電力系統(tǒng)繼電保護(hù)配置原則

1、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)配置原則一、概述電力系統(tǒng)是指由發(fā)電、送電、變電、配電和用電等各個(gè)環(huán)節(jié)（一次設(shè) 備）所構(gòu)成有機(jī)整體，也包括相應(yīng)通信、繼電保護(hù)（含安全自動(dòng)裝置）、 調(diào)度自動(dòng)化等設(shè)施（二次設(shè)備）。電力系統(tǒng)安全運(yùn)行是指運(yùn)行中所有電力設(shè)備必須在不超過(guò)它們所允 許電流、電壓、頻率及時(shí)間限額內(nèi)運(yùn)行（強(qiáng)調(diào)充裕性）。不安全后果可能導(dǎo) 致電力設(shè)備損壞，大面積停電。2003年8月14 口下午，美國(guó)紐約、底特律和克利夫蘭以及加拿大多 倫多、渥太華等城市均發(fā)生停電事故。事故原因俄亥俄州阿克倫城第一 能源公司兩根高壓電線其中一根因樹枝生長(zhǎng)碰至線路后跳閘，另外一條線 路因安全自動(dòng)裝置誤動(dòng)，導(dǎo)致第二條線路跳閘，最終導(dǎo)致各個(gè)子

2、電網(wǎng)潮流 不能平衡，最終系統(tǒng)解列。可見(jiàn)，要保證電力安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須配置安全可靠繼電保護(hù)裝置和 安全自動(dòng)裝置。繼電保護(hù)顧名思義在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)及時(shí)隔離故障點(diǎn)保護(hù) 一次設(shè)備，同時(shí)能夠讓電力系統(tǒng)繼續(xù)安全穩(wěn)定運(yùn)行。二、基本要求繼電保護(hù)配置方式要滿足電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)和廠站主接線要求，并考慮電力 網(wǎng)和廠站運(yùn)行方式靈活性。所配置繼電保護(hù)裝置應(yīng)能滿足可靠性、選擇性、 靈敏性和速動(dòng)性要求。1）要根據(jù)保護(hù)對(duì)象故障特征來(lái)配置。繼電保護(hù)裝置是通過(guò)提取保護(hù)對(duì)象表征其運(yùn)行狀況故障量，來(lái)判斷保 護(hù)對(duì)象是否存在故障或異常工況并采取相應(yīng)措施自動(dòng)裝置。用于繼電保護(hù) 狀態(tài)判別故障量，隨被保護(hù)對(duì)象而異，也隨電力系統(tǒng)周圍條件而異。使用 最

3、普遍工頻電氣量，而最基本是通過(guò)電力元件電流和所在母線電壓以及由 這些量演繹出來(lái)其它量，如功率、序相量、阻抗、頻率等，從而構(gòu)成電流 保護(hù)、電壓保護(hù)、方向保護(hù)、阻抗保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)等。2）根據(jù)保護(hù)對(duì)象電壓等級(jí)和重要性。不同電壓等級(jí)電網(wǎng)保護(hù)配置要求不同。在高壓電網(wǎng)中由于系統(tǒng)穩(wěn)定 對(duì)故障切除時(shí)間要求比較高，往往強(qiáng)調(diào)主保護(hù)，淡化后備保護(hù)。220kV及 以上設(shè)備要配置雙重化兩套主保護(hù)。所謂主保護(hù)即設(shè)備發(fā)生故障時(shí)可以無(wú) 延時(shí)跳閘，此外還要考慮斷路潛失靈保護(hù)。對(duì)電壓等級(jí)低系統(tǒng)則可以采用 遠(yuǎn)后備方式，在故障設(shè)備本身保護(hù)裝置無(wú)法正確動(dòng)作時(shí)相鄰設(shè)備保護(hù)裝置 延時(shí)跳閘。3）在滿足安全可靠性前提下要盡量簡(jiǎn)化二次回路。繼電

4、保護(hù)系統(tǒng)是繼電保護(hù)裝置和二次回路構(gòu)成有機(jī)整體，缺一不可。 二次回路雖然不是主體，但它在保證電力生產(chǎn)安全，保證繼電保護(hù)裝置正 確工作發(fā)揮重要作用。但復(fù)雜二次回路可能導(dǎo)致保護(hù)裝置不能正確感受系 統(tǒng)實(shí)際工作狀態(tài)而不正確動(dòng)作。因此在選擇保護(hù)裝置是，在可能條件下盡 量簡(jiǎn)化接線。4）要注意相鄰設(shè)備保護(hù)裝置死區(qū)問(wèn)題電力系統(tǒng)各個(gè)元件都配置各自保護(hù)裝置不能留下死區(qū)。在設(shè)計(jì)時(shí)要合 理分配電流互感器繞組，兩個(gè)設(shè)備保護(hù)范圍要有交叉。同時(shí)對(duì)斷路器和電 流互感器之間發(fā)生故障要考慮死區(qū)保護(hù)。三、線路保護(hù)輸電線路在整個(gè)電網(wǎng)中分布最廣，自然環(huán)境也比較惡劣，因此輸電線 路是電力系統(tǒng)中故障概率最高元件。輸電線路故障往往由雷擊、雷雨

5、、鳥 害等自然因素引起。線路故障類型主要是單相接地故障、兩相接地故障， 相間故障，三相故障。不同電壓等級(jí)輸電線路保護(hù)配置不同。35kV及以下電壓等級(jí)系統(tǒng)往往 是不接地系統(tǒng)，線路保護(hù)要求配置階段式過(guò)流保護(hù)。由于過(guò)流保護(hù)受系統(tǒng) 運(yùn)行方式比較大，為了保證保護(hù)選擇性，對(duì)一些短線路保護(hù)也需要配置階 段式距離保護(hù)。llOkV線路保護(hù)要求配置階段式相過(guò)流保護(hù)和零序保護(hù)或 階段式相間和接地距離保護(hù)輔以一段反映電阻接地零序保護(hù)。nokv及以 下線路保護(hù)采用遠(yuǎn)后備方式，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，若本線路瞬時(shí)段保護(hù)不 能動(dòng)作則由相鄰線路延時(shí)段來(lái)切除。根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定要求，有些llOkV雙側(cè) 電源線路也配置一套縱聯(lián)保護(hù)（全線速動(dòng)

6、保護(hù)）。為了保證功能獨(dú)立性， llOkV線路保護(hù)裝置和測(cè)控裝置是完全獨(dú)立。220kV及以上線路保護(hù)采用 近后備方式，配置兩套不同原理縱聯(lián)保護(hù)和完整后備保護(hù)。全線速動(dòng)保護(hù) 主要指高頻距離保護(hù)、高頻零序保護(hù)、高頻突變量方向保護(hù)和光纖差動(dòng)保 護(hù)。后備保護(hù)包括三段相間和接地距離、四段零序方向過(guò)流保護(hù)。此外 220kV線路保護(hù)還要配置三相不一致保護(hù)。輸電線路故障大多數(shù)是瞬時(shí)性，因此裝設(shè)自動(dòng)重合閘可以大大提高供 電可靠性。選用重合閘方式必須根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行穩(wěn)定要求、電力設(shè)備承受能 力，合理地選定。凡是選用簡(jiǎn)單三相重合閘方式能滿足具體系統(tǒng)實(shí)際需要 線路都能當(dāng)選用三相重合閘方式。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，如果使

7、用三相 重合閘不能保證系統(tǒng)穩(wěn)定，或者地區(qū)系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)大面積停電，或者影響重 要負(fù)荷停電線路上，應(yīng)當(dāng)選用單相或綜合重合閘方式。在大機(jī)組出口一般 不使用三相重合閘。我省220kV線路基本采用單相重合閘，llOkV線路采 用三相重合閘方式。四、變壓器保護(hù)電力變壓器是電力系統(tǒng)中使用相當(dāng)普遍和十分重要電器設(shè)備，它若發(fā) 生故障將給供電和電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重后果。為了保證變壓器按安全運(yùn) 行防止擴(kuò)大事故，按照變壓器可能發(fā)生故障，裝設(shè)靈敏、快速、可靠和選 擇性好保護(hù)裝置。變壓器可能發(fā)生故障有：各向繞組之間相間短路；單相繞組部分線匝 之間匝間短路，單相繞組和鐵芯絕緣損壞引起接地短路；引出線相間短路; 引出線通過(guò)外殼

8、發(fā)生單相接地短路以及油箱和套管漏油。變壓器不正常工 作情況有：外部短路或過(guò)負(fù)荷引起過(guò)電流；變壓器中性點(diǎn)電壓升高或由于 外加電壓過(guò)高引起過(guò)勵(lì)磁等。根據(jù)繼電保護(hù)和安全H動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程規(guī)定，變壓器一般情況要配置 以下保護(hù)：變壓器油箱內(nèi)部短路故障和油面降低瓦斯保護(hù)、壓力釋放、油溫過(guò)高、 冷卻落全停等非電量保護(hù)；變壓器繞組和引出線多相短路、大電流接地系統(tǒng)側(cè)繞組和引出線單相 接地短路及繞組匝間短路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)；變壓器外部相間短路并作為瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)（電流速動(dòng)保護(hù)）后 備低電壓起動(dòng)過(guò)流保護(hù)（或復(fù)合電壓起動(dòng)過(guò)電流保護(hù)或負(fù)序過(guò)電流保護(hù)）;大電流接地系統(tǒng)中變壓器外部接地短路得零序電流保護(hù)；變壓器

9、對(duì)稱過(guò)負(fù)荷過(guò)負(fù)荷保護(hù)；變壓溶過(guò)激磁過(guò)激磁保護(hù)。不同電壓等級(jí)和容量變壓器配置有所區(qū)別，電壓等級(jí)越高，變電容量 越大變壓潛配置越復(fù)雜。對(duì)電壓為220kV及以上大型變壓器除非電量保護(hù) 外，要求配置兩套完全獨(dú)立差動(dòng)保護(hù)和各側(cè)后備保護(hù)。220kV側(cè)后備保護(hù)包括：零序方向過(guò)流（兩段兩時(shí)限）和不帶方向零 序過(guò)流；復(fù)合電壓方向過(guò)流（一段兩時(shí)限）和復(fù)合電壓過(guò)流；間隙零序電流和電壓保護(hù)UOkV側(cè)后備保護(hù)包括：零序方向過(guò)流（兩段兩時(shí)限）和零序過(guò)流； 復(fù)合電壓方向過(guò)流（一段兩時(shí)限）和復(fù)合電壓過(guò)流；間隙零序電流和電壓 保護(hù)35kV側(cè)后備保護(hù)包括：復(fù)合電壓方向過(guò)流（一段三時(shí)限）各側(cè)裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)，自耦變還裝設(shè)公共繞組過(guò)負(fù)

10、荷保護(hù)。五、母線保護(hù)發(fā)電廠和變電所母線是電力系統(tǒng)中一個(gè)重要組成元件，與其他電氣設(shè) 備一樣，母線及其絕緣子也存在著由于絕緣老化、污穢和雷擊等引起短路 故障，此外還可能發(fā)生由值班人員誤操作而引起人為故障，母線故障造成 后果是十分嚴(yán)重。當(dāng)母線上發(fā)生故障時(shí)，將使連接在故障母線上所有元件 被迫停電。此外，在電力系統(tǒng)中樞紐變電所母線上故障時(shí)，還可能引起系 統(tǒng)穩(wěn)定破壞。一般說(shuō)來(lái)，低壓母線不采用專門母線保護(hù)，而利用供電元件 保護(hù)裝置就可以把母線故障切除。當(dāng)雙母線同時(shí)運(yùn)行或單母線分段時(shí)，供 電元件保護(hù)裝置則不能保證有選擇性地切除故障母線，因此在超高壓電網(wǎng) 中普遍地裝設(shè)專門母線保護(hù)裝置。母線保護(hù)基本配置為：（1）

11、母線差動(dòng)保護(hù)（2）母聯(lián)充電保護(hù)（3）母聯(lián)過(guò)流保護(hù)（4）母聯(lián)失靈與母聯(lián)死區(qū)保護(hù)（5）斷路器失靈保護(hù)我省母聯(lián)充電保護(hù)和母聯(lián)過(guò)流解列保護(hù)是單獨(dú)配置，充電保護(hù)是相電 流保護(hù)，母聯(lián)過(guò)流解列保護(hù)要相電流和零序過(guò)流保護(hù)。六、備用電源自投裝置備用電源自動(dòng)投入裝置是保證供電可靠性重要設(shè)備。電源備自投裝 置采集斷路器位置、電壓、電流等信息，如判斷出配電裝置已失去主電源 將H動(dòng)合上備用電源。微機(jī)型電源備自投裝置工作原理和微機(jī)保護(hù)基本相 同。備用電源備自投裝置主要用于llOkV及以下中低壓配電系統(tǒng)中，因此 其主接線方案是根據(jù)變電所、發(fā)電廠廠用電主要一次接線方案設(shè)計(jì)。和一 次接線方案相對(duì)應(yīng)，電源備自投裝置主要有低壓母線分段開關(guān)、內(nèi)橋開關(guān)、 線路三種備自投方案。七、其它安全自動(dòng)裝置繼電保護(hù)裝置動(dòng)作后切除故障后可能引起電力系統(tǒng)無(wú)功和有功不平衡和是電力設(shè)備超載運(yùn)行。這些將導(dǎo)有可能導(dǎo)致導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定破壞或設(shè)備 損壞。安全自動(dòng)裝置是自動(dòng)裝置一種，它通過(guò)采集相關(guān)間隔電壓、電流及 位置信息分析電力系統(tǒng)是否存在影響安全穩(wěn)定隱患并執(zhí)行預(yù)先設(shè)置好策 略，如切除機(jī)組、切除負(fù)荷等以達(dá)到防治電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定性和避免電力 系統(tǒng)發(fā)生大面積停電