繼電器在電力系統(tǒng)中應用的設計--畢業(yè)論文

1、繼電器在電力系統(tǒng)中應用的設計摘要 在國家加大基礎設施建設力度的大背景之下，對作為基礎能源部門的電力部門，建設力度也得到不斷加強。隨著國民經濟的不斷發(fā)展，對電力的需求越來越大，電力供應開始出現(xiàn)緊張，在很多地方出現(xiàn)了供電危機，使其不得不采取限電、停電等措施，以緩解電力供應的緊張局面。因而，加強電力系統(tǒng)的安全保護及其應用與發(fā)展至關重要，繼電器對電力系統(tǒng)的保護有著重大意義。因此，加大變配電站（所）電氣保護系統(tǒng)研發(fā)力度，提高其安全保護能力，可以最大限度地減少停電故障發(fā)生時間，提高變配電站（所）的平均無故障運行時間，提高變配電站（所）供電可靠性。隨著輸變電技術的日臻完善，電力系統(tǒng)變得更加巨大和龐雜，對變配

2、電站（所）的運行保障能力要求也越來越高，各類用戶對電力供應的可靠性要求也越來越高。變配電站（所）安全保護系統(tǒng)必須能夠實現(xiàn)當變配電站（所）運行過程中發(fā)生三相短路、兩相短路、單相接地等故障，以及出現(xiàn)過負荷、過電壓、低電壓、低周波、瓦斯、超溫、控制與測量回路斷線等不正常現(xiàn)象時，能夠快速反應 ，實現(xiàn)選擇性發(fā)出跳閘命令將故障切除或發(fā)出報警，從而減少故障造成的停電范圍，減輕對電氣設備造成的破壞，確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行。關鍵詞：繼電器、主保護、母線保護、繼電保護、輸電線路保護、距離保護design and application of relay in electric power systemabst

3、ractunder the background of national infrastructure construction, as of the power sector based energy sector, construction has been strengthened. with the continuous development of the national economy, growing demand for electricity, power supply began to appear nervous, in many places appeared the

4、 power supply crisis, to take power brownouts, power outages and other measures to alleviate the tense situation on the power supply. therefore, to strengthen the safety and its application and development is essential to the protection of power system, is of great significance to the electrical pow

5、er system relay protection. therefore, increase the transformer substation and power distribution station) electrical protection system research and development efforts, improve the safety protection ability, can maximally reduce outage time, improve the power transformer and distribution station of

6、 (the) average failure free operation time, improve the power transformer and distribution station of (the) power supply reliability.with the gradual improvement of the technological transformation, power system become larger and more complex, of substation and power distribution station operation s

7、upport capability requirements are also getting higher and higher, all types of users of electricity supply reliability requirements are also getting higher and higher. substation and power distribution station safety protection system must be able to achieve when substation and power distribution s

8、tation operation occurred during three phase short circuit, phase to phase short circuit, single-phase grounding fault, as well as the emergence of a load, over voltage, low voltage, low frequency, gas, ultra temperature, controlling and measuring circuit disconnection etc. is not a normal phenomeno

9、n, can rapid response to achieve selective issue a trip command will be removing the fault or alarm, so as to reduce the fault caused by the power cut scope, and reduce the damage caused to the electrical equipment to ensure the security and stability of power system operation.keywords: relay, main

10、protection, busbar protection, relay protection, transmission line protection, distance protectionii目錄1緒論12變電站綜合自動化系統(tǒng)的展望22.1對于電力系統(tǒng)自動化保護裝置的研究及現(xiàn)狀22.2電力系統(tǒng)保護裝置的技術分析及研究3 2.2.1智能化繼電器的發(fā)展3 2.2.2智能化自動化重合器的研究32.3 自動化控制電力保護裝置的研究42.4 變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢43主保護53.1 變電站主要電氣設備53.2 變壓器主保護53.3 主變保護63.4 220kv電壓等級的變壓器保護配置要求

11、63.5 220kv變電站主要保護雙重化保護技術配置原則64電力系統(tǒng)繼電保護84.1 電力系統(tǒng)繼電保護的概述84.2 瓦斯保護84.3 變壓器縱聯(lián)差動保護104.4 零序過電流保護134.5 過負荷保護145輸電線路保護155.1 輸電線路保護的配置原則165.2 對成套線路保護裝置的功能要求165.3 輸電線路保護對電流、電壓方向的規(guī)定166縱聯(lián)方向（距離）保護176.1 縱聯(lián)方向（距離）保護的概述176.2 縱聯(lián)方向（距離）保護的故障判別原理176.3 縱聯(lián)方向（距離）保護的方向繼電器187母線保護197.1 母線保護的功能配置要求197.2 母線保護的基本要求197.3 母線保護必須解決

12、的兩個共性問題207.4 3/2斷路器接線方式的母線保護207.5 雙母線接線方式的母線保護208電網電流保護 228.1 限時電流速斷保護228.2 定時限過電流保護228.3 電流保護的接線方式22總結與展望24致謝25參考文獻26 iv1緒論 隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的日益擴大，對保證電網安全、經濟運行和電能質量的要求在不斷提高，繼電保護和安全自動裝置作為電力系統(tǒng)的衛(wèi)士，成為電力系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分。電力系統(tǒng)在正常運行的過程中，可能發(fā)生各種故障和不正常運行狀態(tài)。發(fā)生故障的原 因主要有：雷電、鳥獸跨越電器設備、電氣設備維修當或操作錯誤、電氣設備絕緣強度下降等。最危險的故障時發(fā)生各種形式的短

13、路，發(fā)生短路時可能產生以下的后果：（1） 通過故障點的很大的短路電流和所燃起的電弧，會損壞故障元件；（2） 短路電流通過非故障元件，由于發(fā)熱和電動力的作用，引起它們的損壞或縮短它們的 使用壽命；（3） 電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓大大降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響工廠產品量；（4） 破壞電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)震蕩，甚至使整個系統(tǒng)瓦解。電力系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞，但沒有發(fā)生故障，這種情況屬于不正常運行狀態(tài)。例如，過負荷就是一種最常見的不正常運行狀態(tài)。由于過負荷，元件載流部分和絕緣材料的溫度不斷升高，加速絕緣材料的老化和損壞，進一步可能發(fā)展成故障。系統(tǒng)中出現(xiàn)功率缺額而引起的頻率

14、降低，發(fā)電機突然甩負荷而產生的過電壓、電力系統(tǒng)震蕩等，都屬于不正常運行狀態(tài)。故障和不正常運行狀態(tài)，都可能在電力系統(tǒng)中引起事故。事故，就是指系統(tǒng)或其中一部分的正常工作遭到破壞，并造成對用戶少送電或電能質量變壞到不能容許的地步，甚至造成人身傷亡和電氣設備的損壞。為了提高供電可靠性，防止造成上述嚴重后果，一是對電氣設備進行正確的設計、制造、安裝、維護和檢修，力求減少發(fā)生故障的可能性；二是對異常運行狀態(tài)必須及時發(fā)現(xiàn)，并采取措施予以消除；三是一旦發(fā)生故障，必須迅速并有選擇性地切除故障元件。 繼電保護裝置是指能反映電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生的故障或不正常遠行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動化裝置。

15、它的基本任務是： （1）自動、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，是故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其他無故障部分迅速恢復正常運行。 （2）反應電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護的條件，而動作于發(fā)生信號、減負荷或跳閘。一般情況下不要保護迅速動作，而是根據(jù)電力系統(tǒng)及其元件的危害程度經一定的延時動作于信號。2變電站綜合自動化系統(tǒng)的展望 變電站綜合自動化系統(tǒng)是一門綜合多專業(yè)、多學科的綜合技術,它給我們帶來了技術應用上質的飛躍,給電力系統(tǒng)的高質量運行提供了便宜和技術保證。伴隨著電網規(guī)模日新月異的發(fā)展,自動化設備性能的完善和提高,變電站綜合自動化必然會是變電站今后發(fā)展、應用的主要模式。經過多年

16、的實際應用,微機保護原理和算法目前也日趨成熟。但是電力系統(tǒng)是個復雜的非線性系統(tǒng),目前的算法仍然沒有很好的同時解決電力系統(tǒng)繼電保護所要求的快速性、安全性、可靠性。目前對微機保護算法的研究仍需繼續(xù)深入。變電站的綜自設計還缺乏相關的規(guī)程規(guī)范,變電站自動化應用受生產廠家影響巨大。如何配置系統(tǒng)功能,使它將現(xiàn)場監(jiān)控、遠方監(jiān)控、保護、自動化以及一次設備有機地配合到一起,向計算機化、網絡化、智能化,保護、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化的方向發(fā)展,最大限度地發(fā)揮它資源共享、信息共享、數(shù)字通信的優(yōu)勢,同時,讓綜合自動化這種新技術更好地適應目前的電力系統(tǒng)管理模式,執(zhí)行各項反事故措施要求,值得我們充分的探討和研究。 無論

17、是在電能的運輸、使用、分配等各個環(huán)節(jié)中，均可能發(fā)生電力系統(tǒng)故障，進而影響電能的使用質量。為了能夠改變這種現(xiàn)狀，電力保護裝置得到了快速的發(fā)展，古老的電力保護系統(tǒng)包括普通的繼電保護系統(tǒng)、刀閘系統(tǒng)、空氣開關等等，其中對于繼電保護的研究起步較晚，在二十世紀五六十年代，仍舊需要采用進口的電力保護裝置。但是隨著我國信息技術以及電力控制技術的不斷發(fā)展，對于電力系統(tǒng)的保護技術也基本實現(xiàn)了自動化、智能化，特別是針對于繼電保護方面來說，自動化、智能化繼電保護裝置已經在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。2.1 對于電力系統(tǒng)自動保護裝置的研究現(xiàn)狀 目前，我國對于電力系統(tǒng)的保護技術研究已經有了一定的起色，特別是計算機技術、網

18、絡控制技術的應用，對于電力保護方面已經提高了一定的效率。電力系統(tǒng)的繼電保護裝置的研究時電力系統(tǒng)保護裝置研究中的核心部分。不同點在于保護裝置也包括電力系統(tǒng)運行監(jiān)控平臺的建立，遠程電力系統(tǒng)的控制以及監(jiān)控等等，其對于保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要的意義。我國現(xiàn)有的電力系統(tǒng)自動保護裝置，包括自動整合限流器，自動重合開關、自動限壓器等等，這些裝置中已經包含了較為先進的電力控制以及監(jiān)測技術，并且能夠在電力系統(tǒng)暫態(tài)的情況下迅速的確定電力系統(tǒng)的故障類別進而有利于對相關的電力故障進行排除。 如今，電力系統(tǒng)自動保護裝置的發(fā)展已經趨向于網絡化、智能化，且計算機通信技術的應用，也實現(xiàn)了對電力系統(tǒng)的實時監(jiān)控以及保護，電力系

19、統(tǒng)的整個保護裝置其實就像一臺多功能、復雜的科研計算機，并可以看成整個電力系統(tǒng)計算機網絡上的一個智能終端。電力系統(tǒng)的繼保護裝置不但可從網上獲取電力系統(tǒng)運行和故障的各種停息和數(shù)據(jù)，還可以將它所獲得的被保護元件的任何數(shù)據(jù)以及信息傳送給網絡控制終端，所以，現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)自動保護裝置能夠將控制、保護、數(shù)據(jù)通信、測量集中于一體。一般來說，對于電力系統(tǒng)自動保護裝置的研究不僅限于保護電能使用、運輸電能等環(huán)節(jié)，對于電能分配的優(yōu)化模式、故障檢測、排除裝置都需要進行較為細致的研究。2.2 電力系統(tǒng)保護裝置的技術分析及研究2.2.1 智能化繼電器的發(fā)展 繼電保護系統(tǒng)對于維護電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要的價值意義，當電力

20、系統(tǒng)運作出現(xiàn)一定的問題以后，可通過自動繼電保護系統(tǒng)對故障點進行相關的安全控制，也可以向電力監(jiān)控警報系統(tǒng)發(fā)送故障信息，從而能夠維持電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。對于電力系統(tǒng)中故障研究的不斷深入，促使繼電保護技術得到了較大的發(fā)展，目前只能繼電保保護其的保護內容已經不僅限于過電壓、過電流、欠電壓、短路等影響電能使用的保護，其中也包括電力系統(tǒng)的電磁干擾進行維護，其綜合功能已經趨于完善，其中包括電能測量技術、plc控制等等較為先進的自動化技術。繼電保護技術中與其他學科的滲透性較為明顯，為了控制電力系統(tǒng)中電流的大小，特別的研究出了自動限流器，當限流超過測量儀器所規(guī)定的限制以后，自動限流器會將警報信息發(fā)送至電力系統(tǒng)

21、監(jiān)控中心，而后根據(jù)監(jiān)控中心的反饋信息對電力系統(tǒng)進行相關的安全控制。事實上，自動繼電保護的應用范圍比較廣泛，但是由于其應用場合不同，其中所采用的技術手段也具有一定的差異，如限壓器、限流器、距離感應繼電器、數(shù)字量度繼電器等等，其保護技術不斷朝著集中化以及智能化的方向發(fā)展，不僅能夠對電能生產、分配進行相關的維護，也能夠在電力運輸以及用戶使用的過程中起到一定的價值作用。下面所要介紹的自動重合器就是保護電路線路的一種自動保護裝置，但是在電能運輸過程中也需要對雷擊進行防護，此時可以采用自動感應的裝置或做好線路的接地防護工作。2.2.2 智能化自動重合器的研究 智能化自動重合器一般適用于運輸線路的保護，其原

22、因在于運輸線路中的故障均具有瞬時性的特點，多是受到外界電流電壓的干擾后，才會迫使電路斷開。智能化自動重合器主要作用就是在線路故障已經排除的基礎上，將因故障而開啟的斷路器進行重新連接，減少暫態(tài)的的時間，繼而減少電路運輸過程中無價值停電的現(xiàn)象。自動重合器僅適用于架空線路中的“瞬時”故障，即架空線路受到外界干擾且在電源切斷后的短時間內能夠自我恢復，如果遇到架空線路遇到永久性故障，則自動重合器就無法將電能繼續(xù)投入使用。另外，如果自動重合器不能夠智能的判斷瞬時性故障以及永久性故障的類別，則就可能導致自動重合器重復動作，或者會影響到斷路器的性能，致使事故的擴大化。為了能夠提高自動重合器的成功率，有時會將自

23、動重合器與其他電能檢測軟件進行配合使用，如在自動重合器的 plc 控制系統(tǒng)中加入計算機模擬分析軟件以及在線故障檢測的功能。當確定架空線路的類別后方可啟動自動重合器，當然這需要延長自動重合器的響應時間，為了提高處理架空線路故障類別判斷的準確性，當自動重合器將電能投入使用以后，智能監(jiān)測控制系統(tǒng)應該對電能的二次回路以及單相線路進行智能的檢測，以確保架空線路電能供應的穩(wěn)定性。2.3 自動化控制電力保護裝置的研究 目前，多數(shù)自動電力系統(tǒng)保護裝置的制作廠家已經提出了過程層網絡配接的方式，并探討了直采直跳原則下的智能變電站繼電保護網絡配接方案；分析了保護裝置網跳方式的可靠性及速動性；基于實際開發(fā)的集成保護試

24、驗平臺測試了過程總線多間隔信息共享的通信特性；并從配電變電站繼電保護對數(shù)據(jù)共享需求的角度出發(fā)，評估“面向間隔”、“面向位置”設置過程總線傳輸采樣值和通用面向對象變電站事件報文時的通信特性。同時，針對電力智能保護裝置的研究也涉及到了智能故障跟蹤以及電力系統(tǒng)自愈技術的研究，如 scada，wams，配電生產管理地理信息系統(tǒng)(tgis) 以及輸電生產管理地理信息系統(tǒng)(dgis) 等實現(xiàn)了電網在線監(jiān)測技術；廣域全景分布式一體化的電網調度技術；電網模擬分析決策平臺的建立?？焖俟收隙ㄎ弧⒏綦x和系統(tǒng)回復技術等。2.4 變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 變電站自動化技術伴隨著現(xiàn)代科學技術發(fā)展,尤其是網絡技術、計

25、算機軟、硬件技術及超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展而不斷進步,自動化系統(tǒng)以按對象設計的全分層分布式為潮流,朝著二次設備功能集成化,一次設備智能數(shù)字化方向發(fā)展同時經濟性和可靠性也是變電站自動化技術發(fā)展所要考慮的實際問題。eic61850標準的實施應用,電能質量監(jiān)測管理,一次設備的在線監(jiān)測,以及網絡安全技術,變電站綜合自動化將更多地融入當今流行的各種新觀念、新技術,其發(fā)展結果也使整個系統(tǒng)更加安全、高效、經濟和可靠?？偟陌l(fā)展趨勢可從以下幾個不同角度來描述:1) 系統(tǒng)總體結構向開放和全分散型發(fā)展。2) 子站模塊設計向綜合化、多功能發(fā)展。3) 通信媒介將更多地引入光纖。4) 從專用設備到總體控制平臺,站內綜合

26、管理向全開放式。5) 從傳統(tǒng)控制方法向綜合智能方向發(fā)展。6）從單純的屏幕數(shù)據(jù)監(jiān)視到多媒體監(jiān)視。 3主保護3.1 變電站主要電氣設備變電站的主要電氣設備有一次設備、測量設備和二次設備。一次設備主要有母線、變壓器、斷路器、隔離開關、高壓電抗器、電容器組等；測量設備主要有電流互感器、電壓互感器等；二次設備主要有繼電保護裝置、安全自動裝置、控制裝置、綜合自動化系統(tǒng)等。一次設備是電力系統(tǒng)交流電路系統(tǒng)的連接部件（如母線、斷路器、隔離開關等），電壓變換部件（如變壓器）和系統(tǒng)參數(shù)調整部件（如高壓電抗器、電容器組等），二次設備是對一次設備和電網進行監(jiān)控、故障測量、保護和控制的設備，測量設備則是連接一、二次設備的

27、橋梁，它將一次設備的大電流、高電壓按一定的比例轉換成小電流、低電壓信號供二次設備測量。常見的變電站母線接線方式母線是變壓器的一次設備，變電站匯集和分配電能的任務都是有母線來承擔的，它的接線方式與整個電網的結構息息相關，常見的母線接線方式主要有單母線接線、單母分段接線、雙母接線、雙母分段接線、雙母帶旁母接線和3/2斷路器接線等。單母接線方式一般用在低電壓變電站里，他投資小、結構簡單、運行維護方便但運行可靠性不高，母線故障時所有進出線都要被斷開，母線檢修時所有進出線也要停運。對規(guī)模比較大的低壓變電站通常采用單母分段的接線方式，將進線和出線平均分配在兩段母線上，分段斷路器可以分位運行也可以合位運行，

28、無論是母線故障還是檢修，都只要停運一半的進出線。雙母接線方式通常用在高壓變電站和出線規(guī)模較大的中壓變電站里，每條進出線的連接方式都可以在兩條母線間進行切換，正常運行時所有進出線一般被平均分接在兩條母線上，兩條母線可以分裂運行（母線斷路器處分位）也可以并列運行（母聯(lián)斷路器處合位），當一條母線故障時只有一半進出線被斷開，另一半還可以正常運行，當一條母線停電檢修時，所有進出線都可以轉接到另一條母線上運行，因此可靠性高于單母和單母分段接線。但由于檢修期間所有進出線都連于一條母線上，運行可靠性明顯降低，因此，電壓等級比較高的220kv變電站或規(guī)模較大的110kv變電站通常采用雙母單分段接線方式。無論是單

29、母還是雙母接線，當某條進出線支路的開關需要檢修時，該支路就要停運，為了在開關檢修期間該支路還能正常運行，就必須設置一條旁路母線。3/2斷路器接線方式的母線主要用在330、500、750kv變電站里，它由兩條母線構成，在兩條母線之間由3個斷路器的緣故，所以該接線方式被稱作3/2斷路器接線方式。正常運行時，兩條母線都處在運行狀態(tài)，任何一條母線故障被切除時，所有支路可以繼續(xù)正常運行，任何一條母線停電檢修時，所有支路都不需要通過隔離開關改變其接線方式，因此，該母線的可靠性非常高。3.2 變壓器主保護 變壓器的主保護主要有差動保護和瓦斯保護兩種方案，變壓器主保護一旦動作，必須瞬時跳開變壓器各側的斷路器，

30、將整個變壓器從系統(tǒng)中切除。 重瓦斯保護屬于非電量保護，當變壓器油箱內部發(fā)生嚴重故障時，強烈的電弧使變壓器油分解產生大量的瓦斯氣體，瓦斯氣體推動變壓器油沖擊安裝于變壓器頂部的重瓦斯繼電器擋板引起繼電器動作，因此，一旦重瓦斯保護動作，說明變壓器油箱內一定發(fā)生了嚴重的故障，必須瞬時跳開變壓器各側的斷路器將變壓器從系統(tǒng)中切除。差動保護屬于電氣量保護，它通過測量變壓器輸入電流的關系來測量變壓器的內部故障。差動繼電器是差動保護的核心部件，勵磁涌流判據(jù)、ta飽和判據(jù)、過勵磁判據(jù)、ta斷線判據(jù)等是保證變壓器差動保護在區(qū)內故障時可靠動作、區(qū)外故障時有良好選擇性的重要輔助判據(jù)。若ta斷線閉鎖差動保護的定值可整定，

31、則投入ta斷線閉鎖差動保護功能；若此值不可整定，則不投入。ta斷線開放查點門檻值一般整定為1.1is。3.3 主變保護 主變壓器是電力系統(tǒng)中的重要供電設備 ，其安全性能直接影響整個供電系統(tǒng)及電網的安全性 ，因此 ，必須要采取切實可行的措施 ，加強對主變壓器的保護與控制。通過傳感器技術實時采集主變設備相關數(shù)據(jù)，采取瓦斯保護、變壓器相關側過流保護等措施，實時監(jiān)測主變運行狀態(tài) ，并自動進行保護調整。3.4 220kv電壓等級的變壓器保護配置要求每臺變壓器必須配置兩套獨立的主、后備一體的電氣量保護裝置和一套獨立的非電量保護裝置。主后備保護裝置的配置要求為：（1） 主保護：縱差保護、不需整定的能反映輕微

32、故障的故障分量差動保護（零序分量、負序分量、變化量差動保護）。（2） 高壓側后備保護：復合電壓閉鎖過電流（方向）保護、零序過電流（方向）保護、間隙零序過電流保護、零序電壓保護、過負荷保護。（3） 中壓側后備保護：復合電壓閉鎖過電流（方向）保護、限時速斷過電流保護、零序過電流（方向）保護、間隙零序過電流保護、零序電壓保護、過負荷保護。（4） 低電壓分支后備保護：過電流保護、復合電壓閉鎖過電流保護、過負荷保護。3.5 220kv 變電站主變保護雙重化保護技術配置原則在選擇可靠的主變保護運行方式方面，在實際使用中可根據(jù)電網實際運行情況,除非電量保護必須投跳外,應選擇合理、可靠的主變保護運行方式。要嚴

33、格執(zhí)行繼電保護及安全自動裝置反事故措施要點實施細則中有關保護規(guī)定,提高保護抗干擾能力。提供大量實驗數(shù)據(jù)，并可和多種控制裝置構成閉環(huán)系統(tǒng)，協(xié)助科研人員進行新裝置的測試，從而為研究智能保護及靈活輸電系統(tǒng)的控制策略提供了一流的實驗條件。堅持智能化與科學化原則，集中監(jiān)測與遠方調度功能，220kv 變電站主變保護雙重化保護系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與控制單元直接安裝于開關柜內，采用交流采樣從電流或電壓互感器直接進行測量，省掉電量變送器，有些還可以省掉開關柜上的指示儀表。220kv 主變壓器應采用兩套獨立的主保護,每套主保護均應配置完整的后備保護,同時必須保證兩套主、后備保護在交、直流回路上的獨立性。正常運行方式下,

34、兩套獨立的主保護宜同時投入。4電力系統(tǒng)繼電保護4.1 電力系統(tǒng)繼電保護概述 電力系統(tǒng)運行過程的不確定性，使發(fā)生故障和出現(xiàn)不正常運行狀態(tài)在所難免，因此需要繼電保護來實現(xiàn)對一次系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)視、測量、控制、保護。繼電保護一詞泛指繼電保護技術和由各種繼電保護裝置組成的繼電保護系統(tǒng)。電力系統(tǒng)繼電保護的基本任務是：1）自動、快速、有選擇性的將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭受損壞，保證其他無故障元件部分迅速恢復正常運行。2）反應電力設備的不正常運行狀態(tài)，并依據(jù)運行維護條件，而動作于發(fā)出信號或跳閘。 輸電線路、母線。變壓器是構成電力系統(tǒng)最基本、最主要的一次電氣元件，本章將從這

35、三種元件對保護功能、保護配置的基本要求出發(fā)，著重介紹輸電線路、母線、變壓器成套保護裝置的功能配置和基本保護原理，以幫助讀者全面地理解電力系統(tǒng)繼電保護的基本思路。4.2 瓦斯保護在變壓器油箱內常見的故障有繞組匝間或層間絕緣破壞造成的短路，或高壓繞組對地絕緣破壞引起的單相接地。變壓器油箱內發(fā)生的任何一個故障時，由于短路電流和短路點電弧的作用，將使變壓器油及其他絕緣材料因受熱而分解產生氣體，因氣體比較輕，它們就要從油箱里流向油枕的上部，當故障嚴重時，油會迅速膨脹并有大量的氣體產生，此時，回游強烈的油流和氣體沖向油枕的上部。利用油箱內部的故障時的這一特點，可以構成反映氣體變化的保護裝置，稱之為瓦斯保護

36、。 氣體繼電器構成和動作原理瓦斯保護是變壓器內部故障的基本保護，它的主要器件是瓦斯繼電器，安裝的位置在油箱與油枕之間的聯(lián)接管道中。為了能使該變壓器內部積聚的氣體經過與瓦斯繼電器聯(lián)接的管道，并順利流入油枕，根據(jù)變壓器安裝的相關規(guī)程規(guī)定，應當把變壓器靠油枕一側的位置墊高，使變壓器的大蓋沿瓦斯繼電器的方向上高出有11.5的升高坡度，另一個是變壓器油箱到油枕聯(lián)接管的坡度為24(這個坡度是由廠家制造好的)。變壓器大蓋坡度要求在安裝變壓器時從底部墊好。這2個坡度都是為了防止在變壓器內貯存空氣以及故障時，便于使氣體迅速可靠地沖人瓦斯繼電器，保證瓦斯繼電器靈敏的動作。見變壓器安裝示意圖4-l。圖4-1 氣體及

37、電器安裝示意圖1氣體繼電器；2油枕 瓦斯保護的原理及接線當變壓器油箱內部發(fā)生相間、層間或匝間短路故障時，伴隨有電弧產生，或某些部件嚴重發(fā)熱，導致油箱內絕緣油和其他絕緣材料受熱分解并產生揮發(fā)性氣體(即瓦斯)。因為氣體比油輕，氣體就會很快上升到變壓器的最高部分一油枕內。在嚴重故障時，大量氣體會產生很大的壓力，使油迅速向油枕流動。根據(jù)這一特性，我們可以通過變壓器油箱內的氣體或油，向油枕方向流動的情況，來判斷變壓器內部故障的狀態(tài)。利用這些性質構成的變壓器保護稱為瓦斯保護，在瓦斯保護裝置中，反應這些特性的基本器件是瓦斯繼電器。在變壓器正常工作時，瓦斯繼電器的容器內一般是充滿變壓器油的，它的兩對靈敏水銀觸

38、點是斷開的。如果變壓器內部出現(xiàn)輕微故障，則因油分解而產生的氣體聚集在容器的上部時，此時迫使油面下降，使上面一對水銀觸點閉合，接通信號回路，發(fā)出報警信號，即繼電器輕瓦斯動作。如果變壓器內部發(fā)生嚴重故障，將會產生強烈的氣體，并出現(xiàn)變壓器油的涌浪，迫使油猛烈地由油箱進入油枕，通過聯(lián)接管道的時候，要經過瓦斯繼電器，這時強大的油流沖擊瓦斯繼電器的擋板，使下面一對水銀觸點閉合，接通跳閘回路，切斷與變壓器連接的所有電源，從而起到保護變壓器的作用，即繼電器重瓦斯動作。線路如圖4-2所示。特別要注意，在新裝或大修的變壓器在加油濾油時將空氣帶入變壓器內部，不能及時排出，當變壓器運行后油溫逐漸上升，形成油的對流，內

39、部貯存的空氣逐漸排出，有可能使瓦斯繼電器動作。瓦斯繼電器動作的次數(shù)與變壓器內部貯存的氣體多少有關。遇到上述情況時應根據(jù)變壓器的音響、溫度、油面以及加油、濾油工作情況來綜合分析，如變壓器運行正?？梢耘袛酁檫M入空氣所造成的。否則要取氣做點燃試驗，進一步判斷變壓器內部是否有故障。運行經驗證明，瓦斯繼電器比差動繼電器能更靈敏地反映變壓器內部故障，特別對于匝闖短路，其靈敏度高于其它任何保護。但瓦斯保護不宜整定得過于靈敏，避免誤動作。 圖4-2 瓦斯保護原理接線圖4-2瓦斯繼電器，上面的觸點為輕瓦斯保護，它由上浮筒或上開口杯控制，動作后僅給出信號；下面的觸點為重瓦斯保護，由擋板或下開口杯控制，動作后經信號

40、繼電器2給出信號，同時啟動出口繼電器4，繼電器4的觸點閉合，并通過本身的電流線圈自保持，知道斷路器跳閘為止?？紤]到瓦斯繼電器的下觸點在不穩(wěn)定油流的沖擊下可能發(fā)生振動，或短時閉合的狀況，所以加上了自保持回路，以保證在這種情況下也能可靠的動作與跳閘。跳閘完畢后，由斷路器的輔助觸點將自保持回路切斷。轉換開關3是用來將重瓦斯保護轉換到僅動作與信號的位置。4.3 變壓器縱聯(lián)差動保護變壓器的縱聯(lián)差動保護用來反映變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路保護故障，是變壓器的主保護。 變壓器縱聯(lián)差動保護原理；變壓器的縱聯(lián)差動保護用來反映變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路保護故障，是變壓器的主保護。縱差保護在發(fā)電機

41、上的應用比較簡單，但是作為變壓器內部故障的主保護，縱差保護將有許多特點和困難。變壓器具有兩個或更多個電壓等級，構成縱差保護，所用電流互感器的額定參數(shù)各不相同，由此產生的縱差保護不平衡電流將很大，縱差保護是利用比較被保護元件各端電流的幅值和相位的原理構成的，根據(jù)kcl基本定理，即當被保護設備無故障時恒有：，即各流入電流之和必等于各流出電流之和。當被保護設備內部本身發(fā)生故障時，短路點成為一個新的端子，但是實際上在外部發(fā)生短路時還存在一個不平衡電流，所以縱差保護的動作判據(jù)應改寫為： （4-1） 式中差動回路的差動電流； 總差保護的最大不平衡電流。 對于雙繞組和三繞組變壓器，實現(xiàn)縱差保護的原理接線圖如

42、圖4-3所示：圖4-3 雙繞組變壓器接線圖以雙繞組變壓器為例說明縱差保護原理。由于變壓器高壓側和低壓側的額定電流不同，因此為了保證縱差保護的正確工作，就必須適當選擇兩側電流互感器的變比，使得在正常運行和外部故障時，兩個二次電流相等例如在圖4-3中應使： （4-2） 或 （4-3） 式中：高壓側電流互感器的變比 低壓側電流互感器的變比 變壓器的變比 變壓器高壓側一次電流 變壓器低壓側一次電流 高壓側電流互感器二次電流 低壓側電流互感器二次電流 縱差保護動作判斷用下式表示： （4-4） 式中：縱差保護動作整定電流。當變壓器正常運行及故障時，。即： 此時差電流小于動作整定電流，保護不動作。當變壓器內

43、部故障時，繼電器反應兩側電流之和，此時差電流大于動作整定電流。保護動作對于縱差保護動作判據(jù)中的 ，要按躲過外部短路時最大短路電流對應的最大不平衡電流整定，這時數(shù)值較大，如圖4-4中直線1所示，直線以下為制動區(qū)，直線以上為動作區(qū)。如果內部短路電流較小，則差動電流的值小于最大不平衡電流， 該點處于直線1以下(制動區(qū))，保護不動作，這時保護的靈敏度不能滿足要求。由于變壓器縱差保護的不平衡電流隨一次穿越電流的增大而增大，因此，利用該穿越電流產生制動作用使動作電流隨制動電流而變化，這樣在任何內部短路情況下動作電流都大于相應的不平衡電流，同時又具有較高的靈敏度?；诖?，人們提出了帶有制動特性的縱差保護，如

44、圖4-4：曲線2所示曲線以上為動作區(qū)，曲線以下為制動區(qū)。動作特性曲線2與直線1相比，圖中陰影部分能夠正確動作。圖4-4 縱差保護動作曲線事實上，外部發(fā)生短路故障時，因為外部短路電流大，特別是暫態(tài)過程中含有非周期分量，電流使電流互感器的勵磁電流急劇增大，而呈飽和狀態(tài)，使得變壓器兩側互感器的傳變特性很難保持一致，而出現(xiàn)較大的不平衡電流。因此采用帶制動特性的原理，外部短路電流越大，制動電流也越大，繼電器能夠可靠制動。一般地運用縱差保護原理能可靠地區(qū)分區(qū)內外故障，并有相當高的靈敏度，這也是電力系統(tǒng)主元件往往采用縱差保護的原因。但對變壓器來說情況有一些特殊性，在變壓器合閘時，在變壓器的一側產生很大的電流

45、，使得空載電流增加到正常狀態(tài)的6-8倍，形成所謂的勵磁涌流，勵磁涌流屬于正常工況下的電流，保護裝置不應動作，但它卻是差電流，因此在變壓器保護中必須鑒別出勵磁涌流的狀況，防止在這種情況下保護誤動，這是變壓器保護的重點和難點所在。另外，由于縱差保護的構成原理是基于比較變壓器各側電流的大小和相位，受變壓器各側電流互感器以及諸多因素影響，變壓器在正常運行和外部故障時，其動差保護回路中有不平衡電流，使縱差保護處于不利的工作條件下。為保證變壓器縱差保護的正確靈敏動作，必須對其回路中的不平衡電流進行分析，找出產生的原因，采取措施予以消除。4.4 零序過電流保護 在大接地電流系統(tǒng)，為防止母線和引線上的接地短路

46、，在三側都有電源而中性點接地的變壓器上，一般裝設零序過電流保護，作為相鄰元件及變壓器本身主保護的后備。零序電流繼電器的整定，對于高壓及中壓側均直接接地的三繞組普通變壓器，高中壓側均應裝設零序方向過電流保護，方向指向本側母線。（1） 段零序過電流繼電器的動作電流應與相鄰線路零序過電流保護第段或第段或快速主保護相配合。 （4-5）式中段零序過電流保護動作電流（二次值）； 零序電流分支系數(shù)，其值等于線路零序過電流保護段保護區(qū)末端發(fā)生接地短路時，流過本保護的零序電流過該線路的零序電流之比，取各種運行方式的最大值； 可靠系數(shù)，取1.1；與之相配合的線路保護相關段動作電流（二次值）。（2） 段零序過電流繼

47、電器的動作電流應與相鄰線路零序過電流保護的后備段相配合。 （4-6） 式中段零序過電流保護動作電流（二次值）； 零序電流分支系數(shù)，其值等于線路零序過電流保護后備保護區(qū)末端發(fā)生接地短路時，流過本保護的零序電流過該線路的零序電流之比，取各種運行方式的最大值； 可靠系數(shù)，取1.1；與之相配合的線路零序過電流保護后備段的動作電流（二次值）。（3） 靈敏度校驗： （4-7）式中：3為段（或段）保護區(qū)末端接地短路時流過保護安裝處的最小零序電流（二次值）；為段（或段）零序過電流保護的動作電流，要求。4.5 過負荷保護變壓器的過負荷，在大多數(shù)情況下是三相對稱的。所以過負荷保護只須用一個電流繼電器接于一相電流即

48、可。為了防止外部短路時不誤發(fā)過負荷信號，保護經延時動作于信號。過負荷保護的動作電流，按躲過變壓器的額定電流整定，即 (4-8) 式中可靠系數(shù)，取1.05 返回系數(shù)；取0.85變壓器過負荷保護的動作時限比變壓器的后備保護動作時限大一個t。5輸電線路保護5.1 輸電線路保護的配置原則在超高壓電網中，常用的母線接線方式有雙母線接線和3/2斷路器接線，這兩種母線對保護的配置要求是不同的。1）雙母線接線方式對保護配置的要求輸電線路應按雙重化配置成套保護裝置，成套保護要包含完整的主、后備保護功能并單獨組屏。兩條母線要配置統(tǒng)一的母差保護，母聯(lián)斷路器要配置母聯(lián)保護，所有的斷路器都要配置斷路器失靈保護，母差保護

49、功能、母聯(lián)保護功能和斷路器失靈保護功能要在同一臺母線保護裝置里實現(xiàn)，母線保護裝置要按雙重化進行配置并單獨組屏。2）3/2斷路器接線方式對保護的要求輸電線路應按雙重化配置保護裝置，每套保護要包含完整的主、后被保護功能并單獨組屏。兩條母線都要配置獨立的母差保護裝置，每個斷路器都要配置獨立的斷路器失靈保護及重合閘裝置，斷路器之間的連接還要配置短引線裝置。所有保護裝置均采取雙重化配置并單獨組屏。在這種接線方式中，由于輸電線路保護動作時要同時切除邊斷路器和中斷路器，而重合閘時又要先合邊斷路器，待邊斷路器合閘成功以后才能合中斷路器，因此重合閘功能的實現(xiàn)方式與雙母線接線方式不同。另外，由于每一串有兩個邊斷路

50、器和一個中間斷路器，如果再由母線保護裝置來實現(xiàn)斷路器失靈保護功能的話，在配置時就不太順暢了，因此對這種接線方式專門設計獨立的斷路器失靈保護裝置來實現(xiàn)重合閘功能和斷路器失靈保護功能，每個斷路器配置一個斷路器失靈保護裝置。5.2 對成套線路保護裝置的功能要求一套成套線路保護裝置必須包含下列功能：（1） 縱聯(lián)保護（縱聯(lián)方向、縱聯(lián)距離、縱聯(lián)電流差動）。（2） 相間距離和接地距離保護。（3） 零序電流保護。（4） 重合閘功能（可選）。（5） 三相不一致保護（可選）。 縱聯(lián)保護是成套線路保護裝置的主保護，縱聯(lián)保護的種類主要有縱聯(lián)方向、縱聯(lián)距離、縱聯(lián)電流差動三種類型，成套線路保護裝置通常按主保護類型命名。5

51、.3 輸電線路保護對電流、電壓方向的規(guī)定所有輸電線路保護的原理都是依據(jù)電流幅值的變化或電流、電壓之間相位關系的變化來區(qū)分區(qū)內故障和區(qū)外故障，因此必須明確規(guī)定電流、電壓的正方向。電流的正方向規(guī)定為從母線流向被保護的線路，電壓的正方向規(guī)定為從母線指向中性點。對安裝在同一條輸電線路兩側的保護來說，其電流的正方向流向是相反的。6 縱聯(lián)方向（距離）保護距離保護是通過測量故障點到保護安裝處之間的距離來判斷區(qū)內，區(qū)外的故障，保護范圍末端y到保護安裝處之間的距離稱作距離保護定值，當故障點k到保護安裝之間的距離小于定值時就判定為區(qū)內故障，保護就動作，反之則判定為區(qū)外故障，保護就不動作。對輸電線路來說，由于單位長

52、度的阻抗基本上是一定的，線路阻抗與線路長度成正比，因此，可以用阻抗來表示距離，短路點到保護安裝處之間的距離就可以用短路點到保護安裝處之間的阻抗來表示，于是，距離測量問題就轉換變成了阻抗測量問題。阻抗繼電器是距離保護的核心元件。阻抗繼電器的阻抗測量公式為： = （6-1）6.1 縱聯(lián)方向（距離）保護概述縱聯(lián)方向（距離）保護就是在輸電線路兩側的保護裝置中配置一對能測量故障正，反方向的繼電器，當故障發(fā)生在統(tǒng)一規(guī)定的正方向上時正方向繼電器動作，反之則方向繼電器動作，再借助于通信的手段，讓兩側的保護裝置都可以知道對側方向繼電器的動作情況并以此為依據(jù)來判斷區(qū)內故障或區(qū)外故障。當故障在區(qū)內時，兩側的正方向繼

53、電器都動作，反方向繼電器都不動作，于是兩側的保護都發(fā)跳閘命令將故障線路從系統(tǒng)中切除，反之則兩側的而保護都不發(fā)跳閘命令?？v聯(lián)方向（距離）保護由故障方向測量繼電器、通信通道和通信收發(fā)信機三部分構成，通信通道的類型主要有電力載波通道、微波通道、導引線通道和光纖通道等。電力載波通道是電力系統(tǒng)中廣泛使用的一種通道類型，它使用輸電線路作為通信信號的傳輸介質，不需要另外再設立專門的通信通道，它的工作頻率為50400khz，由于該頻率區(qū)域屬于高頻區(qū)域，故電力載波通道又稱高頻通道，由電力載波通道構成的縱聯(lián)方向（距離）保護又稱作高頻保護。微波通道以微波作為線路兩側保護交換信息的通道，由于通信距離受地形、地貌的影響

54、比較大，在電力系統(tǒng)中實際沒有推廣使用過。光纖通道以光纖代替輸電線路來傳輸高頻信號，在光纖通信技術廣泛用于電力系統(tǒng)以后得到了一定程度的使用。導引線通道設立專門的通信導線代替輸電線路來傳輸高頻信號，曾經用于短線路縱聯(lián)方向（距離）保護，后來隨著光纖通道的普及，已逐漸被光纖通道替代。在縱聯(lián)方向（距離）保護系統(tǒng)中，兩側保護間傳送的信號有閉鎖信號和允許信號之分，使用閉鎖信號時，相應的保護稱作閉鎖式保護，使用允許信號時，相應的保護稱作允許式保護。 6.2 縱聯(lián)方向（距離）保護的故障判別原理 縱聯(lián)方向（距離）保護在每條輸電線路的兩側的保護裝置中各配置一對正、反方向繼電器。對閉鎖式保護，它讓正方向元件動作或反向

55、動作的一側一直發(fā)高頻信號的收發(fā)信號機采取單頻制，即只要通道上有高頻信號，兩側的收信機都能收到，而不管是由于本側發(fā)出的還是由對側發(fā)出的，于是，pn線路兩側的保護都發(fā)不出高頻信號，也都收不到高頻信號，因此都能跳閘，故障被切除，而mn線路兩側的保護中至少有一側的保護要發(fā)高頻信號，因此，兩側的保護都能收到高頻信號，都不能跳閘，線路繼續(xù)正常運行。6.3 縱聯(lián)方向（距離）保護的方向繼電器縱聯(lián)方向保護的方向繼電器由工頻變化量方向繼電器和零序方向繼電器共同構成，工頻變化量方向繼電器能保護各種類型的短路故障，零序方向繼電器只能保護接地短路故障，這兩種繼電器都沒有可以整定的保護范圍，為了使縱聯(lián)方向保護的保護范圍能覆蓋線路全長。工頻變化量方向繼電器和零序方向繼電器通過“或”邏輯構成正、反方向繼電器。縱聯(lián)就保護的方向繼電器由距離保護的方向阻抗繼電器構成，因為方向阻抗繼電器是可以判別故障點的正、反方向的。方向阻抗繼電器保護范圍可以鑒定，一般將距離保護段的定值作為縱聯(lián)保護的方向阻抗繼電器定值，以確?？v聯(lián)距離保護的保護范圍能覆蓋線路全長。由于阻抗繼電器在系統(tǒng)震蕩時可能會誤動，因此縱聯(lián)距離保護也要采取震蕩閉鎖措施，這一點跟距離保護是一樣的。7母線保護7.1 母線保護的功能配置要求在超高壓電網中，常用的母線接線方式有雙母線接線和3/2斷路器接線，這兩種母線對保護的功能配置要求是不同