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500kV保护的工作原理 四川超 特 高压徐家禄 二O一一年九月 一 继电保护的概念及作用 2 当发生不正常工作情况时 能自动 及时地选择信号上传给运行人员进行处理 或者切除那些继续运行会引起故障的电气设备 继电保护的作用 1 当电力系统发生故障时 自动 迅速 有选择地将故障设备从电力系统中切除 防止故障进一步扩大 保证系统其余部分迅速恢复正常运行 继电保护基本任务 指能反应电力系统中电气设备发生故障和不正常运行状态 并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置 继电保护的作用和任务 继电保护的四性 可靠性 快速性 灵敏性 保护范围内发生故障 保护装置可靠动作 而在任何不应动作的情况下 保护装置不应误动 保护装置应尽快将故障设备从系统中切除 目的是提高系统稳定性 减轻故障设备和线路的损坏程度 缩小故障波及范围 保护装置在其保护范围内发生故障或不正常运行时的反应能力 保护四性 选择性 保护装置动作时仅将故障元件从电力系统中切除 使停电范围尽可能缩小 以保证系统中无故障部分继续运行 二 继电保护动作的前与后 保护量 开关量 的来源 前面说到 保护能够反应电力系统中电气设备发生故障和不正常运行状态 那么保护是如何来做到四性 如何对设备进行保护 又是一些什么量让让保护发出反应呢 他们从哪里来 继电保护系统结构图 测量回路 保护装置 单 三相操作箱 跳合闸机构 控制部分 PT CT 二次回路 输电线路 线路保护电流互感器的接线示例 故障录波 高频距离用 母线保护1 母线保护2 电度计量 测量 电压互感器二次回路图 计量 电度表 主变保护 5011断路器保护 主变测控 进行二次回路相关知识的学习 互感器的开路和短路 运行中的电压互感器不得短路 运行中的电流互感器不能开路 为什么仅在电压互感器低压侧安装空气开关或保险 继电保护动作的结果 2 当发生不正常工作情况时 能自动 及时地选择信号上传给运行人员进行处理 向监控人员发出报警信号 1 当电力系统发生故障或异常时 自动 迅速 有选择地将故障设备从电力系统中切除 防止故障进一步扩大 保证系统其余部分迅速恢复正常运行 跳开相应的断路器 K1点发生单相接地故障 K2点发生相间短路故障 220kV线路保护复习 发出报警信号 220kV线路保护复习 三 继电保护的分类 继电保护分类 按被保护元件 按照被保护元件可分为线路保护 变压器保护 母线保护 发电机保护 电容器保护 电抗器保护等等 开关保护 安控系统 继电保护分类 按保护地位 主保护 满足系统稳定和设备安全的要求 能以最快的速度有选择性的切除电力设备及输电线路故障的保护 对于220kV以上线路 要求主保护全线速动 则其主保护为高频方向 高频距离 光纤差动 距离保护不是主保护 保护全线速动概念 A变电站 B变电站 继电保护分类 按保护地位 后备保护后备保护 当主保护或断路器拒动时 用来切除故障的保护 后备保护可分为远后备保护和近后备保护 近后备保护 当主保护或断路器拒动时 由本线路其它保护或本电力设备其它保护切除故障 当开关失灵时 由开关失灵保护切除故障 500kV只用近后备 远后备保护 当主保护或断路器拒动时 由相邻线路保护切除故障 继电保护分类 按保护地位 辅助保护 为补充主保护和后备保护的性能 或当主保护 后备保护退运行时而增设的保护 如 一个半开关接线的短引线保护 远方跳闸保护 过电压保护 这些在500kV电网中都有应用 四 500kV系统的基本特点 1 主变容量大 2 出线回路数多 3 低压侧装大容量的无功补偿装置 2 120MAR 4 在电力系统中一般都是电力输送的枢纽变电站 5 500kV系统容量大 单机容量大 30万千瓦 70万千瓦 机组 短路电流倍数增加 500kV线路采用4分裂异线4 300mm 6 500kV变电站电压高 电流大 电磁场强 电磁干扰严重 包括对一些仪器仪表工作的干扰 500kV变电站的特点 500kV线路的特点 1 长距离200 300km 重负荷可达100万千瓦 使短路电流接近负荷电流 甚至可能小于负荷电流 例 500kV姚双线在双河侧做人工短路试验 姚侧故障相电流仅1200多A 送100万瓦千负荷电流 1300A 2 500kV一般采用1个半开关接线 线路停电时 开关要合环 需加短引线保护 3 并联电抗器保护需跳对侧开关 需加远方跳闸保护 4 线路输送功率大 稳定储备系数小 要保证系统稳定 要求包动作速度快 整个故障切除时间小于100ms 保护动作时间一般要 50ms 全线故障 5 线路分布电容大500kV线路相间距离为13m 线分裂距离45cm 正三角分裂 正四角分裂 相对地距离12m 线路空投时 未端电压高 要加并联电抗器 500kV线路的特点 线路并联电抗器 1 降低线路末端工频电压的升高2 降低操作过电压3 有利于单相重合闸 潜供电流 为限制潜供电流 提高单相重合闸的成功率 线路电抗器中性点应加小电抗器 500kV中性点电抗器 中性点小抗 作用 中心点电抗器与三相电抗器相配合 补偿相间电容和相对的电容 限制过电压 消除潜供电流 2 限制电抗器非全相断开时的谐振过电压3 保证线路单相自动重合闸正常工作 五 500kV线路保护的配置 500kV线路保护配置原则 1 每一套保护对全线路内部发生的各种故障 单相接地 相间短路 两相接地 三相短路 非全相再故障及转移故障 应能正确反映每套保护具有独立的选相功能 实现分相和三相跳闸 当一套停用时 不影响另一套运行 2 两套保护的交流电流 电压 直流电源彼此独立 3 每套保护分别经断路器的两个独立跳闸线圈出口 4 每套主保护分别使用独立的通道信号传输设备 若一套采用专用收发信机 另一套可与通讯复用通道 500kV线路应设置两套完整 独立的全线速动保护 其功能满足 500kV线路保护的基本配置 2 光纤距离或高频距离 包括以纵联变化量方向和零序方向元件为主体的快速主保护 由工频变化量距离元件构成的快速 段保护 由三段式相间和接地距离及多个零序方向过流构成的全套后备保护 1 光纤差动 包括以分相电流差动和零序电流差动为主体的快速主保护 由工频变化量距离元件构成的快速 段保护 由三段式相间和接地距离及多个零序方向过流构成的全套后备保护 LFP系列线路保护 LFP系列保护装置配置情况 1号保护屏 2号保护屏 CPU1 完整的主保护 有独自的启动元件 CPU2 完整的后备保护及自动重合闸 同样有独立的启动元件 CPU3作为装置内的启动元件 动作开放出口继电器正电源 哪里去了呢 LFP 901A保护装置构成 主保护动作 开放出口继电器正电源 后备保护动作 CPU1启动 CPU3启动 CPU2启动 主保护动作出口 后备保护动作出口 LFP 901A各CPU的动作配合 RCS线路保护屏的构成 RCS系列保护装置面板介绍 装置背视图 光纤电流差动保护 光纤电流差动保护 比较被保护线路两侧电流的幅值和相位 而两侧电流的波形 幅值 相位 需用光纤通道 向另一侧传输 主要产品 南瑞继保的RCS 931AM光纤差动保护 北京四方的CSC 103C光纤电流差动保护 许继的WXH 802 3 A光纤差动保护 电力系统中的方向确定 从母线流出为正向 流入母线为反向 动作电流 差动电流 为制动电流为动作电流与制动电流对应的工作区域位于比率制动特性曲线上方 继电器动作 差流元件动作方程 光纤电流差动保护原理 当线路发生区内故障动作电流 制动电流 因为继电器动作 凡是在线路内部有流出的电流 都成为动作电流 光纤电流差动保护原理 光纤电流差动保护原理 当线路外部发生短路动作电流 制动电流 因为继电器不动 凡是穿越性的电流不产生动作电流 只产生制动电流 电流差动保护的逻辑回路 前面从计算原理上对电流差动保护进行了讲解 那么在发生事故时 保护中的各元件是如何反应和动作的呢 TA断线对电流差动保护的影响 TA断线瞬间 断线侧的起动元件和差动继电器可能动作 但对侧的起动元件不动作 不会向本侧发差动保护动作信号 从而保证纵联差动不会误动 TA断线时发生故障或系统扰动导致起动元件动作 若 TA断线闭锁差动 整定为 1 则闭锁电流差动保护 若 TA断线闭锁差动 整定为 0 且该相差流大于 TA断线差流定值 仍开放电流差动保护 光纤电流差动保护通道 采用专用光纤光缆时 线路两侧的装置通过光纤通道直接连接 采用专用光纤通道时 传输距离不宜过长 一般不超过50km 若距离过长 宜采用复用通道 光纤电流差动保护通道 复用光纤通道 两地之间通过通讯网通信 需要用通信设备进行信号复接中间需要通信接口装置实现光电转换 环节多 可靠性差 保护性能有所降低 高频保护通道的信号传输 保护屏 载波机 远跳信号一般是由保护屏 本站载波机 对侧载波机 对侧保护屏这一路径传送信号的 载波机 保护屏 不同光纤保护对通道的要求 光纤纵联电流差动保护通道中传输的是两端电流的实时相位 幅值 对光纤通道的要求较高 分相电流差动保护具有天然的选项能力 光纤纵联距离 光纤纵联方向保护通道中传输的是逻辑信号 阻抗继电器 方向继电器的动作行为 对通道要求较低 影响纵联差动保护可靠性的因素 a 电流互感器的误差和不平衡电流b 长距离超高压输电线路的电容性电流c 电流互感器饱和d 电流互感器二次回路断线 此时在区外故障时可能产生误动 一般选用 TA断线闭锁差动 e 光纤通道的可靠性 工频变化量距离 段保护 电力系统发生短路故障时 其短路电流 电压可分解为故障前负荷状态的电流电压分量和故障分量 反应工频变化量的继电器只考虑故障分量 不受负荷状态的影响 如工频变化量距离保护 工频变化量距离 段也是线路快速保护之一 短引线保护的引入 线路检修 短引线保护的工作原理 线路投运前必须退出短引线保护 线路转检修后应投入短引线保护 短引线保护动作 六 过压及远跳保护 RCS 925A作为过电压保护及故障起动装置 主要用于输电线路过电压保护及远方跳闸的就地判别 当线路对侧的过电压保护 电抗器保护和断路器失灵保护等动作时可通过信号传输通道发远跳命令 本侧远跳保护收到远命令后 根据收信逻辑和相应的就地判据跳开本端断路器 RCS 925A装置简介 LFP 925装置简介 RCS 925A的简单动作过程 收到对侧925远跳命令 本侧925就地判别 本侧动作出口 本侧925保护动作 向对侧发远跳命令 RCS 925A的启动方式 RCS 925启动的两种方式 收信启动 对侧启动 过电压启动 本侧启动 过电压启动方式 电压三取三方式电压三取一方式 远跳命令的可靠传输 为确保远跳命令的可靠传输 RCS 925A采用两条独立通道进行命令的传输 其收信工作逻辑有二取二 二取一两种判断逻辑 当任一通道故障 二者有什么区别呢 T1 T2 T3 T4 二取二方式 指通道一和通道二都收信 置收信动作标志 二取一方式 指通道一或二其中之一收信 置收信动作标志 远方跳闸的就地判据 补偿过电压补偿欠电压电流变化量零负序电流低电流低功率因素低有功功率 在某些情况下 就地判据元件可能会因灵敏度不够而不动作 这时作为后备 我们可以采用 二取二无判据 或 二取一无判据 的动作方式 例如在TV断线时 而就地判据又有功率因素等元件 这时可以投入TV断线自动转入 二取二 或 二取一 无就地判据 在这两种情况下 当收到远跳命令后经过各自的无判据延时进行出口跳闸 但该时间整定值要小于4S 不需就地判据的情况 七 500kV断路器保护 500kV断路器保护的配置 以RCS 921为例 500kV断路器保护装置面板介绍 500kV断路器保护装置面板介绍 500kV断路器失灵保护 断路器失灵的定义 当线路或其他元件发生故障时 继电保护动作跳开相应的断路器 若此时断路器未能可靠跳闸 则称之为断路器失灵 断路器失灵保护就是能对断路器失灵进行判别 在较短时间内跳开相应断路器 将停电范围限制到最小 500kV断路器失灵保护 开关失灵保护配置 按开关配置 每个开关仅配一套 但应跳开关的两个跳圈 相邻开关的含义 失灵保护由跳该开关的保护启动 由反应电流检测元件检测开关有无电流 当开关失灵时 由该开关失灵保护跳开相邻的断路器 500kV断路器失灵保护 500kV失灵保护的动作对象5011开关失灵 跳5021 5012及对侧 5012失灵时 跳5011 5013及对侧 失灵保护动作跳闸原则 失灵保护动作相邻断路器 若线线串中断路器失灵 应起动L1和L2的远方跳闸 若线变串中断路器失灵 应起动L1的远方跳闸和变压器的电量保护跳闸回路 断路器失灵保护回路接线 500kV断路器失灵保护 结论1边开关失灵动作 跳边开关所在母线所有开关和中开关 并启动远跳保护跳与边开关相连的线路对侧开关或跳主变各侧开关 2中开关失灵动作 跳其两侧的两个边开关 并启动远跳保护跳与中开关相连的线路的对侧开关或主变各侧开关 3失灵保护动作 第一时限约10ms再跳一次本开关 第二时限跳相邻开关 3 2接线死区保护 根据CT的数量和位置确定是否有死区范围和死区保护 如图所示 在断路器和CT之间发生故障 如断路器和CT之间 开关跳开后 故障并不能切除 考虑这种站内故障 电流大 对系统影响大 而失灵保护动作一般要经较长的延时 所以专设了比失灵保护动作快的死区保护 动作逻辑为 当装置收到跳闸信号和TWJ信号 且死区过流元件动作仍不返回 受死区保护投入控制经整定延时起动死区保护 出口回路与失灵保护一致 500kV断路器死区保护 死区保护出口接点与失灵保护出口接点相同 500KV采用3 2接线 重合闸按断路器配置 每个开关对应一套重合闸 有先重后重之分 对于瞬时性故障 整定为先重的开关重合成功后 后重的开关才动作 对于永久性故障 先重合开关重合失败 后重开关重合闸放电返回 不动作 避免了对系统的二次冲击 500kV断路器重合闸 重合闸动作顺序为先边开关重合再中开关重合 重合顺序靠时间来整定 一般边开关为0 7秒 中开关1 0秒 当线路发生单相故障时 中开关与边开关故障相同时跳闸 边开关经过0 7秒跳闸相重合 当重合成功后中开关到了1 0秒后再重合闸 当边开关重合于永久性故障时 重合闸后加速动作三跳边开关 中开关不再重合 关于500kV重合闸的先重 500kV开关保护屏压板 5011开关先重5011开关先重闭锁5012开关重合闸 重合闸先重功能的实现 3 2断路器接线中 要求母线侧断路器优先于中间断路器重合 其原因是当重合于永久性故