中低压电网保护基础

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1、中低压电网保护基础中低压电网保护基础 110kv及以下线路保护概述 n110kv及以下电网的线路保护配置相对简单，配置一套保护，主要以距离、零序保护及电流保护为主。后备保护一般采用远后备，采用三相一次重合闸。35kv及以下电网的线路保护主要以电压电流保护为主，同时装置集成了低周减载或低压减载、测量控制功能，在分布式综合自动化变电站中安装于开关现场。 110kv线路保护 n110kv线路保护一般配置三段式距离保护和零序保护。对于微机线路保护则配置相间和接地距离保护。对110kv配置完备的阶段式相间距离和接地距离情形下则可以简化零序保护的配置，保留用于切除经电阻接地故障的一段零序电流保护。n对于重

2、要的110kv线路或短线路可配置全线速动的纵联保护，一般采用光纤纵差保护作为主保护，距离和零序作为后备保护。n110kv线路保护配置三相一次重合闸。一般110kv测控功能由单独的测控装置完成。同时线路保护往往自带操作回路及电压切换回路等。距离保护 n距离保护是同时反应电流增大和电压降低（即测量阻抗降低）而动作的一种保护。它通过计算测量阻抗并和整定阻抗进行比较来判断故障是否在保护区内，由于其测量阻抗理论上和短路点到保护安装处的距离成正比，故而称为距离保护，但实际是阻抗保护，通过阻抗间接测量距离。实际构成时大多采用比相式。距离保护的核心元件是阻抗继电器，辅助元件:保护起动元件、TV断线闭锁元件、振

3、荡闭锁元件等。n距离保护具有保护范围稳定，受系统运行方式影响小的优点。距离保护I段几乎不受系统运行方式影响，其它段受系统运行方式影响也比电流电压保护和零序保护小，因此在110kv及以上的高压线路保护得到了广泛应用。缺点主要是构成复杂，TV断线要受影响、受过渡电阻影响、受电力系统振荡的影响。距离保护n110kv距离保护分为相间距离保护及接地距离保护，一般按照三段式构成。相间距离保护主要作为两相短路和三相短路故障的保护，接地距离则主要反应各种接地故障。n相间和接地距离I段一般可保护线路全长的80%左右，II段则可以保护线路全长。I段和II段一起作为本线路的主保护。III段主要作为相邻线路的后备保护

4、。对于很短的线路一般可考虑退出I段运行，且一般应配置纵联保护以改善保护性能。n微机型距离保护带平行双回线的相继速跳及不对称故障相继速跳功能。对平行双回线，通过一回线的快速保护动作（距离I段），另一回线的阻抗的变化（阻抗III段启动后返回）通过信号输出使故障线的距离II段加速动作。不对称故障相继动作则是根据近故障点侧保护动作后，远故障侧根据负荷电流的变化来加速距离保护动作跳闸。距离保护n110kv的距离保护由于采用记忆电压，所以对于出口故障无电压死区（出口三相短路因测量不到电压而使距离保护误动或据动）的问题。微机型的阻抗继电器的特性有圆特性和多边型特性。多边型特性的阻抗继电器在110kv线路中应

5、用较广泛，相比于方向阻抗继电器，它具有更好的躲过渡电阻的能力，并通过设置相关的特性参数来解决超越问题（相邻线出口附近短路时由于过渡电阻等原因测量阻抗可能由区外转入区内和负荷限制的问题。n在TV回路断线时距离保护将无法正常工作，装置设置了TV断线闭锁功能，将距离保护自动退出，保留相电流保护。因此当出现TV回路异常时应尽快处理以恢复距离保护及其它相关的保护。零序保护 n零序保护是反应中性点接地系统发生接地故障时零序电流增大而动作的保护。零序保护原理构成简单，可靠，受过渡电阻影响小，不受系统振荡影响，因而得到了广泛的应用。零序保护受系统运行方式影响较电流保护小，只有零序网络稳定，零序保护的保护范围就

6、很稳定，在110kv网络中现在大多采用环网结构开环运行，可提高零序保护的性能。 零序保护n110kv电网一般配置III段或IV段式零序保护，作为中性点直接接地系统的接地故障的保护。对III段式零序保护而言，其I段和II段作为本线路主保护，III段为相邻线路远后备；IV段式同III段式相比，增加了一段不考虑对本线末端有规定灵敏度的零序保护，其余同III段式零序保护。n对全网配置了微机型相间和接地距离保护的，则可仅配置一段用于切除高阻接地的零序保护即可。这将大大简化零序的整定计算。另外在发生接地故障时，对近故障点可由零序I段快速切除，而切除后远故障点的零序电流往往会增大，此时可加速零序保护动作。n

7、在TV断线时，由于微机型的零序保护均采用自产3U0，所以带方向的零序保护将退出零序方向保护，仅保留不带方向的零序保护。需要注意的是，尽管微机保护采用零序电流判别方向，但仍往往用外接的零序电流作为接地故障的启动元件，因此仍注意保证外接零序通道的正确性。 电压电流保护 n对于35kv及以下电网的线路保护主要以电流保护为主，作为各种相间故障（包括两相短路，三相短路，两相接地及不同线路的异名相的两相接地故障）的保护，对多电源的较复杂电网则可考虑配置电压电流保护或距离保护，必要时可配置光纤电流差动保护作为主保护，带时限的过电流保护为后备保护。 电流保护 n电流保护仅反应电流增大而动作，一般适合于35kv

8、或10kv的单电源网络。n对终端线路可装设两段过电流保护，第一段为不带时限的电流速断保护（保护范围可伸到变压器内部）；第二段为带时限的过电流保护，保护可采用定时限或反时限特性。n串供线路则可装设III段式电流保护，其中I段和II段作为本线路主保护（I段作为近处故障主保护，II保本线末端灵敏度），III段为定时限或反时限过流保护作为相邻线路后备。对很短的单电源网络可考虑采用电压电流保护，否则退出I段运行。n电流保护原理简单，动作可靠，但受系统运行方式影响较大。尤其需注意定时限过流保护和下一级用户的定时限或反时限保护的灵敏度和时间配合问题。电压电流保护 n电压电流保护一般用于多电源或较复杂的电网。

9、电压电流保护按照选用的测量元件的不同可分为，电压闭锁电流保护、电流闭锁电压保护及电压电流联锁保护等。n电压闭锁电流保护是用电流保护作测量元件，电压元件作为闭锁元件，其I、II段的整定引入方法同电流保护，在III段整定时，由于有电压闭锁元件所以可不用考虑电动机的自启动系数，因而保护灵敏度和可靠性得到提高。n电流闭锁电压保护指用电压元件作测量和主要的保护元件，用电流元件作为闭锁元件。电压元件控制保护范围，电流元件需保证灵敏度。一般短线路采用。n电流电压联锁保护指电压和电流元件均作为测量元件，速断按照二者的保护范围在常见方式下相同来整定，由于运行方式发生变化时，电压元件和电流元件的保护范围变化相反，

10、可起到相互闭锁的作用，因而称为联锁速断。一般在电网结构较复杂，需改善保护性能时采用。而用电压电流联锁保护仍很难满足时应当采用距离保护来改善电网保护性能。 方向元件n根据不同的电网结构可考虑选用不同的电压电流保护。需注意的是对带方向的电流保护在TV断线时将失去方向性成为电流保护。方向电流保护的方向元件一般采用90接线，即Ia和Ubc，Ib和Uca，Ic和Uab进行相位比较。微机性电压电流保护的方向元件可通过控制字进行投退，同时由于采用了记忆电压所以不存在电压死区问题。n当采用电压电流保护仍不能满足要求时可考虑采用距离保护或光纤纵差保护。同时对存在系统振荡的多电源网络应当保证速断电流元件能可靠躲过

11、振荡电流。自动重合闸 n110kv电网的微机型线路保护均集成了自动重合闸。110kv电网的自动重合闸一般采用三相一次自动重合闸，用于在线路发生瞬时性故障后快速恢复供电，提高系统可靠性和稳定性。单电源的电网不需要考虑同步的问题，多电源则需要根据具体情况考虑采用何种同步方式，微机型自动重合闸一般通过整定控制字可提供不检同步，检无压，检同期三种方式。n重合闸应在线路正常工作情况下才能投入工作，即通常所说的重合闸在满足充电条件后经过设定的时间（一般15到20秒）投入工作。充电的条件一般是线路投入运行（TWJ0，HHJ=1），断路器工作正常(无各种机构闭锁信号)及无其它闭锁信号。当出现下列情况应闭锁重合

12、闸（重合闸放电）：线路退出运行（手跳或遥跳）,断路器机构闭锁（如压力低，弹簧未储能等），手动合闸于故障，低周保护动作等。自动重合闸的要求 n重合闸应满足以下要求：a.起动方式可由保护起动和/或断路器控制状态与位置不对应起动，位置不对应起动可通过整定控制字选择投退，它可解决断路器偷跳的问题； b手跳或遥跳断路器时，重合闸不应动作。手动合闸于故障后一般线路保护会有加速跳闸的逻辑，此时断路器跳开后应闭锁重合闸。c自动重合闸装置动作后，应能经整定的时间后自动复归； d. 自动重合闸装置应具有接收外来闭锁信号的功能。e.自动重合闸装置和保护的配合方式可分为前加速和后加速。前加速一般用于串供线路，仅在电源

13、侧装设重合闸，当在串供线路发生故障时均无选择性的由电源侧保护加速跳闸，重合一次，若故障仍存在则有选择性的切除故障。后加速应用广泛，第一次故障有选择性跳闸，若为永久性故障则可加速保护跳闸。 自动重合闸的同步方式 n单电源的线路采用不检同步的工作方式n并列运行的发电厂或电力系统之间，具有四条以上联系的线路或三条紧密联系的线路，可采用不检查同步的工作方式，因为此时即便线路三相跳开，线路两侧系统通过其它紧密的联络线可保持同步。n并列运行的发电厂或电力系统之间，具有两条联系的线路或三条联系不紧密的线路，可采用同步检定和无电压检定的三相重合闸方式； a.解列重合闸方式，即将一侧电源解列，另一侧装设线路无电

14、压检定的重合闸方式； b.当水电厂条件许可时，可采用自同步重合闸方式； c.为避免非同步重合及两侧电源均重合于故障线路上，可采用一侧无电压检定，另一侧采用同步检定的重合闸方式。 低周减载/低压减载 n低频减负荷或低压减负荷是保证系统稳定性的基本措施。低频减载的作用是在当系统由于扰动失去部分电源(如切除发电机，系统解列等)而引起频率降低时，将频率降低限制在短时允许范围内，并使频率在允许时间内恢复至长时间允许值。低压减载则是防止当由于系统扰动导致系统无功无足或不平衡，某些节点电压可能降至不允许的范围，甚至电压崩溃。这两种自动装置均属于系统的频率或电压异常的紧急控制措施。n中低压微机型线路保护大多集

15、成了低周减载或低压减载功能，并且能实现更灵活的控制功能，形成所谓的分布式控制。低周减载n低周减载的基本原理是通过检测系统电压的频率下降到整定的动作值时经延时切除本线路。实际构成时有相关的闭锁条件防止其它情况误切线路。一般有滑差闭锁、电压闭锁、无流闭锁等条件。n所谓滑差闭锁指装置检测电压频率下降的速度，当下降的速度df/dt超过整定值时闭锁低周保护以防止频率下降过快（非失去稳定导致）导致的误动；低压闭锁指系统电压下降到整定值时闭锁低周，以防止某些情况由于频率降低而误切，而这种频率降低在重合闸后可恢复；n无流闭锁指当检测到本线路的电流很小，认为线路不在运行状态，自动退出低周。低周动作后同时对自动重

16、合闸放电。低周减载n在进行变电站的低周减载方案设计时，通过对不同线路的频率值及动作时间的设定来分轮次切除负荷，一般先切除不重要的负荷，再切除重要的负荷。需注意的是在TV断线时由于不能检测系统频率会闭锁低周，有些装置当出现负序电压（认为短路）时亦会闭锁，作试验时应加三相对称电压，还有一些装置在频率异常如低于45HZ会退出低周，或低周投入时系统频率偏离正常系统频率均会退出低周。在进行低周的运行调试时应注意上述相关的闭锁条件。低压减载n低压减载的基本原理是检测系统电压降到整定动作值时延时动作。低压减载同样有许多闭锁条件。电压变化率闭锁，当电压变化率超过整定值（故障）时闭锁低压减载；TV断线闭锁；负序

17、电压闭锁；无流闭锁等。运行调试时需注意相关闭锁条件 附录PSL640线路保护nPSL 640 系列数字式线路保护装置是以电流电压保护及三相重合闸为基本配置的成套线路保护装置适用于66kV 及以下电压等级的配电线路n本保护装置基本配置为两个CPU 模件,其一为由32 位微处理器构成的保护及重合闸功能单元,该单元配置了大容量的RAM 和Flash Memory,具有极强的数据处理逻辑运算和信息存储能力另一CPU 由总线不出芯片的单片机构成通用的人机接口单元两个CPU 模件之间相互独立无依存关系各种保护功能及自动化功能均由软件实现保护的逻辑关系符合四统一设计原则保护配置方向元件低电压元件低电压元件在

18、三个线电压中的任意一个低于低电压定值时动作开放被闭锁保护元件利用此元件可以保证装置在电机反馈等非故障情况下不出现误动作过电流元件n装置实时计算并进行三段过流判别当任一相电流大于I 段电流定值1.2 倍时装置瞬动段出口跳闸的时间不大于40ms(包括继电器的固有动作时间) 为了躲开线路避雷器的放电时间本装置中I 段也设置了可以独立整定的延时时间n装置在执行三段过流判别时各段判别逻辑一致其动作条件如下1） IIdn Idn 为n 段电流定值I为相电流2 ）TTdn Tdn 为n 段延时定值3 ）相应于过流相的方向条件及低电压条件满足若需要零序过电流元件n零序过电流元件的实现方式基本与过流元件相同满足

19、以下条件时出口跳闸1） 3I0I0n I0n 为接地n 段定值2） TT0n T0n 为接地n 段延时定值3） 相应的方向条件满足若需要n对于此元件的瞬时段当零序电流3I0 大于1.2 倍的I 段定值时装置的出口跳闸时间不大于40ms(包括继电器的固有动作时间)反时限元件n反时限保护元件是动作时限与被保护线路中电流大小自然配合的保护元件通过平移动作曲线可以非常方便地实现全线的配合常见的反时限特性解析式大约分为三类即标准反时限非常反时限极端反时限本装置中反时限特性由整定值中反时限指数整定各反时限特性公式如下其中 tp 为时间系数范围是0.05 1Ip 为电流基准值I 为故障电流t 为跳闸时间三相

20、重合闸n充电条件断路器合位且无闭锁重合闸信号经15 秒后完成重合闸充电充电过程中重合闸软压板灯发闪光充电完成后发平光不再闪烁n启动方式完成重合闸充电后可以由保护启动和不对应启动两种方式启动重合闸保护启动重合闸为保护动作判别断路器位置和无电流后开放重合闸10s在不对应启动重合闸方式中仅利用TWJ 触点监视断路器位置考虑许多新设计的变电站尤其是综合自动化站可能没有手动操作把手本装置在设计中注意避免使用手动操作把手的触点手跳时利用装置信号跳闸模件上的手动跳闸继电器STJ 动合触点来实现重合闸的闭锁三相重合闸n重合闸方式通过控制字KG2.0 和KG2.1 可选择重合闸的方式不检方式检无压方式检同期方式

21、n闭锁条件装置设置的重合闸放电条件有或门条件1) 控制回路断线后重合闸延时10 秒自动放电2) 弹簧未储能端子高电位重合闸延时2 秒自动放电3) 闭锁重合闸端子高电位重合闸立即放电4) 手动跳闸或遥控跳闸重合闸立即放电5) 低周减载低压解列或过负荷跳闸动作重合闸立即放电低频减载n利用这一元件可以实现分散式的频率控制当系统频率低于整定频率时此元件就能自动判定是否切除负荷低频减载功能逻辑中设有一个滑差闭锁元件以区分故障情况电机反馈和真正的有功缺额。考虑低频减载功能只在稳态时作用取AB 相间电压进行计算且试验时仍需加三相平衡电压当此电压Uab 低于闭锁频率计算电压时低周减载元件将自动退出低周减载n综上所述低频减载元件的判据为1） 三相平衡电压且UabVBF2 )df/dtF/T3) fTDZ5 )本线路负荷电流0.5A低压减载n在控制字KG2.8 1 时投入且与低频减载功能共用同一个信号灯n低压减载的判据为1) 三相平衡电压电压降低至任一相电压UTDY5) 负荷电流0.5An测试此功能时要求加入的平衡电压应有一个从大到小的变化过程