变电站继电保护及自动装置

变电站继电保护及自动装置一、对继电保护的基本要求1、继电保护及自动装置的定义：当电力系统中的电力元件（如线路、变压器、母线等）或电力系统本身发生了故障或危及其安全运行的事件时，能够向值班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，以终结这些事件发展的设备。2、继电保护的作用：（1）自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。（2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，而动作于发出信号、减负荷或跳闸。3、继电保护的基本要求：（1）选择性：保护装置动作时仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽可能缩小，以保证系统中无故障部分继续运行。即：保护装置不该动作时就不动作（如发生在下一段线路的故障，本段的保护就不应该动作跳闸）。（2）快速性：保护装置应尽快将故障设备从系统中切除，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围。（3）灵敏性：指保护装置在其保护范围内发生故障或不正常运行时的反应能力。（4）可靠性：在规定的保护范围内发生应该动作的故障，保护装置应可靠动作，而在任何不应动作的情况下，保护装置不应误动。二、变电站继电保护装置的分类：1、根据保护装置的作用，保护可分为：主保护、后备保护、辅助保护。（1）主保护：为满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择性地切除故障的保护。（2）后备保护：当主保护或断路器拒动时，用来切除故障的保护。后备保护又分为：远后备保护：当主保护拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。近后备保护：当主保护或断路器拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现的后备保护。（3）辅助保护：为补充主保护与后备保护的性能或当主保护与后备保护退出运行时而起作用的保护。例如：断路器三相不一致保护、充电保护等。2、根据保护的动作原理不同，保护可分为：（1）反映电流变化的电流保护：如过流保护；（2）反映电压变化的电压保护：如低电压、过电压等；（3）同时反映电流和电压变化的保护：1）复合电压（低电压、负序电压、零序电压）闭锁的过流保护：在电流保护的基础上，加装电压闭锁元件，只有电压和电流都满足条件时，保护才动作出口，这样可以提高保护的灵敏度。2）距离保护：通过测量阻抗来反映故障点到保护安装处的距离，并根据距离的远近确定动作时间的一种保护。（4）同时反映被保护元件各侧电气量变化的快速保护：1）差动保护：是将被保护设备各侧按照环流法接线形成差动回路，保护范围内故障，差动回路出现差电流时，保护动作跳闸。2）线路高频保护：是通过某种通信通道将线路两侧的保护装置纵向连接起来，，将各端的电气量（如电流、功率的方向等）转化为高频信号传送到对端进行比较，判断故障是否在保护范围内，从而决定是否动作于跳闸。高频保护的保护范围为本线路全长，但不能作为相邻线路的后备保护。线路的高频保护根据不同的动作原理又可分为：a方向高频保护：按照比较线路两侧短路功率方向的原理构成，以母线指向线路为正方向，以线路指向母线为反方向；在外部故障时，两侧方向相反，保护不动作，在内部故障时，两侧方向相同，保护动作跳闸。b距离高频保护：以方向距离元件（方向阻抗继电器）为判别元件，通过收发信机接收和发送故障信息，进行比较。外部故障时，至少有一侧保护不动作，保护闭锁跳闸。内部故障时，两侧保护同时动作，将两侧开关跳开。高频保护根据动作特性又分为闭锁式及允许式。闭锁式高频保护在线路发生故障时，首先由启动元件向对侧发送闭锁信号，当保护正向元件动作后停止发信，收不到对侧闭锁信号同时本侧保护元件动作时，保护出口跳闸。允许式高频保护在发生故障时，保护元件动作后向对侧发送允许信号，收到对侧允许信号同时本侧保护元件动作保护出口跳闸。（5）反映系统异常运行时出现的判据的保护：如零序电流、零序电压保护等。（6）反映非电气量的保护，如瓦斯、过温、压力释放等。三、各电压等级保护装置配置的特点1、10kV、35kV电网：反映相间短路故障的一般采用过电流保护，后备保护为远后备方式。对于单侧电源辐射形电网的单回线路，一般装设带速断或不带速断的过电流保护，保护装置采用定时限或反时限特性。对于多电源的复杂网络，电流保护可增加方向元件。对于发电厂引出的电源联络线，如方向电流保护不能满足要求，可采用简单的距离保护；如线路很短，可采用差动保护。对于平行线路，可采用方向横差或电流平衡保护作为主保护，以电流保护作为后备保护。对于单相接地故障，不装设作用于跳闸的保护，只装设反映零序电压的信号装置。2、110kV电网：当电网结构不复杂时，反映相间短路故障的一般应采用三段式距离保护或电流保护，反映接地故障的采用零序电流保护。后备保护为远后备方式。当电网结构复杂，如多电源网络，可采用带方向的电流保护和零序电流保护。采用电流保护不能满足选择性、灵敏性和快速性要求时，应采用相间距离保护和接地距离保护。后备保护为远后备方式。3、220kV电网：一般采用保护线路全长的纵联保护作为主保护，如高频保护、纵差保护等。以三段式相间距离和接地距离保护、阶段式零序电流保护作为后备保护。同时采用近后备保护，如断路器失灵保护。保护采用双重化，即采用不同原理、不同接线形式，由不同的蓄电池和直流母线供电，保护动作于不同的跳闸线圈，实现两套保护的相互备用。220kV线路保护：几种常见的220KV线路保护的保护功能配置：保护型号主保护后备保护重合闸LFP（RCS）-901A工频突变量方向高频、方向零序高频、突变量距离Ⅰ段三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、二个延时段零序过流综重LFP（RCS）-901B工频突变量方向高频、方向零序高频、突变量距离Ⅰ段三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、四段零序过流综重LFP（RCS）-902A方向距离高频、向零序高频、突变量距离Ⅰ段三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、二个延时段零序过流综重LFP（RCS）-902B方向距离高频、方向零序高频、突变量距离Ⅰ段三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、四段零序过流综重CSL--101A方向距离高频、方向零序高频三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、四段零序过流、二段不灵敏零序方向过流综重CSL--101B方向距离高频、方向零序高频三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、四段零序过流、二段不灵敏零序方向过流综重CSL--102A工频突变量方向高频、方向零序高频三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、四段零序过流、二段不灵敏零序方向过流综重CSL--102B工频突变量方向三段式相间距离综重高频、方向零序高频保护和三段式接地距离保护、四段零序过流、二段不灵敏零序方向过流WXB--11方向距离高频、方向零序高频三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、四段零序过流、非全相运行时不灵敏零序过流综重WXB--15工频突变量方向高频、方向零序高频三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、四段零序过流综重RCS—931A光纤差动三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、四段零序过流综重CSC—103A方向纵联电流差动保护、工频突变量距离Ⅰ段三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、四段零序过流综重四、断路器保护装置：1、断路器失灵保护：保护动作后，如断路器拒动，失灵保护启动将故障断路器相邻的设备切除。在双母线接线中，失灵保护动作的接点与线路保护动作的接点串接后启动母线保护跳闸，跳开故障断路器所在母线上所有设备及母联开关。在3/2接线中，失灵保护动作跳开故障开关相临所有断路器。2、三相不一致：当断路器运行中出现非全相运行时，保护启动跳开断路器。通过断路器的位置接点和零序电流或负序电流作为动作的判据。其动作时间应躲过单相重合闸的动作时间。3、线路充电保护：线路充电时使用。其整定值很小且无时限。4、断路器死区保护：当故障发生在断路器与CT间，断路器跳开后，对侧仍向故障点供应电流，此时，保护将发迅机闭锁，停止向对侧发送闭锁信号，使对侧高频保护跳闸。五、母线保护装置：1、保护范围：保护母差CT以内的设备。如：母线、母线PT、母线刀闸等。2、保护构成：由大差动和小差动构成。其中大差作为启动元件，小差动为判别元件。3、动作原理：。4、母联死区保护：当故障发生在母联断路器与CT间，母联断路器跳开后，另一母线仍向故障点供应电流，此时，利用母联的辅助接点将母联CT二次封堵，使另一母线的小差动启动，跳开其他断路器。六、变压器保护装置1、变压器的故障类型：变压器的故障又可分为油箱内故障和油箱外故障两种。油箱内故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损等。油箱内部故障时产生的电弧将引起绝缘物质的剧烈气化，从而可能发生爆炸，因此这些故障应尽快切除。油箱外的故障，主要是套管和引出线上的短路或接地。此外，还有由于外部相间短路引起的过流以及变压器外部接地短路引起的过电流及中性点过电压，变压器突然甩负荷或空载长线路时变压器的过励磁等。变压器的异常运行状态主要有过负荷和油面降低以及油位过高等。2、变压器保护配置：（1）非电量保护1）瓦斯保护：防止变压器油箱内部各种短路或接地故障和油面降低。保护范围是变压器油箱内部。包括本体和有载。2）压力释放。当变压器内部压力超过整定值时，安全阀打开，同时将变压器各侧断路器跳开。3）冷控失电：当变压器冷却器全停时，发信号，超过20分钟，温度70℃以上，跳开各侧断路器；达不到70℃。最多1小时跳闸。（2）差动保护：防止变压器绕组和引出线相间短路、大电流接地系统侧绕组和引处线接地短路及绕组匝间短路。保护范围是变压器各侧差动CT内设备。差动保护由差动速断、比率差动和二次谐波制动组成。：（3）过流保护（复合电压闭锁）：防止变压器外部相间短路并做为变压器瓦斯和差动保护后备保护。（4）零序保护（电流、电压、间隙）：防止大电流接地系统中变压器外部接地短路。（5）过负荷保护：防止变压器过负荷。3、变压器保护动作行为：以220KV变压器为例（1）主保护：差动或瓦斯保护动作同时跳开变压器各侧开关；（2）220KV侧后备保护：220KV复合电压闭锁过流动作跳各侧开关；220KV零序方向过流Ⅰ时限跳母联，220KV零序方向过流Ⅱ时限作跳本侧开关；放电间隙保护（经放电间隙接地的变压器投入）动作跳各侧开关；非全相运行动作跳本侧开关；（3）110KV侧后备保护：110KV复合电压闭锁方向过流第一时限动作跳母联开关，第二时限动作跳本侧开关；110KV复合电压闭锁过流：第一时限动作跳母联开关，第二时限动作跳各侧开关；110KV零序方向过流Ⅰ段第一时限动作跳母联开关，第二时限动作跳本侧开关；110KV零序过流：第一时限动作跳母联开关，第二时限动作跳各侧开关；（4）35KV（10KV）后备保护：35KV（10KV）复合电压闭锁过流Ⅰ段（时限速段）第一时限跳分段，第二时限动作跳本侧开关；35KV（10KV）复合电压闭锁过流Ⅱ段（定时过流）第一时限跳分段，第二时限动作跳本侧开关；（5）变压器过负荷：发信号；（6）压力释放：发信号；（7）线温或油温高：发信号；（8）冷却器全停或冷控失电：发信号；20分钟后跳闸。七、变电站自动装置（一）重合闸装置1、作用：线路发生故障跳闸后，重合闸装置启动，如线路属于暂时性故障，开关将再次合闸，恢复线路供电。当断路器偷跳或人员误碰时能够将开关再次合闸。2、各电压等级下重合闸装置的配置：在10kV、35kV、110kV系统中一般采用三相一次重合闸，断路器断开后，重合闸装置启动使开关再次合闸，重合不成跳开三相不再重合。在220KV系统中一般采用综合重合闸，分为单相、三相、综合、停用重合闸四种方式。电源联络线，三相及综合重合闸应装设无压或同期装置，防止线路重合引起非同期并列。线路一端投无压重合闸，另一端投同期重合闸，投无压重合闸的一端应同时投入同期装置，以保证在断路器偷跳或人员误碰时重合闸装置能启动。3、综合重合闸运行方式：1）单相重合闸：单相故障，单相跳闸，重合单相，重合不成后跳开三相不再重合。两相及以上故障跳开三相不重合。2）三相重合闸：任何类型的故障