变电站保护及配置

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变电站保护的配置
廖自强 LiaoZiQiang
LZQ-01
本讲的主要内容
一、电网短路故障时电流分布 二、继电保护装置配置
三、短路故障时继电保护配合
四、输电线路保护
五、母线保护
六、变压器保护
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一、电网短路故障时电流分布: 1.电网短路的原因及分类: 系统短路的原因:
(1)设备绝缘损坏、污秽,设计安装不当; (2)恶劣天气,雷击,大风; (3)人为事故; (4)其它原因等。
阻抗矩阵法和叠加原理。
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二、继电保护装置配置: 1.继电保护配置的原则和规定(以220kV为例)
(1)线路保护采用近后备的原则;(1.保护双重化;2.设失灵保护) (2)对瞬时动作的保护或保护的瞬时段,其整定值应保证在被保护元件外部故障 时可靠不动作; (3)上下级保护的整定,一般应遵守逐级配合的原则,满足选择性的要求; (4)保护的整定计算应按正常运行方式作为依据,特殊方式应根据实际情况临时 处理; (5)变压器中性点的安排,应尽量保护变电站零序阻抗不变。遇有因变压器检修 等原因使变电站的零序阻抗有较大变化时,因根据实际情况临时处理。 ①变电站只有一台变压器,其中性点直接接地; ②变电站有两台以上变压器时,应只将一台变中性点直接接地; ③双母线运行的两台以上变压器应分接在不同母线上; ④两台变压器运行的变电站,当其中一台中性点直接接地的变压器停运时,应投 入另一台变压器的中性点直接接地。
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4.主变保护的配置: 后备保护:
(1)变压器过励磁保护:反映变压器过励磁故障; (2)高、中压侧阻抗保护(+TV断线闭锁): 反映主变区外(或区内)故障,跳母联、跳本侧、跳三侧; (3)高、中压侧复合电压方向过流(+TV断线闭锁): 反映主变区外(或区内)故障,跳母联、跳本侧、跳三侧; (4)高、中压侧零序方向过流(+TV断线闭锁): 反映主变区外(或区内)故障,跳母联、跳本侧、跳三侧; (5)高、中压侧零序过流、零序过压: 反映主变区外(或区内)故障,跳母联、跳本侧、跳三侧; (6)高、中、低压侧过流、过压、过负荷。 反映主变区外(或区内)故障,跳母联、跳本侧、跳三侧;
E1 R1 E2 R2 Ed Rd
R2
Rx
Rx
R1 E1 R2
R2
R
1
R
2
E2
Rx R
2
R
x
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3.短路时电流的分布: 电网中短路时的电流分布:
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3.短路时电流的分布: 电网中短路时的电流分布:
电源1 电厂开关站 变电站1
变电站2
电源2
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3.短路时电流的分布: 电网中短路时的电流分布: 结论之一:
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2.输电线路继电保护的配置: 后备保护:距离保护、零序保护。
(1)实现逐级配合,I、II、III段; (2)PT断线闭锁, I、II、III段; (3)系统振荡闭锁, I、II段;
与重合闸配合:
(1)保护启动重合闸;位置不一致启动重合闸。 (2)重合闸后加速; (3)重合闸不成功沟通三跳。(通过压板直接沟通三跳) (4)与零序保护的配合。
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2.输电线路继电保护的配置: (一)线路保护典型配置: 主保护:线路纵联差动保护。
(1)方向高频保护;(2)相差高频保护;(3)高频闭锁距离; 通道方式:电力线载波(高频保护),微波(微波保护), 光纤差动(光纤保护),导引线(导引线保护)。 信号类型:闭锁信号,允许信号,跳闸信号。 动作原理:(以闭锁式高频保护为例) 故障 → 启动元件动作启动收发讯机发讯 → 方向判别元件判断故障 → 1.区内:停讯; 2.区外:继续发讯。 → 未接收到闭锁信号跳闸。
Rf
Rf
两相相间短路时的电流电压参数:
Ea (1)短路相电流增大,电压降低; (2)短路电流的功率方向由电源至接地点; Eb (3)只产生负序电流、电压; Ec (4)中性点上没有零序电流流过。 Rx Rx Rx Lx Lx Lx
Rf
Rf Rf
Lf Lf Lf
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2.中性点接地系统短路的电流电压特征:在多电源系统中
ⅱ. 其它地点故障同理分析。




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4.短路计算: 短路计算的作用:
(1)校验电气设备的机械稳定性和热稳定性; (2)校验开关的遮断容量; (3)确定继电保护及自动装置的定值; (4)为系统设计及选择电气主接线; (5)进行故障分析; (6)确定输电线路对相邻通信线路的电磁干扰。
常用的短路计算方法:
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三、短路时故障时继电保护配合(220kV为例)
1.线路发生故障: (1)线路保护正确动作;靠高频或距离或零 序I段动作,切除两端断路器; ㈠ (2)线路保护正确动作,开关拒动:保护出 口启动失灵,切除所接母线上断路器; (3)线路保护拒动或(2)时失灵保护拒动: 所接母线上其它线路对侧II或III段跳对侧, 本站主变后备保护跳母联,跳本侧; (4)主变延时最长的复合电压闭锁过流保护 在上述情况均不能动作时,变压器三侧跳闸。 线路故障时,保护拒动对系统危害最大, 它将越级造成系统的严重破坏。 - 采用双保护配置提高可靠性。
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3.母线保护和断路器失灵保护的配置: (三)母差保护的保护范围:
母线所接单元(元件),包括出线断路器、出线母线侧隔离刀闸, 母联回路,母线电压互感器及母线绝缘支撑等。
(四)失灵保护的保护范围:
失灵保护动作,一般为复合故障,其保护范围是启动失灵的元件 保护范围内(如线路、母线、变压器等)发生故障。 失灵动作往往伴随有断路器拒动(拒动的形式可能为单相或多相 断路器拒动)
短路电流(功率)由电源流向短路点;
结论之二:
短路电流的大小取决于电源和网络参数。
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3.短路时电流的分布: 变电站中短路时的电流分布:
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3.短路时电流的分布: 变电站中短路时的电流分布:
1.假设当前的运行方式:如右图。 2.分析典型情况: (1)高压侧仅㈠回为电源,其它均为负荷时 短路电流的分布: ⅰ. 若㈠回线路故障: ⅱ. 若㈡回线路故障: ⅲ. 若㈢回线路故障: ⅳ. 若①回线路故障:
Ea Eb
Rx Rx
Rx
Lx Lx
Lx Rf
Lx Lx
Lx
Rx Rx Rx
Ea Eb
Ec
Ec
Rf
Lf
Rf
多电源系统中短路时的电流电压参数:
(1)由电源向负荷供电; (2)由电源向短路点供电; (3)电流、电压的变化特征与单电源一致; (4)零序电流与所有中性点接地构成回路。
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Lf
Lf
3.短路时电流的分布: 回到最基本的直流电路中去:
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2.中性点接地系统短路的电流电压特征:在单电源系统中 两相接地短路时的电流电压参数:
(1)短路相电流增大,电压降低; (2)短路电流的功率方向由电源至接地点; (3)产生零序、负序电流、电压; (4)中性点上有零序电流流过。
Ea Eb Ec Rx Rx Rx Lx Lx Lx Rf Lf Lf Lf
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3.母线保护和断路器失灵保护的配置: 充电保护:母线充电保护。
母线充电保护在对一组母线进行充电时,快速而有选择性断开母 联断路器,切除故障母线; 母线充电保护为相电流或零序电流保护,瞬时动作。 母线充电保护接线简单,在定值上可以保证高的灵敏度。 母线充电保护也可以作为专用母线单独带新建线路充电的临时保 护。 母线充电保护只在母线充电时投入,当充电完成后,应及时停用, 防止系统故障时母联断路器误跳闸。
(1)从戴维南定理中得到的结论: 对任何复杂电路中的一个电阻, 其外电路可以用一个电源和一个等 效电阻置换。 (2)从叠加定理中得到的结论: 电路中任一电压或电流都是电路 中各个独立电源单独作用时,在该 处产生的电压或电流的叠加。 (3)从基尔霍夫电流定理得到: 对任一节点或包围几个节点的闭 合面,所有流进流出电流的代数和 等于零。∑I = 0
启动失灵保护:
靠保护出口启动失灵
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2.输电线路继电保护的配置: (二)主、后备保护的保护范围:
高频保护 - 保护线路全长。 距离I段 - 保护线路的 80%~85%。 距离II段 - 保护线路全长,并做为对侧母线的后备保护。 距离III段- 作为本线和相邻线路的后备保护。 零序灵敏I段 - 保护到线路末端单相或两相接地短路。 (当在单相故障切除后的非全相状态下被闭锁) 零序不灵敏I段- 能躲开非全相和振荡情况下,保护到线路末端。 零序II段 -保护线路全长,并做为对侧母线的后备保护,反应 接地故障。 零序III段 - 作为本线和相邻线路的后备保护。
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4.主变保护的配置: (二)主、后备保护的保护范围:
差动保护 - 主变CT范围内。 瓦斯保护 - 主变油箱内。 后备保护 - 主变区外系统出现故障的后备或作为主变主保护的 后备保护。 一般情况: 若带方向的后备保护: 1.方向由主变指向母线:为所指方向线路、母线的后备保护; 2.方向由母线指向主变:为所指方向线路、母线以及主变主保 护的后备保护主变 若不带方向的后备保护: 为各方系统及主变主保护的后备保护。
(五)3/2接线的失灵保护:
3/2接线的失灵保护按断路器设置,且采用远方跳闸装置,使对侧 断路器跳闸并闭锁其重合闸。
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4.主变保护的配置:
(一)主变保护的典型配置:
主保护:主变差动保护和气体保护。
(1)主变差动保护: 根据差流原理设计,反映变压器绕组、引出线多相短路及大电 流接地系统侧绕组和引出线接地短路、绕组匝间短路故障; (2)主变气体保护: 根据油流冲动原理设计,主要反映油箱内部短路时拉弧发电产 生气体,使得气体(瓦斯)继电器动作。 变压器气体保护包括轻瓦斯和重瓦斯。 一般:轻瓦斯 -> 信号; 重瓦斯 -> 跳闸。
Ea Eb
Rx Rx
Rx
Lx Lx
Lx
Rf Rf Rf
Lf Lf
Lf
Ec
单相接地短路时的电流电压参数:
(1)接地相电流增大,电压降低;短路电流的功率方向由电源至接 地点; (2)保护安装处的测量阻抗Z减小(Z=U/I); (3)产生很大的零序、负序电流和电压分量; (4)流过系统中性点的电流即为故障时产生的零序电流。
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3.母线保护和断路器失灵保护的配置: (二)断路器失灵保护:
(1)断路器失灵保护必须由故障元件的保护出口启动,手动跳开断 路器时不可启动失灵保护; (2)利用断路器所在回路的电流互感器判断断路器的失灵拒动; (3)失灵保护的动作时间应大于故障元件断路器跳闸时间和继电保 护返回时间; 第一时限跳母联(约0.15s),第二时限跳连接母线上的所有连接元 件的断路器(约0.3s) (4)断路器失灵保护应有负序、零序和低电压闭锁元件; (5)失灵保护动作后应闭锁各连接元件的重合闸回路; (6)当某连接元件退出运行时,它的启动失灵保护的回路应同时退 出工作,以防止试验时引起失灵保护的误动
系统短路的类型:
(1)单相接地(70%) (2)两相短路 (3)两相接地 (4)三相 (5)断线
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2.中性点接地系统短路的电流电压特征:在单电源系统中 正常运行时电流电压参数:
(1)正常运行时电流、电压三相对称; (2)中性点上电流、电压为零; (3)实际运行中由于电源不平衡或负荷不平 衡,接地的中性点上有电流,不接地的中 性点上有电压; (4)保护安装处的测量阻抗Z为线路和负荷 阻抗之和。
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3.母线保护和断路器失灵保护的配置:
(一)母线差动保护:
主保护:快速母线保护。
(1)单母线故障,切除母线上所接断路器; (2)双母并列运行,一组母线故障,具有选择性切除故障母线; (3)双母并列运行,两组母线相继故障,保护相继切除两组母线上 所接断路器; (4)母线外部故障,母线保护可靠不动作; (5)母联断路器的电流互感器与母联断路器之间发生故障时,由母 线保护和断路器失灵保护相继跳开两组母线上所有元件; (6)倒闸操作过程中,当两组母线隔离开关跨接时,或互联压板投 入时,任一组母线故障,母线保护切除两条母线所接元件; (7)CT断线时,延时闭锁整套母线保护; (8)采用电压闭锁元件防止误动误碰造成母差保护误动。








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3.短路时电流的分布: 变电站中短路时的电流分布:
(2)高、低压侧出线均为为电源电源或联 络线,高压侧短路时电流的分布: ㈠ ⅰ. 若㈠回线路故障: ㈡ ㈢ ㈣
ⅱ. 其它地点故障同理分析。




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3.短路时电流的分布: 变电站中短路时的电流分布:
(3)高、低压侧出线均为为电源电源或联 络线,低压侧短路时电流的分布: ㈠ ⅰ. 若①回线路故障: ㈡ ㈢ ㈣
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