變電站保護配置及基本原理

變電站保護配置及基本原理,河北省電力公司職業(yè)技術培訓中心運行調通教研室張紅艷,目錄,01,02,03,04,內容提綱,一、什么是繼電保護裝置？,繼電保護裝置，就是指能反應電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。,保護對象,保護動作條件,保護動作結果,二、繼電保護的基本原理,為區(qū)分系統(tǒng)正常運行狀態(tài)與故障或不正常運行狀態(tài)，找出其間的差別，即特征。,二、繼電保護的基本原理,電流增大：在故障點與電源間直接連接的電氣設備上的電流會增大。過電流保護電壓降低：系統(tǒng)故障相的相電壓或相間電壓會下降，而且離故障點越近，電壓降低越多，甚至降為零。低電壓保護電壓與電流的比值Z會發(fā)生變化：系統(tǒng)正常運行時，Z基本上是負荷阻抗，其值較大，系統(tǒng)短路時，Z是保護安裝處到短路點的阻抗，其值較小。距離保護或阻抗保護,二、繼電保護的基本原理,電壓電流間的相位角會發(fā)生變化：正常20左右，短路時6080。方向保護出現(xiàn)序分量：接地故障時產生零序分量，非對稱故障時產生負序分量。零序保護、負序保護有無差流：利用正常時流入電流和流出電流相等，I入=I出，差流近似為零，而短路時流入和流出不相等，I入I出，產生很大差流。線路差動、母線差動、主變差動,二、繼電保護的基本原理,非電量信號：利用非電氣量的變化接通繼電器相應的接點動作，發(fā)信號或跳閘。瓦斯保護、壓力釋放、過熱保護總之，只要找出正常運行與故障時系統(tǒng)中電氣量或非電氣量的變化特征（差別），即可找出一種原理構成保護，且差別越明顯，保護性能越好。,三、繼電保護的配置要求,繼電保護系統(tǒng)的配置應滿足兩點基本要求：任何電力設備和線路，在任何時候不得處于無繼電保護的狀態(tài)下運行。任何電力設備和線路在運行中，必須在任何時候均由兩套完全獨立的繼電保護裝置分別控制兩臺完全獨立的斷路器實現(xiàn)保護。,三、繼電保護的配置要求,繼電保護配置兩點基本要求的實現(xiàn)：對于110kV及以下的電力系統(tǒng)中，靠“遠后備”原則實現(xiàn)。對于220kV及以上的電力系統(tǒng)中，保護配置采用“近后備”的原則。即保護雙重化斷路器失靈保護。,四、繼電保護保護范圍的劃分,大多數保護裝置都是通過對接入的電壓、電流量進行分析，判斷設備是否正常運行，而電流量取自各間隔的電流互感器二次，所以保護范圍的劃分，通常是以電流互感器為分界點的。,四、繼電保護保護范圍的劃分,線路間隔,線路保護范圍,母線差動保護范圍,四、繼電保護保護范圍的劃分,母線及母聯(lián)間隔,母線差動保護范圍,母小差保護范圍,母小差保護范圍,四、繼電保護保護范圍的劃分,主變間隔,主變差動保護范圍,母線差動保護范圍,五、保護死區(qū)分析,保護死區(qū)的概念：保護范圍的劃分，通常是以電流互感器為分界點的，而保護動作之后是通過跳開斷路器切除故障，這樣判斷故障和切除故障的設備不同，在這兩種設備之間就存在一個特殊的位置，也就是我們通常所說的死區(qū)。,五、保護死區(qū)分析,母聯(lián)死區(qū)：,母小差保護范圍,五、保護死區(qū)分析,線路死區(qū)：,圖ZY1000506001-1線路死區(qū),母差保護,線路保護,死區(qū),五、保護死區(qū)分析,主變死區(qū)：,五、保護死區(qū)分析,死區(qū)故障的切除方式：在斷路器兩側分別安裝電流互感器設置專門的母聯(lián)死區(qū)保護使用母差停信或母差遠跳功能利用后備保護切除死區(qū)故障,五、保護死區(qū)分析,死區(qū)故障與對應開關拒動時的現(xiàn)象類似，但死區(qū)故障沒有開關拒動情況，應根據事故現(xiàn)象綜合分析，做出正確判斷，若能及時發(fā)現(xiàn)死區(qū)故障，可大大提高事故處理速度，盡快恢復無故障設備送電。,一、線路保護配置,各電壓等級的輸配電線路，根據所在變電站的性質、電壓等級、供電負荷的重要性等因素，所配置的保護也不相同。,一、線路保護配置,反應一端電氣量的保護，如過流保護、零序保護、距離保護。,反應兩端電氣量的保護，如縱聯(lián)保護。,一、線路保護配置,220kV線路保護采用雙重化配置，每套保護裝置包括縱聯(lián)保護、相間距離、接地距離、零序電流、綜合重合閘功能。110kV線路保護裝置包括三段式距離保護（相間距離和接地距離）、四段式零序方向過流保護、三相一次自動重合閘功能。光纖縱差保護10kV、35kV線路配置兩段或三段式（方向）過電流保護、三相一次重合閘。,二、過流保護,當線路發(fā)生短路故障時，會產生很大的短路電流，并且當故障點離保護安裝處越近，短路電流也相對越大。當短路電流超過整定值時電流元件動作，并通過動作時間與下一級線路保護配合，以保證動作的選擇性。,保護,二、過流保護,整定值最大，延時最短,整定值最小，延時最長,三段式過流保護,二、過流保護,過流保護主要用于1035kV線路。若線路對端有電源，需要在過流保護中加入方向元件，反方向故障不會動作。,三、距離保護,將輸電線路一端的電壓、電流引入保護裝置中，求得電壓和電流的比值，即測量阻抗。,三、距離保護,正常運行狀態(tài)，為工作電壓和負荷電流之比，為負荷阻抗，其值較大。,在故障情況下，母線電壓下降，電流為短路電流，其比值為短路阻抗，遠小于負荷阻抗。其大小可反應故障點距線路首端的距離。,三段式距離保護,整定值最小，時間最短,整定值最大，時間最長,三、距離保護,四、零序過流保護,只反映接地故障零序電流、零序電壓。,零序電流保護四段式設置,零序段：按躲過本線路末端單相短路時流經保護裝置的電流整定，不能保護線路全長。零序段：與相鄰線路靈敏段配合，不僅保護本線路全長，還延伸至相鄰線路。零序段：與相鄰線路段配合，是、段的后備保護。零序段：作為零序電流段后備保護。,四、零序過流保護,四、零序過流保護,零序方向過流保護：零序過流保護+零序方向元件零序方向元件比較零序電壓和零序電流的相位來區(qū)分正反方向的接地故障。,正方向短路時，零序電流超前與零序電壓。,反方向短路時，零序電流滯后于零序電壓。,五、縱聯(lián)保護,反應一端電氣量保護的缺陷,無法區(qū)分本線路末端（F1）點和相鄰線路始端（F2）點的短路，不能瞬時切除本線路全長范圍內的短路。,五、縱聯(lián)保護,縱聯(lián)保護的概念：就是用某種通信通道將輸電線兩端的保護裝置縱向聯(lián)結起來，將各端的電氣量（電流、功率的方向等）傳送到對端，將兩端的電氣量比較，以判斷故障在本線路范圍內還是在線路范圍之外，從而決定是否切斷被保護線路?？v聯(lián)保護的保護范圍為本線路的全長，但不能作為相鄰線路的后備保護。,基本原理,縱聯(lián)電流差動：兩側保護將CT輸入的各相電流換算為數字數據，通過光纖數字通信系統(tǒng)的數據通道傳送至對側保護。兩側保護利用本側和對側電流數據按相進行差動電流計算，并進行相應判斷，若為內部故障時保護動作跳閘，判斷為外部故障時保護不動作。,五、縱聯(lián)保護-電流差動,線路正常運行及外部故障時：,五、縱聯(lián)保護-電流差動,線路內部故障時：,五、縱聯(lián)保護-電流差動,差動保護的壓板,電流差動保護只有在兩側差動壓板均處于投入狀態(tài)時才能動作，兩側壓板互為閉鎖。若兩側壓板投入狀態(tài)不一致，裝置會報告“差動壓板不一致”。,五、縱聯(lián)保護-電流差動,遠方跳閘壓板,為使斷路器與電流互感器之間及故障母線故障線路開關拒動時對側保護快速跳閘，保護裝置設有遠方跳閘功能，當母差、失靈等保護動作后，通過縱聯(lián)通道向對側傳送遠跳信號，對側保護收到此信號后跳開該側開關。,五、縱聯(lián)保護-電流差動,四、三相一次重合閘,線路中90%以上的故障屬于瞬時故障，如雷擊、鳥害等引起的故障。保護動作后，切斷故障電流，則故障點電弧熄滅，故障消失。此時，只需要將開關重新合上即可恢復正常送電運行。,六、自動重合閘,四、三相一次重合閘,自動重合閘分為三相一次重合閘和綜合重合閘。對于110kV及以下單電源線路采用普通的三相一次重合閘，而對于220kV雙電源線路采用綜合重合閘。,六、自動重合閘,四、三相一次重合閘,三相一次重合閘：不論線路上發(fā)生單相接地短路還是相間短路，繼電保護裝置動作均將線路斷路器三相跳開，然后重合閘裝置起動，將斷路器三相一起合上。若故障為瞬時性，則重合成功；若故障為永久性，則保護再次將斷路器三相斷開，不再重合。,六、自動重合閘,六、綜合重合閘,綜合重合閘：分為單重、三重、綜重、停用幾種方式單重方式對于單相故障，跳單相，合單相，1）若瞬時故障，重合成功。2）若永久故障，跳三相。對于相間故障，跳三相，不重合。,保護能發(fā)單相跳閘命令（保護能判斷出故障相）；各相控制回路相互獨立（分相的跳閘出口壓板及二次回路）；斷路器三相機構及通斷元件相互獨立（分相的機構、通斷元件、機械指示）。,六、自動重合閘,六、綜合重合閘,三重方式發(fā)生任何故障，線路保護動作跳三相，三相重合，重合成功繼續(xù)運行，重合于永久性故障上保護動作再次將斷路器三相跳開。綜重方式單相故障按單相重合閘方式處理；相間故障按三相重合閘方式處理。停用重合閘退出，重合閘長期不用時，應設置于該方式。,六、自動重合閘,母線保護配置,220kV變電站：220kV母線保護應按雙重化配置；110kV母線保護單套配置。110kV變電站：一般不設專用母線保護。220kV雙母線接線的斷路器失靈保護按單套配置。使用微機型母線保護裝置時，由該裝置實現(xiàn)失靈保護功能，不單獨配置失靈保護。,一、母線保護配置,微機母線保護裝置功能,母線差動保護母聯(lián)充電保護母聯(lián)過流保護母聯(lián)死區(qū)保護母聯(lián)失靈保護母聯(lián)非全相保護斷路器失靈保護,一、母線保護配置,用于雙母線接線的微機母線保護裝置功能,二、母線差動保護,用于雙母線或單母線分段接線方式的微機型母差保護由母線大差和各段母線小差組成。大差：由除了母聯(lián)開關以外的母線所有其余支路的電流構成，作用是區(qū)分母線內和母線外故障。小差：由與該母線相連的各支路電流構成，作用是區(qū)分哪條母線發(fā)生故障。,差動回路,大差：CT1、CT2、CT3、CT4,1母小差：CT1、CT2、CT5,2母小差：CT3、CT4、CT5,285,283,286,284,201,-1,-1,-1,-2,-2,-2,二、母線差動保護,二、母線差動保護,復合電壓閉鎖元件,復合電壓閉鎖元件作用：防止差動繼電器誤動或其他原因誤跳閘。,U最小的相電壓3U0零序電壓（自產）U2負序電壓（自產）,二、母線差動保護,當低電壓元件、零序過電壓元件、負序電壓元件中只有有一個或一個以上的元件動作，則立即開放母差保護。,二、母線差動保護,母差“選擇”方式：母差保護能夠按照一次設備的運行方式選擇故障母線，分別跳閘。也稱“有選擇”方式。母差“非選擇”方式：母線故障時，母差保護不選擇故障母線直接跳開各母線上的斷路器，投入“母線互聯(lián)”、“母聯(lián)互聯(lián)”、“單母方式”壓板時均會使母差“非選擇”跳閘。也稱“無選擇”方式。,母聯(lián)充電保護：當任一組母線檢修后再投入之前，利用母聯(lián)斷路器對該母線進行充電時可投入母聯(lián)充電保護，若母線存在故障時，則充電保護切除故障。,三、母聯(lián)充電、過流保護,母聯(lián)過流保護：利用母聯(lián)斷路器作為線路的臨時保護時，當線路有故障時，由母聯(lián)過流保護動作跳母聯(lián)開關切除故障。,三、母聯(lián)充電、過流保護,四、母聯(lián)死區(qū)保護,若母聯(lián)開關和母聯(lián)TA之間發(fā)生故障，斷路器側母線跳開后故障仍然存在，正好處于TA側母線小差的死區(qū)，為提高保護動作速度，專設了母聯(lián)死區(qū)保護。母聯(lián)死區(qū)保護在差動保護發(fā)母線跳令后，母聯(lián)開關已跳開而母聯(lián)TA仍有電流，且大差比率差動元件及斷路器側小差比率差動元件不返回的情況下，經死區(qū)動作延時Tsq跳開另一條母線。注意：母聯(lián)死區(qū)保護經過復合電壓閉鎖,五、母聯(lián)失靈保護,母聯(lián)開關失靈判別及動作條件有保護曾給它發(fā)過跳閘命令在一定時間內母聯(lián)仍存在電流兩母線電壓閉鎖均動作母聯(lián)失靈動作后切除兩母線上所有連接元件,啟動失靈壓板,雙母線，斷路器失靈保護與母線保護一體化，失靈保護動作后，跳開失靈開關所在母線上其他所有的開關。,六、斷路器失靈保護,啟動失靈壓板,判斷開關失靈2個條件：1.線路保護或變壓器保護對該開關發(fā)過跳閘命令；（本條件判斷在線路保護或主變保護裝置中實現(xiàn)）2.開關在一段時間里仍有電流流過。（本條件判斷在母線保護裝置或線路輔助保護裝置中實現(xiàn)）,啟動失靈壓板,通過引入刀閘位置接點，確定失靈斷路器接于哪條母線，從而經過該母線的電壓閉鎖元件，去切除該條母線。（本部分在母線保護裝置中實現(xiàn)。）,六、斷路器失靈保護,各斷路器出口壓板,注意：失靈保護起動后經跟跳延時再次動作于該線路斷路器，經失靈延時切除該元件所在母線的各個連接元件,七、母差、失靈保護與其他保護的配合,閉鎖線路重合閘。母差、失靈保護動作后，發(fā)“遠跳”命令，使線路對側斷路器跳閘。（通過光纖縱聯(lián)電流差動保護裝置實現(xiàn)）,可以啟動遠跳的保護出口接點,（七）母差、失靈保護與其他保護的配合,遠跳的目的：,1）斷路器與TA之間發(fā)生短路故障2）母線上故障斷路器失靈,M,N,七、母差、失靈保護與其他保護的配合,八、復合電壓閉鎖方式,雙母線接線母線保護中，母線差動保護、斷路器失靈保護、母聯(lián)死區(qū)保護、母聯(lián)失靈保護都要經過復合電壓閉鎖。母聯(lián)充電保護、母聯(lián)過流保護不經復合電壓閉鎖。,九、母線運行方式識別,雙母線上各連接元件在系統(tǒng)運行中需要經常在兩條母線上切換，因此正確識別母線運行方式直接影響到母線保護動作的正確性。微機母線保護裝置引入隔離刀閘輔助觸點判別母線運行方式，同時對刀閘輔助觸點進行自檢。,4.二次回路切換檢查,本支路電流計入哪個小差回路,母差保護動作后選擇跳閘開關,九、母線運行方式識別,九、母線運行方式識別,母線運行方式識別,以下幾種情況下裝置會發(fā)出刀閘位置報警信號：,當有刀閘位置變位時，需要運行人員檢查無誤后按刀閘位置確認按鈕復歸。,刀閘位置出現(xiàn)雙跨時。,當某條支路有電流而無刀閘位置時，裝置能夠記憶原來的刀閘位置，并根據當前系統(tǒng)的電流分布情況校驗該支路刀閘位置的正確性，此時不響應刀閘位置確認按鈕。,由于刀閘位置錯誤造成大差電流小于TA斷線定值，而小差電流大于TA斷線定值時延時10s發(fā)刀閘位置報警信號；因刀閘位置錯誤產生差流時，裝置會根據當前系統(tǒng)的電流分布情況計算出該支路的正確刀閘位置。,九、母線運行方式識別,220kV、110kV主變保護按雙套配置主后一體的電量保護（差動保護和后備保護），非電量保護按單套配置。,一、主變保護配置,非電量保護裝設重瓦斯、壓力釋放、油溫度高、繞組溫度高、有載調壓開關重瓦斯、冷卻器全停等輸入回路,其出口繼電器不起動失靈保護；輕瓦斯則只發(fā)信號。,一、主變保護配置,220kV主變壓器電量保護主保護為兩套不同原理的縱差保護。后備保護配置各側裝設復合電壓閉鎖的過流保護，復合電壓閉鎖元件取三側電壓的“或”邏輯。220kV和110kV側裝設零序方向過流保護。220kV和110kV側裝設間隙過流和間隙過壓保護，經0.3-0.5S跳主變各側。裝設過負荷保護，發(fā)信號。裝設過負荷閉鎖有載調壓；按負荷起動風扇回路。裝設失靈起動回路（電量保護出口+電流）。,一、主變保護配置,110kV主變壓器電量保護主保護為兩套不同原理的縱差保護。后備保護配置各側裝設復合電壓閉鎖的過流保護，110kV側復合電壓閉鎖元件取三側電壓的“或”邏輯，中低壓側復合電壓閉鎖元件取本側電壓。110kV側裝設零序過流保護。110kV側裝設間隙過流和間隙過壓保護。中低壓側配置母線充電保護。中低壓側配置零序電壓保護，延時發(fā)信號。裝設過負荷保護，發(fā)信號。裝設過負荷閉鎖有載調壓；按負荷起動風扇回路。,一、主變保護配置,一、主變保護配置,二、瓦斯保護,變壓器油箱內部故障產生電弧，使絕緣物和變壓器油分解產生大量氣體，根據油箱內部所產生的氣體的數量和油流速度而動作的保護即為瓦斯保護。一般氣體排出的多少與變壓器故障的嚴重程度和性質有關，當變壓器內部發(fā)生輕微故障時，有少量氣體產生，氣體繼電器的上觸點閉合，作用于預告信號；當發(fā)生嚴重故障時，產生大量氣體，形成油氣流沿連接管沖向油枕，沖擊氣體繼電器擋板使其下觸點閉合，發(fā)出報警信號，同時將斷路器跳閘。氣體繼電器的下觸點閉合，也可以利用切換片切換位置，只給出報警信號。,三、差動保護,差動保護范圍是各側TA之間的電氣部分，當變壓器繞組和引出線多相短路、大電流接地系統(tǒng)側繞組和引出線的單相接地短路及繞組匝間短路故障，保護瞬時動作跳主變各側斷路器