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1、电力系统机电保护 第一部分 电力系统继电保护的基本知识电力系统：由发电电厂中的电气部分，变电站，输配电线路，用电设备等组成的统一体：它包括发电机、变压器、线路、用电设备以及相应的通信，安全自动装置，继电保护，调调自动化设备等。电力系统运行有如下特点：1、电能的生产，输送和使用必须同时进行。2、与生产及人们的生活密切相关。3、暂态进程非常短，一个正常运行的系统可能在几分钟，甚致几秒钟内瓦解。电力系统继电保护的作用。电力系统在运行中，可能由于以下原因，发生故障或不正常工作状态。1、外部原因：雷击，大风，地震造成的倒杆，绝缘子污秽造成污闪，线路覆冰造成冰闪。2、内部原因：设备绝缘损坏，老化。3、系统
2、中运行人员误操作。电力系统故障的类型：1、单相接地故障 D（1）2、两相接地故障 D（1.1）3、两相短路故障 D（2）4、三相短路故障 D（3）5 线路断线故障以上故障单独发生为简单故障。在不同地点同时发生两个或以上称为复故障。电力系统短路故障的后果：1、短路电流在短路点引起电弧烧坏电气设备。2、造成部分地区电压下降。3、使系统电气设备，通过短路电流造成热效应和电动力。4、电力系统稳定性被破坏，可能引起振荡，甚至鲜列。不正常工作状态有：电力系统中电气设备的正常工作遭到破坏，但未发展成故障。不正常工作状态有：1）电力设备过负荷，如：发电机，变压器 线路过负荷。2）电力系统过电压。3）电力系统振
3、荡。4）电力系统低频，低压。电力系统事故：电力系统中，故障和不正常工作状态均可能引起系统事故，即系统全部或部分设备正常运行遭到破坏，对用户非计划停电、少送电、电能质量达不到标准（频率，电压，波形） 、 设备损坏等。1继电保护的作用，就检测电力系统中各电气设备的故障和不正常工作状态的信息，并作相应处理。继电保护的基本任务：1）将故障设备从运行系统中切除，保证系统中非故障设备正常运行。2）发生告警信号通知运行值班人员，系统不正常工作状态已发生或自动调整使系统恢复正常工作状态。电力系统对继电保护的基本要求（四性）1）选择性：电力系统故障时，使停电范围最小的切除故障的方式。2）快速性：电力系统故障对设
4、备、人身、系统稳定的影响与故障的持续时间密切相关，故障持续时间越长，设备损坏越严重；对系统影响也越大。因此，要求继电保护快速的切除故障。电力系统对继电保护快速性的要求与电网的电压等级有关。35kV及以下 保护动作时间 工段 60-80ms110kV 工段 40-60ms220kV 高频保护 20-40ms500kV 20-40ms快速切除故障，可提高重合闸成功率，提高线路的输送容量。3）灵敏性：继电保护装置在它的保护范围内发生故障和不正常工作状态的反应能力（各种运行方式，最大运行方式，最小运行方式） ，故障时通人保护装置的故障量与保护装置的整定值之比，称为保护装置的灵敏度。4）可靠性：保护范围
5、内发生故障时，保护装置可靠动作切除故障,不拒动。保护范围外发生故障和正常运行时，保护可 靠闭锁,不误动。在保护四性中：重要的是可靠性，关键是选择性，灵敏性按规程要求,快速性按系统要求。常用的名词解释：主保护：满足系统稳定和设备安全的要求，能以最快的速度有选择性的切除电力设备及输电线路故障的保护。对于220kV以上线路,要求主保护全线速动，则其主保护为高频方向，高频距离,光纤差动，距离保护不是主保护.后备保护：当主保护或断路器拒动时，用来切除故障的保护.后备保护可分为远后备保护和近后备保护。近后备保护：当主保护或断路器拒动时，由本线路其它保护或本电力设备其它保护切除故障，当开关失灵时，由开关失灵
6、保护切除故障。远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻线路保护切除故障.2辅助保护：为补充主保护和后备保护的性能，或当主保护，后备保护退运行时而增设的保护。如：一个半开关接线的短线保护，运方跳闸保护，过电压保护,异常运行保护：反应被保护线路和设备异常运行状态的保护。如：过负荷、过压力磁 振荡鲜列，低周减负荷等。振荡鲜列装置：当系统正常运行时，两个系统发生振荡，将两系统分开的装置。第二部分 500kV变电站继电保护的配置一、500kV变电站的特点1）容量大。一般装750MVA主变1-3台，容量为220kV变电站5-8倍。2）出线回路数多 一般：500kV出线4-10回 220kV出线6-14回
7、3）低压侧装大容量的无功补偿装置（2120MAR）4）在电力系统中一般都是电力输送的枢纽变电站。其地位重要，变电站的事故或故障将直接影响主网的安全稳定运行。5）500kV系统容量大，单机容量大，(30万千瓦、70万千瓦)机组，短路电流倍数增加，500kV线路采用4分裂异线4300mm。导线电阻小，一次系统时常（50-200ms） 。保护必须工作在暂态过程中，需用暂态CT。6）500kV变电站。电压高、电流大、电磁场强、电磁干扰严重，包括对一些仪器仪表工作的干扰。二、500kV变电站主设备继电保护的要求1）500kV主变、线路、220kV线路，500kV、220kV母线均采用双重化配置。2）近后
8、备原则3) 复用通道（包用复用截波通道，微波通道，光纤通道） 。三、500kV线路保护的配置1、500kV线路的特点a）长距离200-300km ，重负荷可达100万千瓦。使短路电流接近负荷电流，甚至可能小于负荷电流例：平式初期：姚双线在双河侧做人工短路试验。姚侧故障相电流仅1200多A。送100万瓦千负荷电流=1300Ab）线路经过山区，土地的电导率小 ，塔脚的接地电阻大。c）500kV线路有许多同杆并架双回线，因其输送容量大，发生区内异名相跨线故障时，不允许将两回线同时切除。否则将影响系统的安全运行。 （系统稳定导则 n-1原则 线路末端跨线故障时，首端距离保护，会看或相间故障。d）500
9、kV一般采用1个半开关接线，线路停电时，开关要合环 ，需加短线保护。e）并联电抗器保护需跳对侧开关,需加远方跳闸保护。f）线路输送功率大，稳定储备系数小，要保证系统稳定，要求包动作速度快，整个故障切除时间小于100ms。保护动作时间一般要50ms。 （全线故障）g）线路分布电容大3500kV线路、相间距离为13m、线分裂距离45cm、正三角分裂、正四角分裂、相对地距离12m。500kV线路电阻和电抗（欧/km）LGTQ-400 R=0.0266 、XL= 0.299500kV线路MV.A/100km LGTQ-400 1.19MF/100KM 95.4MVA/100KM 130A/100KM短
10、路过程中，分布电容电流产生高频自由分量稳态电容电流使线路两侧电流幅值和相位产生差异。线路空投时，未端电压高。要加并联电抗器。h）为限制潜供电流，中性点要加小电抗器2、配置原则：1）500kV线路保护配置原则：设置两套完整、独立的全线速动保护两套保护的交流电流、电压、直流电源彼此独立，每一套主保护对全线路内部发生的各种故障（单相接地、相间短路，两相接地、三相短路、非全相再故障及转移故障）每套保护具有独立的选相相功能，实现分相和三相跳闸。断路器有2组挑圈时，每套保护分别起动一组跳闸线圈每套主保护分别使用独立的高频信号传输设备，若一套采用专用收发信机，另一套可与通信复用通道。2）500kV线路后备保
11、护的配置原则线路保护采用近后备方式每条线路均应配反映系统D1、D1-1、D2、D3 各种类型故障的后备保护，当双重化的主保护均有完善后备保护时可不另配。对相间短路，配三段式距离、对接地故障，配三段接地距离和反时限零序保护，过度电阻300欧配过电压和远方跳闸保护。3.500kV线路保护的配置1、主保护：满足系统稳定要求和设备安全，能以最快速度有选择性切除被保护线路及设备的各种故障的保护。1.1 高频保护：由继电保护和通信两部分组成1.1.1 方向高频保护：由线路两侧方向元件分别对故障方向作出判断，并将判断结果通过高频通道传送给对侧， 两侧保护根据方向元件和高频信号进行综合断决定区内、区外故障。根
12、据高频信号在综合判断中的作用，方向高频保护可分为允许式和闭锁式。1.1.2 高频闭锁式方向保护 500kV线路用得较少（仅行波）41.1.3 高频允许式方向高频保护：方向高频保护中的方向元件：a）另序方向元件 仅能反应接地故障b）负序方向元件 仅能反应不对称故障c）相电压补偿式方向元件d）工频变化量方向元件e）行波方向元件g）阻抗方向元件，反映对称故障 1.1.4 超范围和欠范围允许式高频保护当方向元件由距离元件构成时，其构成方式有两种，由距离I段发讯的 欠范围允许式 POTTII III 段发讯的叫超范围允许式 PUTTPUTT K1-3通PUTT K2-3通T1 1-8ms 抗干扰延时 记
13、忆50ms保证对侧可个别跳闸。1.1.5 相差高频保护：一般500kV线路不用。1.1.6 导引线差幼保护：短线路用。1.2 光纤电流差动保护：比较被保护线路两侧电流的幅值和相位，而两侧电流的波形，幅值、相位、需用光纤通道，向另一侧传输。工作原理： ONMNMI。IIK制动系数 I O最小启动电流外部故障 Im In 相差1800 Im+In=0 Im- In=2Im或2In5内部故障 Im In 相差00 Im+In较大 Im-In较小且乘1的K值。目前差动保护厂家较多 ,各自有特点a）RCS-931A 光纤电流差动保护： 南端产品：变化量相差动：IM+In0.75IRIR为IM+IN算量和
14、IM+INIHIH，为4倍实测电容电流和 的最大值14xcUN稳态量差动I II段IM+IN0.75IRIR=IM-IN K=0.75IM+INIH I同上 II段IH=1.5倍另序差动I II段IM0+IN00.75IM0-IN0IM0+IN0IQD0 IQD0为另序电流超动值ICDBC中0.15IR ICDBC为补偿后的差流ICDBCIL IL为IQD0 0.6实测IC K值。16xcUNCSL-103 WXH-803与RCS-931；原理基本相同PCM脉码调制数字电流差动保护：模拟量电流经隔离，强弱电转换，滤波（低通）采样-摸数复换经P/S转换为串行码。一送IF接口-64K/S的电信号-
15、PCM-2M/S。同步电路：1）控制两侧三相电流同步采样2）保证两侧采样同步，补偿信号通信传输延时两侧采样同步过程：将线保护一侧设置为参考端（也称主端）另一侧设置为同步端（或从端） 。由同步端，先发一同步请求命令， （内容包含采样标号，数据信息与时间.参考端收到该信息帧，便可6计算其到本端一下采样点的时间TM，并返关一帧信息， （含TM值，及发送该帧的时间，收到同步请求帧的时间，同步端收该信息，便可计算，同步端采样点，与参考端采样点之间的时间差t，和通道延时间TM。并调整本身的采样时间，让其与对侧同步采样。 t t采集同一时刻的采样值：在进行数据传送时，要传送该帧数据的编号4。主机在收到其编号后再将它送回，从机在采集第8组数据时，收到主机信号（第3组数据）其中包含本侧送去的编号4。从机便知道主机的第3组信号和本侧第6组信号（4+8）/2=6为同一时刻采样值。数据通信的帧格式：一帧信号的格式，各装置不相同，但其包含的基本要素相同，每帧包含有控制字。采样标号iA iB iC开关量 CRC控制字 采样标号 iA iB iC 开关量 CRC1字节 1字节 4字节 4字节 4字节 1字节 2字节控制字：含帧的性质，保护启动元件的逻辑状态，数据窗的选择，三跳位置。采样
