主變后備保護(hù)原理和保護(hù)范圍09854.ppt

主變后備保護(hù)原理和保護(hù)范圍 一 變壓器的后備保護(hù) 當(dāng)回路發(fā)生故障時(shí) 回路上的保護(hù)將在瞬間發(fā)出信號斷開回路的開斷元件 如斷路器 這個(gè)立即動作的保護(hù)就是主保護(hù) 當(dāng)主保護(hù)因?yàn)楦鞣N原因沒有動作 在延時(shí)很短時(shí)間后 延時(shí)時(shí)間根據(jù)各回路的要求 另一個(gè)保護(hù)將啟動并動作 將故障回路跳開 這個(gè)保護(hù)就是后備保護(hù) 主保護(hù)反應(yīng)變壓器內(nèi)部故障 后備保護(hù)反應(yīng)變壓器外部故障 保護(hù)范圍主要是變壓器外部線路 二 變壓器后備保護(hù)概述 作用 電力變壓器應(yīng)裝設(shè)外部接地 相間短路引起的過電流保護(hù)及中性點(diǎn)過電壓保護(hù)裝置 以作為相鄰元件及變壓器內(nèi)部故障的后備保護(hù) 變壓器的后備保護(hù)是其主保護(hù)的備用保護(hù) 當(dāng)主保護(hù)失靈時(shí) 后備保護(hù)動作 以保證設(shè)備和人身安全 其保護(hù)范圍為變壓器和供電回路及回路上的負(fù)荷設(shè)備 后備保護(hù)是指阻抗保護(hù) 低電壓過流保護(hù) 復(fù)合電壓過流保護(hù) 過流保護(hù) 它們都能反應(yīng)變壓器的過流狀態(tài) 但它們的靈敏度不一樣 阻抗保護(hù)的靈敏度高 過流保護(hù)的靈敏度低 三 后備保護(hù)的分類 遠(yuǎn)后備保護(hù) 當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動時(shí) 由相鄰電力設(shè)備或線路的保護(hù)來實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù) 近后備保護(hù) 當(dāng)主保護(hù)拒動時(shí) 由本設(shè)備或線路的另一套保護(hù)來實(shí)現(xiàn)后備的保護(hù) 當(dāng)斷路器拒動時(shí) 由斷路器失靈保護(hù)來實(shí)現(xiàn)近后備保護(hù) 高后備保護(hù)和低后備保護(hù)是相對變壓器而言的 變壓器高壓側(cè)的后備保護(hù)稱為高后備 變壓器低壓側(cè)的后備保護(hù)稱為低后備 1 后備保護(hù)用于在主保護(hù)故障拒動情況下 保護(hù)變壓器 一般包含 1 高壓側(cè)復(fù)合電壓啟動的過電流保護(hù) 2 低壓側(cè)復(fù)合電壓啟動的過電流保護(hù) 3 防御外部接地短路的零序電流 零序電壓保護(hù) 4 防止對稱過負(fù)荷的過負(fù)荷保護(hù) 5 和高壓側(cè)母線相聯(lián)的保護(hù) 高壓側(cè)母線差動保護(hù) 斷路器失靈保護(hù) 6 和低壓側(cè)母線相聯(lián)的相關(guān)保護(hù) 低壓側(cè)母線差動保護(hù)等 變壓器保護(hù)裝置的工作流程如圖6 1所示 保護(hù)測量變壓器的各參量未超過定值時(shí) 保護(hù)處于正常狀態(tài) 當(dāng)發(fā)生故障時(shí) 裝置中各保護(hù)根據(jù)測量判定故障是否發(fā)生在各自的保護(hù)范圍內(nèi) 當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí) 縱差保護(hù)動作跳閘 若故障點(diǎn)在油箱內(nèi) 氣體保護(hù)能以較高的靈敏度動作于跳閘 無論是內(nèi)部故障還是外部故障 變壓器相間后備保護(hù)均應(yīng)啟動 若為接地故障 零序保護(hù)作為接地故障的后備保護(hù)也同時(shí)啟動 在后備保護(hù)動作延時(shí)內(nèi) 故障若消失 后備保護(hù)返回到正常工作狀態(tài) 若故障仍存在 則動作于跳閘 將變壓器從電網(wǎng)中切除 此外 當(dāng)變壓器出現(xiàn)過負(fù)荷等異常工作狀態(tài)時(shí) 相應(yīng)的保護(hù)動作發(fā)出信號 四 相間短路的后備保護(hù) 變壓器的主保護(hù)通常采用差動保護(hù)和瓦斯保護(hù) 除了主保護(hù)外 變壓器還應(yīng)裝設(shè)相間短路和接地短路的后備保護(hù) 后備保護(hù)的作用是為了防止由外部故障引起的變壓器繞組過電流 并作為相鄰元件 母線或線路 保護(hù)的后備以及在可能的條件下作為變壓器內(nèi)部故障時(shí)主保護(hù)的后備 變壓器的相間短路后備保護(hù)通常采用過電流保護(hù) 低電壓起動的過電流保護(hù) 復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)以負(fù)序過電流保護(hù)等 也有采用阻抗保護(hù)作為后備保護(hù)的情況 1 過電流保護(hù)過電流保護(hù)裝置的原理接線如圖5 18所示 其工作原理與線路定時(shí)限過電流保護(hù)相同 保護(hù)動作后 跳開變壓器兩側(cè)的斷路器 保護(hù)的起動電流按照過變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流來整定 即 式中Krel 可靠系數(shù) 取1 2 1 3 Kr 返回系數(shù) 取0 8 0 95 IL max 變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流 IL max可按以下情況考慮 并取最大值 1 對并列運(yùn)行的變壓器 應(yīng)考慮切除一臺最大容量的變壓器時(shí) 在其他變壓器中出現(xiàn)的過負(fù)荷 當(dāng)各臺變壓器容量相同時(shí) 計(jì)算式為式中n 并列運(yùn)行變壓器的可能最少臺數(shù)IN 每臺變壓器的額定電流 2 對降壓變壓器 應(yīng)考慮電動機(jī)自起動時(shí)的最大電流 計(jì)算式為其中I L max 正常工作時(shí)的最大負(fù)荷電流 一般為變壓器的額定電流 Kast 綜合負(fù)荷的自起動系數(shù) 對于110KV的降壓變電所 低壓6 10KV側(cè)取Kast 1 5 2 5 中壓35KV側(cè)取Kast 1 5 2 3 過電流保護(hù)的使用條件 宜用于降壓變壓器 安裝地點(diǎn) 電源側(cè) 2 低電壓起動時(shí)的過電流保護(hù) 過電流保護(hù)按躲過可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流整定 起動電流比較大 對于升壓變壓器或容量較大的降壓變 靈敏度往往不能滿足要求 為此可以采用低電壓起動的過電流保護(hù) 保護(hù)原理接線如圖5 19所示 只有在電流元件和電壓元件同時(shí)動作后 才能起動時(shí)間繼電器 經(jīng)過預(yù)定的延時(shí)后動作于跳閘 由于電壓互感器回路發(fā)生斷線時(shí) 低電壓繼電器將誤動作 因此在實(shí)際裝置中還需配置電壓回路斷線閉鎖功能 采用低電壓繼電器后 電流繼電器的整定值就可以不再考慮并聯(lián)運(yùn)行變壓器切除或電動機(jī)自起動時(shí)可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷 而是按大于變壓器的額定電流整定 即低電壓繼電器的動作電壓按以下條件整定 并取最小值 1 按躲過正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的最低工作電壓整定 計(jì)算式為式中UW max 最低工作電壓 一般取0 9UN UN為變壓器的額定電壓 Krel 可靠系數(shù) 取1 1 1 2 Kr 低電壓繼電器的返回系數(shù) 取1 15 1 25 2 按躲過電動機(jī)自起動時(shí)的電壓整定 當(dāng)?shù)蛪豪^電器由變壓器低壓側(cè)互感器供電時(shí) 計(jì)算式為Uset 0 5 0 6 UN當(dāng)?shù)碗妷豪^電器由變壓器高壓側(cè)互感器供電時(shí) 計(jì)算式為Uset 0 7UN 3 復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù) 這種保護(hù)是低電壓起動過電流保護(hù)的一個(gè)發(fā)展 其原理接線如圖5 20所示 它將原來的三個(gè)低電壓繼電器改由一個(gè)負(fù)序過電壓繼電器KV2 電壓繼電器接于負(fù)序電壓濾過器上 和一個(gè)接于線電壓上的低電壓繼電器KV1組成 由于發(fā)生各種不對稱故障時(shí) 都能出現(xiàn)負(fù)序電壓 故負(fù)序過電壓繼電器KV2作為不對稱故障的電壓保護(hù) 而低電壓繼電器KV1則作為三相短路故障時(shí)的電壓保護(hù) 過電流繼電器和低電壓繼電器的整定原則與低電壓起動過電流保護(hù)相同 負(fù)序過電壓繼電器的動作電壓按躲過正常動行時(shí)的負(fù)序?yàn)V過器出現(xiàn)的最大不平衡電壓來整定 通常取U2 set 0 06 0 12 UN由此可見 復(fù)合電壓起動過電流保護(hù)在不對稱故障時(shí)電壓繼電器的靈敏度高 并且接線比較簡單 因此應(yīng)用比較廣泛 復(fù)合電壓啟動過流保護(hù)的優(yōu)點(diǎn) 1 由于負(fù)序電壓繼電器的整定值小 因此在不對稱短路時(shí) 電壓元件的靈敏系數(shù)高 2 當(dāng)經(jīng)過變壓器后發(fā)生不對稱短路時(shí) 電壓元件的工作情況與變壓器所采用的接線方式無關(guān) 3 在三相短路時(shí) 保護(hù)裝置的工作情況就相當(dāng)于一個(gè)低電壓啟動的過電流保護(hù) 4 低阻抗保護(hù)當(dāng)電流 電壓保護(hù)不能滿足靈敏度要求或根據(jù)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)間配合的要求 發(fā)電機(jī)和變壓器的相間故障后備保護(hù)可采用阻抗保護(hù) 阻抗保護(hù)通常用于330KV 500KV大型升壓及降壓變壓器 作為變壓器引線 母線 相鄰線路相間故障后備保護(hù) 后備低阻抗保護(hù)對發(fā)電機(jī)定子繞組和變壓器高 低壓繞組內(nèi)部短路的后備保護(hù)作用問題 發(fā)電機(jī)三相定子繞組內(nèi)部發(fā)生相間短路或匝間短路時(shí) 縱然故障點(diǎn)電流很大 機(jī)端三相電流有可能并不大 機(jī)端二相電壓也可能并不顯著降低 因此裝在發(fā)電機(jī)機(jī)端的阻抗保護(hù)反應(yīng)就很靈敏 所以阻抗保護(hù)不能勝任變壓器或發(fā)電機(jī)繞組內(nèi)部短路的后備保護(hù)作用 只能作為發(fā)電機(jī)或變壓器引線 母線和相鄰線路的相間短路后備保護(hù) 5 負(fù)序電流和單相式低壓過電流保護(hù) 對于大容量的發(fā)電機(jī)變壓器組 由于額定電流大 電流元件往往不能滿足遠(yuǎn)后備靈敏度的要求 可采用負(fù)序電流保護(hù) 負(fù)序電流元件和反應(yīng)對稱短路故障的單相式低壓過電流保護(hù)組成 負(fù)序電流保護(hù)靈敏度較高 且在星 三角接線的變壓器另一側(cè)發(fā)生不對稱短路故障時(shí) 靈敏度不受影響 接線也較簡單 6 變壓器的過負(fù)荷保護(hù) 過負(fù)荷保護(hù)反應(yīng)變壓器對稱過負(fù)荷引起的過電流 保護(hù)用一個(gè)電流繼電器接于一相電流 經(jīng)延時(shí)動作于信號 過負(fù)荷保護(hù)的安裝側(cè) 應(yīng)根據(jù)保護(hù)能反應(yīng)變壓器各側(cè)繞組可能過負(fù)荷情況來選擇 1 對雙繞組升壓變壓器 裝于發(fā)電機(jī)電壓側(cè) 2 對一側(cè)無電源的三繞組升壓變壓器 裝于發(fā)電機(jī)電壓側(cè)和無電源側(cè) 3 對三側(cè)有電源的三繞組升壓變壓器 三側(cè)均應(yīng)裝設(shè) 4 對于雙繞組降壓變壓器 裝于高壓側(cè) 5 僅一側(cè)電源的三繞組降壓變壓器 若三側(cè)的容量相等 只裝于電源側(cè) 若三側(cè)的容量不等 則裝于電源側(cè)及容量較小側(cè) 6 對兩側(cè)有電源的三繞組降壓變壓器 三側(cè)均應(yīng)裝設(shè) 相間短路后備保護(hù)方向設(shè)置 1 三側(cè)有電源的三繞組升壓變壓器 相間故障后備保護(hù)為了滿足選擇性要求 在高壓側(cè)或中壓側(cè)要加功率方向元件 其方向可指向該側(cè)母線 方向元件的設(shè)置 有利于加速跳開小電源側(cè)的斷路器 避免小系統(tǒng)影響大系統(tǒng) 2 高壓及中壓側(cè)有電源或三側(cè)均有電源的三繞組降壓變壓器和聯(lián)絡(luò)變壓器 相間故障后備保護(hù)為了滿足選擇性要求 在高壓或中壓側(cè)要加功率方向元件 其方向宜指向變壓器 3 反應(yīng)相間故障的功率方向繼電器 通常由兩只功率方向繼電器構(gòu)成 接入功率方向繼電器的電流和電壓應(yīng)按90接線的要求 為了消除三相短路時(shí)功率方向繼電器的死區(qū) 功率方向繼電器的電壓回路可由另一側(cè)電壓互感器供電 五 接地短路的后備保護(hù) 電力系統(tǒng)中 接地故障常常是故障的主要形式 因此 大電流接地系統(tǒng)中的變壓器 一般要求在變壓器上裝設(shè)接地 零序 保護(hù) 作為變壓器本身主保護(hù)的后備保護(hù)和相鄰元件接地短路的后備保護(hù) 1 變電所單臺變壓器的零序電流保護(hù) 中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行的變壓器毫無例外都采用零序過電流保護(hù)作為變壓器接地后備保護(hù) 零序過電流保護(hù)通常采用兩段式 零序I段與相鄰元件零序電流保護(hù)I段相配合 零序電流保護(hù)II段保護(hù)與相鄰元件零序電流保護(hù)后備段相配合 與三繞組變壓器相間后備保護(hù)類似 零序電流保護(hù)在配置上要考慮縮小故障影響范圍的問題 根據(jù)需要 每段零序電流保護(hù)可設(shè)兩個(gè)時(shí)限 并以較短的時(shí)限動作于縮小故障影響范圍 以較長的時(shí)限斷開變壓器各側(cè)斷路器 圖5 22所示是雙繞組變壓器零序過電流保護(hù)的系統(tǒng)接線和邏輯 零序電流取自變壓器中性點(diǎn)電流互感器的二次側(cè) 由于是雙母線運(yùn)行 在另一側(cè)母線故障時(shí) 零序電流保護(hù)應(yīng)該斷開母聯(lián)斷路器QF 使變壓器能夠繼續(xù)運(yùn)行 所以零序電流保護(hù)I段和II段均采用兩個(gè)時(shí)限 短時(shí)限t1 t3 跳開母聯(lián)斷路器QF 長時(shí)限t2 t4跳開變壓器兩側(cè)斷路器 2 多臺變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的接地后備保護(hù) 對于多臺變壓器并聯(lián)運(yùn)行的變電所 通常采用一部分變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行 而另一部分變壓器中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的方式 這樣可以將接地故障電流水平限制在合理范圍內(nèi) 同時(shí)也使整個(gè)電力系統(tǒng)零序電流的大小和分布情況盡量不受運(yùn)行方式的變化 提高系統(tǒng)零序電流保護(hù)的靈敏度 如圖5 23所示 T2和T3中性點(diǎn)接地運(yùn)行 T1中性點(diǎn)不接地運(yùn)行 K2點(diǎn)發(fā)生單相接地故障時(shí) T2和T3由零序電流保護(hù)動作而被切除 T1由于無零序電流 仍將帶故障運(yùn)行 此時(shí)由于接地中性點(diǎn)失去 變成了中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障的情況 將產(chǎn)生接近額定相電壓的零序電壓 危及變壓器和其它電力設(shè)備的絕緣 因此需要裝設(shè)中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式下的接地保護(hù)將T1切除 中性點(diǎn)有兩種運(yùn)行方式的變壓器 需要裝設(shè)零序過電流保護(hù) 用于中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式 零序過電壓保護(hù) 用于中性點(diǎn)不接為地運(yùn)行方式 原則 對于分級絕緣變壓器應(yīng)先切除中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的變壓器 后切除中性點(diǎn)接地運(yùn)行的變壓器 對于全絕緣變壓器應(yīng)先切除中性點(diǎn)接地運(yùn)行的變壓器 后切除中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的變壓器 后備保護(hù)保護(hù)配置 1 中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行 配置三段式零序過電流保護(hù) 2 中性點(diǎn)可能接地或不接地運(yùn)行 配置一段兩時(shí)限零序無流閉鎖零序過電壓保護(hù) 3 中性點(diǎn)經(jīng)放電間隙接地運(yùn)行 配置一段兩時(shí)限式間隙零序過電流保護(hù) 對于雙圈變壓器 后備保護(hù)可以只配置一套 裝于降壓變的高壓側(cè) 或升壓變的低壓側(cè) 三繞組變壓器 后備保護(hù)可以配置兩套 一套裝于高壓側(cè)作為變壓器的后備保護(hù) 另一套裝于中壓側(cè)或低壓的電源側(cè) 作相鄰后備 六 后備保護(hù)的保護(hù)范圍 1 220kV復(fù)壓方向過流保護(hù) 方向指向變壓器 做為變壓器 各中低壓母線及出線的相間故障的后備保護(hù) 中低壓側(cè)無電源 可不用方向 2 110kV復(fù)壓方向過流保護(hù) 一般方向指向變壓器 在110kV有電源時(shí) 做為變壓器的后備保護(hù) 我們現(xiàn)在往往110kV是開環(huán)運(yùn)行的 一般不存在電源 有些地方將方向元件退出和 110kV復(fù)壓過流保護(hù) 相同應(yīng)用 多一套保護(hù)而矣 作為110KV母線及各110kV出線的相間故障的后備保護(hù) 3 35kV復(fù)壓過流I段保護(hù) 作為35KV母線及各35kV出線的相間故障的后備保護(hù) 定值較高 時(shí)間和線路速斷配合 一般只考慮保證35KV母線故障有靈敏度 4 220kV復(fù)壓過流保護(hù) 做為變壓器 各中低壓母線及出線的相間故障的后備保護(hù)5 110kV復(fù)壓過流保護(hù) 作為110KV母線及各110kV出線的相間故障的后備保護(hù) 6 35kV復(fù)壓過流II段保護(hù) 作為35KV母線及各35kV出線的相間故障的后備保護(hù) 定值低 要保證出線全線有靈敏度 時(shí)間與出線過流配合 7 220kV零序方向過流保護(hù) 一般方向多指向變壓器 當(dāng)方向指向220kV母線時(shí) 作為220KV母線及各220kV出線的接地故障的后備保護(hù) 當(dāng)方向指向變壓器時(shí) 作為變壓器 110