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繼電保護基本原理及調試 --【赫茲電力】
發布時間：2024-03-21 15:23:40人氣：
一、繼電保護的基本常識
1、什么是繼電保護及安全自動裝置
當電力系統中的電力元件（如發電機、變壓器、線路等）或電力系統本身發生了故障或危及其安全運行的事件時，及時向運行值班人員發出告警信號，或者直接向所控制的斷路器發出跳閘命令，以終止故障或異常事件發展而起到保護電力元件作用的裝置，稱為繼電保護裝置；用于保護電力系統的，則稱為電力系統安全自動裝置，如備自投裝置、安全穩定控制裝置等。
2、繼電保護裝置的任務
（1）自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統中切除，使故障元件免于繼續遭到破壞，保證其它無故障部份迅速恢復正常運行
（2）反應電氣元件的不正常運行狀態，并根據運行維護條件而動作于發信號，減負荷或跳閘。
3、電力系統對繼電保護的基本要求
可靠性、選擇性、快速性、靈敏性
4、主保護、后備保護、輔助保護和異常運行保護
（1）主保護是滿足系統穩定和設備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護設備和線路故障的保護；
（2）后備保護是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和近后備兩種。遠后備保護是當主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設備或線路的保護來實現的后備保護；近后備保護是當主保護拒動時，由本電力設備或線路的另一套保護來實現后備的保護；當斷路器拒動時，由斷路器失錄保護來實現后備保護。
（3）輔助保護是為了補充主保護和后備保護的性能或當主保護和后備保護退出運行而增設的簡單保護；
（4）異常運行保護是反應電力設備或線路異常運行狀態的保護。
二、電力系統的基本常識
1、電力系統中性點接地方式：我國電力系統中性點接地方式有三種：
（1）中性點直接接地方式。
110kV及以上電壓等級電網的中性點均采用此種方式。在這種系統中，發生單相接地故障時接地短路電流很大，故稱為大接地電流系統。在大接地電流系統中發生單相接地故障的概率較高，可占總故障的70%左右，因此要求其接地保護能靈敏、可靠、快速地切除接地短路故障。
（2）中性點經消弧線圈接地方式。
利用消弧線圈的感性電流補償接地故障時的容性電流，使接地故障電流減小。有三種方式：欠補償、全補償、過補償，電力系統一般采用過補償方式。
（3）中性點不接地方式。
3~35kV電壓等級電網的中性點采用第（2）、（3）種接地方式。在這種系統中，發生單相接地故障時短路電流很小，故稱為小接地電流系統。在小接地電流系統中發生單相接地故障時，并不破壞系統線電壓的對稱性，系統還可運行1-2小時，只有在特殊情況或電網比較復雜，接地電流比較大時，才裝設有選擇性的接地保護，動作于信號或跳閘。
2、短路的特點
以電力線路為例，如圖所示：
當線路正常運行時，對于單電源系統，如上圖所示，電流從電源端流向負荷端，系統中電流為負荷電流，越靠近電源端的線路上的負荷電流越大，同時，各電壓母線上的電壓，一般都在額定電壓的±5%-10%的范圍內變化，且越靠近電源端母線電壓越高。
當系統發生短路時，如圖中d點，則短路點電壓降到0，從電源到短路點之間將流過很大的短路電流，各電壓母線上的電壓也將在不同程度上有很大的降低，距短路點越近時降低得越多。所以，發生短路之后，總會伴隨有電流增大、電壓降低、線路始端測量阻抗減小以及電壓與電流之間的相位角的變化。因此，利用正常運行與故障時這些基本參數的區別，便可以構成不同原理的繼電保護，如反應電流增大而動作的過電流保護，反應電壓降低而動作的低電壓保護，反應短路點到保護安裝處之間的阻抗而動作的距離保護（低阻抗保護）等。
三、高壓輸電線路的保護配置（以110kV線路為例）
1、保護配置：現場運用的線路保護有多個廠家多個型號，但保護配置及保護原理基本是相同的，一般有以下幾種：
1.1光纖差動保護（主保護）
1.2距離保護，分別為相間距離保護、接地距離保護（后備保護）
1.3零序電流保護（后備保護）
1.4其它
保護配置以下圖為例：
這是一條110kV線路保護的二次原理接線圖，從圖中可看出電流互感器及相應保護的配置情況。
從上圖可以看出，110kV線路電流互感器共有四個二次繞組，3組P級，變比為600/5，第一個繞組用于線路保護(光差保護、距離保護、零序保護)，第二個繞組用于故障錄波，第三個繞組用于母線保護。第四個繞組為0.5S級，變比400/5，用于測量及計量。
2、保護原理
如上圖所示，當在線路AB上d點發生短路時，線路兩側的電流流向短路點，A、B母線電壓降低，保護安裝處到短路點的阻抗減小，越靠近短路點，電壓越低，電流越大，保護安裝處至短路點的阻抗越小。所以，差動保護是反應電流增加的保護，距離保護是反應線路阻抗減小的保護，并可以根據線路阻抗測出短路點至保護安裝處的距離，零序保護是反應接地短路時零序電流增大的保護。
3、現場保護調試
在電力系統中，我們規定電流的正方向是母線流向線路，當線路正常運行時，流進線路AB兩側保護裝置的電流方向為一正一負，故保護裝置中的電流為兩側電流相減。當線路發生d點短路時，流過線路兩側保護裝置的電流同時為正方向，故保護裝置中的電流為兩側電流之和，若大于差動保護定值，保護動作出口跳開線路兩側斷路器。
動作方程：Id=Ida+Idb＞Icd
3.1差動保護的調試
3.1.1本側裝置的本體調試
首先在裝置上將光纖通道進行自環，在保護裝置的電流回路端子上加入差動保護的動作電流，光纖差動保護動作，因此時在保護裝置內只有本側電流，動作電流只有整定值的二分之一。
3.1.2光纖通道的聯調
在本側保護裝置調試正常后，要與對側進行聯調，此時恢復光纖通道，投入差動保護壓板，檢查裝置無通道告警信號，在本側及對側分別加入電流，裝置應能正常采集并顯示兩側的電流幅值，加入差動保護的動作值，差動保護應正確動作出口，跳開兩側斷路器。
3.2距離保護的調試
距離保護是低阻抗保護，在調試前只投入距離保護壓板，差動保護及零序保護壓板要退出。在保護裝置的電流回路及電壓回路分別用調試儀器加入電流及電壓，模擬相間故障，相間距離保護動作。模擬接地故障，接地距離保護動作。
3.3零序保護的調試
零序保護是接地故障保護，在調試前投入零序保護壓板，差動保護及距離保護壓板要退出。在保護裝置的電流回路及電壓回路分別用調試儀器加入電流及電壓，模擬接地故障，零序保護動作。
無論做什么原理的繼電保護裝置調試，最終的目的是檢驗保護裝置的保護動作邏輯是否正常，是否對相應的斷路器發出跳閘命令以及斷路器正確跳閘的過程。當滿足這些條件，繼電保護裝置就能投入運行了。
1、什么是繼電保護及安全自動裝置
當電力系統中的電力元件（如發電機、變壓器、線路等）或電力系統本身發生了故障或危及其安全運行的事件時，及時向運行值班人員發出告警信號，或者直接向所控制的斷路器發出跳閘命令，以終止故障或異常事件發展而起到保護電力元件作用的裝置，稱為繼電保護裝置；用于保護電力系統的，則稱為電力系統安全自動裝置，如備自投裝置、安全穩定控制裝置等。
2、繼電保護裝置的任務
（1）自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統中切除，使故障元件免于繼續遭到破壞，保證其它無故障部份迅速恢復正常運行
（2）反應電氣元件的不正常運行狀態，并根據運行維護條件而動作于發信號，減負荷或跳閘。
3、電力系統對繼電保護的基本要求
可靠性、選擇性、快速性、靈敏性
4、主保護、后備保護、輔助保護和異常運行保護
（1）主保護是滿足系統穩定和設備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護設備和線路故障的保護；
（2）后備保護是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和近后備兩種。遠后備保護是當主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設備或線路的保護來實現的后備保護；近后備保護是當主保護拒動時，由本電力設備或線路的另一套保護來實現后備的保護；當斷路器拒動時，由斷路器失錄保護來實現后備保護。
（3）輔助保護是為了補充主保護和后備保護的性能或當主保護和后備保護退出運行而增設的簡單保護；
（4）異常運行保護是反應電力設備或線路異常運行狀態的保護。
二、電力系統的基本常識
1、電力系統中性點接地方式：我國電力系統中性點接地方式有三種：
（1）中性點直接接地方式。
110kV及以上電壓等級電網的中性點均采用此種方式。在這種系統中，發生單相接地故障時接地短路電流很大，故稱為大接地電流系統。在大接地電流系統中發生單相接地故障的概率較高，可占總故障的70%左右，因此要求其接地保護能靈敏、可靠、快速地切除接地短路故障。
（2）中性點經消弧線圈接地方式。
利用消弧線圈的感性電流補償接地故障時的容性電流，使接地故障電流減小。有三種方式：欠補償、全補償、過補償，電力系統一般采用過補償方式。
（3）中性點不接地方式。
3~35kV電壓等級電網的中性點采用第（2）、（3）種接地方式。在這種系統中，發生單相接地故障時短路電流很小，故稱為小接地電流系統。在小接地電流系統中發生單相接地故障時，并不破壞系統線電壓的對稱性，系統還可運行1-2小時，只有在特殊情況或電網比較復雜，接地電流比較大時，才裝設有選擇性的接地保護，動作于信號或跳閘。
2、短路的特點
以電力線路為例，如圖所示：
當線路正常運行時，對于單電源系統，如上圖所示，電流從電源端流向負荷端，系統中電流為負荷電流，越靠近電源端的線路上的負荷電流越大，同時，各電壓母線上的電壓，一般都在額定電壓的±5%-10%的范圍內變化，且越靠近電源端母線電壓越高。
當系統發生短路時，如圖中d點，則短路點電壓降到0，從電源到短路點之間將流過很大的短路電流，各電壓母線上的電壓也將在不同程度上有很大的降低，距短路點越近時降低得越多。所以，發生短路之后，總會伴隨有電流增大、電壓降低、線路始端測量阻抗減小以及電壓與電流之間的相位角的變化。因此，利用正常運行與故障時這些基本參數的區別，便可以構成不同原理的繼電保護，如反應電流增大而動作的過電流保護，反應電壓降低而動作的低電壓保護，反應短路點到保護安裝處之間的阻抗而動作的距離保護（低阻抗保護）等。
三、高壓輸電線路的保護配置（以110kV線路為例）
1、保護配置：現場運用的線路保護有多個廠家多個型號，但保護配置及保護原理基本是相同的，一般有以下幾種：
1.1光纖差動保護（主保護）
1.2距離保護，分別為相間距離保護、接地距離保護（后備保護）
1.3零序電流保護（后備保護）
1.4其它
保護配置以下圖為例：
這是一條110kV線路保護的二次原理接線圖，從圖中可看出電流互感器及相應保護的配置情況。
從上圖可以看出，110kV線路電流互感器共有四個二次繞組，3組P級，變比為600/5，第一個繞組用于線路保護(光差保護、距離保護、零序保護)，第二個繞組用于故障錄波，第三個繞組用于母線保護。第四個繞組為0.5S級，變比400/5，用于測量及計量。
2、保護原理
如上圖所示，當在線路AB上d點發生短路時，線路兩側的電流流向短路點，A、B母線電壓降低，保護安裝處到短路點的阻抗減小，越靠近短路點，電壓越低，電流越大，保護安裝處至短路點的阻抗越小。所以，差動保護是反應電流增加的保護，距離保護是反應線路阻抗減小的保護，并可以根據線路阻抗測出短路點至保護安裝處的距離，零序保護是反應接地短路時零序電流增大的保護。
3、現場保護調試
在電力系統中，我們規定電流的正方向是母線流向線路，當線路正常運行時，流進線路AB兩側保護裝置的電流方向為一正一負，故保護裝置中的電流為兩側電流相減。當線路發生d點短路時，流過線路兩側保護裝置的電流同時為正方向，故保護裝置中的電流為兩側電流之和，若大于差動保護定值，保護動作出口跳開線路兩側斷路器。
動作方程：Id=Ida+Idb＞Icd
3.1差動保護的調試
3.1.1本側裝置的本體調試
首先在裝置上將光纖通道進行自環，在保護裝置的電流回路端子上加入差動保護的動作電流，光纖差動保護動作，因此時在保護裝置內只有本側電流，動作電流只有整定值的二分之一。
3.1.2光纖通道的聯調
在本側保護裝置調試正常后，要與對側進行聯調，此時恢復光纖通道，投入差動保護壓板，檢查裝置無通道告警信號，在本側及對側分別加入電流，裝置應能正常采集并顯示兩側的電流幅值，加入差動保護的動作值，差動保護應正確動作出口，跳開兩側斷路器。
3.2距離保護的調試
距離保護是低阻抗保護，在調試前只投入距離保護壓板，差動保護及零序保護壓板要退出。在保護裝置的電流回路及電壓回路分別用調試儀器加入電流及電壓，模擬相間故障，相間距離保護動作。模擬接地故障，接地距離保護動作。
3.3零序保護的調試
零序保護是接地故障保護，在調試前投入零序保護壓板，差動保護及距離保護壓板要退出。在保護裝置的電流回路及電壓回路分別用調試儀器加入電流及電壓，模擬接地故障，零序保護動作。
無論做什么原理的繼電保護裝置調試，最終的目的是檢驗保護裝置的保護動作邏輯是否正常，是否對相應的斷路器發出跳閘命令以及斷路器正確跳閘的過程。當滿足這些條件，繼電保護裝置就能投入運行了。
