电力系统基本知识教材二

第1章公司产品分类第2章微机保护2.1常用名词解释在与用户或者设计单位交流沟通的过程中，大家会听到一些行业名词，在这里先作简单的解释。

发电厂：又称发电站，是将自然界的各种一次能源转换为电能（二次能源）的工厂。

发电厂按其所利用能源的不同，分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电场以及风力发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂等类型。

电力系统：为了充分利用动力资源，减少燃料运输，降低发电成本，因此有必要在有水力资源的地方建造水电站，而在有煤燃料资源多的地方建造火电厂。

但这些有动力资源的地方往往离用电中心较远，所以必须用高压输电线路进行远距离输电。

由各级电压的电力线路将一些发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体，称为电力系统。

图2-1是一个电力系统简图。

用户区域变电所低压配电线降压变压器高压输电线高压输电线降压变压器升压变压器发电机发电厂220/380V 6~10kV 35~500kV 3.15~20kVG图2-1电力系统简图额定电压：在规定条件下，保证电力设备正常工作的工作电压值。

表2-1我国三相交流电网和电力设备的额定电压分类电网的额定电压等级（kV ）发电机额定电压（kV ）电力变压器额定电压（kV ）一次绕组二次绕组低压0.380.40.380.40.660.690.660.69电压等级：电网的额定电压等级是国家根据国民经济发展的需要和电力工业的水平，经全面的技术经济分析后确定的。

它是确定各类电力设备额定电压的基本依据。

2.2常见一次设备变电所中承担输送和分配电能任务的电路，称为一次电路，或称为主电路、主接线。

一次电路中所有的电气设备，称为一次设备或一次元件。

输电线路、变压器、电动机等一次设备是日常生活中经常可以看到的，它们的用途也为大家所熟知，这里只介绍一些日常看不到且我们接触较多的设备。

开关：电力系统运行方式的改变，故障的隔离及消除，设备的投入和切除等频繁操作，都是通过开关电器来实现的。

目前使用的开关电器种类较多，按其功能可分为以下几种：1）仅用于正常情况下断开或接通正常工作电流的开关设备，如高压负荷开关、低压闸刀开关、接触器和磁力启动器等。

2）仅在故障或过负荷情况下切断或闭合故障电流和过载电流的开关设备，如高低压熔断器。

3）既能开断或闭合正常工作电流，又能开断、闭合故障电流的开关设备，常见的有：高低压断路器和低压空气开关。

4）仅用于检修时隔离带电部分的开关电器，主要指隔离开关。

断路器：高压断路器是电力系统最重要的开关设备，它担负着控制和保护的双重任务。

实用于电力系统运行的高压断路器种类较多，其相应灭弧介质、灭弧结构及灭弧原高压33.153，3.15 3.15，3.366.36，6.3 6.3，6.61010.510，10.510.5，11—13.8，15.75，18，20，22，24，2613.8，15.75，18，20，22，24，26—35—3538.566—6672.5110—110121220—220242330—330363500—500550理也各不相同。

按灭弧介质的不同，断路器可分为：油断路器、压缩空气断路器、六氟化硫断路器、真空断路器、磁吹断路器、固体产气断路器(简称自产气断路器)。

按安装方式的不同，可分为抽出式断路器和固定式断路器。

图2-2高压断路器隔离开关：隔离开关是一种没有灭弧装置的开关设备。

它一般只用来关合和开断有电压无负荷的线路，而不能用以开断负荷电流和短路电流，需要与断路器配合使用，由断路器来完成带负荷线路的关合、开断任务。

图2-3隔离开关负荷开关：负荷开关用于电网中，其主要作用是用于配电系统中关合、开断正常条件下（含规定的过载系数）的电流，并能通过规定的异常（短路）电流，即负荷开关可以分、合正常的负荷电流和关合短路电流，但不能作为电路中的保护开关，因此它必须与具有开断短路电流能力的断路器或熔断器配合使用，一般将负荷开关与高压熔断器相配合，故障电流的开断由熔断器来完成，负荷开关则负责完成正常负荷电流的分合操作。

高压熔断器：高压熔断器一般用于35kV以下电压等级的小容量电网中。

它由置放熔体的熔断器管、接触导电体、绝缘支持体等组成。

熔体工作时串联在被保护回路中，正常情况下工作电流不应使熔体熔断，当流过熔体的电流大于一定数值（如短路电流或过负荷电流）时，熔体会因自身产生的热量而自行熔断，从而达到切断电路保护和设备的目的。

高压开关柜：高压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装在一起而成的一种高压成套配电装置，在发电厂和变电所中作为控制和保护发电机、变压器、高压线路和大型交流电动机之用，其中安装有高压开关设备、保护电器、监测仪表和母线、绝缘子等。

图2-4高压开关柜电压互感器和电流互感器：电压互感器（简称PT）和电流互感器（简称CT）的主要作用是，把电力系统中的大电流和高电压按比例地变换为小电流和低电压，以满足测量仪表、继电保护和自动装置的需要。

电压互感器的结构特点是：一次侧额定电压就是电网的额定电压，二次侧额定线电压统一规定为100V，以利于测量仪表、继电保护和自动装置的系列化生产制造。

电流互感器的结构特点是：一次绕组匝数很少（甚至只有一匝）。

因此电流互感器的一次电流完全取决于被测电路负荷电流，而与二次电流无关。

二次电流互感器二次绕组连接的仪表和继电器线圈阻抗很小，正常情况下接近于短路状态。

二次绕组的额定电流一般为5A或1A。

图2-5电压互感器图2-6电流互感器2.3常见二次元件供电系统或变配电所的二次回路（即二次电路），是指用来控制、指示、监测和保护一次电路运行的电路，亦称二次系统，包括控制系统、信号系统、监测系统及继电保护和自动化系统等。

二次系统中所有的电气元件称为二次元件。

操作机构：断路器的操作机构可分为电磁操作机构、弹簧操作机构和永磁操作机构。

由于传统的电磁操作机构合闸速度受到很大限制，且合闸功率大、对电源要求高，而弹簧操作机构既能获得较高的合闸速度，又能实现重合闸，且合闸功率较小。

所以在中低压系统中电磁操作机构已逐步被弹簧操作机构所取代。

用于中压真空断路器的永磁操作机构已完成研制阶段进入市场。

图2-7断路器操作机构弹簧操作机构主要由框架、储能电机、储能弹簧、合闸线圈、跳闸线圈、防跳机构、辅助触点、二次接线端子等元件组成，这些元件在二次原理图上有所体现。

继电保护装置：当电力系统中的电力元件(如电动机、线路等)或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备，一般通称为继电保护装置。

继电保护装置可以简单地分为机械型和微机型两种。

机械型继电保护装置是由一系列不同功能的继电器相互作用构成的，如电流继电器和电压继电器（测量作用）、中间继电器（起控制作用）、信号继电器（发信（掉牌）作用）、时间继电器（产生动作延时）。

由于传统机械型保护产品是由许多继电器的机械触点搭接而成的，所以其自身有一定的局限性。

微机型继电保护利用单片机技术和集成电路技术完成机械型继电保护所有的功能，并可实现远程通讯。

很多用于中低压系统的微机保护产品，把保护、测量、控制等功能集于一体，形成了保护测控一体化的微机保护测控装置。

微机保护与常规保护相比，具有以下特点：（1）常规保护是布线逻辑的，保护的功能完全依赖于硬件，而微机保护装置则除硬件外，还必须具备相应的软件，因此微机保护可以实现智能化。

（2）常规保护的完好性是依赖于定期检验时发现的，在正常运行时保护装置的隐患不能及时发现，一旦系统发生故障，将产生严重的后果，而微机保护装置可利用程序对其硬件进行自检，一旦发现问题，可立即报警。

对于软件的异常及干扰的影响，可自动识别并排除。

因而，与常规保护相比，微机保护的可靠性大大地提高了。

（3）常规保护的功能单一，仅仅是保护功能，而微机保护装置除了能够做到与常规保护完全相同的功能外，还可以提供一些附加功能，例如故障录波、事件记录等。

（4）与常规保护相比，微机保护具有调试维护方便的特点。

（5）微机保护具有完善的网络通信功能，可实现无人职守或少人职守的自动化变电站。

（6）利用微机的智能特点，可以采用一些新原理，解决一些常规保护难以解决的问题。

例如，采用模糊识别原理和波形对称原理识别判断励磁涌流。

（7）对于同一类型的保护对象，微机保护可采用相同的硬件结构，不同的保护功能体现在软件上，缩短了新产品的研制和开发周期。

（8）微机保护装置自身消耗功率低，降低了对电流互感器和电压互感器的要求。

自动控制装置：电力系统中的自动控制装置主要包括备用电源自动投入装置（BZT）、自动重合闸装置（Z CH）、电压无功综合控制装置（VQC）等。

在要求供电可靠性较高的变配电所中，通常设有两路及以上的电源进线。

在工作电源线路突然断电时，BZT装置利用母线电气量的突变原理，使工作电源线路的断路器跳闸，而备用电源线路的断路器迅速合闸，使备用电源投入运行，从而大大提高供电可靠性，保证对用户的不间断供电。

在本公司的产品中，CSR-03G备用电源自动投入装置可实现各种场合、各种形式的备用电源自动投入功能。

电力系统中的故障特别是线路故障大多是暂时性的，在断路器跳闸之后，多数能自动消除。

因此如果采用自动重合闸装置，使断路器自动重新合闸，迅速恢复供电，从而能大大提高供电可靠性，避免因停电造成的损失。

CSR-03B线路保护测控装置除具有保护测控功能外，还有三相一次重合闸的功能，在保护动作跳开线路断路器之后，发出重合命令使之重新合上，恢复供电。

母线电压过高会使用电设备的绝缘遭受损害进而产生事故，过低会使转动类设备的电流增大、线圈温度升高，严重时甚至烧毁电机。

在保证母线电压在规定范围之内的同时，应尽可能地提高进线功率因数，降低系统无功损耗。

在变配电所中，由于电网系统容量和系统阻抗已经确定，只能通过改变变压器的变比和改变无功功率的大小来调整母线电压。

在调整母线电压的时候，应该首先满足系统无功功率电源的需求，在系统无功功率供应充裕时，变电所的调压问题可以通过调整变压器的分接头来解决。

VQC装置即是根据用户设定，通过对主变分接头、电容器的综合控制，实现电压和无功功率在不同时段、不同负荷都满足运行要求。

直流系统：二次回路操作电源是供高压断路器跳、合闸回路和继电保护装置、信号回路、监测系统及其它二次回路工作所需的电源。

二次操作电源分交流和直流两大类，目前广泛采用微机监控的直流系统，微机监控的直流系统通常以直流屏的形式使用，包括主机屏和蓄电池屏两部分。

图2-8直流屏同期系统：发电机与电网并列时要求，发电机的电压的幅值、频率、相位和相序都应该与电网相等，这样并网瞬间就不会对发电机产生电流冲击。