变电站保护配置及基本原理-PPT课件.ppt
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1、变电站保护配置及基本原理河北省电力公司职业技术培训中心运行调通教研室 张红艳目录目录内容提纲内容提纲一、什么是继电保护装置?一、什么是继电保护装置?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。保护对象保护动作条件保护动作结果二、继电保护的基本原理二、继电保护的基本原理 为区分系统正常运行状态与故障或不正常为区分系统正常运行状态与故障或不正常运行状态,找出其间的运行状态,找出其间的差别差别,即,即特征特征。二、继电保护的基本原理二、继电保护的基本原理电流增大电流增大:在故障点与电源间直接连接的电气设备:在故障点与电源间直接连接
2、的电气设备上的电流会增大。上的电流会增大。过电流保护过电流保护电压降低电压降低:系统故障相的相电压或相间电压会下降: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。,而且离故障点越近,电压降低越多,甚至降为零。低电压保护低电压保护电压与电流的比值电压与电流的比值Z会发生变化会发生变化:系统正常运行时,: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,基本上是负荷阻抗,其值较大,系统短路时,Z是保是保护安装处到短路点的阻抗,其值较小护安装处到短路点的阻抗,其值较小。距离保护或距离保护或阻抗保护阻抗保护二、继电保护的基本原理二、继电保护的基本原理电压电流间
3、的相位角会发生变化电压电流间的相位角会发生变化:正常:正常20左右左右,短路时,短路时6080。方向保护方向保护出现序分量出现序分量:接地故障时产生零序分量,非对称:接地故障时产生零序分量,非对称故障时产生负序分量。故障时产生负序分量。零序保护、负序保护零序保护、负序保护有无差流有无差流:利用正常时流入电流和流出电流相等:利用正常时流入电流和流出电流相等,I入入=I出,差流近似为零,而短路时流入和流出出,差流近似为零,而短路时流入和流出不相等,不相等,I入入I出,产生很大差流。出,产生很大差流。线路差动、线路差动、母线差动、主变差动母线差动、主变差动二、继电保护的基本原理二、继电保护的基本原理
4、非电量信号非电量信号:利用非电气量的变化接通继电器相: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。应的接点动作,发信号或跳闸。瓦斯保护、压瓦斯保护、压力释放、过热保护力释放、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或非电气量的变化特征变化特征(差别),即可找出一种原(差别),即可找出一种原理构成保护,且差别越明显,保护性能越好。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
5、得处于无继电保护的状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。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两套完全独立的继电保护装置全独立的继电保护装置分别控制分别控制两台完全独立的两台完全独立的断路器断路器实实现保护。现保护。三、继电保护的配置要求三、继电保护的配置要求继电保护配置两点基本要求的实现:继电保护配置两点基本要求的实现:对于对于110kV及以下的电力系统中,靠及以下的电力系统中,靠“远后备远后备”原则实现。原则实现。对于对于220kV及以上的电力系统中,保护配置采用及以上的电力系统中,保护配置采用
6、“近后备近后备”的原则。即的原则。即保护双重化断路器失灵保护保护双重化断路器失灵保护。四、继电保护保护范围的划分四、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各间隔的电流互感器二次,所以保护范围的划分,通常是以,通常是以电流互感器电流互感器为分界点的。为分界点的。四、继电保护保护范围的划分四、继电保护保护范围的划分线路间隔线路间隔线路线路保护范围保护范围母线差动母线差动保护范围保护范围285283286
7、284201-1-1-1-2-2-2四、继电保护保护范围的划分四、继电保护保护范围的划分母线及母联间隔母线及母联间隔母线差动母线差动保护范围保护范围母小差母小差保护范围保护范围母小差母小差保护范围保护范围四、继电保护保护范围的划分四、继电保护保护范围的划分主变间隔主变间隔主变差动主变差动保护范围保护范围母线差动母线差动保护范围保护范围五、保护死区分析五、保护死区分析保护死区的概念保护死区的概念:保护范围的划分,通常是以保护范围的划分,通常是以电流互感器电流互感器为分界点的,为分界点的,而保护动作之后是通过跳开而保护动作之后是通过跳开断路器断路器切除故障,这样切除故障,这样判断判断故障故障和和切
8、除故障切除故障的设备不同,在这两种设备之间就存在的设备不同,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。一个特殊的位置,也就是我们通常所说的死区。201285283286284-1-1-1-2-2-2CT1CT2CT3CT4CT5III五、保护死区分析五、保护死区分析母联死区母联死区:母小差母小差保护范围保护范围201285283286284-1-1-1-2-2-2CT1CT2CT3CT4CT5III五、保护死区分析五、保护死区分析线路死区线路死区:图ZY1000506001-1 线路死区保护装置跳闸命令保护保护 跳闸命令跳闸命令 母差保护母差保护 线路保护线路保护 死死区
9、区 五、保护死区分析五、保护死区分析主变死区主变死区:五、保护死区分析五、保护死区分析死区故障的切除死区故障的切除 方式:方式:在断路器两侧分别安装电流互感器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设置专门的母联死区保护使用母差停信或母差远跳功能使用母差停信或母差远跳功能利用后备保护切除死区故障利用后备保护切除死区故障 五、保护死区分析五、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,分析,做出正确判断,若能及
10、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可大大提高事故处理速度,尽快恢复无故障设备送电。送电。一、线路保护配置一、线路保护配置 各电压等级的输配电线路,根据所在变电站的各电压等级的输配电线路,根据所在变电站的性性质质、电压等级电压等级、供电负荷的重要性供电负荷的重要性等因素,所配等因素,所配置的保护也不相同。置的保护也不相同。一、线路保护配置一、线路保护配置 反应一端电气量的保护,如过流保护、零序保护、距离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,如纵联保护反应两端电气量的保护,如纵联保护。保护保护保保护护保保护护一、线路保护配置一、线
11、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、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、综合重合闸功能。相间距离、接地距离、零序电流、综合重合闸功能。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、三相一次自动重合闸功能)、四段式零序方向过流保护、三相一次自动重合闸功能。光纤纵差保护光纤纵差保护 10kV、35kV线路配置两段或三段式(方向)过电流保护、三相线路配置两段或三段式(方向)过电流保护、三相一次重合闸。一次重合闸。二、过流保护二、过流
12、保护当线路发生短路故障时,会产生当线路发生短路故障时,会产生很大的短路电流很大的短路电流,并且当,并且当故障点离保护安装处越近,短路电流也相对越大。故障点离保护安装处越近,短路电流也相对越大。当短路电流超过当短路电流超过整定值整定值时电流元件动作,并通过时电流元件动作,并通过动作动作时间时间与下一级线路保护配合,以保证动作的选择性。与下一级线路保护配合,以保证动作的选择性。保护保护二、过流保护二、过流保护保护范围保护范围动作时间动作时间电流速断电流速断(段)段)被保护线路全长的被保护线路全长的2050。保护装置的固有动作时间。保护装置的固有动作时间。限时电流速断限时电流速断(段)段)被保护线路
13、的全长及下一线路(被保护线路的全长及下一线路(不超过下一条线路的不超过下一条线路的I段)。段)。动作时限动作时限要与下一线路要与下一线路段段的动作时限相配合,一般为的动作时限相配合,一般为0.5s。过电流保护过电流保护(段)段)本线路和下一线路的全长乃至更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。远,并躲过线路最大负荷电流。其动作时限按阶梯原则整定。其动作时限按阶梯原则整定。段段段段段段整定值最大,延时最短段段段段段段整定值最小,延时最长L1L2L3三段式过流保护三段式过流保护二、过流保护二、过流保护过流保护主要用于过流保护主要用于1035kV线路。线路。若线路对端有电源,需要在
14、过流保护中加入方向元若线路对端有电源,需要在过流保护中加入方向元件,反方向故障不会动作。件,反方向故障不会动作。三、距离保护三、距离保护将输电线路一端的将输电线路一端的电压电压、电流电流引入保护装置中,求得电压引入保护装置中,求得电压和电流的比值,即和电流的比值,即测量阻测量阻抗抗。U/I三、距离保护三、距离保护正常运行状态,为工作电压和负荷电流之比,为负荷阻抗,其值较大。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/IU/I在故障情况下,在故障情况下,母线电压下降母线电压下降,电流为短路电流电流为短路电流,其比值为短路阻抗,其比值为短路阻抗,远小于负荷阻抗。其大小可反应故
15、障点距线路首端的距离。远小于负荷阻抗。其大小可反应故障点距线路首端的距离。三段式距离保护三段式距离保护保护范围保护范围动作时间动作时间段段被保护线路全长的被保护线路全长的8085。保护装置的固有动作时间。保护装置的固有动作时间。段段被保护线路的全长及下一线被保护线路的全长及下一线路全长的路全长的3040。动作时限动作时限要与下一线路要与下一线路段的段的动作时限相配合,一般为动作时限相配合,一般为0.5s。段段本线路和下一线路的全长乃本线路和下一线路的全长乃至更远。至更远。其动作时限按阶梯原则整定。其动作时限按阶梯原则整定。整定值最小,时间最短整定值最大,时间最长三、距离保护三、距离保护四、零序
16、过流保护四、零序过流保护只反映接地故障零序电流、零序电压。零序电流保护四段式设置零序电流保护四段式设置零序零序段: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。零序零序段:段:与相邻线路灵敏段配合,不仅保护本线路全长,还延伸至相邻线路。零序零序段:段:与相邻线路段配合,是、段的后备保护。零序零序段:段:作为零序电流段后备保护。四、零序过流保护四、零序过流保护四、零序过流保护四、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。正方向短路3I0A线路B线路3U03U03I0反方向短路A线路B线路3I
17、03U03U03I0正方向短路时,零序电流超前与零序电压。反方向短路时,零序电流滞后于零序电压。五、纵联保护五、纵联保护反应一端电气量保护的缺陷反应一端电气量保护的缺陷无法区分本线路末端(无法区分本线路末端(F1F1)点和相邻线路始端)点和相邻线路始端(F2F2)点的短路,不能瞬时切除本线路全长范)点的短路,不能瞬时切除本线路全长范围内的短路。围内的短路。五、纵联保护五、纵联保护 纵联保护的概念:纵联保护的概念:就是用某种就是用某种通信通道通信通道将输电线两端的将输电线两端的保护装置纵向联结起来,将各端的保护装置纵向联结起来,将各端的电气量电气量(电流、功率(电流、功率的方向等)传送到对端,将
18、两端的电气量比较,以判断的方向等)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。否切断被保护线路。纵联保护的保护范围为本线路的全长,但不能作为相邻纵联保护的保护范围为本线路的全长,但不能作为相邻线路的后备保护。线路的后备保护。基本原理基本原理纵联电流差动: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。保保护护保保护护五、纵联
19、保护五、纵联保护-电流差动电流差动线路正常运行及外部故障时:时:五、纵联保护五、纵联保护-电流差动电流差动MNIMIN保护保护线路内部故障时:时:五、纵联保护五、纵联保护-电流差动电流差动保护保护MNIMIN差动保护的压板差动保护的压板电流差动保护只有在两侧差动压板均处于投入状态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,装置会报告状态不一致,装置会报告“差动压板不一致差动压板不一致”。五、纵联保护五、纵联保护-电流差动电流差动远方跳闸压板远方跳闸压板为使断路器与电流互感器之间及故障母线故障线为
20、使断路器与电流互感器之间及故障母线故障线路开关拒动时对侧保护快速跳闸,保护装置设有路开关拒动时对侧保护快速跳闸,保护装置设有远方跳闸功能,当远方跳闸功能,当母差、失灵母差、失灵等保护动作后,通等保护动作后,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。此信号后跳开该侧开关。五、纵联保护五、纵联保护-电流差动电流差动四、三相一次重合闸四、三相一次重合闸线路中线路中90%以上的故障属于以上的故障属于瞬时故障瞬时故障,如雷击、鸟害等引,如雷击、鸟害等引起的故障。起的故障。保护动作后,切断故障电流,则故障点电弧熄灭,故障消保护动作后,切断故
21、障电流,则故障点电弧熄灭,故障消失。失。此时,只需要此时,只需要将开关重新合上将开关重新合上即可恢复正常送电运行。即可恢复正常送电运行。六、自动重合闸六、自动重合闸四、三相一次重合闸四、三相一次重合闸自动重合闸分为三相一次重合闸和综合重合闸。自动重合闸分为三相一次重合闸和综合重合闸。对于对于110kV及以下单电源线路采用普通的三相一次及以下单电源线路采用普通的三相一次重合闸,而对于重合闸,而对于220kV双电源线路采用综合重合双电源线路采用综合重合闸。闸。六、自动重合闸六、自动重合闸四、三相一次重合闸四、三相一次重合闸三相一次重合闸: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
22、保护不论线路上发生单相接地短路还是相间短路,继电保护装置动作均将线路断路器三相跳开,然后重合闸装置起装置动作均将线路断路器三相跳开,然后重合闸装置起动,将断路器三相一起合上。若故障为瞬时性,则重合动,将断路器三相一起合上。若故障为瞬时性,则重合成功;若故障为永久性,则保护再次将断路器三相断开成功;若故障为永久性,则保护再次将断路器三相断开,不再重合。,不再重合。六、自动重合闸六、自动重合闸六、综合重合闸六、综合重合闸综合重合闸:分为单重、三重、综重、停用几种方式综合重合闸:分为单重、三重、综重、停用几种方式单重方式单重方式对于单相故障,跳单相,合单相,1)若瞬时故障,重合成功。2)若永久故障,
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