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第7章 变电所二次回路和继电保护
7.1 变电所的二次回路
7.1.1概述
变电所的二次回路是指用来控制、指示、监测和保护一次电路的运行电路。 1、电源选择
考虑到交流操作操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且工作可靠，维护方便。这里采用直流操作电源。
2、高压断路器的控制和信号回路
根据电源的选择采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路。 3、电测量仪与绝缘监视装置
这里根据GBJ63-1990的规范要求选用合适的电测量仪表并配用相应绝缘监视装置。
4 、在二次回路中安装机械式自动重合闸装置（ARD）、备用电源自动投入装置
（APD）。
7.1.2 变电所二次接线
二次回路监控、保护、测量均采用交流，其中操作电压为220V，测量电压为100V,电流为5A。
1、变电所的每段母线上 ，主变压器高压侧及各元件的测量由分散式微机远动装置实线，就地具有显示功能，不再另设表计。应装设电流表、有功功率表、无功功率表、有无功电能表各一支。
2、在变电所的电源进线上，或经供电部门同意的电能计量点，必须装设计费的有功电度表和无功电度表，而且一采用国家的统一的标准的电能计量柜。为了解负荷电流，在电源进线侧还应装设一支电流表。 7.1.3 绝缘监视装置
绝缘监视装置用于小接地电流系统中，以便及时发现单相接地故障，设法处理，以免故障发展为两项接地短路，造成停电故障。
35kV系统的绝缘监视装置。可采用三相算绕组电压互感器和三只电压表，也可采用各单项绕组电压互感器。本设计中采用三相算绕组电压互感器作为监视装置。接成Y0的二次绕组，其中三只电压表均各相的相电压。当一次电路其中一相发生接地故障
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时，电压互感器二次侧的对应相电压表指零，其他两相的电压读数侧升高倒线电压。由指零电压表的所在相即可得知该相发生了单相接地故障。但不能判断是哪一条线路发生了故障，只能采用依次拉合的方法，判断接地故障线路。因此这种绝缘监视装置是无选择性的，只适合出线不多的系统及作为有选择的单相接地保护的一种辅助装置。
7.2 变电所继电保护
继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式（接线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。型号都采用GL-25/10 。其优点是：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。
7.2.1 主变压器保护意义及原则
变压器是电力系统不可缺少的重要电器设备。它的故障将对供电可靠性和系统安
全运行带来严重的影响，同时大容量的变压器也是非常贵重的设备。因此，应根据变压器容量等级和重要程度，装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。
按GB50062-92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定,对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置[19]：
（1）绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路； （2）绕组的匝间短路 ； （3）外部相间短路引起的过电流；
（4）中性点直接接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压； （5）过负荷； （6）油面降低；
（7）变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。
对于高压侧为35kV及以下的降压变电所主变压器来说,应装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯保护,再有可能过负荷时,也需装设过负荷保护。
根据设计要求，本设计中需装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯保护,对于单侧电源网络的相间短路保护主要采用三段式电流保护，即第一段为无时限电流速断保护，第二段为限时电流速断保护，第三段为定时限过电流保护。其中第一段、第二段共同构成线路的主保护，第三段作为后备保护。对由外部相间短路引起的变压器过电流,相应的保护装置应装于下列侧：
（1）双线圈变压器，应装于主电源侧。
（2）三线圈变压器，宜装于主电源侧的保护应带两段时限，以较短的时限断开未
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装保护侧的断路器。
（3）对于供电分开运行的母线段的降压变压器，除在电源侧装设保护外，还应在每个供电支路上装设保护；
（4）除主电源侧外，其他各侧保护只要求作为相邻元件的后备保护； （5）保护装置对各侧母线的各类短路应具有足够的灵敏性； 7.2.2 主变压器的保护与配合
本设计中主变压器35kV侧，采用熔断器保护，配以过电流、过负荷、差动、瓦
斯信号。熔断器作为故障下的保护用。负荷开关作为主变压器的操作开关，本设计中变压器高压侧熔断器兼做10kV侧母线故障的后备保护，但不作为10kV线路的后备保护。
1、主变压器的保护
（1）纵差保护或电流速断保护
对变压器绕组、套管及引出线上的故障，应根据容量的不同，装设纵差保护或电流速断保护。本设计中采用了6.3MVA 变压器，故应装设纵差保护。保护瞬时动作，断开变压器各侧的熔断器或断路器。 变压器差动保护动作应满足下列要求：
应躲过变压器差动保护区外出现的最大短路不平衡电流；应躲过变压器的励磁涌流；电流互感器二次回路端线及变压器处于最大负荷时，差动保护不应动作。变压器纵差动保护原理见图7.1。
'I1'I2 图7.1 双绕组变压器纵差动保护单相原理图
?'1/I?'2?n所以两侧的CT变比应不同，且应使正常运行或外部故障时 IBnl1nl2?'1/I?'2=n ?IB 41
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即：按相实现的纵差动保护，其电流互感器变比的选择原则是两侧CT变比的比值等于变压器的变比。 （2）变压器的过电流保护 过电流保护动作电流的整定
IL.max=IN.T=5809/3×35=99A
取Krel=1.3，Ki=100/5=20，Kμ=1，Kre=0.8，则Iret=整定为8A。 保护动作时间
t?t1–?t=2–1=1.0s
过电流保护的灵敏度
IK.sen=0.866I3f?1=0.866?2.27?103=1966A
则 St=
1.3?1?99=8.1A，故动作电流
0.8?20KWIK.sen1?1966?12.3>1.0，由此可见满足灵敏度要求。 =
20?8KtIret （3）变压器过负荷保护
对于 400kVA 及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。过负荷保护动作电流的整定
Iop?1.31.3?I30??370=24A Ki20 （4）外部相间短路时的保护
反应变压器外部相间短路并作瓦斯保护和纵差保护(或电流速断保护)后备的过电流保护，保护动作后应带时限动作于跳闸。过电流保护装置的整定值应考虑事故状态下可能出现的过负荷电流。 （5）外部接地短路时的保护
对中性点直接接地电网，由外部接地短路引起过电流时，如变压器中性点接地运行，应装设零序电流保护。 （6）变压器的瓦斯保护
如果变压器内部发生严重漏油或匝数很少的匝间短路、铁芯局部烧损、线圈断线、
绝缘劣化和油面下降等故障时，往往纵差保护等其他保护均不能动作，而瓦斯保护却能够动作。因此，瓦斯保护是变压器内部故障最有效的一种主保护[20]。。
瓦斯保护能反应油箱内各种故障，且动作迅速、灵敏性高、接线简单，但不能反
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应油箱外的引出线和套管上的故障。故不能作为变压器唯一的主保护，须与纵差保护配合共同作为变压器的主保护。变压器瓦斯保护动作后的故障见表7.1。
表7.1 变压器瓦斯保护动作后的故障表
气体性质 无色、无味、不可燃 灰白色、有剧臭、可燃 黄色、难燃 深灰色或黑色、易燃 故障原因 变压器内含有气体 纸质绝缘烧毁 木质绝缘烧毁 油内闪烁油质炭化 处理要求 允许继续运行 应立即停电检修 应停电检修 应分析油样，必需停点检修 7.2.3 电力线路继电保护
定时限电流速断只能保护本线路全长，却不能作为下一线路的后备保护，还须采用过电流保护作为本线路和下一线路的后备保护。因此电力线路需要采取以下保护: （1）出线保护
出线保护以重合器定时限运行方式设过电流保护；出线保护设单相接地故障保护，单相接地时电流定值应大于回路出线长度所有的电容电流的最大值；出线保护必须与主进线保护配合。 （2）10kV出线保护
10kV出线保护采用重合器做主保护，并采用重合器定时限运行方式设过流保护。 （3）10kV母线保护
10kV母线保护由主变压器出口处的断路器设保护，上一级熔断器作为后备保护。以上个保护除过负荷、轻瓦斯、温度保护作用与信号外，其余保护等动作于跳闸，并发出事故信号。
电力线路保护采用定时限过电流保护装置进行保护。电力线路继电保护原理如图7.2所示。
工作原理：当一次电路发生短路时，电流继电器KA瞬时动作，闭合其触电，使时间继电器KT动作，KT经过整定的时限后，延时闭合触电，使串联的信号继电器KS和中间继电器KM动作，KS动作后，同时接通信号回路，给出灯光信号和音响。KM动作后，接通跳闸线圈YR回路，使断路器QF跳闸，切出短路故障。QF跳闸后，起辅助触点QF1-2随之接通跳闸回路。在短路故障切除后，继电保护装置除KS外的其他所有继电保护器均自动返回起始状态，而KS可手动复位。
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