变电站保护配置及基本原理

(如短路、过载、过电压等)而损坏。例如，变压器在长期运行过程(二)重要性(二)重要性1.保障供电可靠性通过快速、准确地响应故障，减少停电时间和范围，确保对用户的持续供电。如城市中心变电站，若没有完善的保护配置，一旦出现故障，可能导致大片区域停电，影响居民生活、商业活动以及工业生产等各个方面。2.延长设备寿命及时切断故障电流，避免设备长时间承受异常电流、电压的冲击，从而延长设备的使用寿命，降低设备维护和更换成本。例如，合适的过流保护可以在设备过载时迅速动作，防止设备因过热而缩短使用寿命。三、变电站保护配置系统的基本组成部分及原理(一)电压互感器(PT)1.作用将高电压按比例变换成低电压，为测量仪表、继电保护装置等提供准确的电压信号。例如，将变电站进线的110kV或220kV高电压变换为100V或100/√3V的低电压，以便后续设备进行测量和分析。2.原理基于电磁感应原理，其结构类似于变压器。一次绕组匝数较多，并联在被测高压电路中；二次绕组匝数较少，输出低电压。根据变压器的变压比公式U1/U2=N1/N2(U1为一次侧电压，U2为二次侧电压，N1为一次绕组匝数，N2为二次绕组匝数),实现高电压到低电压的(二)电流互感器(CT)1.作用把大电流按一定比例变换成小电流，供给测量仪表和继电保护装置等使用。在变电站中，线路或设备中的电流往往很大，通过电流互感器将其变换为适合测量和保护装置处理的小电流。2.原理二次绕组匝数较多。当一次绕组中有电流通过时，在铁芯中产生交变磁通，从而在二次绕组中感应出电流。其变流比为一次电流与二次电流之比，即I1/I2=N2/N1(I1为一次侧电流，I2为二次侧电流)。电流互感器原理电流互感器原理(三)保护装置作用1.对来自电压互感器和电流互感器的信号进行分析、判断，当检测到故障信号时，迅速发出跳闸命令或其他控制信号，以切除故障设备或采取相应的保护措施。原理2.保护装置内部集成了各种复杂的算法和逻辑判断电路。例如，当检测到电流超过设定的过流阈值且持续一定时间，或者电压低于设定的低电压阈值等情况时，保护装置根据预设的逻辑判断是否发生故障，并决定是否发出跳闸指令。保护装置通常采用微处理器技术，具备高精度的信号处理和快速的运算能力，能够快速准确地做出决策。去第二套保护去第二套保护外部跳闸2主保护后备保护外部四、变电站常见保护配置类型及原理(一)主变压器保护1.差动保护保护范围1.主变压器各侧开关电流互感器(CT)以内的区域，涵盖了变压器绕组、铁芯以及引出线等关键部位。原理母线完全差动保护原理图(区外故障)瓦斯保护故障。主要用于反应变压器油箱内部故障，包括轻微故障和严重原理2.当变压器油箱内部发生故障产生电弧时，会使变压器油以及绝缘物分解产生大量气体。根据产生气体的数量及油流速度而动作。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，提醒运维人员关注变压器状态。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，一方面发出报警信号，另一方面将断路器跳闸，切除变压器，避免故障进一步扩大。气体继电器的下触点闭合后，也可利用切换片切换位置，只给出报警信号，便于运维人员进一步分析故障情况。开口杯后备保护复合电压闭锁过流保护1.各侧均装设该保护。复合电压闭锁元件由低电压元件、负序过电压元件组成。正常运行时，低电压元件和负序过电压元件均不动作。当发生故障导致电压降低或出现负序电压时，复合电压闭锁元件动作，开放过流保护。而过流保护则是当任一相电流大于整定值时动作。加装复合电压闭锁后，过流的整定值就可以降低，从而提高保护的灵敏度。例如，在变压器低压侧发生短路故障时，电压会降低，负序电压会升高，复合电压闭锁元件动作，若此时电流也超过过流保护整定值，则保护动作，跳开相应断路器。复合电压启动的过电流保护原理接线图零序方向过流保护2.220kV和110kV侧装设此保护。在中性点接地系统中，当发生接地短路故障时，会产生零序电流和零序电压。零序方向过流保护通过判断零序电流的大小以及零序电流与零序电压之间的相位关系来确定故障方向。当故障发生在保护装置的正方向且零序电流大于整定值时，保护动作，跳开相应断路器，切除故障线路。间隙保护包括间隙零序过流和零序过电压保护，用于变压器中性点经间隙接地运行时的接地故障后备保护。在部分中性点接地的系统中，当发生单相接地故障且中性点不接地变压器的中性点电压超过一定值时，间隙会被击穿，产生间隙电流。若间隙电流大于间隙零序过流保护整定值，或者零序电压大于零序过电压保护整定值，保护动作，经0.3-0.5S跳主变各侧断路器。需要注意的是，在操作中性点地刀时，可能造成间隙保护误动，所以必须先退出间隙；而采用间隙专用CT,合中性点地刀时，不会造成间隙保护误动，所以可以不退出间隙。间隙电流互感器过负荷保护4.当变压器的负荷电流超过其额定电流一定时间后，过负荷保护动作，发出信号提醒运维人员变压器处于过负荷状态。同时，还可装设过负荷闭锁有载调压装置，避免在过负荷情况下进行有载调压导致变压器进一步过载。另外，可按负荷情况起动风扇回路，加强变压器的散热，以保证变压器在过负荷情况下能安全运行一段时间。(二)母线保护母线差动保护保护范围1.母线及连接在母线上的所有电气设备，如断路器、隔离开关、电流互感器等与母线连接部分。原理2.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。母线大差是将连接在母线上所有支路 (不包括母联和分段开关)电流互感器二次电流进行相量和计算，各段母线小差则是在大差的基础上，分别计算每段母线所连接支路(包括母联和分段开关)电流互感器二次电流的相量和。正常运行和区外故障时，流入母线的电流等于流出母线的电流，母线大差和各段母线小差的差流为零或小于动作门槛值，母差保护不动作。当母线发生故障时，故障母线上的电流会发生变化，导致母线大差和故障母线小差的差流大于动作门槛值，母差保护动作，跳开故障母线上的所有断路器，切除故障母线。复合电压闭锁元件3.其作用是防止差动元件误动或其他原因导致的母差保护误动作。当低电压元件、零序过电压元件、负序电压元件中只要有一个或一个以上的元件动作，则立即开放母差保护。例如，在系统发生故障导致母线电压降低、出现零序过电压或负序电压时，复合电压闭锁元件动作，开放母差保护，若此时母线差动保护的差流也满足动作条件，则母差保护动作跳闸。这样可以有效避免母差保护在正常运行但电流互感器等设备出现异常时误动作。母联充电、过流保护母联充电保护1.考虑到操作的方便性及运行的安全性，一般不使用母差保采用其中的充电、过流功能。当断路器对母线进行充电时，可投入母联充电保护。若母线存在故障，如母线相间短路、接地短路等，母联充电保护会迅速动作，切除故障，避免故障对其他设备造成影响。母联过流保护2.利用母联断路器作为线路的临时保护时，当线路有故障，且故障电流大于母联过流保护整定值时，由母联过流保护动作跳母联开关切除故障。若线路故障，任一相电流元件或零序电流元件动作经延时跳母联开关切除故障。例如，当某条线路在检修后恢复送电过程中出现故障，而线路自身保护尚未投入运行时，母联过流保护可作为临时保护切除故障。动作条件步扩大。态被强制为断开状态。母差“选择”方式下，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；母差“非选择”方式下，“方式”压板时均会使母差“非选择”。在采用隔离开关跨接母线运行、不停电进行倒母线操作期间等情况下，应将母差保护投入“非选择”方式。(三)线路保护过流保护1.当线路中的电流超过预先设定的整定值时，过流保护动作。通常分为定时限过流保护和反时限过流保护。定时限过流保护的动作时间是固定的，与故障电流大小无关；反时限过流保护的动作时间则与故障电流大小成反比，故障电流越大，动作时间越短。过流保护主要作为本线路的近后备保护和相邻线路保护的远后备保护。例如，当线路上发生相间短路或三相短路故障时，电流会急剧增大，超过过流保护整定值，保护动作，跳开线路断路器，切除故障线路。距离保护2.通过测量保护安装处到故障点之间的距离(阻抗)来判断线路距离I段保护本线路全长的80%-85%,动作迅速，不带延时；距离Ⅱ段作为距离I段的后备保护，保护本线路全长及相邻线路的一部分，(a)架空线路(b)电缆线路零序电流保护装置原理图的特点，能够快速切除线路内部故障，提高电力系统的稳定性。M继电保护装置继电保护装置重合闸三相一次重合闸当线路发生故障，断路器跳闸后，经过一定时间自动进行一次三相重合操作。若重合于永久