变电站保护配置及基本原理参考文档

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
动力、加热 照明电源
计 算
整流电源
机
直流系统
电 源
UPS电源
控 制
操作机构
传动机构
监控系统
保 线圈带电
护
操作机构
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
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
电流速断 （Ⅰ段） 限时电流速断 （ Ⅱ段） 过电流保护 （Ⅲ段）
整定值最大保护范围 ，延时最短
被保护线路全长的20％～50％。
动作时间 保护装置的固有动作时间。
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。
本整线定路值和最下一小线路的全长乃至更 远，，延并时躲最过线长路最大负荷电流。 其动作时限按阶梯原则整定。
的原则。即保护双重化＋断路器失灵保护。
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。
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
Ⅲ段
至更远。
三、距离保护
三段式距离保护动作逻辑 Z<ZZDⅠ
Z<ZZDⅡ
tⅡ
≥1
Z<ZZDⅢ
tⅢ
阻抗定值
动作时间
出口
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。
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。
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。
保护动作四后、，切三断相故一障次电流重，合则闸故障点电弧熄灭，故障
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
两侧保护利用基本本侧原和对理侧电流数据按相进行差动电流计算，并
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
保
护
护
五、纵联保护-电流差动
线路正常运行及外部故障时：
M
IM
IN
N
保
保
护
护
╳ ╳
五、纵联保护-电流差动
线路内部故障时：
M
IM
IN
N
保
保
护
护
√ √
五、纵联保护-电流差动
L1
L2
L3
Ⅰ段 Ⅱ段
Ⅲ段
Ⅰ段
Ⅱ段
Ⅲ段
Ⅰ段 Ⅱ段
Ⅲ段
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二、过流保护
三段式过流保护 I>IZDⅠ
I>IZDⅡ
tⅡ
I>IZDⅢ
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。 若线路对端有电源，需要在过流保护中加入方向元
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
次重合四闸，、而三对相于一2次20重kV合双闸电源线路采用综合重
合闸。
六、自动重合闸
三相一次重合闸：
不论线路上发生单相接地短路还是相间短路，继电保护
装置动作四均、将三线路相断一路次器重三相合跳闸开，然后重合闸装置起
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。
母线差动 保护范围
CT1
285
-1
I
II
-2 286
CT3
CT2
283 -1 -1
-2
284
-2
CT4
Ⅰ母小差 保护范围
CT5
201 Ⅱ母小差 保护范围
四、继电保护保护范围的划分
主变间隔
主变差动 保护范围
母线差动 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。
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
按纵通联信差通动道保划护分分电微类力波载纵波联纵保联护保护
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
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。
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
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。
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。
测
遥
控
二次电流
信
二次控制回路
电
遥 遥测 控
接 通 电
跳闸命令 保护及自动装置
源
操作机构
二 次
路
电
告警
压
测控装置
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？
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
保护动作
条件
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
四、零序过流保护
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
正方向短路
B线路
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。
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
保
护
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 。
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
状态不一差致动，装保置护会的报压告板“差动压板不一致” 。
五、纵联保护-电流差动
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
速动作跳远闸方，跳保闸护压装置板设有远方跳闸功能，当母
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
三、距离保护
三段式距离保护
保护范围
动作时间
Ⅰ段
整定值最小 ，时被间保最护线短路全长的80％～85
％。
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。
整定值最大
，时本线间路最和长下一线路的全长乃 其动作时限按阶梯原则整定。
三、继电保护的配置要求
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。
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
线路 保护范围
母线差动 保护范围
四、继电保护保护范围的划分
母线及母联间隔
五、保护死区分析
母联死区 ：
CT1
285
CT2
283 -1
-1
-1
CT5
I
201
II
-2
-2
286 284
-2
CT3
CT4
Ⅱ母小差 保护范围
五、保护死区分析
线路死区 ：
母差保护 线路保护
跳闸跳命令闸命令
死 区
保护 保护装置
图ZY1000506001-1 线路死区
五、保护死区分析
主变死区 ：
五、保护死区分析
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 ：
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”
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
N
2
3
F1
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。
3I0=Ia+Ib+Ic
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。