電網(wǎng)繼電保護裝置的配置及系統(tǒng)故繼電保護裝置的動作行為

1、電網(wǎng)繼電保護裝置的配置及系統(tǒng)故繼電保護裝置的動作行為 電力系統(tǒng)繼電保護是電力系統(tǒng)的重要組成部分；在電力系統(tǒng)中起著重要的作用，他保證著電力系統(tǒng)在非正常運行狀態(tài)下的安全穩(wěn)定運行。隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展，對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術、計算機技術與通信技術的飛速發(fā)展又為繼電保護技術的發(fā)展不斷注入新的活力。繼電保護的發(fā)展趨勢是向計算機化，網(wǎng)絡化及保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化智能化發(fā)展。隨著計算機硬件技術的迅猛發(fā)展，微機保護硬件也在不斷發(fā)展。從初期的8 位單CPU結(jié)構(gòu)問世，不到5年時間就發(fā)展到多CPU 結(jié)構(gòu)，后又發(fā)展到總線不出模塊的大規(guī)模結(jié)構(gòu)。除了具備保護的基本功能外，還具有大容量故障信息和數(shù)

2、據(jù)的長期存放空間，快速的數(shù)據(jù)處理功能。最終將要實現(xiàn)：a：繼電保護網(wǎng)絡化：也就是將全系統(tǒng)各主要設備的保護裝置用計算機網(wǎng)絡連接起來，即實現(xiàn)微機保護裝置的網(wǎng)絡化。b：繼電保護、控制、測量、數(shù)據(jù)、通信一體化：在實現(xiàn)繼電保護網(wǎng)絡化的條件下，保護裝置實際上就是一臺高性能、多功能的計算機，是整個電力系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡上的一個智能終端。它可以從網(wǎng)絡上獲取電力系統(tǒng)運行和故障的任何信息和數(shù)據(jù)，也可將它所獲得的被保護元件的全部信息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡控制中心或任一終端。因此，每個微機保護裝置不但可完成繼電保護功能，而且在無故障正常運行情況下還可完成測量、控制、數(shù)據(jù)通信功能，即實現(xiàn)保護、測量、數(shù)據(jù)、通信一體化。c：繼電保護智

3、能化：具有其獨特的解決復雜問題的能力。前 言 目 錄124第二部分：電力系統(tǒng)繼電保護第一部分：電力系統(tǒng)故障及異常 3 第三部分：電力系統(tǒng)繼電保護的配置 第四部分：實例 第一部分：電力系統(tǒng)故障及異常1.1 電力系統(tǒng)故障的危害1.2 電力系統(tǒng)故障類型及幾率1.3 電力系統(tǒng)異常狀態(tài)第一部分：電力系統(tǒng)故障及異常1.1 電力系統(tǒng)故障的危害 電力系統(tǒng)在運行中可能發(fā)生各種故障和出現(xiàn)各種不正常運行狀態(tài)，最常見、同時也是最危險的故障是各種類型的短路。發(fā)生短路時將會產(chǎn)生以下后果： (1) 數(shù)值較大的短路電流通過故障點時，產(chǎn)生電弧，使故障設備損壞或燒毀。 (2) 短路電流通過非故障元件時，使電氣設備的載流部分和絕緣

4、材料的溫度超過散熱條件的允許值而不斷升高，造成載流導體熔斷或加速絕緣老化和損壞，從而可能發(fā)展成為故障； (3) 故障時電力系統(tǒng)中，部分地區(qū)的電壓大大下降，破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響產(chǎn)品的質(zhì)量。 (4) 破壞電力系統(tǒng)中各發(fā)電廠并列運行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，從而使事故擴大，甚至導致整個系統(tǒng)瓦解。第一部分：電力系統(tǒng)故障及異常1.2 電力系統(tǒng)故障類型及幾率 電力系統(tǒng)中的短路包括三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相接地短路。不同類型短路發(fā)生的概率是不同的，不同類型短路電流的大小也不同，一般為額定電流的幾倍到幾十倍。 下表為2006年我國220kV電網(wǎng)輸電線路各種類型故障發(fā)生的次數(shù)和百分比 故障類型

5、三相短路 兩相短路 兩相短路接地 單相接地短路 其他 故障次數(shù) 17 28 91 1319 32 故障百分比 1.14% 1.88% 6.12% 88.7% 2.16%1.3 電力系統(tǒng)異常狀態(tài) 電力系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞時，但沒有發(fā)生故障，這種情況屬于不正常工作狀態(tài)。 如：因負荷超過供電設備的額定值引起的電流升高，稱過負荷，就是一種常見的不正常工作狀態(tài)。在過負荷時，電氣設備的載流部分和絕緣材料過度發(fā)熱，從而使絕緣加速老化，甚至損壞，引起故障。此外。系統(tǒng)中出現(xiàn)功率缺額而引起的頻率降低，發(fā)電機突然甩負荷而產(chǎn)生的過電壓，以及電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩等，都屬于電力系統(tǒng)的不正常運行狀態(tài)。第二部分：電力

6、系統(tǒng)繼電保護2.1 電力系統(tǒng)繼電保護的任務和作用2.2 繼電保護的基本原理2.3 繼電保護的組成及分類 2.3.1：模擬型繼電保護 2.3.2：數(shù)字型的計算機繼電器保護2.4：對繼電保護裝置的要求 2.4.1 可靠性 2.4.2 選擇性 2.4.3 速動性 2.4.4 靈敏性2.5 繼電保護的發(fā)展簡史第二部分：電力系統(tǒng)繼電保護2.1 電力系統(tǒng)繼電保護的任務和作用電力系統(tǒng)中發(fā)生不正常運行狀態(tài)和故障時，都可能引起系統(tǒng)事故。事故是指系統(tǒng)全部或部分正常運行狀態(tài)遭到破壞，造成對用戶的停止供電或少供電，甚至造成人身傷亡和電氣設備的損壞。系統(tǒng)事故的發(fā)生，除了自然條件的因素(如雷擊、架空線路倒桿等)外，一般都

7、是由于設備制造上的缺陷、設計和安裝的錯誤、檢修質(zhì)量不高或運行維護不當而引起的。因此，只有充分發(fā)揮人的主觀能動性，正確地掌握客觀規(guī)律，加強對設備的維護和檢修，就可以大大減少事故發(fā)生的幾率。在電力系統(tǒng)中，除應采取各項積極措施消除或減少事故發(fā)生的可能性外，還應能做到設備或輸電線路一旦發(fā)生故障時，應盡快地將故障設備或線路從系統(tǒng)中切除，保證非故障部分繼續(xù)安全穩(wěn)定運行，縮小事故影響范圍。由于電力系統(tǒng)是一個整體，電能的生產(chǎn)、傳輸、分配和使用是同時完成，各設備之間都有電或磁的聯(lián)系，因此，當某一設備或線路發(fā)生短路故障時，在很短的時間就影響到整個電力系統(tǒng)的其他部分，為此要求切除故障設備或輸電線路的時間必須很短，通

8、常要求切除故障的時間小到十分之幾秒到百分之幾秒。顯然要在這樣短的時間內(nèi)由運行人員及時發(fā)現(xiàn)并手動將故障設備或線路從電網(wǎng)中切除是絕對不可能的。因此，只有借助于裝設在每個電氣設備或線路上的自動裝置，即繼電保護裝置才能實現(xiàn)。這種裝置到目前為止，有一部分仍然由單個繼電器或繼電器與其附屬設備的組合構(gòu)成，故稱為繼電保護裝置（如：麻池變麻華線、古城變古莎線）。在電子式靜態(tài)保護裝置和數(shù)字式保護裝置出現(xiàn)以后，雖然繼電器多已被電子元件或計算機取代，但仍沿用此名稱。在電業(yè)部門常常用繼電保護一詞泛指繼電保護技術或由各種繼電保護裝置組成的繼電保護系統(tǒng)。繼電保護裝置一詞則指各種具體的裝置。第二部分：電力系統(tǒng)繼電保護繼電保護

9、裝置就是指能反應電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。繼電保護裝置基本任務是：(1) 自動、迅速、有選擇性地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(如有無經(jīng)常值班人員)而動作于信號，以便值班員及時處理，或由裝置自動進行調(diào)整，或?qū)⒛切├^續(xù)運行就會引起損壞或發(fā)展成為事故的電氣設備予以切除。這種情況一般不要求保護迅速動作，而是根據(jù)對電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時，以免暫短地運行波動造成不必要的動作跳閘和干擾而引起的誤動。(3) 繼

10、電保護裝置還可以與電力系統(tǒng)中的其他自動化裝置配合，在條件允許時，采取預定措施，縮短事故停電時間，盡快恢復供電，從而提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。由此可見，繼電保護在電力系統(tǒng)中的主要作用是通過預防事故或縮小事故范圍來提高系統(tǒng)運行的可靠性、安全穩(wěn)定性，最大限度地保證向用戶安全連續(xù)供電。因此，繼電保護是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是保證電力系統(tǒng)安全可靠運行的必不可少的技術措施之一。在現(xiàn)代的電力系統(tǒng)中，如果沒有專門的繼電保護裝置，要想維持系統(tǒng)的正常運行是根本不可能的。第二部分：電力系統(tǒng)繼電保護2.2 繼電保護的基本原理為了完成上述的任務，繼電保護裝置必須具有正確區(qū)分被保護元件是處于正常運行狀態(tài)還是發(fā)生了故障，

11、是保護區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障的功能。保護裝置要實現(xiàn)這一功能，需要根據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)生故障前后電氣物理量變化的特征為基礎來構(gòu)成。電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，工頻電氣量變化的主要特征是：（1）：電流增大。 短路時故障點與電源之間的電氣設備和輸電線路上的電流將由負荷電流增大至大大超過負荷電流；這電流稱為故障電流 。電網(wǎng)正常運行時，輸電線路上流過正常的負荷電流，母線電壓約為額定電壓。當輸電線路發(fā)生短路時，故障相電流增大。根據(jù)這一特征，構(gòu)成反應故障時電流增大而動作的電流保護。（2）：電壓降低。當發(fā)生相間短路和接地短路故障時，系統(tǒng)各點的相間電壓或相電壓值下降，且越靠近短路點，電壓越低。（3）：電流與電壓之間的相位角改變

12、。正常運行時電流與電壓間的相位角是負荷的功率因數(shù)角，一般約為20，三相短路時，電流與電壓之間的相位角是由線路的阻抗角決定的，一般為60 85 ，而在保護反方向三相短路時，電流與電壓之間的相位角則是180+( 6085)。（4）：測量阻抗發(fā)生變化。測量阻抗即測量點(保護安裝處)電壓與電流之比值。正常運行時，測量阻抗為負荷阻抗；金屬性短路時，測量阻抗轉(zhuǎn)變?yōu)榫€路阻抗(即保護安裝處至故障點間的阻抗) ，故障后測量阻抗顯著減小，而阻抗角增大。如距離保護是反應保護安裝處至故障點的距離，并根據(jù)距離的遠近而確定動作時限的一種保護裝置。測量保護安裝處至故障點的距離，實際上是測量保護安裝處至故障點之間的阻抗大小，

13、故有時又稱阻抗保護。第二部分：電力系統(tǒng)繼電保護（5）：不對稱短路時，出現(xiàn)相序分量。如兩相及單相接地短路時，出現(xiàn)負序電流和負序電壓分量；單相接地時，出現(xiàn)負序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常運行時是不出現(xiàn)的。因此利用短路故障時電氣量的變化，便可構(gòu)成各種原理的繼電保護。例如： a：據(jù)短路故障時電流的增大，可構(gòu)成過電流保護； b：據(jù)短路故障時電壓的降低，可構(gòu)成電壓保護； c：據(jù)短路故障時電流與電壓之間相角的變化，可構(gòu)成功率方向保護； d：據(jù)電壓與電流比值的變化，可構(gòu)成距離保護； e：據(jù)故障時被保護元件兩端電流相位和大小的變化，可構(gòu)成差動保護； f：據(jù)不對稱短路故障時出現(xiàn)的電流電壓的相序分量，可構(gòu)成

14、零序電流保護、負序電流保護和負序功率方向保護； g：高頻保護則是利用高頻通道來傳遞線路兩端電流相位大小和短路功率方向信號的一種保護。 h：此外，除了上述反應工頻電氣量的保護外，還有反應非工頻電氣量的保護。 如：超高壓輸電線路的行波保護電力變壓器的瓦斯保護及反應電動機繞組溫度升高的過負荷或過熱保護等。第二部分：電力系統(tǒng)繼電保護2.3 繼電保護的組成及分類繼電保護實際上是一種自動控制裝置。以控制過程信號的不同，可分為模擬型和數(shù)字型兩大類。多年來應用的常規(guī)繼電保護裝置都屬于模擬型的，而20 世紀70 年代以來發(fā)展的計算機保護則屬于數(shù)字型的。這兩類繼電保護的基本原理是相同的，只是實現(xiàn)方法和構(gòu)成大有相同

15、。2.3.1：模擬型繼電保護 是由若干個不同功能的繼電器組成或晶體管、集成電路等電子元件來實現(xiàn)的。模擬型繼電保護裝置的種類很多，一般而言，它們都由測量回路邏輯回路和執(zhí)行回路三個主要部分組成，其原理框圖如圖1.1所示。測量回路的作用：是測量與被保護電氣設備或線路工作狀態(tài)有關的物理量的變化， 如電流、電壓等的變化，以確定電力系統(tǒng)是否發(fā)生了短路故障或出 現(xiàn)不正常運行情況；邏輯回路的作用：是當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，根據(jù)測量回路的輸出信號，進行邏輯判 斷，以確定保護是否應該動作，并向執(zhí)行元件發(fā)出相應的信號；執(zhí)行回路的作用：是執(zhí)行邏輯回路的判斷，發(fā)出切除故障的跳閘脈沖或指示不正常運 行情況的信號。第二部分：

16、電力系統(tǒng)繼電保護2.3.2數(shù)字型的計算機繼電器保護是把被保護設備和線路輸入的模擬電氣量經(jīng)模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器變換為數(shù)字量，利用計算機進行處理和判斷。計算機由硬件部分和軟件部分組成，硬件部分主要采用微型計算機或微處理器來實現(xiàn)。（）：硬件部分如圖：所示微機繼電保護硬件部分原理框圖。(見下頁)被保護設備或線路的交流電流、電壓經(jīng)電流互感器和電壓互感器輸入到計算機保護的輸入通道。由于需要同時輸入多路電壓和電流(如三相電壓和三相電流)，因此需要配置多路輸入通道。在輸入通道中，首先經(jīng)變換器將電流和電壓變換為適于微機保護用的低電壓量(5V10V)，再由模擬低通濾波器濾除直流分量、低頻分量和高頻及各種干擾波后，

17、進入采樣保持(S/H)電路，將一個在時間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為時間上的離散量，完成對輸入模擬量的采樣。通過多路轉(zhuǎn)換開關(MPX)將多個輸入電氣量按輸入時間前后分開，依次送到A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進入計算機系統(tǒng)進行運算處理，判斷是否發(fā)生故障，通過開關量輸出通道輸出，經(jīng)光電隔離電路送到出口繼電器，從而接通跳閘線圈，啟動調(diào)整回路。人機接口部分的作用：是建立起微機保護與使用者之間的信息聯(lián)系，以便對裝置進行人工操作、調(diào)試和信息反饋。外部通信接口的作用是提供計算機局域通信網(wǎng)絡以及遠程通信網(wǎng)絡的信息通道。（）：軟件部分：是根據(jù)保護的工作原理和動作要求編制的計算程序，不同原理的保護計算程序不同。

18、微機保護的計算程序是根據(jù)保護工作原理的數(shù)學模型即數(shù)學表達式來編制的。這種數(shù)學模型稱為計算機繼電保護的算法。通過不同的算法便可以實現(xiàn)各種保護功能。各種類型保護的計算機硬件和外圍設備可以是通用的，只要計算程序不同，就可以得到不同原理的保護，而且計算機可以根據(jù)系統(tǒng)運行方式的改變自動改變動作的整定值，使保護具有更大的靈活性。保護用計算機有自診斷能力，不斷地檢查和診斷保護本身的故障，并及時進行處理，大大地提高了保護裝置的可靠性，并能實現(xiàn)快速動作的要求。微機繼電保護硬件部分原理框圖微機繼電保護硬件部分原理框圖第二部分：電力系統(tǒng)繼電保護2.4：對繼電保護裝置的要求繼電保護裝置為了完成它的任務，必須在技術上滿

19、足選擇性、速動性、靈敏性和可靠性四個基本要求。對于作用于繼電器跳閘的繼電保護，應同時滿足四個基本要求，而對于作用于信號以及只反映不正常的運行情況的繼電保護裝置，這四個基本要求中有些要求如速動性可以降低。 2.4.1 可靠性可靠性包括安全性和信賴性，是對繼電保護最根本的要求。所謂安全性是要求繼電保護在不需要它動作時可靠不動作，即不發(fā)生誤動。所謂信賴性是要求繼電保護在規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生了應該動作的故障時可靠動作，即不拒動。繼電保護正確的調(diào)試、整定、運行及維護，都是影響保護的可靠性的重要因素 。繼電保護的誤動作和拒動作都會給電力系統(tǒng)帶來嚴重危害。然而，提高不誤動的安全措施與提高不拒動的信賴性措施往

20、往是矛盾的。由于不同的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，電力元件在電力系統(tǒng)中的位置不同，誤動和拒動的危害程度不同，因而提高安全性和信賴性的側(cè)重點在不同的情況下有所不同。例如，對220kV 及以上系統(tǒng)，由于電網(wǎng)聯(lián)系比較緊密，聯(lián)絡線較多，系統(tǒng)備用容量較多，如果保護誤動，使某條線路、某臺發(fā)電機或變壓器誤動切除，給整個電力系統(tǒng)造成直接經(jīng)濟損失較小。但如果保護裝置拒動，將會造成電力元件的損壞或者引起系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，造成大面積的停電。在這種情況下，一般應該更強調(diào)保護不拒動的信賴性。目前，要求每回220kV 及以上輸電線路都裝設兩套工作原理不同、工作回路完全獨立的快速保護，采取各自獨立跳閘的方式，提高不拒動的信賴性。而對于

21、母線保護，由于它的誤動將會給電力系統(tǒng)帶來嚴重后果，因此更強調(diào)不誤動的安全性，一般是以兩套保護出口觸點串聯(lián)后啟動跳閘回路的方式。第二部分：電力系統(tǒng)繼電保護2.4.2 選擇性所謂選擇性就是指當電力系統(tǒng)中的設備或線路發(fā)生短路時，其繼電保護僅將故障的設備或線路從電力系統(tǒng)中切除，確保非故障設備的正常運行。當故障設備或線路的保護或斷路器拒動時，應由相鄰設備或線路的保護將故障切除。如圖： 所示單側(cè)電源網(wǎng)絡中有選擇性動作的說明圖，當k1點發(fā)生短路故障時，應由故障線路上的保護1 和2 動作，將故障線路切除，這時變電所B則仍可由另一條非故障線路繼續(xù)供電。當k3點發(fā)生短路故障時，應由線路的保護6 動作，使斷路器6

22、跳閘，將故障線C-D 切除，這時只有變電所D 停電。由此可見，繼電保護有選擇性的動作可將停電范圍限制到最小，甚至可以做到不中斷對用戶的供電。在要求保護動作有選擇性的同時，還必須考慮保護或斷路器有拒動的可能性，因而就需要考慮后備保護的問題。如上圖，當k3點發(fā)生短路故障時，距短路點最近的保護6 應動作切除故障，但由于某種原因，該處的保護或斷路器拒動，故障便不能消除，此時如其前面一條線路(靠近電源測)的保護5 動作，故障也可消除。此時保護5 所起的作用就稱為相鄰元件的后備保護。同理保護1 和3又應該作為保護5和7的后備保護。由于按以上方式構(gòu)成的后備保護是在遠處實現(xiàn)的，因此又稱為遠后備保護。 第二部分

23、：電力系統(tǒng)繼電保護一般情況下遠后備保護動作切除故障時將使供電中斷的范圍擴大。在復雜的高壓電網(wǎng)中，當實現(xiàn)遠后備保護有困難時，也可采用近后備保護的方式。即當本元件的主保護拒絕動作時，由本元件的另一套保護作為后備保護；當斷路器拒絕動作時，由同一發(fā)電廠或變電所內(nèi)的有關斷路器動作，實現(xiàn)后備。為此，在每一個元件上應裝設簡單的主保護和后備保護。必要的斷路器失靈保護，由于這種后備保護作用是在主保護安裝處實現(xiàn)，因此稱為近后備保護。應當指出：對于電壓較低的線路上應優(yōu)先采用遠后備保護，只有當遠后備不能滿足靈敏度和速動性的要求時，才考慮采用近后備的方式。但是對于高電壓（220KV及以上）線路保護應采用近后備方式。第二

24、部分：電力系統(tǒng)繼電保護2.4.3 速動性所謂速動性就是指繼電保護裝置應能盡快地切除故障，以減少設備及用戶在大電流、低電壓運行的時間，降低設備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。動作迅速而又能滿足選擇性要求的保護裝置，一般結(jié)構(gòu)都比較復雜，價格昂貴，對大量的中、低壓電力設備，不一定都采用高速動作的保護。對保護速動性的要求應根據(jù)電力系統(tǒng)的接線和被保護設備的具體情況，經(jīng)技術經(jīng)濟比較后確定。一般必須快速切除的故障有：(1) 使發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于有效值(一般為0.7倍額定電壓)。(2) 大容量的發(fā)電機、變壓器和電動機內(nèi)部故障。(3) 中、低壓線路導線截面過小，為避免過熱不允許延時切除的故障。

25、(4) 可能危及人身安全、對通信系統(tǒng)或鐵路信號造成強烈干擾的故障。在高壓電網(wǎng)中，維持電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性往往成為繼電保護快速性的決定性因素，故障切除愈快，暫態(tài)穩(wěn)定極限(維持故障切除后系統(tǒng)的穩(wěn)定性所允許的故障前輸送功率)愈高，愈能發(fā)揮電網(wǎng)的輸電效能；電網(wǎng)的穩(wěn)定性愈好。故障切除時間包括保護裝置和斷路器動作時間，一般快速保護的動作時間為0.04s0.08s，最快的可達0.01s0.04s，一般斷路器的跳閘時間為0.06s0.15s，最快的可達0.02s0.06s。但應指出，要求保護切除故障達到最小時間并不是在任何情況下都是合理的，故障必須根據(jù)技術條件來確定。實際上，對不同電壓等級和不同結(jié)構(gòu)的電網(wǎng)，切

26、除故障的最小時間有不同的要求。例如，對于35kV60kV 配電網(wǎng)絡，一般為0.5s0.7s；110kV330kV高壓電網(wǎng)，約為0.15s0.3s；500kV及以上超高壓電網(wǎng)，約為0.1s0.12s。目前國產(chǎn)的繼電保護裝置，在一般情況下，完全可以滿足上述電網(wǎng)對快速切除故障的要求。對于反應不正常運行情況的繼電保護裝置，一般不要求快速動作，而應按照選擇性的條件，帶延時地發(fā)出信號。第二部分：電力系統(tǒng)繼電保護2.4.4 靈敏性（1）：靈敏性是指電氣設備或線路在被保護范圍內(nèi)發(fā)生短路故障或不正常運行情況時，保護裝置的反應能力。能滿足靈敏性要求的繼電保護，在規(guī)定的范圍內(nèi)故障時，不論短路點的位置和短路的類型如何

27、，以及短路點是否有過渡電阻，都能正確反應動作，即要求不但在系統(tǒng)最大運行方式下三相短路時能可靠動作，而且在系統(tǒng)最小運行方式下經(jīng)過較大的過渡電阻兩相或單相短路故障時也能可靠動作。（2）：所謂系統(tǒng)最大運行方式就是被保護線路末端短路時，系統(tǒng)等效阻抗最小，通過保護裝置的短路電流為最大運行方式；系統(tǒng)最小運行方式就是在同樣短路故障情況下，系統(tǒng)等效阻抗為最大，通過保護裝置的短路電流為最小的運行方式。（3）：保護裝置的靈敏性是用靈敏系數(shù)來衡量。 靈敏系數(shù)的計算公式為： a：對于反應故障參量增加(如過電流)的保護裝置：靈敏系數(shù)=保護區(qū)末端金屬性短路時故障參數(shù)的最小計算值/保護裝置動作參數(shù)的整定值 b：對于反應故障

28、參量降低(如低電壓)的保護裝置：靈敏系數(shù)=保護裝置動作參數(shù)的整定值/保護區(qū)末端金屬性短路時故障參數(shù)的最大計算值（4）：故障參數(shù)指的是：電流、電壓和阻抗等的計算，應根據(jù)實際可能的最不利的運行方式和故障類型來進行。（5）：增加靈敏性，即增加了保護動作的信賴性，但有時與安全性相矛盾。也就是增加了保護動作的靈敏性，相應的保護裝置的可靠性就降低了。 以上四個基本要求是保護設計、保護配置、保護定值計算和維護繼電保護的依據(jù)，又是分析評價繼電保護的基礎。這四個基本要求之間是相互聯(lián)系的，但往往又存在著矛盾。因此，在實際工作中，要根據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和用戶的性質(zhì)，辯證地進行統(tǒng)一。第二部分：電力系統(tǒng)繼電保護2.5 繼電保

29、護的發(fā)展簡史繼電保護技術是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展起來的。電力系統(tǒng)發(fā)生短路是不可避免的，短路必然伴隨著電流的增大，因而，為了保護電力設備免受短路電流的破壞，首先出現(xiàn)了反應電流超過一預定值的過流保護。熔斷器就是最早的、最簡單的過電流保護。這種保護方式時至今日仍廣泛應用于低壓線路和用電設備。熔斷器的特點是融保護裝置與切斷電流的裝置于一體，因而最為簡單。由于電力系統(tǒng)的發(fā)展，用電設備功率、發(fā)電機的容量不斷增大，熔斷器已不能滿足選擇性和快速性的要求，于是出現(xiàn)了作用于專門的斷流裝置(斷路器)的過電流繼電器。1890 年后出現(xiàn)了裝于斷路器上并直接作用于斷路器的一次式(直接反應于一次短路電流)的電磁型過電流繼

30、電器。19 世紀初，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，繼電器才開始廣泛應用于電力系統(tǒng)的保護。這個時期可認為是繼電器保護技術發(fā)展的開端。1901 年出現(xiàn)了感應型過電流繼電器。1908 年提出了比較被保護元件兩端電流的電流差動保護原理。1910 年方向電流保護開始得到應用，在此時期也出現(xiàn)了將電流與電壓比較的保護原理，并導致了1920年后距離保護裝置的出現(xiàn)。隨著電力系統(tǒng)載波通信的發(fā)展，在1927年前后，出現(xiàn)了利用高壓輸電線上高頻載波電流傳送和比較輸電線兩端功率方向或電流相位的高頻保護裝置。20 世紀50 年代就出現(xiàn)了利用故障點產(chǎn)生的行波實現(xiàn)快速繼電保護的設想，經(jīng)過20 余年的研究，終于誕生了行波保護裝置。顯然，隨

31、著光纖通信將在電力系統(tǒng)中的大量采用，利用光纖通道的繼電保護必須廣泛的應用。 以上是繼電保護原理的發(fā)展過程。第二部分：電力系統(tǒng)繼電保護 機電式保護裝置、靜態(tài)保護裝置和數(shù)字式是繼電保護裝置發(fā)展三個階段。機電式保護裝置-指的是由電磁式繼電器、感應型繼電器等構(gòu)成的 保護裝置 靜態(tài)保護裝置-指的是由晶體管式、集成電路式等構(gòu)成的保護裝 置數(shù)字式保護裝置-微機保護裝置。第三部分：電力系統(tǒng)繼電保護的配置 1： 一般規(guī)定 2：電力變壓器保護 3：電力輸電線路保護 4：母線保護和斷路器失靈保護第三部分：電力系統(tǒng)繼電保護的配置一： 一般規(guī)定 1：電力系統(tǒng)中的電力設備和線路，應裝設短路故障和異常運行保護裝置。電力設備

32、和線路短路故障的保護應有主保護和后備保護，必要時可再增設輔助保護。 1.1： 主保護是滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護設備和線路故障的保護。 1.2： 后備保護是主保護或斷路器拒動時，用以切除故障的保護。后備保護可分為遠后備和近后備兩種方式。 （1）：遠后備是當主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設備或線路的保護來實現(xiàn)的后備。 （2）：近后備是當主保護拒動時，由本電力設備或線路的另一套保護實現(xiàn)后備的保護；是當斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現(xiàn)的后備保護。 （3）：輔助保護是為補充主保護和后備保護的性能或當主保護和后備保護退出運行而增設的簡單保護。 （4）：異常運行保護是

33、反應被保護電力設備或線路異常運行狀態(tài)的保護。 2：繼電保護裝置的配置應滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求。 2.1：可靠性是指保護該動作時應動作，不該動作時不動作。 為保證可靠性，宜選用可能的最簡單的保護方式，應采用由可靠的元件和盡可能簡單的回路構(gòu)成的性能良好的裝置，并應具有必要的檢測、閉鎖和雙重化等措施。保護裝置應便于整定、調(diào)試和運行維護。 2.2：選擇性是指首先由故障設備或線路本身的保護切除故障，當故障設備或線路本身的保護或斷路器拒動時，才允許由相鄰設備、線路的保護或斷路器失靈保護切除故障。 為保證選擇性，對相鄰設備和線路有配合要求的保護和同一保護內(nèi)有配合要求的兩元件(如起動與跳閘元

34、件或閉鎖與動作元件)，其靈敏系數(shù)及動作時間，在一般情況下應相互配合。 當重合于本線路故障，或在非全相運行期間健全相又發(fā)生故障時，相鄰元件的保護應保證選擇性。在重合閘后加速的時間內(nèi)以及單相重合閘過程中，發(fā)生區(qū)外故障時，允許被加速的線路保護無選擇性。 在某些條件下必須加速切除短路時，可使保護無選擇性動作，但必須采取補救措施。例如采用自動重合閘或備用電源自動投入來補救。 2.3：靈敏性是指在設備或線路的被保護范圍內(nèi)發(fā)生金屬性短路時，保護裝置應具有必要的靈敏系數(shù)。靈敏系數(shù)應根據(jù)不利正常(含正常檢修)運行方式和不利的故障類型計算。 2.4：速動性是指保護裝置應能盡快地切除短路故障，其目的是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性

35、，減輕故障設備和線路的損壞程度，縮小故障波及范圍，提高自動重合閘和備用電源或備用設備自動投入的效果等。 3：當自動重合閘裝置動作時，如重合于永久性故障，應能可靠跳閘。第三部分：電力系統(tǒng)繼電保護的配置二：電力變壓器保護 1：對變壓器引出線、套管及內(nèi)部繞組匝間短路的短路故障，保護瞬時動作于斷開變壓器的各側(cè)斷路器。相應裝設：變壓器差動保護或電流速斷保護。（1）：對6.3MVA以下廠用工作變壓器和并列運行的變壓器，以及10MVA以下廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器，當后備保護時限大于0.5s時，應裝設電流速斷保護。 （2）：對6.3MVA及以上廠用工作變壓器和并列運行的變壓器、10MVA及以上廠用備用

36、變壓器和單獨運行的變壓器，以及2MVA及以上用電流速斷保護靈敏性不符合要求的變壓器，應裝設縱聯(lián)差動保護。 （3）：對高壓側(cè)電壓為330kV及以上變壓器，可裝設雙重差動保護。2：反映變壓器繞組的匝間短路的差動保護應符合下列要求： （1）：應能躲過勵磁涌流和外部短路產(chǎn)生的不平衡電流。 （2）：應在變壓器過勵磁時不誤動。 （3）：差動保護范圍應包括變壓器套管及其引出線。如不能包括引出線時，應采取快速切除故障的輔助措施。但在某些情況下，例如60kV或110kV電壓等級的終端變電所和分支變電所，以及具有旁路母線的電氣主接線，在變壓器斷路器退出工作由旁路斷路器代替時，縱聯(lián)差動保護亦可以利用變壓器套管內(nèi)的電

37、流互感器，而對引出線可不再采取快速切除故障的輔助措施。 3：對由外部相間短路引起的變壓器過電流，保護動作后應帶時限動作于跳閘。相應裝設：根據(jù)變壓器的容量、電壓等級、所處電網(wǎng)的位置，可選擇在變壓器某側(cè)（或各側(cè)）裝設 過電流（或復壓閉鎖過流）保護。（1）：過電流保護：保護的整定值應考慮事故時可能出現(xiàn)的過負荷。 （2）： 復合電壓(包括負序電壓及線電壓)閉鎖過電流保護：宜用系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器或過電流保護不符合靈敏性要求時的變壓器。 （3）：當過電流保護或復合電壓閉鎖過電流保護不能滿足靈敏性和選擇性要求時，可采用阻抗保護。 4：反映變壓器外部相間短路保護應裝于變壓器下列各側(cè)，必須考慮能反應電流互感器與斷路

38、器之間的故障。 （1）：雙繞組變壓器，應裝于主電源側(cè)，保護可帶一段或兩段時限，較短的時限用于縮小故障影響范圍（如：跳母聯(lián)開關的賄賂）；較長的時限用于斷開變壓器各側(cè)斷路器。 （2）：三繞組變壓器，應裝于主電源側(cè)及主負荷側(cè)或三側(cè)（注意：其他各側(cè)保護可僅作本側(cè)相鄰電力設備和線路的后備保護）。主電源側(cè)的保護應帶兩段時限，以較短的時限斷開未裝保護側(cè)的斷路器。當上述方式不符合靈敏性要求時，可在所有各側(cè)均裝設保護，各側(cè)保護應根據(jù)選擇性的要求裝設方向元件。 第三部分：電力系統(tǒng)繼電保護的配置5：變壓器的中性點直接接地運行，對外部單相接地引起的過電流，應裝設零序電流保護。零序電流保護可由兩段組成。（1）：每段可各

39、帶兩個時限，并均以較短的時限動作于縮小故障影響范圍，或動作于本側(cè)斷路器；以較長的時限動作于斷開變壓器各側(cè)斷路器。 （2）：雙繞組及三繞組變壓器的零序電流保護，應接到中性點引出線上的電流互感器上，零序電流方向保護也可接入高、中壓側(cè)電流互感器的零序回路。若零序電流保護的靈敏性不符合要求，則可在中性點側(cè)增設零序電流保護。 6：變壓器的中性點經(jīng)間隙接地運行，裝設反應零序電壓和間隙放電電流的零序電流電壓保護。防止由于因外部單相接地引起變壓器過電壓而燒壞變壓器。中性點直接接地電力網(wǎng)中，外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓時，要求零序電流電壓保護經(jīng)0.30.5s時限動作于斷開變壓器各側(cè)斷路器。 7：過負荷

40、：防止變壓器長期過負荷運行。0.4MVA及以上變壓器，當數(shù)臺并列運行或單獨運行，并作為其他負荷的備用電源時，應根據(jù)可能過負荷的情況，裝設過負荷保護。保護應能反應各側(cè)過負荷的情況。 帶時限動作于信號。 在無經(jīng)常值班人員的變電所，必要時，過負荷保護也可采用動作于跳閘或斷開部分負荷。 8：油面降低：裝設瓦斯保護用來反映變壓器油溫、油箱內(nèi)的氣體。 0.8MVA及以上油浸式變壓器和0.4MVA及以上車間內(nèi)油浸式變壓器，均應裝設瓦斯保護：當殼內(nèi)故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時，應瞬時動作于信號；當產(chǎn)生大量瓦斯時，應動作于斷開變壓器各側(cè)斷路器。 帶負荷調(diào)壓的油浸式變壓器的調(diào)壓裝置，亦應裝設瓦斯保護。第三部分：電

41、力系統(tǒng)繼電保護的配置三：電力輸電線路保護 1：對330500kV線路，一般情況下實現(xiàn)主保護雙重化： （1）：設置兩套完整、獨立的全線速動主保護； （2）：兩套主保護的交流電流、電壓回路和直流電源彼此獨立； （3）：每一套主保護對全線路內(nèi)發(fā)生的各種類型故障(包括單相接地、相間短路、兩相接地、三相短路、非全相運行故障及轉(zhuǎn)移故障等)，均能無時限動作切除故障； （4）：每套主保護應有獨立選相功能，實現(xiàn)分相跳閘和三相跳閘； （5）：斷路器有兩組跳閘線圈，每套主保護分別起動一組跳閘線圈； （6）：兩套主保護分別使用獨立的遠方信號傳輸設備。 若保護采用專用收發(fā)信機，其中至少有一個通道完全獨立，另一個可與通信

42、復用。如采用復用載波機，兩套主保護應分別采用兩臺不同的載波機。 2：330500kV線路的后備保護應按下列原則配置： （1）：線路保護采用近后備方式。 （2）：每條線路都應配置能反應線路各種類型故障的后備保護。當雙重化的每套主保護都有完善的后備保護時，可不再另設后備保護。只要其中一套主保護無后備，則應再設一套完整的獨立的后備保護。 （3）：對相間短路，后備保護宜采用階段式距離保護。 （4）：對接地短路，應裝設接地距離保護并輔以階段式或反時限零序電流保護；對中長線路，若零序電流保護能滿足要求時，也可只裝設階段式零序電流保護。接地后備保護應保證在接地電阻不大于300時，能可靠地有選擇性地切除故障。

43、 第三部分：電力系統(tǒng)繼電保護的配置四：母線保護和斷路器失靈保護 1：對220500kV母線，應裝設能快速有選擇地切除故障的母線保護。應裝設兩套母線保護。 母線保護保護動作，應能快速而有選擇地斷開有故障的母線。2：斷路器失靈保護 （1）：220KV及以上線路裝設斷路器失靈保護；其相電流判別元件的定值，應在保證線路末端故障有足夠靈敏度的前提下，盡量按大于負荷電流整定。 （2）：一般不考慮由變壓器保護起動斷路器失靈保護。如變壓器保護起動斷路器失靈保護時，也必須設有相電流元件，并不允許由瓦斯保護動作起動失靈保護。 （3）：110KV及以上線路不裝設斷路器失靈保護 （4）：斷路器失靈保護動作時間，應按下

44、述原則整定： a：宜無時限再次動作于本斷路器跳閘； b：對雙母線(或分段單母線)接線，以較短時限(大于故障線路或電力設備跳閘時間及保護裝置返回時間之和)動作于斷開母聯(lián)或分段斷路器； c：再經(jīng)一時限動作于斷開與拒動斷路器連接在同一母線上的所有有電源支路的斷路器。 d： 斷路器失靈保護動作時，應對有關斷路器的自動重合閘裝置進行閉鎖。第四部分：實例1：變壓器保護配置情況舉例說明： 1.1：麻池變電站 1.2：昆河變電站2：包頭電網(wǎng)220KV、110KV母線保護配置情況3：包頭電網(wǎng)220KV線路保護配置情況 電力設備保護的配置不僅與設備的電壓等級有關，與設備所處電網(wǎng)的位置也密切相關。第四部分：實例（一

45、）：麻池變電站1：特點 （1）：僅由220KV系統(tǒng)供電的、單側(cè)電源的220KV變電站。 （2）：麻池變兩臺120000KVA變壓器，正常運行時其中一臺變壓器220KV及 110KV中性點直接接地，另一臺變壓器220KV及110KV中性點經(jīng)間隙接地運行。 當一臺變壓器停電檢修時，運行的變壓器220KV及110KV側(cè)中性點必須直接接地。2：1#、2#變壓器的保護配置情況1#、2#變采用WBZ-500H（南自）及CST-33A、CST-200B（北京四方）雙套微機變壓器保 護裝置。實現(xiàn)220KV變壓器雙差動、雙后備保護。 均采用的保護有為： （1）：反映變壓器內(nèi)部匝間短路的差動保護，瞬時動作出口跳開

46、變壓器各側(cè)。 （2）：給變壓器、110KV母線及110KV線路作后備保護的、不帶方向的220KV復合電壓 閉鎖過電流保護； 采用三段時間：一時限跳110 KV母聯(lián)開關 二時限110KV側(cè)開關 三時限全跳（變壓器各側(cè)開關） 且：一時限二時限三時限其220KV復合電壓閉鎖過電流保護的動作時間要與220KV系統(tǒng)保護的動作時間相配合；并小于220KV系統(tǒng)保護動作時間一個時間級差0.3秒。這樣才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，保證選擇性。此保護的動作行為：當變壓器故障且差動保護拒動或110KV母線故障且母線保護拒動、110KV線路故障開關拒動時，220KV復合電壓閉鎖過電流保護整定的按照保護動作時間分別跳開相應斷路器

47、。第四部分：實例（3）：給110KV母線及110KV線路作后備保護的、不帶方向的110KV復合電壓閉鎖過電流保護；保護動作時間采用二段或三段時間： 采用二段動作時間：一時限跳110 KV母聯(lián)開關 二時限110KV側(cè)開關 采用三段動作時間：一時限跳110 KV母聯(lián)開關 二時限110KV側(cè)開關 三時限全跳（變壓器各側(cè)開關） 且：一時限二時限三時限其110KV復合電壓閉鎖過電流保護的動作時間要與220KV復合電壓閉鎖過電流保護的動作時間相配合；并小于220KV復合電壓閉鎖過電流保護動作時間一個時間級差0.3秒。此保護的動作行為：當110KV母線故障且母線保護拒動、110KV線路故障開關拒動時，110

48、KV復合電壓閉鎖過電流保護按照保護整定的動作時間分別跳開相應斷路器。（4）：給10KV母線（包括變壓器10KV側(cè)電抗器）及10KV線路作后備保護的、不帶方向的10KV復合電壓閉鎖過電流保護和過電流保護；保護動作時間采用二段或三段時間： 采用二段動作時間：一時限跳910開關 二時限10KV側(cè)開關 采用三段動作時間：一時限跳910開關 二時限10KV側(cè)開關 三時限全跳（變壓器各側(cè)開關） 且：一時限二時限三時限其10KV復合電壓閉鎖過電流保護的動作時間要與220KV復合電壓閉鎖過電流保護的動作時間相配合；并小于220KV復合電壓閉鎖過電流保護動作時間一個時間級差0.3秒。此保護的動作行為：當10KV

49、母線故障、10KV線路故障開關拒動時，10KV復合電壓閉鎖過電流保護和過電流保護按照保護整定的動作時間分別跳開相應斷路器。第四部分：實例（5）：對于220KV及110KV中性點直接接地運行的變壓器a：給220KV母線及220KV線路作后備保護的、兩段式（零序I段、II段）220KV側(cè)中性點零序過電流保護；反映系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，流經(jīng)變壓器的零序電流。一般情況：零序電流I段保護帶有方向性，方向指向220KV母線，保護動作時間采用二段； 一時限跳220KV母聯(lián)開關 二時限220KV側(cè)開關 零序電流II段保護取消方向性，保護動作時間采用二段：一時限跳220KV母聯(lián)開關 二時限全跳（變壓器各側(cè)開關）

50、且：I段一時限I段二時限 II段一時限II段二時限其兩段式（零序I段、II段）220KV側(cè)中性點零序過電流保護的動作時間要與系統(tǒng)220KV線路保護的動作時間相配合；并大于系統(tǒng)220KV線路零序保護動作時間一個時間級差0.3秒。此保護的動作行為：當220KV母線發(fā)生接地故障且母線保護拒動、220KV線路發(fā)生接地故障開關拒動時，兩段式（零序I段、II段）220KV側(cè)中性點零序過電流保護按照保護整定的動作時間分別跳開相應斷路器。b：給110KV母線及110KV線路作后備保護的、兩段式（零序I段、II段）110KV側(cè)中性點零序過電流保護；反映系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，流經(jīng)變壓器的零序電流。一般情況：零序電流

51、I段保護帶有方向性，方向指向110KV母線，保護動作時間采用二段； 一時限跳110KV母聯(lián)開關 二時限110KV側(cè)開關 零序電流II段保護取消方向性，保護動作時間采用二段：一時限跳110KV母聯(lián)開關 二時限全跳（變壓器各側(cè)開關） 且：I段一時限I段二時限 II段一時限II段二時限其兩段式（零序I段、II段）110KV側(cè)中性點零序過電流保護的動作時間要與系統(tǒng)110KV線路保護的動作時間相配合；并大于110KV線路零序保護動作時間一個時間級差0.3秒，還應該注意與變壓器220KV側(cè)不帶方向的零序保護段的動作時間的配合問題。此保護的動作行為：當110KV母線發(fā)生接地故障且母線保護拒動、110KV線路

52、發(fā)生接地故障開關拒動時，兩段式（零序I段、II段）110KV側(cè)中性點零序過電流保護按照保護整定的動作時間分別跳開相應斷路器。 第四部分：實例（6）：對于220KV及110KV中性點經(jīng)間隙接地運行的變壓器系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，將引起不接地運行的變壓器相間電壓升高而燒壞變壓器；因此配置防止燒壞變壓器的220KV側(cè)、110KV側(cè)中性點間隙零序過電流、間隙零序過電壓保護；保護動作后，0.5秒全跳（變壓器各側(cè)開關）。 規(guī)程規(guī)定：間隙零序過電壓整定180V，間隙零序過電流一次動作電流不大于100A，保護出口時間為0.5秒跳開變壓器各側(cè)。（7）：反映變壓器油溫、油面的瓦斯保護變壓器的本體瓦斯（重、輕瓦斯）：反映變壓器油箱內(nèi)油溫、氣體的變化情況。變壓器的調(diào)壓瓦斯（重、輕瓦斯或只有重瓦斯）：變壓器進行有載調(diào)壓時，多少會產(chǎn)生一些拉弧現(xiàn)象，會有少量的氣體產(chǎn)生，但是不會影響變壓器的穩(wěn)定運行；調(diào)壓瓦斯的裝設是反映變壓器有載調(diào)壓分節(jié)開關油箱內(nèi)的線圈發(fā)生短路時，造成有載調(diào)壓分節(jié)開關油箱內(nèi)油溫、氣體的變化情況。（8）：按照規(guī)程要求的配合主變后備保護的動作時間與系統(tǒng)保護的動作時間的配合情況圖麻池變主變保護配合情況(按規(guī)程1)按照規(guī)程配合:麻池變主變保護配合情況(按規(guī)程2)配合圖:麻池變主變保護配合情況(