变电站保护及配置

1、 变电站保护的配置本讲的主要内容一、电网短路故障时电流分布二、继电保护装置配置三、短路故障时继电保护配合四、输电线路保护五、母线保护六、变压器保护一、电网短路故障时电流分布:1.电网短路的原因及分类：系统短路的原因：（1）设备绝缘损坏、污秽，设计安装不当；（2）恶劣天气，雷击，大风；（3）人为事故；（4）其它原因等。系统短路的类型：（1）单相接地（70%）（2）两相短路（3）两相接地（4）三相（5）断线正常运行时电流电压参数：（1）正常运行时电流、电压三相对称；（2）中性点上电流、电压为零；（3）实际运行中由于电源不平衡或负荷不平衡，接地的中性点上有电流，不接地的中性点上有电压；（4）保护安装

2、处的测量阻抗Z为线路和负荷阻抗之和。2.中性点接地系统短路的电流电压特征：在单电源系统中LxRxRxRxLxEaEbEcLxRfRfRfLfLfLf单相接地短路时的电流电压参数：（1）接地相电流增大，电压降低；短路电流的功率方向由电源至接地点；（2）保护安装处的测量阻抗Z减小（ZU/I）；（3）产生很大的零序、负序电流和电压分量；（4）流过系统中性点的电流即为故障时产生的零序电流。两相接地短路时的电流电压参数：（1）短路相电流增大，电压降低；（2）短路电流的功率方向由电源至接地点；（3）产生零序、负序电流、电压；（4）中性点上有零序电流流过。2.中性点接地系统短路的电流电压特征：在单电源系统中

3、LxRxRxRxLxEaEbEcLxRfRfRfLfLfLf两相相间短路时的电流电压参数：（1）短路相电流增大，电压降低；（2）短路电流的功率方向由电源至接地点；（3）只产生负序电流、电压；（4）中性点上没有零序电流流过。LxRxRxRxLxEaEbEcLxRfRfRfLfLfLf2.中性点接地系统短路的电流电压特征：在多电源系统中多电源系统中短路时的电流电压参数：（1）由电源向负荷供电；（2）由电源向短路点供电；（3）电流、电压的变化特征与单电源一致；（4）零序电流与所有中性点接地构成回路。EcLxRxRxRxLxEaEbEcLxRfRfRfLfLfLfLxRxRxRxLxEbLxEa3.短

4、路时电流的分布：回到最基本的直流电路中去：（1）从戴维南定理中得到的结论: 对任何复杂电路中的一个电阻，其外电路可以用一个电源和一个等效电阻置换。（2）从叠加定理中得到的结论： 电路中任一电压或电流都是电路中各个独立电源单独作用时，在该处产生的电压或电流的叠加。（3）从基尔霍夫电流定理得到： 对任一节点或包围几个节点的闭合面，所有流进流出电流的代数和等于零。I 0R2R2R1E1E2RxRxRdEdR2R2R1E1RxR2R2R1E2Rx3.短路时电流的分布：电网中短路时的电流分布：3.短路时电流的分布：电网中短路时的电流分布：电源1电厂开关站变电站2变电站1电源23.短路时电流的分布：电网中

5、短路时的电流分布：结论之一： 短路电流（功率）由电源流向短路点；结论之二： 短路电流的大小取决于电源和网络参数。3.短路时电流的分布：变电站中短路时的电流分布：3.短路时电流的分布：变电站中短路时的电流分布：1.假设当前的运行方式：如右图。2.分析典型情况：（1）高压侧仅回为电源，其它均为负荷时短路电流的分布：. 若回线路故障：. 若回线路故障：. 若回线路故障：. 若回线路故障：3.短路时电流的分布：变电站中短路时的电流分布：（2）高、低压侧出线均为为电源电源或联络线，高压侧短路时电流的分布：. 若回线路故障：. 其它地点故障同理分析。3.短路时电流的分布：变电站中短路时的电流分布：（3）高

6、、低压侧出线均为为电源电源或联络线，低压侧短路时电流的分布：. 若回线路故障：. 其它地点故障同理分析。4.短路计算：短路计算的作用：（1）校验电气设备的机械稳定性和热稳定性；（2）校验开关的遮断容量；（3）确定继电保护及自动装置的定值；（4）为系统设计及选择电气主接线；（5）进行故障分析；（6）确定输电线路对相邻通信线路的电磁干扰。常用的短路计算方法： 阻抗矩阵法和叠加原理。二、继电保护装置配置:1.继电保护配置的原则和规定（以220kV为例）（1）线路保护采用近后备的原则；（1.保护双重化；2.设失灵保护）（2）对瞬时动作的保护或保护的瞬时段，其整定值应保证在被保护元件外部故障时可靠不动作

7、；（3）上下级保护的整定，一般应遵守逐级配合的原则，满足选择性的要求；（4）保护的整定计算应按正常运行方式作为依据，特殊方式应根据实际情况临时处理；（5）变压器中性点的安排，应尽量保护变电站零序阻抗不变。遇有因变压器检修等原因使变电站的零序阻抗有较大变化时，因根据实际情况临时处理。 变电站只有一台变压器，其中性点直接接地； 变电站有两台以上变压器时，应只将一台变中性点直接接地； 双母线运行的两台以上变压器应分接在不同母线上； 两台变压器运行的变电站，当其中一台中性点直接接地的变压器停运时，应投入另一台变压器的中性点直接接地。2.输电线路继电保护的配置：主保护：线路纵联差动保护。（1）方向高频保

8、护；（2）相差高频保护；（3）高频闭锁距离；通道方式：电力线载波（高频保护），微波（微波保护）， 光纤差动（光纤保护），导引线（导引线保护）。信号类型：闭锁信号，允许信号，跳闸信号。动作原理：（以闭锁式高频保护为例） 故障 启动元件动作启动收发讯机发讯 方向判别元件判断故障 1.区内：停讯； 2.区外：继续发讯。 未接收到闭锁信号跳闸。（一）线路保护典型配置：2.输电线路继电保护的配置：后备保护：距离保护、零序保护。（1）实现逐级配合,I、II、III段；（2）PT断线闭锁， I、II、III段；（3）系统振荡闭锁， I、II段；与重合闸配合：（1）保护启动重合闸；位置不一致启动重合闸。（2）

9、重合闸后加速；（3）重合闸不成功沟通三跳。（通过压板直接沟通三跳）（4）与零序保护的配合。启动失灵保护： 靠保护出口启动失灵2.输电线路继电保护的配置：（二）主、后备保护的保护范围： 高频保护 保护线路全长。 距离I段 保护线路的 8085。 距离II段 保护线路全长，并做为对侧母线的后备保护。 距离III段 作为本线和相邻线路的后备保护。 零序灵敏I段 保护到线路末端单相或两相接地短路。 （当在单相故障切除后的非全相状态下被闭锁） 零序不灵敏I段 能躲开非全相和振荡情况下，保护到线路末端。 零序II段 保护线路全长，并做为对侧母线的后备保护，反应 接地故障。 零序III段 作为本线和相邻线路

10、的后备保护。3.母线保护和断路器失灵保护的配置：主保护：快速母线保护。（1）单母线故障，切除母线上所接断路器；（2）双母并列运行，一组母线故障，具有选择性切除故障母线；（3）双母并列运行，两组母线相继故障，保护相继切除两组母线上所接断路器；（4）母线外部故障，母线保护可靠不动作；（5）母联断路器的电流互感器与母联断路器之间发生故障时，由母线保护和断路器失灵保护相继跳开两组母线上所有元件；（6）倒闸操作过程中，当两组母线隔离开关跨接时，或互联压板投入时，任一组母线故障，母线保护切除两条母线所接元件；（7）CT断线时，延时闭锁整套母线保护;（8）采用电压闭锁元件防止误动误碰造成母差保护误动。（一）

11、母线差动保护：3.母线保护和断路器失灵保护的配置：充电保护：母线充电保护。 母线充电保护在对一组母线进行充电时，快速而有选择性断开母联断路器，切除故障母线； 母线充电保护为相电流或零序电流保护，瞬时动作。 母线充电保护接线简单，在定值上可以保证高的灵敏度。 母线充电保护也可以作为专用母线单独带新建线路充电的临时保护。 母线充电保护只在母线充电时投入，当充电完成后，应及时停用，防止系统故障时母联断路器误跳闸。3.母线保护和断路器失灵保护的配置：（1）断路器失灵保护必须由故障元件的保护出口启动，手动跳开断路器时不可启动失灵保护；（2）利用断路器所在回路的电流互感器判断断路器的失灵拒动；（3）失灵保

12、护的动作时间应大于故障元件断路器跳闸时间和继电保护返回时间； 第一时限跳母联（约0.15s),第二时限跳连接母线上的所有连接元件的断路器（约0.3s)（4）断路器失灵保护应有负序、零序和低电压闭锁元件；（5）失灵保护动作后应闭锁各连接元件的重合闸回路；（6）当某连接元件退出运行时，它的启动失灵保护的回路应同时退出工作，以防止试验时引起失灵保护的误动（二）断路器失灵保护：3.母线保护和断路器失灵保护的配置：（三）母差保护的保护范围： 母线所接单元（元件），包括出线断路器、出线母线侧隔离刀闸，母联回路，母线电压互感器及母线绝缘支撑等。（四）失灵保护的保护范围： 失灵保护动作，一般为复合故障，其保护

13、范围是启动失灵的元件保护范围内（如线路、母线、变压器等）发生故障。 失灵动作往往伴随有断路器拒动（拒动的形式可能为单相或多相断路器拒动）（五）3/2接线的失灵保护： 3/2接线的失灵保护按断路器设置，且采用远方跳闸装置，使对侧断路器跳闸并闭锁其重合闸。4.主变保护的配置：主保护：主变差动保护和气体保护。（1）主变差动保护： 根据差流原理设计，反映变压器绕组、引出线多相短路及大电流接地系统侧绕组和引出线接地短路、绕组匝间短路故障；（2）主变气体保护： 根据油流冲动原理设计，主要反映油箱内部短路时拉弧发电产生气体，使得气体（瓦斯）继电器动作。 变压器气体保护包括轻瓦斯和重瓦斯。 一般：轻瓦斯 信号

14、； 重瓦斯 跳闸。（一）主变保护的典型配置：4.主变保护的配置：后备保护：（1）变压器过励磁保护：反映变压器过励磁故障；（2）高、中压侧阻抗保护（TV断线闭锁）： 反映主变区外（或区内）故障，跳母联、跳本侧、跳三侧；（3）高、中压侧复合电压方向过流（TV断线闭锁）： 反映主变区外（或区内）故障，跳母联、跳本侧、跳三侧；（4）高、中压侧零序方向过流（TV断线闭锁）： 反映主变区外（或区内）故障，跳母联、跳本侧、跳三侧；（5）高、中压侧零序过流、零序过压： 反映主变区外（或区内）故障，跳母联、跳本侧、跳三侧；（6）高、中、低压侧过流、过压、过负荷。 反映主变区外（或区内）故障，跳母联、跳本侧、跳三

15、侧；4.主变保护的配置：（二）主、后备保护的保护范围： 差动保护 主变CT范围内。 瓦斯保护 主变油箱内。 后备保护 主变区外系统出现故障的后备或作为主变主保护的 后备保护。一般情况： 若带方向的后备保护： 1.方向由主变指向母线：为所指方向线路、母线的后备保护； 2.方向由母线指向主变：为所指方向线路、母线以及主变主保 护的后备保护主变 若不带方向的后备保护： 为各方系统及主变主保护的后备保护。三、短路时故障时继电保护配合（220kV为例)1.线路发生故障：（1）线路保护正确动作；靠高频或距离或零序I段动作，切除两端断路器；（2）线路保护正确动作，开关拒动：保护出口启动失灵，切除所接母线上断

16、路器；（3）线路保护拒动或（2）时失灵保护拒动：所接母线上其它线路对侧II或III段跳对侧，本站主变后备保护跳母联，跳本侧；（4）主变延时最长的复合电压闭锁过流保护在上述情况均不能动作时，变压器三侧跳闸。 线路故障时，保护拒动对系统危害最大，它将越级造成系统的严重破坏。 采用双保护配置提高可靠性。三、短路时故障时继电保护配合（220kV为例)2.母线发生故障：（1）母线保护正确动作；切除母线上所接单元断路器；（2）母线保护正确动作，线路开关拒动：切除母线上断路器，拒动开关对侧II段动作跳对侧；（3）母线保护正确动作，母联开关拒动：切除母线上断路器，失灵启动跳另一条母线；（4）母线保护正确动作，

17、主变开关拒动：切除母线上断路器； 失灵启动跳主变；主变后备保护跳主变三侧；（5）母线保护拒动:母线所接线路对侧II段动作跳对侧，主变后备保护跳母联，跳本侧，最终跳三侧。三、短路时故障时继电保护配合（220kV为例)3.主变内部及引线套管发生故障：（1）主变主保护（差动和瓦斯）正确动作：切除主变三侧断路器；（2）主变主保护正确动作，高压（220kV)侧开关拒动：由主变保护跳中低侧，同时启动失灵跳高压侧所接母线所有断路器；（3）主变主保护正确动作，高压（220kV)侧开关拒动：由主变保护跳中低侧，同时启动失灵跳高压侧所接母线所有断路器；（4）主变主保护正确动作，中压（110kV)侧开关拒动：由主变

18、保护跳高低侧，由主变后备先跳中侧母联，再跳主变高低侧，中侧线路对侧后备保护跳对侧 ；（5）主变主保护不能正确动作，靠变压器后备保护跳变压器三侧。四、输电线路保护:1.有关高频保护：（1）方向高频保护； 比较线路两端各自测量的短路电流（功率）方向。 区内：母线 线路；区外：线路 母线。（2）相差高频保护； 比较线路两侧短路电流相位。 区内：两侧电流相位反相；区外：两侧电流相位同相。 不受电压回路断线影响，在非全相或单重时不误动。（3）高频闭锁距离； 以线路所配的方向性距离保护判断短路电流方向。 区内：两侧距离保护启动；区外：有一侧距离保护不启动。 电压回路断线可能导致保护误动。（1）距离保护是距

19、离测量元件为基础构成的保护，整套保护装置包括故障启动、故障距离测量、逻辑回路、电压回路断线闭锁、振荡闭锁等基本单元构成。有的接地距离保护还配有单独的选相元件。(2)零序保护是反应线路发生接地故障时零序分量大小和方向的多段式保护装置。其优点是：结构与工作原理简单，正确动作率高于其它复杂保护；可以实现快速动作；在电网零序网络基本保持稳定的条件下，保护范围较稳定；受过渡电阻的影响小；保护定值不受负荷大小影响。缺点： CT断线式保护可能误动作； 当电力系统出现不对称运行时，也会出现零序电流，导致零序保护启动； 地理位置靠近的平行双回线，其中一条线路故障时，可能引起另一条线路出现感应零序电流，造成误动；

20、 正常时无零序，回路断线不易被发现导致误动。2.有关距离、零序保护：（一）单母接线情况：（1）输入信号：PT电压/CT电流及其它开关量信号。（2）输出信号：跳闸/启动失灵/启动重合/至其它保护/Lon网信息等。 Lon网信息：通过就地网络可与监控系统通讯，传递保护动作记录、故障采样、测距信息、故障录波等。也可通过监控系统在上位机对保护内部定值进行修改。其它保护Lon网跳闸出口收讯SHJIa/Ib/Ic/Io零序输出高频线路保护输入距离PT闭锁振荡闭锁Ua/Ub/Uc/Uo保护方式控制回路启动失灵启动重合电源3.线路保护的输入、输出：3.线路保护的输入、输出： 双母接线时，线路保护电压输入信号先

21、经过电压切换箱选择双母中的某条母线PT作为电压信号输入。 电压切换箱根据线路母线侧隔离刀闸的辅助接点选取PT电压。 在操作箱内，当出现接点粘结或接触不良，易形成两PT二次侧并联，或电压回路断线，因此进行刀闸倒换时应对电压切换箱进行检查。（二）双母接线情况：其它保护Lon网跳闸出口收讯SHJIa/Ib/Ic/Io零序输出高频线路保护输入距离PT闭锁振荡闭锁Ua/Ub/Uc/Uo保护方式控制回路启动失灵启动重合电源电压切换箱 3/2接线时，线路保护电压输入信号直接从线路PT作为电压信号输入。 线路保护从两CT上取和电流作为线路的电流。 CT要考虑不平衡电流对保护的影响。（三）3/2 接线情况：其它

22、保护Lon网跳闸出口收讯SHJIa/Ib/Ic/Io零序输出高频线路保护输入距离PT闭锁振荡闭锁Ua/Ub/Uc/Uo保护方式控制回路启动失灵启动重合电源3.线路保护的输入、输出：（1）自动重合闸的启动方式：位置不对应和保护启动。（2）重合闸的检定同期和检定无压的设置。 通常一侧投检同期与检无压，另一侧投检同期。（3）重合闸后加速：重合闸于永久性故障时无时限跳开三侧断路器。 通常检同期侧不投重合闸后加速。（4）相差高频保护在三跳时停信，而高频闭锁式保护要单跳停信。（5）与零序保护的配合：能躲开非全相运行的最大零序电流的零序电流I段，重合闸过程中不退出运行；不能躲开非全相运行的最大零序电流的零序

23、电流I段，重合闸启动后退出运行；零序II、III段同理。一般III段、IV段不启动重合，直接三跳。 4.线路保护与重合闸：（1）线路近处瞬时性单相接地故障： 5.线路保护动作行为：线路保护线路保护故障保护采样启动元件动作发讯方向元件动作停讯选相元件动作区内故障出口故障保护采样启动元件动作距离元件动作测距选相元件动作区内故障出口高频保护（闭锁式）距离保护/零序保护分（三）相操作箱单相跳闸启动重合闸单相重合成功分（三）相操作箱未启动重合闸三跳A跳A跳单相故障单相故障启动失灵（2）线路近处永久性单相接地故障： 5.线路保护动作行为：线路保护线路保护故障保护采样启动元件动作发讯方向元件动作停讯选相元件

24、动作区内故障出口故障保护采样启动元件动作距离元件动作测距选相元件动作区内故障出口高频保护（闭锁式）距离保护/零序保护分（三）相操作箱单相跳闸启动重合闸单相重合成功分（三）相操作箱未启动重合闸三跳A跳A跳重合成功后仍有故障保护加速三跳分（三）相操作箱开关三跳单相故障单相故障启动失灵（3）线路近处瞬时/永久性相间故障： 5.线路保护动作行为：线路保护线路保护故障保护采样启动元件动作发讯方向元件动作停讯选相元件动作区内故障出口故障保护采样启动元件动作距离元件动作测距选相元件动作区内故障出口高频保护（闭锁式）距离保护/零序保护分（三）相操作箱三跳三跳开关三跳多相故障多相故障启动失灵（4）线路转换性（单相接地相间）故障： 5.线路保护动作行为：线路保护线路保护故障保护采样启动元件动作发讯方向元件动作停讯选相元件动作区内故障出口故障保护采样启动元件动作距离元件动作测距选相元件动作区内故障出口高频保护（闭锁式）距离保护/零序保护分（三）相操作箱单相跳闸启动重合闸单相重合成功分（三）相操作箱未启动重合闸三跳A跳A跳重合成功后仍有故障保护加速三跳分（三）相操作箱开关三跳单相故障单相故障相间故障闭锁重合闸三跳五、母差保护:1.有关母差保护：Ua/Ub/Uc/UoUa/Ub/Uc/UoUa/Ub/Uc/