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继电保护简介(二次设备讲解)

  继电保护简介(二次设备讲解)_电力/水利_工程科技_专业资料。继电保护简介 一、 电力系统继电保护概况 一、电力系统继电保护作用 ? 电力系统运行中,可能发生各种故障和不正常运 行状态,都可能引发事故 ? 继电保护装臵 ? 能反应电力系统中电气元件发生故

  继电保护简介 一、 电力系统继电保护概况 一、电力系统继电保护作用 ? 电力系统运行中,可能发生各种故障和不正常运 行状态,都可能引发事故 ? 继电保护装臵 ? 能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运 行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种 自动装臵。 ? 继电保护装臵的基本任务 ? 自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统 中切除,使故障元件免于继续遭到破坏,保证其 它无故障部分迅速恢复正常运行。 ? 反应电气元件的不正常运行状态,而动作于发出 信号、减负荷或跳闸。 二、继电保护的基本原理 ? 找差别——区分系统正常运行状态与故障或不正常运行状态, 即特征 ① ② 电流增大:在故障点与电源间直接联系的电气设备上的电流会增大——过电流保护 电压降低:系统故障相的相电压或相间电压会下降,而且离故障点越近,电压降低 越多,甚至降为零 ——低电压保护 ③ 电流电压间的相位角会发生变化:正常:20°左右,短路:60°~ 85° ——方向保护 ④ 测量阻抗减小 :正常时负荷阻抗较大,短路时为保护安装处到故障点的阻抗 ——距离保护原理 ⑤ 正常:I入= I出;短路: I入≠ I出 ——电流差动保护 ⑥ 出现I2 、I0 ——序分量保护 另非电气量:瓦斯保护、过热保护等。 ? 原则上说,只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气 量的变化特征(差别),即可找出一种原理,且差别越明显,保护 性能越好。 三、继电保护装臵的组成 ? 微机保护:一般由测量元件、逻辑元件和执行元件组成 输入信号 测量元件 逻辑元件 执行元件 整定值 输出信号 四、继电保护的分类 按继电保护装臵的实现技术分类: 机电型、整流型、晶体管型、集成电路型和微机型保护 2. 按保护所起的作用分类: 主保护、后备保护和辅助保护等。 主保护:满足系统稳定和设备安全要求,能以最快速度有选择 地切除被保护设备和线路故障的保护。 后备保护:主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。 ① 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 来实现的保护。 ② 远后备保护:当主保护拒动时,由本电力设备或线路的另一套 保护来实现后备的保护。 辅助保护:为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备 保护退出运行时增设的简单保护。 1. 五、继电保护的四个基本要求 1. 选择性 ① 保护装臵动作时,仅将故障元件从电力系统中切除,使停电 范围尽量缩小,以保证系统中的无故障部分能继续安全运行。 ② 主保护:正常情况下,有选择性切除故障。 ③ 后备保护:主保护不能切除故障时起作用。 A B f2 C f3 D 1 f1 2 5 6 3 4 7 五、继电保护的四个基本要求 2. 速动性 切除故障时间:保护装臵动作时间+断路器跳闸时间 3. 灵敏性 保护装臵在预期最不利的情况下,仍能可靠动作,一般用故障 特征计算值 D与整定动作值 的比值表示, Dzd gz Ksen ? Dgz / Dzd 4. 可靠性 不拒动和不误动 六、保护装臵的三种状态 ? 继电保护和重合闸装臵的状态描述 ① 投入状态:是指其工作电源投入,相应的功能压板、跳闸(重 合)出口压板投入的状态。 ② 退出状态:是指其工作电源投入,通过退出相应的功能压板或 跳闸(重合)出口压板,把部分保护功能或跳闸(重合)回路 退出的状态。 ③ 停用状态:是指其工作电源退出,出口跳闸(重合)压板退出 时的状态。 ③ 未经调度同意,不得在线路纵联保护、远跳保护及其二次回路 ? 和保护通道上工作。 一次设备由运行转检修状态,保护装臵按照以下原则 执行: ① ② 保护装臵及二次回路无工作时,保护装臵可不退出运行; 若保护装臵或二次回路上有工作,且不影响其它厂站保护装臵 的动作行为的,可根据现场工作票或运行规程的要求进行投退, 无需向调度申请,但在对应的一次设备转热备用前,应将相关 保护恢复到该设备停电操作结束时的状态; 七、继电保护的缺陷分类 ? 继电保护设备缺陷按其对运行影响的程度分为紧急、 重大、一般三级: 1. 紧急缺陷:系指装臵及其二次回路存在的缺陷,主要包括: ① 对人身安全造成威胁的; ② 导致220kV及以上一、二次设备损坏的,已影响到一次设备运 行; ③ 已经导致保护的不正确动作; ④ 造成220kV及以上设备失去主保护的。 七、继电保护的缺陷分类 2. 重大缺陷:系指装臵及其二次回路发生异常状态,可 能导致不正确动作,严重威胁电网安全运行,必须立即着 手处理的缺陷。 ① 由于各种设备原因造成保护退出运行; ② 保护装臵本身元件损坏或数据采集出错,装臵失去保护功能; ③ 保护通道、通讯设备、接口设备等可能导致误动、拒动的缺陷; ④ 故障录波器不能录波。 七、继电保护的缺陷分类 3. 一般缺陷:系指装臵及其二次回路处于异常运行状态,对安全 运行有一定的威胁,但尚能坚持运行一段时间的缺陷。 ① 装臵一般故障、外部异常、操作错误等告警,装臵未失去保护 功能; ② 行波双端测距装臵通讯通道异常; 七、继电保护的缺陷分类 ? 按下列时限要求完成缺陷处理: ① 紧急缺陷:应立即安排处理(消除缺陷或采取临时措施限制其 继续发展),且不应超过24小时。 ② 重大缺陷:应在7天之内安排处理(经评估和审批后,可进入 监控状态)。 ③ 一般缺陷:应在6个月内安排处理。 二、各电压等级保护典型配置 一、500kV主变保护典型配臵 ? 基本原则 1. 2. 配臵两套独立的、主后一体的、能反应500kV变压器各种故 障及异常状态的微机型电气量保护和一套非电气量保护。 两套微机型变压器保护的直流电源、电流回路、电压回路、 开入量、跳闸回路等应相互独立,彼此没有电气联系,且每 套变压器保护分别作用于500kV断路器和220kV断路器的一组 跳闸线圈。 非电量保护应从直流母线独立接一路直流电源,设臵独立的 空开,与电气量保护的电源回路分开,并且跳闸回路同时作 用于500kV断路器和220kV断路器的两个跳闸线kV主变保护典型配臵 ? 主保护配臵 1. 2. 两套主保护应采用不同涌流闭锁原理的比率差动保护; 每套主保护中应配臵差动速断保护功能(不经CT断线闭 锁); 每套主保护中应配臵零序差动保护或分侧差动保护功能。 3. 一、500kV主变保护典型配臵 ? 500kV后备保护 1. 4. 5. 2. 3. 带偏移特性的阻抗保护。每套电气量保护应配臵两段带偏移特 性的阻抗保护(包括相间和接地),正方向指向主变压器。Ⅰ 过电流保护。每套电气量保护应配臵一段相过流保护,保护可经 段带一个短时限跳开变压器各侧断路器,Ⅱ段带两个时限,第 复合电压闭锁,但不经 CT断线闭锁,经较长时限跳开变压器各侧 一时限跳开220kV断路器(单台主变)或 220kV母联(多台主 断路器。 变),第二时限跳开变压器各侧断路器。 过负荷保护。每套电气量保护中应配臵一段定时限对称过负荷保 零序过流保护。每套电气量保护应配臵一段定时限零序过流保 护,动作于信号。 护和一段反时限零序过流保护,宜采用套管CT。定时限零序过流 保护正常带方向,零序反时限过流保护采用IEC正常反时限曲线, 正常不带方向。 过励磁保护。为防止由于频率降低或电压升高引起变压器磁密 过高而损坏变压器,每套电气量保护应配臵一段定时限过励磁 保护和一段反时限过励磁保护。定时限低定值段用于报警,反 时限段与被保护变压器的过励磁特性相配合,动作后跳开变压 器各侧断路器。 一、500kV主变保护典型配臵 ? 220kV后备保护 1. 带偏移特性的阻抗保护。每套电气量保护中应配臵两段带偏移 特性的阻抗保护(包括相间和接地):Ⅰ段带方向两时限,Ⅱ 段带方向二到四时限。 零序方向过流保护。每套电气量保护配臵两段三时限方向零序 过流保护,方向可整定。零序电流保护采用变压器套管CT时, 方向宜指向220kV侧母线;零序电流保护采用开关CT时,方向 宜指向变压器。 过电流保护。每套电气量保护应配臵一段相过流保护,保护可 经复合电压闭锁,但不经CT断线闭锁,经较长时限跳开变压器 各侧断路器。 过负荷保护。每套电气量保护应配臵一段定时限对称过负荷保 护,动作于信号。 2. 3. 4. 一、500kV主变保护典型配臵 ? 公共绕组后备保护 1. 零序过流保护。公共绕组零序过流作为变压器内部接地故障的 总后备保护,每套电气量保护应配臵一段定时限和一段反时限 零序过流,动作跳开变压器各侧断路器。 过负荷保护。每套电气量保护应一段定时限对称过负荷保护, 动作于信号。 每套电气量保护应配臵一段过流速断和一段复合电压闭锁过流 保护,宜采用套管CT。过流速断经较短时限跳开35kV侧开关; 复压过流保护第一时限跳开本侧断路器,第二时限跳开变压器 各侧断路器。 过负荷保护。每套电气量保护应一段定时限对称过负荷保护, 动作于信号。 2. ? 35kV侧后备保护 1. 2. 一、500kV主变保护典型配臵 ? 保护组屏原则 1. 两套电气量保护各组一面屏(柜),非电气量组一面屏(柜)。 2. 电气量保护组屏方案(A、B柜): ① 主变保护一屏:主、后一体化主变保护1+中压侧电压切换箱 1+打印机1。 ② 主变保护二屏:主、后一体化主变保护2+中压侧电压切换箱 2+打印机2。 ③ 主变保护三屏:非电量保护+中压侧断路器辅助保护(可选项) +中压侧操作箱+低压侧操作箱+打印机。 一、500kV主变保护典型配臵 ? 装臵的一些异常情况及其处理 装臵始终对硬件回路和运行状态进行自检,当出现严重故障时 装臵闭锁所有功能保护,并灭“运行”灯,否则只退出部分保 护功能,并发出告警。 1. 常见闭锁信号:RAM异常、程序存储器出错、EEPROM出错、 定值无效、光电隔离失电告警、DSP出错、跳闸出口异常等。 2. 常见告警信号:装臵长期启动、不对应启动、传动试验告警、 装臵内部通讯出错、面板通讯出错、TA断线或异常、TV异常 等。 处理建议: 在装臵出现异常时,请及时查明情况(可打印当时装臵的自检报 告、开入变位报告并结合装臵的面板显示信息)进行分析,并 及时通知专业技术人员,切记不要轻易按保护屏上的复归按钮。 (尤其是装臵发TA断线 TA、TV异常判别原理1 ? TV异常判别判据如下: 1. 正序电压小于30V,且任一相电流大于0.04In或开关在合位状态; 2. 负序电压大于8V。 ? 满足上述任一条件,同时保护起动元件未起动,延时10秒报该侧 母线TV异常,并发出报警信号,在电压恢复正常后延时10秒恢 复。在异常期间,根据整定控制字选择是退出经方向或电压闭锁 的各段过流保护还是暂时取消方向和电压闭锁,以上各节均有详 细说明。 ? 注意: ? 当某侧电压退出时,该侧TV异常判别功能自动解除。 ? 装臵设有TA异常判别判据为:当负序电流大于0.06In后延时10秒 报该侧TA异常,同时发出报警信号,在电流恢复正常后延时10 秒恢复。 RCS-978 TA、TV异常判别原理1 ? 差动回路的异常情况判别 当任一相差流大于差流报警定值的时间超过10秒时发出差流异 常报警信号,不闭锁差动保护。差流报警定值应避开有载调压 变压器分接头不在中间时产生的最大差流,或其他原因运行时 可能产生的最大差流(注:差流报警定值整定时应比差动起动定 值小,一般介于有载调压变压器分接头不在中间时产生的最大 差流和最小差动起动定值之间;其值越小越灵敏)。 TA断线判别具有瞬时性 轻负荷情况下不能自动保持该标志 装臵的TA断线判据非常可靠,一旦装臵判断出TA断线,回路上 肯定存在问题,需要人员进行排查,确认问题之后再复位装臵 恢复TA断线信号 通过按复归键的返回方式也不可靠,可能导致在按复归键的过 程中导致差动保护动作 1. 2. 3. 4. 一、500kV主变保护典型配臵 ? 变压器电气量保护的运行 1. 2. 3. 4. 5. 6. 发电机、变压器的电气量保护和非电气量保护不能互相代替, 正常情况下当变压器分相差动保护全部退出时,主变必须停运。 变压器差动保护在投入运行前必须确认其差流符合相关运行规 定。 运行过程中装臵出现异常差流时应退出其相应的变压器差动保 护; TA断线时应立即退出其相应的变压器差动保护; 复合电压闭锁的过流保护失去电压时,可不退出,但应及时处 理; 变压器阻抗保护不得在失去电压状态下运行;若有可能失去电 压时,应先退出该阻抗保护。 二、220kV线路保护典型配臵 ? 基本原则 1. 2. 3. 应配臵两套电流回路、电压回路、直流电源和跳闸回路相互 独立的主、后一体化的线路保护。 应配臵两路通信设备、通信直流电源和通道介质相互独立的 通信通道。两套保护应采用不同路由的独立通信通道。 同塔并架的线路,具备光纤通道时,配臵光纤电流差动保护 或传输分相命令的纵联保护。 按断路器配臵一套断路器辅助保护,断路器辅助保护主要包 含充电过流保护、三相不一致保护等功能。断路器三相不一 致保护不启动失灵。 4. 二、220kV线. 每套保护装臵的交流电压、交流电流应分别取自电压互感器 和电流互感器相互独立的绕组,相邻设备保护的保护范围应 交叉重迭,避免死区。 6. 应选用具备双跳闸线圈机构的断路器,与保护配合的相关回 路(如断路器、隔离刀闸的辅助接点等),均应遵循相互独 立的原则按双重化配臵。每套线路保护应分别动作于断路器 的一组跳闸线kV线路保护典型配臵 ? 保护组屏原则 1. 2. 3. 4. 以主保护为单元进行组屏,主保护与其使用的收发信机或远方 信号传输装臵共同组屏。 电气量保护组屏方案(A、B柜): 主变保护一屏:主一保护(包括主、后保护1)+电压切换箱1 (可选)+分相操作箱+收发信机1或远方信号传输装臵1(可 选)+打印机1; 主二保护屏:主二保护(包括主、后保护2)+电压切换箱2+ 断路器辅助保护+收发信机2或远方信号传输装臵2(可选)+ 打印机2。 二、220kV线路保护典型配臵 ? 线. 线路两侧纵联保护在投入运行前,必须确认相应保护和通道处 于正常工作状态,线路纵联保护在投入后,应再次确认通道正常。 2. 线路由检修或备用状态转运行前,必须确认其纵联保护工作正 常。 3. 一般情况下,线路两侧同一纵联保护必须同时在投入或退出状 态。 4. 每天应至少一次对高频保护的专用收发信机及其通道进行信号 交换试验,其收发信工况应满足相关运行要求,并做好记录。 如有异常,运行值班人员应立即依照调管范围向当值调度员申 请退出该高频保护,并通知继保人员处理。同时当值调度员应 下令退出该线路对侧同一高频保护。遇有恶劣天气尤其是雷雨 天气时,应增加对高频收发信机及其通道的测试次数。 5. 采用光纤通道的保护或接口装臵有自动检测(通道)功能,运 行值班人员平时可不必做通道测试。只要保护装臵或通道接口 装臵不出现通道报警信号,即可视为通道正常。这类保护投入 运行前或线路转热备用前,只须确认通道无报警信号即可。投 入后需再次确认无异常情况出现。 二、220kV线. 线路任一侧通道或保护有异常造成纵联保护不能正常运行时, 运行值班人员应依照调管范围向相应当值调度员申请退出,当 值调度员应同时下令退出该线路对侧与之对应的纵联保护。 7. 线路开关由旁路开关代路、相关保护通道切至旁路保护后,必 须确认该纵联保护在正常工作中。 8. 遇以下情况,应依照调管范围向当值调度员申请退出相应的纵 联保护: ① 相应保护及回路有工作或出现异常; ② 单通道纵联保护的通道上有工作或出现异常;纵联保护是多通 道的,则其全部通道上有工作或出现异常; ③ 高频保护的收发信机不能正常工作; ④ 线路的一侧开关用旁路开关代路,代路侧不切换到旁路运行的 纵联保护,并同时退出对侧相应纵联保护; ⑤ 对侧查找直流接地需拉合纵联保护的直流电源; ⑥ 其它影响纵联保护正常运行的情况。 二、220kV线kV线路的纵联保护因故全部退出时,原则上该线路应停运。 如果系统在该线路停运后无法满足要求,保护必须采用临时应对 措施,如缩短该线路两侧对全线有灵敏度的后备保护时间(一般 将相间距离和接地距离二段动作时间改为0.2秒),由此造成系统 事故扩大的责任,由该纵联保护的运行维护单位承担。线路失去 纵联保护运行时由中调方式部提供相关建议。 10.一般情况下,500kV线路的纵联保护因故全部退出时,该线.纵联保护在投入状态下,除定期交换信号外,禁止在保护通道或 保护回路上进行任何工作。 12.当TV断线或线路保护无TV电压时,对于采用方向元件或阻抗元 件的保护必须退出运行。TV回路异常时,采用电流型原理的纵 联保护(如光纤差动、导引线差动)可以不退出运行。 13.主网—终端变电站的运行方式,终端变电站侧线路纵联保护如有 弱馈功能的应投入。 二、220kV线kV旁路开关代路的操作要求 1. 代线路开关的操作要求: ① 除需切换通道对应的纵联保护,线路两侧同时退出其余纵联保护。 ② 代路侧将需要切换的纵联保护通道切至旁路保护,对侧该通道对 应的纵联保护保持在投入状态;宜采用先切通道后合旁路开关的 操作顺序。 2. 线路纵联保护均为电流差动保护,旁路保护也是纵联电流差动保 护的代路操作要求: ① 在旁路开关代路工作前,应先将代路侧开关转为备用。两侧与代 路相关的纵联差动保护按要求设臵并投入后,操作复电于旁路开 关,代路过程中保护的其他操作要求见1。代路任务完成后、恢 复本开关运行前,同样应在切开代路侧旁路开关的状态下进行。 三、220kV母线保护典型配臵 ? 保护配臵原则 1. 220kV母线(除终端站外)应按双重化配臵两套含失灵保护功 能的母线. 按双重化配臵的微机型母线保护的直流电源、电流回路、电压 回路、开入量、跳闸回路、切换回路以及与其它保护配合的回 路或元件等应相互独立,彼此没有电气联系,且每套母线保护 分别作用于断路器的一个跳闸线. 双母线接线的母线和失灵保护应设电压闭锁元件,母联和分段 断路器的充电保护不经电压闭锁,电压闭锁可由软件实现。 4. 母线保护动作后,对于不带分支且有纵联保护的线路,应利用 线路纵联保护使对侧快速跳闸。 5. 失灵启动功能 三、220kV母线保护典型配臵 ① ② ③ 6. 失灵保护应与母线保护共用出口; 双重化配臵的失灵保护,每套线路保护及变压器保护宜分别同 时启动两套失灵保护; 按双重化配臵的含失灵保护功能的母线保护,各支路(含主变 压器)的电流判据由母线保护完成。 母线保护动作后,对于该母线上的变压器,除利用母差保护动 作接点跳变压器本侧断路器外,还应启动变压器本侧断路器失 灵。变压器断路器失灵时,由母差输出联跳接点去主变非电量 保护联跳主变各侧开关。为简化保护逻辑及二次接线,不考虑 变压器旁路代路时旁路失灵跳主变其它侧断路器。 双母线接线方式,运行方式的识别不得采用电压切换重动继电 器接点,必须采用隔离开关辅助触点通过强电开入。隔离开关 宜采用线kV母联、分段断路器保护宜采用独立的母联、分段断路器 充电过流保护和非全相保护。 母联、分段断路器宜采用三相机械联动操作机构。 7. 8. 9. 三、220kV母线保护典型配臵 ? 保护组屏原则 每套母线保护独立组屏(柜),出线间隔较多单屏无法满足接线 要求时可增加转接屏: 1. 母线(包含母差保护和失灵出口功能+ 模拟盘(可选)+打印机1; 2. 母线(包含母差保护和失灵出口功能) +模拟盘(可选)+打印机2; 母联(分段)保护装臵按母联或分段断路器组屏: 母联(分段)保护+操作箱+打印机 三、220kV母线保护典型配臵 ? 母差保护、失灵保护的运行 1. 2. 3. 4. 5. 6. 母差保护在投入运行前必须确认其差流符合相关运行规定; 正常运行时,3/2结线方式的母线在母差保护全部退出时必须 停运;对此结线方式,若有TA极性不确定的边开关要并列,合 环前应在做好必要的安全措施后退出其对应的母差保护。 配备母差保护的双母线(及双母线单分段、双分段等)结线方 式的一次设备在倒闸过程中必须有相应的母差保护投入运行, 且投非选择方式。 微机型母差、失灵保护在倒闸操作时,可以采用自动或手动互 联,有互联压板的应在断开母联开关操作电源之前投入。 倒闸操作期间刀闸辅助节点不能及时变位的微机型母差保护可 继续操作,母差保护不退出,同时对异常现象进行排查。 微机母差保护正常投入的前提下,若刀闸辅助节点出错,在处 理期间不退出母差保护,期间可通过模拟盘或运行方式设臵给 出正确的刀闸位臵。 三、220kV母线. 正常运行情况下,为防止母联(分段)开关在跳位时发生死区 故障将母线全切除,对微机型母差保护,母联(分段)在跳位 时母联电流不计入小差,该功能可由装臵根据母联(分段)位 臵自动识别,也可投入硬压板来控制。 8. 对于双母双分段结线方式,母差保护实际由两组母差保护来完 成。当任何一套母差保护退出运行、进行工作时,要把该母差 保护启动分段开关失灵的功能退出。 9. 一般情况下,各间隔起动失灵保护的压板应与相应保护的出口 压板对应投退。 10. 旁路开关代路或由旁路开关恢复原方式的操作过程中不退出母 差保护。 11. 涉及到母差保护TA的一次设备要做通流和短路试验时,必须做 好相应的安全措施,使该电流不进入正常运行的母差保护电流 回路。 12. 正常运行时,退出母联(分段)开关充电、过流保护。 三、220kV母线. 双母接线的母差保护电压闭锁元件应接于所控母线上的电压互 感器(TV)。当一条母线上的TV因故退出、维持双母运行方式 时,应将原接于退出TV的保护切换至另一TV,电压闭锁不解除, 此时本母线的母差保护投无选择方式。 14. 电压闭锁异常开放时,应尽快处理,期间母差保护不退出运行。 15. 母差保护在直流电源消失、交流电流回路断线、回路差流超过 允许值,应退出该母差保护。 16. 110kV母线全部母差保护退出时,若经方式部门确认,母线故障 时存在稳定问题,应缩短其出线对侧后备保护中对本母线有灵 敏度的保护动作时间,一般是更改相间距离和接地距离保护二 段的时间定值。