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：

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