变电站保护配置及基本原理ppt课件

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 01 02 03 04 内容提纲 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 为区分系统正常运行状态与故障或不正常运行状态 找出其间的差别 即特征 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 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 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 的原则 即保护双重化 断路器失灵保护 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 母线差动保护范围 母小差保护范围 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 五 保护死区分析 母联死区 母小差保护范围 五 保护死区分析 线路死区 图ZY1000506001 1线路死区 母差保护 线路保护 死区 五 保护死区分析 主变死区 五 保护死区分析 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母差停信或母差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 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 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 距离保护 反应两端电气量的保护 如纵联保护 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 三相一次自动重合闸功能 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 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 保护 二 过流保护 整定值最大 延时最短 整定值最小 延时最长 三段式过流保护 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件 反方向故障不会动作 三 距离保护 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 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 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 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 整定值最小 时间最短 整定值最大 时间最长 三 距离保护 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 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 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 段 与相邻线路 段配合 是 段的后备保护 零序 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 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 反应一端电气量保护的缺陷 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 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 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 五 纵联保护 电流差动 线路正常运行及外部故障时 五 纵联保护 电流差动 线路内部故障时 五 纵联保护 电流差动 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 差动压板不一致 五 纵联保护 电流差动 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 当母差 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 五 纵联保护 电流差动 四 三相一次重合闸 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 保护动作后 切断故障电流 则故障点电弧熄灭 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 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 对于110kV及以下单电源线路采用普通的三相一次重合闸 而对于220kV双电源线路采用综合重合闸 六 自动重合闸 四 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 不再重合 六 自动重合闸 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 跳三相 对于相间故障 跳三相 不重合 保护能发单相跳闸命令 保护能判断出故障相 各相控制回路相互独立 分相的跳闸出口压板及二次回路 断路器三相机构及通断元件相互独立 分相的机构 通断元件 机械指示 六 自动重合闸 六 综合重合闸 三重方式发生任何故障 线路保护动作跳三相 三相重合 重合成功继续运行 重合于永久性故障上保护动作再次将断路器三相跳开 综重方式单相故障按单相重合闸方式处理 相间故障按三相重合闸方式处理 停用重合闸退出 重合闸长期不用时 应设置于该方式 六 自动重合闸 母线保护配置 220kV变电站 220kV母线保护应按双重化配置 110kV母线保护单套配置 110kV变电站 一般不设专用母线保护 220kV双母线接线的断路器失灵保护按单套配置 使用微机型母线保护装置时 由该装置实现失灵保护功能 不单独配置失灵保护 一 母线保护配置 微机母线保护装置功能 母线差动保护母联充电保护母联过流保护母联死区保护母联失灵保护母联非全相保护断路器失灵保护 一 母线保护配置 用于双母线接线的微机母线保护装置功能 二 母线差动保护 用于双母线或单母线分段接线方式的微机型母差保护由母线大差和各段母线小差组成 大差 由除了母联开关以外的母线所有其余支路的电流构成 作用是区分母线内和母线外故障 小差 由与该母线相连的各支路电流构成 作用是区分哪条母线发生故障 差动回路 大差 CT1 CT2 CT3 CT4 1母小差 CT1 CT2 CT5 2母小差 CT3 CT4 CT5 285 283 286 284 201 1 1 1 2 2 2 二 母线差动保护 二 母线差动保护 复合电压闭锁元件 复合电压闭锁元件作用 防止差动继电器误动或其他原因误跳闸 U 最小的相电压3U0 零序电压 自产 U2 负序电压 自产 二 母线差动保护 当低电压元件 零序过电压元件 负序电压元件中只有有一个或一个以上的元件动作 则立即开放母差保护 二 母线差动保护 母差 选择 方式 母差保护能够按照一次设备的运行方式选择故障母线 分别跳闸 也称 有选择 方式 母差 非选择 方式 母线故障时 母差保护不选择故障母线直接跳开各母线上的断路器 投入 母线互联 母联互联 单母方式 压板时均会使母差 非选择 跳闸 也称 无选择 方式 母联充电保护 当任一组母线检修后再投入之前 利用母联断路器对该母线进行充电时可投入母联充电保护 若母线存在故障时 则充电保护切除故障 三 母联充电 过流保护 母联过流保护 利用母联断路器作为线路的临时保护时 当线路有故障时 由母联过流保护动作跳母联开关切除故障 三 母联充电 过流保护 四 母联死区保护 若母联开关和母联TA之间发生故障 断路器侧母线跳开后故障仍然存在 正好处于TA侧母线小差的死区 为提高保护动作速度 专设了母联死区保护 母联死区保护在差动保护发母线跳令后 母联开关已跳开而母联TA仍有电流 且大差比率差动元件及断路器侧小差比率差动元件不返回的情况下 经死区动作延时Tsq跳开另一条母线 注意 母联死区保护经过复合电压闭锁 五 母联失灵保护 母联开关失灵判别及动作条件有保护曾给它发过跳闸命令在一定时间内母联仍存在电流两母线电压闭锁均动作母联失灵动作后切除两母线上所有连接元件 启动失灵压板 双母线 断路器失灵保护与母线保护一体化 失灵保护动作后 跳开失灵开关所在母线上其他所有的开关 六 断路器失灵保护 启动失灵压板 判断开关失灵2个条件 1 线路保护或变压器保护对该开关发过跳闸命令 本条件判断在线路保护或主变保护装置中实现 2 开关在一段时间里仍有电流流过 本条件判断在母线保护装置或线路辅助保护装置中实现 启动失灵压板 通过引入刀闸位置接点 确定失灵断路器接于哪条母线 从而经过该母线的电压闭锁元件 去切除该条母线 本部分在母线保护装置中实现 六 断路器失灵保护 各断路器出口压板 注意 失灵保护起动后经跟跳延时再次动作于该线路断路器 经失灵延时切除该元件所在母线的各个连接元件 七 母差 失灵保护与其他保护的配合 闭锁线路重合闸 母差 失灵保护动作后 发 远跳 命令 使线路对侧断路器跳闸 通过光纤纵联电流差动保护装置实现 可以启动远跳的保护出口接点 七 母差 失灵保护与其他保护的配合 远跳的目的 1 断路器与TA之间发生短路故障2 母线上故障断路器失灵 M N 七 母差 失灵保护与其他保护的配合 八 复合电压闭锁方式 双母线接线母线保护中 母线差动保护 断路器失灵保护 母联死区保护 母联失灵保护都要经过复合电压闭锁 母联充电保护 母联过流保护不经复合电压闭锁 九 母线运行方式识别 双母线上各连接元件在系统运行中需要经常在两条母线上切换 因此正确识别母线运行方式直接影响到母线保护动作的正确性 微机母线保护装置引入隔离刀闸辅助触点判别母线运行方式 同时对刀闸辅助触点进行自检 4 二次回路切换检查 本支路电流计入哪个小差回路 母差保护动作后选择跳闸开关 九 母线运行方式识别 九 母线运行方式识别 母线运行方式识别 以下几种情况下装置会发出刀闸位置报警信号 当有刀闸位置变位时 需要运行人员检查无误后按刀闸位置确认按钮复归 刀闸位置出现双跨时 当某条支路有电流而无刀闸位置时 装置能够记忆原来的刀闸位置 并根据当前系统的电流分布情况校验该支路刀闸位置的正确性 此时不响应刀闸位置确认按钮 由于刀闸位置错误造成大差电流小于TA断线定值 而小差电流大于TA断线定值时延时10s发刀闸位置报警信号 因刀闸位置错误产生差流时 装置会根据当前系统的电流分布情况计算出该支路的正确刀闸位置 九 母线运行方式识别 220kV 110kV主变保护按双套配置主后一体的电量保护 差动保护和后备保护 非电量保护按单套配置 一 主变保护配置 非电量保护装设重瓦斯 压力释放 油温度高 绕组温度高 有载调压开关重瓦斯 冷却器全停等输入回路 其出口继电器不起动失灵保护 轻瓦斯则只发信号 一 主变保护配置 220kV主变压器电量保护主保护为两套不同原理的纵差保护 后备保护配置各侧装设复合电压闭锁的过流保护 复合电压闭锁元件取三侧电压的 或 逻辑 220kV和110kV侧装设零序方向过流保护 220kV和110kV侧装设间隙过流和间隙过压保护 经0 3 0 5S跳主变各侧 装设过负荷保护 发信号 装设过负荷闭锁有载调压 按负荷起动风扇回路 装设失灵起动回路 电量保护出口 电流 一 主变保护配置 110kV主变压器电量保护主保护为两套不同原理的纵差保护 后备保护配置各侧装设复合电压闭锁的过流保护 110kV侧复合电压闭锁元件取三侧电压的 或 逻辑 中低压侧复合电压闭锁元件取本侧电压 110kV侧装设零序过流保护 110kV侧装设间隙过流和间隙过压保护 中低压侧配置母线充电保护 中低压侧配置零序电压保护 延时发信号 装设过负荷保护 发信号 装设过负荷闭锁有载调压 按负荷起动风扇回路 一 主变保护配置 一 主变保护配置 二 瓦斯保护 变压器油箱内部故障产生电弧 使绝缘物和变压器油分解产生大量气体 根据油箱内部所产生的气体的数量和油流速度而动作的保护即为瓦斯保护 一般气体排出的多少与变压器故障的严重程度和性质有关 当变压器内部发生轻微故障时 有少量气体产生 气体继电器的上触点闭合 作用于预告信号 当发生严重故障时 产生大量气体 形成油气流沿连接管冲向油枕 冲击气体继电器挡板使其下触点闭合 发出报警信号 同时将断路器跳闸 气体继电器的下触点闭合 也可以利用切换片切换位置 只给出报警信号 三 差动保护 差动保护范围是各侧TA之间的电气部分 当变压器绕组和引出线多相短路 大电流接地系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路故障 保护瞬时动作跳主变各侧断路器 变