變電站繼電保護及自動裝置

1、精選文檔變電站繼電保護及自動裝置一、 對繼電保護的基本要求1、 繼電保護及自動裝置的定義：當(dāng)電力系統(tǒng)中的電力元件（如線路、變壓器、母線等）或電力系統(tǒng)本身發(fā)生了故障或危及其安全運行的事件時，能夠向值班員及時發(fā)出警告信號、或者直接向所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令，以終結(jié)這些事件發(fā)展的設(shè)備。2、 繼電保護的作用：（1） 自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于遭到破壞，保證其他無故障部分迅速恢復(fù)正常運行。（2） 反應(yīng)電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護的條件，而動作于發(fā)出信號、減負荷或跳閘。3、 繼電保護的基本要求：（1）選擇性：保護裝置動作時僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使

2、停電范圍盡可能縮小，以保證系統(tǒng)中無故障部分繼續(xù)運行。即：保護裝置不該動作時就不動作（如發(fā)生在下一段線路的故障，本段的保護就不應(yīng)該動作跳閘）。（2）快速性：保護裝置應(yīng)盡快將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，其目的是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減輕故障設(shè)備和線路的損壞程度，縮小故障波及范圍。（3）靈敏性：指保護裝置在其保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運行時的反應(yīng)能力。（4）可靠性：在規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生應(yīng)該動作的故障，保護裝置應(yīng)可靠動作，而在任何不應(yīng)動作的情況下，保護裝置不應(yīng)誤動。二、變電站繼電保護裝置的分類：1、根據(jù)保護裝置的作用，保護可分為：主保護、后備保護、輔助保護。（1）主保護：為滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速

3、度有選擇性地切除故障的保護。（2）后備保護：當(dāng)主保護或斷路器拒動時，用來切除故障的保護。后備保護又分為： 遠后備保護：當(dāng)主保護拒動時，由相鄰電力設(shè)備或線路的保護來實現(xiàn)的后備保護。 近后備保護：當(dāng)主保護或斷路器拒動時，由本電力設(shè)備或線路的另一套保護來實現(xiàn)的后備保護。（3）輔助保護：為補充主保護與后備保護的性能或當(dāng)主保護與后備保護退出運行時而起作用的保護。例如：斷路器三相不一致保護、充電保護等。 2、根據(jù)保護的動作原理不同，保護可分為：（1）反映電流變化的電流保護：如過流保護；（2）反映電壓變化的電壓保護：如低電壓、過電壓等；（3）同時反映電流和電壓變化的保護：1）復(fù)合電壓（低電壓、負序電壓、零序

4、電壓）閉鎖的過流保護：在電流保護的基礎(chǔ)上，加裝電壓閉鎖元件，只有電壓和電流都滿足條件時，保護才動作出口，這樣可以提高保護的靈敏度。2）距離保護：通過測量阻抗來反映故障點到保護安裝處的距離，并根據(jù)距離的遠近確定動作時間的一種保護。（4）同時反映被保護元件各側(cè)電氣量變化的快速保護： 1） 差動保護：是將被保護設(shè)備各側(cè)按照環(huán)流法接線形成差動回路，保護范圍內(nèi)故障，差動回路出現(xiàn)差電流時，保護動作跳閘。 2） 線路高頻保護：是通過某種通信通道將線路兩側(cè)的保護裝置縱向連接起來，將各端的電氣量（如電流、功率的方向等）轉(zhuǎn)化為高頻信號傳送到對端進行比較，判斷故障是否在保護范圍內(nèi)，從而決定是否動作于跳閘。高頻保護的

5、保護范圍為本線路全長，但不能作為相鄰線路的后備保護。線路的高頻保護根據(jù)不同的動作原理又可分為：a 方向高頻保護：按照比較線路兩側(cè)短路功率方向的原理構(gòu)成，以母線指向線路為正方向，以線路指向母線為反方向；在外部故障時，兩側(cè)方向相反，保護不動作，在內(nèi)部故障時，兩側(cè)方向相同，保護動作跳閘。 b距離高頻保護：以方向距離元件（方向阻抗繼電器）為判別元件，通過收發(fā)信機接收和發(fā)送故障信息，進行比較。外部故障時，至少有一側(cè)保護不動作，保護閉鎖跳閘。內(nèi)部故障時，兩側(cè)保護同時動作，將兩側(cè)開關(guān)跳開。 高頻保護根據(jù)動作特性又分為閉鎖式及允許式。閉鎖式高頻保護在線路發(fā)生故障時，首先由啟動元件向?qū)?cè)發(fā)送閉鎖信號，當(dāng)保護正向

6、元件動作后停止發(fā)信，收不到對側(cè)閉鎖信號同時本側(cè)保護元件動作時，保護出口跳閘。允許式高頻保護在發(fā)生故障時，保護元件動作后向?qū)?cè)發(fā)送允許信號，收到對側(cè)允許信號同時本側(cè)保護元件動作保護出口跳閘。（5）反映系統(tǒng)異常運行時出現(xiàn)的判據(jù)的保護：如零序電流、零序電壓保護等。（6）反映非電氣量的保護，如瓦斯、過溫、壓力釋放等。三、各電壓等級保護裝置配置的特點1、10kV、35kV電網(wǎng)： 反映相間短路故障的一般采用過電流保護，后備保護為遠后備方式。對于單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)的單回線路，一般裝設(shè)帶速斷或不帶速斷的過電流保護，保護裝置采用定時限或反時限特性。對于多電源的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，電流保護可增加方向元件。對于發(fā)電廠引出的電

7、源聯(lián)絡(luò)線，如方向電流保護不能滿足要求，可采用簡單的距離保護；如線路很短，可采用差動保護。對于平行線路，可采用方向橫差或電流平衡保護作為主保護，以電流保護作為后備保護。 對于單相接地故障，不裝設(shè)作用于跳閘的保護，只裝設(shè)反映零序電壓的信號裝置。2、 110kV電網(wǎng)： 當(dāng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不復(fù)雜時，反映相間短路故障的一般應(yīng)采用三段式距離保護或電流保護，反映接地故障的采用零序電流保護。后備保護為遠后備方式。 當(dāng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如多電源網(wǎng)絡(luò)，可采用帶方向的電流保護和零序電流保護。采用電流保護不能滿足選擇性、靈敏性和快速性要求時，應(yīng)采用相間距離保護和接地距離保護。后備保護為遠后備方式。3、220kV電網(wǎng)： 一般采用保

8、護線路全長的縱聯(lián)保護作為主保護，如高頻保護、縱差保護等。以三段式相間距離和接地距離保護、階段式零序電流保護作為后備保護。同時采用近后備保護，如斷路器失靈保護。保護采用雙重化，即采用不同原理、不同接線形式，由不同的蓄電池和直流母線供電，保護動作于不同的跳閘線圈，實現(xiàn)兩套保護的相互備用。220kV線路保護：幾種常見的220KV線路保護的保護功能配置：保護型號主保護后備保護重合閘LFP（RCS）-901A工頻突變量方向高頻、方向零序高頻、突變量距離段三段式相間距離保護和三段式接地距離保護、二個延時段零序過流綜重LFP（RCS）-901B工頻突變量方向高頻、方向零序高頻、突變量距離段三段式相間距離保護

9、和三段式接地距離保護、四段零序過流綜重LFP（RCS）-902A方向距離高頻、向零序高頻、突變量距離段三段式相間距離保護和三段式接地距離保護、二個延時段零序過流綜重LFP（RCS）-902B方向距離高頻、方向零序高頻、突變量距離段三段式相間距離保護和三段式接地距離保護、四段零序過流綜重CSL-101A方向距離高頻、方向零序高頻三段式相間距離保護和三段式接地距離保護、四段零序過流、二段不靈敏零序方向過流綜重CSL-101B方向距離高頻、方向零序高頻三段式相間距離保護和三段式接地距離保護、四段零序過流、二段不靈敏零序方向過流綜重CSL-102A工頻突變量方向高頻、方向零序高頻三段式相間距離保護和三

10、段式接地距離保護、四段零序過流、二段不靈敏零序方向過流綜重CSL-102B工頻突變量方向高頻、方向零序高頻三段式相間距離保護和三段式接地距離保護、四段零序過流、二段不靈敏零序方向過流綜重WXB-11方向距離高頻、方向零序高頻三段式相間距離保護和三段式接地距離保護、四段零序過流、非全相運行時不靈敏零序過流綜重WXB-15工頻突變量方向高頻、方向零序高頻三段式相間距離保護和三段式接地距離保護、四段零序過流綜重RCS931A光纖差動三段式相間距離保護和三段式接地距離保護、四段零序過流綜重CSC103A方向縱聯(lián)電流差動保護、工頻突變量距離段三段式相間距離保護和三段式接地距離保護、四段零序過流綜重四、斷

11、路器保護裝置：1、斷路器失靈保護：保護動作后，如斷路器拒動，失靈保護啟動將故障斷路器相鄰的設(shè)備切除。在雙母線接線中，失靈保護動作的接點與線路保護動作的接點串接后啟動母線保護跳閘，跳開故障斷路器所在母線上所有設(shè)備及母聯(lián)開關(guān)。在3/2接線中，失靈保護動作跳開故障開關(guān)相臨所有斷路器。2、三相不一致：當(dāng)斷路器運行中出現(xiàn)非全相運行時，保護啟動跳開斷路器。通過斷路器的位置接點和零序電流或負序電流作為動作的判據(jù)。其動作時間應(yīng)躲過單相重合閘的動作時間。3、線路充電保護：線路充電時使用。其整定值很小且無時限。4、斷路器死區(qū)保護：當(dāng)故障發(fā)生在斷路器與CT間，斷路器跳開后，對側(cè)仍向故障點供應(yīng)電流，此時，保護將發(fā)迅機

12、閉鎖，停止向?qū)?cè)發(fā)送閉鎖信號，使對側(cè)高頻保護跳閘。五、 母線保護裝置：1、保護范圍：保護母差CT以內(nèi)的設(shè)備。如：母線、母線PT、母線刀閘等。2、保護構(gòu)成：由大差動和小差動構(gòu)成。其中大差作為啟動元件，小差動為判別元件。3、動作原理：。4、母聯(lián)死區(qū)保護：當(dāng)故障發(fā)生在母聯(lián)斷路器與CT間，母聯(lián)斷路器跳開后，另一母線仍向故障點供應(yīng)電流，此時，利用母聯(lián)的輔助接點將母聯(lián)CT二次封堵，使另一母線的小差動啟動，跳開其他斷路器。六、變壓器保護裝置1、變壓器的故障類型： 變壓器的故障又可分為油箱內(nèi)故障和油箱外故障兩種。油箱內(nèi)故障包括繞組的相間短路、接地短路、匝間短路以及鐵芯的燒損等。油箱內(nèi)部故障時產(chǎn)生的電弧將引起絕

13、緣物質(zhì)的劇烈氣化，從而可能發(fā)生爆炸，因此這些故障應(yīng)盡快切除。油箱外的故障，主要是套管和引出線上的短路或接地。此外，還有由于外部相間短路引起的過流以及變壓器外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓，變壓器突然甩負荷或空載長線路時變壓器的過勵磁等。變壓器的異常運行狀態(tài)主要有過負荷和油面降低以及油位過高等。2、 變壓器保護配置： （1）非電量保護1）瓦斯保護 ：防止變壓器油箱內(nèi)部各種短路或接地故障和油面降低。保護范圍是變壓器油箱內(nèi)部。包括本體和有載。2）壓力釋放。當(dāng)變壓器內(nèi)部壓力超過整定值時，安全閥打開，同時將變壓器各側(cè)斷路器跳開。3）冷控失電：當(dāng)變壓器冷卻器全停時，發(fā)信號，超過20分鐘，溫

14、度70以上，跳開各側(cè)斷路器；達不到70。最多1小時跳閘。（2）差動保護：防止變壓器繞組和引出線相間短路、大電流接地系統(tǒng)側(cè)繞組和引處線接地短路及繞組匝間短路。保護范圍是變壓器各側(cè)差動CT內(nèi)設(shè)備。差動保護由差動速斷、比率差動和二次諧波制動組成。： （3）過流保護（復(fù)合電壓閉鎖）： 防止變壓器外部相間短路并做為變壓器瓦斯和差動保護后備保護。 （4）零序保護（電流、電壓、間隙）  ：防止大電流接地系統(tǒng)中變壓器外部接地短路。 （5）過負荷保護：防止變壓器過負荷。3、變壓器保護動作行為：以220KV變壓器為例（1）主保護：差動或瓦斯保護動作同時跳開變壓器各側(cè)開關(guān)；（2）220KV側(cè)后備

15、保護：220KV復(fù)合電壓閉鎖過流動作跳各側(cè)開關(guān)；220KV零序方向過流時限跳母聯(lián)，220KV零序方向過流時限作跳本側(cè)開關(guān)；放電間隙保護（經(jīng)放電間隙接地的變壓器投入）動作跳各側(cè)開關(guān)；非全相運行動作跳本側(cè)開關(guān)；（3）110KV側(cè)后備保護：110KV復(fù)合電壓閉鎖方向過流第一時限動作跳母聯(lián)開關(guān)，第二時限動作跳本側(cè)開關(guān)；110KV復(fù)合電壓閉鎖過流：第一時限動作跳母聯(lián)開關(guān)，第二時限動作跳各側(cè)開關(guān)；110KV零序方向過流段第一時限動作跳母聯(lián)開關(guān)，第二時限動作跳本側(cè)開關(guān)；110KV零序過流：第一時限動作跳母聯(lián)開關(guān)，第二時限動作跳各側(cè)開關(guān)；（4）35KV（10KV）后備保護：35KV（10KV）復(fù)合電壓閉鎖過流

16、段（時限速段）第一時限跳分段，第二時限動作跳本側(cè)開關(guān)；35KV（10KV）復(fù)合電壓閉鎖過流段（定時過流）第一時限跳分段，第二時限動作跳本側(cè)開關(guān)；（5）變壓器過負荷：發(fā)信號；（6）壓力釋放：發(fā)信號；（7）線溫或油溫高：發(fā)信號；（8）冷卻器全?；蚶淇厥щ姡喊l(fā)信號；20分鐘后跳閘。七、變電站自動裝置（一）重合閘裝置1、作用：線路發(fā)生故障跳閘后，重合閘裝置啟動，如線路屬于暫時性故障，開關(guān)將再次合閘，恢復(fù)線路供電。當(dāng)斷路器偷跳或人員誤碰時能夠?qū)㈤_關(guān)再次合閘。2、 各電壓等級下重合閘裝置的配置：在10kV、35kV、110kV系統(tǒng)中一般采用三相一次重合閘，斷路器斷開后，重合閘裝置啟動使開關(guān)再次合閘，重合不

17、成跳開三相不再重合。在220KV系統(tǒng)中一般采用綜合重合閘，分為單相、三相、綜合、停用重合閘四種方式。電源聯(lián)絡(luò)線，三相及綜合重合閘應(yīng)裝設(shè)無壓或同期裝置，防止線路重合引起非同期并列。線路一端投無壓重合閘，另一端投同期重合閘，投無壓重合閘的一端應(yīng)同時投入同期裝置，以保證在斷路器偷跳或人員誤碰時重合閘裝置能啟動。3、 綜合重合閘運行方式：1） 單相重合閘：單相故障，單相跳閘，重合單相，重合不成后跳開三相不再重合。兩相及以上故障跳開三相不重合。 2） 三相重合閘：任何類型的故障都是三相跳閘，三相重合（鑒定同期或無壓），重合不成后跳開三相不再重合。 3）綜合重合閘：單相故障，單相跳閘，重合不成后跳開三相不

18、再重合。兩相及以上故障三相跳閘，三相重合（鑒定同期或無壓） ，重合不成后跳開三相不再重合。 4）停用重合閘：任何類型故障都是三相跳閘不再重合。4、重合閘與保護的配合： 1） 重合閘后加速：線路發(fā)生故障時，保護有選擇性的切除故障，重合閘啟動將開關(guān)再次合閘，若線路為永久性故障，保護的時間元件退出，保護無選擇性的將斷路器跳開。2）重合閘前加速：線路發(fā)生故障時，靠近電源側(cè)的保護首先無選擇性地瞬時動作跳閘，重合閘啟動將開關(guān)再次合閘，若線路為永久性故障，然后依靠保護的時限，有選擇性地動作切除故障。5、重合閘的啟動方式：1）不對應(yīng)啟動：當(dāng)斷路器把手與斷路器位置不對應(yīng)時，啟動重合閘。 2）保護啟動：線路保護動

19、作跳閘時，啟動重合閘。6、重合閘的閉鎖方式：1）停用重合閘時；2）手動分閘時；3）不經(jīng)重合閘的保護裝置動作時，如母線保護、斷路器失靈保護、遠方跳閘、低頻低壓減載裝置動作時；4） 單相重合閘方式時，斷路器三相跳閘；5） 斷路器氣壓或液壓降低時；6） 線路保護后加速動作時。（二）備用電源自動投入裝置：當(dāng)工作電源故障時，將備用電源投入。（三）低周（低壓）減載裝置：（四）低周（低壓）解列裝置：一般裝在變電站與發(fā)電廠的聯(lián)絡(luò)線上。八、變電站繼電保護及自動裝置運行中的注意事項1 、投入保護裝置的順序為：先投入交流電源、直流電源，再依次投入保護功能壓板及出口壓板。停用保護時順序相反。2 、保護投入掉閘前，應(yīng)檢

20、查保護信號指示正常，縱聯(lián)（高頻）保護還應(yīng)檢查通道是否正常。工作后的保護，還應(yīng)用萬用表測量保護出口壓板輸入端對地確無電壓，以保證裝置確未發(fā)出跳閘或合閘脈沖。3、檢查保護運行，一般包括信號燈指示是否正確，電源是否正常，壓板投停位置是否正確，方式開關(guān)位置是否正確，指示儀表或顯示屏指示數(shù)據(jù)、信息是否正常。4、有啟動失靈保護回路的保護裝置停用時，應(yīng)首先停用啟動失靈保護壓板，再停用跳閘出口壓板，投入時順序相反，以防止失靈保護誤動。5、線路縱聯(lián)保護（如高頻保護、線路縱差保護等）應(yīng)線路各側(cè)同時投入或退出。線路任一側(cè)開關(guān)斷開時，保護可不退出。6、線路高頻保護部分停用時，應(yīng)首先停用高頻保護壓板，再根據(jù)工作任務(wù)決定

21、是否斷開收發(fā)信機電源開關(guān)。無導(dǎo)頻的高頻保護投入時應(yīng)測試通道良好后，再投入高頻保護壓板。有導(dǎo)頻的高頻保護投入時應(yīng)檢查無通道故障信號發(fā)出后，再投入高頻保護壓板。7、線路縱差保護投入前應(yīng)檢查無通道故障信號發(fā)出后，再將縱差保護投入。縱差保護停用時只取下差動保護壓板即可。8、配有多種保護功能的保護（如變壓器保護、線路保護）運行中停用某一保護部分時，只取下相應(yīng)保護功能壓板即可，其他保護功能可繼續(xù)運行。9、不同保護裝于同一保護屏（如線路保護與斷路器保護）的保護投停時應(yīng)明確調(diào)度命令含義，防止誤投停其它保護。10、停用220KV線路重合閘時,應(yīng)首先將重合閘方式開關(guān)切至停用或投入溝三跳壓板后，再停用重合閘出口壓板

22、，投入時順序相反，防止投停重合閘過程中線路發(fā)生單相故障造成非全相運行。11、線路配置WXB-11、WXB-15或GSL-101、GSL-102系列保護的，運行中兩套保護的重合閘方式開關(guān)按照相同方式運行，只投入一套保護的重合閘出口壓板。線路配置LFP-901、LFP-902系列保護的，運行中一套重合閘在運行狀態(tài)，另一套在停用狀態(tài)。投入重合閘的線路保護停用時，應(yīng)投入另一套保護的重合閘。兩套保護均投入后，按照正常方式投入重合閘。12、一個半斷路器接線的線路重合閘停用時，應(yīng)將母線側(cè)開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)的重合閘均停用。此時若同一串的另一線路發(fā)生故障可在母線側(cè)開關(guān)重合成功后手動合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)。13、一個半斷路器接線的一段母線停電或單一開關(guān)（線路的母線側(cè)開關(guān)）停電時，拉開開關(guān)前，應(yīng)投入聯(lián)絡(luò)開關(guān)的解除重合閘時間壓板，停用另一母線側(cè)開關(guān)的解除重合閘時間壓板，線-變串只投入聯(lián)絡(luò)開關(guān)的重合閘時間壓板即可。母線及開關(guān)送電后恢復(fù)重合閘順序。此時線路故障為聯(lián)絡(luò)開關(guān)先重合，以保證與對側(cè)重合閘配合。九、微機繼電保護 用計算機構(gòu)成的繼電保護裝置，就稱為微機保護。1、 微機保護的構(gòu)成：微機保護由硬件和軟件兩部分構(gòu)成。硬件部分包括以下四個系統(tǒng)：（1） 模擬量輸入系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)） 當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，把模擬的故障電氣量轉(zhuǎn)換