分享‖高压线路及辅助保护的基本知识

2024-11-20 08:05   江西  



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电力系统对各种电压等级线路保护的配置要求

1、220kV及以上电压等级的线路保护配置要求

1.1、220kV及以上电压等级线路保护应按双重化配置。

1.1.1、 一般采用近后备方式,即当故障元件的一套继电保护装置拒动时,由相互独立的另一套继电保护装置动作切除故障;而当断路器拒动时,启动断路器失灵保护,断开与故障元件所接入母线相连的所有其他连接电源的断路器。

1.1.2、 每套保护除具有全线速断的纵联保护功能外,还至少具有三段式相间、接地距离保护,反时限或定时限零序方向过流保护的后备保护功能。

1.1.3、 配置综合重合闸。

1.2、3~110kV电压等级的线路保护配置要求

1.2.1 、一般采用远后备原则,即在临近故障点的断路器处装设的继电保护或断路器本身拒动时,能由电源侧上一级断路器处的继电保护动作切除故障。

1.2.2、110kV及以下电网均采用三相重合闸。

1.2.3、110kV的重要线路配置纵联保护;

1.2.4、66kV~110kV中性点接地系统线路应配置零序保护,由零序末段保证高电阻接地故障可靠切除。

1.2.5、66kV~110kV线路配置的距离保护应根据系统特点选择是否经振荡闭锁;

1.2.6、35kV及以下线路距离保护一般不考虑系统振荡误动问题。

1.2.7、3~110kV可根据线路要求配置阶段式电流保护。

1.2.8、3~110kV平行双回线可根据要求配置横差保护。

1.3、 我国电力系统中中性点接地系统种类及它们对继电保护的要求。

我国电力系统中性点接地方式有三种:(1) 中性点直接接地系统;(2)中性点经消弧线圈接地系统;(3)中性点不接地系统;

110kV及以上电网的中性点均采用第(1)种接地方式;在这种系统中,发生单相接地故障时接地短路电流很大,故称其为大接地电流系统。在大接地电流系统中发生单相接地故障的概率很大,约占总短路故障的70%左右,因此要求接地保护可靠、快速的切除故障。

3~35kV电网的中性点采用第(2)或(3)种方式。在这种系统中,发生单相接地故障时接地短路电流很小,故称其为小接地电流系统。在小电流系统中发生单相接地故障时,并不破坏系统线电压的对称性,系统可以正常运行1~2h。同时,绝缘监察装置发出无选择性信号,可由值班人员采取措施加以消除。只有在特殊情况或电网比较复杂或接地电流比较大时,根据技术保安条件,才装设有选择性的接地保护,动作于信号或跳闸。所以,小电流接地系统的接地保护带有很大的特殊性。

2、 纵联保护的原理简介

2.1 纵联保护的定义

纵联保护是利用某种通信通道(简称通道)将输电线路两端的保护纵向联结起来,将各端的电气量(电流、功率的方向)传达到对侧,将两端的电气量比较,以判断故障在本线路范围内还是在线路范围外,从而决定是否切断被保护线路。

从理论上分析纵联保护具有绝对的选择性,因此又称为全线速动保护。

2.2、 纵联保护的分类

2.2.1、 按使用通道分类

导引线纵联保护(简称导引线保护);

电力线载波保护(简称载波保护);

微波纵联保护(简称微波保护); 

光纤纵联保护(简称光纤保护);

2.2.2、 按保护动作原理分类 

方向比较式纵联保护

包括方向纵联保护和距离纵联保护。

两侧保护继电器仅反应本侧的电气量,利用通道将继电器对故障方向判别的结果传送到对侧,每侧保护根据两侧继电器的动作经过逻辑判断区分是区内还是区外故障。可见这类保护是间接比较线路两侧的电气量,在通道中传递是逻辑信号。按照保护判别方向所用的继电器又可分为方向纵联保护与距离纵联保护。



差动纵联保护

利用通道将本侧电流的波形或代表电流相位的信号传送到对侧,每侧保护根据对两侧电流的幅值和相位比较的结果区分是区内还是区外故障。可见这类保护在每侧都直接比较两侧的电气量。



2.3、 方向比较式纵联保护介绍

方向比较式纵联保护的工作方式包括专用闭锁式、允许式、复用闭锁式三种。目前,专用闭锁式在220kV~330kV电压等级广泛采用,允许式在220kV~500kV电压等级均有采用,复用闭锁式目前国内仅在500kV电压等级个别地区使用。

专用闭锁式工作方式基本原理

当线路两侧任一侧方向元件判断为反方向时,不仅本侧保护不跳闸,而且由发信机发出高频电流,对侧收信机接收后就输出脉冲闭锁该侧保护。在外部故障时是近故障侧的方向元件判断为反方向故障,所以是近故障侧方向元件闭锁远离故障侧;在内部故障时两侧方向元件都判断为正方向,都不发送高频电流,两侧收发信机收不到高频电流,也就没有输出脉冲去闭锁保护,于是两侧方向元件均动作于跳闸。专用闭锁式通常用于和专用收发讯机配合。



专用闭锁式的相关逻辑

先收讯后停讯的原则

区外故障,为防止起动元件(发讯)与正方向元件动作时间的不配合而误动作,特别是远端保护,需要近端的发讯信号闭锁。因此,必须采取先收到信号(WXH-800保护确认8ms)才允许正方向停讯。

远方起动逻辑

在区外故障,由于某种原因,靠近故障侧的保护起动元件万一不能动作(如元器件损坏),为了防止正方向误动作,还可由收信机的输出来起动。这样在外部故障时即使只有一侧的起动元件起动,另一侧接收到远方传来的信号后也可将发信机起动起来,故称远方起动。

远方起动逻辑

保护未起动时,收到对侧闭锁信号, 开关处于合位则立即发信10s。

保护未起动时,收到对侧闭锁信号, 开关处于跳位则延时100ms发信10s。

位置停信

为了保证区内故障可靠切除,在一侧保护跳开断路器时,当保护收到跳位开入且收到通道发送的信号时停信160ms。

其它保护三跳停信

为了保证系统故障其它保护跳闸时(如母差保护动作)对端纵联保护可靠切除故障,在后收到其它保护三跳开入时,停止发送闭锁信号200ms。

通道试验逻辑

专用闭锁式是属于故障时发讯的闭锁式纵联保护,因此通道故障时可能造成区外故障保护误动。因此,每天必须进行通道试验,确保通道的完好。

具体逻辑如下: 

本侧保护启信,200ms后停信。对侧保护在收到高频信号后由远方启信逻辑立即发信10s,本侧保护在收到对侧高频信号5s后再次发信10s,通道试验结束。



功率倒向逻辑

在环网中发生外部故障时,短路功率的方向可能发生转换(简称功率倒向),在倒向过程中不应失去闭锁信号,否则可能会造成保护误动。

解决的方法是在启动元件动作或收信机收信后经过一段时间(大于本保护的动作时间,小于相邻线断路器的跳闸时间)后尚未判为内部故障,就认为是外部故障,于是将保护闭锁一段时间,以避开两侧方向元件可能都处于动作状态的时间。



专用闭锁式的优缺点

优点:可靠性高;即使内部故障使高频通道中断,保护也会正确  动作跳闸。

缺点:本方式只在故障时发信,正常时不发信;如通道中断可能会造成区外故障误动;因此,必须每天进行通道检查。

允许式

如下图所示,在功率方向为正的一端向对端发送允许信号,此时每端的收信机只能接收对端的信号而不能接受自身的信号,每端的保护必须在方向元件动作,同时又收到对端的允许信号之后,才能动作于跳闸。

通常采用复用载波机构成允许式保护,一般都采用键控移频的方式。正常运行时,收信机经常收到对端发送的频率为fG监频信号,其功率较小,用以监视高频通道的完好性。当正向区内发生故障时,对端方向元件动作,键控发信机停发fG信号而改发频率为fG的跳频(或称移频)信号,其功率提升,收信机收到此信号后即允许本端保护跳闸。

允许式保护通常采用相-相式载波通道;在系统发生三相接地短路时,允许信号可能难以通过。



基本逻辑图说明
构成允许式方向纵联保护的基本框图见上图,启动元件动作后,正方向元件动作,反方向元件不动作,与2门启动发信机,向对端发允许信号,同时准备启动与3门。当收到对侧发来的允许信号后,与3门即可经抗干扰延时动作于跳闸。
解除闭锁功能逻辑
当载波通道所在线路发生相间故障时,可能会导致载波信号中断或衰耗过大。
如果保护信号传输装置既收不到监频信号,又收不到跳频信号,则认为电力线载波通道可能中断,信号传输装置的解除闭锁接点会在200ms时间窗内延时30ms闭合。
纵联保护在允许式下,如果保护启动后判为发生正向相间故障,收不到对侧允许信号,但收到导频消失开入,开放纵联保护100ms。
复用闭锁式基本原理
如下图所示,在功率方向为反的一端向对端发送闭锁信号,此时每端的
收信机只能接收对端的信号而不能接受自身的信号,每端的保护必须在正方向元件动作,同时又收不到对端的闭锁信号之后,才能动作于跳闸。

逻辑图
构成复用闭锁式方向纵联保护的基本框图见上图,启动元件动作后,反方向元件动作,向对端发闭锁信号;正方向元件动作,反方向元件不动作,当收不到对侧发来的闭锁信号后,与2门即可经抗干扰延时动作于跳闸。
通常采用复用载波机构成复用闭锁式保护,一般都采用键控移频的方式。 
纵联保护的通道介绍
3、距离保护的原理简介
3.1 距离保护的定义及特点
3.2、 距离保护的构成部分及各部分的作用
为使距离保护可靠动作,距离保护装置应由五部分组成。
测量部分
用于对短路点的距离测量和判别短路故障的方向。 
启动部分
用于判别系统是否处于故障状态。当短路故障发生时,瞬时起动保护装置。
振荡闭锁部分
用于防止系统振荡时距离保护误动作。
二次电压回路断线失压闭锁部分
用来防止电压互感器二次回路断线失压时,由于阻抗继电器动作而引起的保护误动作。
逻辑部分
用来实现保护装置应具有的性能和建立保护各段的时限。
3.3、 对距离继电器的基本要求
距离保护在高压及超高压输电线上获得了最广泛的应用。距离继电器(阻抗继电器)是距离保护的主要测量元件,应满足以下基本要求:
在被保护线路上发生直接短路时继电器的测量阻抗应正比于母线与短路点间的距离。
在正方向去外短路时不应超越动作。超越有暂态超越、稳态超越两种。暂态超越是由短路的暂态分量引起的。稳态超越是由短路处的过渡电阻引起的。
应有明确的方向性。正方向出口短路时无死区,反方向短路时不应误动作。
在区内经大过渡电阻短路时仍能灵敏的动作,这主要是接地距离继电器要考虑的问题。
在最小负荷阻抗下不动作。
不受系统振荡的影响。
4、 电压电流保护及方向过流保护
4.1、 电压电流保护
线路相间短路电流电压保护主要用于35kV及以下的小接地电流系统中。主要包括两种保护:
1、反应电流增大而动作的电流测量元件为基础构成的电流保护;
2、由反应电流增大而动作的电流测量元件和由反应电压下降而动作的电压测量元件为基础构成的电流电压保护。
特性:
1、电流电压保护的选择性
电流电压保护在单电源辐射网中一般有很好的选择性。但在多电源或单电源环网等复杂网络中这种保护可能无法保证选择性。
2、电流电压保护的动作速度
电流电压保护第I段和第II段满足35KV及以下网络主保护的速动性要求。电流电压保护第III段一般情况下只能作为线路的后备保护。
3、电流电压保护的灵敏度
在系统运行方式变化很大、线路很短和线路长而负荷重等情况下灵敏度可能不容易满足要求,甚至保护范围为零。
4.2、 方向电流保护

1、2、3——分别为方向电流保护I、II、III段的电流测量元件,
4——功率方向测量元件,在保护线路正方向短路时动作,即短路功率为正时动作
5、6、7——与门逻辑元件
8、9——分别为方向电流保护第II、III段的延时逻辑元件
10、11、12——分别为方向电流保护第I、II、III段的信号元件
13——或门
功率方向元件的接线方式 
方向电流保护用于双电源网络和单电源环行网络时有以下特点:
在保护构成中应增加功率方向测量元件;
方向电流保护第I段不必躲过反方向外部最大短路电流;
第III段电流保护动作电流应考虑躲过反方向不对称短路时,流过非故障相的电流Iunf。
在环网和双电源网中,功率方向可能相同的电流保护第III段的动作电流之间和动作时间之间应相互配合以保证保护的选择性。
环网中方向电流保护第II、III段的灵敏度校验可能出现不满足要求的情况。
方向电流保护应采用按相启动接线。
方向电流保护主要用于35KV及以下的双电源和单电源环网作相间短路保护。
5、 非全相保护介绍
5.1、 装设非全相保护的必要性
 在220kV及以上电压等级的电网中,普遍采用分相操作的断路器,由于设备质量和操作等原因,运行中可能出现三相断路器动作不一致的异常状态。当系统处于非全相运行状态时,系统中出现的负序、零序等分量对电气设备产生一定危害。
  对于系统采用单重、综重等方式,故障跳闸造成的非全相运行,若重合闸成功,系统自然很快转入全相运行;若重合于故障,断路器三相跳闸,系统也转入全相运行。对这种等待重合的非全相状态,系统中的设备和保护必须予以考虑。例如某些保护段可采取提高定值、加大延时等措施,以躲过重合闸周期。
对于因设备质量、回路等问题造成的非全相状态,情况要复杂一些。例如,断路器偷跳一相,由于断路器位置不对应,重合闸应当启动,将断路器重合,而如果断路器有问题,偷跳相不能重合,该断路器将非全相运行。对这类非全相状态,由设备主保护消除的还不多。以WXH-800系列微机线路保护为例,如果保护选跳或断路器偷跳后未重合造成的非全相运行,从保护功能上看,可能仅有不灵敏零序段或灵敏零序段保护起作用,而它们还要受到定值和方向元件的制约,也就是说,线路保护本身对此可能无能为力。
因此,综合考虑以上各种因素,应当装设能反映断路器非全相运行状态的非全相保护,作用于跳开已处于不正常状态的断路器。至于目前有些断路器机构箱中有反映断路器三相位置不一致的保护,各地可根据实际情况使用。
5.2、 非全相保护的常见方案
非全相保护的实现,一般需要反映断路器三相位置不一致的回路,可以采用断路器辅助触点组合实现,也可以采用跳闸位置、合闸位置继电器的接点组合(该接点组合一般由操作箱给出)实现,以下均称之为三相不一致接点。目前,专用非全相保护的常见方案有以下几种。
5.2.1、 三相不一致接点直接启动时间继电器
无电流接点时,这种方案与配置在断路器机构箱内的非全相保护类似,比较简单,也能起到应有的保护作用。
5.2.2、 三相不一致接点串接零序电流继电器接点后启动时间继电器
5.2.3、 三相不一致接点串接负序电流继电器接点后启动时间继电器
5.2.4、 三相位置接点与无流判据组合后启动时间继电器

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