1、變電站繼電保護及綜合自動化基本知識1。變電站二次回路1)二次回路種類變電站二次回路包括:測量、保護、控制與信號回路部分。測量回路包括：計量測量與保護測量.控制回路包括：就地手動合分閘、防跳聯鎖、試驗、互投聯鎖、保護跳閘以及合分閘執行部分.信號回路包括開關運行狀態信號、事故跳閘信號與事故預告信號。2）測量回路測量回路分為電流回路與電壓回路.電流回路各種設備串聯于電流互感器二次側（5A），電流互感器是將原邊負荷電流統一變為5A測量電流。計量與保護分別用各自的互感器（計量用互感器精度要求高），計量測量串接于電流表以及電度表，功率表與功率因數表電流端子。保護測量串接于保護繼電器的電流端子。微機保護一般

2、將計量及保護集中于一體,分別有計量電流端子與保護電流端子。電壓測量回路，220/380V低壓系統直接接220V或380V，3KV以上高壓系統全部經過電壓互感器將各種等級的高電壓變為統一的100V電壓，電壓表以及電度表、功率表與功率因數表的電壓線圈經其端子并接在100V電壓母線上。微機保護單元計量電壓與保護電壓統一為一種電壓端子。3）控制回路(1）合分閘回路合分閘通過合分閘轉換開關進行操作，常規保護為提示操作人員及事故跳閘報警需要，轉換開關選用預合合閘-合后及預分分閘分后的多檔轉換開關。以使利用不對應接線進行合分閘提示與事故跳閘報警,國家已有標準圖設計。采用微機保護以后，要進行遠分合閘操作后,還

3、要到就地進行轉換開關對位操作,這就失去了遠分操作的意義，所以應取消不對應接線，選用中間自復位的只有合閘與分閘的三檔轉換開關。（2）防跳回路當合閘回路出現故障時進行分閘,或短路事故未排除,又進行合閘（誤操作)，這時就會出現斷路器反復合分閘，不僅容易引起或擴大事故，還會引起設備損壞或人身事故，所以高壓開關控制回路應設計防跳。防跳一般選用電流啟動，電壓保持的雙線圈繼電器。電流線圈串接于分閘回路作為啟動線圈。電壓線圈接于合閘回路，作為保持線圈，當分閘時，電流線圈經分閘回路起動.如果合閘回路有故障，或處于手動合閘位置，電壓線圈起啟動并通過其常開接點自保持，其常閉接點馬上斷開合閘回路，保證斷路器在分閘過程

4、中不能馬上再合閘。防跳繼電器的電流回路還可以通過其常開接點將電流線圈自保持，這樣可以減輕保護繼電器的出口接點斷開負荷，也減少了保護繼電器的保持時間要求。有些微機保護裝置自己已具有防跳功能，這樣就可以不再設計防跳回路。斷路器操作機構選用彈簧儲能時，如果選用儲能后可以進行一次合閘與分閘的彈簧儲能操作機構（也有用于重合閘的儲能后可以進行二次合閘與分閘的彈簧儲能操作機構)，因為儲能一般都要求10秒左右，當儲能開關經常處于斷開位置時，儲一次能,合完之后，將儲能開關再處于斷開位置,可以跳一次閘；跳閘之后，要手動儲能之后才能進行合閘,此時,也可以不再設計防跳回路.（3）試驗與互投聯鎖與控制對于手車開關柜，手

5、車推出后要進行斷路器合分閘試驗，應設計合分閘試驗按鈕。進線與母聯斷路，一般應根據要求進行互投聯鎖或控制.（4）保護跳閘保護跳閘出口經過連接片接于跳閘回路,連接片用于保護調試，或運行過程中解除某些保護功能。（5）合分閘回路合分閘回路為經合分閘母線為操作機構提供電源，以及其控制回路,一般都應單獨畫出。4）信號回路（1)開關運行狀態信號由合閘與分閘指示兩個裝于開關柜上的信號燈組成：經過操作轉換開關不對應接線后接到正電源上。采用微機保護后,轉換開關取消了不對應接線，所以信號燈正極可以直接接到正電源上.（2）事故信號有事故跳閘與事故預告兩種信號,事故跳閘報警也要通過轉化開關不對應后,接到事故跳閘信號母線

6、上，再引到中央信號系統.事故預告信號通過信號繼電器接點引到中央信號系統。采用微機保護后，將斷路器操作機構輔助接點與信號繼電器的接點分別接到微機保護單元的開關量輸入端子,需要有中央信號系統時，如果微機保護單元可以提供事故跳閘與事故預告輸出接點,可將其引到中央信號系統.否則,應利用信號繼電器的另一對接點引到中央信號系統。(3）中央信號系統為安裝于值班室內的集中報警系統,由事故跳閘與事故預告兩套聲光報警組成，光報警用光字牌，不用信號燈，光字牌分集中與分散兩種.采用變電站綜合自動化系統后，可以不再設計中央信號系統，或將其簡化，只設計集中報警作為計算機報警的后備報警。5。變電站繼電保護1)變電站繼電保護

7、的作用變電站繼電保護能夠在變電站運行過程中發生故障（三相短路、兩相短路、單相接地等）和出現不正常現象時(過負荷、過電壓、低電壓、低周波、瓦斯、超溫、控制與測量回路斷線等）,迅速有選擇性發出跳閘命令將故障切除或發出報警,從而減少故障造成的停電范圍和電氣設備的損壞程度，保證電力系統穩定運行。2）變電站繼電保護的基本工作原理變電站繼電保護是根據變電站運行過程中發生故障時出現的電流增加、電壓升高或降低、頻率降低、出現瓦斯、溫度升高等現象超過繼電保護的整定值（給定值）或超限值后,在整定時間內，有選擇的發出跳閘命令或報警信號。根據電流值來進行選擇性跳閘的為反時限，電流值越大，跳閘越快。根據時間來進行選擇性

8、跳閘的稱為定時限保護，定時限在故障電流超過整定值后，經過時間定值給定的時間后才出現跳閘命令。瓦斯與溫度等為非電量保護。可靠系數為一個經驗數據，計算繼電器保護動作值時，要將計算結果再乘以可靠系數，以保證繼電保護動作的準確與可靠,其范圍為1.31。5。發生故障時的最小值與保護的動作值之比為繼電保護的靈敏系數，一般為1。22，應根據設計規范要進行選擇。3)變電站繼電保護按保護性質分類（1）電流速斷保護：故障電流超過保護整定值無時限（整定時間為零)，立即發出跳閘命令.（2）電流延時速斷保護：故障電流超過速斷保護整定值時,帶一定延時后發出跳閘命令。（3）過電流保護：故障電流超過過流保護整定值，故障出現時

9、間超過保護整定時間后發出跳閘命令。(4）過電壓保護:故障電壓超過保護整定值時,發出跳閘命令或過電壓信號。（5）低電壓保護：故障電壓低于保護整定值時,發出跳閘命令或低電壓信號。（6)低周波減載：當電網頻率低于整定值時，有選擇性跳開規定好的不重要負荷。（7）單相接地保護:當一相發生接地后對于接地系統，發出跳閘命令，對于中性點不接地系統,發出接地報警信號。（8）差動保護：當流過變壓器、中性點線路或電動機繞組，線路兩端電流之差變化超過整定值時，發出跳閘命令稱為縱差動保護，兩條并列運行的線路或兩個繞組之間電流差變化超過整定值時,發出跳閘命令稱橫差動保護。(9）距離保護：根據故障點到保護安裝處的距離（阻抗

10、)發出跳閘命令稱為距離保護。（10）方向保護：根據故障電流的方向，有選擇性的發出跳閘命令稱為方向保護。（11）高頻保護:利用弱電高頻信號傳遞故障信號來進行選擇性跳閘的保護稱為高頻保護。（12）過負荷：運行電流超過過負荷整定值（一般按最大負荷或設備額定功率來整定）時,發出過負荷信號。（13）瓦斯保護：對于油浸變壓器，當變壓器內部發生匝間短路出現電氣火花，變壓器油被擊穿出現瓦斯氣體沖擊安裝在油枕通道管中的瓦斯繼電器，故障嚴重，瓦斯氣體多，沖擊力大，重瓦斯動作于跳閘，故障不嚴重，瓦斯氣體少，沖擊力小，輕瓦斯動作于信號。（14）溫度保護:變壓器、電動機或發電機過負荷或內部短路故障，出現設備本體溫度升高

11、，超過整定值發出跳閘命令或超溫報警信號.（15)主保護：滿足電力系統穩定和設備安全要求，出現故障后能以最快速度有選擇性的切除被保護設備或線路的保護。（16）后備保護：主保護或斷路器拒動時，用來切除除故障的保護。主保護拒動，本電力系統或線路的另一套保護發出跳閘命令的為近后備保護.當主保護或斷路器拒動由相鄰（上一級）電力設備或線路的保護來切除故障的后備保護為遠后備保護.(17）輔助保護：為補充主保護和后備保護的性能，或當主保護和后備保護檢修退出時而增加的簡單保護。（18）互感器二次線路斷線報警：電流互感器或電壓互感器二次側斷線會引起保護誤動作,所以在其發生斷線后應發出斷線信號.（19)跳閘回路斷線

12、：斷路器跳閘回路斷線后，繼電保護發出跳閘命令斷路器也不能跳開，所以跳閘回路斷線時應發出報警信號。(20)自動重合閘：對于一些瞬時性故障（雷擊、架空線閃路等）故障迅速切除后，不會發生永久性故障，此時再進行合閘，可以繼續保證供電。繼電保護發出跳閘命令斷路器跳開后馬上再發出合閘命令,稱為重合閘。重合閘一次后不允許再重合的稱為一次重合閘,允許再重合一次的稱為二次重合閘（一般很少使用)。有了重合閘功能之后，在發生故障后，繼電保護先不考慮保護整定時間，馬上進行跳閘，跳閘后,再進行重合閘,重合后故障不能切除，然后再根據繼電保護整定時間進行跳閘，此種重合閘為前加速重合閘.發生事故后繼電保護先根據保護整定時間進

13、行保護跳閘，然后進行重合閘，重合閘不成功無延時迅速發出跳閘命令，此種重合閘稱為后加速重合閘.（21）備用電源互投:兩路或多路電源進線供電時，當一路斷電，其供電負荷可由其它電源供電,也就是要進行電源切換，人工進行切換的稱為手動互投.自動進行切換的稱為自動互投。互投有利用母聯斷路器進行互投的（用于多路電源進行同時運行）和進線電源互投(一路電源為主供,其它路電源為熱備用)等多種形式。對于不允供電電源并列運行的還應加互投閉鎖。(22）同期并列與解列:對于多電源供電的變電站或發電廠要聯網或上網時必須滿足同期并列條件后才能并網或上網，并網或上網有手動與自動兩種。4）變電站繼電保護按被保護對象分類（1)發電

14、機保護發電機保護有定子繞組相間短路,定子繞組接地，定子繞組匝間短路，發電機外部短路,對稱過負荷，定子繞組過電壓,勵磁回路一點及兩點接地，失磁故障等。出口方式為停機，解列，縮小故障影響范圍和發出信號.(2）電力變壓器保護電力變壓器保護有繞組及其引出線相間短路，中性點直接接地側單相短路，繞組匝間短路，外部短路引起的過電流，中性點直接接地電力網中外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓、過負荷，油面降低,變壓器溫度升高，油箱壓力升高或冷卻系統故障。（3）線路保護線路保護根據電壓等級不同,電網中性點接地方式不同，輸電線路以及電纜或架空線長度不同,分別有:相間短路、單相接地短路、單相接地、過負荷等。（4）

15、母線保護發電廠和重要變電所的母線應裝設專用母線保護。（5）電力電容器保護電力電容器有電容器內部故障及其引出線短路，電容器組和斷路器之間連接線短路，電容器組中某一故障電容切除后引起的過電壓、電容器組過電壓，所連接的母線失壓.（6）高壓電動機保護高壓電動機有定子繞組相間短路、定子繞組單相接地、定子繞組過負荷、定子繞組低電壓、同步電動機失步、同步電動機失磁、同步電動機出現非同步沖擊電流。6.微機保護裝置1）微機保護的優點（1)可靠性高：一種微機保護單元可以完成多種保護與監測功能.代替了多種保護繼電器和測量儀表，簡化了開關柜與控制屏的接線,從而減少了相關設備的故障環節，提高了可靠性。微機保護單元采用高

16、集成度的芯片，軟件有自動檢測與自動糾錯功能,也有提高了保護的可靠性。（2）精度高，速度快，功能多.測量部分數字化大大提高其精度。CPU速度提高可以使各種事件以m s來計時，軟件功能的提高可以通過各種復雜的算法完成多種保護功能。(3）靈活性大，通過軟件可以很方便的改變保護與控制特性，利用邏輯判斷實現各種互鎖,一種類型硬件利用不同軟件,可構成不同類型的保護。（4）維護調試方便，硬件種類少，線路統一，外部接線簡單，大大減少了維護工作量，保護調試與整定利用輸入按鍵或上方計算機下傳來進行，調試簡單方便。（5）經濟性好，性能價格比高，由于微機保護的多功能性,使變電站測量、控制與保護部分的綜合造價降低。高可

17、靠性與高速度，可以減少停電時間，節省人力，提高了經濟效益。2）微機保護裝置的特點微機保護裝置除了具有上述微機保護的優點之外,與同類產品比較具有以下特點：（1） 品種齊全：微機保護裝置，品種特別齊全，可以滿足各種類型變電站的各種設備的各種保護要求，這就給變電站設計及計算機聯網提供了很大方便。（2）硬件采用最新的芯片提高了技術上的先進性，CPU采用80C196KB，測量為14位A/D轉換,模擬量輸入回路多達24路，采到的數據用DSP信號處理芯片進行處理,利用高速傅氏變換，得到基波到8次的諧波，特殊的軟件自動校正，確保了測量的高精度。利用雙口RAM與CPU變換數據,就構成一個多CPU系統,通信采用C

18、AN總線。具有通信速率高（可達100MHZ,一般運行在80或60MHZ）抗干擾能力強等特點.通過鍵盤與液晶顯示單元可以方便的進行現場觀察與各種保護方式與保護參數的設定.（3）硬件設計在供電電源,模擬量輸入，開關量輸入與輸出,通信接口等采用了特殊的隔離與抗干擾措施，抗干擾能力強，除集中組屏外，可以直接安裝于開關柜上。(4）軟件功能豐富,除完成各種測量與保護功能外,通過與上位處理計算機配合,可以完成故障錄波（1秒高速故障記錄與9秒故障動態記錄），諧波分析與小電流接地選線等功能。（5）可選用RS232和CAN通信方式，支持多種遠動傳輸規約，方便與各種計算機管理系統聯網.（6）采用寬溫帶背景240&#

19、215;128大屏幕LCD液晶顯示器，操作方便、顯示美觀.（7）集成度高、體積小、重量輕，便于集中組屏安裝和分散安裝于開關柜上。3）微機保護裝置的使用范圍（1)中小型發電廠及其升壓變電站。（2）110 kV /35 kV /10 kV區域變電站。（3）城市10 kV電網10 kV開閉所(4）用戶110 kV /10kV或35kV /10kV總降壓站。（5）用戶10kV變電站4）微機保護裝置的種類(1）微機保護裝置共有四大類。（2）線路保護裝置 微機線路保護裝置 微機電容保護裝置 微機方向線路保護裝置微機零序距離線路保護裝置 微機橫差電流方向線路保護裝置（3）主設備保護裝置微機雙繞組變壓器差動保

20、護裝置  微機三繞組變壓器差動保護裝置微機變壓器后備保護裝置 微機發電機差動保護裝置 微機發電機后備保護裝置微機發電機后備保護裝置 微機電動機差動保護裝置 微機電動機保護裝置微機廠（站）用變保護裝置 （4）測控裝置 微機遙測遙控裝置  微機遙信遙控裝置  微機遙調裝置  微機自動準同期裝置 微機備自投裝置  微機PT切換裝置  微機脈沖電度測量裝置 微機多功能變送測量裝置   微機解列裝置(5）管理裝置單元 通信單元  管理單元  雙機管理單元5）微機保護裝置功能 微機保護裝置的通用技術要求和指

21、標（工作環境、電源、技術參數、裝置結構）以及主要功能（保護性能指標、主要保護功能、保護原理、定值與參數設定，以及外部接線端子與二次圖）詳見相關產品說明書. 7. 220/380V低壓配電系統微機監控系統1）220/380V低壓配電系統特點（1）應用范圍廣，現在工業與民用用電除礦井、醫療、危險品庫等外,均為220/380V，所以應用范圍非常廣泛。 (2）低壓配電系統一般均為TNS，或TN-CS系統。TNC系統為三個相線(A、B、C)與一個中性線（N）,N線在變壓器中性點接地或在建筑物進戶處重復接地。輸電線為四根線,電纜為四芯，沒有保護地線（PE），少一根線.設備外殼,金屬導電部分保護接地接在中性

22、線（N)上，稱為接零系統,接零系統安全性較差，對電子設備干擾大，設計規范已規定不再采用。TN-S系統為三個相線,一個中性線（N)與一個保護地線（PE)。N線與PE線在變壓器中性點集中接地或在建筑物進戶線處重復接地。輸電線為五根,電纜為五芯.中性線（N）與保護地線(PE)在接地點處連接在一起后，再不能有任何連接，因此中性線（N）也必須用絕緣線.中性線(N）引出后如果不用絕緣對地絕緣，或引出后又與保護地線有連接，雖然用了五根線，也為TNC系統，這一點應特別引起注意。TNS或TNC-S系統安全性好，對電子設備干擾小,可以共用接地線(CPE）,采用等電位連接后安全性更好，干擾更小。所以設計規范規定除特

23、殊場所外，均采用TNS或TNCS系統.（3）220/380V低壓配電系統的保護現在仍采用低壓斷路器或熔斷器。所以220/380V只有監控沒有保護。監控包括電流、電壓、電度、頻率、功率、功率因數、溫度等測量（遙測），開關運行狀態，事故跳閘，報警與事故預告（過負荷、超溫等）報警(遙信）與電動開關遠方合分閘操作（遙控）等三個內容（簡稱三遙），而沒有保護。（4）220/380V低壓配電系統一次回路一般均為單母線或單母線分段，兩臺以上變壓器均為單母線分段,有幾臺變壓器就分幾段,這是因為用戶變電站變壓器一般不采用并列運行,這是為了減小短路電流，降低短路容量，否則,低壓斷路器的斷開容量就要加大。(5）220

24、/380V低壓配電系統進線、母聯、大負荷出線與低壓聯絡線因容量較大，一般一路（1個斷路器）占用一個低壓柜。根據供電負荷電流大小不同，一個低壓開關柜內有兩路出線（安裝兩個斷路器），四路出線（安裝四個斷路器)，以及五、六、八與十路出線，不象高壓配電系統一個斷路器占用一個開關柜.因此低壓監控單元就要有用于一路、兩路或多路之分,設計時要根據每個低壓開關的出線回路數與低壓監控單元的規格來進行設計。（6）低壓斷路器除手動操作外，還可以選用電動操作。大容量低壓斷路器一般均有手動與電動操作，設計時應選用帶遙控的低壓監控單元，小容量低壓斷路器，設計時，大多數都選用只有手動操作的斷路器,這樣低壓監控單元的遙控出口

25、就可以不接線，或選用不帶遙控的低壓監控單元.2）220/380V低壓配電系統微機監控系統的設計(1）220/380V低壓配電系統微機監控系統首先根據一次系統及用戶要求進行遙測、遙信及遙控設計。(2）測量回路設計A 測量部分的二次接線與高壓一樣，電流回路串聯于電壓互感器二次回路,電壓回路并聯于電壓測量回路。由于220/380V低壓配電系統沒有電壓互感器，電壓測量可以直接接到220/380V母線上，和電度表電壓回路一樣一般可以不加熔斷器保護，但柜內接線應盡量短，有條件時最好加熔斷器保護，以便于檢修。B 電度測量可選用自帶電源有脈沖輸出的脈沖電度表,對于有計算功率與電度功能的低壓監控單元，只作為內部

26、計費時,可以不再選用脈沖電度表.C 選用有顯示功能的低壓監控單元，可以不再設計電流、電壓表，選用不帶顯示功能的低壓監控單元時還應設計電流或電壓表,不應兩種都設計。 （3)信號回路設計設計時，低壓斷路器要增加一對常開接點接到低壓監控單元開關狀態輸入端子上。有事故跳閘報警輸出接點的,再將其接到低壓監控單元事故預告端子上。(4）遙控回路設計低壓監控系統的遙控設計比較簡單,電動操作的低壓斷路器都有一對合分閘按鈕，只要將低壓監控單元合分閘輸出端子分別并在合分閘按鈕上即可，必要時,可設計一個就地與遙控操作轉換開關,防止就地檢修開關時,遙控操作引起事故.(5）供電電源與通信電纜設計低壓監控單元電源為交流220V供電，