電力系統(tǒng)及繼電保護

電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)是由電力生產(chǎn)的5個環(huán)節(jié)：發(fā)電、輸電、變電、配電和用電組成的整體。輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)統(tǒng)稱為電網(wǎng)。完成一次能源轉(zhuǎn)換成電能并輸送和分配到用戶的統(tǒng)一系統(tǒng)稱為一次系統(tǒng)；對一次系統(tǒng)進行保護、控制、測量、調(diào)節(jié)、監(jiān)視、通信等相應的輔助系統(tǒng)稱為二次系統(tǒng)。

繼電保護當電力系統(tǒng)中的電力元件發(fā)生故障時，向運行值班人員及時發(fā)出警告信號，或者向所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令，以終止這些事件發(fā)展的一種自動化措施和設備。實現(xiàn)這種自動化措施的成套硬件設備，用于保護電力元件的一般稱為繼電保護裝置。安全自動裝置當電力系統(tǒng)本身發(fā)生故障或危及其安全運行的事件時，向運行值班人員及時發(fā)出警告信號，或者向所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令，以終止這些事件發(fā)展的一種自動化措施和設備。實現(xiàn)這種自動化措施的成套硬件設備，用于保護電力系統(tǒng)的通稱為電力系統(tǒng)安全自動裝置。功率瞬時功率：電阻、電感和電容的瞬時功率。有功功率：用電設備真實消耗掉的功率稱為有功功率。有功與頻率相關(guān)；無功功率：在完成電能轉(zhuǎn)換為機械能的過程中，建立電、磁場需要的功率稱為無功功率，無功與電壓相關(guān)。頻率、電壓和諧波是反映電能質(zhì)量的三大指標，頻率和電壓又是保持電網(wǎng)穩(wěn)定最重要的電氣量?，F(xiàn)在有人加供電的可靠性。視在功率：瞬時功率：功率一次，以母線流向線路為電流正方向；母線對地為電壓正方向。二次，極性端流入繼電保護裝置為電流正方向；極性端對地為電壓正方向。只有這樣規(guī)定，才有：當接入R時，發(fā)電機發(fā)出P，P>0；負荷受入P。Q=0。電壓電流同相。當接入L時，發(fā)電機發(fā)出Q，Q>0；負荷受入Q。P=0。電壓超前電流900。當接入C時，發(fā)電機受入Q，Q<0；負荷發(fā)出Q。P=0。電壓滯后電流900。功率UIP>0Q>0P>0Q<0P<0Q>0P<0Q<0

功率

功率電力系統(tǒng)繼電保護的基本知識電力系統(tǒng)在運行中，可能由于以下原因，發(fā)生故障1、外部原因：雷擊，大風，地震造成的倒桿，絕緣子覆冰造成冰閃，絕緣子污穢造成污閃。2、內(nèi)部原因：設備絕緣損壞，老化。3、系統(tǒng)中運行、檢修人員誤操作。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發(fā)生為簡單故障。不同地點，兩個或以上簡單故障同時發(fā)生稱為復故障。不正常工作狀態(tài)有：電力系統(tǒng)中電氣設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）電力設備過負荷，如：發(fā)電機，變壓器線路過負荷。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)全部或部分設備正常運行遭到破壞，對用非計劃停電，少送電，電能質(zhì)量達不到標準（頻率，電壓，波形），設備損壞等。繼電保護的作用：就檢測電力系統(tǒng)中各電氣設備的故障和不正常工作狀態(tài)的信息，并作相應處理。繼電保護的基本任務：1）將故障設備從系統(tǒng)中切除，保證非故障設備正常運行。2）發(fā)生告警信號通知運行值班人員，系統(tǒng)不正常工作狀態(tài)已發(fā)生或自行調(diào)整使其系統(tǒng)恢復正常工作狀態(tài)。電力系統(tǒng)對繼電保護的基本要求：（四性）1）選擇性：電力系統(tǒng)故障時，使停電范圍最小的切除故障的方式。2）快速性：電力系統(tǒng)故障時，以盡可能短的時間把故障設備從電網(wǎng)中切除，縮短故障的存在時間。電力系統(tǒng)故障對設備、人身，系統(tǒng)穩(wěn)定的影響與故障的持續(xù)時間密切相關(guān)，故障持續(xù)時間越長，設備損壞越嚴重；對系統(tǒng)影響也越大。因此，要求繼電保護快速的切除故障。電力系統(tǒng)對繼電保護快速性的要求與電網(wǎng)的電壓等級有關(guān)。220KV系統(tǒng)要求：近區(qū)故障100ms、遠區(qū)故障120ms切除除障，500KV系統(tǒng)要求：近區(qū)故障80ms、遠區(qū)故障90ms切除故障,含開關(guān)動作時間，現(xiàn)用的開關(guān)全斷開時間：220KV40ms220KV35ms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：繼電保護裝置在它的保護范圍內(nèi)（一般指末端）發(fā)生故障和不正常工作狀態(tài)的反應能力，用靈敏系數(shù)K表示K=末端故障進入保護裝置的電氣量/保護裝置的整定值（過量動作的保護）K=保護裝置的整定值/末端故障進入保護裝置的電氣量（欠量動作的保護）4）可靠性：①保護范圍內(nèi)發(fā)生故障時，保護裝置可靠動作切除故障,不拒動。②保護范圍外發(fā)生故障和正常運行時，保護可靠閉鎖,不誤動。常用的名詞解釋：主保護：滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設備安全的要求，能以最快的速度有選擇性的切除電力設備及輸電線路故障的保護。對于220KV及以上線路,變壓器，母線，要求主保護全線速動，則其主保護為縱聯(lián)方向，縱聯(lián)距離,縱聯(lián)差動，距離保護不是主保護.后備保護：當主保護或斷路器拒動時，用來切除故障的保護.后備保護可分為遠后備保護和近后備保護。近后備保護：當主保護或斷路器拒動時，由本線路其它保護或本電力設備其它保護切除故障，當開關(guān)失靈時，由開關(guān)失靈保護切除故障。遠后備保護：當主保護或斷路器拒動時，由相鄰線路或元件保護切除故障.輔助保護：為補充主保護和后備保護的性能，或當主保護，后備保護退運行時而增設的保護。如：一個半開關(guān)接線的短線保護，運方跳閘保護，過電壓保護異常運行保護：反應被保護線路和設備異常運行狀態(tài)的保護。如：過負荷、過勵磁振蕩鮮列，低周減負荷等。振蕩解列裝置：當系統(tǒng)正常運行時，兩個系統(tǒng)發(fā)生振蕩，將兩系統(tǒng)分開的裝置2、配置原則220KV保護配置原則：保護雙重化：1）每套完整、獨立的保護裝置應能處理可能發(fā)生的所有類型的故障。兩套保護之間不應有任何電氣聯(lián)系，當一套保護退出時不應影響另一套保護的運行。2）兩套主保護的電壓回路宜分別接入電壓互感器的不同二次繞組。3）電流回路應分別取自電流互感器互相獨立的二次繞組，并合理分配電流互感器二次繞組，避免可能出現(xiàn)的保護死區(qū)。分配接入保護的互感器二次繞組時，還應特別注意避免運行中一套保護退出時可能出現(xiàn)的電流互感器內(nèi)部故障死區(qū)問題。3）雙重化配置保護裝置的直流電源應取自不同蓄電池組供電的直流母線段。4）兩套保護的跳閘回路應與斷路器的兩個跳圈分別一一對應。5）雙重化的線路保護應配置兩套獨立的通信設備（含復用光纖通道、獨立光芯、微波、載波等通道及加工設備等），兩套通信設備應分別使用獨立的電源。6）雙重化配置保護與其他保護、設備配合的回路應遵循相互獨立的原則。第三部分變電站的二次設備及回路1、電力系統(tǒng)中一次設備和二次設備的分類：1）一次設備：主變壓器、電流互感器、電壓互感器、靜止補償電容器、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）二次設備：對電力系統(tǒng)中的一次設備的運行工況進行控制測量、保護和監(jiān)視的設備叫二次設備。包括：繼電保護、測量儀表、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、綜合自動化、信號報警裝置、變壓器冷控設備、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)二次設備的回路，即二次回路。 交流電流回路①按電源的性質(zhì)分 交流電壓回路

直流回路

保護回路

測量回路

控制回路②按回路的作用分

信號回路 RTU回路

電源回路

防誤閉鎖回路

2、二次回路的劃分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，方便設計和運行。1）500kV一個半斷路器接線安裝單位劃分一個半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、控制、測量、信號回路及二次設備放在同一個安裝單位之內(nèi)，保護和控制可共直流電源。1）500kV1按線PT配置。2）220kV雙母線PT配置。

二、交流電壓回路500kV每條線路配三相CVT，母線配單相CVT（作測量和同期用）200kV按母線配三相CVT，每年出線配單相CVT，作同期。220kV保護、測量要進行自動或手動切換。典型的二次回路介紹：1、交流電壓回路：a）電容式電壓互感器原理接線圖：分壓比

三個二次繞組準確級不一樣，0.5，測量，1.3P級保護c）用于220kV雙母線時d）電壓二次回路應注意的問題①二次側(cè)中性點按地的問題②電壓回路及充電的問題③3U0的電線與主二次繞組地分開的問題三、交流電流的回路1）500kV一個半開關(guān)接線CT的幾種二次接線。每串4CT配置，邊開關(guān)CT配6個二次繞組，中間開關(guān)CT配4個二次繞組。每串3CT配置，邊開關(guān)CT配6個二次繞組，中間開關(guān)CT配7--9個二次繞組。GIS或罐式開關(guān)，每串6CT配置，每CT配4個二次繞組。2）二次繞組的分配：消除CT內(nèi)部故障的保護死區(qū)正確接線圖錯誤接線圖正確接線圖縮小CT內(nèi)部故障的停電范圍，3）和電流對測量和保護的影響a）正常兩開關(guān)CT均運行時，CT鐵芯不飽，勵磁阻抗大（幾千歐）吸取電流較小可忽略。b）某一開關(guān)停電時，該CT二次繞組，成為另一個的負載，此時流過停用CT二次繞組的激磁電流為吸取電流，使測量誤差增大。c）對于TPY繞組，鐵芯未飽和時，每臺CT歸算到二次的勵磁電抗大約為1200Ω～2000Ω，而電流互感器所帶負載阻抗約為15Ω，兩CT關(guān)聯(lián)后也有600～1000Ω。所以在短路故障時，對保護的影響不大線路串電流互感器配置圖線路變壓器串電流串感器配置圖d）當一個開關(guān)停運行時，其二次壓力磁阻抗大，接點電壓高，對保護裝置的影響也不是很大。所以一般不退出運行。e）和電流有兩種接法：①在端子箱②在保護裝置四、同期回路500kV1接線方式的同期回路接線較復雜，一個完整串，有可能連接四個能相互分開的電源系統(tǒng)，兩個母線和兩條線路。上圖接線，雖然設計和施工復雜，但是運行方式靈活，任何一臺開關(guān)均可同期有一種簡化同期的接線，只考慮兩臺邊開關(guān)作為指定的同期開關(guān)可以簡化回路。五、防誤電氣閉鎖回路利用刀閘、地刀、開關(guān)的輔助接點，按操作閉鎖條件接入刀閘開關(guān)或電磁鎖回路閉鎖，現(xiàn)在的微機實際不用此接線。220kV斷路器失靈保護回路：全站按母線配置斷路失靈保護出口回路，經(jīng)復合電壓閉鎖第四部分變電站直流系統(tǒng)一．直流負荷：變電站繼電保護、控制設備、計算和監(jiān)控系統(tǒng)、UPS電源、RTU、信號報警裝置等設備的運行工況直接影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。為此，有關(guān)規(guī)程規(guī)定此類設備的工作電源采用直流供電方式。正常運行時，由站內(nèi)所用交流經(jīng)充電、浮充電設備提供直流電源。當變電站所用交流全?；虺潆姟⒏〕潆娫O備故障時，由蓄電池供電，以保證電源的可靠性。二、直流系統(tǒng)接線：500kv變電站直流系統(tǒng)，典型設計為二電三充模式。經(jīng)分控屏的輔射供電模式。正常運行時，兩組電源無任何電的聯(lián)系以滿足保護雙重化的要求。三、變電站直流系統(tǒng)工作電壓：強電110v或220v，弱電48v四、500kV變電站直流電源回路保護的配置1、直流電源回路一般采用熔斷器和自動空氣開關(guān)保護2、熔斷器和自動空氣開關(guān)的額定電流應其長期最大負荷電流的1.2-1.5倍3、同一系列熔斷器和自動空氣開關(guān)上、下級之間，應保證2-4級級差，電源側(cè)選上限，負荷側(cè)選下限。4、蓄電池總?cè)蹟嗥髋c分熔斷器之間，應保證3-4級級差。5、直流系統(tǒng)保護特性配合：相鄰元件保護設備配合方式：熔斷器與負荷開關(guān)上、下級配合系數(shù)上級保護元件下級保護元件最小配合系數(shù)慢速熔斷器負荷開關(guān)K≥⒉5慢速熔斷器慢速熔斷器K≥3負荷開關(guān)快速熔斷器K≥4快速熔斷器慢速熔斷器K≥5快速熔斷器負荷開關(guān)K≥5負荷開關(guān)負荷開關(guān)K≥8負荷開關(guān)慢速熔斷器K≥9K=上級保護元件額定值/下級保護元件額定值

熔斷器配合選擇要求：1、同一系統(tǒng)熔斷器形式應盡量一致。2、前、后級熔斷器的額定電流比應滿足選擇性要求。3、當熔斷器按輻射方式配置時，除按時間、電流特性選擇外，還應校上、下級驗熔斷器的熔化值。充電裝置額定電流的選定：1、無備用充電裝置額定電流的選定：Ic=(1.0-1.25)I10+I0I0為經(jīng)常性負荷2、有備用充電裝置額定電流的選定：Ic=0.0I10+I0Ic=(1.0-1.25)I10I0為經(jīng)常性負荷高頻開關(guān)電源充電裝置額定電流的選定：單個模塊額定電流為上述1/10—1/5蓄電池回路設備在選用蓄電池容量Ah1002003004005006008001000熔斷器及刀閘額定電流A160200300400630自動空氣開關(guān)額定電流A225400800電流測量范圍A200-0-200300-0-300500-0-500750-0-750試驗回路A100200充電回路設備在選用充電裝置容量Ah3040506380100125160200250315400熔斷器及刀閘額定電流A63100160200300400630自動空氣開關(guān)額定電流A100225400630電流測量范圍A0-500-1000-2000-3000-500閥控密封鉛酸蓄電池及成套裝置設計技術(shù)規(guī)定（河南省電力勘測設計院）對新建、擴建和購置的熔斷器和自動空氣開關(guān)應抽樣進行特性試驗。五、直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)視變電站直流系統(tǒng)為非接地系統(tǒng)。為了監(jiān)視測量直流系統(tǒng)的絕緣狀況，在直流系統(tǒng)中設置絕緣監(jiān)視裝置，監(jiān)視絕緣狀況。其原理圖如下：XJJ正常運行時，處在R1、R2與RM+、RM-的平衡電橋上。當直流系統(tǒng)正極或負極絕緣下降時（220v下降到25kΩ，110v下降到7kΩ）發(fā)直流系統(tǒng)接地告警信號。XJJ為高阻抗、電壓繼電器，其阻值選擇當直流系統(tǒng)任一點發(fā)生接地故障時，流過XJJ的電流小于3mA。以在跳閘線圈TQ處發(fā)生接地時TQJ誤動作。直流接地的測量原理：若負極接地，電阻為20kΩ。若短接負極1000Ω電阻，調(diào)節(jié)R滑動電阻器，使電橋平衡，則可判斷直流接地電阻值。六、直流接地的危害⑴使保護誤動⑵使保護拒動⑶造成保險熔斷七、直流接地的查找：⑴暫斷電源法：根據(jù)運行經(jīng)驗判斷可能發(fā)生接地的支路，將該支路短時斷電。但注意：應先停用保護出口壓板，調(diào)度可提醒運行人員先查一般回路、再查保護跳閘回路⑵電源替代法：⑶用微機和絕緣監(jiān)測裝置查找第五部分新設備投入運行的問題1、測量相序、相位在三相電力系統(tǒng)中各相電壓或電流按其先后順序分別到達最大值的順序，叫相序，三相電壓或電流在同一時間所處的位置，就是相位對稱平衡的三相電力系統(tǒng)，其三相電壓或電流的相位相差120度。在三相電力系統(tǒng)中，規(guī)定以A、B、C（黃、綠、紅）標記區(qū)分三相相序。當它們到達最大值的順序為A、B、C時，我們叫它正序，當它們到達到達最大值的順序為A、C、B時，我們叫它負序。三相電力系統(tǒng)中，發(fā)電機、變壓器、線路能否并列運行，其重要條件是：三相相序相同、相位一致。否則，將造成電力系統(tǒng)短路故障或在發(fā)電機、變壓器、線路并列運行時，產(chǎn)生環(huán)流。相序還影響刀閘電動機的轉(zhuǎn)向。所以三相電力系統(tǒng)在新設備（發(fā)電機、變壓器、線路）投入運行或一次設備改接線后投入運行時，要進行相序、相位測量。測量相序的方法：1）380V及以下的系統(tǒng)，可直接用相序表測量。2）高壓系統(tǒng)，可在TV的二次側(cè)測量。測量相位的方法：1、利用單相TV直接測量高壓側(cè)相位，（直接電聯(lián)系的系統(tǒng)）2、利用定相桿直接測量高壓側(cè)相位3、利用三相TV的低壓側(cè)與已運行系統(tǒng)三相TV的低壓側(cè)比較測相位，①新變電站投運行前，首先確定變電站相序，一般方法：站在變電站外，面對單方向引出線的母線，從左到右，依次為A、B、C相。或面對三相式變壓器的高壓套管，從左到右，依次為A、B、C相。確定相序后，應仔細