升压站保护培训教材叙述

升压站保护培训教材叙述本节主要讲述升压站保护，二期扩建部分新增保护有南瑞的PRC21A断路器保护柜（RCS-921A断路器保护装置及CXZ-22R2分相操作箱）、南自的SSE520C频率电压紧急控制装置；如下对升压站保护进行简述。一、母线保护的基本原理母线发生故障的几率较线路低，但故障的影响面很大，这是因为母线上通常连有较多的电气元件，母线故障将使这些元件停电，从而造成大面积停电事故，并可能破坏系统的稳定运行，使故障进一步扩大，可见母线故障是最严重的电气故障之一，因此利用母线保护清除和缩小故障造成的后果，是十分必要的。母线保护总的来说可以分为两大类型：1.利用供电元件的保护来保护母线，2.装设母线保护专用装置。母线故障利用供电元件的保护缺点：延时太长，选择性较差。母线保护应特别强调其可靠性，并尽量简化结构，母线保护采用差动保护一般可以满足继电保护的要求，并得到广泛应用。母线上连接元件较多，母差保护的基本原则为：1.幅值上看：正常运行和区外故障时：，即母线故障时：＝0动作2.相位上看：正常运行和区外故障时，流入、流出电流反相位母线故障时，流入电流同相位母线的完全差动保护如13-1图：3.作用原理：将母线的连接元件都包括在差动回路中，需在母线的所有连接元件上装设具有相同变比和特性的CT。正常运行或外部故障时（）所以，二次侧母线故障时二次侧4.整定计算两个条件：①躲外部短路可能产生的②CT(LH)二次回路断线时不误动：母线连接元件中，最大负荷支路上最大负荷电流。取较大者为定值。——连接元件最少时二、线路距离保护（一）距离保护作用原理在线路发生短路时阻抗Zk=Uk/Ik=Zd等于保护安装点到故障点的(正序)阻抗，显然该阻抗和故障点的距离是成比例的，因此习惯地线路的距离保护称为阻抗保护，三段式距离保护的原理和电流保护是相似的，其差别在于距离保护反应的是电力系统故障时测量阻抗的下降，而电流保护反应是电流的升高。距离保护I段：距离保护I段保护范围不伸出本线路，即保护线路全长的80％～85％，瞬时动作。距离保护II段：距离保护II段保护范围不伸出下回线路I段的保护区。为保证选择性，延时动作。距离保护Ⅲ段：按躲开正常运行时负荷阻抗来整定。（二）影响距离保护正确动作的因素及防止方法1.短路点过渡电阻的影响电力系统中短路一般不是纯金属性的，而是在短路点存在过渡电阻，此过渡电阻一般是由电弧电阻引起的，它的存在，使得距离保护的测量阻抗发生变化。一般情况下，会使保护范围缩短。但有时候也能引起保护超范围动作或反方向动作(误动)。解决过渡电阻影响的办法有许多。例如，采用躲避过渡电阻能力较强的阻抗继电器：用瞬时测量的技术，因为过渡电阻(电弧性)在故障刚开始时比较小，而时间长了以后反而增加，根据这一特点采用在故障开始瞬间测量的技术可以使过渡电阻的影响减少到最小。2.系统振荡的影响电力系统振荡对距离保护影响较大，不采取相应的闭锁措施将会引起误动。防止振荡期间误动的手段较多，下面介绍两种情况。（1)利用负序和零序分量元件起动的闭锁回路。电力系统振荡是对称的振荡。在振荡时没有负序分量。而电力系统发生的短路绝大部分是不对称故障，即使三相短路故障也往往是刚开始为不对称然后发展为对称短路的。因此，在短路时，会出现负序分量或短暂出现负序分量，根据这一原理可以区分短路和振荡。（2)利用测量阻抗变化速度构成闭锁回路。电力系统振荡时，距离继电器测量到的阻抗会周期性变化，变化周期和振荡周期相同。而短路时，测量到的阻抗是突变的，阻抗从正常负荷阻抗突变到短路阻抗。因此，根据测量阻抗的变化速度可以区分短路和振荡。3.串联补偿电容的影响高压线路的串联补偿电容可大大缩短其所联结的两电力系统间的电气距离，提高输电线路的输送功率，对电力系统稳定性的提高具有很大作用，但它的存在对继电保护装置将产生不利影响，保护设备使用或整定不当可能会引起误动。串联补偿电容(简称“串补”)的存在，使得阻抗继电器在电容器两侧分别发生短路时，感受到的测量阻抗发生了跃变，这种跃变使三段式距离保护之间的配合变得复杂和困难，常常会引起保护非选择性动作和失去方向性。为防止此情况发生，通常采用如下措施：（1)用直线型阻抗继电器或功率方向继电器闭锁误动作区域。即在阻抗平面上将误动的区域切除。但这也可能带来另外一些问题。例如，为解决背后发生短路失去方向性的问题而使用直线型阻抗继电器，就会带来正前方出口处发生短路故障时有死区的问题，为此可以另外加装电流速断保护来补救。(2)用负序功率方向元件闭锁。因为串补电容一般都不会将线路补偿为容性。对于负序功率方向元件，由于在正前方发生短路时，反应的是背后系统的阻抗角，因此串补电容的存在不会改变原有负序电流、电压的相位关系，因此负序功率方向仍具有明确的方向性。但这种方式在三相短路时没有闭锁作用。(3)利用特殊特性的距离继电器。利用带记忆的阻抗继电器，可以较好地防止串补电容可能引起的误动。4.分支电流的影响在高压网络中，母线上接有不同的出线，这些支路的存在对测量阻抗同样有较大影响。如在本线路末端母线上接有一发电厂，当下回线路发生短路时，由于发电厂对故障点也提供短路电流，使得本线路距离保护测量到的阻抗会因为电厂对故障有助增作用而增大。同样对于下回线路为双回线路的情况，则又会引起测量阻抗的减少，这些变化因素都必须在整定时充分考虑，否则就有可能会发生误动或拒动。5.TV断线当电压互感器二次回路断线时，距离保护将失去电压，在负荷电流的作用下，阻抗继电器的测量阻抗变为零，因此，就可能发生误动作，对此，应在距离保护中采用防止误动作的TV断线闭锁装置。（三）距离保护特点1.根据距离保护的工作原理，它可以在多电源的复杂网络中保证动作的选择性。2.距离保护I段是瞬时动作的，但是它只能保护线路全长的80％～85％。因此，两端合起来就会在30％～40％的线路长度内的故障不能从两端瞬时切除，须经0.5s的延时才能切除，在500kV及以上电网中有时仍不能满足电力系统稳定运行的要求。3.由于阻抗继电器同时反应于电压的降低和电流的增大而动作，因此，距离保护较电流、电压保护具有较高的灵敏度。此外，距离保护I段的保护范围不受系统运行方式变化的影响，其他两段受到的影响也比较小，因此，保护范围比较稳定。4.由于距离保护中采用了复杂的阻抗继电器和大量的辅助继电器，再加上各种必要的闭锁装置，因此，接线复杂、可靠性比电流保护低，这也是它的主要缺点。三、光纤差动保护光纤差动保护的原理和一般的纵联差动保护原理基本上是一样的，都是保护装置通过计算三相电流的变化，判断三相电流的向量和是否为零来确定是否动作，当接在CT（电流互感器）的二次侧的电流（包括零序电流）中有电流流过达到保护动作整定值时，保护就动作，跳开故障线路的开关。光纤差动保护采用分相电流差动元件作为快速主保护，并采用PCM光纤或光缆作为通道，使其动作速度更快。另外，光纤差动保护和其它差动保护的不同之处，还在于所采用的通道形式不同。纵联保护的通道一般有以下几种类型：1.电力线载波纵联保护，也就是常说的高频保护；2.微波纵联保护，简称微波保护；3.光纤纵联保护，简称光纤保护；4.导引线纵联保护，简称导引线保护。对于对光纤通道的具体要求：1.由于采用PCM光纤或光缆作为通道，要求线路两侧的数据实现主、从方式严格同步；2.当保护装置运行时，必须成对使用，即两侧都运行；3.光纤接口的技术指标必须满足要求，例如单模光纤、多模光纤的发送功率，接收灵敏度，抗干扰性能，等等指标。分相差动的动作特性及原理图：图13-2图13-3光纤差动较其他保护的优点：1.原理简单，基于基尔霍夫定律；2.整定简单，只有分相差动电流或零序差动电流等；3.用分相电流计算差流，具备了选相功能；4.不需要振荡闭锁，任何时候故障都能较快切除；5.不受TV断线影响，方向保护都受TV断线影响；6.光纤通道抗干扰能力强，保护时刻在收发数据，检测通道，可靠性高。四、断路器保护的组成及其原理断路器保护的组成：三相不一致保护、充电保护、死区保护、失灵保护、重合闸。（一）三相不一致保护高压输电线路一般采用分相操作断路器，为防止因断路器三相位置不一致，导致的断路器误动或拒动事故，断路器应采用本体三相位置不一致保护。1.功能说明：当控制字设定为“三相不一致投入”后，任一相TWJ动作且无流时确认该相开关在跳闸位置，由于引入了开关的分相位置接点，当任一相在跳闸位置或者任两相在跳闸位置，而三相不全在跳闸位置。则都认为三相不一致，经可整定的动作延时满足三相不一致条件时驱动SBJ继电器，出口跳本断路器。但是任两相在跳闸位置造成的三相不一致，出口动作延时固定为150ms。除用TWJ来判断外，还采用外部三相不一致专用开入，可以通过控制字来选择是采用TWJ还是外部三相不一致专用输入来判别，以上两种都可以通过控制字选择是否经零序或负序电流来开放。TWJ开入异常闭锁三相不一致保护。当选择经零流或负充电流闭锁时，开关处于非全相状态，但无零流时，发“三相不一致异常”，不闭锁保护。有专用开入或TWJ引起的三相不一致，三相均有流时闭锁保护,发“三相不一致异常”。三相不一致动作后没有闭锁重合闸。是因为考虑到现场运行方式，如果需要闭锁接至操作箱TJR端，由TJR节点来闭锁重合闸。由于不接入单重启动的闭锁接点CQJ，整定值要躲过最长的单相重合闸时间。2.逻辑框图图13-4（二）断路器充电保护充电保护是临时性保护，主要是在升压站母线或线路安装后投运之前（或是母线或线路检修后）利用断路器对母线或线路充电时投入的保护，保护可以设定两到三段，主要测量电流信号，通过电流判据实现保护动作。1.功能说明：自投充电保护只在手合时保护自动投入（保证线路重合闸时充电保护可靠不投入），并且只开放10s，即10s后该段电流元件自动退出。自投充电保护不需要引入“手合”信号，手合状态完全由保护通过开关位置接点来判断：三个分相TWJ均动作且无流（无流门槛0.04In）并超过30s后，如果任一TWJ返回或者线路有流，则判断为手合。由“自投充电保护”控制字来控制此功能投退。不受充电保护压板的控制。自投充电保护为带时限的无方向电流保护，计算三相电流值，若任一相电流大于充电保护电流整定值时，经整定延时后充电保护驱动CDJ出口跳闸，充电保护投入10s后，保护自动复归。为了满足现场运行的需要，专门设置了二段独立的充电保护，通过“充电保护投入”压板及整定值中相应段充电保护投入控制字手动控制投退。出口驱动CDJ继电器。为了防止线路充电后过流保护长期投入，装置在在信号插件上留有两组信号接点用于指示本压板状态（压板投入时接点闭合）。充电二段保护在定值上完全和自投充电保护分开。2.逻辑框图：图13-5（三）断路器死区保护主要是针对故障发生在断路器及CT之间，其他保护无法切除故障而专门设置的保护。1.功能说明：在某些接线方式下可能存在死区，如断路器和CT之间发生故障，虽然故障线路保护能快速动作，但本断路器跳开后，故障并不能切除。此时需要失灵保护动作跳开有关断路器。本保护主要是为保护断路器和CT之间的死区而设置的。考虑到以上站内故障，故障电流较大，对系统影响比较大。失灵保护一般动作时间都比较长，本保护主要是为保护断路器和CT之间的死区而设置的比失灵保护快的死区保护。动作逻辑，满足以下五条件：（1)保护启动（突变量启动或零序电流启动）；（2)有三相跳闸信号开入（线路三路（TJABC、TJQ）、发变三跳）；（3)有三相跳位开入（TWJa、b、c）；（4）任一相电流大于Isq整定值。（5）死区保护控制字投入若满足以上条件，本保护将经延时跳开所有关联电源，其出口接点与失灵保护出口接点相同。此保护复归条件与失灵保护复归条件相同。2.逻辑框图：图13-6（四）断路器失灵保护断路器失灵：当输电线路，变压器，母线或其他主设备发生短路，保护装置动作并发出跳闸指令，但故障设备的断路器拒绝动作，称之为断路器失灵，对此专门设置的保护即为断路器失灵保护。构成原理:被保护设备的保护动作，其出口继电器触点闭合，断路器仍在闭合状态，且仍有电流流过断路器，可判断为断路器失灵，断路器失灵保护启动元件基于上述原理构成。对断路器失灵保护的要求:1.高度的安全性和可靠性。2.动作选择性强，断路器失灵后，宜无延时的再次去跳断路器。3.与其它保护的配合，断路器失灵后，应闭锁有关线路的重合闸，对于3/2接线方式，当一串的中间断路器失灵时，失灵保护则应启动远跳装置，断开对侧断路器，并闭锁重合闸。4.功能说明：失灵保护为两级跳闸,第一级为收到保护跳闸信号后，瞬时重跳本断路器相应相；第二级为判断本断路器未能断开时，失灵保护延时出口跳开相关断路器。为了增加失灵保护的可靠性，设置了两种启动元件来开放失灵保护。故障相失灵：按照对应线路保护跳闸接点和失灵电流定值都动作后（可以选择是否经失灵零序电流闭锁，可根据控制字来投退），瞬跳本断路器相应相；经过失灵保护延时跳相邻断路器。此逻辑中还具有发变三跳后，任一相电流大于失灵电流定值，瞬跳本断路器三相，经过失灵保护延时跳相邻断路器。非故障相失灵：由发变组三相跳闸接点保持失灵电流定值，并且非故障相电流连续动作。此逻辑满足后，瞬跳本断路器三相。经过失灵保护延时跳相邻断路器。可以根据现场实际情况通过控制字选择是否投入。两相跳闸联跳三相：收到任意两相跳令而且只有两相跳令，任一相电流大于失灵电流定值，经短延时跳本断路三相（驱动继电器TJA、TJB、TJC、TJQ）。以上逻辑都是要经过启动元件来开放。发变三跳失灵：发变三跳开入，有开入后不受突变量或零序启动元件的闭锁，可以根据控制字选择是否经零序电流、负序电流、低功率因素三个辅助判据的闭锁，条件满足后开放发变失灵保护，瞬跳本断路器，经失灵保护延时跳相邻断路器。如果三个辅助判据都不投入，如果有发变三跳开入则直接瞬跳本断路器，经失灵保护延时跳相邻断路器，同时满足上述条件后还受“失灵瞬时重跳”及“失灵保护”控制字的控制。（五）自动重合闸简述1.自动重合闸的作用在输、配电线路上装设自动重合闸，对于提高供电可靠性无疑会带来极大的好处。但由于自动重合闸本身不能判断故障的性质是暂时性的还是永久性的，因此，在重合之后，可能成功（恢复供电），也可能不成功。根据资料统计，输电线自动重合闸的动作成功率（重合闸成功的次数/总的重合次数）相当高，约在60%～90%之间。可见采用自动重合闸的效益是比较可观的。采用自动重合闸的作用可归纳如下：（1）在线路上发生暂时性故障时，迅速恢复供电，从而可提高供电的可靠性；（2）对于有双侧电源的高压输电线路，可以提高系统并列运行的稳定性；（3）可以纠正由于断路器机构不良，或继电保护误动作引起的误跳闸；（4）在电网建设过程中，装设自动重合闸装置的，可暂缓架设双回线路以节约投资。2.对自动重合闸的基本要求作为安全自动装置之一的自动重合闸同继电保护装置一样应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性等要求。(1)动作迅速在满足故障点去游离（即介质恢复绝缘能力）所需的时间和断路器消弧室和断路器的传动机构准备好再次动作所必须的时间的前提下，自动重合闸装置的动作时间应尽可能短。因为，故障后从断路器断开到自动重合闸发出合闸脉冲的时间愈短，用户的停电的时间就可以相应缩短，从而可以减轻故障对用户用电和系统引起的不稳定带来的不良影响。(2)不允许任意多次重合自动重合闸动作次数应符合预先的规定，如一次重合闸就只应重合一次。当重合于永久性故障线而断路器再次跳闸时，自动重合闸就不应再重合。在任何情况（例如，自动重合闸装置本身的元件损坏，继电器拒动等）下，发生永久性故障时都不应使断路器错误地多次重合。因为发生永久性故障时，自动重合闸多次重合，将使系统多次遭受冲击，还可能会使断路器损坏，从而扩大事故。(3)动作后应能自动复归。当自动重合闸成功动作一次后，应能自动复归，准备好再次动作。对于雷击情况较多的线路，为了发挥自动重合闸的效果，满足这一要求更有必要。(4)手动跳闸时不应重合当运行人员手动操作或遥控操作使断路器断开时，自动重合闸装置不应自动重合，当有其他情况不允许重合时，应可以对自动重合闸进行闭锁。(5)手动合闸于故障线路时自动重合闸不重合当手动合闸于故障线路时，继电保护动作使断路器跳闸后，自动重合闸装置不应重合，因为在手动合闸前，线路上还没有电压，若合闸后就已存在故障，则故障多属永久性故障。(6)用不对应原则启动一般自动重合闸可用控制开关位置或断路器位置不对应启动，对综合重合闸宜用不对应原则和保护同时启动。(7)能与继电保护动作配合自动重合闸能与继电保护在动作上相互配合。3.自动重合闸的类型自动重合闸的采用是系统运行的实际需要。随着电力系统的发展，自动重合闸的类型有一个从三相重合闸到单相重合闸，再到综合重合闸的发展过程。故一般认为自动重合闸有以下三种类型。(1)三相重合闸：是指不论在输、配线上发生单相短路还是相间短路时，继电保护装置均将线路三相断路器同时跳开，然后启动自动重合闸同时合三相断路器的方式。若故障为暂时性故障，则重合闸成功；否则保护再次动作，跳三相断路器。这时，重合闸是否再重合要视情况而定。目前，一般只允许重合闸动作一次，称为三相一次自动合闸装置。(2)单相重合闸：是指线路上发生单相接地故障时，保护动作只断开故障相的断路器，然后进行单相重合。如果故障是暂时性的，则重合闸后，便可恢复三相供电；如果故障是永久性的，而系统又不允许长期非全相运行，则重合后，保护动作，使三相断路器跳闸，不再进行重合。(3)综合重合闸：在单相重合闸使用后不久，综合重合闸也迅速得到了应用和推广。在线路上设计自动重合闸装置时，将单相重合闸和三相重合闸综合在一起，当发生单相接地故障时，采用单相重合闸方式工作；当发生相间短路时，采用三相重合闸方式工作。综合考虑这两种重合闸方式的装置称为综合重合闸装置。500kV输电线路中一般都配置综合重合闸装置，为了使综合自动重合闸装置具有多种性能，并且使用灵活方便，综合重合闸装置经过转换开关的切换，一般都具有单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸和直跳（即线路上发生任何类型的故障时，保护可通过重合闸装置的出口，断开三相，不再进行重合闸）等四种运行方式。我厂500kV电力系统中，综合重合闸一般只投入单相重合闸方式。五、失步解列保护简述电力系统在遭遇严重故障或多重性事故时可能失去同步，如果没有及时采取有效措施，事故将要扩大，甚至出现大面积停电的严重后果。由于种种原因，例如电网结构不合理、继电保护不正确动作、稳控装置拒动或控制量不足、断路器失灵等，电网稳定破坏的事故往往难以避免，因此国内外电网稳定破坏的事故时有发生，失步时解列电网联络线是最基本的失步控制措施。振荡中心如果落在送端电厂的送出线上，快速切除该电厂的部分发电机组一般可以使系统再同步，因此失步解列装置在大型发电厂得到应用。电网的失步控制目前主要靠失步解列装置来完成，失步解列装置的核心技术是：完善的失步判据、不同安装点解列装置动作的配合方法、防止各种情况下误动作的闭锁措施。失步解列装置的不正确动作都将带来严重的后果。国内电网近年来安装的失步解列装置基本满足了各电网的需要，正确动作多次，对确保各电网的安全稳定运行发挥着重要作用。失步解列装置使用的失步判据主要有以下三类：（1）测量阻抗的变化规律：在装置安装点测量的阻抗值在失步振荡过程中是变化的，利用测量阻抗的变化轨迹，研制出阻抗循序判别原理的失步判据。（2）U与I相位角φ的变化规律：按照在失步过程中失步断面φ角的变化规律，把φ的范围划分为6个区，当φ角满足任一种情况，且检测到电压包络线最低值低于允许定值，则判为失步振荡，并可确定振荡中心的方向。（3）Ucosφ的变化规律：根据接入的联络线电压、电流量，计算出系统振荡中心点的电压Ucosφ，将失步过程中Ucosφ的变化范围划分为几个区域，连续跟踪Ucosφ的变化轨迹是否满足预定的变化规律，满足就判为失步；使用振荡过程中检测到的最低电压值既做为保护范围的辅助判据，又做为动作的闭锁条件。本判据反应的是系统振