毕业设计-220kV变电站电气主控制系统二次回路设计(6)

220kV变电站电气主控制系统二次回路设计

2变电站继电保护配置

2.1 总则

继电保护和安全运行的自动装置应该符合可靠性、选择性、速动性和灵敏性的要求，

当确定继电保护装置的构成方案时，应该考虑以下几个方面的问题：

（1） 电力设备和电力网的结构特点和运行特点； （2） 各种故障可能出现的概率和可能出现的结果； （3） 电力系统近期的发展情况； （4） 经济的合理性； （5） 近年来国内外的发展经验。

2.2 一般规定

（1） 电力系统中的电力设备和线路，应装设用于故障和异常运行时的保护装置，电力

设备和线路不光要有应对故障和异常运行的主保护，必要时可以增设辅助设备； （2） 继电器应当满足可靠性、灵敏性、速动性和选择性； （3） 制定保护的配置方案时，对于稀有的故障类型，应该根据对于电力网的影响程度和后果而采取相应的措施，保护要能够按要求切除故障；

（4） 在各保护装置接于电流互感器、电压互感器等的二次绕组本身时，应该考虑到既能够尽量消除死区，同时又要尽可能减轻本身故障所产生的影响；

（5） 当采用后备方式时，变压器或是电抗器后面发生短路，以及在电路助增作用很大

的相邻线路上发生短路的情况下，如果为了满足相邻保护区末端短路时的灵敏性的要求，将使保护过分复杂或在技术上难以实现，可以缩小后备作用的范围；

（6） 电力设备或电力网的保护配置，除了预先规定以外，都不允许系统因震荡引起误动作；

（7） 正常情况下，当电压互感器的二次回路或其他故障能使保护误动作时，应该装设线路闭锁或采取其他措施。

2.3 安全自动装置

2.3.1 一般规定

（1） 在电力系统中，应装设安全自动装置，以防止系统稳定破坏或事故扩大时造成

大面积停电，或对重要用户供电的长时间中断。 （2） 电力系统安全自动装置，是指在电力网中发生故障或是异常运行时，起控制作作用的自动装置；

（3） 安全自动装置应该满足可靠性、选择性、速动性和灵敏性的要求。

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2.3.2 自动投入装置

备用电源和备用设备的自动投入装置（简称为BZT）的配置原则：

（1） 用于发电厂的厂用电和变电站的所用电中； （2） 用于由双电源供电的变电站，其中一个电源平常处于断开状态必要时作为备用。

2.4 继电保护的配置

在220kV变电站一次设计中，要求对220kV侧设置那些继电保护装置进行全面的规

划设计，即所谓继电保护的配置。继电保护的配置不要求对所有的继电保护装置进行整定计算，而只是指出要设置哪些保护配置便可以了，以便对继电保护计算提供依据。

在继电保护的配置中，应该采用规定的符号标注在图纸中，进行继电保护的配置，要绘制出主接线图，并且把各条进出线的继电保护配置，用规定符号标注在进出线右边。

2.5 继电保护配置符号

表7.1 继电保护配置符号

保护名称 相差高频保护 220kV三段整流式距离保护 接地综合自动重合闸 220kV母线保护 故障录波装置

符号 GCH-A PJH-11D JZZC-3 SGMB PGL-2

保护名称 三相自动重合闸装置 过负荷保护 电容器组桥式差动电

流保护 过电压保护 低电压保护

符号 ZCH I t I-I >U

低压三段整流式距离

保护 三段电流保护 I DXH-D2 II I 瓦斯保护 WS I V1-2 T III 复合电压、闭锁过电流保护 备用电源自动投入 BZT I II I III 差动保护 ZC 三段方向电流保护 - 18 -

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→ I 限时方向过电流保护 t → 电流速断保护 I 接地保护 零序电流速断保护

JD I0

2.6 本变电站的保护配置

2.6.1 变压器保护装设的原则

220kV电力变压器应配备下列继电保护装置：

（1）反应变压器邮箱内部各种故障和油面下降的瓦斯保护。瓦斯保护分为重瓦斯保护和轻瓦斯保护，重瓦斯保护动作于跳闸，轻瓦斯只动作于信号。

（2）为保护变压器的引线、套管以及内部的各种短路故障，应装设纵联差动保护。纵联差动保护应瞬时动作并跳开变压器的各侧断路器。为提高大型变压器差动保护的可靠性，差动保护可采用双重化配置。双套差动保护可采用相同原理，也可以采用不同原理。

（3）为保护变压器外部相间短路引起的过电流，并作为变压器内部相间短路故障的后备，应装设相间故障后备保护。因220～500kV变压器外部及内部相间短路的几率较小，故相间后备保护应简化配置。首先应考虑采用简单的电流/电压保护作为故障后备，当电流/电压保护不能满足灵敏度或需要满足保护配合的要求时，可考虑装设阻抗保护。

（4）220～500kV变压器的500kV和220kV侧为中性点直接接地系统，应装设单相接地短路保护，作为变压器内部和外部单相接地故障的后备保护。当500kV变压器的低压侧为中性点非直接接地系统时，应装设单相接地保护，动作于信号或跳闸。

（5）装设反应变压器各侧绕组过负荷的过负荷保护，动作于信号。 （6）220kV变压器应装设反应变压器铁芯磁通密度的过励磁保护，在轻度过励磁时发出信号，在严重过励磁时切除变压器。

（7）变压器应装设下列辅助保护：a：冷却系统故障、油温升高超过允许值时，应动作于信号或跳闸。b：变压器绕组温度过高，超过允许值时，应动作于信号或跳闸。c：有载调压变压器，调压系统故障应动作于信号或跳闸。d：变压器油箱的压力释放装置动作，应动作于信号或跳闸。 2.6.2 瓦斯保护

瓦斯保护是变压器油箱内各种故障的主要保护。运行实践证明，在装有瓦斯保护的情况下，凡是油箱内故障，瓦斯保护几乎都有反应。尤其是在变压器发生铁芯故障、匝间短路等情况下，反应电气量的继电保护装置往往灵敏度不够或根本不反应，此时主要靠瓦斯保护切除故障。瓦斯保护在运行中出现的主要问题是误动几率较高，所以提高瓦斯保护的可靠性是提高整套变压器保护可靠性的关键。

瓦斯保护误动作的原因，有的是由气体继电器本身结构上的缺陷造成的，如铝杯漏油，

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水银触点损坏等，也有的是由于运行维护不当造成的，如油的流速整定不正确、连接电缆绝缘损坏等。地震也可能造成瓦斯保护的误动作。瓦斯保护的接线对其运行的可靠性也有很大影响。因此要提高瓦斯保护的可靠性，必须从改进气体继电器的结构、改进瓦斯保护的接线、加强维护等方面入手。

为了提高瓦斯保护接线的可靠性，可采用下图所示的接线方式。气体继电器的重瓦斯触点有两个，并且分别引出，分别起动中间继电器KM1和KM2。KM1和KM2的延时返回常开触点串联后去跳闸。当由于连接电缆的绝缘损坏或地震等原因，使得气体继电器的一对重瓦斯触点回路接通时，例如KGA·1接通，信号继电器H1和中间继电器KM1动作，但只能发出信号而不能接通跳闸回路。只有在变压器内部故障时，KGA·1和KGA·2两对重瓦斯触点同时接通，中间继电器KM1和KM2同时动作才能接通跳闸回路。运行实践证明，采用这种接线方式，瓦斯保护的可靠性有了明显的提高。

为了提高瓦斯保护的可靠性，除了采用可靠的接线外，对气体继电器安装、整定都要严格地按照有关规程进行。气体继电器安装在露天环境下，运行条件很差。对气体继电器要精心维护，要及时处理缺陷。气体继电器的引出电缆要采用防油型控制电缆，接线盒要有防水、防潮措施，防止接线端子发生接地。

2.6.3纵差动保护

220kV电力变压器的纵差动保护应满足下列要求：

（1）纵差动保护应反应保护区内各种短路故障，动作速度快，一般动作时间不应大于30ms。

（2）应有防止变压器出现励磁涌流时误动作的措施，以避免在变压器空载投入或切除穿越性短路后出现励磁涌流时，纵差动保护误动作。

（3）在变压器过励磁时，纵差动保护不应该动作。

（4）当发生穿越性短路时，差动回路内出现最大不平衡电流时，纵差动保护不应该动作。

（5）在保护区内发生短路，电流互感器饱和时，纵差动保护不应拒动或延迟动作。 （6）在保护区内发生短路故障，在短路电流中含有谐波分量时，纵差动保护不应拒动或延迟动作。

一套完善的变压器纵差动保护，一般由以下四个主要部分组成：

（1）差动电流速断部分 在纵差动保护中，设置差动电流速断是为了检测在差动保护区内出现大的故障电流。当检测到大的故障电流时，保护立即动作，使得在可能出现的电流互感器饱和前，保护动作于跳闸，防止因电流互感器在大故障电流时饱和使保护拒动。差动电流速断的动作电流按躲过变压器的励磁涌流和外部故障时可能出现的最大不平衡电流来整定。对于220kV变压器，可按额定电流的4～5倍整定。差动电流速断的动作时间不应大于20ms。

（2）比率制动部分

比率制动部分是为提高差动保护的灵敏性而设置的。此部分的动作电流随着外部穿越性短路电流的增大而自动增大。在制动电流小于或等于变压器额定电流的1.2～

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1.5倍时，继电器没有制动作用，此时差动继电器的最小动作电流可整定为变压器额定电流的20%～50%。这就可以保证在内部故障、短路电流较小时，差动保护还能有足够的灵敏度。在内部故障，短路电流较大时，虽然也有制动作用，但通过适当选取制动系数，可以做到在有制动的情况下，也能保证所需的灵敏度。在外部故障时，短路电流全部为制动电流，提高了保护的动作值，而差动回路的电流只是不平衡电流，可保证差动保护可靠不动作。 （3）励磁涌流检测部分

为防止变压器的励磁涌流引起纵差动保护误动作，而设置励磁涌流检测部分，其输出时作为一个制动量，使差动保护制动。在现代变压器差动保护中，一般是以提取励磁涌流的以下特征作为励磁涌流的判据，并且作为制动量。

1）提取励磁涌流中的谐波电流。对励磁涌流进行谐波分析的结果表明，在励磁涌流中，除了含有基波和非周期分量电流外，还含有多种频率的谐波分量。将全部谐波分量电流滤出，经整流后输出制动比率制动部分。

2）提取2次谐波电流作为制动量。在励磁涌流所含的各次谐波中，以2次谐波电流为最大。取2次谐波电流作为制动量能获得较为理想的制动效果。

3）检测励磁涌流的间断角。通过检测差动电流间断角的大小，可以区分是励磁涌流还是故障电流，当差动电流的间断角大于某一定值时，说明差动电流是励磁涌流，保护闭锁。当差动电流的间断角小于闭锁角时，说明是故障电流，差动继电器动作。按检测间断角原理构成的差动保护已在500kV变压器上广泛应用。 （4）过励磁电流检测部分

为防止变压器的过励磁电流引起纵差动保护误动作，而设置过励磁电流检测部分。其输出也是作为一个制动量，使纵差动保护制动。 2.6.4变压器的相间故障后备保护

变压器的相间故障后备保护的作用主要是防御外部相间短路引起的变压器过电流。其保护范围延伸到母线和线路，保护的定值和动作时间要与相邻元件的保护相配合。在满足灵敏性和选择性要求的情况下，应优先选用简单可靠的电流、电压保护作为相间短路后备保护。当前在我国电力系统中投入运行和正在设计中的500kV电力变压器，绝大多数都是单相变压器组。配置相间后备保护的目的主要是作为相邻母线和变压器引线相间故障的后备保护。

对降压变压器、升压变压器和系统联络变压器，根据各侧接线、连接的系统和电源情况的不同，应配置不同的相间短路后备保护，该保护宜考虑能反映电流互感器与断路器之间的故障。

（1）双绕组降压变压器相间短路后备保护应装于主电源侧。

（2）单电源三绕组降压变压器相间短路后备保护应装于低压侧和电源侧。

（3）高压及中压侧均有电源的三绕组降压变压器，可在三侧装设相间短路后备保护。 （4）低压侧有分支，并接至分开运行母线段的降压变压器，除在电源侧装设保护外，还应在每个分支装设相间短路后备保护。

（5）双绕组升压变压器，相间短路后备保护应装在低压侧。设一段时限断开变压器

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