電力二次系統(tǒng)概述

1、課程名稱課題課 型周 次學(xué) 時授課時間月 日月 日月 日月 日月 日班級（人數(shù)）教學(xué)目的【知識目標(biāo)】1. 2.【能力目標(biāo)】1. 2. 【德育目標(biāo)】1. 2.教學(xué)重點教學(xué)難點教學(xué)方法教具/設(shè)備作 業(yè)教學(xué)后記授課教師年 月 日審 簽?zāi)?月 日電力二次系統(tǒng)概述本章介紹電力系統(tǒng)繼電保護、安全自動裝置(以下簡稱自動裝置)、二次回路的相關(guān)概念，使讀者掌握其作用和三者之間的關(guān)系；介紹電力系統(tǒng)對繼電保護和自動裝置的四個基本要求、繼電保護和自動裝置的基本組成，為讀者學(xué)習(xí)和分析繼電保護、自動裝置的具體問題打下基礎(chǔ)。>> 第一節(jié) 繼電保護、自動裝置、二次回路 一、繼電保護 電力系統(tǒng)在運行中會發(fā)生故障，最

2、常見的故障是各種類型的短路。當(dāng)短路故障發(fā)生時，將伴隨出現(xiàn)很大的短路電流和部分地區(qū)電壓降低，對電力系統(tǒng)可能產(chǎn)生以下后果： (1)破壞電力系統(tǒng)并聯(lián)運行的穩(wěn)定性，引發(fā)電力系統(tǒng)振蕩，甚至造成系統(tǒng)瓦解、崩潰； (2)故障點通過很大的短路電流和燃燒電弧，損壞或燒毀故障設(shè)備； (3)在電源到短路點之間，短路電流流過非故障設(shè)備，產(chǎn)生發(fā)熱和電動力，造成非故障設(shè)備損壞或縮短使用壽命； (4)故障點附近部分區(qū)域電壓大幅度下降，用戶的正常工作遭到破壞或影響產(chǎn)品質(zhì)量。 電力系統(tǒng)運行中還可能出現(xiàn)異常運行狀態(tài)，使電力系統(tǒng)的正常工作受到干擾，運行參數(shù)偏離正常值。最常見的電力系統(tǒng)異常狀態(tài)是過負(fù)荷，過負(fù)荷使電力系統(tǒng)元件或設(shè)備溫度

3、升高，加速絕緣老化，甚至發(fā)展成故障。另外，電力系統(tǒng)異常狀態(tài)還有電辦系統(tǒng)振蕩、頻率降低、過電壓等。 故障和異常運行如果得不到及時處理，都可能在電力系統(tǒng)中引起事故。電力系統(tǒng)事故是指整個系統(tǒng)或部分的正常運行遭到破壞，造成對用戶少送電或電能質(zhì)量嚴(yán)重惡化，甚至造成人身傷亡、電氣設(shè)備損壞或大面積停電等事故。 針對電力系統(tǒng)可能發(fā)生的故障和異常運行狀態(tài)需要裝設(shè)繼電保護裝置。繼電保護裝置是在電力系統(tǒng)故障或異常運行情況下動作的一種自動裝置，與其他輔助設(shè)備及相應(yīng)的二次回路一起構(gòu)成繼電保護系統(tǒng)。因此，繼電保護系統(tǒng)是保證電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備的安全運行，迅速檢出故障或異常情況，并發(fā)出信號或向斷路器發(fā)跳閘命令，將故障設(shè)備從電

4、力系統(tǒng)切除或終止異常運行的一整套設(shè)備。繼電保護的任務(wù)是：1)反映電力系統(tǒng)元件和電氣設(shè)備故障,自動、有選擇性、迅速地將故障元件或設(shè)備切除，保證非故障部分繼續(xù)運行，將故障影響限制在最小范圍·2)反映電力系統(tǒng)的異常運行狀態(tài)，根據(jù)運行維護條件和設(shè)備的承受能力自動發(fā)出信號，減負(fù)荷或延時跳閘。二、自動裝置保障電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行、提高供電可靠性和保證電能質(zhì)量，電力系統(tǒng)自動裝置是必不可少的。電力系統(tǒng)自動裝置可分為自動調(diào)節(jié)裝置和自動操作裝置。自動調(diào)節(jié)裝置一般是為了保證電能質(zhì)量、消腧系統(tǒng)異常運行狀態(tài)等對某些電量實施自動地調(diào)節(jié)，例如同步發(fā)電機勵磁自動調(diào)節(jié)、電力系統(tǒng)頻率自動調(diào)節(jié)等。自動操作裝置的作用對象往

5、往是某些斷路器，自動操作的目的是提高電力系統(tǒng)的供電可靠性和保證安全運行，例如備用電源自動投入裝置、線路自動重合閘裝置、低頻減載裝置等；還有某些自動操作裝置用來提高電力系統(tǒng)的自動化程度，例如發(fā)電機自動并列裝置等。三、二次回路發(fā)電廠、變電站的龜氣系統(tǒng)，按其作用分為一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)。一次系統(tǒng)是直接生產(chǎn)、傳輸和分配電能的設(shè)備及相互連接的電路。在電能生產(chǎn)和使用的過程中，對一次電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸配電以及用電的全過程進行監(jiān)視、控制、調(diào)節(jié)、調(diào)度，以及必要時的保護等作用的設(shè)備稱為二次設(shè)備，二次設(shè)備及其相互問的連接電蹄稱為二次系統(tǒng)或二次回路?？梢姡位芈芬彩请娏ο到y(tǒng)正常、安全運行的必不可少的部分。 二次系統(tǒng)或

6、二次回路主要包括繼電保護、自動裝置、測量儀表、控制、信號和操作電源等子系統(tǒng)。 (1)繼電保護和自動裝置系統(tǒng)。由互感器、變換器，各種繼電保護裝置和自動裝置、選擇開關(guān)及其回路接線構(gòu)成,實現(xiàn)電力系統(tǒng)故障和異常運行時的自動處理。 (2)控制系統(tǒng)。由各種控制開關(guān)和控制對象(斷路器、隔離開關(guān))的操動機構(gòu)組成，實現(xiàn)對開關(guān)設(shè)備的就地和遠(yuǎn)方跳、合閘操作，滿足改變一次系統(tǒng)運行方式和故障處理的需要。 (3)測量及監(jiān)測系統(tǒng)。由各種電氣測量儀表、監(jiān)測裝置、切換開關(guān)及其回路接線構(gòu)成，實現(xiàn)指示或記錄一次系統(tǒng)和設(shè)備的運行狀態(tài)和參數(shù)。 (4)信號系統(tǒng)。由信號發(fā)送機構(gòu)、接收顯示元件及其回路接線構(gòu)成，實現(xiàn)準(zhǔn)確、及時顯示一次系統(tǒng)和設(shè)

7、備的工作狀態(tài)。 (5)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。由測量機構(gòu)、傳送設(shè)備、執(zhí)行元件及其回路接線構(gòu)成，實現(xiàn)對某些設(shè)備工作參數(shù)的調(diào)節(jié)。 (6)操作電源系統(tǒng)。由直流電源設(shè)備和供電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，實現(xiàn)供給以上二次系統(tǒng)工作電源。 >> 第二節(jié) 對繼電保護自動裝置的基本要求 電力系統(tǒng)對反映故障、動作于跳閘的繼電保護有選擇性、快速性、靈敏性、可靠性四個基本要求。對反映異常運行狀態(tài)、作用于信號的繼電保護，則不要求同時滿足這四個基本要求，例如快速性要求可以降低。 一、選擇性 選擇性是指繼電保護裝置動作時僅將故障元件或設(shè)備切除，使非故障部分繼續(xù)運行，停電范圍盡可能小。繼電保護動作具有選擇性，要求首先由故障元件或設(shè)備本身的保護切

8、除故障，即最靠近故障點的保護和斷路器動作；當(dāng)故障元件或設(shè)備本身的保護或斷路器拒動時，才允許由相鄰元件或設(shè)備的保護動作(通常稱為后備保護)。所以，選擇性有兩個含義：笫一，應(yīng)由裝設(shè)在故障元件或設(shè)備上的繼電保護動作切除故障，第二，考慮繼電保護或斷路器存在拒動的可能，由后備保護切除故障時，也應(yīng)保證停電范圍盡可能小。因此，選擇性要求系統(tǒng)中的繼電保護之間，在動作時必須滿足一定的配合關(guān)系。以圖2-l為例說明繼電保護的選擇性。 當(dāng)kl點發(fā)生故障時，應(yīng)該由保護1和保護2動作使斷路器IQF和2QF跳閘，切除故障線路L1，保證系統(tǒng)其他部分繼續(xù)運行；k2點發(fā)生故障時，應(yīng)該由保護4動作使斷路器4QF跳閘切除故障線路L4

9、，保證系統(tǒng)其他部分繼續(xù)運行。這種按照電力系統(tǒng)安全性要求，故障發(fā)生后首先動作的繼電保護是主保護。故障元件的主保護正確動作的結(jié)果，將故障范圍限制在最小，甚至可以保證所有母線都不停電(例如上述kl點故障的情況)，這是選擇性的第一個含義。 如果線路L4在k2點故障時，其主保護拒動，則應(yīng)由線路L4的另一套具有后備作用的保護動作，使斷路器4QF跳閘切除故障，這就是近后備保護如果線路L4的主保護和近后備保護都拒動或斷路器4QF拒動，則應(yīng)由上一級線路L3的后備保護動作，使斷路器3QF跳閘切除故障，實現(xiàn)保護3對線路L4的遠(yuǎn)后備保護作用。這種當(dāng)故障時主保護拒動或斷路器拒動，由后備保護動作切除故障，也是具有選擇性的

10、，即選擇性的第二個含義。 綜上所述繼電保護根據(jù)所承擔(dān)的任務(wù)分為主保護和后備保護。電力系統(tǒng)故障時，主保護按照電力系統(tǒng)的安全性要求·以最短的時限和最小的停電范圍動作切除故障，保證電力系統(tǒng)和設(shè)備的安全；后備保護一般動作延時較長，是當(dāng)主保護拒動或斷路器拒動時，以大于主保護的動作時限動作切除故障。近后備保護是在主保護拒動時。由本設(shè)備的另保護實現(xiàn)的后備保護；遠(yuǎn)后備保護是在保護拒動或斷路器拒動時，由上一級設(shè)備或線路保護實現(xiàn)的后備保護。 可見，繼電保護動作的選擇性是為了提高供電的可靠性，而繼電保護無選擇性動作，必將擴大停電范圍，帶來不應(yīng)有的損失。 二、快速性 快速性是指繼電保護裝置應(yīng)以盡可能快的速度

11、動作切除故障元件或設(shè)備。 繼電保護快速動作切除故障，可以控制故障影響程度，減少設(shè)備損傷，避免造成設(shè)備無法修復(fù)的損壞；減小故障影響時間，城少用戶在低電壓情況下的工作時間，避免用戶電動機轉(zhuǎn)速嚴(yán)重下降、甚至自啟動失敗；防止系統(tǒng)穩(wěn)定性破壞，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。 故障切除時聞等于保護裝置動作時間和斷路器動作時間之和。實際中，應(yīng)根據(jù)具體電網(wǎng)對故障切除時間的不同要求，設(shè)計繼電保護的動作延時。三、靈敏性靈敏性是指繼電保護裝置對保護范圍內(nèi)故障的反應(yīng)能力,通常用靈敏系數(shù)Ksen來衡量,也稱為靈敏度。 衡量繼電保護的靈敏度，需考慮繼電保護在保護范圍內(nèi)，應(yīng)該反映的各種故障類型,即保證在最不利于保護動作的條件下仍

12、能夠可靠動作。在被保護元件或設(shè)備故障時，保護的靈敏度用保護裝置反應(yīng)的故障參數(shù)(例如短路電流)與保護裝置的動作參數(shù)(例如動作電流)之比表示。對于反應(yīng)故障參數(shù)上升而動作的過量保護裝置，如過流保護、過壓保護等靈敏系數(shù)計算式為 (2-1)例如反應(yīng)故障時電流增大動作的過電流保護，要使保護動作，流過保護的短路電流必須大于保護的動作電流，即靈敏系數(shù)必須大于1。對于反應(yīng)故障參數(shù)降低而動作的欠量保護裝置，如電動機的欠壓保護靈敏系數(shù)計算式為 （2-2）例如反應(yīng)故障時電壓降低動作的低電壓保護，要使保護動作，保護安裝處的母線殘壓必須小于保護的動作電壓，同樣靈敏系數(shù)必須大于1。 式(2-1)和式(2-2)中，故障參數(shù)計

13、算值根據(jù)保護類型和保護范圍，采用最不利于保護動作的系統(tǒng)運行方式、短路類型和短路點，計算實際可能的最小靈敏度，故式(2-1)用故障參數(shù)的最小計算值，式(2-2)用故障參數(shù)的最大計算值。在繼電保護的相關(guān)規(guī)程中，對各類保護的靈敏系數(shù)都作了具體的規(guī)定。另外,對上、下級保護之間的靈敏性和動作時限還有配合的要求，一般用在后備保護(例如過電流保護)，指下一級保護的靈敏度應(yīng)高于上一級保護的靈敏度，下一級保護的動作延時應(yīng)小于上一級保護的動作延時，如圖2-2所示各保護的靈敏度之問應(yīng)滿足關(guān)系Ksen.1>Ksen.2>Ksen.3；動作時限之間應(yīng)滿足關(guān)系t1<t2<t3。繼電保護的選擇性要求

14、，首先由故障元件或設(shè)備本身的保護切除故障。當(dāng)故障元件或設(shè)備本身的保護或斷路器拒動時，才允許由上一級相鄰元件或設(shè)備的保護動作?？梢?，后備保護靈敏度和動作時限的配合要求是防止上一級相鄰元件或設(shè)備的保護越級動作跳閘的措施之一，也是保證選擇性的條件之一。 四、可靠性 可靠性是指繼電保護裝置在需要它動作時可靠動作(不拒動)，不需要它動作時可靠不動作(不誤動)。將繼電保護裝置應(yīng)該動作時不拒動也稱為繼電保護的可依賴性，不應(yīng)該動作時不誤動也稱為繼電保護的安全性。 繼電保護的可靠性是對繼電保護最根本的要求。當(dāng)電力系統(tǒng)中故障或異常運行狀態(tài)出現(xiàn)時，繼電保護必須具有迅速且正確的判斷能力，按照預(yù)定方案動作；而當(dāng)電力系統(tǒng)

15、正常時，不能做出錯誤判斷，產(chǎn)生誤動作。電力系統(tǒng)常用繼電保護的正確動作率衡量其可靠性，表示如下：式中，保護實際動作次數(shù)包括保護正確動作次數(shù)和誤動作次數(shù)。 繼電保護的可靠性主要由配置合理、質(zhì)量和技術(shù)性能優(yōu)良的繼電保護裝置，以及運行維護和管理來保證。為了提高繼電保護的可靠性，選擇保護裝置時，在滿足電力系統(tǒng)要求的前提下，盡可能選擇簡單保護，應(yīng)力求接線簡單、元件性能可靠、回路觸點盡可能少。 需要指出的是電力系統(tǒng)對繼電保護的四個基本要求，是分析研究繼電保護的基礎(chǔ)，是設(shè)計評價繼電保護的依據(jù)。四個基本要求既相互依賴又存在矛盾，例如靈敏性是實現(xiàn)保護可靠動作的前提，保護之間靈敏度和動作時限的配合又是選擇性的基礎(chǔ)，

16、而在某些情況下又不得不犧牲快速性來保證保護的選擇性。所以，針對實際問題，需要具體處理基本要求之間的關(guān)系，取得合理統(tǒng)一。 電力系統(tǒng)對自動裝置的要求，參照以上基本要求。 >> 第三節(jié) 繼電保護和自動裝置的基本構(gòu)成及發(fā)展 一、繼電保護和自動裝置的基本構(gòu)成繼電保護和自動裝置的形式雖然多樣，而且具有不問功能，但就一般情況而言，整套裝置總是由測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分構(gòu)成。繼電保護原理結(jié)構(gòu)框圖如圖2-3所示。 (1)測量部分。繼電保護的基本原理，是利用電力系統(tǒng)正常運行與故障(包括異常狀態(tài))時，各運行參數(shù)的差別判斷故障(或異常運行)，因此需要將輸入量與鑒別系統(tǒng)運行狀態(tài)的基準(zhǔn)量比較，這個基準(zhǔn)量即

17、繼電保護動作整定值。測量部分的作用是測量被保護對象的各類運行參數(shù)，在故障情況下測得的是故障參數(shù)，與給定的整定值進行比較，將比較結(jié)果(即對系統(tǒng)運行狀態(tài)的判斷結(jié)果)輸出給邏輯部分。根據(jù)繼電保護的實現(xiàn)原理，作為輸人量的各類運行參數(shù)可能是單一的，如電流、電壓等或者包括多個運行參數(shù)，如電流和電壓。 (2)邏輯部分。電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，不是所有測量到故障的繼電保護都動作使斷路器跳閘，而是按照選擇性要求有選擇地切除故障。 邏輯部分的作用是根據(jù)測量部分的輸出(可能有不止一個輸出)，按照繼電保護預(yù)先設(shè)置的邏輯關(guān)系進行判斷，確定保護是否應(yīng)該使斷路器跳閘或者發(fā)出信號，并將判斷結(jié)果輸出給執(zhí)行部分。繼電保護常用的邏輯包括“或”、“與”、 “否”、“延時”、“記憶”等。 (3)執(zhí)行部分。執(zhí)行部分的作用是根據(jù)邏輯部分的輸出，完成繼電保護發(fā)出斷路器跳閘命令或信號。例如，針對保護區(qū)內(nèi)的故障，保護發(fā)出跳閘命令；針對異常狀態(tài)，保護發(fā)出告警信號。 二、繼電保護和自動裝置的發(fā)展 繼電保護和自動裝置是隨著