变电站保护配置及基本原理2015.10

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。 3U0 3I0
3I0
A线路
B线路
正方向短路
3U0 3I0
3U0 正方向短路时，零序电 流超前于零序电压。 3U0
A线路 反方向短路
B线路
3I0
反方向短路时，零序电 流滞后于零序电压。
电流速断 （Ⅰ段） 限时电流速断 保护范围 整定值最大 ，延时最短 动作时间
被保护线路全长的20％～50％。
保护装置的固有动作时间。
（ Ⅱ段） 过电流保护
（Ⅲ段）
被保护线路的全长及下一线路（ 动作时限ｔⅡ要与下一线路Ⅰ段 不超过下一条线路的I段）。 的动作时限相配合，一般为0.5s。
整定值最小 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。 ，延时最长
至更远。
其动作时限按阶梯原则整定。
三、距离保护
三段式距离保护动作逻辑 Z<ZZDⅠ Z<ZZDⅡ tⅡ tⅢ
≥1
出口
Z<ZZDⅢ
阻抗定值
动作时间
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。
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。
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
M 1 F1 2 N 3 F2
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。
五、纵联保护
纵联保护分类
导引线纵联保护 电力载波纵联保护 按通信通道划分 纵联差动保护分类 微波纵联保护 光纤纵联保护 纵联方向保护 按构成原理划分 纵联距离保护 纵联差动保护
五、纵联保护-电流差动
三、距离保护
三段式距离保护
保护范围 Ⅰ段 动作时间
整定值最小 被保护线路全长的80％～85 ，时间最短
％。
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 动作时限ｔⅡ要与下一线路Ⅰ段的 路全长的30％～40％。 动作时限相配合，一般为0.5s。
Ⅲ段
整定值最大 ，时间最长 本线路和下一线路的全长乃
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
母线差动 保护范围
线路 保护范围
四、继电保护保护范围的划分
母线及母联间隔
四、零序过流保护 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
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
M
IM
IN
N
保 护
保 护
╳
╳
五、纵联保护-电流差动
线路内部故障时：
M IM IN N
保 护
保 护
√
√
五、纵联保护-电流差动
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” 。
差动保护的压板
五、纵联保护-电流差动
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 ：
保护动作后，切断故障电流，则故障点电弧熄灭，故障 四、三相一次重合闸 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
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 四、三相一次重合闸 次重合闸，而对于 220kV双电源线路采用综合重 合闸。
五、保护死区分析
母联死区 ：
CT 1 CT2
285
I
II
283 -1
-1
CT5
-1
201 -2 286
CT3
-2 284
CT4
Ⅱ母小差 保护范围
-2
五、保护死区分析
线路死区 ：
跳闸命令
跳闸命令
母差保护
死 区
保护装置
保护
线路保护
图ZY1000506001-1 线路死区
五、保护死区分析
主变死区 ：
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
远方跳闸压板 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。
六、自动重合闸
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。
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。
CT1 CT2
285
283 -1
-1
CT5
Ⅰ母小差 保护范围
201
母线差动 保护范围
I II
-1
-2 286
CT3
-2 284
CT4
Ⅱ母小差 保护范围
-2
四、继电保护保护范围的划分
主变间隔
母线差动 保护范围 主变差动 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。
直流系统
UPS电源
监控系统
遥 信 遥 遥 测 控
二次控制回路
接 通 电 路
跳闸命令 保护及自动装置 告警 测控装置
二 次 电 压
风冷控制箱
计量装置
内容提纲
1 继电保护基础知识
目录2
线路保护配置及基本原理
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？
一、线路保护配置
保护分类：
反应一端电气量的保护，如过流保护、零序保护、距离保 护。
保护
反应两端电气量的保护，如纵联保护 。
保 护
保 护
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 。
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。
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
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。
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 基本原理 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：
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
U/I
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。
三、距离保护
U/I
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/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。
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。
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
三段式过流保护
保护对象 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
其动作时限按阶梯原则整Βιβλιοθήκη Baidu。
L1
Ⅰ段 Ⅱ段 Ⅲ段
L2
Ⅰ段 Ⅱ段
L3
Ⅰ段 Ⅱ段 Ⅲ段 Ⅲ段
二、过流保护
三段式过流保护 I>IZDⅠ I>IZDⅡ I>IZDⅢ tⅡ tⅢ ≥1 出口
电流定值
动作时间
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。
二、过流保护
过流保护主要用于10~35kV线路。
变电站保护配置及基本原理
运行调通教研室 张红艳
变电站在电力系统中的地位和作用
发电
输电
变电
配电
用电
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
计 算 机 电 源
动力、加热 照明电源 整流电源
操作机构 控 制 传动机构 保 线圈带电 操作机构 护 测 二次电流 控 电 源 操作机构
Z=UΦ/（IΦ+K3I0）
相间距离保护——反映各种相间故障。
Z=UΦ Φ /IΦ Φ
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
3I0
跳闸逻辑：3I0> 整定值，跳开线路开关 电气量获得：线路CT自产3I0 3I0=Ia+Ib+Ic