集电线路保护

1、35KV集电线路保护集电线路保护授课人主要内容主要内容小电流接地选线装置小电流接地选线装置35KV故障特点及处理方法电力系统接地方式电力系统接地方式35KV消弧消谐装置电流保护电网中性点运行方式v 中性点不接地中性点不接地v 中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地v 中性点直接接地中性点直接接地v运行接地方式的选择，需要综合考虑电网的绝缘水平、电压等级、通信干扰、单相接地短路电流、继电保护配置、电网过电压水平、系统结线、供电可靠性和稳定性等因素 。 电网中性点运行方式v中性点直接接地的系统X0/X145,当发生接地故障时,通过变压器接地点构成短路通路,使故障相流过很大的短路电流，称其为大接地

2、电流系统。 110kV及以上的电压等级电网中性点直接接地运行方式（大接地电流系统）电网中性点运行方式v变压器中性点接地方式的考虑变压器中性点接地方式的考虑大电流接地电网中，中性点接地变压器的数目及分布，决定了零序网络结构，影响着零序电压和零序电流的大小和分布。为了保持零序网络的稳定，有利于继电保护的整定，使接地保护有较稳定的保护区和灵敏性，希望中性点接地变压器的数目及分布基本保持不变；为防止由于失去接地中性点后发生接地故障时引起的过电压，应尽可能地使各个变电所的变压器保持有一台中性点接地；同时为降低零序电流，应减少中性点接地变压器的数目。电网中性点运行方式v综合上述要求，变压器中性点接地方式的

3、选择原则如下：中间变电所母线有穿越电流或变压器低压侧有电源，因此至少要有一台变压器中性点接地，以防止由于接地短路引起的过电压。电厂并列运行的变压器，应将部分变压器的中性点接地。这样，当一台中性点接地的变压器由于检修或其它原因切除时，将另一台变压器中性点接地，以保持系统零序电流的大小和分布不变。v终端变电所变压器低压侧无电源，为提高零序保护的灵敏性，变压器应不接地运行。对于双母线按固定连接方式运行的变电所，每组母线上至少应有一台变压器中性点直接接地。这样，当母联开关断开后，每组母线上仍然保留一台中性点直接接地的变压器。变压器中性点绝缘水平较低时，中性点必须接地。电网中性点运行方式v66kV及以下

4、的电压等级电网中性点不接地或经消弧线圈接地运行方式（小接地电流系统）。 电网中性点运行方式v电力系统输电线路经消弧线圈接地，为小电流接地系统的一种，当单相出现短路故障时，流经消弧线圈的电感电流与流过的电容电流相加为流过断路接地点的电流，电感电容上电流相位相差180度，相互补偿。当两电流的量值小于发生电弧的最小电流时，电弧就不会发生，也不会出现谐振过电压现象。10-63KV电压等级下的电力线路多属于这种情况。风电场集电线路接线方式风电场集电线路接线方式v风电场集电线路有4种常用方案：链形结构；单边环形结构；双边环形结构；复合环形结构。如图所示：风电场集电线路接线方式风电场集电线路接线方式风电场集

5、电线路接线方式风电场集电线路接线方式v链形接线结构为目前国内风电场采用最多的一种连接方式，将整个风电场机组分为34串，每串连接813台风力发电机组。v单边环形接线结构是在链形接线的基础上，在每串风力发电机机组的末端机组增设1条集电线路至升压站35 kV母线，这样每串风机都有2条集电线路接人升压站35kV母线。v双边环形接线结构在单边环形接线基础上有了进一步的改进，它将链形接线中2串风电机组的末端机组用电缆连接起来。正常运行时，风力发电机的功率通过2条集电线路送入升压站，当其中一条集电线路出故障时，只需短时停电，经隔离开关的操作断开故障线路后，2串风力发电机组的电量就可通过另一条线路送出。v复合

6、环形接线是将每组风力发电机组的末端连接起来，这种结构的可靠性很高，只要有一条线路正常工作，即可将全部容量送出，但任意一回线路故障时需短时全厂停电，以便进行隔离开关倒闸操作。风电场集电线路接线方式风电场集电线路接线方式v上述四种方案中，链型结构简单，控制也就相应简洁，同时投资较低；但其缺点是若某处线路发生故障，其后的一系列风机都无法送出功率。环形结构可以通过改变潮流方向来减小线路故障带来的损失，但另一方面，正是由于环形结构需要根据故障情况改变潮流方向的特点使其在控制上更加复杂，尤其是复合环形结构，同时，由于环形结构在线路长度、线路截面、35kV开关柜数量及容量等几方面的增加，使得设备投资和维护费

7、用高于链型结构。35kV侧中性点接地方式侧中性点接地方式v交流电气装置的过电压保护和绝缘配合（DL/T 6201997）规定当单相接地故障电容电流超过10A时，应采用消弧线圈接地方式。风电场由于电缆线路较长，通常单相接地故障电容电流都超过10A，为保证运行设备以及人员的安全，35kV侧中性点应采取适当的方式接地。v35kV侧常用的中性点接地方式有消弧线圈接地和小电阻接地。 35KV线路相间短路电流保护线路相间短路电流保护v单侧电源辐射状中低压线路，只要灵敏性能满足要求，首先选用简单可靠的三段式电流保护。段过流保护段过流保护0”跳闸跳闸段过流保护段过流保护v在被保护线路上发生短路时，流过保护安装

8、点的短路电流值，随短路点的位置不同而变化。在线路的始端短路时，短路电流值最大；短路点向后移动，短路电流将随线路阻抗的增大而减小，直至线路末端短路时短路回路的阻抗最大，短路电流最小。短路电流值还和系统的运行方式及故障类型有关。段过流保护段过流保护段过流保护段过流保护v瞬时电流速断保护的优点是：0秒跳闸。v瞬时电流速断保护的灵敏度: 最大运行方式，保护区线路全长的50，最小运行方式发生两相短路，能保护线路全长的1520，即可装设。段过流保护（限时电流速断保护）段过流保护（限时电流速断保护）段过流（定时限过电流保护）段过流（定时限过电流保护）v瞬时电流速断保护和限时电流速断保护能保护线路全长，可作为

9、线路主保护用。为防止本线路的主保护拒动(或断路器拒动)及下一线路的保护或断路器拒动，必须给线路装设后备保护，以作为本线路的近后备和下一线路的远后备。这种后备保护通常采用定时限过电流保护。其动作电流按躲过最大负荷电流整定，动作时限按保证选择性的阶梯时限特性整定。接线图同于限时电流速断保护。线路相间短路的三段式电流保护装置线路相间短路的三段式电流保护装置v由瞬时电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电流保护组合构成三段式电流保护装置。这三部分保护分别叫作、段，其中段瞬时电流速断保护、段限时电流速断保护是主保护，段定时限过电流保护是后备保护。三段式电流保护各段保护范围及时限的配合三段式电流保护各段

10、保护范围及时限的配合v如图所示，当在L1线路首端短路时，保护1的I、段均起动，由段将故障瞬时切除，段和段返回；在线路末端短路时，保护段和段起动，段以05s时限切除故障，段返回。若I、段拒动，则过电流保护以较长时限将QFl跳开，此为过电流保护的近后备作用。当在线路L2上发生故障时，应由保护2动作跳开QF2，但若QF2拒动，则由保护1的过电流保护动作将QFl跳开，这是过电流保护的远后备作用。线路充电时过流加速段：线路充电时过流加速段：0.3”跳闸跳闸v为了更可靠切除被充电母线上的故障，应设置过流加速段，作为线路充电保护。充电保护只在母线充电时投入，当充电良好后，应及时停用。电流保护的接线图电流保护

11、的接线图v 继电保护接线图分原理图、展开图和安装图三种。电流保护的接线图电流保护的接线图v(1)原理图。把整个继电器和有关的一、二次元件绘制在一起，能直观而完整地表示它们之间的电气连接及工作原理的接线图，称为原理图。电流保护的接线图电流保护的接线图v(2)展开图。以电气回路为基础，将继电器和各元件的线圈、触点按保护动作顺序，自左而右、自上而下绘制的接线图，称为展开图。三段式电流保护的接线图三段式电流保护的接线图v绘制展开图时应遵守下列规则：v 1)回路的排列次序，一般是先交流电流、交流电压回路，后是直流回路及信号回路；v 2)每个回路内，各行的排列顺序，对交流回路是按a、b、C相序排列，直流回

12、路按保护的动作顺序自上而下排列；v 3)每一行中各元件(继电器的线圈、触点等)按实际顺序绘制。电流保护的接线图电流保护的接线图v（3）安装图。安装图主要用于安装、配线、调试及试验。接地故障接地故障v在小电流接地系统中最常见的故障是单相接地。接地故障（1）对电力设备、通信、人身危害小；（2）线电压保持对称。不影响电网正常运行，可以继续运行12小时。但过电压危害绝缘，需尽快选出故障线路。v故障316线单相接地故障.docv故障324线和314线同时跳闸.doc零序电流保护v接地故障产生零序分量是最显著的特点。正常运行和三相短路及两相短路都不产生零序分量(分析省略)。v取出零序分量用以构成专门的接地

13、保护，称为零序保护。v零序分量的取得方法: (1)零序电流滤过器 (2)零序电流互感器零序电流保护v零序电压的取得方法：（a）由三个单相电压互感器组成；（b）由三相五柱式电压互感器组成；（c）由发电机中性点电压互感器（零序电压互感器）取得零序电压。零序电流保护v零序电流保护一般配置三段式或四段式零序电流保护。 （1）零序电流段为速动段保护； （2）零序电流段为带时限零序电流速段保护； （3）零序电流段为零序过电流保护。 零序电流保护v1. 零序电流速断保护（零序电流零序电流速断保护（零序电流I段）段） 无时限零序电流速断保护工作原理，与无时限电流速断保护相似，靠整定零序电流的大小来获得选择性。

14、 零序电流保护零序电流保护v 当在被保护线路MN上发生单相或两相接地短路时，故障点沿线路MN移动时，流过M处保护的最大零序电流变化曲线如图(b)所示，为保证保护的动作选择性，零序电流I段保护区不能超出本线路. 2. 带时限零序电流速段保护（零序电流带时限零序电流速段保护（零序电流II段）段） 零序电流保护v 带时限零序电流速断保护动作电流的整定原则与相间短路的限时电流速断保护相同。整定时应注意将零序电流的分流因素考虑在内 。零序电流保护v3.零序过电流保护（零序电流零序过电流保护（零序电流III段）段） 零序过电流保护在正常时应当不起动，故障切除后应当返回，为保证选择性，动作时间应当与相邻线路

15、III段按照阶梯原则配合。 零序电流III段的动作电流应躲过下一线路始端（即本线路末端）三相短路时流过本保护的最大不平衡电流Iub.max。 自动跟踪补偿及接地选线自动跟踪补偿及接地选线v小电流接地系统发生单相接地故障时，凡是对地有电容的线路都将有零序电流通过，但由于零序电流较小，又有很大的分散性，依靠零序电流构成保护，其灵敏度往往达不到要求。选择接地线路有一定困难；若系统中有消弧线圈，困难更大。v人工拉线v趋势：接地电流自动跟踪补偿和选线一体化。绝缘监视绝缘监视v 如上图所示，通过对母线零序电压的监视，可以知道电网是否有接地故障。当零序电压较大时，值班人员轮流拉开各出线的断路器，如果零序电压

16、消失，说明所拉线路就是故障线路；如果拉开线路后，零序电流依然存在，说明所拉线路不是故障线路，则把所拉开线路断路器合上，继续拉下一条线路，直到零序电压消失。v故障4.30风机箱变高压电缆单相接地短路事故的内部分析2.pdf 35KV消弧消谐装置消弧消谐装置v消弧线圈作用原理及国内外现状消弧线圈作用原理及国内外现状v消弧线圈的作用是当电网发生单相接地故障后，提供一电感电流，补偿接地电容电流，使接地电流减小，也使得故障相接地电弧两端的恢复电压速度降低，达到熄灭电弧的目的。 35KV消弧消谐装置消弧消谐装置v当消弧线圈正确调谐时，不仅可以有效的减少产生弧光接地过电压的机率，还可以有效的抑制过电压的辐值

17、，同时也最大限度的减小了故障点热破坏作用及接地网的电压等。所谓正确调谐，即电感电流接地或等于电容电流，工程上用脱谐度V来描述调谐程度 vV=（IC-IL）/IC 35KV消弧消谐装置消弧消谐装置v当V=0时，称为全补偿， 当V0时为欠补偿， 当V0时为过补偿。v过去规定：不采用全补偿和欠补偿。全补偿将发生谐振，产生谐振过电压。欠补偿在切除若干线路后也可能进入全补偿状态。v目前：消弧线圈经阻尼电阻接地，可以工作在全补偿、过补偿、欠补偿的全工况状态。35KV消弧消谐装置消弧消谐装置固定补偿系统有效性0.6v补偿系统补偿系统v的分类的分类自动跟踪补偿系统有效性0.9 35KV消弧消谐装置消弧消谐装置

18、v早期采用人工调匝式固定补偿的消弧线圈，称为固定补偿系统。固定补偿系统的工作方式是：将消弧线圈整定在过补偿状态，其过补程度的大小取决于电网正常稳态运行时不使中性点位移电压超过相电压的15%，但是这种装置运行在过补偿状态当电网中发生了事故跳闸或重合等参数变化时脱谐度无法控制，以致往往运行在不允许的脱谐度下，造成中性点过电压，三相电压对称遭到破坏。可见固定补偿方式很难适应变动比较频繁的电网，这种系统已逐渐不再使用。 35KV消弧消谐装置消弧消谐装置35KV消弧消谐装置消弧消谐装置v自动跟踪补偿系统的工作方式是：自动跟踪电网电容电流的变化，随时调整消弧线圈，使消弧线圈量调在最佳位置。35KV消弧消谐

19、装置消弧消谐装置v目前，自动补偿的消弧线圈国内主要有四种产品，分别是调气隙式、调匝式、偏磁式、调晶闸管式。 35KV消弧消谐装置消弧消谐装置v调气隙式属于随动式补偿系统。其消弧线圈属于动芯式结构，通过移动铁芯改变磁路磁阻达到连续调节电感的目的。然而其调整只能在低电压或无电压情况下进行，其电感调整范围上下限之比为2.5倍。控制系统的电网正常运行情况下将消弧线圈调整至全补偿附近，将约100欧电阻串联在消弧线圈上。用来限制串联谐振过电压，使稳态过电压数值在允许范围内（中性点电位升高小于15%的相电压）。当发生单相接地后，必须在0.2S内将电阻短接实现最佳补偿，否则电阻有爆炸的危险。 35KV消弧消谐

20、装置消弧消谐装置35KV消弧消谐装置消弧消谐装置v该产品的主要缺点主要有四条： v工作噪音大，可靠性差工作噪音大，可靠性差v动芯式消弧线圈由于其结构有上下运动部件，当高电压实施其上后，振动噪音很大，而且随着使用时间的增长，内部越来越松动，噪音越来越大。串联电阻约3KW，100M。当补偿电流为50A时，需要250KW容量的电阻才能长期工作，所以在接地后，必须迅速切除电阻，否则有爆炸的危险。这就影响到整个装置的可靠性。 35KV消弧消谐装置消弧消谐装置v调节精度差调节精度差v由于气隙微小的变化都能造成电感较大的变化，电机通过机械部件调气隙的精度远远不够。用液压调节成本太高 v过电压水平高过电压水平

21、高v在电网正常运行时，消弧线圈处于全补偿状态或接近全补偿状态，虽有串联谐振电阻将稳态谐振过电压限制在允许范围内，但是电网中的各种扰动（大电机投切，非同期合闸，非全相合闸等），使得其瞬态过电压危害较为严重。 v功率方向型单相接地选线装置不能继续使用功率方向型单相接地选线装置不能继续使用v安装该产品后，电网中原有的功率方向型单相接地选线装置不能继续使用 35KV消弧消谐装置消弧消谐装置v 调匝式调匝式v 该装置属于随动式补偿系统，它同调气隙式的唯一区别是动芯式消弧线圈用有载调匝式消弧线圈取代，这种消弧线圈是用原先的人工调匝消弧线圈改造而成，即采用有载调节开关改变工作绕组的匝数，达到调节电感的目的。

22、其工作方式同调气隙式完全相同，也是采用串联电阻限制谐振过电压。该装置同调气隙式相比，消除了消弧线圈的高噪音，但是却牺牲了补偿效果，消弧线圈不能连续调节，只能离散的分档调节，补偿效果差，并且同样具有过电压水平高，电网中原有方向型接地选线装置不能使用及串联的电阻存在爆炸的危险等缺点，另外该装置比较零乱，它由四部分设备组成（接地变压器，消弧线圈、电阻箱、控制柜），安装施工比较复杂。 v 调匝式消弧线圈在电网正常运行时，通过实时测量流过消弧线圈电流的幅值，计算出电网当前方式下的对地电容电流，根据预先设定的最小残流值，由控制器调节有载调压分接头到所需要的补偿档位。当发生接地故障后，补偿接地时的电容电流，使故障点的残流可以限制在设定的范围之内。 v偏磁式消弧线圈不是采用限制串联谐振过电压的方法，而是采用避开谐振点的动态补偿方法，根本不让串联谐振出现，即在电网正常运行时，不施加励磁电流，将消弧线圈调谐到远离谐振点的状态，但实时检测电网电容电流的大小，当电网发生单相接地后，瞬时（约20ms）调节消弧线圈实施最佳补偿。 35KV消弧消谐装置消弧消谐装置v晶闸管调容式晶闸管调容式v主要是在消弧线圈的二次侧并联若干组用可控硅(或真空开关)通断的电容器，用来调节二次侧电容的容抗值。根据阻抗折算原理，调节二次侧容抗值，