二次系统及继电保护基础知识 电力设备知识

变电站电气设备分为一次设备和二次设备。

一次设备（也称主设备）是构成电力系统的主体，它是直接生产、输送和分配电能的设备，包括发电机、电力变压器、断路器、隔离开关、电力母线、电力电缆和输电线路等。

二次设备是对一次设备进行控制、调节、保护和监测的设备，它包括控制器具、继电保护和自动装置、测量仪表、信号器具等。二次设备通过电压互感器和电流互感器与一次设备取得电的联系。一次设备及其连接的回路称为一次回路。二次设备按照一定的规则连接起来以实现某种技术要求的电气回路称为二次回路。

电力系统中为保证主设备安全可靠运行的继电保护和安全自动装置,调度自动化和通信等辅助系统称二次系统。

一、继电保护概念

继电保护，就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器或发出信号的一种自动装置。虽然继电器已被电子元件或计算机所代替，但仍沿用此名称。

二、继电保护在电力系统中的任务

（1）元件发生故障时，迅速准确地发跳闸命令，使之及时从系统中断开，最大限度减少对电力元件本身的损坏，降低对电力系统的影响。例如：19年3月份，220kV某某站#1主变变低5010刀闸上刀闸C相触头发热损坏，主变差动保护迅速出口跳开三侧开关，使之脱离系统，减少了故障对主变的损坏。

（2）反应电气设备的不正常工作情况，并根据情况和运维条件发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整予以切除。例如：某10KV线路发生接地故障，线路保护装置会发接地信号，运行值班人员根据信号就要做出相应处理。

三、电力系统对继电保护的基本要求：可靠性、选择性、快速性、灵敏性。

（1）可靠性。继电保护可靠性是最基本性能要求，它分为可信赖性与安全性。

可信赖性要求继电保护在设计要求它动作的异常或故障状态下，能够准确地完成工作。

安全性要求继电保护在非设计要求它动作的其他所有情况下，能够可靠地不动作。

（2）选择性。继电保护的选择性是指在对系统影响可能最小的处所，实现断路器的控制操作，以终止故障或系统事故的发展。

（3）快速性。继电保护的快速性是指继电保护应以允许的可能最快速度动作于断路器跳闸，以断开故障或终止异常状态发展。

（4）灵敏性。继电保护的灵敏性是指继电保护对设计规定要求动作的故障及异常状态能够可靠地动作的能力。

四、继电保护的分类

（1）按被保护对象分类：有输电线路保护、元件保护(如变压器保护) 、母线保护等

（2）按保护功能分类：有短路故障保护和异常运行保护。前者又可分为主保护、后备保护和辅助保护；后者又可分为过负荷保护、失磁保护、失步保护、低频保护、非全相运行保护等。

（3）按保护装置进行比较和运算处理的信号量分类：有模拟式保护和数字式保护。一切机电型、整流型、晶体管型和集成电路型（运算放大器）保护装置，它们直接反映输入信号的连续模拟量，均属模拟式保护；采用微处理机和微型计算机的保护装置，它们反应的是将模拟量经采样和模/数转换后的离散数字量,这是数字式保护。

（4）按保护动作原理分类：有过电流保护、低电压保护、过电压保护、功率方向保护、距离保护、差动保护、高频保护。

五、继电保护的组成

信号采集或信号转换部分

它要把电力系统的运行状态通过二次电压和二次电流或者开关量及时和真实地反映给保护装置。

启动测量（测量比较）元件

在系统故障和不正常状态时，一般是电流值突然增大或电压值突然下降。这种检测电流增大或电压降低在某个水平或阀值的元件叫启动元件。按照电流电压值变化而启动的元件用的很普遍，较复杂的保护有用功率、相角、阻抗、相序变化（包括正序、负序、零序电流和电压变化）而启动的，也有用高频信号远方启动的。

判断逻辑元件

它的功能是把启动测量元件送来的信号经过逻辑判断以检出是否故障或异常运行状态，得出是否行使保护职责的结论。在微处理机保护中是用保护装置中的软件程序来完成。

出口元件
它接受逻辑判断元件信号，发出出口指令，指令可以是声光显示信号叫值班人员前来处理，也可以是跳闸信号使断路器切除故障。

执行元件
继电保护的执行输出是靠断路器来执行的。当系统故障或异常发生时，保护装置出口使之动作，从而完成了对故障的切除或对系统异常的隔离。

六、继电保护的基本原理

继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量(电流、电压、功率、频率等)的变化，构成继电保护动作的原理，也有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。

（1）过电流保护（包括定时限与反时限过流保护，电流速断保护）

原理：由电流继电器，时间继电器和信号继电器组成，电流互感器和电流继电器组成测量元件，用来判断通过线路电流是否超过标准，时间继电器为延时元件，它以适当的延时来保证装置动作有选择性，信号继电器用来发出保护动作信号。

（2）低电压保护（过电压保护）

原理：正常运行时，电源母线电压正常，低电压继电器线圈带电吸合处于返回状态，其常闭接点断开，不会接通跳闸回路，当母线失电或由于某种如接地等故障发生时，母线电压降低到低电压继电器动作值时，继电器动作，常闭接点闭合，接通跳闸回路

（3）功率方向保护

原理：在双电源网络中，我们规定短路功率方向由母线指向线路为正方向。只有当保护装置检测到线路中的短路功率方向是从母线指向线路时，保护才允许动作。

（4）距离保护（阻抗保护）

原理：距离保护是指利用阻抗元件来反应短路故障的保护装置，阻抗元件的阻抗值是接入该元件的电压与电流的比值：U/I=Z，也就是短路点至保护安装处的阻抗值。因线路的阻抗值与距离成正比，所以叫距离保护或阻抗保护。当保护装置计算到的阻抗值小于整定值时，保护出口动作。

（5）电流差动保护

原理：将各侧电流大小和相位进行比较，决定保护是否动作的一种快速保护。各侧电流的大小相等，相位相同时差动回路几乎无电流，差动继电器不动作，两侧电流的大小不等或相位不同时，差动回路电流大，差动继电流动作。

主要用于：主变差动保护、线路纵联差动保护

（6）零序保护

原理：当系统三相电流平衡时，没有零序电流。当发生接地故障或不平衡时产生零序电流。当零序互感器采集零序电流或保护装置计算出来的3U0超过某定值时，保护动作出口。

（7）非电量保护（瓦斯保护、压力释放、油温高）

瓦斯保护：变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高，瓦斯继电器动作。