继电保护反措课件

1、继电保护反措继电保护反措前言 继电保护的可靠运行，是电网安全稳定运行的重要保证。多年来，原能源部、国家电力集团公司及国家电网公司先后颁布了包括“二十五项反措”在内的多项反事故措施，目的就是为了确保继电保护装置的安全可靠运行，从而保证电网的安全与稳定。微机继电保护的普及，使继电保护装置的功能更加完善，保护的动作速度更快，测量、采样也更加精确。同时也改善了保护装置的试验方法和手段。但是微机保护的使用，也对保护装置的抗干扰提出了新的要求，各网、省公司都根据各地的具体情况颁布了一些具体措施，如加装大功率继电器等。以下根据京能集团反事故措施中“防止继电保护事故”的重点条款，谈谈个人的一些理解。防止继电保

2、护事故防止继电保护事故一、继电保护双重化一、继电保护双重化 “防止继电保护事故防止继电保护事故”中规定：中规定： 220kV及以上主变压器及新建及以上主变压器及新建100MW及以上容量及以上容量的发电机变压器组应按双重化配置（非电气量保的发电机变压器组应按双重化配置（非电气量保护除外）保护。护除外）保护。 220kV及以上电压等级线路、变压器、电抗器、及以上电压等级线路、变压器、电抗器、电容器、滤波器等设备保护应按双重化配置。电容器、滤波器等设备保护应按双重化配置。 除终端负荷变电站外，除终端负荷变电站外，220kV及以上电压等级的及以上电压等级的变电站的母线保护应按双重化配置。变电站的母线保

3、护应按双重化配置。 330kV及以上电压等级输变电设备的保护应按双及以上电压等级输变电设备的保护应按双重化配置。重化配置。继电保护双重化继电保护双重化 1.继电保护双重化的具体内容和要求 1)每套完整、独立的保护装置应能处理可能发生的所有类型的故障。两套保护之间不应有任何电气联系，当一套保护退出时不应影响另一套保护的运行。 2)双重化配置保护装置的直流电源应取自不同蓄电池组供电的 直流母线段。 3)两套保护的跳闸回路应与断路器的两个跳圈分别一一对应。 4)双重化的线路保护应配置两套独立的通信设备（含复用光纤通 道、独立光芯、微波、载波等通道及加工设备等），两套通信设备应分别使用独立的电源。 继

4、电保护双重化继电保护双重化 5)双重化配置保护与其他保护、设备配合的回路应遵循相互独立 的原则。对非单元制接线或特殊接线方式的发变组则应根据主设备的一次接线方式，按双重化的要求进行保护配置。 除上述要求外，还应注意，发电厂的集控与网控的直流电源应分开，不得共用。保护装置的直流电源与断路器的控制电源应分开。 继电保护双重化配置是防止因保护装置拒动而导致系统事故的有效措施，同时又可大大减少由于保护装置异常、检修等原因造成的一次设备停运现象。 继电保护双重化继电保护双重化举例：2010年12月23日，内蒙古包头麻池220kV变电站发生一起带地线合刀闸的恶性事故。该变电站220kV系统为双母线接线，母

5、线上共接入6回220kV出线，2台变压器及母联开关，站内变压器及220kV线路保护均为双重化配置，而母差保护为单套配置。事故当天，该站2号主变处于检修状态，2号主变有一组母线隔离开关合闸不到位，因隔离开关的接地刀闸有问题，在母线隔离开关的变压器侧挂的是临时地线，在处理隔离开关缺陷时，不慎将带有临时地线的隔离开关合到运行的220kV母线上，母差保护属于集成电路型中阻抗母差保护，上世纪90年代初投产，因运行时间长、元器件老化而拒动，由于该变电站母差保护是单套配置，因此造成6条220kV线路对侧均以后备段保护将各自的线路跳开。造成周边有三个电厂共7台机组跳闸。其中有两个变电站各一条线路的双套保护只动

6、作了一套，另一套保护没有动作，由于已经有一套保护将开关跳开，所以该问题在这起事故中已不是主要问题，另做分析处理。试想若线路保护也是单套配置，而且又拒动，那样事故将进一步扩大。母差保护如果是双套配置，不考虑两套保护均拒动，事故影响的范围还会进一步缩小。以上的事故充分说明了继电保护双重化配置的重要性和必要性。继电保护双重化继电保护双重化 “完整、独立”的两套保护之间不应有任何电气联系，也不能存在任何公用环节，一旦存在公用环节，哪怕只有一个，则当这个公用环节出现问题时，其后备或称之为“冗余”的作便随之消失。 举例： 以前设计的断路器控制回路，有些厂家在断路器的压力低闭锁回路中（液压或气压传动），只提

7、供一个压力低机械闭锁接点，而断路器有两个跳闸线圈，只好用这一个机械接点（常开接点，正常运行时闭合）启动一个中间继电器，用中间继电器的两个常开接点分别控制两组跳闸回路。问题在于中间继电器使用哪一组直流电源，实际上，用哪组直流电源都不合理，一旦所用的直流电源消失，中间继电器常开接点返回，断路器的两组跳闸回路均被闭锁，另一组跳闸回路即使电源未消失，因中间继电器的常开接点返回，同样不能跳闸。因此，两个独立的跳闸回路不能有任何公共环节。二、对保护装置的配置和要求二、对保护装置的配置和要求 “反措”对发变组保护的配置和运行做出了一些具体要求，如：200MW以上容量的发电机定子接地保护、失步保护、失磁保护、

8、过激磁保护等都做出了具体要求，此处不一一列举。对200MW及以上容量的发电机组的保护配置包括：应配置专用故障录波器、配置启停机保护和断路器断口闪络保护。这里提起注意的是： 1.发电机定子接地保护的基波零序电压保护与三次谐波电压保护出口回路必须分开，基波零序投跳闸，三次谐波保护投信号。需要注意的是，基波零序电压保护的动作时间，不宜太长，为了发电机定子绕组及铁芯在发生定子单相接地时不受到更大的伤害，基波零序保护的动作时间应尽量短些，当然要考虑防止主变高压侧单相接地时，定子接地保护误动，但不要用时间躲高压侧单相故障，一般不超过1秒。 二、对保护装置的配置和要求二、对保护装置的配置和要求 2.发电机断

9、口闪络保护定值应考虑：起动失灵保护不要再加延时。因为失灵保护本身有延时，理论上启动失灵保护应该是0秒。 举例：上都电厂开关闪络事故 2009年5月，上都电厂在1#机组启动并网过程中，5021-6刀闸合入，在发电机做完假同期试验后，执行调度命令将5021、5022断路器由冷备转热备，首先合入5021-1刀闸，然后合入5021-2刀闸，在合入5021-2刀闸过程中(5022断路器指示在分位)，发生5021断路器 C相损坏，1#母线双套母线差动保护动作的现象。 在5021-2刀闸合入时，1#发电机组已经施加正常励磁，1#主变高压侧已经为正常运行电压，由于断路器断口在母线电压和机组电压的共同作用下发生

10、了击穿。 二、对保护装置的配置和要求二、对保护装置的配置和要求 事故发生后进行了分析,根据机组故录和系统故录波形看出断路器闪络瞬间发电机电势和系统电势恰好反向，幅值相等，断路器断口承受电压为二倍工作电压，后经断路器解体检查发现，5021断路器C相为双断口断路器，其中靠近机组进线的断口未能断开，靠近母线侧断口承受全部电压。在断口闪络发生后，发变组保护B、D屏断口闪络保护动作，该保护整定值如下： 闪络保护相电流启动值：0.454A， 闪络保护负序电流启动值：0.2A， 闪络保护跳灭磁开关延时：100ms 闪络保护启动失灵延时：400ms 5021断路器失灵跳三相时间定值：100ms 5021断路器

11、失灵跳相邻时间定值：400ms二、对保护装置的配置和要求二、对保护装置的配置和要求 根据上述定值，闪络保护起动失灵保护的时间实际上为0.8秒,而断路器发生闪络的时间却很短,只是在两侧电压相差1800附近闪络,起动失灵的时间未到,闪络消失，下一个周期又重复动作，保护一直未能出口，最后导致开关损坏。 三、保护的跳闸回路及断路器失灵保护三、保护的跳闸回路及断路器失灵保护 京能集团的“反措”与最新颁布的国家电网十八项反措在保护跳闸回路的要求方面是相同的，即：双重化配置的两套保护的跳闸回路与断路器的两个跳闸线圈分别一一对应。同时，京能集团的反措又对非电量保护的跳闸作出具体要求，即：非电量保护的跳闸同时作

12、用于断路器的两个跳闸线圈。因非电量保护只配置一套，为了可靠，所以，保护动作时，同时跳两个线圈。三、保护的跳闸回路及断路器失灵保护三、保护的跳闸回路及断路器失灵保护 我国大部分电网110kV及以下电网均不配置断路器失灵保护，当一台断路器拒动时，只能靠上一级的保护装置动作来切除故障，即所谓“远后备”，而在220kV及以上的电力系统中，都设置了断路器的失灵保护，当一台断路器拒绝动作时，由失灵保护动作切除母线上的其他断路器并发远方直跳，切除对端断路器，即所谓的“近后备”。由于失灵保护动作后影响较大，后果严重，为此，在“反措”中制定了许多规定。对于双母线接线的发电厂或变电站，在失灵保护中都增加了复合电压

13、闭锁，防止因其它原因造成失灵保护误动。因双母线接线形式的厂站，一旦失灵保护误动，至少造成一条母线跳闸，损失较大。在二分之三接线的厂站，失灵保护是按断路器配置，每个断路器配置一套失灵保护，情况相对好些，因此不装设复合电压闭锁。包括母差保护也是同样的道理。三、保护的跳闸回路及断路器失灵保护三、保护的跳闸回路及断路器失灵保护 举例：双母线母差及失灵保护设置复合电压闭锁，是防止由于各种原因引起的保护误动。如当母线上一条线路或机组检修，设备停运时，该支路的电流互感器不带电，可以在二次通电流，做保护校验，有时还有测电流互感器二次负担，如果在母差用的二次绕组中误通电流,如果没有复合电压闭锁，将造成母差保护动

14、作跳闸。有了复合电压闭锁，就可以防止在这种情况下保护误动。 曾经有一个电厂，一次主接线为双母线接线，因发变组保护采用国外的保护，起动失灵保护没有压板，机组检修做措施时，只能在端子排上拆线，由于管理不善，没有使用安全措施票，导致恢复措施时将起动失灵回路接错。在一次母线倒闸操作中，当该机组的两个隔离开关同时“双跨”两条母线时，失灵保护起动，已发出动作信号，但由于有复合电压闭锁，复合电压元件没有动作，保护出口不开放，因此，没有一个开关跳闸，避免了一起全厂停电的事故，复合电压闭锁起到了重要作用。保护的跳闸回路及断路器失灵保护保护的跳闸回路及断路器失灵保护 220kV500kV变压器、发变组的断路器失灵

15、时应起动断路器失灵保护，并应满足以下要求：断路器失灵保护的电流判别元件应采用相电流、零序电流和负序电流按“或逻辑”构成，在保护跳闸接点和电流判别元件同时动作时去解除复合电压闭锁，故障电流切断、保护收回跳闸命令后应重新闭锁断路器失灵保护。 保护的跳闸回路及断路器失灵保护保护的跳闸回路及断路器失灵保护 发变组保护起动失灵保护的原则，以前是考虑断路器单相或两相跳不开的情况，因在这种情况下会产生负序电流，对发电机的危害最大，原则上不考虑断路器三相拒分，只考虑一相或两相拒分。所以发变组保护起动失灵保护要经零序或负序电流闭锁。但目前在断路器保护中也设置了相电流，不过大多不用，还是主要考虑单相或两项据分的情

16、况。零序或负序电流的定值要保证有灵敏度，要考虑在最不利的情况下能够起动失灵保护，这个最不利的情况就是在机组正常解列时，关闭主汽门之前，负荷已经降至很小，关闭主汽门后逆功率保护动作跳闸，这时如断路器有一相分不开，应该靠发电机的负序电流保护起动，经零序或负序电流判别元件，起动失灵保护，因这时负序或零序电流可能很小，所以要考虑电力元件的灵敏度。此外，双母线接线的发变组保护起动失灵的同时，还要解除复合电压闭锁。因如果故障发生在发电机、变压器内部，母差或失灵保护的电压闭锁元件灵敏度不够，造成失灵保护不能起动。保护的跳闸回路及断路器失灵保护保护的跳闸回路及断路器失灵保护 “反措”规定：发电机变压器组的断路

17、器三相不一致保护发电机变压器组的断路器三相不一致保护应启动失灵保护并能独立投退。应启动失灵保护并能独立投退。 实际上，按前面所说起动失灵保护的方法，就是“非全相”起动失灵。但是要经负序电流保护起动，一般都是“反时限”负序过流，可能时间较长，非全相起动失灵也要经负序或零序电流判别，但是时间相对较短，对发电机更安全些。 “反措”规定，非电气量保护不能起动失灵保护。这是因为非电气量保护的返回时间不确定，如变压器瓦斯保护，其返回时间很难确定，还有励磁系统故障、发电机断水保护，还包括紧急停机按钮等，返回时间都是不确定的。“反措”中要求起动失灵保护的电流判别元件动作和返回时间均不大于20ms，而上述保护的

18、返回时间都不能做到20mS内返回。三、继电保护的干扰和抗干扰三、继电保护的干扰和抗干扰 1.干扰的侵入途径 干扰的侵入途径有很多，常见的有以下几种： a.由导线直接侵入，如不同类型的信号混接、 b.辐射，如无线通信设备的辐射干扰、 c.耦合，包括电感耦合（同一回路的两根电缆芯置于不同的电缆中）电容耦合及传导耦合（一、二次共接地点） d.同一电缆内的电磁感应（利用电缆芯线两端接地代替屏蔽层接地） e.地电位不同造成的干扰继电保护的干扰和抗干扰继电保护的干扰和抗干扰 2.抗干扰采取的措施 变电站及电厂二次回路受到的干扰主要包括间接干扰和直接干扰等形式，间接干扰主要是空间的电场和磁场干扰，电场干扰是

19、由电压引起的，磁场干扰是由电流引起的，二次回路电缆加屏蔽层、屏蔽层接地、保护屏柜屏蔽及接地、变电站及电厂敷设100mm2铜排地网等都是防空间电场、磁场干扰的措施。直流系统二次回路直接干扰主要包括直流接地和交直流混联等形式。变电站及电厂空间电磁场干扰无处不在，这是电的固有特性，消除不了，是正常情况，相关的研究及预防措施比较成熟，基本上不会对变电站及电厂的运行带来大的危害。二次回路直接干扰是一种异常情况，主要是人为原因或二次回路本身的问题引起的（举例），可以通过采取预防措施避免，这种情况可能造成开关无故障跳闸，给电网的运行带来重大危害。继电保护的干扰和抗干扰继电保护的干扰和抗干扰（1）降低干扰的影

20、响为了减小地电位差，一般采取合理安排电缆的走向、电压互感器和电流互感器二次采用合理的接地等措施。如双母线的厂站母线电压互感器二次接地选择在控制室内一点接地，是为了减小两互感器二次中性点之间的电位差。除此之外，继电保护专业还采取了敷设等电位接地网和二次电缆采用屏蔽电缆并两端接地的措施。在国家电网公司十八项电网重大反事故措施继电保护专业重点实施要求中规定：在主控室、保护室柜屏下层的电缆室内，按柜屏布置的方向敷设100 mm2的专用铜排（缆），将该专用铜排（缆）首末端连接，形成保护室内的等电位接地网。应在主控室、保护室、敷设二次电缆的沟道、开关场的就地端子箱及保护用结合滤波器等处，使用截面不小于10

21、0 mm2的裸铜排（缆）敷设与主接地网紧密连接的等电位接地网。开关场至控制室的100mm2铜电缆可以有效地降低发生接地故障时两点之间的地电位差，防止地电流烧毁电缆屏蔽层，同时还可以降低变电站母线对与其平行排列电缆的干扰控制电缆采用屏蔽电缆并在两端接地，目的在抑制外界电磁干扰（如下图所示）。继电保护的干扰和抗干扰继电保护的干扰和抗干扰 继电保护的干扰和抗干扰继电保护的干扰和抗干扰 二次电缆处在电厂或变电站的强电磁干扰环境，干扰源为外部带电导线，带电导线所产生的磁通包围着电缆芯线及屏蔽层，并在上面产生感应电动势。如将屏蔽层两端接地，在屏蔽层中，将流过屏蔽电流，这个屏蔽电流产生的磁通，包围着电缆芯和

22、屏蔽层，将抵消一部分外部带电导线产生的磁通，从而起到了抗干扰作用。此外，屏蔽层的材质与抗干扰效果有一定关系，电阻率高，电阻小，效果越好。继电保护的干扰和抗干扰继电保护的干扰和抗干扰 （2）减小地电位差 公用电压互感器的二次回路只允许在控制室内有一点接地，为保证接地可靠，各电压互感器的中性线不得接有可能断开的开关或熔断器等。己在控制室一点接地的电压互感器二次线圈，宜在开关场将二次线圈中性点经放电间隙或氧化锌阀片接地，其击穿电压峰值应大于30Imax伏（Imax为电网接地故障时通过变电站的可能最大接地电流有效值，单位为kA）。应定期检查放电间隙或氧化锌阀片，防止造成电压二次回路多点接地的现象。 对

23、于双母线接线的厂站，其两组电压互感器的二次接地点应选择在控制室内的相关保护屏柜上一点接地。这是由于如果两组电压互感器二次分别在就地端子箱接地，则当系统发生接地故障时，两个二次接地点之间就会出现电位差，影响保护的正确动作。继电保护的干扰和抗干扰继电保护的干扰和抗干扰继电保护的干扰和抗干扰继电保护的干扰和抗干扰（3）加装大功率继电器微机继电保护装置的开入、开出量一般均采用光电耦合器，而光电耦合元件导通电流非常低，即动作功率非常小，等效电阻相当大。一般几个毫安即可导通。一旦直流回路上受到干扰，很容易引起误导通，使保护装置误动。这些干扰主要来自直流接地、交、直流混线及其它方面的干扰。我们所采用的二次电

24、缆的屏蔽层，要求在电缆的两端接地，电缆芯与屏蔽层之间就形成一个电容，电缆越长，电容就越大。如果电缆芯所在的直流系统发生接地，在这个电容上就会有充、放电的现象，如电缆很长，电容相对比较大，则这个充、放过程则会使“光耦”导通，或动作功率很小的继电器动作。发生交、直流混线时的现象也是如此。因此，在微机保护的“直跳”回路（瓦斯、母差、失灵直跳）加装大功率继电器作为重动继电器，防止在上述干扰情况下保护误动。这个继电器要求动作功率不小于5W。而且动作时间不宜太短，一般要求大于10ms。这是因为，发生交、直流混线时，交流量正半周（或负半周）的变化会使保护误动。华北电网曾颁布过在直跳回路加装大功率继电器的通知

25、和文件，华北地区各电厂和变电站普遍执行这个文件，有些电网和地区暂时还没有要求。四、互感器的使用及接地四、互感器的使用及接地 “反措”中规定： 在新建、扩建和技改工程中，应根据电流互感器和电压互感器选择和计算导则DL/T 866、保护用电流互感器暂态特性技术要求GB 16847和电网发展的情况进行互感器的选型工作，并充分考虑到保护双重化配置的要求。 用于220kV500kV电网的母线差动、变压器差动和发变组差动保护各支路的电流互感器应优先选用误差限制系数和饱和电压较高的电流互感器。 线路两侧或主设备差动保护各侧的电流互感器的相关特性宜一致，避免在遇到较大短路电流时因各侧电流互感器的暂态特性不一致

26、导致保护不正确动作。互感器的使用及接地互感器的使用及接地 目前在电网中继电保护用的电流互感器主要有两种。一种是“P”类的电流互感器，如5P20（30、40），这种电流互感器主要用于220kV以下的电网中。还有一种是“TP”类，主要是TPY型的电流互感器，主要用在500kV及以上的电网中，具有抗暂态饱和的功能。以下简单介绍这两种互感器的有关特性互感器的使用及接地互感器的使用及接地1.“P”类电流互感器5P系列的电流互感器在电力系统发生短路时，特别是当短路电流较大时，极易饱和。主要原因除与电流互感器的二次负载阻抗有关外，还与这种电流互感器本身的特点有关。“P”类电流互感器的铁芯是闭合式铁芯，当短路

27、电流被切除后，铁芯中的磁通会衰减，衰减到一定程度后，有一部分磁通不再衰减，滞留在铁芯中，称之为“剩磁”，由于国家标准中对“P”类电流互感器的剩磁不做要求，所以这种电流互感器的剩磁不能确定多少，而且剩磁一旦产生，就不会自行消除，再次运行时，正常的符合电流产生的交变磁通就会叠加在剩磁上，如果系统发生短路，由于剩磁的存在，使电流互感器很快饱和，因此剩磁是“P”类电流互感器在电力系统短路时容易饱和的一个重要原因。特别是在短路初始的暂态过程中，直流分量和高次谐波分量将使“P”类电流互感器很快饱和，但是随着短路的过程，经过暂态过程之后，将会逐渐退出饱和区，恢复正常的传变，仍能是饱和动作，这在电压等级较低的电网中是可以的。在500kV以上的电网中则不允许。因为500kV及以上的电网一次系统时间常数大，短路时的暂态过程长，如果仍用“P”类电流互感器，将使保护动作时间更长，甚至会导致系统稳定破坏。所以，500kV及以上的电网中，主保护均采用了“TPY”的电流互感器。互感器的使用及接地互感器的使用及接地 “TPY”电流互感器。 用于500kV系统的继电保护中，该类型的电流互感器其铁芯中带有小气隙。抗暂