变电站继电保护及自动装置.docx

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变电站继电保护及自动装置

变电站继电保护及自动装置

一、对继电保护的基本要求

1、继电保护及自动装置的定义：

当电力系统中的电力元件（如线路、变压器、母线等）或电力系统本身发生了故障或危及其安全运行的事件时,能够向值班员及时发出警告信号、或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令,以终结这些事件发展的设备.

2、继电保护的作用：

（1）自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行.

（2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件,而动作于发出信号、减负荷或跳闸。

3、继电保护的基本要求:

（1）选择性:

保护装置动作时仅将故障元件从电力系统中切除,使停电范围尽可能缩小，以保证系统中无故障部分继续运行。

即:

保护装置不该动作时就不动作（如发生在下一段线路的故障，本段的保护就不应该动作跳闸）。

（2）快速性:

保护装置应尽快将故障设备从系统中切除，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围。

（3）灵敏性：

指保护装置在其保护范围内发生故障或不正常运行时的反应能力。

（4）可靠性:

在规定的保护范围内发生应该动作的故障，保护装置应可靠动作，而在任何不应动作的情况下,保护装置不应误动。

二、变电站继电保护装置的分类：

1、根据保护装置的作用，保护可分为：

主保护、后备保护、辅助保护。

（1）主保护：

为满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择性地切除故障的保护.

（2）后备保护:

当主保护或断路器拒动时，用来切除故障的保护。

后备保护又分为：

远后备保护：

当主保护拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。

近后备保护:

当主保护或断路器拒动时,由本电力设备或线路的另一套保护来实现的后备保护。

（3）辅助保护:

为补充主保护与后备保护的性能或当主保护与后备保护退出运行时而起作用的保护.例如:

断路器三相不一致保护、充电保护等。

2、根据保护的动作原理不同，保护可分为:

（1）反映电流变化的电流保护:

如过流保护；

（2）反映电压变化的电压保护:

如低电压、过电压等；

（3）同时反映电流和电压变化的保护：

1）复合电压（低电压、负序电压、零序电压）闭锁的过流保护：

在电流保护的基础上，加装电压闭锁元件，只有电压和电流都满足条件时，保护才动作出口,这样可以提高保护的灵敏度。

2）距离保护:

通过测量阻抗来反映故障点到保护安装处的距离，并根据距离的远近确定动作时间的一种保护。

（4）同时反映被保护元件各侧电气量变化的快速保护:

1）差动保护：

是将被保护设备各侧按照环流法接线形成差动回路，保护范围内故障，差动回路出现差电流时，保护动作跳闸.

2）线路高频保护：

是通过某种通信通道将线路两侧的保护装置纵向连接起来，，将各端的电气量（如电流、功率的方向等）转化为高频信号传送到对端进行比较,判断故障是否在保护范围内，从而决定是否动作于跳闸.高频保护的保护范围为本线路全长,但不能作为相邻线路的后备保护.线路的高频保护根据不同的动作原理又可分为：

a方向高频保护：

按照比较线路两侧短路功率方向的原理构成，以母线指向线路为正方向，以线路指向母线为反方向；在外部故障时，两侧方向相反，保护不动作,在内部故障时,两侧方向相同，保护动作跳闸。

b距离高频保护:

以方向距离元件（方向阻抗继电器）为判别元件，通过收发信机接收和发送故障信息，进行比较。

外部故障时，至少有一侧保护不动作，保护闭锁跳闸。

内部故障时，两侧保护同时动作,将两侧开关跳开。

高频保护根据动作特性又分为闭锁式及允许式。

闭锁式高频保护在线路发生故障时，首先由启动元件向对侧发送闭锁信号，当保护正向元件动作后停止发信，收不到对侧闭锁信号同时本侧保护元件动作时,保护出口跳闸.允许式高频保护在发生故障时，保护元件动作后向对侧发送允许信号，收到对侧允许信号同时本侧保护元件动作保护出口跳闸。

（5）反映系统异常运行时出现的判据的保护:

如零序电流、零序电压保护等.

（6）反映非电气量的保护,如瓦斯、过温、压力释放等.

三、各电压等级保护装置配置的特点

1、10kV、35kV电网:

反映相间短路故障的一般采用过电流保护,后备保护为远后备方式.对于单侧电源辐射形电网的单回线路,一般装设带速断或不带速断的过电流保护,保护装置采用定时限或反时限特性。

对于多电源的复杂网络，电流保护可增加方向元件。

对于发电厂引出的电源联络线，如方向电流保护不能满足要求，可采用简单的距离保护；如线路很短，可采用差动保护。

对于平行线路，可采用方向横差或电流平衡保护作为主保护，以电流保护作为后备保护。

对于单相接地故障,不装设作用于跳闸的保护,只装设反映零序电压的信号装置。

2、110kV电网：

当电网结构不复杂时，反映相间短路故障的一般应采用三段式距离保护或电流保护，反映接地故障的采用零序电流保护。

后备保护为远后备方式。

当电网结构复杂，如多电源网络，可采用带方向的电流保护和零序电流保护.采用电流保护不能满足选择性、灵敏性和快速性要求时,应采用相间距离保护和接地距离保护.后备保护为远后备方式。

3、220kV电网：

一般采用保护线路全长的纵联保护作为主保护，如高频保护、纵差保护等。

以三段式相间距离和接地距离保护、阶段式零序电流保护作为后备保护.同时采用近后备保护,如断路器失灵保护。

保护采用双重化，即采用不同原理、不同接线形式，由不同的蓄电池和直流母线供电，保护动作于不同的跳闸线圈,实现两套保护的相互备用。

220kV线路保护：

几种常见的220KV线路保护的保护功能配置:

保护型号

主保护

后备保护

重合闸

LFP（RCS）-901A

工频突变量方向高频、方向零序高频、突变量距离Ⅰ段

三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、二个延时段零序过流

综重

LFP（RCS）-901B

工频突变量方向高频、方向零序高频、突变量距离Ⅰ段

三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、四段零序过流

综重

LFP（RCS）-902A

方向距离高频、向零序高频、突变量距离Ⅰ段

三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、二个延时段零序过流

综重

LFP（RCS）-902B

方向距离高频、方向零序高频、突变量距离Ⅰ段

三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、四段零序过流

综重

CSL—-101A

方向距离高频、方向零序高频

三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、四段零序过流、二段不灵敏零序方向过流

综重

CSL—-101B

方向距离高频、方向零序高频

三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、四段零序过流、二段不灵敏零序方向过流

综重

CSL——102A

工频突变量方向高频、方向零序高频

三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、四段零序过流、二段不灵敏零序方向过流

综重

CSL-—102B

工频突变量方向高频、方向零序高频

三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、四段零序过流、二段不灵敏零序方向过流

综重

WXB--11

方向距离高频、方向零序高频

三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、四段零序过流、非全相运行时不灵敏零序过流

综重

WXB——15

工频突变量方向高频、方向零序高频

三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、四段零序过流

综重

RCS-931A

光纤差动

三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、四段零序过流

综重

CSC—103A

方向纵联电流差动保护、工频突变量距离Ⅰ段

三段式相间距离保护和三段式接地距离保护、四段零序过流

综重

四、断路器保护装置:

1、断路器失灵保护：

保护动作后，如断路器拒动,失灵保护启动将故障断路器相邻的设备切除。

在双母线接线中，失灵保护动作的接点与线路保护动作的接点串接后启动母线保护跳闸,跳开故障断路器所在母线上所有设备及母联开关。

在3/2接线中，失灵保护动作跳开故障开关相临所有断路器.

2、三相不一致:

当断路器运行中出现非全相运行时，保护启动跳开断路器。

通过断路器的位置接点和零序电流或负序电流作为动作的判据。

其动作时间应躲过单相重合闸的动作时间.

3、线路充电保护：

线路充电时使用。

其整定值很小且无时限。

4、断路器死区保护：

当故障发生在断路器与CT间,断路器跳开后，对侧仍向故障点供应电流，此时，保护将发迅机闭锁，停止向对侧发送闭锁信号,使对侧高频保护跳闸。

五、母线保护装置:

1、保护范围:

保护母差CT以内的设备。

如：

母线、母线PT、母线刀闸等。

2、保护构成:

由大差动和小差动构成。

其中大差作为启动元件，小差动为判别元件。

3、动作原理:

.

4、母联死区保护：

当故障发生在母联断路器与CT间，母联断路器跳开后，另一母线仍向故障点供应电流，此时，利用母联的辅助接点将母联CT二次封堵，使另一母线的小差动启动，跳开其他断路器。

六、变压器保护装置

1、变压器的故障类型：

变压器的故障又可分为油箱内故障和油箱外故障两种。

油箱内故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损等。

油箱内部故障时产生的电弧将引起绝缘物质的剧烈气化，从而可能发生爆炸,因此这些故障应尽快切除.油箱外的故障，主要是套管和引出线上的短路或接地。

此外,还有由于外部相间短路引起的过流以及变压器外部接地短路引起的过电流及中性点过电压,变压器突然甩负荷或空载长线路时变压器的过励磁等。

变压器的异常运行状态主要有过负荷和油面降低以及油位过高等.

2、变压器保护配置：

（1）非电量保护

1）瓦斯保护 ：

防止变压器油箱内部各种短路或接地故障和油面降低。

保护范围是变压器油箱内部.包括本体和有载.

2）压力释放。

当变压器内部压力超过整定值时，安全阀打开，同时将变压器各侧断路器跳开。

3）冷控失电：

当变压器冷却器全停时，发信号,超过20分钟，温度70℃以上，跳开各侧断路器；达不到70℃。

最多1小时跳闸.

（2）差动保护：

防止变压器绕组和引出线相间短路、大电流接地系统侧绕组和引处线接地短路及绕组匝间短路.保护范围是变压器各侧差动CT内设备.差动保护由差动速断、比率差动和二次谐波制动组成。

：

（3）过流保护（复合电压闭锁）：

防止变压器外部相间短路并做为变压器瓦斯和差动保护后备保护。

（4）零序保护（电流、电压、间隙）  :

防止大电流接地系统中变压器外部接地短路.

（5）过负荷保护：

防止变压器过负荷。

3、变压器保护动作行为：

以220KV变压器为例

（1）主保护:

差动或瓦斯保护动作同时跳开变压器各侧开关；

（2）220KV侧后备保护：

220KV复合电压闭锁过流动作跳各侧开关；220KV零序方向过流Ⅰ时限跳母联，220KV零序方向过流Ⅱ时限作跳本侧开关；放电间隙保护（经放电间隙接地的变压器投入）动作跳各侧开关；非全相运行动作跳本侧开关；

（3）110KV侧后备保护:

110KV复合电压闭锁方向过流第一时限动作跳母联开关,第二时限动作跳本侧开关;110KV复合电压闭锁过流：

第一时限动作跳母联开关，第二时限动作跳各侧开关；110KV零序方向过流Ⅰ段第一时限动作跳母联开关,第二时限动作跳本侧开关；110KV零序过流：

第一时限动作跳母联开关，第二时限动作跳各侧开关；

（4）35KV（10KV）后备保护：

35KV（10KV）复合电压闭锁过流Ⅰ段（时限速段）第一时限跳分段,第二时限动作跳本侧开关;35KV（10KV）复合电压闭锁过流Ⅱ段（定时过流）第一时限跳分段，第二时限动作跳本侧开关；

（5）变压器过负荷：

发信号；

（6）压力释放:

发信号；

（7）线温或油温高：

发信号；

（8）冷却器全停或冷控失电：

发信号;20分钟后跳闸。

七、变电站自动装置

（一）重合闸装置

1、作用：

线路发生故障跳闸后,重合闸装置启动,如线路属于暂时性故障，开关将再次合闸,恢复线路供电.当断路器偷跳或人员误碰时能够将开关再次合闸。

2、各电压等级下重合闸装置的配置：

在10kV、35kV、110kV系统中一般采用三相一次重合闸,断路器断开后,重合闸装置启动使开关再次合闸，重合不成跳开三相不再重合。

在220KV系统中一般采用综合重合闸,分为单相、三相、综合、停用重合闸四种方式。

电源联络线,三相及综合重合闸应装设无压或同期装置,防止线路重合引起非同期并列。

线路一端投无压重合闸,另一端投同期重合闸,投无压重合闸的一端应同时投入同期装置，以保证在断路器偷跳或人员误碰时重合闸装置能启动。

3、综合重合闸运行方式：

1）单相重合闸：

单相故障，单相跳闸，重合单相，重合不成后跳开三相不再重合.两相及以上故障跳开三相不重合。

2）三相重合闸：

任何类型的故障都是三相跳闸，三相重合（鉴定同期或无压），重合不成后跳开三相不再重合.

3）综合重合闸：

单相故障，单相跳闸，重合不成后跳开三相不再重合。

两相及以上故障三相跳闸，三相重合（鉴定同期或无压），重合不成后跳开三相不再重合.

4）停用重合闸：

任何类型故障都是三相跳闸不再重合。

4、重合闸与保护的配合:

1）重合闸后加速：

线路发生故障时，保护有选择性的切除故障，重合闸启动将开关再次合闸,若线路为永久性故障，保护的时间元件退出,保护无选择性的将断路器跳开.

2）重合闸前加速：

线路发生故障时，靠近电源侧的保护首先无选择性地瞬时动作跳闸，重合闸启动将开关再次合闸，若线路为永久性故障，然后依靠保护的时限，有选择性地动作切除故障.

5、重合闸的启动方式:

1）不对应启动:

当断路器把手与断路器位置不对应时,启动重合闸。

2）保护启动：

线路保护动作跳闸时，启动重合闸。

6、重合闸的闭锁方式：

1）停用重合闸时;

2）手动分闸时；

3）不经重合闸的保护装置动作时，如母线保护、断路器失灵保护、远方跳闸、低频低压减载装置动作时；

4）单相重合闸方式时,断路器三相跳闸；

5）断路器气压或液压降低时；

6）线路保护后加速动作时。

（二）备用电源自动投入装置:

当工作电源故障时,将备用电源投入。

（三）低周（低压）减载装置：

（四）低周（低压）解列装置：

一般装在变电站与发电厂的联络线上。

八、变电站继电保护及自动装置运行中的注意事项

1、投入保护装置的顺序为:

先投入交流电源、直流电源,再依次投入保护功能压板及出口压板。

停用保护时顺序相反。

2、保护投入掉闸前，应检查保护信号指示正常，纵联（高频）保护还应检查通道是否正常。

工作后的保护，还应用万用表测量保护出口压板输入端对地确无电压，以保证装置确未发出跳闸或合闸脉冲。

3、检查保护运行,一般包括信号灯指示是否正确,电源是否正常，压板投停位置是否正确，方式开关位置是否正确，指示仪表或显示屏指示数据、信息是否正常。

4、有启动失灵保护回路的保护装置停用时,应首先停用启动失灵保护压板，再停用跳闸出口压板，投入时顺序相反，以防止失灵保护误动.

5、线路纵联保护（如高频保护、线路纵差保护等）应线路各侧同时投入或退出.线路任一侧开关断开时,保护可不退出.

6、线路高频保护部分停用时，应首先停用高频保护压板，再根据工作任务决定是否断开收发信机电源开关。

无导频的高频保护投入时应测试通道良好后,再投入高频保护压板。

有导频的高频保护投入时应检查无通道故障信号发出后,再投入高频保护压板。

7、线路纵差保护投入前应检查无通道故障信号发出后，再将纵差保护投入。

纵差保护停用时只取下差动保护压板即可.

8、配有多种保护功能的保护（如变压器保护、线路保护）运行中停用某一保护部分时，只取下相应保护功能压板即可，其他保护功能可继续运行。

9、不同保护装于同一保护屏（如线路保护与断路器保护）的保护投停时应明确调度命令含义，防止误投停其它保护。

10、停用220KV线路重合闸时，应首先将重合闸方式开关切至停用或投入沟三跳压板后，再停用重合闸出口压板，投入时顺序相反,防止投停重合闸过程中线路发生单相故障造成非全相运行。

11、线路配置WXB-11、WXB-15或GSL-101、GSL—102系列保护的，运行中两套保护的重合闸方式开关按照相同方式运行，只投入一套保护的重合闸出口压板。

线路配置LFP-901、LFP—902系列保护的，运行中一套重合闸在运行状态，另一套在停用状态。

投入重合闸的线路保护停用时，应投入另一套保护的重合闸。

两套保护均投入后，按照正常方式投入重合闸.

12、一个半断路器接线的线路重合闸停用时，应将母线侧开关和联络开关的重合闸均停用。

此时若同一串的另一线路发生故障可在母线侧开关重合成功后手动合上联络开关。

13、一个半断路器接线的一段母线停电或单一开关（线路的母线侧开关）停电时,拉开开关前,应投入联络开关的解除重合闸时间压板，停用另一母线侧开关的解除重合闸时间压板，线—变串只投入联络开关的重合闸时间压板即可.母线及开关送电后恢复重合闸顺序。

此时线路故障为联络开关先重合，以保证与对侧重合闸配合。

九、微机继电保护

用计算机构成的继电保护装置,就称为微机保护.

1、微机保护的构成:

微机保护由硬件和软件两部分构成。

硬件部分包括以下四个系统：

（1）模拟量输入系统（数据采集系统）

当电力系统发生故障时，把模拟的故障电气量转换成数字量送入微机主系统。

（2）微机主系统

对故障信息按相应的保护算法进行运算，并判别是区内故障，还是区内故障,确定是否发出跳闸命令.

（3）开关量（数字量）输入/输出接口

把断路器、继电器、辅助开关和保护压板等状态，输入主系统,当保护区内故障时，主系统通过开关输出接口发出跳闸指令,并通过液晶显示屏显示和通过打印机打印故障信息。

（4）通信接口

用来连接变电站的测量、监视、远动等装置，向本地或远方传递保护定值、故障报告，事件记录等，同时实现对微机保护的远方控制。

微机保护的软件：

包括数字滤波器和保护算法两部分.

（1）数字滤波器

滤除输入到中央处理器CPU的各种高频或低频的噪声信号。

（2）保护算法

是反映微机保护工作原理的数学表达式，用它来编制微机保护的程序，微机计算的越快,保护的启动时间越短，越精确，对区内、外故障的判断越准确。

同时，根据不同的算法，可构成不同类型的保护装置.

2、LFP-900系列微机保护的液晶显示信息

（1）正常时液晶显示信息:

如图所示

（2）故障时液晶显示信息：

如图所示

3、LFP（RCS）-900系列微机保护运行中的注意事项

（1）检查直流电源插件上的DC灯、CPU插件、信号插件上的OP灯,应亮。

（2）检查CPU1插件上的TV断线灯DX，应不亮.

（3）当重合闸投入时，检查CPU2重合闸充电灯（CD）应亮,检查管理板液晶上的CD应为：

“1".

（4）管理板上的定值“运行/修改"开关,应置“运行”位置。

（5）管理板上的定值区应拨到定值单上指定的定值区.

（6）检查管理板上液晶显示的电压、电流、相角、时间应于实际一致。

（7）下列情况应停用整套微机保护：

1）微机保护装置使用的交流电压、交流电流、开关量输入、开关量输出回路作业。

2）装置内部作业.

3）继电保护人员输入定值。