使中間繼電器返回。2．過電流保護

過電流保護，其繼電保護裝置和電流互感器都裝在變壓器一次側，它既能反應外部故障，也可以作為變壓器內部故障的后備保護。常用的接線方式有兩相電流差的聯(lián)結、兩相星形聯(lián)結和三個繼電器的兩相不完全星形聯(lián)結方式。

3．電流速斷保護具有帶時限的過電流保護，既能反映應變壓器的外部故障，也能反映應變壓器的內部故障。但當過電流保護動作時限大于0.5s，必須安裝電流速斷保護，使故障變壓器能迅速地從系統(tǒng)中切除。

4．過負荷保護變壓器的過負荷保護是用來反應變壓器正常運行時出現(xiàn)的過負荷情況。這種保護只有在變壓器確實有可能過載時才裝設。變壓器的過負荷保護只需要在一相上裝一個電流繼電器。

使其動作延時大于過電流保護裝置的動作延時，一般采用10～15s。

變壓器的電流速斷保護、定時限過電流保護及過負荷保護的綜合電路圖

5．差動保護

差動保護是反映變壓器兩側電流差額而動作的繼電保護裝置，其動作原理如圖4-10所示。將變壓器兩側的電流互感器串聯(lián)起來構成環(huán)路，電流繼電器并聯(lián)在環(huán)路上

差動保護的保護范圍是變壓器兩側電流互感器安裝地點之間的區(qū)域，因此它可以保護變壓器內部及兩側套管和引出線上的相間短路。它在保護范圍外短路時不動作，因此，不需要與相鄰元件的保護在整定值和動作時間上進行配合，可以構成無延時的速動保護。

4.4斷路器的控制回路和信號系統(tǒng)一、概述

斷路器的控制回路就是控制斷路器分、合閘的回路。它取決于斷路器操動機構的型式和操作電源的類別。高壓斷路器的操動機構有手力式、電磁式和彈簧式等型式；操作電源有直流和交流兩類。

信號系統(tǒng)是用來指示一次設備運行狀態(tài)的二次系統(tǒng)。按用途分，有斷路器位置信號、事故信號和預告信號。

二、采用手力操動機構的斷路器控制回路及其信號系統(tǒng)

圖4-11為采用手力操動機構的控制回路及其信號系統(tǒng)。其中，WC-控制小母線、

WS-信號小母線、YR-跳閘線圈、KA-保護裝置出口繼電器觸點、GN-綠色信號燈、RD-紅色信號燈、QM-手力操作機構輔助觸點、QF1～6-斷路器輔助觸點。三、采用電磁操動機構的斷路器控制回路及其信號系統(tǒng)

圖4-12為采用電磁操動機構的斷路器控制回路及其信號系統(tǒng)，其中，WC-控制小母線、WL-燈光指示小母線、WF-閃光信號小母線、WS-信號小母線、WAS-事故信號小母線、WO-合閘小母線、SA—控制開關、KO-合閘接觸器、YO-電磁合閘線圈、YR-跳閘線圈、KA-保護裝置出口繼電器觸點、GN-綠色信號燈、RD-紅色信號燈、ON-合閘操作方向、OFF-分閘操作方向。

4.5供配電系統(tǒng)的二次回路二次回路又稱二次系統(tǒng)，是對一次設備進行監(jiān)測、控制、調節(jié)和保護的電氣回路。用來反映一次系統(tǒng)的工作狀態(tài)和控制、調整一次設備。當一次系統(tǒng)發(fā)生事故時，能夠立即動作，使故障部分退出運行。

一、二次回路的操作電源

操作電源主要是向二次回路提供所需的電源。操作電源主要有直流和交流兩大類，

1．直流操作電源

(1)蓄電池組供電的直流操作電源

蓄電池組供電的直流操作電源是一種與電力系統(tǒng)運行方式無關的獨立電源系統(tǒng)。即使在變電所完全停電的情況下，仍能在24小時內可靠供電，具有很高的供電可靠性。

供配電系統(tǒng)的二次回路功能示意圖

(2)硅整流直流操作電源。硅整流直流操作電源在變電所應用比較普遍，按斷路器操動機構的要求可分為電磁操動的電容儲能和彈簧操動的電動機儲能等。

2．交流操作電源取自于所用主變的交流操作電源。變配電所的用電一般應設置專門的變壓器供電，簡稱所用變。變電所的用電主要有室外照明、室內照明、生活區(qū)用電、事故照明、操作電源用電等.

二、電測量儀表與絕緣監(jiān)視裝置1．電測量儀表在電力系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)中，電測量有三個作用：一是計費測量，主要計量用電單位的用電量，如有功電度表、無功電度表；二是對供電系統(tǒng)中運行狀態(tài)、技術經(jīng)濟分析所進行的測量，如電壓、電流、有功功率、無功功率、及有功電能、無功電能測量等，這些參數(shù)通常都需要定時記錄；三是對交、直流系統(tǒng)的安全狀況，如絕緣電阻、三相電壓是否平衡等進行監(jiān)測。用途不同，測量儀表的選擇也不同。一般計費儀表要求準確度較高，其他測量儀表的準確度要求則相對低一些。(1)變配電裝置中測量儀表的配置

①在供配電系統(tǒng)的每一條電源進線上，必須裝設計費用的有功電度表和無功電度表及反映電流大小的電流表。通常采用標準計量柜，計量柜內有計量專用電流、電壓互感器。②在變配電所的每一段母線上(3kV～10kV)，必須裝設電壓表4只，其中一只測量線電壓，其他三只測量相電壓。

③

35/（6kV～10kV）變壓器應在高壓側或低壓側裝設電流表、有功功率表、無功功率表、有功電度表和無功電度表各一只：（6～10kV）／0.4kV的配電變壓器，應在高壓側或低壓側裝設一只電流表和一只有功電度表，如為單獨經(jīng)濟核算的單位變壓器還應裝設一只無功電度表。④

3kV～10kV配電線路，應裝設電流表、有功電度表和無功電度表各一只，如不是單獨經(jīng)濟核算單位時，無功電度表可不裝設。當線路負荷大于等于5000kVA時，還應裝設一只有功功率表。⑤低壓動力線路上應裝一只電流表。照明和動力混合供電的線路上照明負荷占總負荷的15％～20％以上時，應在每相上裝一只電流表。如需電能計量，一般還應裝設一只三相四線有功電度表。⑥并聯(lián)電容器總回路上，每相應裝設一只電流表，并應在總回路上裝設一只無功電度表。(2)儀表的準確度要求①交流電流、電壓表、功率表可選用1.5～2.5級；直流電路中電流、電壓表可選用1.5級：頻率表可選用0.5級。電度表及互感器準確度配置如表所示。測量要求互感器準確度電度表準確度配置說明計費計量0.2級0.5級有功電度表0.5級專用有電能計量表kWh及以上0.5級1.0級有功電度表1.0級專用有電能計量表2.0級無功電度表kWh及以下315kVA以上變壓器高壓計量計費計量及一般計量1.0級2.0級有功電度表3.0級無功電度表315kVA以上變壓器高壓計量75kW及以上電動機電能計量一般計量1.0級1.5級和0.5級測量儀表3.0級2.5級測量儀表不重要回路②儀表的測量范圍和電流互感器變流比的選擇，

（3）電路電能的測量①電能表的接線②單相電能表的接線

③低壓三相四線制電路中電能表的接線④三相三線制電路有功電能的接線三相三線制電路采用兩元件三相有功電能，兩元件的電流線分別接在L1、L3相時，它們的電壓線圈則應分別接在L1、L2相和L2、L3相，不得接錯和接反，否則能出現(xiàn)電能表停轉或反轉等異常現(xiàn)象。其接線如圖4-19所示。⑤三相電路無功電能的測量無功電能的測量，主要在于判斷供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)。功率因數(shù)過低會增加系統(tǒng)的損耗，不能充分發(fā)揮供電設備的效益。2.絕緣監(jiān)察裝置絕緣監(jiān)察裝置主要用來監(jiān)視小接地電流系統(tǒng)相對地的絕緣狀況。

圖4-21為6～10kV母線的絕緣監(jiān)察裝置及電壓測量電路，其中，TV—電壓互感器、QS—高壓隔離開關及輔助觸點、SA—轉換開關

PV—電壓表、KV—電壓繼電器、KS—信號繼電器

WC一控制小母線

WS