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第一部分电力系统继电保护一、概述电力系统继电保护是电网安全稳定运行的重要保证。因此，继电保护的安全、可靠运行，一直受到电网各级管理部门的高度重视。特别是当前，大容量机组的增加、电网容量的不断扩大，电网的安全稳定运行问题犹为重要。因此，对继电保护装置的可靠运行，提出了新的、更高的标准和要求。1.对继电保护装置的基本要求长期以来，为保证电网的安全可靠运行，对继电保护装置提出了以下几项基本要求：选择性：指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。快速性：在发生故障时，应力求保护装置能迅速切除故障。快速切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性、减少用户在电压降低的情况下工作的时间、缩小故障元件的损坏程度、防止大电流流过非故障设备引起损坏等。灵敏性：指对于其保护范围内发生故障或不正常的运行状态的反应能力。实质上是要求继电保护应能反应在保护范围内所发生的所有故障和不正常运行状态。可靠性：要求保护装置在应该动作时可靠动作；在不应该动作时不应误动，即既不应该拒动也不应该误动。2.《反措》对继电保护的要求从上个世纪90年代开始，国家电网公司先后颁布了《电力系统继电保护及安全自动装置反措要点》、《二十五项反措》、《十八项反措》等反事故措施。根据这些《反措》的要求，220kV及以上的线路、母线、接入220kV电压等级的变压器保护必须按双重化配置。而且，《反措》还对保护做出了具体规定和要求。《反措》对保护的基本要求：保护双重化的基本要求（1）同一元件的两套主保护分别安装于不同的盘柜；（2）两套主保护的电流分别取自电流互感器不同的二次绕组；（3）两套主保护的直流电源须取自不同的直流母线；（4）每套主保护必须设置各自独立的跳闸出口，动作于断路器不同的跳闸线圈；（5）保护装置的操作箱、断路器控制回路及跳闸线圈须按双重化的原则设置，两组跳闸回路的控制电源取自不同的直流母线；3．对保护运行和回路的基本要求（1）变压器非电量保护不起动失灵保护。非电量保护中，除重瓦斯投跳闸外，其它如温度、压力释放等，均只投信号。二、变压器保护变压器保护中最重要的保护是差动保护。还配置有方向过流保护、中性点零序过电流保护及本体瓦斯保护。1.差动保护的主要功能及技术要求：(1)采用比率制动的原理,能可靠防止区外故障时保护装置误动。新型变压器保护差动保护的动作特性，是把传统的比率制动特性抬高，称高值比率特性，用特性躲过区外故障电流互感器的饱和的影响；新增加了灵敏变斜率比率制动曲线,为防止该特性在区外故障时TA的暂态与稳态饱和时可能引起的稳态比率差动保护误动作，装置采用各相差电流的综合谐波作为TA饱和闭锁动作的判据，灵敏的抗电流互感器饱和的变斜率比率制动曲线可以保证区外严重故障不误动，区内轻微故障可靠动作。下图是新型变压器差动保护的动作特性。t0t1图At0t1图B图1差动保护制动特性图A所示是区内故障，高值比率差动动作，可发跳闸令。图B所示是区内严重故障，差动速断动作，可发跳闸令。(2)具有电流互感器(TA)断线判别功能，并能闭锁差动或报警，当电流大于额定电流时应自动解除闭锁并可动作出口跳闸，同时发出断线信号。虽然，差动保护具有上述功能，但是，从安全考虑，当差动保护发生TA断线时，应允许差动保护动作跳闸，而不应闭锁保护，因为即使继续运行，处理也不安全。[1](3)为防止由于故障电流过大时，电流互感器饱和导致差动保护拒动，在差动保护中装设有差动电流速断保护，能够有效保证在区内发生各种短路故障时，保护装置可靠动作，如图B所示。(4)由于各侧电流互感器的变比和接线方式可能不同，有平衡差动保护各侧电流幅值和电流相位角的功能；(5)对于变压器的差动保护有涌流闭锁功能；[2]2．差动保护中的差动速断的作用当变压器内部故障电流过大时，变压器差动保护用的电流互感器将要饱和，电流互感器饱和时将产生各种高次谐波，其中包含二次谐波分量。而变压器差动保护的涌流闭锁功能，目前大部分采用二次谐波闭锁，当电流互感器饱和时，电流中的二次谐波分量将会使差动保护闭锁，不能动作出口。这时，只能靠差动速断保护动作出口，因为涌流闭锁不闭锁速断。因此，变压器差动保护中要设置速断保护。根据差动速断保护的特点，要求差动速断保护满足以下两点要求：（1）动作电流应能躲过最大励磁涌流电流。（2）区内发生最大短路电流故障时，应有足够的灵敏度（一般这种故障都是发生在高压套管引线上）。3.差动保护与瓦斯保护的区别当发生变压器内部故障时，根据保护的特点，差动保护比瓦斯保护动作速度要快。但是，当变压器发生匝间短路时，由于短路的匝数不同，电流变化不一定很大，又因为变压器的流进、流出电流的方向不会改变，因此，差动保护很可能不会动作。而匝间短路故障如不及时解决、处理，将导致更大的故障，造成更大的损失。所以，这时依靠瓦斯保护动作将变压器从电网中断开。所以，差动保护和瓦斯保护不能互相替代。4.变压器过激磁对差动保护的影响当系统电压过高，将引起变压器过激磁，当变压器过激磁时，变压器铁芯将饱和，铁芯饱和后，变压器的传变特性会变坏，造成变压器输入输出电流不成比列，从而导致差动保护误动。因此当这种现象出现时应将差动保护闭锁。根据分析，过激磁时，电流中的5次谐波分量较大，用5次谐波分量将差动保护闭锁，防止保护误动。三、线路纵联保护1.概述纵联保护由于能够反映被保护线路上任何一点的故障并以瞬时速度跳闸，因而被定义为超高压线路的主保护。一般用于220kV线路。根据信号的传输方式，纵联保护主要分为两大类，即：由载波通道及保护装置共同构成的线路纵联保护、由光纤通道及保护装置共同构成的线路纵联保护。根据保护的原理，可分为纵联方向、纵联距离、纵联差动、电流相位差动等保护。500kV线路目前都是光纤差动保护，220kV线路目前也有很多线路将光纤差动作为主保护，但仍有一部分线路的主保护采用以载波通道为传输方式的纵联保护。但均按双重化配置。2.纵联方向保护(1)基本原理纵联方向保护由载波通道和方向保护元件构成。载波通道分专用和复用两种。保护又分为闭锁式和允许式.闭锁式：当被保护线路发生区内故障时，线路两侧保护中的起动元件（由负序、零序或正序电流突变量元件构成）立即起动本侧发信机发信（称为闭锁信号），两侧方向元件判定为正方向故障时，方向元件动作使发信机停信，当收信回路收不到对侧及本侧信号时，即输出信号，同方向元件动作信号构成“与”门，发出跳闸脉冲。当发生区外故障时，两侧起动元件同时起动发信，但这时只有处于远故障点侧的方向元件动作，使本侧发信机停信，而处于近故障点侧的方向元件不动作，不使本侧停信，因两侧收发信机使用同一频率，故两侧仍然能收到高频信号，两侧收信机均不输出允许跳闸的信号，因此，两侧均不跳闸。允许式：当被保护线路发生区内故障时，两侧的起动元件动作但不起动发信机发信，由方向元件判断为正方向故障后，方向元件动作起动发信（称为允许信号），对侧受到允许信号后，如对侧的方向元件动作，则收信输出信号和方向元件动作信号构成“与”门，发出跳闸脉冲。当发生区外故障时，两侧的起动元件起动，不发信。这时，远故障点一侧的方向元件动作，起动发信，由于近故障点侧的保护为反向，方向元件不动作，也就不起动发信，也不发跳闸脉冲。处于远故障点一侧的保护，虽然方向元件动作，但由于没有收到对侧的允许信号，“与”门不输出信号，因此，也不发跳闸脉冲。除上述主保护之外，纵联方向保护还配置了常规的距离和零序保护，作为主保护的后备。2．主要功能和技术要求（1）保护装置的起动逻辑由反映突变量的零序和负序元件构成。突变量元件起动后开放保护装置的动作出口回路，正常运行和系统振荡时不会起动，受外界影响小，抗干扰能力较强。此外，反映零序和负序突变量的元件在线路故障时起动速度快，有助于缩短保护固有动作时间，达到快速切除故障的目的。（2）对闭锁式纵联保护，要求起动元件（零序、负序或正序电流突变量元件）在故障初始须快速起动发信，故障切除后，起动元件的返回应稍带有一定的延时。原因是保证在区外故障切除后，保证方向元件首先返回，闭锁信号再返回。（3）无论是闭锁式还是允许式纵联保护，都应设置外部保护（如母差、失灵）跳闸停信或发信回路。对闭锁式纵联保护当母差、失灵等保护动作跳开本线路开关时，应同时发出停信信号，使本侧发信机停信，以便让对侧保护跳闸。对允许式纵联保护，当母差或失灵保护动作时，应同时发出发信信号，也是为了使对侧保护动作跳闸。这是因为考虑到，当母差或失灵保护动作跳本线路开关，而开关失灵、跳不开时，让对侧开关跳闸，以达到切断故障电流的目的。（4）对纵联方向保护装置，应设置PT断线闭锁元件。对后备距离保护，还应设置振荡闭锁，系统发生振荡时，闭锁距离保护的一、二段。[3]根据规程规定，系统最长振荡周期应按1.5秒考虑（整定规程），距离一、二段动作时间较短，特别是距离一段。无法躲过系统振荡，因此，必须设置正当闭锁功能。而三段按大于1.5秒整定，可以躲过振荡周期。（5）载波通道是纵联保护传输信号的重要途径，线路正常运行时，应有对载波通道进行长期监视的手段，对专用载波通道，每天均应进行通道对试，以保证通道的完好。对复用载波通道，应设置与跳闸脉冲频率不同的监频信号，当通道异常时，发出报警信号。3.纵联距离保护（1）基本原理纵联距离保护与纵联方向保护相同，作为220kV线路的主保护。一般由专用载波通道和三（四）段式相间和接地距离保护构成，而且采用闭锁式的形式较多。下面以闭锁式纵联距离保护为例，说明其动作原理。当被保护线路发生区内故障时，线路两侧保护中的起动元件（由负序、零序或正序电流突变量元件构成）立即起动本侧发信机发信（称为闭锁信号），然后由主保护中带方向的阻抗元件（一般按大于1.3倍线路阻抗整定）动作后立即停信，两侧都停信后收信回路即有输出，与带方向的距离阻抗元件构成“与”门，发出跳闸脉冲。当故障发生在线路一端的出口处（区内）时，近故障点侧的起动元件动作，起动发信。主保护中的带方向的阻抗元件动作停信。远故障点侧的起动元件动作后起动发信，这时由于主保护中带方向的阻抗元件按大于被保护线路阻抗整定，能够可靠动作停信，收信回路的输出信号和带方向的阻抗元件的动作信号构成“与”门，瞬时跳闸。达到了纵联保护全线速动的目的。当发生区外故障时，虽然远故障点侧方向阻抗能够停信，但近故障点侧处于反向，阻抗元件不动作、不停信，始终发闭锁信号，两侧保护均不跳闸。除上述主保护外，纵联距离保护还设置了后备相间和接地距离保护。根据距离保护的原理和特性，在电力系统发生振荡时，距离保护的阻抗元件将会误动。如按最长的振荡周期考虑，一、二段阻抗元件因动作时间短，无法躲过系统振荡的时间，而三段阻抗因其动作时间较长，则可以躲过系统振荡。此外，当发生PT断线时阻抗元件也会误动。因此，在距离保护中，都设有振荡闭锁和PT断线闭锁，防止发生上述两种情况时距离保护误动。（2）主要功能和技术要求a.保护装置的起动逻辑由反映突变量的零序和负序元件构成。突变量元件起动后开放保护装置的动作出口回路，正常运行和系统振荡时不会起动，受外界影响小，抗干扰能力较强。此外，反映零序和负序突变量的元件在线路故障时起动速度快，有助于缩短保护固有动作时间，达到快速切除故障的目的。b.相间距离和接地距离保护中的阻抗元件整定阻抗应大于被保护线路全长的50%，一般情况下相间距离的一段阻抗整定在85%左右。接地距离因考虑接地电阻的影响，可适当缩小范围。对于闭锁式纵联距离保护的阻抗定值，也可以超范围整定，即一段阻抗整定为线路全长的120%c.在纵联距离保护装置中，应设置PT断线闭锁和振荡闭锁元件。当放生PT断线或系统振荡时闭锁保护。振荡闭锁应闭锁距离保护的一、二段阻抗。d.对载波通道的技术要求与纵联方向保护相同。线路正常运行时，应有对载波通道进行长期监视的手段，对专用载波通道，每天均应进行通道对试，以保证通道的完好。4.纵联方向保护基本原理与纵联距离保护相同，只有以下两点与纵联距离保护有不同之处：1.当被保护线路发生区内故障时，线路两侧保护中的起动元件（由负序、