变电站保护配置及基本原理2015.10

变电站保护配置及基本原理运行调通教研室张红艳发电输电变电配电用电变电站在电力系统中的地位和作用变电站是电网中一个个的节点，用以汇集电源、升降电压和分配电力变电站主要设备站用电低压系统直流系统监控系统二次控制回路保护及自动装置测控装置计量装置操作机构操作机构操作机构风冷控制箱动力、加热照明电源整流电源计算机电源UPS电源控制保护测控电源二次电压二次电流遥测遥控接通电路线圈带电传动机构跳闸命令告警遥信目录内容提纲2线路保护配置及基本原理1继电保护基础知识3母线保护配置及基本原理4主变保护配置及基本原理1继电保护基础知识一、什么是继电保护装置？继电保护装置，就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。保护对象保护动作条件保护动作结果二、继电保护的基本原理能够区分系统正常运行状态与故障或不正常运行状态，找出存在差别的特征量。二、继电保护的基本原理电流增大：在故障点与电源间直接连接的电气设备上的电流会增大。→过电流保护电压降低：系统故障相的相电压或相间电压会下降，而且离故障点越近，电压降低越多，甚至降为零。→低电压保护电压与电流的比值Z会发生变化：系统正常运行时，Z基本上是负荷阻抗，其值较大，系统短路时，Z是保护安装处到短路点的阻抗，其值较小。→距离保护或阻抗保护二、继电保护的基本原理电压电流间的相位角会发生变化：正常20°左右，短路时60°~80°。→方向保护出现序分量：接地故障时产生零序分量，非对称故障时产生负序分量。→零序保护、负序保护有无差流：利用正常时流入电流和流出电流相等，I入=I出，差流近似为零，而短路时流入和流出不相等，I入≠I出，产生很大差流。→线路差动、母线差动、主变差动二、继电保护的基本原理非电量信号：利用非电气量的变化接通继电器相应的接点动作，发信号或跳闸。→瓦斯保护、压力释放、过热保护总之，只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征，即可找出一种原理构成保护，且差别越明显，保护性能越好。三、继电保护的配置要求继电保护系统的配置应满足两点基本要求：任何电力设备和线路，在任何时候不得处于无继电保护的状态下运行。任何电力设备和线路在运行中，必须在任何时候均由两套完全独立的继电保护装置分别控制两台完全独立的断路器实现保护。三、继电保护的配置要求继电保护配置两点基本要求的实现：对于110kV及以下的电力系统中，靠“远后备”原则实现。对于220kV及以上的电力系统中，保护配置采用“近后备”的原则。即保护双重化＋断路器失灵保护。三、继电保护的配置要求继电保护的双重化配置：220kV及以上线路、220kV及以上母线、110kV及以上主变保护采用双重化配置。每套完整、独立的保护装置应能处理可能发生的所有类型的故障。两套保护之间不应有任何电气联系，当一套保护退出时，不应影响另一套保护的运行。三、继电保护的配置要求继电保护的双重化配置：交流量采集：两套保护装置的交流电压宜分别取自电压互感器互相独立的绕组；交流电流应分别取自电流互感器互相独立的绕组。其保护范围应交叉重叠，避免死区。直流电源：两套保护装置的直流电源应取自不同蓄电池组供电的直流母线段。跳闸回路：两套保护装置的跳闸回路应与断路器的两个跳闸线圈分别一一对应。四、继电保护保护范围的划分大多数保护装置都是通过对接入的电压、电流量进行分析，判断设备是否正常运行，而电流量取自各间隔的电流互感器二次，所以保护范围的划分，通常是以电流互感器为分界点的。四、继电保护保护范围的划分线路间隔线路保护范围母线差动保护范围CT1CT2CT3CT4CT5III285283286284201-1-1-1-2-2-2四、继电保护保护范围的划分母线及母联间隔母线差动保护范围Ⅰ母小差保护范围Ⅱ母小差保护范围四、继电保护保护范围的划分主变间隔主变差动保护范围母线差动保护范围五、保护死区分析保护死区的概念：保护范围的划分，通常是以电流互感器为分界点的，而保护动作之后是通过跳开断路器切除故障，这样判断故障和切除故障的设备不同，在这两种设备之间就存在一个特殊的位置，也就是我们通常所说的死区。201285283286284-1-1-1-2-2-2CT1CT2CT3CT4CT5III五、保护死区分析母联死区：Ⅱ母小差保护范围201285283286284-1-1-1-2-2-2CT1CT2CT3CT4CT5III五、保护死区分析线路死区：图ZY1000506001-1线路死区保护装置跳闸命令保护跳闸命令母差保护线路保护死区五、保护死区分析主变死区：五、保护死区分析死区故障的切除方式：在断路器两侧分别安装电流互感器设置专门的母联死区保护使用远跳功能利用后备保护切除死区故障五、保护死区分析死区故障与对应开关拒动时的现象类似，但死区故障没有开关拒动情况，应根据事故现象综合分析，做出正确判断，若能及时发现死区故障，可大大提高事故处理速度，尽快恢复无故障设备送电。六、微机保护学习的要点微机保护装置有哪些功能？哪些保护功能在使用？何时投退？各个保护功能的输入量及动作条件有哪些？各个保护功能动作后作用于哪些设备？常用压板的操作分析2线路保护配置及基本原理一、线路保护配置各电压等级的输配电线路，根据所在变电站的性质、电压等级、供电负荷的重要性等因素，所配置的保护也不相同。一、线路保护配置反应一端电气量的保护，如过流保护、零序保护、距离保护。反应两端电气量的保护，如纵联保护。保护保护保护保护分类：一、线路保护配置220kV线路保护采用双重化配置，每套保护装置包括纵联保护、相间距离、接地距离、零序电流、综合重合闸等功能。110kV线路保护装置包括三段式距离保护（相间距离和接地距离）、四段式零序方向过流保护、三相一次重合闸等功能。10kV、35kV线路配置两段或三段式（方向）过电流保护、三相一次重合闸。二、过流保护当线路发生短路故障时，会产生很大的短路电流，并且当故障点离保护安装处越近，短路电流也相对越大。保护当短路电流超过整定值时电流元件动作，并通过动作时间与下一级线路保护配合，以保证动作的选择性。二、过流保护保护范围动作时间电流速断（Ⅰ段）被保护线路全长的20％～50％。保护装置的固有动作时间。限时电流速断（Ⅱ段）被保护线路的全长及下一线路（不超过下一条线路的I段）。动作时限ｔⅡ要与下一线路Ⅰ段的动作时限相配合，一般为0.5s。过电流保护（Ⅲ段）本线路和下一线路的全长乃至更远，并躲过线路最大负荷电流。其动作时限按阶梯原则整定。Ⅰ段Ⅰ段Ⅰ段Ⅱ段Ⅱ段Ⅱ段整定值最大，延时最短Ⅲ段Ⅲ段Ⅲ段整定值最小，延时最长L1L2L3三段式过流保护二、过流保护三段式过流保护IIZDⅠIIZDⅡIIZDⅢtⅡtⅢ≥1出口当任一相电流大于定值，经相应段的延时，三段取或门，也就是任一段动作，保护均出口跳闸。电流定值动作时间二、过流保护过流保护主要用于10~35kV线路。若线路对端有电源，需要在过流保护中加入方向元件，反方向故障不会动作。三、距离保护将输电线路一端的电压、电流引入保护装置中，求得电压和电流的比值，即测量阻抗。U/I三、距离保护正常运行状态，为工作电压和负荷电流之比，为负荷阻抗，其值较大。U/IU/I在故障情况下，母线电压下降，电流为短路电流，其比值为短路阻抗，反映短路点到保护安装处的阻抗，远小于负荷阻抗。其大小可反应故障点距线路首端的距离。三段式距离保护保护范围动作时间Ⅰ段被保护线路全长的80％～85％。保护装置的固有动作时间。Ⅱ段被保护线路的全长及下一线路全长的30％～40％。动作时限ｔⅡ要与下一线路Ⅰ段的动作时限相配合，一般为0.5s。Ⅲ段本线路和下一线路的全长乃至更远。其动作时限按阶梯原则整定。整定值最小，时间最短整定值最大，时间最长三、距离保护三段式距离保护动作逻辑三、距离保护当任一测量阻抗小于定值，经相应段的延时出口跳闸，三段取或门，也就是任一段动作保护均出口。阻抗定值动作时间ZZZDⅠtⅡtⅢ≥1出口ZZZDⅡZZZDⅢ三、距离保护距离保护分类根据获取的电压、电流及计算公式的不同，距离保护分为接地距离保护——反映各种接地故障。Z=UΦ/（IΦ+K3I0）相间距离保护——反映各种相间故障。Z=UΦΦ/IΦΦ三、距离保护距离保护主要用于：110kV线路主保护220kV、500kV线路后备保护四、零序过流保护零序保护只反映接地故障→零序电流、零序电压。四、零序过流保护跳闸逻辑：3I0整定值，跳开线路开关电气量获得：线路CT自产3I03I0=Ia+Ib+Ic3I0四段式零序过流保护零序Ⅰ段：按躲过本线路末端单相短路时流经保护装置的电流整定，不能保护线路全长。零序Ⅱ段：与相邻线路灵敏Ⅰ段配合，不仅保护本线路全长，还延伸至相邻线路。零序Ⅲ段：与相邻线路Ⅱ段配合，是Ⅰ、Ⅱ段的后备保护。零序Ⅳ段：作为零序电流Ⅲ段后备保护。四、零序过流保护四、零序过流保护零序方向过流保护：零序过流保护+零序方向元件零序方向元件——比较零序电压和零序电流的相位来区分正反方向的接地故障。正方向短路3I0A线路B线路3U03U03I0反方向短路A线路B线路3I03U03U03I0正方向短路时，零序电流超前于零序电压。反方向短路时，零序电流滞后于零序电压。四、零序过流保护零序过流保护可用于：110kV线路主保护220kV、500kV线路后备保护五、纵联保护反应一端电气量保护的缺陷123MNF1F2无法区分本线路末端（F1）点和相邻线路始端（F2）点的短路，不能瞬时切除本线路全长范围内的短路。五、纵联保护纵联保护的概念：就是用某种通信通道将输电线两端的保护装置纵向联结起来，将各端的电气量（电流、功率的方向等）传送到对端，将两端的电气量比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外，从而决定是否切断被保护线路。纵联保护能瞬时切除本线路全长范围内的短路，但不能作为相邻线路的后备保护。纵联差动保护分类五、纵联保护纵联差动保护纵联距离保护纵联方向保护按构成原理划分光纤纵联保护微波纵联保护电力载波纵联保护导引线纵联保护按通信通道划分纵联保护分类基本原理纵联电流差动：两侧保护将CT输入的各相电流换算为数字数据，通过光纤数字通信系统的数据通道传送至对侧保护。两侧保护利用本侧和对侧电流数据按相进行差动电流计算，并进行相应判断，若为内部故障时保护动作跳闸，判断为外部故障时保护不动作。保护保护五、纵联保护-电流差动线路正常运行及外部故障时：五、纵联保护-电流差动MNIMIN保护保护╳╳线路内部故障时：五、纵联保护-电流差动保护保护MNIMIN√√差动保护的压板电流差动保护只有在两侧差动压板均处于投入状态时才能动作，两侧压板互为闭锁。若两侧压板投入状态不一致，装置会报告“差动压板不一致”。五、纵联保护-电流差动远方跳闸压板为了使断路器与电流互感器之间（死区）发生故障或者故障情况下线路开关拒动时对侧保护能快速动作跳闸，保护装置设有远方跳闸功能，当母差、失灵等保护动作后，通过纵联通道向对侧传送远跳信号，对侧保护收到此信号后跳开该侧开关。五、纵联保护-电流差动四、三相一次重合闸线路中90%以上的故障属于瞬时故障，如雷击、鸟害等引起的故障。保护动作后，切断故障电流，则故障点电弧熄灭，故障消失。此时，只需要将开关重新合上即可恢复正常送电运行。六、自动重合闸四、三相一次重合闸自动重合闸分为三相一次重合闸和综合重合闸。对于110kV及以下单电源线路采用普通的三相一次重合闸，而对于220kV双电源线路采用综合重合闸。六、自动重合闸四、三相一次重合闸三相一次重合闸：不论线路上发生单相接地短路还是相间短路，继电保护装置动作均将线路断路器三相跳开，然后重合闸装置起动，将断路器三相一起合上。若故障为瞬时性，则重合成功；若故障为永久性，则保护再次将断路器三相断开，不再重合。六、自动重合闸六、综合重合闸综合重合闸：分为单重、三重、综重、停用几种方式单重方式对于单相故障，跳单相，合单相，1）若瞬时故障，重合成功。2）若永久故障，跳三相。对于相间故障，跳三相，不重合。•保护能发单相跳闸命令（保护能判断出