電力系統(tǒng)-繼電保護(hù)知識(shí)講座

電力系統(tǒng)■繼電保護(hù)知識(shí)講座

電力系統(tǒng)：由發(fā)電電廠中的電氣部分，變可站，輸配電線路，用電設(shè)備

等組成的統(tǒng)一體：它包括發(fā)電機(jī)、變壓器、線路、用電設(shè)備以及相應(yīng)的

通信，安全自動(dòng)裝置，繼電保護(hù)，調(diào)調(diào)自動(dòng)化設(shè)備等。

電力系統(tǒng)運(yùn)行有如下特點(diǎn)：

1、電能的生產(chǎn)，輸送和使用必須同時(shí)進(jìn)行。

2、與生產(chǎn)及人們的生活密切相關(guān)。

3、暫態(tài)進(jìn)程非常短，一個(gè)正常運(yùn)行的系統(tǒng)可能在幾分鐘，甚致幾秒鐘內(nèi)

瓦解。

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的作用。

電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，可能由于以下原因，發(fā)生故障或不正常工作狀態(tài)。

1、外部原因：雷擊，大風(fēng)，地震造成的倒桿，絕緣子污穢造成污閃，線

路覆冰造成冰閃。

2、內(nèi)部原因：設(shè)備絕緣損壞，老化。

3、系統(tǒng)中運(yùn)行人員誤噪作。

電力系統(tǒng)故障的類型：

1、單相接地故障D(1)

2、兩相接地故障D(1.1)

3、兩相短路故障D(2)

4、三相短路故障D(3)

5線路斷線故障

以上故障單獨(dú)發(fā)生為筒單故障。在不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生兩個(gè)或以上稱為復(fù)

故障。

電力系統(tǒng)短路故障的后果：

1、短路電流在短路點(diǎn)引起電弧燒壞電氣設(shè)備。

2、造成部分地區(qū)電壓下降。

3、使系統(tǒng)電氣設(shè)備，通過短路電流造成熱效應(yīng)和電動(dòng)力。

4、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性被破壞，可能引起振蕩，甚至鮮列。

不正常工作狀態(tài)有：電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備的正常工作遭到破壞，但未發(fā)

展成故障。

不正常工作狀態(tài)有：

1）電力設(shè)備過負(fù)荷，如：發(fā)電機(jī)，變壓器線路過負(fù)荷。

2）電力系統(tǒng)過電壓。

3）電力系統(tǒng)振蕩。

4）電力系統(tǒng)低頻，低壓。

電力系統(tǒng)事故：電力系統(tǒng)中，故障和不正常工作狀態(tài)均可能引起系統(tǒng)事

故，即系統(tǒng)全部或部分設(shè)備正常運(yùn)行遭到破壞，對(duì)用戶非計(jì)劃停電、少

送電、電能質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)（頻率，電壓，波形）、設(shè)備損壞等。

繼電保護(hù)的作用，就檢測(cè)電力系統(tǒng)中各電氣設(shè)備的故障和不正常工作狀

態(tài)的信息，并作相應(yīng)處理。

繼電保護(hù)的基本任務(wù)：

1）將故障設(shè)備從運(yùn)行系統(tǒng)中切除，保證系統(tǒng)中非故障設(shè)備正常運(yùn)行。

2）發(fā)生告警信號(hào)通知運(yùn)行值班人員，系統(tǒng)不正常工作狀態(tài)已發(fā)生或自動(dòng)

調(diào)整使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

2k儲(chǔ)

—a---------o——~aKJ>

------/aM

電力系統(tǒng)對(duì)繼電保護(hù)的基本要求（四性）

1）選擇性：電力系統(tǒng)故障時(shí)，使停電范圍最小的切除故障的方式。

2）快速性：電力系統(tǒng)故障對(duì)設(shè)備、人身、系統(tǒng)穩(wěn)定的影響與故障的持續(xù)

時(shí)間密切相關(guān)，故障持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，設(shè)備損壞越嚴(yán)重；對(duì)系統(tǒng)影響也越

大。因此，要求繼電保護(hù)快速的切除故障。

電力系統(tǒng)對(duì)繼電保護(hù)快速性的要求與電網(wǎng)的電壓等級(jí)有關(guān)。

35kV及以下保護(hù)動(dòng)作時(shí)間工段60-80ms

llOkV工段40-60ms

220kV高頻保護(hù)20-40ms

500kV20-40ms

快速切除故障，可提高重合閘成功率，提高線路的輸送容量。

3）靈敏性：繼電保護(hù)裝置在它的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障和不正常工作狀態(tài)

的反應(yīng)能力（各種運(yùn)行方式，最大運(yùn)行方式，最小運(yùn)行方式），故障時(shí)通

人保護(hù)裝置的故障量與保護(hù)裝置的整定值之比，稱為保護(hù)裝置的靈敏度。

4）可靠性：

①保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置可靠動(dòng)作切除故障，不拒動(dòng)。

②保護(hù)范圍外發(fā)生故障和正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)可靠閉鎖，不誤動(dòng)。

在保護(hù)四性中：重要的是可靠性，關(guān)鍵是選擇性，靈敏性按規(guī)程要求，快

3）低壓側(cè)裝大容量的無功補(bǔ)償裝置（2X120MAR）

4）在電力系統(tǒng)中一般都是電力輸送的樞紐變電站。其地位重要，變電站

的事故或故障將直接影響主網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5）500kV系統(tǒng)容量大，單機(jī)容量大，（30萬千瓦、70萬千瓦）機(jī)組，短路

電流倍數(shù)增加，500kV線路采用4分裂異線4X300mm。導(dǎo)線電阻小，一次

系統(tǒng)時(shí)常（50-200ms）。保護(hù)必須工作在暫態(tài)過程中，需用暫態(tài)CT。

6）500kV變電站。電壓高、電流大、電磁場(chǎng)強(qiáng)、電磁干擾嚴(yán)重，包括對(duì)

一些儀器儀表工作的干擾。

二、500kV變電站主設(shè)備繼電保護(hù)的要求

1）500kV主變、線路、220kV線路，500kV、220kV母線均采用雙重化配置。

2）近后備原則

3）復(fù)用通道（包用復(fù)用截波通道，微波通道，光纖通道）。

三、500kV線路保護(hù)的配置

1、500kV線路的特點(diǎn)

a）長(zhǎng)距離200-300km,重負(fù)荷可達(dá)100萬千瓦。

使短路電流接近負(fù)荷電流，甚至可能小于負(fù)荷電流

例：平式初期：姚雙線在雙河側(cè)做人工短路試驗(yàn)。

姚側(cè)故障相電流僅1200多A。送100萬瓦千負(fù)荷電流二1300A

b）線路經(jīng)過山區(qū)，土地的電導(dǎo)率小，塔腳的接地電阻大。

c）500kV線路有許多同桿并架雙回線，因其輸送容量大，發(fā)生區(qū)內(nèi)異名

相跨線故障時(shí)，不允許將兩回線同時(shí)切除。否則將影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

（系統(tǒng)穩(wěn)定導(dǎo)則n-1原則線路末端跨線故障時(shí)，首端距離保護(hù)，會(huì)看或相

間故障。

d）500kV一般采用1個(gè)半開關(guān)接線，線路停電時(shí)，開關(guān)要合環(huán)，需加短線

保護(hù)。

e）并聯(lián)電抗器保護(hù)需跳對(duì)側(cè)開關(guān)，需加遠(yuǎn)方跳閘保護(hù)。

f）線路輸送功率大，穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)小，要保證系統(tǒng)穩(wěn)定，要求包動(dòng)作速

度快，整個(gè)故障切除時(shí)間小于100ms。保護(hù)動(dòng)作時(shí)間一般要W50n）s。（全

線故障）

g）線路分布電容大

500kV線路、相間距離為13m、線分裂距離45cm、正三角分裂、正四角分

裂、相對(duì)地距離12川。

500kV線路電阻和電抗（歐/km）LGTQ-400R=0.0266.XL=0.299

500kV線路MV.A/100kmLGTQ-

4001.19MF/100KM95.4MVA/100KM130A/100KM

短路過程中，分布電容電流產(chǎn)生高頻自由分量

穩(wěn)態(tài)電容電流使線路兩側(cè)電流幅值和相位產(chǎn)生差異。

線路空投時(shí)，未端電壓高。要加并聯(lián)電抗器。

h）為限制潛供電流，中性點(diǎn)要加小電抗器

2、配置原則：

1）500kV線路保護(hù)配置原則：

設(shè)置兩套完整、獨(dú)立的全線速動(dòng)保護(hù)兩套保護(hù)的交流電流、電壓、直流

電源彼此獨(dú)立，每一套主保護(hù)對(duì)全線路內(nèi)部發(fā)生的各種故障（單相接地、

相間短路，兩相接地、三相短路、非全相再故障及轉(zhuǎn)移故障）

每套保護(hù)具有獨(dú)立的選相相功能，實(shí)現(xiàn)分相和三相跳閘。

斷路器有2組挑圈時(shí)，每套保護(hù)分別起動(dòng)一組跳閘線圈

每套主保護(hù)分別使用獨(dú)立的高頻信號(hào)傳輸設(shè)備，若一套采用專用收發(fā)信

機(jī)，另一套可與通信復(fù)用通道。

2）500kV線路后備保護(hù)的配置原則

線路保護(hù)采用近后備方式

每條線路均應(yīng)配反映系統(tǒng)DI、D1-1.D2、D3各種類型故障的后備保護(hù),

當(dāng)雙重化的主保護(hù)均有完善后備保護(hù)時(shí)可不另配。

對(duì)相間短路，配三段式距離、對(duì)接地故障，配三段接地距離和反時(shí)限零

序保護(hù)，過度電阻＞300歐

配過電壓和遠(yuǎn)方跳閘保護(hù)。

3.5OOkV線路保護(hù)的配置

1、主保護(hù)：滿足系統(tǒng)穩(wěn)定要求和設(shè)備安全，能以最快速度有選擇性切除

被保護(hù)線路及設(shè)備的各種故障的保護(hù)。

1.1高頻保護(hù)：由繼電，呆護(hù)和通信兩部分組成

1.1.1方向高頻保護(hù)：由線路兩側(cè)方向元件分別對(duì)故障方向作出判斷，并

將判斷結(jié)果通過高頻通道傳送給對(duì)側(cè)，兩測(cè)保護(hù)根據(jù)方向元件和高頻

信號(hào)進(jìn)行綜合斷決定區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障。根據(jù)高頻信號(hào)在綜合判斷中的作

用，方向高頻保護(hù)可分為允許式和閉鎖式。

1.1.2高頻閉鎖式方向保護(hù)500kV線路用得較少（僅行波）

1.L3高頻允許式方向高頻保護(hù):

方向高頻保護(hù)中的方向元件：

a）另序方向元件僅能反應(yīng)接地故障

b）負(fù)序方向元件僅能反應(yīng)不對(duì)稱故障

c）相電壓補(bǔ)償式方向元件

d）工頻變化量方向元件

e）行波方向元件

g）阻抗方向元件，反映對(duì)稱故障

1.1.4超范圍和欠范圍允許式高頻保護(hù)

當(dāng)方向元件由距離元件構(gòu)成時(shí)，其構(gòu)成方式有兩種，由距離

I段發(fā)訊的欠范圍允許式POTT

inn段發(fā)訊的叫超范圍允許式PUTT

1J_________口^發(fā)訊

DK

PUTTK1-3通

PUTTK2-3通

Til-8ms抗干擾延時(shí)記憶50ms保證對(duì)側(cè)可個(gè)別跳閘。

1.L5相差高頻保護(hù):一般500kV線路不用。

1.L6導(dǎo)引線差幼保護(hù)：短線路用。

1.2光纖電流差動(dòng)保護(hù)：比較被保護(hù)線路兩側(cè)電流的幅值和相位，而兩側(cè)

電流的波形，幅值、相位、需用光纖通道，向另一側(cè)傳輸。

4JN

工作原理：IM+IN—K1M—IN>lo

K制動(dòng)系數(shù)I。最小啟動(dòng)電流

外部故障Imln相差18001111+1叩01111-1■21111或21口

內(nèi)部故障Imln相差OOIn+In較大Im-In較小且乘<1的K值。

目前差動(dòng)保護(hù)廠家較多，各自有特點(diǎn)

a)RCS—931A光纖電流差動(dòng)保護(hù)：南端產(chǎn)品：

變化量相差動(dòng)：|AIM^+Alnd)|>0.75AIR4)

△IR為△IM6+/MN6算量和

I△△<!>+△△6|>IH

IH,為4倍實(shí)測(cè)電容電流和空殳的最大值

xci

穩(wěn)態(tài)量差動(dòng)III段

IIM0+IN0|>0.75IR0

IR4)=|IM(b-IN<l)|K=0.75

IIM6+IN6|>IHI同上II段IH=1?5倍

另序差動(dòng)HI段

|IMO+INO|>0.75|IMO-INO|

IMO+INO|>IQDOIQDO為另序電流超動(dòng)值

ICDBC中＞0.15IRICDBC6為補(bǔ)償后的差流

ICDBC（1）＞ILIL為IQD00.6實(shí)測(cè)IC?"K值。

CSL-103WX11-803與RCS-931；原理基本相同

PCM脈碼調(diào)制數(shù)字電流差動(dòng)保護(hù)：

模擬量電流經(jīng)隔離，強(qiáng)弱電轉(zhuǎn)換，濾波（低通）采樣-摸數(shù)復(fù)換

經(jīng)P/S轉(zhuǎn)換為串行碼。一送IF接口-64K/S的電信號(hào)-PCM-2M/S。

同步電路：

1）控制兩側(cè)三相電流同步采樣

2）保證兩側(cè)采樣同步，補(bǔ)償信號(hào)通信傳輸延時(shí)

兩側(cè)采樣同步過程：

將線保護(hù)一側(cè)設(shè)置為參考端（也稱主端）另一側(cè)設(shè)置為同步端（或從端）。

由同步端，先發(fā)一同步請(qǐng)求命令，（內(nèi)容包含采樣標(biāo)號(hào)，數(shù)據(jù)信息與時(shí)間.

參考端收到該信息幀，便可計(jì)算其到本端一下采樣點(diǎn)的時(shí)間TM,并返關(guān)

一幀信息，（含TM值，及發(fā)送該幀的時(shí)間，收到同步請(qǐng)求幀的時(shí)間，同步

端收該信息，便可計(jì)算，同步端采樣點(diǎn)，與參考端采樣點(diǎn)之間的時(shí)間差

△t,和通道延時(shí)間TM。并調(diào)整本身的采樣時(shí)間，讓其與對(duì)側(cè)同步采樣。

采集同一時(shí)刻的采樣值：在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送肘，要傳送該幀數(shù)據(jù)的編號(hào)4。

主機(jī)在收到其編號(hào)后再將它送回，從機(jī)在采集第8組數(shù)據(jù)時(shí)，收到主機(jī)信

號(hào)（第3組數(shù)據(jù)）其中包含本側(cè)送去的編號(hào)4。從機(jī)便知道主機(jī)的第3組信

號(hào)和本側(cè)第6組信號(hào)（4+8）/2=6為同一時(shí)刻采樣值。

數(shù)據(jù)通信的幀格式：一幀信號(hào)的格式，各裝置不相同，但其包含的基本

要素相同，每幀包含有控制字。采樣標(biāo)號(hào)iAiBiC

開關(guān)量CRC

采樣標(biāo)開關(guān)

控制字號(hào)iAiBiCCRC

量

1字節(jié)1字節(jié)4字節(jié)4字節(jié)4字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)

控制字：含幀的性質(zhì)，保護(hù)啟動(dòng)元件的邏輯狀態(tài)，數(shù)據(jù)窗的選擇，三跳

位置。

采樣標(biāo)號(hào)：二進(jìn)字的八位數(shù)，每采樣一次加一。

三相電流相量：每相4字節(jié)前2個(gè)虛部，后三個(gè)實(shí)部。

CRC冗余校驗(yàn)碼，如發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤舍棄。

光纖差動(dòng)保護(hù)的時(shí)鐘方式

1）專用光纖通道

發(fā)送數(shù)據(jù)采用內(nèi)部時(shí)物，兩側(cè)裝置發(fā)送時(shí)鐘工作在主一主方式，接收時(shí)

鐘采用從接收數(shù)據(jù)流中提取時(shí)鐘。

復(fù)用方式：上圖中2-3連，1-2斷，若復(fù)用SDH時(shí)，兩側(cè)裝置發(fā)送時(shí)鐘工作

在從一從方式下，數(shù)據(jù)發(fā)送和按收均為同一時(shí)鐘源，但復(fù)用PDH時(shí)，應(yīng)一

側(cè)設(shè)為主時(shí)鐘，另一側(cè)設(shè)為從時(shí)鐘。

2.500kV線路的后備保護(hù)

2.1配三段相間距離

2.2配三段接地距離

2.3配三段另序方向或另序反時(shí)限

3.500kV線路的輔助保護(hù)

3.1三相過電壓保護(hù)，第一時(shí)間跳本側(cè)，第二時(shí)間跳對(duì)側(cè)

3.2短線保護(hù)（合環(huán)運(yùn)行時(shí)用）

3.3遠(yuǎn)方跳閘保護(hù)（加就地判拒）

4.500kV線路重合閘，按開關(guān)配置

4.1重合閘溝三跳僅溝開關(guān)本身，不能溝線路保護(hù)三跳

第三部分500kV電力變壓器保護(hù)的配置

一、500kV母線保護(hù)的特點(diǎn)

1.1變壓器工作電壓高（500kV）,通過容量大（750MVA/750MVA/180-

240MVA）在電網(wǎng)中的地位特別重要。

1.2變壓器故障或其保護(hù)誤動(dòng)造成變壓的停電，將引起重大經(jīng)濟(jì)損失。

L3變壓器造價(jià)高，組裝、拆卸工作量大，搶修時(shí)間長(zhǎng)。

1.4500kV電力變壓器的低壓側(cè)，一般裝有大容量無功補(bǔ)償裝置

（3X60MaV電抗器，2X60Mavr）。大容量的電容器在變壓器內(nèi)部故障時(shí),

將提供諧波電流，影響保護(hù)動(dòng)作的正確性。

L5高壓大電網(wǎng)的出現(xiàn)，大容量機(jī)組增加，電力系統(tǒng)短路電流幅值增大，

衰減時(shí)間常數(shù)大。短路的暫態(tài)時(shí)間加長(zhǎng)，其保護(hù)必須在變壓器故障的暫

態(tài)過程中動(dòng)作，因此，用于主變保護(hù)的CT、PT必須適合暫態(tài)工作條件。

1.6500kV變壓器體積大（運(yùn)輸尺寸7X4X4m）,重量（充氮165t）,為了

減少重量，提高材料的利用率，降低造價(jià)，其工作鐵芯磁通密度高（一

般在L7t以上），鐵芯采用冷扎硅鋼片，磁化曲線硬，變壓器過壓力磁時(shí),

壓力磁電流增加大，過壓力磁對(duì)變壓器影響大。

1.7為保證可靠性，500kV變壓器保護(hù)采用雙重化配置。

二、電力變壓器的故障

2.1油箱內(nèi)部故障：匝間短路，單相接地短路，相間短路（500kV變壓器

為單相式，不存在相間短路）。內(nèi)部故障電流將產(chǎn)生電弧，會(huì)燒壞線圈的

絕緣和鐵芯，引起絕緣油氣化使變壓器爆炸。

2.2油箱外部故障：主要是絕緣套管和引出線的故障（包括引線相間短

路，單相接地短路等）。

2.3變壓器的異常運(yùn)行方式：

a）油箱內(nèi)油位降低；

b）外部短路引起的泄流；

c）電負(fù)荷引起的過壓力磁；

d）超負(fù)荷；

e）溫度、壓力、冷卻器全停。

三、變壓器保護(hù)的配置

3.1縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)：（主保護(hù)）

3.L1基本要求：

1）應(yīng)能躲過壓力磁涌流和外部故障的不平衡電流，以免變壓器在空載投

入或切除外部穿越性故障時(shí)，出現(xiàn)壓力磁涌流誤動(dòng)。

2）在變壓器過壓力磁時(shí)，差動(dòng)保護(hù)不誤動(dòng)。

3）在變壓器內(nèi)部故障、CT飽和時(shí)，不拒動(dòng)。

4）在變壓器內(nèi)部故障、短路電流中含有諧波分量時(shí)，不拒動(dòng)。

5）保護(hù)應(yīng)反應(yīng)區(qū)內(nèi)各種短路故障，動(dòng)作速度快，一般不大于30ms。

3.1.2差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成：

基本原理：基爾霍夫定理：正常運(yùn)行時(shí)或外部短路時(shí)，變壓器三側(cè)電流

的向量和為0（歸算到同一側(cè)）。

正常運(yùn)行或外部故障時(shí)

內(nèi)部故障時(shí)

3.L2.1差動(dòng)速斷保護(hù)：保護(hù)變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障產(chǎn)生較大的短路電流,

其整定值大于壓力磁涌流，一般取大于8/,即可。

3.L2.2比率制動(dòng)功能：

I\-f-12+13~K（11-FI2+13）＞Icb（門坎）

4值取0.6-0.8之間。

比率制動(dòng)回路的幾種接法：

a）單側(cè)電源雙繞組變壓器：一側(cè)制動(dòng)，制動(dòng)繞組按負(fù)荷側(cè)；

b）雙側(cè)電源雙繞組變壓器：兩側(cè)制動(dòng)，各按一側(cè)電流；

c）單側(cè)電源三繞組變壓器：兩側(cè)制動(dòng)，均按負(fù)荷側(cè)；

d）多電源三繞組變壓器：采用三側(cè)或四側(cè)制動(dòng)。

比率制動(dòng)的目的：

1）防止外部故障時(shí)，產(chǎn)生的不平衡電流（主要是一側(cè)CT飽和的情況）。

2）正常運(yùn)行的不平衡電流。

a）各側(cè)電流互感器型號(hào)不同而產(chǎn)生的不平衡電流

型號(hào)不同，飽和特性不一樣，壓力磁電流不同，不平衡電流較大。

b）計(jì)算變比與實(shí)際變比不同而引起的不平穩(wěn)電流

CT采用的標(biāo)準(zhǔn)變比（與計(jì)算相近的）

約或」三者關(guān)系不能完全滿足等式

C）帶負(fù)荷調(diào)整抽頭引起的血變化產(chǎn)生不平衡電流。

3.1.2.3諧波制動(dòng)功能：

基本原理：利用勵(lì)磁涌流中的諧波分量制動(dòng)。

勵(lì)磁涌流：當(dāng)變壓器空載投入和外部故障切除后，電壓恢復(fù)時(shí)，可能出

現(xiàn)數(shù)值很大的勵(lì)磁電流（即勵(lì)磁涌流）。

采取的措施：利用諧波制動(dòng)I

分析壓力磁涌流可發(fā)現(xiàn)其有如下I特點(diǎn)：

①很大的非周期分量，偏于時(shí)間軸7V一側(cè)；

卜廠］一］----------；—?>wt

②含有大量高次諧波，其中二次諧3t波為主，占

基波30-50%。

③波形之間出現(xiàn)間斷，在一個(gè)周期中間斷角為『60-65。。

3.L2.4間斷角制動(dòng)功能

原理：利用勵(lì)磁涌流波形出現(xiàn)間斷的特點(diǎn)，檢測(cè)間斷角當(dāng)二〉某一角度時(shí),

閉鎖。

3.L2.5速飽和制動(dòng)功能

原理：利用勵(lì)磁涌流的非周期分量使鐵芯飽和制動(dòng)。

3.2分側(cè)差動(dòng)保護(hù)

上述差動(dòng)保護(hù)，采取了許多措施來防止其誤動(dòng)。（但其正確動(dòng)率僅有60%）

在大型變壓器中，低壓側(cè)均裝設(shè)大電容補(bǔ)償裝置，使得內(nèi)部故障時(shí)短路

電流諧波分量加大，可能造成差動(dòng)拒動(dòng)。

基本原理：流入變壓器各側(cè)繞組的電流，流出該繞組另一側(cè)（外部故障

和空載時(shí)），則流入差動(dòng)繼電器的差流為0,不誤動(dòng)。

500KV

220KV

500KV

分側(cè)差動(dòng)保護(hù)，要求變壓器的每側(cè)繞組要裝電流互感器，這對(duì)500kV電力

變壓器的高、中壓側(cè)可以做到。低壓繞組有困難時(shí)，可以不裝。

原因是：①低壓側(cè)為小電流接地系統(tǒng)單相故障不跳閘，500kV變壓器為單

相式，內(nèi)部不可能有相間短路。

②500kV變壓器高、低、中低之間阻抗大，低壓側(cè)短路對(duì)系統(tǒng)影響。

一般在低壓組裝電流速斷。

3.3另序差動(dòng)保護(hù)，當(dāng)有耦變壓器的差動(dòng)保護(hù)，對(duì)接地故障的靈敏度不夠

時(shí)，應(yīng)裝設(shè)另序差動(dòng)保護(hù)。

500kV

用于另序差動(dòng)保護(hù)的各側(cè)

CT,必須選用相的變比。

4、相間后備保護(hù)

為了運(yùn)行方便，目前我國(guó)500kV變壓器均是單相式，變壓器內(nèi)部相間故障

不可能存在。配置相間后備保護(hù)的目的是防止引線相間短路和相鄰母線

相間短路的后備。

基于以下原因：相間后可以取消或簡(jiǎn)化。

①目前500kV變壓器均配2套主電量保護(hù)，能可靠切除引線相間故障。

220kV線路已按雙重化配置，220kV母線也按雙重比配置。

②引線相間故障相率小，500kV相間7.5m,220kV相間3.5m。

③500kV、220kV主要故障是單相接地和相間接地故障，這種故障主要由

接地保護(hù)完成。

因此，目前500kV變壓器僅在高、中壓側(cè)各配一套帶偏移特性的阻抗保

護(hù)，代壓側(cè)配電流電壓保護(hù)。

方向：220kV阻抗，正方向指向變壓器，反向10%偏移到母線500kV。

有爭(zhēng)議：焦點(diǎn)是作誰(shuí)的后備。

5、接地后備保護(hù)

5.1接地阻抗保護(hù)，一般裝于高、中壓側(cè)，方向與相間阻抗相同。

5.2另序電流方向保護(hù)（普通變壓器不帶方向）

5.2.1普通三繞組變壓器500kV接地保護(hù)

500KV

另序過流保護(hù)分為二段：

I段與500kV出線另序I段配合，若500kV為雙母線或單相分段接線，則

從大于線路另序I段時(shí)限，跳母聯(lián)或分段開關(guān)跳1n跳500kV側(cè)開關(guān)，

0跳主變各側(cè)。

若為4開關(guān)接線，線路另序【段時(shí)限跳500kV側(cè)開關(guān)

"時(shí)限跳主變各側(cè)

in段按躲進(jìn)線路出口相間短路的不平衡電流整定

以大于i川時(shí)限跳主變?nèi)齻?cè)

220kV側(cè)另序過流保護(hù)：

500kV變壓的220kV中性點(diǎn)是采取分級(jí)絕緣的，允許直接地運(yùn)行和經(jīng)間隙

接地運(yùn)行，一般裝二套另序過流（裝一套用定位切換），其段數(shù)和動(dòng)作時(shí)

間與500kV另序過流相同°

5.2.2自耦變壓器的接地保護(hù)：

有兩個(gè)特點(diǎn)：1）自耦變壓器高、中壓側(cè)有電的聯(lián)系，有其公接地中性點(diǎn)，

當(dāng)高壓側(cè)或中壓側(cè)單相接地時(shí)，另序電流可以在高、中壓之間流動(dòng)，流

經(jīng)中性點(diǎn)的另序電流大小，隨短路點(diǎn)的位置和系統(tǒng)動(dòng)量另序阻抗有關(guān)。

2）自耦變壓器另序電流保護(hù)需加方向元件。

所以自耦變壓器另序保護(hù)的接線為

500KV

220KV

、）7J

其它與普通三繞組變壓器相同。

6、過勵(lì)磁保護(hù):

變壓器繞組的感應(yīng)電壓V=444fivBsxIO。

/頻率，s鐵芯面積，W線圈匝數(shù)，8磁通密度

4.44%t

一般大型變壓器鐵芯正常工作磁密比較高（1.7-1.8）,T接近飽和狀態(tài)

（1.8-L9）,磁化曲線硬，過勵(lì)磁時(shí)，鐵芯飽和，勵(lì)磁阻抗下降，激磁

電流增加,當(dāng)“達(dá)到L3T.4么時(shí),iL=ie

一般廠家對(duì)變壓器過壓力磁都進(jìn)行時(shí)間限制，以下是法國(guó)、日本變壓器

過壓力磁特性：

法國(guó)日本

運(yùn)載條運(yùn)載條

滿載滿載

件件

過電壓過壓倍

1.051.11.21.31.41.051.21.3

倍數(shù)數(shù)

允許時(shí)允許時(shí)

長(zhǎng)期20minIminpsIs長(zhǎng)期lOmin3min

間間

一般裝在500kV側(cè)、220kV調(diào)壓影響定值，分兩段，一段報(bào)警，一段延時(shí)

跳閘。

7、自耦變壓器過負(fù)荷保護(hù)

自耦變壓器高、中、低壓繞組的容量比100/100/30?50,高、中變比為

2,其公繞組長(zhǎng)期允許的電流與高壓繞組相同。

過負(fù)荷保護(hù)可采用單相式，用于發(fā)信號(hào)。

正常運(yùn)行時(shí)，起始負(fù)荷的等效起始電流及起始=Q,2g〃。

變壓器允許過負(fù)荷時(shí)間（小時(shí)）

起始負(fù)荷倍數(shù)過負(fù)荷倍數(shù)二（負(fù)荷電流/定額電流）

1.11.21.3

0.7541.2

0.54.51.50.5

8、冷卻器全停保護(hù)（指風(fēng)扇、油泵均停）

國(guó)標(biāo)規(guī)定:

變壓器額定使用條件：最高氣溫+40℃

最高日平均溫度+30℃

最高年平均氣溫+20℃

最低氣溫一3（TC

自然溫循環(huán)、風(fēng)冷強(qiáng)油風(fēng)冷

繞組對(duì)空氣的溫升65℃平均值65℃平均值

繞組對(duì)油的溫升211平均值30℃平均值

油對(duì)空氣的溫升44℃平均值35℃平均值

油對(duì)空氣的溫升55℃（最大值）40℃（最大值）

為使繞組對(duì)空氣的平均溫升不超過極限值，在環(huán)溫+4（rc時(shí)

自然油循環(huán)、風(fēng)冷，頂層油溫升不得超過95寸

強(qiáng)返油循環(huán)、風(fēng)冷，頂層油溫升不得超過80℃

繞組最熱點(diǎn)溫升，比平均溫升高13℃,即65℃+13℃=78℃

變壓器的溫度保護(hù)

①變壓器的發(fā)熱與冷卻：

在運(yùn)行時(shí)，變壓器繞組和鐵芯中的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽棺儔浩鞲鞑课粶?/p>

度增高，鐵芯和繞組的熱量先傳給油，然后通過外殼和散熱器擴(kuò)散到周

圍介質(zhì)，最熱處在上部。

30=45。85。105'-3()o

三個(gè)溫度：溫度Qo繞組溫度Qw環(huán)溫Qa

兩個(gè)溫升：最大溫升、平均溫升

最大溫升：油或繞組最熱處的溫升

平均溫升：整個(gè)繞組或全部油的平均溫升

不同變壓器有不同的規(guī)定，并與負(fù)荷相關(guān)

負(fù)荷100%額定值20分鐘

負(fù)荷75%額定值45分鐘

負(fù)荷50%額定值60分鐘

空載運(yùn)行4小時(shí)

此時(shí)應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視上層油溫，其溫升不得大于55(。

冷卻器全停+30分+75℃跳閘。

非電量保護(hù)除瓦斯必須投入跳閘外，溫度、冷卻器等保護(hù)各網(wǎng)省局有不

同要求。

第四部分500kV母線保護(hù)的配置

1、500kV母線保護(hù)的特點(diǎn):

a)母線發(fā)生短路的機(jī)率比線路少，但母線故障不能迅速可靠切除，對(duì)系

統(tǒng)的影響大。

b）500kV母線大多采用接線，母線故障，保護(hù)動(dòng)作切除時(shí)，可不中斷

對(duì)用戶供電，即不怕誤動(dòng)，怕拒動(dòng)。

C）母線運(yùn)行方式變化大，在最大運(yùn)行方式下發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，CT可能飽

和，不平衡電流大；最小運(yùn)行方式，區(qū)內(nèi)故障時(shí)，短路電流可能較小,

靈敏度不夠。

由于上述原因：220kV500K上母線保護(hù)一般不采用普通電流差動(dòng)保護(hù)

2、500kVl1按線母差保護(hù)配置。

BP-2A微機(jī)母線差動(dòng)保護(hù)

一、裝置的主要特點(diǎn)

1）采用復(fù)式電率差動(dòng)原理，區(qū)外故障時(shí)，有極強(qiáng)的制動(dòng)特性，區(qū)內(nèi)故障

時(shí)，靈敏性高。

2）具有母線運(yùn)行方式變化時(shí)，自適應(yīng)能力，倒母操作時(shí)，保護(hù)無需退出，

無觸點(diǎn)自動(dòng)切換差動(dòng)電流回路和差動(dòng)出口回路。

3）以大差動(dòng)判別故障，各段小差動(dòng)選擇故障母線。

4）完善的保護(hù)方案，抗CT飽和能力強(qiáng)。

5）母線上各線路單元CT變比可任意選擇，可由用戶在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定。

6）適時(shí)監(jiān)視CT,PT二次回路，開關(guān)量輸入回路。

二、裝置的主要功能

1）母線分相比率差動(dòng)，呆護(hù)

2）失靈保護(hù)的出口回路

3）母聯(lián)失靈（死區(qū)），呆護(hù)回路

4）母線充電保護(hù)

5）復(fù)合電壓閉鎖

6）CT斷線閉鎖，PT斷線告警回路

三、裝置的原理接線圖

HP-2A

IJjJN.U

—

—<>

二HHMM

..TTTT

InnnnJ

ruTr

^k^^

uM

四、裝置的基本原理

1）復(fù)式比率制動(dòng)原理：

動(dòng)作判據(jù)乙之/dsft<1>

-^—>Kr<2>

其中：4=即矢量和

1=1

/r=//標(biāo)量和

1=1

力0=12…〃）為母線上各支路二次電流量。

以皿差動(dòng)電流定值K,比率制動(dòng)系數(shù)

分析：兩種極端情況

I）理想情況，外部短路時(shí)差電流為0。即乙=。

（2）式9=0昌>0的，即<2>條件不滿足，不誤動(dòng)。

Ir

2）區(qū)內(nèi)故障時(shí)"=〃_"=8大>K,.可信動(dòng)作

Ir-Id

五、母線差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成

a）大差動(dòng)回路，雙母線上除母聯(lián)開關(guān)CT,和分段開關(guān)CT外其余各元件CT

量均采集，構(gòu)成差動(dòng)。

b）各段母線小差動(dòng)，連接該段母線上的所有元件CT,含與該段母線相連

的分段和母聯(lián)CT。

c）大差判別區(qū)內(nèi)，區(qū)外故障，小差選擇故障母線。

d）小母差經(jīng)母線刀閘位置的選擇電流回路。

e）動(dòng)作邏輯

I會(huì)合電任

＞跣母聯(lián)及I母故各單元

n更合電任

＞跣母聯(lián)及1居戰(zhàn)各單元

切除兩條母線。

f）差動(dòng)保護(hù)的啟動(dòng)元件：

①母線電壓突變量起動(dòng)AU

②支路電流突變量起動(dòng)

③大差動(dòng)電流越線起動(dòng)，需與HI母線復(fù)合電壓配合

起動(dòng)元件邏輯圖

復(fù)合電壓閉鎖：（低電壓、另序電壓、負(fù)序電壓）母差保護(hù)動(dòng)作應(yīng)經(jīng)復(fù)合

電壓判別，確認(rèn)系該母線發(fā)生了故障才允許跳閘。

注意：母差保護(hù)有PT檢修的切換把手，當(dāng)某一條母線停電，檢修，可將

該復(fù)合電壓繼電器取另一運(yùn)行母線電壓，以免保護(hù)長(zhǎng)期開放而誤動(dòng)作。

g）母聯(lián)失靈保護(hù)（含死區(qū)保護(hù)）

母線保護(hù)動(dòng)作跳母聯(lián)開關(guān)。若母聯(lián)開關(guān)失靈或在死區(qū)范圍，則由母聯(lián)失

靈保護(hù)，跳另一母線。

I復(fù)合電氐

I復(fù)合電壓

II復(fù)合電壓

II,合電壓

h）線路失靈保護(hù)出口邏輯

L線TJ,TJ

a馴乳膚

失靈的復(fù)合電壓定值與母差的復(fù)合電壓定值不一致，可單獨(dú)整定。

1）母線充電及過流保護(hù)

林保護(hù)

聊電流

甄電端板

2）CT、PT次斷線閉鎖。

母線中阻抗差動(dòng)保護(hù)（即電壓差動(dòng)）

1、原理

M1500V

a）正常運(yùn)行和外部故障CT不飽和時(shí)，流入母線的電流等于流出母線的電

流，電流/電壓型差動(dòng)均不動(dòng)作。

b）某支路出口區(qū)外故障，該支路互感器飽知，一次電流部分進(jìn)入壓力磁

回路，不平衡電流增加。

I1+I2+I3

Zm=O

CT等值電路

則人+，+：3=故障電流電流差動(dòng)誤動(dòng)電壓差動(dòng)繼電器

因內(nèi)阻高，使人+人+工流入k的二次繞組，此時(shí)只要保證該在二次繞組上

產(chǎn)生的電壓〈繼電的動(dòng)作電壓，電壓差動(dòng)繼電器不誤動(dòng)

C：內(nèi)部故障

人+%+，3+入=故障電流，同時(shí)流向M點(diǎn)，所有CT二次均工作在接近開路狀

態(tài)，產(chǎn)生高電壓使繼電器動(dòng)作。

中阻抗母線差動(dòng)保護(hù)（制動(dòng)特性母線差動(dòng)保護(hù)）

動(dòng)作原理"-R%,認(rèn)

r=l

以一空/,汕

r=l

《?K2制動(dòng)系數(shù)/。最小動(dòng)作電流

由P點(diǎn)流

經(jīng);Rr（自動(dòng)電阻）然后分為2路，一路經(jīng)路差動(dòng)回路-N點(diǎn)，另一路電流

葭經(jīng)另半個(gè)制動(dòng)電阻只要增大4增大》,從而使|VOP|

乙

<IVr|繼電器不動(dòng)，若在母線上故障，所有電流經(jīng)）Rr-R#"VOP|<|

Vr|動(dòng)作Rm電阻若300歐，這樣內(nèi)部故障時(shí)，差動(dòng)回路不會(huì)出現(xiàn)太高電

壓，中間互感器可以調(diào)變化。

第五部分變電站的二次設(shè)備及回路

1、電力系統(tǒng)中一次設(shè)備和二次設(shè)備的分類：

1）一次設(shè)備：主變壓器、電流互感器、電壓互感器、靜止補(bǔ)償電容器、

開關(guān)、刀閘、電抗器、母線、阻波器、結(jié)合電容器、避雷器等，發(fā)送分

配電能。

2）二次設(shè)備：對(duì)電力系統(tǒng)中的一次設(shè)備的運(yùn)行工況進(jìn)行控制測(cè)量、保護(hù)

和監(jiān)視的設(shè)備叫二次設(shè)備。包括：繼電保護(hù)、測(cè)量?jī)x表、控制開關(guān)、按

鈕、端子箱、控制電絲、故障錄波器、事件記錄器、RTU裝置、綜合自動(dòng)

化、信號(hào)報(bào)警裝置、變壓器冷控設(shè)備、調(diào)壓開關(guān)的控制元件等，防誤閉

鎖裝置，包括給二次設(shè)備供電的蓄電池、充電的整流器等。

3）二次回路、聯(lián)結(jié)二次設(shè)備的回路，即二次回路。

2、二次回路的劃分

f交流電流回路

①按電源的性質(zhì)分1交流電壓回路

直流回路

‘保護(hù)回路

測(cè)量回路

|控制回路

②按回路的作用分信號(hào)回路

遙信遙測(cè)遙門周回路

電源回路

信誤閉鎖回路

3、二次設(shè)備和二次回路的發(fā)展進(jìn)程

二次設(shè)備：機(jī)械式一一機(jī)電式一一晶體管一一集成電路式一一微機(jī)式

二次回路：強(qiáng)電式一一弱電選控——綜合自動(dòng)化——網(wǎng)絡(luò)

變電站的二次回路介紹

一、500kV變電站安裝單位的劃分

劃分安裝單位，是為了便于在回路上分組，方便設(shè)計(jì)和運(yùn)行。

1)500kVl《斷路器接線安裝單位劃分

4斷路器接線安裝單位劃分示意圖

2)220kV雙母帶旁路安裝單位的劃分

安裝單位劃定后，把同一單位的保護(hù)、控制、測(cè)量、信號(hào)回路及二次設(shè)

備放在同一個(gè)安裝單位之內(nèi)，保護(hù)和控制可共互流電源。

二、交流電壓回路

1）500kVl1按線PT配置。

2）220kV雙母線PT配置。

「PT

PT

YDR

g斷路器接線電壓互感器的配置圖

500kV每條線路配三相CVT,母線配單相CVT（作測(cè)量和同期用）

200kV按母線配三相CVT,每年出線配單相CVT,作同期。

220kV保護(hù)、測(cè)量要進(jìn)行自動(dòng)或