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1、继电保护及二次设备的基本概念 一 二次设备的划分原则 一次设备是指直接参加发 输 配电的系统中使用的电气设备 如变压器 断路器 CT PT 等 二次设备是指对一次设备进行监测 控制 保护的电气设备 如测量仪表 保护装置 自动装置等 一 变压器保护 一 变压器保护的配置 1 针对变压器内部的各种短路及油面下降应装设瓦斯保护 其中轻瓦斯瞬时动作于信号 重瓦斯瞬时动作于断开各侧断路器 2 应装设反应变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的纵联差动保护或电流速断保护作为主保护 瞬时动作于断开各侧断路器 3 对由外部相间短路引起的变压器过电流 根据变压器容量和运行情况的不同以及对变压器灵敏度的要求不
2、同 可采用过电流保护 复合电压起动的过电流保护 负序电流和单相式低电压起动的过电流保护或阻抗保护作为后备保护 带时限动作于跳闸 4 对110kV及以上中性点直接接地的电力网 应根据变压器中性点接地运行的具体情况和变压器的绝缘情况装设零序电流保护和零序电压保护 带时限动作于跳闸 5 为防御长时间的过负荷对设备的损坏 应根据可能的过负荷情况装设过负荷保护 带时限动作于信号 6 对变压器温度升高和冷却系统的故障 应按变压器标准的规定 装设作用于信号或动作于跳闸的装置 二 变压器差动保护 它用以保护变压器内部 套管及引出线上的各种短路故障 为实现这一保护 需要在变压器两侧装设电流互感器TA1和TA2
3、并按环流法连接 保证在正常负荷情况下或外部短路故障时 通过继电器的电流为两侧电流之差 当保护范围内发生故障时 通过继电器的电流为两侧电流之和 保护动作瞬时断开两侧的断路器QF1和QF2 保护的范围为TA1和TA2之间一次回路各电气元件 Y 11变压器两侧电流互感器接线及相量图 变压器的不平衡电流 变压器正常运行时由励磁电流引起的不平衡电流变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流电流互感器实际选用变比与计算变比不同产生的不平衡电流变压器两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流 变压器励磁涌流的特点 当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时 将可能出现很大
4、的励磁涌流 1 励磁涌流数值大 变压器空载投入时 其励磁涌流峰值可达变压器额定电流的6 8倍以上 对于较小容量的变压器倍数较大 大容量的倍数较小 2 励磁涌流中含有大量的高次谐波分量 并在最初瞬间波形完全偏于时间轴一侧 涌流的波形为尖顶波并以二次谐波为主 具有衰减慢的特点 二次谐波制动 3 励磁涌流有明显的间断角 可达80度以上 差动保护为了躲过励磁涌流影响 要充分利用涌流间断角这一特征 鉴别波形间断角原理 4 励磁涌流衰减时间与电力系统的时间常数有关 对于小容量的变压器 它衰减较快 对于大容量变压器 它衰减较慢 励磁涌流波形 带负荷测试 带负荷测试要求 在继电器保护校验条例中明确规定 凡新装
5、或一 二次电流回路经过变动的变压器差动保护在正式投入运行前 必须测绘电流相量图 在判明电流极性 相位完全正确后 才允许将保护装置正式投入运行 以防止接线错误和回路断线等原因造成保护误动作 相位表测试法 将相位表电压线圈固定接入某线电压 例如Uab 电流绕组依次通入电流IA IB IC读取电流 电压的相角差 1 2 3 绘制相量图 负荷六角图 根据所绘六角图判断差动保护接线情况 1 相序正确 所测A相电流领前B相电流而滞后C相电流 呈现为正相序 三相电流相量之和为零 2 电流互感器变化正确 电流互感器的一次电流与二次电流之比符合CT变比关系 3 相位关系正确 同一侧各相电流之间互为120 4 对
6、于两绕组变压器差动保护要求二侧各相电流相差180 对于三绕组变压器要求两侧同名相二次电流之和与第三侧同名相电流相差180 差动保护包括的主要逻辑 差动速断保护 可防止CT饱和 比率制动谐波制动低测过电流保护CT断线闭锁差动保护 三 变压器瓦斯保护 1 作用 反应变压器内部故障的各种保护装置 特别是匝间短路 严重漏油等故障 2 重瓦斯 轻瓦斯 有载调压重瓦斯 轻瓦斯 3 瓦斯保护误动的原因 区外故障时穿越性短路电流过大 变压器绕组发热 使油温上升 油的体积膨胀 瓦斯继电器端盖部分进水 加装防雨罩 变压器油对控制电缆橡胶绝缘的腐蚀作用可造成瓦斯保护误动作 瓦斯继电器的引出线和电缆应分别连接在端子箱
7、内端子排的两侧 以防变压器油对电缆绝缘的腐蚀 瓦斯保护或差动保护能否单独作为变压器的主保护 四 变压器的阻抗保护 主要是作为相邻母线及引出线保护的后备 并用于消除断路器与电流互感器之间差动保护的死区 原理 阻抗保护是用低阻抗继电器测量故障点与保护安装处之间的阻抗值 即保护安装处电压与电流的比值 将测量阻抗与保护安装处至保护区末端之间的整定阻抗值进行比较 测量阻抗大于整定阻抗时 保护不动作 而小于整定阻抗时 则保护装置动作 故称低阻抗保护 主要作为相邻元件的后备保护 PT断线闭锁装置防止保护误动 五 变压器的过电流保护 防御差动保护范围外的相间短路引起变压器过电流 并以带时限切除故障的保护装置
8、也作为差动保护的备用保护 可作为相邻元件保护的后备及变压器故障的后备保护 复合电压启动的过电流保护由三个电流继电器 一个负序电压继电器和一个低电压继电器构成 复合电压的概念 六 变压器的零序保护 1 中性点直接接地变压器设置的零序电流中性点直接接地变压器设置的零序电流保护是整个电网接地保护组成的一部分 主要作为母线和相邻线路主保护的后备 同时也对变压器内部接地故障起后备作用 中性点直接接地变压器的零序电流保护及整定原则 设置两段式零序电流保护 每段均有两个时限 并以较短的一段时限动作于缩小故障影响范围 例如双母线系统动作于断开母联断路器 以较长的时限有选择性地动作于断开变压器各侧断路器 2 中
9、性点可能接地或不接地变压器的零序保护 全绝缘变压器应装设零序电流保护和零序电压保护先切除中性点直接接地运行的变压器 再切除中性点不直接接地变压器分级绝缘变压器A 若中性点未装设放电间隙 故障时 先切除母联断路器 再切除中性点不接地的变压器 然后切除中性点接地的变压器B 中性点装设放电间隙时 应装设零序电流保护作为变压器中性点直接接地运行时的保护 并增设一套反应间隙放电电流的零序电流保护和一套零序电压保护作为变压器不接地运行的保护 零序电压保护作为间隙放电电流的零序电流保护的后备保护 为什么零序电压的定值设为180V 七 变压器的过励磁保护 相对于额定值的电压升高和频率降低将导致变压器铁芯的严重
10、饱和 并且伴随产生过量的涡流损耗 将使铁芯和周围的金属附件发热 绝缘老化 甚至损伤变压器 过励磁保护构成1 过励磁电流五次谐波制动方式 2 反应电压频率比U f的保护方式 变压器保护相关回路 各侧跳闸回路母差跳闸回路启动失灵回路联跳母联联跳分段联跳电容闭锁有载调压与备自投装置相关回路低周减载装置故障录波回路安稳装置三相不一致回路电压切换回路 差动保护注意事项 差动保护回路必须有且只能有一个可靠接地点 差动保护第一次投入运行时 必须对变压器进行3 5次的冲击合闸检验 新装或CT二次回路接线变电的差动保护 正式投入运行前必须进行带负荷测试 变压器冲击合闸试验时 需将差动保护投入运行 利用一次负荷进
11、行测量前停用差动保护 待带负荷测试正确后 再投入差动保护 瓦斯继电器接线端子不应漏油 端子盒应有防水措施 工作时注意造成CT二次回路开路 二 220KV线路保护 220kV线路保护装置 硬件部分 一 保护装置双重化 1 两套完整 独立的全线速动主保护后备保护 远后备 近后备 2 两套主保护的交流电流 电压回路和直流电源彼此独立 3 每套保护对全线路内发生的各种类型故障 均能无时限切除故障 4 每套保护能有独立选相功能 实现分相跳闸和三相跳闸 5 断路器有两组跳闸线圈 一组合闸线圈 6 两套保护分别独立使用远方信号传输设备 二 线路保护的配置 1 高频保护光纤保护 2 距离保护三段式距离保护 接
12、地距离 相间距离 3 零序过流保护四段式零序保护 4 重合闸 三 距离保护 1 距离保护的定义 以距离测量元件为基础构成的保护装置 其动作取决于本地测量参数和被保护区段参数的比较结果 因线路阻抗与输电线路长度成正比 而得名为距离保护 2 距离保护保护范围及时限特性距离保护I段保护范围为被保护线路全长的80 85 第II段保护范围和下一线路保护定值配合 范围为被保护线路全长及下一线路全长的30 40 第III段保护范围包括本线路及下一线路全长甚至更远 为后备保护 动作时限按阶梯原则整定距离I段为什么只保护线路全长80 85 三段式阻抗继电器的构成 用正序电压作极化量工作电压 极化电压 动作方程
13、相间阻抗继电器 接地阻抗继电器 3 交流电压断线 TV断线 1 什么时候会出现TV断线 1 TV二次侧熔断器一相或两相甚至三相熔断 或PT空气开关跳开造成电压回路断线失压 2 交流电压回路接线松动 3 电压切换回路故障 未能将母线电压切换进装置 4 保护装置交流采样插件 AC插件 故障 采样异常 2 保护如何判断TV断线 首先是起动元件 电流变化量起动 零序过流元件起动 不动作 同时满足下列条件之一a 三相电压向量和大于8V 保护不起动 延时1 25秒发TV断线异常信号 b 三相电压向量和小于8V 正序电压小于33V 采用母线TV 则延时1 25秒发TV断线异常信号 c 三相电压向量和小于8V
14、 正序电压小于33V 采用线路TV 则当任一相有流或TWJ不动作时 延时1 25秒发TV断线异常信号 3 TV断线时 保护如何处理 1 发TV断线异常信号 2 闭锁距离保护为防止区外故障时 造成保护误动 退出距离保护 自动投入TV断线相过流和TV断线零序过流保护 3 退出方向保护 保护不经方向元件控制 4 退出高频距离和高频零序保护 5 三相电压正常后 延时10秒TV断线信号复归 4 振荡闭锁1 对振荡闭锁的要求 在系统振荡 含全相振荡和非全相振荡 时 将距离保护闭锁 在下述短路情况下开放距离保护 正常运行下的第一次短路 区外短路后紧接着发生区内短路 振荡中发生区内短路 非全相运行中 运行相发
15、生短路 所以振荡闭锁应区分短路和振荡 2 对振荡闭锁的总的考虑 振荡闭锁只闭锁距离保护 段 距离 段相对独立 不受振荡闭锁 如果阻抗继电器 段在振荡时不会误动应尽量不经振荡闭锁控制 对上述 的短路实行短时 160ms 开放保护的原则 以防止区外短路引起振荡时距离保护误动 对上述 的短路 振荡闭锁应能重新开放保护 当短路已消失 振荡已停息后振荡闭锁应复归 起动元件连续7秒不动作整个保护复归 3 振荡闭锁特点 系统发生振荡时闭锁距离保护正常运行时发生短路开放距离保护区外短路并引起系统振荡时闭锁距离保护区外短路后紧接着发生区内短路开放距离保护振荡中发生区外短路距离保护不会误动 振荡中发生区内短路距离
16、保护可动作跳闸非全相振荡时闭锁距离保护 非全相运行又发生短路时开放距离保护 四 零序保护 1 概念 用于中性点直接接地电网接地短路时 出现零序电流 零序电压 零序功率 利用这些电量构成保护接地故障的继电保护装置 2 组成 由零序电流 零序电压滤过器 电流继电器 零序方向继电器 3 优点 a 灵敏度高 正常运行和发生相间短路时 不会出现零序分量 故零序保护的动作电流可以整定得较小 b 零序保护受过渡电阻影响较小 重点保护经大过渡电阻接地短路的接地短路故障 c 电网零序网络基本保持稳定的条件下 瞬时段的保护范围固定 4 注意事项 1 电流回路断线时 可能造成保护误动作 对策 起动元件采用保护自产零序电流3Io和外接零序电流两个起动元件同时起动 2 电力系统不对称运行时 也会出现零序电流 3 单相重合闸过程中 也会出现零序电流 零序保护末段动作时间要躲过线路重合闸周期 设置两个无时限的零序过流I段保护灵敏I段 按躲过末端故障整定 重合闸周期内退出运行 不灵敏I段 按躲过非全相运行情况整定 非全相运行时继续工作 五 自动重合闸 一 基本概念 1 瞬时性故障 在线路被继电保护迅速断开后 电弧即行
