1、 變電站保護的配置本講的主要內容一、電網短路故障時電流分布二、繼電保護裝置配置三、短路故障時繼電保護配合四、輸電線路保護五、母線保護六、變壓器保護一、電網短路故障時電流分布:1.電網短路的原因及分類：系統短路的原因：（1）設備絕緣損壞、污穢，設計安裝不當；（2）惡劣天氣，雷擊，大風；（3）人為事故；（4）其它原因等。系統短路的類型：（1）單相接地（70%）（2）兩相短路（3）兩相接地（4）三相（5）斷線正常運行時電流電壓參數：（1）正常運行時電流、電壓三相對稱；（2）中性點上電流、電壓為零；（3）實際運行中由于電源不平衡或負荷不平衡，接地的中性點上有電流，不接地的中性點上有電壓；（4）保護安裝

2、處的測量阻抗Z為線路和負荷阻抗之和。2.中性點接地系統短路的電流電壓特征：在單電源系統中LxRxRxRxLxEaEbEcLxRfRfRfLfLfLf單相接地短路時的電流電壓參數：（1）接地相電流增大，電壓降低；短路電流的功率方向由電源至接地點；（2）保護安裝處的測量阻抗Z減小（ZU/I）；（3）產生很大的零序、負序電流和電壓分量；（4）流過系統中性點的電流即為故障時產生的零序電流。兩相接地短路時的電流電壓參數：（1）短路相電流增大，電壓降低；（2）短路電流的功率方向由電源至接地點；（3）產生零序、負序電流、電壓；（4）中性點上有零序電流流過。2.中性點接地系統短路的電流電壓特征：在單電源系統中

3、LxRxRxRxLxEaEbEcLxRfRfRfLfLfLf兩相相間短路時的電流電壓參數：（1）短路相電流增大，電壓降低；（2）短路電流的功率方向由電源至接地點；（3）只產生負序電流、電壓；（4）中性點上沒有零序電流流過。LxRxRxRxLxEaEbEcLxRfRfRfLfLfLf2.中性點接地系統短路的電流電壓特征：在多電源系統中多電源系統中短路時的電流電壓參數：（1）由電源向負荷供電；（2）由電源向短路點供電；（3）電流、電壓的變化特征與單電源一致；（4）零序電流與所有中性點接地構成回路。EcLxRxRxRxLxEaEbEcLxRfRfRfLfLfLfLxRxRxRxLxEbLxEa3.短

4、路時電流的分布：回到最基本的直流電路中去：（1）從戴維南定理中得到的結論: 對任何復雜電路中的一個電阻，其外電路可以用一個電源和一個等效電阻置換。（2）從疊加定理中得到的結論： 電路中任一電壓或電流都是電路中各個獨立電源單獨作用時，在該處產生的電壓或電流的疊加。（3）從基爾霍夫電流定理得到： 對任一節點或包圍幾個節點的閉合面，所有流進流出電流的代數和等于零。I 0R2R2R1E1E2RxRxRdEdR2R2R1E1RxR2R2R1E2Rx3.短路時電流的分布：電網中短路時的電流分布：3.短路時電流的分布：電網中短路時的電流分布：電源1電廠開關站變電站2變電站1電源23.短路時電流的分布：電網中

5、短路時的電流分布：結論之一： 短路電流（功率）由電源流向短路點；結論之二： 短路電流的大小取決于電源和網絡參數。3.短路時電流的分布：變電站中短路時的電流分布：3.短路時電流的分布：變電站中短路時的電流分布：1.假設當前的運行方式：如右圖。2.分析典型情況：（1）高壓側僅回為電源，其它均為負荷時短路電流的分布：. 若回線路故障：. 若回線路故障：. 若回線路故障：. 若回線路故障：3.短路時電流的分布：變電站中短路時的電流分布：（2）高、低壓側出線均為為電源電源或聯絡線，高壓側短路時電流的分布：. 若回線路故障：. 其它地點故障同理分析。3.短路時電流的分布：變電站中短路時的電流分布：（3）高

6、、低壓側出線均為為電源電源或聯絡線，低壓側短路時電流的分布：. 若回線路故障：. 其它地點故障同理分析。4.短路計算：短路計算的作用：（1）校驗電氣設備的機械穩定性和熱穩定性；（2）校驗開關的遮斷容量；（3）確定繼電保護及自動裝置的定值；（4）為系統設計及選擇電氣主接線；（5）進行故障分析；（6）確定輸電線路對相鄰通信線路的電磁干擾。常用的短路計算方法： 阻抗矩陣法和疊加原理。二、繼電保護裝置配置:1.繼電保護配置的原則和規定（以220kV為例）（1）線路保護采用近后備的原則；（1.保護雙重化；2.設失靈保護）（2）對瞬時動作的保護或保護的瞬時段，其整定值應保證在被保護元件外部故障時可靠不動作

7、；（3）上下級保護的整定，一般應遵守逐級配合的原則，滿足選擇性的要求；（4）保護的整定計算應按正常運行方式作為依據，特殊方式應根據實際情況臨時處理；（5）變壓器中性點的安排，應盡量保護變電站零序阻抗不變。遇有因變壓器檢修等原因使變電站的零序阻抗有較大變化時，因根據實際情況臨時處理。 變電站只有一臺變壓器，其中性點直接接地； 變電站有兩臺以上變壓器時，應只將一臺變中性點直接接地； 雙母線運行的兩臺以上變壓器應分接在不同母線上； 兩臺變壓器運行的變電站，當其中一臺中性點直接接地的變壓器停運時，應投入另一臺變壓器的中性點直接接地。2.輸電線路繼電保護的配置：主保護：線路縱聯差動保護。（1）方向高頻保

8、護；（2）相差高頻保護；（3）高頻閉鎖距離；通道方式：電力線載波（高頻保護），微波（微波保護）， 光纖差動（光纖保護），導引線（導引線保護）。信號類型：閉鎖信號，允許信號，跳閘信號。動作原理：（以閉鎖式高頻保護為例） 故障 啟動元件動作啟動收發訊機發訊 方向判別元件判斷故障 1.區內：停訊； 2.區外：繼續發訊。 未接收到閉鎖信號跳閘。（一）線路保護典型配置：2.輸電線路繼電保護的配置：后備保護：距離保護、零序保護。（1）實現逐級配合,I、II、III段；（2）PT斷線閉鎖， I、II、III段；（3）系統振蕩閉鎖， I、II段；與重合閘配合：（1）保護啟動重合閘；位置不一致啟動重合閘。（2）

9、重合閘后加速；（3）重合閘不成功溝通三跳。（通過壓板直接溝通三跳）（4）與零序保護的配合。啟動失靈保護： 靠保護出口啟動失靈2.輸電線路繼電保護的配置：（二）主、后備保護的保護范圍： 高頻保護 保護線路全長。 距離I段 保護線路的 8085。 距離II段 保護線路全長，并做為對側母線的后備保護。 距離III段 作為本線和相鄰線路的后備保護。 零序靈敏I段 保護到線路末端單相或兩相接地短路。 （當在單相故障切除后的非全相狀態下被閉鎖） 零序不靈敏I段 能躲開非全相和振蕩情況下，保護到線路末端。 零序II段 保護線路全長，并做為對側母線的后備保護，反應 接地故障。 零序III段 作為本線和相鄰線路

10、的后備保護。3.母線保護和斷路器失靈保護的配置：主保護：快速母線保護。（1）單母線故障，切除母線上所接斷路器；（2）雙母并列運行，一組母線故障，具有選擇性切除故障母線；（3）雙母并列運行，兩組母線相繼故障，保護相繼切除兩組母線上所接斷路器；（4）母線外部故障，母線保護可靠不動作；（5）母聯斷路器的電流互感器與母聯斷路器之間發生故障時，由母線保護和斷路器失靈保護相繼跳開兩組母線上所有元件；（6）倒閘操作過程中，當兩組母線隔離開關跨接時，或互聯壓板投入時，任一組母線故障，母線保護切除兩條母線所接元件；（7）CT斷線時，延時閉鎖整套母線保護;（8）采用電壓閉鎖元件防止誤動誤碰造成母差保護誤動。（一）

11、母線差動保護：3.母線保護和斷路器失靈保護的配置：充電保護：母線充電保護。 母線充電保護在對一組母線進行充電時，快速而有選擇性斷開母聯斷路器，切除故障母線； 母線充電保護為相電流或零序電流保護，瞬時動作。 母線充電保護接線簡單，在定值上可以保證高的靈敏度。 母線充電保護也可以作為專用母線單獨帶新建線路充電的臨時保護。 母線充電保護只在母線充電時投入，當充電完成后，應及時停用，防止系統故障時母聯斷路器誤跳閘。3.母線保護和斷路器失靈保護的配置：（1）斷路器失靈保護必須由故障元件的保護出口啟動，手動跳開斷路器時不可啟動失靈保護；（2）利用斷路器所在回路的電流互感器判斷斷路器的失靈拒動；（3）失靈保

12、護的動作時間應大于故障元件斷路器跳閘時間和繼電保護返回時間； 第一時限跳母聯（約0.15s),第二時限跳連接母線上的所有連接元件的斷路器（約0.3s)（4）斷路器失靈保護應有負序、零序和低電壓閉鎖元件；（5）失靈保護動作后應閉鎖各連接元件的重合閘回路；（6）當某連接元件退出運行時，它的啟動失靈保護的回路應同時退出工作，以防止試驗時引起失靈保護的誤動（二）斷路器失靈保護：3.母線保護和斷路器失靈保護的配置：（三）母差保護的保護范圍： 母線所接單元（元件），包括出線斷路器、出線母線側隔離刀閘，母聯回路，母線電壓互感器及母線絕緣支撐等。（四）失靈保護的保護范圍： 失靈保護動作，一般為復合故障，其保護

13、范圍是啟動失靈的元件保護范圍內（如線路、母線、變壓器等）發生故障。 失靈動作往往伴隨有斷路器拒動（拒動的形式可能為單相或多相斷路器拒動）（五）3/2接線的失靈保護： 3/2接線的失靈保護按斷路器設置，且采用遠方跳閘裝置，使對側斷路器跳閘并閉鎖其重合閘。4.主變保護的配置：主保護：主變差動保護和氣體保護。（1）主變差動保護： 根據差流原理設計，反映變壓器繞組、引出線多相短路及大電流接地系統側繞組和引出線接地短路、繞組匝間短路故障；（2）主變氣體保護： 根據油流沖動原理設計，主要反映油箱內部短路時拉弧發電產生氣體，使得氣體（瓦斯）繼電器動作。 變壓器氣體保護包括輕瓦斯和重瓦斯。 一般：輕瓦斯 信號

14、； 重瓦斯 跳閘。（一）主變保護的典型配置：4.主變保護的配置：后備保護：（1）變壓器過勵磁保護：反映變壓器過勵磁故障；（2）高、中壓側阻抗保護（TV斷線閉鎖）： 反映主變區外（或區內）故障，跳母聯、跳本側、跳三側；（3）高、中壓側復合電壓方向過流（TV斷線閉鎖）： 反映主變區外（或區內）故障，跳母聯、跳本側、跳三側；（4）高、中壓側零序方向過流（TV斷線閉鎖）： 反映主變區外（或區內）故障，跳母聯、跳本側、跳三側；（5）高、中壓側零序過流、零序過壓： 反映主變區外（或區內）故障，跳母聯、跳本側、跳三側；（6）高、中、低壓側過流、過壓、過負荷。 反映主變區外（或區內）故障，跳母聯、跳本側、跳三

15、側；4.主變保護的配置：（二）主、后備保護的保護范圍： 差動保護 主變CT范圍內。 瓦斯保護 主變油箱內。 后備保護 主變區外系統出現故障的后備或作為主變主保護的 后備保護。一般情況： 若帶方向的后備保護： 1.方向由主變指向母線：為所指方向線路、母線的后備保護； 2.方向由母線指向主變：為所指方向線路、母線以及主變主保 護的后備保護主變 若不帶方向的后備保護： 為各方系統及主變主保護的后備保護。三、短路時故障時繼電保護配合（220kV為例)1.線路發生故障：（1）線路保護正確動作；靠高頻或距離或零序I段動作，切除兩端斷路器；（2）線路保護正確動作，開關拒動：保護出口啟動失靈，切除所接母線上斷

16、路器；（3）線路保護拒動或（2）時失靈保護拒動：所接母線上其它線路對側II或III段跳對側，本站主變后備保護跳母聯，跳本側；（4）主變延時最長的復合電壓閉鎖過流保護在上述情況均不能動作時，變壓器三側跳閘。 線路故障時，保護拒動對系統危害最大，它將越級造成系統的嚴重破壞。 采用雙保護配置提高可靠性。三、短路時故障時繼電保護配合（220kV為例)2.母線發生故障：（1）母線保護正確動作；切除母線上所接單元斷路器；（2）母線保護正確動作，線路開關拒動：切除母線上斷路器，拒動開關對側II段動作跳對側；（3）母線保護正確動作，母聯開關拒動：切除母線上斷路器，失靈啟動跳另一條母線；（4）母線保護正確動作，

17、主變開關拒動：切除母線上斷路器； 失靈啟動跳主變；主變后備保護跳主變三側；（5）母線保護拒動:母線所接線路對側II段動作跳對側，主變后備保護跳母聯，跳本側，最終跳三側。三、短路時故障時繼電保護配合（220kV為例)3.主變內部及引線套管發生故障：（1）主變主保護（差動和瓦斯）正確動作：切除主變三側斷路器；（2）主變主保護正確動作，高壓（220kV)側開關拒動：由主變保護跳中低側，同時啟動失靈跳高壓側所接母線所有斷路器；（3）主變主保護正確動作，高壓（220kV)側開關拒動：由主變保護跳中低側，同時啟動失靈跳高壓側所接母線所有斷路器；（4）主變主保護正確動作，中壓（110kV)側開關拒動：由主變

18、保護跳高低側，由主變后備先跳中側母聯，再跳主變高低側，中側線路對側后備保護跳對側 ；（5）主變主保護不能正確動作，靠變壓器后備保護跳變壓器三側。四、輸電線路保護:1.有關高頻保護：（1）方向高頻保護； 比較線路兩端各自測量的短路電流（功率）方向。 區內：母線 線路；區外：線路 母線。（2）相差高頻保護； 比較線路兩側短路電流相位。 區內：兩側電流相位反相；區外：兩側電流相位同相。 不受電壓回路斷線影響，在非全相或單重時不誤動。（3）高頻閉鎖距離； 以線路所配的方向性距離保護判斷短路電流方向。 區內：兩側距離保護啟動；區外：有一側距離保護不啟動。 電壓回路斷線可能導致保護誤動。（1）距離保護是距

19、離測量元件為基礎構成的保護，整套保護裝置包括故障啟動、故障距離測量、邏輯回路、電壓回路斷線閉鎖、振蕩閉鎖等基本單元構成。有的接地距離保護還配有單獨的選相元件。(2)零序保護是反應線路發生接地故障時零序分量大小和方向的多段式保護裝置。其優點是：結構與工作原理簡單，正確動作率高于其它復雜保護；可以實現快速動作；在電網零序網絡基本保持穩定的條件下，保護范圍較穩定；受過渡電阻的影響小；保護定值不受負荷大小影響。缺點： CT斷線式保護可能誤動作； 當電力系統出現不對稱運行時，也會出現零序電流，導致零序保護啟動； 地理位置靠近的平行雙回線，其中一條線路故障時，可能引起另一條線路出現感應零序電流，造成誤動；

20、 正常時無零序，回路斷線不易被發現導致誤動。2.有關距離、零序保護：（一）單母接線情況：（1）輸入信號：PT電壓/CT電流及其它開關量信號。（2）輸出信號：跳閘/啟動失靈/啟動重合/至其它保護/Lon網信息等。 Lon網信息：通過就地網絡可與監控系統通訊，傳遞保護動作記錄、故障采樣、測距信息、故障錄波等。也可通過監控系統在上位機對保護內部定值進行修改。其它保護Lon網跳閘出口收訊SHJIa/Ib/Ic/Io零序輸出高頻線路保護輸入距離PT閉鎖振蕩閉鎖Ua/Ub/Uc/Uo保護方式控制回路啟動失靈啟動重合電源3.線路保護的輸入、輸出：3.線路保護的輸入、輸出： 雙母接線時，線路保護電壓輸入信號先

21、經過電壓切換箱選擇雙母中的某條母線PT作為電壓信號輸入。 電壓切換箱根據線路母線側隔離刀閘的輔助接點選取PT電壓。 在操作箱內，當出現接點粘結或接觸不良，易形成兩PT二次側并聯，或電壓回路斷線，因此進行刀閘倒換時應對電壓切換箱進行檢查。（二）雙母接線情況：其它保護Lon網跳閘出口收訊SHJIa/Ib/Ic/Io零序輸出高頻線路保護輸入距離PT閉鎖振蕩閉鎖Ua/Ub/Uc/Uo保護方式控制回路啟動失靈啟動重合電源電壓切換箱 3/2接線時，線路保護電壓輸入信號直接從線路PT作為電壓信號輸入。 線路保護從兩CT上取和電流作為線路的電流。 CT要考慮不平衡電流對保護的影響。（三）3/2 接線情況：其它

22、保護Lon網跳閘出口收訊SHJIa/Ib/Ic/Io零序輸出高頻線路保護輸入距離PT閉鎖振蕩閉鎖Ua/Ub/Uc/Uo保護方式控制回路啟動失靈啟動重合電源3.線路保護的輸入、輸出：（1）自動重合閘的啟動方式：位置不對應和保護啟動。（2）重合閘的檢定同期和檢定無壓的設置。 通常一側投檢同期與檢無壓，另一側投檢同期。（3）重合閘后加速：重合閘于永久性故障時無時限跳開三側斷路器。 通常檢同期側不投重合閘后加速。（4）相差高頻保護在三跳時停信，而高頻閉鎖式保護要單跳停信。（5）與零序保護的配合：能躲開非全相運行的最大零序電流的零序電流I段，重合閘過程中不退出運行；不能躲開非全相運行的最大零序電流的零序

23、電流I段，重合閘啟動后退出運行；零序II、III段同理。一般III段、IV段不啟動重合，直接三跳。 4.線路保護與重合閘：（1）線路近處瞬時性單相接地故障： 5.線路保護動作行為：線路保護線路保護故障保護采樣啟動元件動作發訊方向元件動作停訊選相元件動作區內故障出口故障保護采樣啟動元件動作距離元件動作測距選相元件動作區內故障出口高頻保護（閉鎖式）距離保護/零序保護分（三）相操作箱單相跳閘啟動重合閘單相重合成功分（三）相操作箱未啟動重合閘三跳A跳A跳單相故障單相故障啟動失靈（2）線路近處永久性單相接地故障： 5.線路保護動作行為：線路保護線路保護故障保護采樣啟動元件動作發訊方向元件動作停訊選相元件

24、動作區內故障出口故障保護采樣啟動元件動作距離元件動作測距選相元件動作區內故障出口高頻保護（閉鎖式）距離保護/零序保護分（三）相操作箱單相跳閘啟動重合閘單相重合成功分（三）相操作箱未啟動重合閘三跳A跳A跳重合成功后仍有故障保護加速三跳分（三）相操作箱開關三跳單相故障單相故障啟動失靈（3）線路近處瞬時/永久性相間故障： 5.線路保護動作行為：線路保護線路保護故障保護采樣啟動元件動作發訊方向元件動作停訊選相元件動作區內故障出口故障保護采樣啟動元件動作距離元件動作測距選相元件動作區內故障出口高頻保護（閉鎖式）距離保護/零序保護分（三）相操作箱三跳三跳開關三跳多相故障多相故障啟動失靈（4）線路轉換性（單相接地相間）故障： 5.線路保護動作行為：線路保護線路保護故障保護采樣啟動元件動作發訊方向元件動作停訊選相元件動作區內故障出口故障保護采樣啟動元件動作距離元件動作測距選相元件動作區內故障出口高頻保護（閉鎖式）距離保護/零序保護分（三）相操作箱單相跳閘啟動重合閘單相重合成功分（三）相操作箱未啟動重合閘三跳A跳A跳重合成功后仍有故障保護加速三跳分（三）相操作箱開關三跳單相故障單相故障相間故障閉鎖重合閘三跳五、母差保護:1.有關母差保護：Ua/Ub/Uc/UoUa/Ub/Uc/UoUa/Ub/Uc/