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、配電和用電等各個環(huán)節(jié)（一次設(shè)備）所構(gòu)成的有機整體，也包括相應(yīng)的通信、繼電保護(hù)（含安全自動裝置）、調(diào)度自動化等設(shè)施（二次設(shè)備）。電力系統(tǒng)安全運行是指運行中所有電力設(shè)備必須在不超過它們所允許的電流、電壓、頻率及時間限額內(nèi)運行(強調(diào)充裕性)。不安全的后果可能導(dǎo)致電力設(shè)備的損壞，大面積停電。2003年8月14日下午，美國紐約、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的第一能源公司的兩根高壓電線其中一根因樹枝生長碰至線路后跳閘，另外一條線路因安全自動裝置誤動，導(dǎo)致第二條線路跳閘，最終導(dǎo)致各個子

2、電網(wǎng)潮流不能平衡，最終系統(tǒng)解列?？梢?，要保證電力的安全穩(wěn)定運行，必須配置安全可靠的繼電保護(hù)裝置和安全自動裝置。繼電保護(hù)顧名思義在系統(tǒng)發(fā)生故障時及時隔離故障點保護(hù)一次設(shè)備，同時能夠讓電力系統(tǒng)繼續(xù)安全穩(wěn)定運行。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)和廠站的主接線的要求，并考慮電力網(wǎng)和廠站的運行方式的靈活性。所配置的繼電保護(hù)裝置應(yīng)能滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求。1）要根據(jù)保護(hù)對象的故障特征來配置。繼電保護(hù)裝置是通過提取保護(hù)對象表征其運行狀況的故障量，來判斷保護(hù)對象是否存在故障或異常工況并采取相應(yīng)的措施的自動裝置。用于繼電保護(hù)狀態(tài)判別的故障量，隨被保護(hù)對象而異，也隨電力系統(tǒng)周圍條件而

3、異。使用最普遍的工頻電氣量，而最基本的是通過電力元件的電流和所在母線的電壓以及由這些量演繹出來的其它量，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)、差動保護(hù)等。2）根據(jù)保護(hù)對象的電壓等級和重要性。 不同電壓等級的電網(wǎng)的保護(hù)配置要求不同。在高壓電網(wǎng)中由于系統(tǒng)穩(wěn)定對故障切除時間要求比較高，往往強調(diào)主保護(hù)，淡化后備保護(hù)。220kV及以上設(shè)備要配置雙重化的兩套主保護(hù)。所謂主保護(hù)即設(shè)備發(fā)生故障時可以無延時跳閘，此外還要考慮斷路器失靈保護(hù)。對電壓等級低的系統(tǒng)則可以采用遠(yuǎn)后備的方式，在故障設(shè)備本身的保護(hù)裝置無法正確動作時相鄰設(shè)備的保護(hù)裝置延時跳閘。3）在滿足安全可靠性的前提

4、下要盡量簡化二次回路。繼電保護(hù)系統(tǒng)是繼電保護(hù)裝置和二次回路構(gòu)成的有機整體，缺一不可。二次回路雖然不是主體，但它在保證電力生產(chǎn)的安全，保證繼電保護(hù)裝置正確工作發(fā)揮重要的作用。但復(fù)雜的二次回路可能導(dǎo)致保護(hù)裝置不能正確感受系統(tǒng)的實際工作狀態(tài)而不正確動作。因此在選擇保護(hù)裝置是，在可能條件下盡量簡化接線。4）要注意相鄰設(shè)備保護(hù)裝置的死區(qū)問題電力系統(tǒng)各個元件都配置各自的保護(hù)裝置不能留下死區(qū)。在設(shè)計時要合理分配的電流互感器繞組，兩個設(shè)備的保護(hù)范圍要有交叉。同時對斷路器和電流互感器之間的發(fā)生的故障要考慮死區(qū)保護(hù)。三、線路保護(hù)輸電線路在整個電網(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

5、的元件。輸電線路故障往往由雷擊、雷雨、鳥害等自然因素引起。線路的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。不同電壓等級的輸電線路保護(hù)配置不同。35kV及以下電壓等級系統(tǒng)往往是不接地系統(tǒng)，線路保護(hù)要求配置階段式過流保護(hù)。由于過流保護(hù)受系統(tǒng)運行方式比較大，為了保證保護(hù)的選擇性，對一些短線路的保護(hù)也需要配置階段式距離保護(hù)。110kV線路保護(hù)要求配置階段式相過流保護(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的零序保護(hù)。110kV及以下線路的保護(hù)采用遠(yuǎn)后備的方式，當(dāng)線路發(fā)生故障時，若本線路的瞬時段保護(hù)不能動作則由相鄰線路的延時段來切除。根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定要求，有些110kV雙

6、側(cè)電源線路也配置一套縱聯(lián)保護(hù)（全線速動保護(hù)）。為了保證功能的獨立性，110kV線路保護(hù)裝置和測控裝置是完全獨立的。220kV及以上線路保護(hù)采用近后備的方式，配置兩套不同原理的縱聯(lián)保護(hù)和完整的后備保護(hù)。全線速動保護(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)。輸電線路的故障大多數(shù)是瞬時性的，因此裝設(shè)自動重合閘可以大大提高供電可靠性。選用重合閘的方式必須根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及運行穩(wěn)定要求、電力設(shè)備承受能力，合理地選定。凡是選用簡單的三相重合閘方式能滿足具體系統(tǒng)實際需要的線路都能當(dāng)選用

7、三相重合閘方式。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，如果使用三相重合閘不能保證系統(tǒng)穩(wěn)定，或者地區(qū)系統(tǒng)會出現(xiàn)大面積停電，或者影響重要負(fù)荷停電的線路上，應(yīng)當(dāng)選用單相或綜合重合閘方式。在大機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，110kV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)普遍和十分重要的電器設(shè)備，它若發(fā)生故障將給供電和電力系統(tǒng)的運行帶來嚴(yán)重的后果。為了保證變壓器的按安全運行防止擴大事故，按照變壓器可能發(fā)生的故障，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)生的故障有：各向繞組之間的相間短路；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

8、起的接地短路；引出線的相間短路；引出線通過外殼發(fā)生的單相接地短路以及油箱和套管漏油。變壓器的不正常工作情況有：外部短路或過負(fù)荷引起的過電流；變壓器中性點電壓升高或由于外加電壓過高引起的過勵磁等。根據(jù)繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(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的瓦斯保護(hù)、壓力釋放、油溫過高、冷卻器全停等非電量保護(hù)；變壓器繞組和引出線多相短路、大電流接地系統(tǒng)側(cè)繞組和引出線的單相接地短路及繞組匝間短路的縱聯(lián)差動保護(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)和差動保護(hù)（電流速動保護(hù)）后備的低電壓起動過流保護(hù)（或復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)或負(fù)序過電流保護(hù)）；大電

9、流接地系統(tǒng)中變壓器外部接地短路得零序電流保護(hù)；變壓器對稱過負(fù)荷的過負(fù)荷保護(hù)；變壓器過激磁的過激磁保護(hù)。不同電壓等級和容量的變壓器配置有所區(qū)別，電壓等級越高，變電容量越大的變壓器配置越復(fù)雜。對電壓為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立的差動保護(hù)和各側(cè)后備保護(hù)。220kV側(cè)的后備保護(hù)包括：零序方向過流（兩段兩時限）和不帶方向的零序過流；復(fù)合電壓方向過流（一段兩時限）和復(fù)合電壓過流；間隙零序電流和電壓保護(hù)110kV側(cè)的后備保護(hù)包括：零序方向過流（兩段兩時限）和零序過流；復(fù)合電壓方向過流（一段兩時限）和復(fù)合電壓過流；間隙零序電流和電壓保護(hù)35kV側(cè)的后備保護(hù)包括：復(fù)合電壓方向

10、過流（一段三時限）各側(cè)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)，自耦變還裝設(shè)公共繞組過負(fù)荷保護(hù)。五、母線保護(hù)發(fā)電廠和變電所的母線是電力系統(tǒng)中的一個重要組成元件，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、污穢和雷擊等引起的短路故障，此外還可能發(fā)生由值班人員誤操作而引起的人為故障，母線故障造成的后果是十分嚴(yán)重的。當(dāng)母線上發(fā)生故障時，將使連接在故障母線上的所有元件被迫停電。此外，在電力系統(tǒng)中樞紐變電所的母線上故障時，還可能引起系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞。一般說來，低壓母線不采用專門的母線保護(hù)，而利用供電元件的保護(hù)裝置就可以把母線故障切除。當(dāng)雙母線同時運行或單母線分段時，供電元件的保護(hù)裝置則不能保證有選擇性地切除故障母線，因

11、此在超高壓電網(wǎng)中普遍地裝設(shè)專門的母線保護(hù)裝置。母線保護(hù)的基本配置為：（1） 母線差動保護(hù)（2） 母聯(lián)充電保護(hù)（3） 母聯(lián)過流保護(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)過流解列保護(hù)是單獨配置的，充電保護(hù)是相電流保護(hù)，母聯(lián)過流解列保護(hù)要相電流和零序過流保護(hù)。 六、備用電源自投裝置 備用電源自動投入裝置是保證供電可靠性的重要設(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自動合上備用電源。微機型電源備自投裝置的工作原理和微機保護(hù)基本相同。備用電源備自投裝置主要用于110kV及以下的中低壓配電系統(tǒng)中，因此其主接線方案是根據(jù)變電所、

12、發(fā)電廠廠用電的主要一次接線方案設(shè)計的。和一次接線方案相對應(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、其它安全自動裝置繼電保護(hù)裝置動作后切除故障后可能引起電力系統(tǒng)無功和有功的不平衡和是電力設(shè)備的超載運行。這些將導(dǎo)有可能導(dǎo)致導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定破壞或設(shè)備的損壞。安全自動裝置是自動裝置的一種，它通過采集相關(guān)間隔的電壓、電流及位置信息分析電力系統(tǒng)是否存在影響安全穩(wěn)定的隱患并執(zhí)行預(yù)先設(shè)置好的策略，如切除機組、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)生大面積停電的目的，包括低頻低壓切負(fù)荷、過載聯(lián)切、振蕩解列、失步解列等。安全自動裝置的基本工作原理和繼電保護(hù)裝置是相同的。在國外也有將安全自動裝置稱作系統(tǒng)保