220kV线路保护培训讲义.ppt

浙江省金华电业局变电工区王了QQ 65306985邮箱 netspeak 电话微机线路保护 目录 一 继电保护的作用及发展历程二 微机保护的特点及与常规保护的区别三 微机保护装置的组成介绍四 继电保护的配置原则五 各电压等级的保护配置六 典型微机保护介绍七 运行维护及操作八 微机保护动作分析 一 继电保护的作用及发展历程 对电力系统中发生的故障或异常情况进行检测 从而发出报警信号 或直接将故障部分隔离 切除的一种重要措施 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 功能 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 保证系统其余部分迅速恢复正常运行 防止故障进一步扩大 基本任务 继电保护的基本要求 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 保护装置的发展过程 1891年8月 出现最简单有效的保护装置 1901年发明了电磁继电保护装置 1960年发明晶体管继电保护装置 1970年发明了集成电路继电保护装置 1972年发明了微机保护装置 发展历程 电磁式电流继电器 图7 3DL 10系列电磁式电流继电器的内部结构1 线圈 2 电磁铁 3 钢舌片 4 静触点 5 动触点 6 启动电流调节螺杆 7 标度盘 铭牌 8 轴承 9 反作用弹簧 10 轴 继电器按结构型式的分类 电磁型整流型晶体管型集成电路型微机型 思考题 1 继电保护装置有什么作用 2 电力系统对继电保护的基本要求是什么 3 继电器按结构型式的分类 二 微机保护的特点及与常规保护区别常规继电保护是采用继电器组合而成的 比如 过流继电器 时间继电器 中间继电器等通过复杂的组合 来实现保护功能 微机保护是用微型计算机构成的继电保护 微机保护装置硬件包括微处理器 单片机 为核心 配以输入 输出通道 人机接口和通讯接口等 常规保护与微机保护比较 常规微机 常规及微机过流保护原理图比较 常规保护与微机保护比较 逻辑判断部分采用软件方式实现 传统保护 微机保护 方便可靠 易于实现复杂的保护原理 实现方式 比较 逻辑判断部分采用硬件方式实现 对于比较复杂原理的继电保护 难于实现 三 微机保护装置的组成介绍 微机保护与传统继电保护的最大区别就在于前者不仅有实现继电保护功能的硬件电路 而且还必须有保护和管理功能的软件 程序 而后者则只有硬件电路 一般地 一套微机保护装置的硬件构成可分为四部分 数据采集系统 输入输出接口 微型计算机系统及电源 微机保护硬件系统原理框图 数据核心部件 数据处理单元 CPU保存数据用RAM存放程序用EPROM存放定值用EEPROM定时器 计数器 数据采集单元 开关量输入接口 外部通信接口 CI MMI人机接口 开关量输出接口 多路模拟量输入 多路开关量输入 接打印机 接PC 计算机通信网络 保护功能通信 告警信号 跳闸信号 电源模块 微机保护装置构成 组成 微机保护一般由数据处理单元 数据采集系统 开关量输入输出单元 通信接口以及人机接口和电源模块等部分组成 投入步骤 保护的投入步骤 先投入交流电源 检查装置是否运行正常 再投入直流电源 装置运行正常后再根据现场运行规程投入保护压板 微机保护中人机接口部分组成 主要有键盘 显示器 打印机组成 装置 单个装置 装置背视图 微型机线路保护的硬件 微型机线路保护系统的硬件主要的三大部分 1 数据采集系统 或模拟量输入系统 2 微型机主系统 或称数据处理系统 3 开关量 或数字量 输入 输出系统 1 数据采集系统 或称模拟量输入系统 传统保护是把PT二次侧电压信号及电流互感器二次电流信号直接引入继电保护装置 或者把二次电压 电流经过变换组合后再引入继电保护装置 因此 无论是电磁型 感应型继电器还是整流型 晶体管型继电保护装置都属于反应模拟信号的保护 尽管在集成电路保护装置中采用数字逻辑电路 但从保护装置测量元件原理来看 它仍属于反应模拟量的保护 而微机保护中的微机则是处理数字型号的 即送入微机的信号必须是数字信号 完成将模拟输入量准确地转换为微型机所能够识别的数字量 这就要求必须有一个将模拟信号变换成数字信号的系统 这就是数据采集系统的任务 线路保护模拟量一般设置为Ia Ib Ic 3I0 Ua Ub Uc Ux共8个模拟量其中 Ia Ib Ic 3I0 Ua Ub Uc用于构成保护的功能Ux为断路器的线路电压 用于实现重合闸功能 在微机保护中 通常根据模数转换器输入范围的要求 将输入信号变换为 5V或 10V的电压信号 交流电压信号可以采用电压变换器变换为成比例的电压信号 交流电流信号可以采用电流变换器变换为成比例的电流信号 交流输入回路 保护装置采用双CPU或多CPU系统起动CPU 判起动元件 当起动元件动作后 给出口继电器送正电源 故障判断CPU 完成各种继电器的算法和逻辑判断 动作后给出口继电器发跳闸脉冲 这样出口继电器有了正电源和跳闸脉冲 才能完成保护跳闸 所以 从逻辑上来说 CPU之间组成了逻辑 与 的关系 起动元件和故障判断元件同时动作 保护才能出口跳闸 这样提高了装置的可靠性 2 微型机主系统 或称CPU 3 开关量 或数字量 输入 输出系统由微型机的并行接口 光电隔离器件及有触点的中间继电器等组成 以完成各种保护的出口跳闸 信号警报 外部触点输入 人机对话及通讯等功能 软件部分 微机保护的功能和逻辑主要由软件实现 主要包括下列部分的内容 1 用程序查询方式控制多路开关和模数转换器 轮流将各模拟输入量的采样值转换成数字量 然后存入RAM区的采样值循环寄存器中 2 对保护功能中用到的所有测量值 如阻抗 方向 电流 电压和序分量等进行计算 3 设置了电流 电压突变量启动元件 判断电力系统是否发生短路 软件部分实现功能 高频保护功能 距离保护功能 零序保护功能 跳闸逻辑判别 根据是否已经有发跳闸命令的标志情况 进行选跳和故障是否已切除的判别功能 重合闸功能 振荡闭锁期间的再短路识别 整组复归功能 在中断服务程序中进行的一些自动检测项目 例如 对每 组采样值检查三相电流之和是否与3I0相近 三相电压之和是否与3U0相近等 实现TA TV的断线检测功能 微机保护经过二十多年的发展 历经四代 第一代 以保护的微机化为代表 CPU为8位 第二代 以提高保护性能和保护操作液晶界面为代表 CPU为16位 第三代 以汉化界面和提高通信性能 与综自系统等的联系 的运用为代表 CPU为32位 第四代 以网络化 实时嵌入式系统和新型互感器的应用为标志 微机保护的特点 硬件标准化保护性能强附加功能多样自诊断能力强主备一体化 讨论1 微机保护优点 2 微机保护硬件主要由哪几部分组成 3 WXH微机保护 三取二 回路的作用是什么 四 线路保护的配置原则 电力系统继电保护配置 从原则上说 应满足两点最基本的要求 1 任何电力设备和线路 不得在任何时候处于无保护状态下运行 2 任何电路设备和线路在运行中 必须在任何时候有两套完全独立的保护装置分别控制两台完全独立的断路器实现保护 第一点非常简单明了 第二点是第一点的具体体现 特别需要强调的是 完全独立 的概念 需要有两套保护装置控制两台断路器是为了可靠地实现后备保护的作用 目的是为了当任意一套保护或断路器拒动时 能够由另外一套保护或断路器动作实现完全可靠的切除故障点 在110kV及以下电网中 保护配置的基本原则是 主保护 远后备保护 一般来说 在110kV及以下电网中的线路 其保护的基本配置是三段式保护 三段式电流或三段式距离保护 其中 段作为线路主保护 由于 段保护的速动性差 所以 为了弥补主保护的不足 设置了具有快速动作的 段作为主保护的辅助保护 因此 有些教科书上也这么表述 段和 段共同作为线路的主保护 在三段式保护中 段作为线路的后备保护 而且要求具有远后备的作用 即当相邻的故障元件保护或断路器拒动时 可以由电源侧的上一级断路器的保护装置断开故障点 对于220kV及以上的复杂电网 由于系统稳定性要求高 如果按照远后备的方式配置保护 将不能满足快速性的要求 而且在220kV以上的电网中 远后备保护往往也不能满足灵敏性的要求 所以 为了满足系统稳定性这个最基本的要求 在220kV及以上电网中 保护的配置原则如下 1 设置两套完整 独立的全线速动的主保护 2 两套主保护的交流电流 电压回路和直流电源彼此独立 3 每套主保护对于全线路内发生的各种类型的故障 均能无时限动作切除 4 每套保护应有独立的选相功能 实现分相跳闸和三相跳闸 5 两套主保护分别使用独立的远方信号传输设备 6 断路器应具有两组跳闸线圈 每套主保护分别启动一组跳圈 7 每套主保护都有自己独立的一套后备保护 8 后备采用近后备方式 线路故障的性质 1 单相接地故障2 相间故障 两相短路 3 两相接地故障4 三相短路5 各类性质的开路 基础知识 故障时电气量的变化电流增大电压降低电流电压间相角发生变化正常20 短路60 85 电流与电压的比值Z U I电流和正常I入 I出 短路I入 I出出现I2 I0序分量接地故障必然产生零序分量 不对称故障必然产生负序分量 基础知识 不同原理的保护 反应电流急剧增加的保护 称作电流保护 反应电压急剧降低的保护 称作是低电压保护 同时反应电流和电压变化 即电压和电流的比值 的一种保护 距离保护 反应非电气量的保护 瓦斯保护 反应不对称或异常运行时出现的判据 如负序或零序分量的保护 同时反应被保护元件两端电气量的快速保护 如差动保护 高频保护 基础知识 基础知识 要了解线路微机保护 先了解什么是主保护 后备保护 1 主保护是满足系统稳定和设备安全要求 能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护 基础知识 2 后备保护分近后备和远后备2 1近后备2 1 1当主保护拒动时 由本电力设备或线路的另一套保护实现后备的保护 2 1 2当断路器拒动时 由断路器失灵保护来实现的后备保护 2 2远后备是当主保护或断路器拒动时 由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备 主变后备保护 基础知识 3 辅助保护是为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护 充电保护 4 异常运行保护是反应被保护电力设备或线路异常运行状态的保护 过温保护 讨论 1 断路器失灵保护是近后备保护还是远后备保护 2 光纤纵差保护能否做为相邻线路的后备保护 220kV线路主保护 后备保护 220kV线路主保护为纵联差动保护220kV线路后备保护为零序 距离保护 各电压等级线路保护的配置 220kV 单断路器接线方式线路保护解决方案 配置全线速动主保护以及完备的后备保护线路保护为双重化配置断路器保护按线路配置推荐选用差动保护 纵联距离保护 各电压等级线路保护的配置 110kV 线路保护解决方案 配置一套距离保护 零序过流保护的后备保护重要线路 可以配置全线速动的纵联距离保护或光纤差动保护 各电压等级线路保护的配置 35kV 10kV 线路保护解决方案 配置一套距离保护 过流保护的后备保护重要线路 可以配置全线速动的纵联距离保护或光纤差动保护 讨论 1 什么是保护双重化配置 2 典型220kV线路的保护配置 详述各套保护 1 电流保护 2 距离保护 3 零序保护 4 纵联方向保护 5 纵联电流差动保护 6 重合闸逻辑 六 典型保护介绍 哪些可以保护全长 哪些可以延伸的其他部分 哪些只能保护部分线路 全长 纵联保护延伸 零序二段 过流二段 距离二段部分 电流速断 15 20 以上 距离保护的一段 80 85 零序一段 一 电流保护 过电流保护是反应故障时电流值增加的保护装置 其动作原理是当故障电流大于整定电流时动作 故障电流I Iset 保护动作 过流保护一般分为一段 速断 二段 过流 三段 速断的整定范围 躲过线路末端三相短路最大电流整定 过流保护按躲过线路最大负荷整定 和下级线路配合是时间上的配合 速断 过流保护受系统运行方式的影响较大 保护的范围不固定 能反映各种性质的故障 对于不同的故障保护范围不同 1 过流保护分哪几段 分别是什么 2 过流三段按什么来整定 讨论 二 距离保护 所谓距离保护是利用阻抗元件来反映短路故障点距离的保护装置 阻抗元件反映接入该元件的电压与电流之比 即反映短路故障点至保护安装处的阻抗值Z U l 因线路阻抗与距离成正比 所以叫做距离保护或阻抗保护 当测量到保护安装处至故障点的阻抗值等于或小于继电器的整定值时距离保护动作 与运行方式变化时短路电流的大小无关 距离保护分为接地距离和相间距离保护 接地距离保护一般反应各类性质的接地故障 单相接地和两相接地故障 相间距离一般反应各类性质的相间故障 距离保护一般由三段组成 第 段整定阻抗较小 动作时限是阻抗元件的固定时限 即瞬时动作 第 段整定阻抗值逐渐增大 动作时限也逐渐增加 分别由时间继电器来调整时限 距离一段一般保护线路全长的80 距离二段一般保护线路的全长并且和下级线路的一段有重合部分 距离三段作为全部线路的后备保护 按躲过最大负荷阻抗整定 2 距离保护的组成为使距离保护装置动作可靠 距离保护应由五部分组成 A测量部分 用于对短路点的距离测量和判别短路故障的方向 B启动部分 用来判别系统是否处在故障状态 当短路故障发生时 瞬时启动保护装置 有的距离保护装置的启动部分还兼起后备保护的作用 C振荡闭锁部分 用来防止系统振荡时距离保护误动作 D二次电压回路断线失压闭锁部分 当电压互感器二次回路断线失压时 它可防止由于阻抗继电器动作而引起的保护误动作 E逻辑部分 可用它来实现保护装置应具有的性能和建立保护各段的时限 3 距离保护装置对振荡闭锁装置要求不论是系统的静态稳定破坏 由于线路的送电负荷超过稳定极限或由于大型发电机失去励磁等引起的 还是系统的暂态稳定破坏 由于系统故障或系统操作等引起的 必须可靠地将距离保护装置中可能在系统振荡中误动作跳闸的保护段退出工作 实现闭锁 4 距离保护突然失去电压会误动当测量到阻抗值Z Z U 等于或小于整定值时距离保护就动作 即加在继电器中的电压降低而电流增大 相当于阻抗Z减小 继电器就动作 在继电器中电压制动电流为动作量 当电压突然失去时 制动量失去而电流回路有负荷电流使阻抗继电器动作 如果闭锁回路动作失灵 距离保护就会误动作 注意事项 TV断线 自动退出 同时自动投入TV断线相过流保护TA断线 可不退 讨论 1 距离保护分哪几段 其中哪几段带时限 2 距离保护分为哪两类 三 零序电流保护 零序保护 在中性点直接接地的高压电网中发生接地短路时 将出现零序电流和零序电压 利用这种特征电气量可构成保护接地短路故障的零序电流方向保护 正 反方向接地故障时 零序电压与零序电流间的角度关系完全相反 零序电流保护是一种反映接地故障的电流 零序电流保护有以下特点 1 故障点的零序电压最高 系统中各处距离故障点越远时 该处的零序电压越低 2 零序电流超前零序电压 3 零序电流的分布与变压器中性点接地数目有关 4 零序功率的方向由线路流向母线 5 零序阻抗和零序网络不受系统运行方式的影响 注意事项 TV断线 自动退出零序保护部分段或者自动不带方向 自动投入TV断线零序过流保护TA断线 自动退出零序保护或者自动不带方向 讨论 零序保护分哪几段 其中哪几段带时限 四 线路纵联保护 1 什么是纵联保护2 纵联保护的分类 一 什么是纵联保护为了解决高压 超高压输电线路全线零秒速动的问题 输电线路主保护都采用纵联保护 输电线路的纵联保护是指 用某种通信通道 简称通道 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范围之外 从而决定是否切断被保护线路 由于纵联保护在电网中可实现全线速动 因此它可保证电力系统并列运行的稳定性 提高输送功率 缩小故障造成的损坏程度以及改善与后备保护的配合性能 输电线路纵联保护结构框图 二 纵联保护的分类 1 按保护装置的基本原理分2 按纵联通道的类型分3 按纵联通道上传输信号的性质分 1 按保护装置的基本原理分 可分为方向比较式纵联保护 纵联电流差动保护二种 方向比较式纵联又分为 纵联方向保护和纵联距离保护 纵联电流差动保护又分为 纵联电流差动保护和纵联电流相位差动保护 一般规定 线路两端电流由母线流向线路方向为正 由线路流向母线为负 纵联电流差动保护对装置精度和纵联通道的要求较高 因此该保护多用于500kV输电线路并配合光纤通道使用 220kV线路也有用到 方向纵联保护利用输电线路两端功率方向或相反的特征构成方向纵联保护 当系统发生故障时 两端保护的功率方向元件判别流过本端的功率方向 功率方向为负者发出闭锁信号 闭锁两端的保护 称为闭锁式方向纵联保护 或者功率方向为正者发出允许信号 允许两端的保护跳闸 称为允许式方向纵联保护 SM与SN功率方向相同 SM与SN功率方向相反 a 内部故障 b 外部故障 双端电源线路区内 外故障功率方向 纵联距离保护 线路两侧在距离保护的基础上加上纵联通道 使两侧独立的距离保护可相互配合 从而达到输电线路在发生故障后全线速动的保护效果 利用距离保护的启动元件和距离元件控制收发讯机发出的高频闭锁 允许 信号 闭锁 允许 两侧保护的原理构成的纵联保护 构成原理和方向比较式纵联保护相似 只是利用阻抗元件替代功率方向元件 优点 较方向比较式纵联保护 当故障发生在保护 段范围内时相应的方向阻抗元件才启动 当故障发生在距离 段以外时相应的方向阻抗元件不启动 减少了方向元件的启动次数从而提高了保护的可靠性 一般高压线路配备距离保护作为后备保护 距离保护的 段作为方向元件 简化了纵联保护 但也带来后备保护检修时主保护被迫停运的不足 a 内部故障 b 外部故障 双端电源线路区内 区外故障示意图 距离 段起动 距离 段起动 距离 段可能起动 距离 段不起动 这两种保护两侧保护继电器仅反应本侧的电气量 利用通道将继电器对故障方向判别的结果传送到对侧 每侧保护根据两侧保护继电器的动作经过逻辑判断区分是区内还是区外故障 可见这类保护是间接比较线路两侧的电气量 在通道中传送的是逻辑信号 电流相位比较式纵联保护 利用两端电流相位的特征差异 比较两端电流的相位关系构成电流相位比较式纵联保护 当输电线路发生区内短路故障时 两端电流相角差为0 保护动作 跳开本端断路器 而正常运行或发生区外短路时两端电流相角差180 保护不动作 考虑电流 电压互感器的误差以及输电线路分布电容等的影响 当线路发生区外故障时两端电流相角差并不等于180 而是近似为180 且故障前两侧电动势有一定相角差 在区内短路时两侧电流也不完全同相位 保护的动作区一般如上图所示 电流相位比较式纵联保护动作区示意图 纵联电流差动保护电流差动保护的原理建立在基尔霍夫电流定律的基础之上的具有良好的选择性 灵敏性 能快速切除区内故障 利用输电线路两端电流波形或电流相量和的特征构成纵联电流差动保护 1 当线路内部故障时 2 当线路正常运行或外部故障时 讨论 1 差动保护的原理是基于什么定律 保护范围 2 为何两侧差动压板必须同时投入 3 差动保护如何才能动作跳闸 4 纵联保护按基本原理分哪二类 2 按纵联通道的类型分类 按纵联通道的类型分 可分为光纤纵联保护 微波纵联保护和高频纵联保护 导引线纵联保护四类 光纤通道光纤通道就是采用光纤材料构成的传输通道 与输电线没有直接联系 光纤通信广泛采用PCM调制方式 当被保护线路很短时 可以通过光缆直接将光信号送到对侧 在每套保护装置中都将电信号变成光信号送出 又将所接收之光信号变成电信号供保护使用 光纤通道具有与高压设备完全独立 不受电磁干扰 不受天气影响的优点 短线路的220kV线路逐步以光纤作为纵联通道 500kV线路基本使用光纤通道 光纤通道使用专门的光纤接口与纵联保护装置相连 光纤接口的作用与收发讯机类似 光纤接口具有一定的自我监测功能 通道一旦发生断线等故障会自动报警 不需要变电运行人员每日进行对试 微波通道微波通道与输电线没有直接联系 输电线发生故障时不会对微波通信系统发生任何影响 因而保护利用微波保护的方式不受限制 微波通信是一种多路通信系统 可以提供足够的通道 彻底解决了通道拥挤的问题 微波通信具有很宽的频带 线路故障时信号不会中断 可以传送交流电的波形 采用脉冲编码调制 PCM 方式可以进一步扩大信息传输量 提高抗干扰能力 也更适合于数字保护 微波在传输过程中容易受到雨 雪 雾等气候的影响 造成较大的信号衰减 再加上保护专用微波通信设备不经济 工程造价高 维护费用高的缺点 所以新建工程中较少使用 高频通道高频通道是利用电力线作为传输媒介 靠收发讯机 阻波器 耦合电容器 结合滤波器等设备在输电线路上叠加高频载波信号来传递线路两侧保护装置信息 高压输电线机械强度大 十分安全可靠 对继电保护来说分专用和复用通道两种 1 专用通道用相 地耦合 常在闭锁式220KV系统使用2 复用通道一般为相 相耦合 常在允许式220KV系统使用 3 复用载波是载波通信和保护信息共用一个通道 平时传送电话及远动信号 载波机经常发送的导频作纵联保护的监护信号 监测载波电路是否正常 当线路发生故障时 继电保护装置动作 首先停发监护信号 断开电话及远动信号的发送电路 再集中载波功率发出命令信号 a 专用通道 b 复用通道 高频通道的构成分为 相 相 制和 相 地 制两类1 相 相 制是通过在两相输电线路上叠加高频信号由 相 相 两线间形成回路的传播通道 2 相 地 制是通过在一相线路上叠加高频信号 这一相线路与大地一起形成回路来传递高频信号 3 相 相 制具有信号衰减小 受外界干扰小的优点 但造价较高 而 相 地 制在信号衰减和抗干扰方面都比 相 相 制差 但造价低廉 适合我国国情 在我国电力系统中得到广泛应用 相 地 式载波高频通道原理示意图 1 线路2 阻波器3 耦合电容器4 连接滤波器5 高频电缆6 保护间隙7 接地开关8 高频收发信机 高频通道的组成 1 输电线路 三相线路都用 以传送高频信号 2 高频阻波器 高频阻波器是由电感线圈和可调电容组成的并联谐振回路 当其谐振频率为选用的载波频率时 对载波电流呈现很大的阻抗 在1000 以上 从而将高频电流限制在被保护的输电线路以内 即两侧高频阻波器之内 对50Hz工频电流而言 阻波器的阻抗仅是电感线圈的阻抗 约为0 04 工频电流可畅通无阻 3 耦合电容器 耦合电容器的电容量很小 对工频电流具有很大的阻抗 可防止工频高压侵人高频收发信机 对高频电流则阻抗很小 高频电流可顺利通过 耦合电容器与连接滤波器共同组成带通滤波器 只允许此通道频率内的高频电流通过 4 连接滤波器 连接滤波器与耦合电容器共同组成带通滤波器 由于电力架空线路的波阻抗约为400 电力电缆的波阻抗约为100 或75 因此利用连接滤波器和它们起阻抗匹配作用 以减小高频信号的衰耗 使高频收信机收到高频功率最大 同时还利用连接滤波器进一步使高频收发信机与高压线路隔离 以保证高频收发信机与人身的安全 5 高频电缆 将户内的高频收发信机和户外的连接滤波器连接起来 6 保护间隙 保护间隙是高频通道的辅助设备 用以保护高频收发信机和高频电缆免受过电压的袭击 7 接地开关 接地开关也是高频通道的辅助设备 在调整或检修高频收发信机和连接滤波器时 将它接地 以保证人身安全 8 高频收发信机 高频收发信机用来发出和接收高频信号 发出预定频率 高频信号通过耦合电容器和结合滤波器组成的带通滤波器再经过高频电缆传到收发信机 收发信机将叠加在高频信号上的信息解读出来 就得到了保护装置所需的信号 导引线通道这种通道需要铺设电缆 其投资随线路长度而增加 当线路较长 超过十余公里 时就不经济了 导引线越长 安全性较低 导引线中传输的是电信号 在中性点接地系统中 除了雷击外 在接地故障时地中电流会引起地电位升高 也会产生感应电压 对保护装置和人身安全构成威胁 也会造成保护不正确动作 所以导引线的电缆必须有足够的绝缘水平 例如15kV的绝缘水平 从而使投资增大 导引线直接传输交流电量 故导引线保护广泛采用差动保护原理 但导引线的参数 电阻和分布电容 直接影响保护性能 从而在技术上也限制了导引线保护用于较长的线路 讨论 1 按纵联通道的类型分哪四类 2 按高频通道的构成分为哪二类 3 高频通道的构成有哪些原件 3 按通道上传输信号的性质分类 按纵联通道上传输信号的性质分 可分为闭锁式纵联保护 允许式纵联保护和直跳式纵联保护三类 闭锁式保护是系统故障时 收到对侧信号 区外故障时 保护将被闭锁 收不到对侧信号 区内故障时 保护将动作跳闸 允许式保护是在系统故障时 收到对侧信号 区内故障时 保护将动作跳闸 收不到对侧信号 区外故障时 保护将被闭锁 直接跳闸的保护 只要收到信号保护就作用于跳闸 与保护元件是否动作无关 远方跳闸保护就是利用此跳闸信号 闭锁式 允许式比较 高频收发信机交换信号 当按动A侧高频收发信机远方起动的试验按钮 发信回路瞬时起信将高频信号送至B侧 起动B侧发信以实现远方起动 B侧被起动后发信10s A侧起动200ms后 被收到的来自B侧的信号闭锁 同时起动5s计时回路 并使A侧停止5s发信 在此5s内 A侧收信回路只收B侧发来的信号 5s后 A侧重新起动发信10s 然后停止发信 两侧解环 试验完毕 逻辑回路 发信回路 收信回路 发信回路 收信回路 逻辑回路 试验起动 A侧 B侧 A站 1 B站 C站 2 4 3 1 故障时启动 两侧同时发信 闭锁信号 2 本侧保护元件起动 判正方向 时 5 7ms RCS系列8ms 停信 3 同时收不到对侧发来的闭锁信号且本保护正方向 则出口跳闸 闭锁式高频保护动作原理 AB线 BC线 A站 1 B站 C站 2 4 3 1 故障时 本侧保护元件起动 判断正方向 2 向对侧发送允许信号8ms 3 收到对侧发来的允许信号且本保护元件起动 则出口跳闸 允许式高频保护动作原理 AB线 BC线 故障发生在断路器与TA之间 如上图所示 F点发生故障 此时短路功率由N端流向F点 M端保护判断为反方向故障 该侧F 元件不动作 F 元件动作 从而一直发信闭锁了两端的纵联保护 故障点落在M侧的母线保护范围内 故M侧母差保护动作跳开母线上所有开关 但M侧开关跳开后 N端还持续提供短路电流 该功率使得M端保护继续判断为反方向短路 故M端保护持续发信 闭锁N端纵联保护 死区故障分析 死区故障分析 为了避免在上图断路器与电流互感器之间发生短路时让对端的纵联保护能立即动作切除故障 设置纵联方向保护得知母差保护动作后立即停信 如果不采取措施 N端只能由二段距离或零序保护带延时切除 这显然对系统安全稳定运行很不利 为此 如果M端纵联保护在母差动作后能采取立即停信的措施 就可以使N端纵联方向保护马上动作切除故障 保护实现方法 1 母线保护 失灵保护动作停信在纵联保护装置的后端子上有 其他保护动作 的开关量输入端子 该开关量接点来自于母线保护和失灵保护动作的接点 在母线保护或失灵保护动作后该接点闭合立即停信 一 闭锁式纵联保护 保护实现方法 保护实现方法 2 本装置保护动作停信现在输电线路保护大都集成在一套保护装置内 本装置内任意一种主后备保护发跳闸命令同时立即停信 保护装置发三跳命令停信直至跳闸命令返回后还继续停信150ms 保护装置发单相跳闸命令时只停信150ms 这段时间保证让对端可靠跳闸 保护实现方法 1 母线保护 失灵保护动作发信在纵联保护装置的后端子上有 其他保护动作 的开关量输入端子 该开关量接点来自于母线保护和失灵保护动作的接点 在母线保护或失灵保护动作后该接点闭合立即发信 二 允许式纵联保护 保护实现方法 2 本装置保护动作发信保护装置任一保护发三跳命令后立即发信 并在跳闸命令返回后还继续发信150ms 保护装置任一保护发单相跳闸命令时只发信150ms 这段时间保证让对端可靠跳闸 保护实现方法 1 母线保护 失灵保护动作起动 远跳 将母线保护 失灵保护动作的接点接在电流差动保护装置的 远跳 端子上 保护装置发现该端子的输入接点闭合后立即向对侧发 远跳 信号 对侧接收到该信号后再经起动元件动作发三相跳闸命令并闭锁重合闸 三 光纤纵差保护 保护实现方法 保护实现方法 2 保护动作发分相 远跳 信号保护装置任一保护发跳闸命令的同时向对端发分相跳闸信号 对端接受到该信号后再经高灵敏度的分相差流元件动作确认后分相跳闸 这样有利于对端可靠跳闸 跳闸位置停信如果高定值起动元件起动后 又收到了任一相跳闸位置继电器动作的信号并确认该相无电流时立即停信 这种停信称作 位置停信 在起动元件起动后本断路器又单相或三相跳闸了 这说明本线路上发生了短路 本侧保护动作跳闸了 所以采取马上停信措施后有利于对侧纵联方向保护跳闸 考虑当故障发生在本侧出口时 由接地或距离保护快速动作跳闸 而高频保护还未来得及动作故障已被切除 并发出连续高频信号 闭锁了对侧高频保护 只能由二段带延时跳闸 为了克服此缺点 因此 由跳闸位置继电器停信 对侧就自发自收 实现无延时跳闸 接母线保护 接线路保护 纵联保护动作跳闸 习题演示 如图 AB BC两条线路上装有零序方向 相间距离 高频闭锁保护和综合重合闸 B母线上装有母线保护 此保护设有母差停信回路 QF1 QF4投单相重合闸 当K点发生单相永久性接地故障时 如果各保护和重合闸正确动作 请分析 1 QF1 QF2 QF3 QF4 QF5开关应由哪种保护跳闸 2 QF1 QF2 QF3 QF4 QF5开关处重合闸动作情况 答 1 B母线发生单相接地故障 母线保护动作跳开QF2 QF3和QF5 重合闸不动作 同时由于母线保护停信回路动作 使QF2 QF3高频保护停信 QF1 QF4高频保护动作跳开故障相 2 A C站由于B站高频保护停信 QF1 QF4跳开故障相 并重合成功 QF2 QF3 QF5由母差保护动作跳闸 不重合 闭锁式纵联保护 高频保护 注意事项TV断线 高闭距离 高闭零序退出TA断线 高闭零序退出 1 收不到信号是跳闸的必要条件吗 闭锁式纵联保护 高频保护 5 位置停信是什么 2 母差停信 对侧开关会跳吗 3 为什么收信8ms后才能停信 4 高频闭锁保护为什么要每天交换信号 断路器失灵保护 线路故障 开关拒动 220kV线路保护一般都按双重化配置 可靠性较高 220kV开关一般也装设两组跳闸线圈 并接至不同的操作电源 防止因线圈断线 短路和操作电源故障等导致拒动 尽管如此 开关仍然有拒动的可能 例如SF6压力低闭锁分闸 机构故障等 开关拒动不能切除故障 就要靠后备保护切除故障 110kV及以下开关拒动 一般采用远后备 由靠近电源侧的相邻元件保护动作切除故障 所需时间较长 220kV开关拒动 一般采用近后备 即装设开关失灵保护 当发生故障保护动作而开关拒动时 启动开关失灵保护 跳开连接在同一母线上的所有开关 当系统发生故障 断路器因操作失灵拒绝跳闸时 通过故障元件的保护 作用于本变电站相邻断路器跳闸 有条件的还可以利用通道 使远端断路器同时跳闸的接线称为失灵保护 断路器失灵保护可以与母线保护公用跳闸出口 当母线所连的某断路器失灵时 由该线路或元件的失灵起动装置提供一个失灵起动接点给母线保护装置 母线保护装置起动该段母线失灵跳闸出口 失灵保护 当保护起动且相电流Ip ISLQD 失灵起动定值 时 瞬时接通该相失灵起动接点 该接点与外部保护该相跳闸接点串联后起动失灵 RCS 923失灵保护 BP 2B失灵起动逻辑框图 当母线所连的某断路器失灵时 由该线路或元件的失灵起动装置提供一个失灵起动接点给本装置 本装置检测到某一失灵起动接点闭合后 起动该断路器所连的母线段失灵出口逻辑 经失灵复合电压闭锁 按可整定的 失灵出口延时1 跳开联络开关 失灵出口延时2 跳开该母线连接的所有断路器 BP 2B母线保护失灵起动逻辑 失灵开放灯点亮 线路故障 开关拒动 213开关失灵起动装置 RCS 923 起动 通过母线保护装置中的失灵保护 母失灵 1时限0 25S跳开母联200开关 2时限0 5S跳开 母线上的201 212开关 典型组屏 某220kV线路保护屏 装置 典型组屏 装置 典型组屏 RCS 931 220kV线路保护屏配置 每条线路配2面屏每面屏上各有一套不同原理的线路保护 一套方向 一套高闭或一套光纤 一套高闭 以实现220kV线路保护双重化配置 保护的电压切换 重合闸均按双重化配置 失灵启动可双重化配置 也可只配一套 分别经两套母差出口跳闸 每套线路保护动作均启动两套重合闸 跳断路器的主 副两个线圈 断路器分相操作箱每条线路配一个 放在一块保护屏上 对于高频保护 每块屏上还配有专用收发信机 收发信机的型号也有很多 有GSF 6A PSF 631 LFX 912 SF600 举例 220kV线路微机保护的应用 根据不同原理 不同通道 以及通道上传输的信号性质 可以组合成很多种类型的保护装置 高频通道的闭锁式的纵联方向保护 我们叫方向高频保护 这有南瑞厂家的RCS 901B LFP 901B 许继的WXH 801型 高频通道的闭锁式的纵联距离保护 我们叫高频闭锁保护 各站配置的有许继的WXH 802 国电南自的PSL 602 北京四方的CSL 101 CSC 101型号 光纤通道的闭锁式的纵联电流差动保护 我们通常叫光纤纵差保护 各站有南瑞厂家的RCS 931 国电南自的PSL 603G 美国GE公司的L90 主保护 现在我们简单的说说各种微机保护的作用和功能 具体装置 1 PSL 603G型微机保护 PSL603系列以分相电流差动和零序电流差动为主体的全线速动主保护 由波形识别原理构成的快速距离 段保护 由三段式相间和接地距离保护及零序方向电流保护构成的后备保护 保护有分相出口 并可选配自动重合闸功能 对单或双母线接线的断路器实现单相重合 三相重合 综合重合闸功能 具体装置 2 RCS 931BRCS 931B超高压线路成套保护装置为由微机实现的数字式超高压线路成套快速保护装置 可用作220kV及以上电压等级输电线路的主保护及后备保护 2 1三相电流分相差动和零序电流差动为主体的快速主保护 光纤通道 2 2由工频变化量距离元件构成的快速I段保护 2 3由三段式相间和接地距离及二个延时段零序方向过流构成全套后备保护 2 4综合重合闸 3 RCS 901BRCS 901B超高压线路成套保护装置为由微机实现的数字式超高压线路成套快速保护装置 可用作220kV及以上电压等级输电线路的主保护及后备保护 RCS 901B保护具体包括 1 1纵联变化量方向和零序方向元件为主体的快速主保护 1 2由工频变化量距离元件构成的快速I段保护 1 3由三段式相间和接地距离及四个延时段零序方向过流构成全套后备保护 装置设有软压板功能 压板可通过定值投退 远方或就地 投主保护压板 投距离保护压板 投零序保护压板 这三个控制字和屏上硬压板为 与 的关系 当需要利用软压板功能时 必须投上硬压板 当不需软压板功能时 必须将三个控制字整定为 0 投闭重三跳压板 和屏上硬压板为 或 的关系 投闭重三跳压板 置 1 时 任何故障三跳并闭锁重合闸 一般应置 0 不管 投闭重三跳压板 置 1 还是 0 外部闭重沟三输入总是有效 此保护装置对应保护屏上有一块 投检修状态 压板 也是为了防止在保护装置进行试验时 有关报告经IEC61850规约接口向监控系统发送相关信息 而干扰调度系统的正常运行 在装置检修时 将该压板投上 在此期间进行试验的动作报告不会通过通信口上送 但本地的显示 打印不受影响 运行时应将该压板退出 4 CSC 101BCSC 101B超高压线路保护装置为由微机实现的数字式超高压线路成套快速保护装置 可用作220kV及以上电压等级输电线路的主保护及后备保护 其主要功能包括主保护 后备保护 重合闸等功能 4 1主保护 纵联距离保护 用于快速切除相间和单相接地故障 4 2后备保护 三段式相间距离和三段式接地距离保护 还设有可投退的快速距离一段 四段式零序方向保护和零序反时限保护 4 3综合重合闸5 CSL 101BCSL 101B高压线路保护装置由高频距离保护 高频负序方向 高频零序方向保护构成全线速动的高频保护 三段相间和接地距离保护 四段零序方向过流保护 二段不灵敏零序方向电流保护构成完整的后备保护 6 PSL 631A型断路器保护PSL 631A是由微机实现的数字式断路器失灵保护及辅助保护装置 装置功能包括失灵启动 三相不一致保护 两段相过流保护和两段零序过流保护 充电保护等功能 可经压板和软件控制字分别选择投退 7 YQX 31J电压切换箱作用 220kV线路保护电压均取自母线电压互感器 220kV系统大都为双母线接线方式 当线路切换母线运行时 保证该线路保护交流电压取至相应母线 母运行时取 母电压 母运行时取 母电压 使保护能正确动作 基本原理 利用该线路 母线侧刀闸辅助接点各串连电压切换继电器 线路运行在 母 母侧刀闸在合位 其辅助接点合上 所连电压切换继电器动作其在交流切换回路中的辅助接点合上 母交流回路通 母侧刀闸在分位 其辅助接点断开 所连电压切换继电器不动作其在交流切换回路中的辅助接点断 交流回路不通 该线路保护交流电压就取至 母电压 线路运行在 母时 情况一样 YQX 31J电压切换箱是北京四方公司的产品 切换回路由两组双位置继电器构成 直流电压消失时 交流电压切换回路维持原工作状态 保护不会失去电压 机箱面板给出 母PT 母PT动作信号 端子引出切换继电器同时动作 经断路器辅助接点至PT失压信号 隔离开关位置信号及遥信接点 8 CZX 12R操作继电器装置本装置含有两组分相跳闸回路 一组分相合闸回路 可与单母线或双母线接线方式下的双跳圈断路器配和使用 保护装置和其他有关设备均可通过操作继电器装置进行分合操作 本装置共有两组原理相同的跳闸回路 分别使用两组直流操作电源 并去启动断路器的两组跳圈 本装置含有交流电压切换回路 其交流切换回路在直流电源消失后 电压切换继电器不返回 仍保持原输出状态 可防止由于操作继电器直流消失造成的保护交流失压 从而提高了保护运行的安全性 面板布置 左边三个 OP 灯为第一组跳圈A B C三相的回路监视信号灯 右边 三个为第二组跳圈的 CH 为合闸信号灯 平时不亮 开关重合闸时亮 L1 指示交流电压取至 母TV L2 指示交流电压取至 母TV 左边 TA TB TC 为第一组跳闸回路A B C三相跳闸信号灯 右边为第二组跳闸信号灯的 开关跳闸时亮 七 保护装置的运行维护 继电保护被称为是电力系统的卫士 是电力系统必不可少的组成部分 对保证系统安全运行 保证电能质量 防止故障的扩大和事故的发生 都有极其重要的作用 因此加强继电保护装置的运行管理和维护工作 加强监视保证继电保护装置正常运行 是运行人员一项重要的工作 1 做好继电保护装置巡视工作 新型微机保护的巡视不同于传统的电磁式保护 其巡视项目与侧重巡视点不同 新型保护设备巡视项目如 设备插件牢固不松动 信号灯 光字牌指示正确 熔断器选用是否正确 微机时间是否准确 巡视是否正常 稳压电源是否正常 工作指示灯是否正常 保护合闸监视灯是否正常 报警指示正确 打印机良好 保护压板投退是否正确等等 对于微机保护 巡视各面板指示灯与液晶显示就特别重要 关于微机保护方面的事故预想不同于电磁式等继电保护 芯片代替了继电器线圈接点等 以前是通过现象判断对各继电器查找故障 现在是通过液晶显示反映出的 2 严格执行相关规程规定 一条线路两端的同一型号微机高频保护软件版本应相同 应定期对微机继电保护装置进行采样值检查和时钟校对 检查周期不得超过一个月 微机继电保护装置动作 跳闸或重合闸 后 现场运行人员应按要求作好记录和复归信号 并将动作情况和测距结果立即向主管调度汇报 现场运行人员应保证打印报告的连续性 妥善保管打印报告 应定期检查打印纸是否充足 字迹是否清晰 微机继电保护装置出现异常时 当值运行人员应根据该装置的现场运行规程进行处理 并立即汇报 3 做好继电保护定值核查工作 每年春秋两季安全大检查对保护定值通知单全部核查一次 保护装置校验 定值修改等工作后 送电前核对定值 及时与调度核对 4 保护装置投入运行前的检查 a 核对保护定值清单无误 投入直流电源 装置面板LED显示正常 拉合一次直流电源再核对装置时钟 b 查看接入电流 电压各模拟量输入的极性和相序是否正确 核对保护采样值与实际相符 c 核对保护定值 打印出各种实际运行方式可能用的各套定值 一方面用来与定值通知单核对 另一方面留做调试记录 d 注意纵联通道是否完好 e 核对各压板投退情况及核对其他开入量的位置与实际相符合 并做好记录 尤其注意装置检修状态压板已退出 5 做好运行管理工作 保护屏压板提示说明保护状态说明操作注意事项 6 常见问题 1 运行中经常发生的问题 操作中漏投 漏退保护压板连片 某些微机保护在投退压板 定值区切换等操作后 需要在LED屏上确认 否则操作不成功 运行人员容易忽视 对于保护中存在的特殊投退压板了解不够 不能正确操作 比如母联开关充电保护在充电正常后应退出 重合闸沟三跳压板的投退等 保护校验后验收时应注意检查电流电压回路端子连片恢复正常 可对照二次回路安措票检查 避免CT开路等问题 在操作母线侧刀闸后 检查不到位 在电压切换不到位时引起PT二次小开关跳闸 烧毁保护装置等问题 运行人员与调度的保护核对流于形式 对保护的巡视项目 事故 异常的处理等方面 7 二次倒闸操作 压板投退的说明1 1 闭锁式高频保护 投主保护压板 两侧先需高频交换 正常后才能按调令投入 投主保护 压板2 投主保护 压板在那种情况下退出 收发信机 闭锁式 或光纤接口装置 允许式 高频通道或光纤通道出现告警异常时 两侧高频闭锁保护应同时停用 退出 投主保护 压板 压板投退的说明2 TV断线时 理论上可以不退 投距离保护 压板 原因有两个 1 TV断线时 为了防止区外故障误动 装置自动把距离保护退出 2 作为TV断线后距离保护退出的补救措施 自动投入TV断线相过流保护 但该TV断线相过流保护受距离保护压板控制 即若退出了距离保护硬压板 则该保护投入不了 注 TV断线后 是否退出 投距离保护 硬压板 依据各单位现场规程规定进行 压板投退的说明3 沟通三