高压输电线路保护及重合闸

,高压输电线路保护,及重合闸,继电保护组关昕,2010,年,6,月,（针对,110kV,中性点直接接地电力网的线路,）,电力系统对输电线路保护使用的要求及配置,国内主要保护厂家生产,的,110kV,线路,保护介绍,地方电网输电线路的零序保护,地方电网输电线路的距离保护,地方电网输电线路的自动重合闸,输电,线路保护的调试及维护,提纲,一、,电力系统对线路保护的配置要求,电力系统是由发电设备、变电设备、母线、输配电线路及用电设备构成的一个实时生产、传输和使用电能的集合体。,电力系统在正常运行中，可能发生各种故障和不正常的状态，最常见也最危险的是各种形式的短路故障，通常能造成以下严重的后果：,1,、故障点短路电流和电弧使故障元件损坏；,2,、短路电流通过非故障元件，由于发热及电动力的作用，引起它们的损坏或缩短使用寿命；,3,、电力系统部分电压质量降低，破坏用户的工作稳定性或影响工厂产品质量；,4,、破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡或使系统瓦解。,比较以上后果，第,1,、,2,、,3,条通常会对变压器、发电机、电动机等大型设备或用户设备、产品和造成巨大损害；而第,4,条会造成整个电力系统的瓦解,我们可以看以下三个实例。,美加,“,2003.8.14,大停电,”,是因为,3,条,345 kV,线路对树放电跳闸、之后潮流大范围转移、系统发生摇摆和振荡、局部系统电压进一步降低，引起发电机组跳闸，使系统功率缺额增大，进一步发生电压崩溃，同时有更多的发电机和输电线路跳开，造成大面积停电的发生。,美加,8.14,大停电后的纽约,伦敦,“,2003.8.28,”,大停电,事故是由于,赫斯特,变电所（,Hurst,）并联电抗器或主变发瓦斯报警信号，为处理异常进行倒闸操作时，由于,1,条配置反时限保护的,132kV,输电主供电源线路继电器参数使用错误导致跳闸，从而造成伦敦南部地区大面积停电。,8.28,大停电后的伦敦,几名游客由于停电被滞留在半空中,为何要单独提出美加,2003.8.14,大停电、伦敦,“,2003.8.28,”,大停电两个案例，因为这两个案例对于我们将要讲述的,高压输电线路保护,及重合闸原理及应用课程有直观的教育意义，也给大家学好继电保护指出方向，也就是要了解电网的特性，熟悉电网的结构，从而知道继电保护为何物，为什么要配置各种各样的原理复杂的保护，配置的依据是什么，各种保护的原理分析的逻辑基础是什么；,美加,2003.8.14,大停电事故是由于区域超高压电网输电线路短路跳闸后潮流变化造成系统稳定破坏而导致重大电网事故；而伦敦,“,2003.8.28,”,大停电是由于地区电网线路保护配置了,1,个错误参数的反时限继电器而导致的一般电网事故；我们由此看出，高压输电线路的保护配置直接关系到电网的安危，其配置的原则也与电网的规模和结构有关；,由上图我们可以看到跨区域、区域电网和地方电网故障后造成的后果是不一样的，这也就决定了其输电线路保护配置是根据其在电网中的重要性来安排的，我们本次课程主要是针对地方电网的,110kV,输电线路保护讲授相关原理及应用，其采用的原理是与电网的要求息息相关的，我们来看案例,2,中,英国电网的,132kV,输电线路配置了一个电流反时限保护，这是,英国,电网,的特点决定的；同样，在中国，,根据我们电网特点制定的,继电保护和安全自动装置技术规程,-GB/T 14285,2006,规定：,返回,由规程规定可知，,110kV,输电线路可根据电网情况配置全线速动保护（如光差保护）、阶段式相电流和零序电流保护、阶段式相间和接地距离保护、采用简单三相一次重合闸或经同步检定和无电压检定的三相重合闸方式。,根据目前贵州电网主流配置情况，我们今天重点学习的是,110kV,输电线路的阶段式零序电流保护、阶段式相间和接地距离保护及自动重合闸功能。,二、,国内主要保护厂家生产的,110kV,线路保护介绍,南瑞继保：,RCS-941A,包括完整的三段相间和接地距离保护、四段零序方向过流保护和低周保护；,不对称相继速动保护、双回线相继速动保护、,装置配有三相一次重合闸功能、过负荷告警功能、频率跟踪采样功能；装置还带有跳合闸操作回路以及交流电压切换回路。,北京四方：,CSC-161A,包括,三段相间距离和三段接地距离保护、,PT,断线后的两段过流保护、,不对称相继速动保护、双回线相继速动保护、,过负荷保护、三相一次重合闸、三相操作回路、电压切换回路。,国电南自：,PSL 62,0,C系列数字式线路保护装置是以距离保护、零序保护和三相一次重合闸为基本配置的成套线路保护装置，并集成了电压切换箱和三相操作箱,。,三、,地方电网输电线路的零序,保护,1,）,中性点直接接地系统,输电线路,零序,保护原理构成,我国电网中性点接地方式分两大类三种形式：,中性点直接接地系统：,110KV,及以上电压等级系 统、,380V,低压用电系统,中性点非直接接地系统：,60KV,及以下配电系统,因此，,110kV,输电线路存在于,中性点的,直接,接地方式电网中，由此能通过零序电压、电流滤过器采集,零序分量构成的基于电网零序网络计算的阶段式零序电流保护,中性点不接地,中性点经消弧线圈接地,2,）,零序分量特点,a:,零序电压：,故障点零序电压最高，离故障点越远，零序电压越低，变压器中性点接地处为零。,b:,零序电流,分布：与变压器中性点接地的多少和位置有关；,大小：与线路及中性点接地变压器的零序阻抗有关。,c :,零序功率,分布：短路点零序功率最大；,方向：对于发生故障的线路，两端的零序功率方向为,线路母线,。,d:,零序电压与电流的相位关系,正方向故障,d:,零序电压与电流的相位关系,反方向故障,3,）,零序电压、电流滤过器,a.,零序电压滤过器,零序电压滤过器就是取出零序电压的工具。零序电压滤过器有四种形式，一是,三个单相电压互感器的副方绕组接成开口三角形绕组,构成零序电压滤过器；二是,三相五柱式电压互感器二次侧的开口三角形绕组,零序电滤过器；三是,接于发电机中性点的电压互感器；,四是微机型继电保护中自产,3,倍零序电压（直接计算）。,a,）三单相式,b,）三相五柱式,c,）用接于发电机中性点的电压互感器,d,）内部合成零序电压,(,自产,3,倍零序电压,),a.,零序电流滤过器,零序电流滤过器就是取出零序电流的工具。零序电流滤过器有三种形式，一是将三相电流互感器二次侧同极性并联，构成零序电流滤过器；二是用于电缆引出的线路的零序电流互感器；三是微机型继电保护中自产,3,倍零序电流（直接计算）。,方式三：,微机型继电保护中的自产零序电流：,方式一,方式二,(,一,),零序电流速断保护,(,零序,段保护,),(,二,),零序电流限时速断保护,(,零序,段保护,),(,三,),零序过电流保护,(,零序,段保护,),4,）,阶段式零序电流保护,无时限零序电流速断保护工作原理与无时限电流速断保护相似，靠整定零序电流的大小来获得选择性。,整定原则,1,：躲过下一条线路出口处单相接地或两相接地时可能出现的最大,3,倍零序电流，即,（一）零序电流速断保护,(,零序,段,),的求取：,故障点：本线路末端,故障类型 ：两相接地和单相接地,按最大运行方式考虑，即系统的零序等值阻抗值最小,整定原则,2,：躲断路器三相触头不同时合闸时产生的最大,3,倍零序电流，即,的求取：,计算两相先合时的零序电流,计算两相先合时的零序电流,取二者较大值,整定值应选取,原则,（,1,）和（,2,）中较大者。原则,（,2,）所得定值一般较大，保护范围缩小，灵,敏度降低，此时可考虑使,段带一小的延时,（,0.1s,）躲开不同时合闸时间。,灵敏性： 要求最小保护范围（,15%,20%,）,l,整定原则：与相邻线路的零序电流,段配合,动作时限：比下一条线路零序电流,段保护的动作时限大一个时限级差,（二）零序电流,II,段保护,（三）零序电流,III,段保护,作用,:,用于本线路接地故障的近后备保护和相邻元件,(,线路、母线、变压器,),接地故障的远后备保护,在本线路零序电流,I,、,II,段保护和相邻元件的零序保护拒动时，依靠它来切除故障,整定原则,1,：躲开下一条线路出口处相间短路所出现的最大不平衡电流,整定原则,2,：与下一条线路的零序,段保护相配合，即本保护零序,段的保护范围相邻线路上零序,段保护的保护范围,取二者最大值,在同一线路上的零序过电流保护与相间短路的过电流保护相,比，将具有较小的时限，这是零序过电流保护的一大优点。,零序过电流保护的时限特性,相间保护,零序保护,5,）,方向性零序电流保护,在多电源的大接地电流系统中，为保证选择性，要安装零序功率方向元件，构成,方向性零序电流保护,。,构成方向性零序电流保护时应注意的问题：,在多电源大接地电力系统中，每个变电站至少有一台变压器中性点直接接地，以防止单相接地短路时，非故障相产生危险的过电压。,在零序电流保护正方向中有中性点接地的变压器情况下，不管被保护线路的对侧有无电源，为了防止保护的灵敏度过低或者动作时间过长，就须采用方向性零序电流保护。,零序电流保护,+,零序功率方向继电器,=,方向性零序电流保护,保护安装处零序电流与零序电压的相位关系：,正方向接地故障时，零序电流超前零序电压,95,110,反方向接地故障时，零序电流滞后零序电压,70,85,5,）,对零序电流保护的评价,优点：,1.,零序过电流保护的灵敏度高,2.,受系统运行方式的影响要小,3.,不受系统振荡和过负荷的影响,4.,方向性零序电流保护没有电压死区,5.,简单、可靠,缺点：,1.,对短线路或运行方式变化很大时，保护,往往不能满足要求,2.,单相重合闸的过程中可能误动,3.,当采用自耦变压器联系两个不同电压等,级的电网时，将使保护的整定配合复杂,化，且将增大第,III,段保护的动作时间,距离保护是利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，反应故障点到保护安装处的距离而工作的保护。,距离保护实际上是测量保护安装处至故障点之间的阻抗大小，有时又称为阻抗保护。,当故障点在保护范围以内时， 时保护动作,当故障点在保护范围以外时， 时保护不动作,四、,地方电网输电线路的距离保护,1,）输电线路距离保护原理构成,2,）距离保护的主要组成元件,1,、起动元件,2,、测量元件；,3,、时间元件；,4,、振荡闭锁回路,5,、断线闭锁元件,6,、出口执行元件；,当被保护线路发生故障时，启动元件瞬间启动保护装置，再通过测量元件来确定故障点位置,用来测量保护装置安装处到故障点之间的距离，并判别短路故障的方向,建立距离保护,段和,段的动作时限，以获得其所需要的动作时限特性,当系统正常运行或振荡时，振荡闭锁元件将保护闭锁；当系统发生故障时，振荡闭锁元件打开闭锁,当电压二次回路发生断线时，闭锁距离保护，以防止保护误动,用于出口跳闸,a:,距离保护的,启动元件,作用：启动测量元件,闭锁作用,要求：启动元件要能够灵敏、可靠的反映各种类 型的故障,在故障切除后应尽快返回,在系统正常运行和发生异常情况时，启动元件均不反应,b:,距离保护的测量元件,三个阻抗意义和区别,（,1,）测量阻抗,:,加入继电器的电压,与电流的比值,Z,m,（,2,）整定阻抗,:,继电器安装点到保护,范围末端的线路阻抗,Z,set,（,3,）,动作,阻抗,:,继电器刚好动作时，加入,继电器的电压和电流的比值,Z,op,由于以下因素，测量阻抗将偏离线段,BC,：,（,1,）,TA,、,TV,有相位误差,（,2,）短路点有过渡电阻,仅把线段,BC,作为动作区保护会,拒动,。,解决办法：,扩展动作区。,常见的阻抗元件特性,全阻抗元件,方向阻抗元件,偏移阻抗元件,四边形阻抗元件,多边形阻抗元件,全阻抗元件的动作特性,以保护安装点为原点，以整定阻抗,Z,set,为半径的圆。,特点：没有方向性,比幅式,比相式,方向阻抗元件,保护按安装处为复平面坐标原 点，以整定阻抗,Z,set,为直径的圆,只有在线路正方向上发生故障时， 其测量阻抗位于第一象限，此时保护才会动作,反方向故障时，保护肯定不动作,比幅式,比相式,偏移阻抗元件,正方向：整定阻抗为,Z,set,反方向：偏移,-,Z,set,(,1 ),圆心：,半径：,比幅式,比相式,四边形特性阻抗元件,多边形特性阻抗元件,(,一,),距离保护,段,(,二,),距离保护,段,(,三,),距离保护,段,3,）,阶段式距离保护,（一）距离保护,段,距离保护,段为瞬时动作，其动作时限仅为保护装置的固有动作时间,整定原则：,按躲过线路末端短路整定,，保护范围不能延伸到下一条线路中去，为本线路的,80,85%,可靠系数,取,=0.8,0.85,时，主要考虑了如下因素的,相对误差：,1,）,TA,的误差；,2,）参数测量误差；,3,）计算误差；,4,）装置测量误差；,（二）,距离保护,段,保护范围为本线路全长及下一条线路的一部分，但不能超过下一条线路的保护,段,保护,段的动作时限要在下一条线路的保护,段基础上延时,0.5s,整定原则,1,：动作时限和整定值与相邻下一条线路的保护,段相配合,整定原则,2,：,按躲过线路末端变电所变压器低压母线短路整定,取上述两项中数值小者作为保护的定值,（三）距离保护,III,段,为本线路的近后备保护和下一条线路的远后备保护,动作时限按阶梯原则进行整定,整定原则：,按躲过最小负荷阻抗整定,距离保护的动作时限特性,3,1,A,B,C,2,4,）,影响距离保护正确工作的因素及其对策,短路点的过渡电阻,电力系统振荡,保护安装处与故障点之间的分支电路,TA,、,TV,的误差,TV,二次回路断线,串联补偿电容,过渡电阻的性质,电弧电阻：估算公式 （数欧至十几欧之间）,铁塔电阻：可达数十欧,其他物体：更高,500kV,：最大,300,220kV,：最大,100,克服过渡电阻影响的措施,在保护范围不变的前提下，采用动作特性在,R,轴方向上有较大面积的阻抗继电器,振,荡的基本概念,振荡：指并联运行的电力系统或发电厂之间出现的功角,周期性变化的现象。,系统中各点电压、线路电流以及距离保护的测量阻抗发生周期性变化,可能导致距离保护的误动,振荡产生的原因,电网的规划不周,系统的无功功率不足，造成系统电压降低,大型发电机励磁出现异常，造成系统电压升高或降低,切除故障过慢也会造成振荡影响,振荡与短路的区别,振荡闭锁：防止系统振荡时保护误动的措施,基本要求：,当系统只发生振荡而无故障时，应可靠闭锁保护,区外故障而引起系统振荡时，应可靠闭锁保护,区内故障，不论系统是否振荡，都不应闭锁保护,振荡闭锁措施：, 利用短路时出现负序分量而振荡时无负序分量, 利用振荡和短路时电气量变化速度不同振荡闭锁措施, 利用动作的延时实现振荡闭锁,在多电源的复杂网络中能保证动作的选择性,快速性,60,70%,􀀩,保护区稳定，灵敏度高,可靠性稍差,5,）,对距离保护的评价,四、,地方电网输电线路的自动重合闸,1,）自动重合闸的作用及基本要求,自动重合闸装置：将跳开后的断路器按需要自动投入的一种自动装置 作用：瞬时性故障：提高供电的可靠性。 双侧电源的线路：提高系统并列运行的稳定性，提高线路的输送容量。 纠正断路器的误跳闸。,110kV,线路配置自动重合闸装置的原则：,配置原则,基本要求：,重合闸不应动作情况,1,、手动跳闸；,2,、手动合闸于故障线路；,3,、断路器处于不正常状态,不允许任意多次重合,动作后应能自动复归,能与继电保护配合,其他（双侧电源同步、闭锁重合闸）,根据控制电力元件不同：,线路重合闸、变压器重合闸和母线重合闸等。,根据重合次数不同：,一次重合闸、多次重合闸。,根据控制断路器相数不同：,单相重合闸、三相重合闸和综合重合闸。,2,）,自动重合闸的分类,3,）,输电线路的三相一次自动重合闸动作原理,动作过程：,a:,单侧电源线路的三相一次重合闸,保护动作起动,非手动跳闸起动（不对应起动,）,延时元件，保证断路器断开后，故障点有足够的去游离时间和断路器准备再次动作的时间,保证重合闸装置只能重合一次,保证手动跳开断路器后不合闸,加速保护动作,与继电保护的配合加速保护动作,双侧电源送电线路重合闸的特点,时间的配合：考虑两侧保护可能以不同的时限断开两侧断路器。,同期问题：重合时两侧系统是否同步的问题以及是否允许非同步合闸的问题。,b,:,双侧电源线路三相一次重合闸,（,1,）快速自动重合闸方式,当线路上发生故障时，继电保护快速动作而后进行自动重合（,0.50.6s),。,使用条件,线路两侧均装有全线瞬时动作的保护。,有快速动作的断路器，如快速空气断路器。,冲击电流未超过允许值。,（,2,）非同期重合闸方式,不考虑系统是否同步而进行自动重合闸的方式。,使用条件：冲击电流未超过允许值。,继电保护要考虑系统振荡对它的影响，并采取必要的措施。,（,3,）检查双回线另一回线电流的重合闸方式,优点：电流检定比同步检定简单,（,4,）具有同步检定和无压检定的重合闸,两侧保护断开断路器之后，,检无压,侧装置检测到线路上无电压之后先重合，,检同期,侧装置检测线路电压与母线电压满足同期条件之后再重合。,检无压侧，同时投入同步检定继电器。,检同期侧，无电压检定是绝对不允许同时投入。两侧的投入方式可以定期轮换。,线路发生故障保护和重合闸的动作情况,瞬时性故障，检无压侧重合闸先重合。重合成功，另一侧同步检定继电器在两侧电源满足同步条件后再重合，恢复正常运行；,永久性故障，检无压侧重合闸先重合。重合不成功，保护再次动作，跳开断路器不再重合，另一侧的检同期重合闸不起动。,a.,单侧电源线路的三相重合闸,故障点电弧熄灭、绝缘恢复；,断路器准备再次动作的时间。如果采用保护起动方式，还应加上断路器跳闸时间。,根据运行经验，采用,1s,左右。,4,）,重合闸动作时限的整定原则,除上述要求外，还须考虑时间配合，按最不利情况考虑：本侧先跳，对侧后跳。,b.,双侧电源线路的三相重合闸,双侧电源线路重合闸动作时限配合示意图,五、,输电线路保护的调试及维护,输电线路保护调试,的项目,-,以全部项目检查为例,1,、核实现场的安全措施、办理工作票、,工器具及防护用品,等工前准备工作,2,、收集设备基础信息，包含核实保护的,设备主要技术参数、保护软件版本号及校验码,、,接入保护各,CT,绕组使用的情况、设备缺陷信息等；,3,、,查阅保护交流回路图、端子排图和现场接线，将线路保护电压回路的端子排号、两侧接线编号一一对应详细记入作业指导书，然后一人将端子排上接二次电缆或电压小母线的芯线解开并经绝缘包扎好，另一人监护并确认，在作业指导书上签字；,4,、进行,一般性项目检查，,包含保护屏接线及插件外观检查 、保护屏上压板检查 、屏蔽接地检查 、绝缘检查；,5,、进行保护装置检查，包含,逆变电源检查，电流、电压采集系统检查（即电流通道刻度及线性度检验,、,电压通道刻度及线性度检验,、电流、电压相位及极性检查）,、定值整定、,保护,逻辑,功能检查、后台监控系统其它功能检查等,输电线路保护,调试的项目,-,以全部项目检查为例,6,、根据,作业指导书记录,恢复,二次回路接线、端子排插销、撤出各种试验仪器,连线；,7,、恢复设备原运行状态：包含根据整定书要求核对装置整定值，检查装置定值区在运行定值区 、保护屏所有压板在退出状态、已断开的保护、控制、测控、电压切换等电源在检修前状态、本单元断路器在分闸状态；,8,、办理工作票结束手续，在相应的系统或记录本上记录本次检验的结果、是否具备运行条件、注意事项、试验数据参数、设备工况是否发生改变等信息，向运行人员交代清楚无误后等待投运。,9,、保护装置运行带负荷后，对保护带负荷情况进行测试，主要判断电压相序是否正确、电压幅值是否正常、电流相序是否正确、电流幅值是否正常（如是新线路保护投运还应进行功率方向的测试、在方向无误后方可投入方向元件），装置有无告警、异响、频繁启动等异常现象，无误后方可完成工作。,10,、对本次调试进行数据整理，形成试验报告，记录存档。,谢 谢 ！,