保护及常用二次回路.ppt

林海源 保护及常用二次回路 一 电气一次接线图 二 电流互感器 电流互感器的一 二次侧都有两个引出端子 任何一侧的引出端子用错 都会使二次电流或电压的相位变化180 保护 测控装置的正确工作 因此引出端子必须做出极性标记 通常电流互感器一次侧有标注P1或C1标识 表示为电流互感器一次侧的极性端 二次绕组通常以1作头 2作为尾 如 1s1 1s2 为1个二次绕组的两端 1s1为极性端 目前我们用的电流互感器大部分是采用减极性标注 即如图所示 当一次电流从P1端流入则二次电流从1S1端流出 二 电流互感器 如图 有些电流互感器变比可以通过连片进行并联或串联接法的改变 并联后变比变大一倍 因此更换电流互感器时要特别注意核对电流互感器变比及极性 二 电流互感器 二 电流互感器 电流互感器的精确度我们变电站常用的有0 2级 0 5级 P级 0 2级的电流互感器 是指在额定工况下 电流互感器的传递误差不大于0 2 用于继电保护设备的保护级电流互感器 应考虑暂态条件下的综合误差 一般选用P级或TP级 如10P20表示在额定负载时20倍的额定电流下其综合误差为10 二 电流互感器 10 误差曲线 是指当电流互感器的比误差为10 时 其二次负载与电流的倍数的关系曲线 即ZEN f M 式中 ZEN为电流互感器误差等于10 时其二次的最大负载阻抗 M I1 I1N为额定电流倍数 I1为最大故障电流 当实测二次负载大于对应的ZEN时 则不满足要求 需降低二次负载或更换CT 二 电流互感器 直流电阻的测量 即电流互感器二次绕组的内阻 划开CT二次划片 直接用万用表测量 二次负载的测量 划开CT二次划片 在负载侧加5A的工频电流 用万用表测量两端的电压 通常新投产 首检时需要测量 二 电流互感器 电流互感器的二次侧不允许开路 如果运行中二次回路开路 二次电压会很高 有时可达数千伏 危及二次设备及人身安全 电流互感器的二次回路必须接地 这是为了防止电流互感器一次与二次之间的绝缘破坏时 一次回路的高电压直接加到二次回路中 损坏二次设备 危及人身安全 二 电流互感器 电流互感器的二次接地点应与电缆屏蔽层接地点分开 二 电流互感器 死区的消除 二 电流互感器 死区的消除 三 电压互感器 母线 电压互感器的极性标注与电流互感器相同 但二次绕组通常以 a x 标注 通常a为头 x为尾 母线电压互感器通常有三个二次绕组 分别给保护测量 计量 开口用 如下图所示 对于二次负载来说 电压互感器是一个内阻抗极小的电压源 正常运行时负载阻抗很大 相当于开路状态 二次侧仅有很小的负载电流 当二次侧短路时 负载阻抗为零 将产生很大的短路电流 会将电压互感器烧坏 因此电压互感器二次严禁短路 三 电压互感器 母线 三 电压互感器 母线 三 电压互感器 母线 三 电压互感器 母线 对于不接地系统 如10kV侧 在电网发生单相 例如A相 接地故障时 如图所示 开口三角电压UL UA UB UC 0 UB UC 等于3倍相电压 故为使此时的开口电压 100V 开口三角绕组的每相电压应为100 3V 因此电压互感器变比为 U 3 100 3 100 3 100 3 三 电压互感器 母线 对于接地系统 如220kV和110kV侧 在电网发生单相 例如A相 接地故障时 如图所示 开口三角电压UL UA UB UC 0 UB UC等于相电压 故为使此时的开口电压 100V 开口三角绕组的每相电压应为100V 因此电压互感器变比为 U 3 100 3 100 3 100 三 电压互感器 线路 如图为电容式电压互感器的内部接线图 其中间隙上端子正常运行时需接载波装置 或直接接地 否则会产生高压对人身造成伤害 现场曾遇到运行人员报PT有异响 我们到现场后经检查发现是PT内部放电间隙放电造成的异响 经查是因为施工拆除结合滤波器后 接地线未恢复接地 使间隙产生高压放电 出现异响 三 电压互感器 电压互感器二次回路只允许有一个接地点 若有两个或多个接地点 当电力系统发生接地故障时 各个接地点之间的地电位相差很大 该电位差将叠加在电压互感器二次或三次回路上 从而使电压互感器二次或三次电压的幅值及相位发生变化 进而造成阻抗保护或方向保护误动或拒动 通常母线PT三个绕组的N端要求分别三根电缆引至公用屏进行一点接地 并挂 永久接地点 标示牌 三 电压互感器 当在电压互感器二次回路中进行通电试验时 应严防由二次向一次反充电 在试验时 应使试验电源与电压互感器二次绕组隔离 包括线路电压互感器 虽然线路停下来试验时 二次无电压 在保护或测控屏内将至电压互感器的连线断开或把划片打开 1 过流保护以反映设备故障时流过保护安装处的电流幅值的保护 特点 1 受系统运行方式影响 保护范围不稳定 2 不能运用于双电源线路3 保护构成简单 四 各类线路保护简介 1 过流保护 四 各类线路保护简介 2 零序保护 四 各类线路保护简介 2 零序保护对于10kV线路 由于10kV系统为不接地系统 当10kV线路出现单相接地时 由于零序网络无法构成回路 因此并不产生零序电流 只有对地电容电流引起的零序电流 该电流很小 因此通常10kV线路并不设置零序保护 接在三相的套管型零序电流互感器 用做接地选线判断 四 各类线路保护简介 3 距离保护 四 各类线路保护简介 4 纵联保护过流保护 零序保护 距离保护都是利用线路一端的电流 电压变化来实现的 从原理上无法区分本线路末端和对端的母线或相邻线路出口的故障 由于测量误差的原因 可能导致本线路对端母线上的故障 或对端母线其他线路出口处的故障 误判断为本线路末端的故障而将本线路切断 利用本线路各端电气量的保护叫纵联保护 纵联保护可以无时限切除线路全长范围内故障 在220kV及以上电压等级线路和重要110kV联络线路上 一般都配置利用两端电气量的纵联保护和利用单端电气量的后备保护 四 各类线路保护简介 4 纵联保护 四 各类线路保护简介 五 主变保护配置 1 电气量保护1 纵联差动保护 以反映变压器绕组及外部引出线相间 接地故障为主 2 零序过流保护3 复合电压过流保护4 距离保护 大容量变压器 5 过励磁 大容量变压器 6 过负荷 发信 五 主变保护配置 续 2 主要非电量保护1 本体重瓦斯保护 以反映变压器油箱内各种短路故障为主 匝间短路灵敏度高于差动 2 有载重瓦斯保护3 压力释放保护 220KV以下主变发信 4 本体轻瓦斯 发信 5 有载轻瓦斯 发信 3 微机主变差动保护基本原理 六 母线保护 1 110kV及以上母线设母线保护1 母线差动保护2 母差失灵保护 母线保护 首先规定TA的正级性端在母线侧 电流参考方向由线路流向母线为正方向 差动电流 制动电流差流元件动作方程 母线保护 区内故障时 各元件实际短路电流都是由线路流向母线 和参考方向一致 都是正值 此时差动电流很大 差流元件动作 母线保护 区外故障时 如线路3上发生故障 此时线路1 2 4短路电流是流向母线 为正值 线路3电流是流出母线 为负值 把母线看成电路上的一个节点 由节点电流定理 各元件电流相量和为0 所以差动电流为0 差动保护不动作 I母小差 II母小差 大差 母线保护 I母小差差动电流 I母小差制动电流 II母小差差动电流 II母小差制动电流 大差差动电流 大差制动电流 母线保护 母联失灵保护 母故障 母的差动保护跳母联及 母上的所有断路器 如果母联断路器失灵 则母联失灵保护跳 母上的所有断路器 母联失灵保护由下述几部分构成 保护动作跳母联开关同时起动失灵保护 母联任一相仍一直有电流 大于母联失灵电流定值 同时满足上述两条件的时间大于整定的时间 母联失灵延时时间 再经两个母线电压闭锁 与 后切除两母线上的所有连接元件 母线保护 母联死区保护 死区内故障 母各断路器跳闸后故障并未切除 母各断路器由母联失灵保护动作时间又太长 希望由母联死区保护去切除 母联死区保护在满足下述条件 与 时发另一母线的跳闸命令 母线差动保护发过II母线的跳令 母联开关已跳开 TWJ由0 1 母联TA任一相仍有电流 大差差动元件及II母小差差动元件动作后一直不返回 达到死区动作延时 母线保护 断路器失灵保护原理 如果变压器内故障3断路器失灵 假如没有断路器失灵保护 2 9线路保护 段或 段跳闸 变压器后备保护动作跳变压器 加长了故障切除时间并造成变电站全停 用断路器失灵保护切除5 8断路器可保留 母继续运行又加快了故障切除时间 断路器失灵保护判据为 有保护对该断路器发过跳闸命令 但该断路器依然有电流 经延时Tsl及对应母线复压闭锁跳母联及该断路器所在母线 母线保护 母差保护动作 说明母线上有故障 母差保护动作后 如果线路重合闸将对线路 开关及母线造成二次冲击 因此母差保护动作后不允许进行重合闸 为了防止线路重合闸 对于220kV母差保护 其跳各条线路的回路应接在操作箱的永跳口 对于110kV母差保护 其跳各条线路的回路应接至手跳口来闭锁重合闸 母线保护 七 备自投 当工作电源因故障被断开以后 能自动而迅速地将备用电源投入工作 保证用户连续供电的装置即称为备用电源自动投入装置 简称备自投装置 备自投装置主要用于110kV以下的中 低压配电系统中 是保证电力系统连续可靠供电的重要设备之一 备自投常见的有桥备投和进线备投两种方式 桥 母分 备投的一次接线图 正常运行时 桥开关 母联 在断开状态 段母线分别通过各自的供电设备或线路供电 当某一段母线因供电设备或线路故障跳开或偷跳时 此时 若另一条进线断路器为合位 则分段开关自动合闸 从而实现供电设备或线路互为备用 两段母线处于相互暗备用状态 两个电源各自带部分负荷 两个工作电源互为备用在暗备用方式中 每个工作电源的容量应根据两个分段母线的总负荷来考虑 否则在备自投动作后 要减去相应负荷 桥 母分 备投 进线线路发生故障 由对侧保护动作跳闸 使进线及所带母线失电 备自投起动 桥开关或母联备投过程可分解为下列动作逻辑 充电条件 逻辑 与 11DL合位 21DL合位 31DL分位 母有压 母有压 放电条件 逻辑 或 11DL分位 21DL分位 31DL合位 母 母同时无压 母失压时 起动条件 逻辑与 母无压 进线 无流 母有压 21DL合位 备自投起动后经延时跳11DL 合31DL 发出动作信号 同时动作于信号继电器 如果变压器或母线发生故障 保护动作跳开进线开关 进线开关将处于跳闸位置 此时备自投被闭锁 手跳进线断路器情况类似 为防止PT断线时备自投误动 取线路电流作为母线失压的闭锁判据 备自投的跳合闸回路 由于开关手跳接点通常引去闭锁备自投 因此备自投的跳闸回路应接在保护跳闸口 此时应注意开关是否有重合闸的可能 合闸回路应接在手合口 如图所示为典型的进线开关合分闸控制回路接法 备自投的闭锁 备自投的闭锁问题 一 如图高压侧内桥接线 如主变差动 高后备 低后备 非电量保护动作跳开开关111或112 由于故障仍在 此时应闭锁备自投 低压侧后备保护动作跳开63A或63B此时也应闭锁备自投 二 手跳111或112开关 当桥备投时 应闭锁备自投 八 基本回路 线路电压切换回路 现场曾碰到的缺陷 运行人员报当I母PT检修时 I母二次仍有电压 我们到现场后将I母二次电压回路逐个解除 发现是一个间隔的二次有电压导过来 后查为该间隔的电压切换继电器损坏 使1QJ和2QJ同时导通将II母二次电压导过来造成的 线路电压切换回路 10kV开关控制回路 开关控制回路断线 控制回路断线是常见的缺陷 处理控制回路断线缺陷通常分两个步骤 首先 初步判断故障出在保护装置还是开关机构 如上图 正常开关合位时 合闸回路7的电压应为 110V左右 分闸回路37应为 110V左右 因此我们常在开关端子箱内量测7 37及负端回路2的电压来判断 例如开关合位时 测得7与37的电压均为正的110V左右 此时需解开37引至开关本体的线 再分别量测端子排上电压和解开线37的电压 如端子排上该端子电压为110V 而37电缆芯上量不出电压 则基本可以判断出是37引至开关本体的回路出现问题 操作箱正常 其次 判断出故障在开关机构后 根据机构回路图从负端开始往上一步步判断故障点 220kV开关控制回路 以CZX 12R为例 220kV线路保护通常采用双跳闸线圈 因此也有两组控制回路 两组控制电源经切换后如下图为KM3 KM3 给开关机构的压力低闭锁回路 以及部分单继电器非全相回路用 以保证任一路控制电源出现异常都能正常工作 在现场更改回路时 要防止出现回路一端接在切换后电源 另一端接在KM1或KM2上 造成两组控制电源互串的情况 旧站年检时应检查是否有出现两组控制电压互串的情况 220kV开关控制回路 以CZX 12R为例 下图为重合闸 手合 手分重动回路 如果从测控屏无法合分闸时 可以通过测量图中4D76 4D78点的电压 查看保护装置上KK合后开入是否变位以及是否有报控制回路断线信号等来初步判断故障出现在何处 220kV开关控制回路 以CZX 12R为例 220kV操作箱的防跳回路是分相实现的 但原理相同 同不带重动回路不同的是 手合时手合继电器即使开关合上 仍在动作状态 因此在防跳试验时应准备好后再短接手合 防止手合继电器动作时间过长而烧毁 220kV开关控制回路 以CZX 12R为例 如图所示 保护跳闸回路为保护装置动作接点串压板后直接接在控制回路中 跟重合闸回路经重动继电器重动不同 220kV开关控制回路 以CZX 12R为例 母差保护跳闸回路接在何处 为什么 220kV开关控制回路 以CZX 12R为例 如果保护装置出现不正常的闭锁重合闸开入时 可以分别解开如下各接点的一端进行量测判断 现场曾遇到过闭锁重合闸误开入后通过量测确认是手合继电器接点故障的 更多的此类缺陷可能是光耦损坏造成的 刀闸控制回路 刀闸控制回路通常由电机回路和控制回路两部分组成 由控制回路的接触器接点控制电机回路 使电机正转或反转 从而实现合分刀闸的作用 如下图所示 刀闸控制回路 刀闸控制回路 如图所示为GIS机构的刀闸控制回路 与普通刀闸控制回路不同的是 在电机回路中串入了热感继电器RJ1 并将接点串入控制回路 这样当电机回路出现故障一直处于动作状态时 回路发热由RJ1动作切断控制回路从而切断电机回路 防止电机烧毁 线路刀闸的外部闭锁回路 下图分别为GIS和普通线路刀闸的联锁回路 GIS增加了母联间隔接点 母线地刀 开关线路侧地刀位置接点 线路刀闸的外部闭锁回路 刀闸无法合分闸是常见的故障 一种是因为电机故障或电机失去电源引起 另一种是刀闸控制回路故障引起 查找缺陷时 首先确认电机回路 控制回路电源是否正常 再检查电机是否正常 控制回路接触器是否动作 如果控制回路出现问题 先量测外部闭锁接点是否接通 量测时应先断开刀闸控制电源 如果正常 再逐步由N开始向电源端或由电源端向N 通过量测通断或电压的方式逐步排除 如外部闭锁接点不通 则应询问运行人员是否有操作设备 重点检查操作过的与控制回路相关的设备接点 查找过程中应向运行人员确认是否可分合刀闸 如果不能应由相应的防误动措施 非全相回路 非全相回路 非全相回路通常用在220kV线路上 对分相的220kV主变高压侧也有用到非全相保护 线路用的开关非全相 时间一般整定为2 5秒 主变用的开关非全相一般整定为0 5 现在新上的母联和主变高压侧通常采用三相联动 不需要非全相回路 非全相试验时应分别只投一路控制电源试验能正确动作 有些厂家非全相动作接点有串在控制回路内 因此非全相试验后一定要记得在开关机构内对非全相进行复归 非全相回路 非全相回路要求只有任一路控制电源时也能正常动作 因此 有些开关厂家将非全相继电器回路接在切换后回路中 继电器接点分别接至两路分闸回路进行跳闸 有些厂家则在每一路控制回路中都有完整的非全相继电器回路 因此对一些旧的设备年检时 一定要注意断开一路控制电源进行试验 我们在年检过程中就发现有第二控制电源正端没引至开关非全相回路的情况 使第二路控制电源单独投入时非全相不动作 低气压闭锁回路 低气压闭锁回路 在220kV线路保护年检过程中对早期的设备应进行相应的低气压闭锁回路核查 检查低气压闭锁回路是否接至切换后的控制电源或是第一路 第二路控制电源分别有自己的低气压继电器 这是为了防止 任何一路控制电源出现问题 而此时正好出现SF6低气压时 无法实现对控制回路进行闭锁的情况 以满足双重化配置的需求 断路器防跳回路 断路器防跳回路的作用是防止因控制开关或自动装置的合闸接点未能及时返回 例如操作人员未松开合闸手柄 自动装置的合闸接点粘连等 而正好此时断路器合闸在故障线路或设备上 造成断路器连续合分现象 如果断路器发生多次跳跃不仅容易引起或扩大事故 还会造成绝缘降低 遮断能力下降 严重时会发生断路器爆炸事故 危及人身和设备安全 因此断路器防跳回路设计是否正确十分重要 远控无法闭锁的防跳回路 远控无法闭锁的防跳回路 远控无法闭锁的防跳回路 上图为福州凤坂变220kV平开厂家设计的GIS汇控柜断路器控制原理图 由图可以看出 断路器防跳回路受远方 就地转换开关SK1的接点SK1 9 SK1 10闭锁 以A相为例 B C相同样有此问题 即远方操作时 断路器操作机构防跳功能退出运行 显然不符合要求 关于防跳回路的具体分析 可以查看我局林宗汉副主任的分析文档 防止防跳回路自保持的方法 为了防止TWJ监视回路与防跳回路动作时自保持 TWJ监视回路还应串接防跳继电器常闭接点如图所示 以10kV开关的简单回路分析 在TWJ监视回路中串入开关位置常闭接点S1 这样开关在合位时S1断开 使TWJ无法动作 同时在TWJ监视回路中串入开关防跳继电器常闭接点K1 是为了防止手合于故障时防跳继电器动作 使TWJ和防跳继电器K1形成通路 而自保持 这样当手合于故障时 K1动作 常闭接点K1断开 防止TWJ与防跳继电器K1构成通路而保持 现场工作中注意问题 在开关防跳回路设计在开关机构时 应特别注意对监视回