牵引变电所继电保护

牵引变电所的二次保护一、系统结构：保护测控单元、当地监控单元、现场总线、视频监控单元1、各保护测控单元完成变电所的继电保护、测量、控制功能。

2、间隔层网络采用双光纤以太网。

3、调度中心通过通信一、电力供电系统供电系统是一个电能生产、变换、输送、分配和使用的各种电气设备按照一定的技术与经济要求有机组成的一个联合系统。

在电力系统中一般分为一次设备和二次设备。

一次设备：一般电能通过的设备成为电力系统的一次设备。

二次设备：对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备成为电力系统的二次设备。

供电系统在运行工作中有三种状态，即正常工作状态、不正常工作状态和故障状态。

供电系统应能在各种复杂情况下的正常供电。

电力系统的运行条件一般可用一下一组方程式来描述系统元件和控制的动态规律。

∑PGi－∑PLi－∑△PS=0∑QGi－∑QLi－∑△QS=0PGi，Qgi是i个发电机其它电源设备发生的有功和无功功率。

PLi 、QLi分别是i个负荷使用的有功功率和无功功率。

△PS、△QS分别为电力系统中各种有功功率和无功功率损耗。

下面是一组不等式约束的条件：Sk≤SkmaxUimin≤Ui≤Uimax IIij≤Iijmaxfmin≤f≤fmaxSk、Skmax—分别为发电机、变压器式用电设备的功率及其上限。

Ui 、Uimin、Uimax—分别为母线电压及其上、下限。

Iij、Iijmax—分别为输、配电线路中的电流及其上限。

f、Fmin、fmax —分别为系统频率及上、下限。

1、正常状态正常状态下运行的电力系统以上所有的等式和不等式条件的均满足。

此时表明电力系统以足够的电功率满足负荷对电能的需求：电力系统中各发电、输电和用电设备均在规定的长期、安全工作限额内运行。

2、不正常工作状态及其危害。

所有等式约束条件均满足，少部分的不等式约束条件不满足，但又构不成故障的电力系统工作状态，称为不正常运行状态。

如负荷超过电气设备的上限造成电流升高（又称过负荷）。

系统中出现功率缺额而引起的频率降低，发电机突然甩负荷引起的发电机频率升高，中性点不接地系统和非有效接地系统中的单相接地引起的非接地相对地电压的升高，如白炽灯在电压长期升高+10%时寿命缩短一半。

3、故障状态及其危害电力系统的所有一次设备在运行过程中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作、设计制造缺陷等原因会发生如短路、断线等故障。

最常见同时也是最危险的故障发生各种类型的短路。

如三相短路，两相短路，两相短路接地和单相接地短路，不同类型短路发生的概率是不同的。

一、继电保护的任务随着自动化技术的发展，电力系统的正常运行、故障期间以及故障源的恢复过程中，许多控制操作日趋高度自动化。

这些控制操作的技术与装备大致可分为两大类，其一为保证电力系统正常运行的经济性和电能质量的自动化技术与装备。

主要进行电能生产过程的连续自动调节，其特点动作速度相对迟缓，调节稳定性高，把整个电力系统或其中一部分作为调节对象，这就是通常理解的“电力系统自动化（控制）”。

其二，当电网或电气设备发生故障，或出现影响安全运行的异常情况时，自动切除故障设备和消除异常情况的技术与设备，其特点是动作速度快，其性质是非调节性的，这就是通常理解的“电力电流继电保护与安全自动装置”。

电力系统继电保护的基本任务。

1、自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除、使故障元件免于继续遭到损坏、保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。

2、仅应电气设备的不正常运行状态、并根据运行维护条件、而动作于发生信号式跳闸。

此时一般不要求迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免暂断的运行波动造成不必要的动作和干扰引起的误动。

供电系统在实际运行当中，由于受到人为的因素或大自然的原因，会发生这样那样的故障和出现不正常的运行状态。

一旦发生事故即会产生如下后果。

1、大电流直接接地短路，短路电流流过短路点引起电弧故障烧毁、烧坏供电设备。

2、短路电流通过故障设备和非故障设备时会发热并产生电动力的作用，使设备受到机械性损坏和绝缘损伤以至于缩短设备的使用寿命。

3、电力系统中电压下降。

影响铁路供电的正常工作，使铁路运输不能正常运行。

继电保护是一种能反应供电系统故障和不正常状态，并能及时的使断路器跳闸或发出信号的自动化设备。

（1）自动、迅速有选择地切除故障组件，使无故障部分恢复正常运行，故障部分设备避免进一步的毁坏。

（2）发现供电系统的不正常状态，根据运行维护条件动作于信号，减负荷或跳闸。

二、继电保护的基本要求继电保护在经济上、技术上一般应满足五个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性、可靠性、和经济性。

1、选择性：是指当保护装置动作时，仅将故障组从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。

2、速动性：快速地切断故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在低电压情况下的工作时间，减小故障组件的损坏程度，因此，在发生故障时，力求保护装置能迅速动作切断故障。

3、在一些情况下，供电系统允许保护装置切除故障时带有一定的延时。

所以继电保护的速动性应根据供电系统的具体要求来确定。

以下情况要求快速动作。

（1）影响系统运行的稳定性，必须快速切除高压输电线路上的故（2）导致线路、母线电压低于允许值（一般为额定电压的70%）的故障（3）大容量的发电机、变压器、电动机内部发生故障（4）供电线路发生大电流直接接地短路故障（5）可能危及人身安全，对通讯系统或铁道信号系统有强烈干扰的故障故障切除时间的总时间等于保护装置和断路器动作时间之和。

一般快速保护的动作时间为0.06~0.12s，最快的可达0.01~0.04s，一般的断路器的动作时间为0.06~0.15s，最快的可达0.02~0.06s。

4、灵敏性：是指对于供电系统保护范围内发生故障或不正常运行状态时的反应能力。

满足灵敏性要求的保护装置应该是，在事先规定的保护范围内部发生故障时，不论短路点的位置在何处，短路的类型如何，以及短路点有无过度电阻，都应做出快速的正确反应。

衡量保护装置的灵敏性的重要指标是灵敏系数。

5、可靠性：保护装置在规定的保护范围内，发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作；而在不该动作的情况下，则不应勿动。

一般来说，保护装置的组成组件的质量越高，接线越简单，保护装置的工作就越可靠。

同时，精细的制造工艺，正确的调整试验，良好的运行维护以及丰富的运行经验，都是可靠性的保证。

为了确保继电保护的可靠性，就必须考虑继电保护或断路器拒绝动作的可能性，所以必须设有除主保护以外还应该设有后备保护。

6、经济性：应从国民经济的整体利益出发，按被保护设备在整个供电系统中所处的作用和地位来选择继电保护方式。

三、继电保护的基本原理电力系统发生故障时会引起阻抗变小、电流增加和电压降低，以及电流、电压间相位角的变化等。

因此，利用发生故障时的这些基本参数与正常运行时的参数比较，就可以构成不同原理的继电保护。

正常运行时各变电所母线上的电压一般都在额定电压±5%～±10%范围内变化，且靠近电源端母线上的电压略高。

短路后，各变电所母线电压有不同程度的降低，离短路点越近，电压降得越低，短路点的相同或对地电压降低到零。

利用短路时电压幅值的降低，可以构成电压保护。

同样：线路始端的电压与电流之比反映的是该线路与供电负荷的等值阻抗及负荷阻抗角（功率因数角）。

其数值一般较大，阻抗角较小。

短路后，线路始端的电压与电流之比反映的是该测量点到短路点之间线路的阻抗。

其值较小，如不考虑分布电容时一般正比于该线路段的距离（长度），阻抗角为线路阻抗角，较大。

利用测量阻抗幅值的降低和阻抗角的变大，可以构成距离（低阻抗）保护。

如果发生的不是三相对称短路，而是不对称短路，则在供电网络中会出现某些不对称分量，如负序式零序电流和电压等，并且其幅值较大。

而在正常运行时系统对称，负序和零序分量不会出现。

利用这些序分量构成的保护，一般都具有好的选择性和灵敏性。

1、保护装置的构成一般继电保护装置由测量比较元件、逻辑判断元件和执行输出元件三部分2、测量比较元件：测量比较元件用于测量通过被保护电力元件的物理参量、并与其给定的值进行比较，根据比较的结果，给出“是”、“非”、“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护装置是否应该启动。

根据需要继电保护装置往往有一个或多个测量比较元件。

常用的测量比较元件有：被测电气量超过给定值动作的过量继电器。

如过电流继电器、过电压继电器、高固波继电器等，被测电器量低于给定值动作定量继电器，如低电压继电器，阻抗继电器，低固波继电器等。

被测电压、电流之间相位角满足一定值而动作的功率方向继电器等。

3、逻辑判断元件逻辑判断元件根据测量比较元件输出逻辑信号的性质、先后顺序、持续时间等，使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否应该使断路器跳闸，发生信号或不动作，并将对应的指令传给执行输出部分。

4、执行输出元件执行输出元件根据逻辑判断部分传来的指令，发出跳开断路器的跳闸脉冲及相应的动作信息，发出警报或不动作。

四、继电保护及其分类1．继电保护一般由三个组成部分：感受元件、比较元件、执行元件。

（1）感受元件—将感受到的能使保护装置产生反应变化情况的物理量。

（2）比较元件—将感受元件送来的物理量与预先给定的（整定值）进行比较，比较的结果向执行元件发出指令。

（3）执行元件---按来自比较元件的命令自动完成继电保护装置所担负的任务2.继电器的分类（1）按原理分为—电磁型、感应型、整流型、极化型，晶体管型、集成电路型等。

（2）按反映的物理量的性质分：电流、电压、功率、阻抗、高次谐波等。

（3）按作用来分：时间、中间、信号等。

3.继电保护装置的分类：继电保护装置通常有以下几种：按保护反映的物理量的不同分为：电流保护装置、电压保护装置、距离保护装置、高频保护装置和瓦斯保护装置等。

非电量保护：重瓦斯、轻瓦斯、油位、温度一段、温度二段、压力释放五、牵引供电常用的继电保护装置1.电流速断保护8.差压保护2.过电流保护9.谐波过电流保护3.失压保护10.自动重合闸4.过负荷保护11.零序过电流保护5.主变差动保护12.零序过电压保护6.过、失电压保护13.三段距离保护7.差流保护14.电流增量保护（1）三段距离保护距离保护的基本原理距离保护是反应故障点至保护安装地点之间的距离，并根据距离的远近而确定是否动作的一种保护装置。

该装置的主要元件为距离（阻抗）继电器，它可根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至短路点间的阻抗值，词阻抗为测量阻抗。

当短路点距离保护安装处近时测量阻抗小，当短路点距离保护安装处远时测量阻抗大。

牵引供电距离保护通常是单相式阻抗距离保护，也就是指只有一个相电压U K和一个相电流I K,的阻抗继电器，U K和I K的比值就是测量阻抗Z K.。