2020江西国家电网招聘考试：继电保护解密

　　一、继电保护概述

     1、二次设备概述

     1.1 一次设备

 

　　一次设备是指直接生产、输送和分配电能的高压电气设备。它包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线、输电线路、电力电缆、电抗器、电容器等。

 

　　变电站内与继电保护直接相关的一次设备是电流互感器、电压互感器和断路器。

 

　　电气主接线主要是指为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。220kV及以上变电站常用的接线方式为双母线（分段）、3/2接线。

 

　　继电保护的配置、动作行为与主接线方式密切相关。

 

     1)典型电气主接线方式：双母线（分段）接线特点；

 

     2)一条出线对应一个开关，开关和流变之间有死区；

 

     3)母线比线路重要（线路单相PT、母线三相PT），母线保护采用电压闭锁，线路保护所需母线电压需切换；

 

　　母线故障需发信跳对侧线路开关。

 

　　双母线接线如下图所示：

 

 

　　典型电气主接线方式：3/2接线的特点：

 

     1)一条出线对应两个开关（线路保护CT采用和电流，有重合闸优先问题，中间开关同时和两条出线（主变）有关联）

 

     2)线路比母线重要（母线采用单相PT、线路采用三相PT），线路保护所需电压无需电压切换，母线保护无电压闭锁；

 

     3) 母线故障不能直接发信跳对侧开关，必须检测到有开关失灵才发远跳使对侧相应开关跳闸；

 

     4)有出线刀的接线需配置短线保护。

 

     3/2接线如下图所示：

 

 

     1.2 二次设备

 

　　二次设备是指对一次设备进行控制、保护、监视和测量的设备。如测量仪表、继电器、操作开关、按钮、自动控制设备、计算机、信号设备、控制电缆以及提供这些设备能源的一些供电装置。

 

　　变电站常用的二次系统有继电保护系统、计算机监控系统、调度自动化系统、电能计量系统、通信系统、直流系统。

 

     2、继电保护与电力系统稳定

 

     2.1 电力系统运行的目标：

 

　　稳定运行、连续供电！

 

    《电力系统安全稳定导则》将电力系统的运行状态划分为正常、警戒、紧急、极端紧急、崩溃、恢复五种。为避免电力系统的崩溃制定了三级安全稳定标准。

 

　　第一级标准：单一故障，保持稳定；

 

　　第二级标准：单一严重故障，保持稳定，允许损失负荷；

 

　　第三级标准：多重严重故障，防止崩溃，负荷损失最小。

 

     2.2 继电保护的重要性

 

　　与三级标准相对应，保障电网安全稳定的“三道防线”：

 

　　第一道防线：高速、准确地切除故障元件的继电保护和反应被保护设备运行异常的保护；

 

　　第二道防线：保障电网安全运行的安全自动装置；

 

　　第三道防线：失步解列与频率、电压控制。

 

　　继电保护对稳定运行的作用首当其冲，快速保护和重合闸缩短故障切除时间，提高稳定极限。全球著名大停电事故都与继电保护有直接的关系。继电保护工作者责任重大！

 

　　以2012年印度大停电（新华网图）的例子，说明现代文明社会的生产、生活离不开电能！

 

     3、继电保护专业介绍

 

     3.1 继电保护基础

 

　　继电保护：  研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路等），使之免遭损害，所以也称继电保护

 

　　继电保护可按以下4种方式分类。

 

     1）按被保护对象分类，有输电线保护和主设备保护。

 

     2）按保护功能分类，有短路故障保护和异常运行保护。前者又可分为主保护、后备保护和辅助保护。

 

     3）按保护装置进行比较和运算处理的信号量分类，有模拟式保护和数字式保护。

 

     4）按保护动作原理分类，有电流、电压保护、功率方向保护、距离保护、差动保护、纵联保护等。

 

     3.2 继电保护岗位工作

 

     1）工作部门：调控中心二次管理、检修公司二次检修、变电运维、（设计院、电科院、送变电、制造厂等）

 

     2）知识密集、技能水平要求高、人才密集，理论和实践并重，需要大量的投入和高度的工作责任心！

 

     3.3 继电保护的构成

 

     1）保护装置构成：软件和硬件，其中硬件包括1数据采集系统（模拟量输入系统）、2数据处理系统（CPU）、3开关量输入/输出系统、4人机接口（MMI）、5通信、6电源

 

 

　二、继电保护装置

 

     1、保护配置（500kV线路保护配置）

 

   （1）每回500kV线路应按近后备原则配置双套完整的、独立的能反映各种类型故障、具有选相功能全线速动保护。每套保护均具有完整的后备保护。

 

    （2）每回500kV线路应配置双套远方跳闸保护。远方跳闸保护宜采用一取一经就地判别方式。断路器失灵保护、过电压保护和不设独立电抗器断路器的500kV高压并联电抗器保护动作均应起动远跳。

 

    （3）根据系统工频过电压的要求，对可能产生过电压的500kV线路应配置双套过电压保护。过电压保护均使用远跳保护装置中的过电压功能，过电压保护起动远跳可选择不经断路器开、闭状态控制。

 

   （4）线路主保护、后备保护应起动断路器失灵。

 

   （5）双重化配置的线路主保护、后备保护、过电压保护、远方跳闸保护的交流电压回路、电流回路、直流电源、开关量输入、跳闸回路、起动远跳和远方信号传输通道均应彼此完全独立没有电气联系。

 

   （6）双重化配置的线路保护每套保护只作用于断路器的一组跳闸线圈。

 

     2、保护配置（500kV线路保护组屏）

 

     2.1 组屏原则

 

   （1）每回500kV线路配置2面保护屏，双重化配置的双套保护分别安装在2面保护屏内。每面保护屏包含1套线路主、后备保护装置，1套过电压保护及远跳保护装置。

 

   （2）主保护宜与后备保护一体，当主保护装置不含完整后备保护功能时，需配置单独的后备保护装置，但由主保护厂家负责组屏。  

 

     2.2 组屏方案

 

   （1）线路保护屏1：线路保护1＋（过电压及远跳保护1）；

 

   （2）线路保护屏2：线路保护2＋（过电压及远跳保护2）。

 

     3、保护配置（500kV断路器保护配置）

 

   （1）一个半断路器接线的500kV断路器保护按断路器单元配置，每台断路器配置一面断路器保护屏。

 

   （2）当出线设有隔离开关时，应配置双套短引线保护。

 

   （3）重合闸沟三跳回路在断路器保护中实现。

 

   （4）断路器三相不一致保护应由断路器本体机构完成。

 

   （5）断路器的跳、合闸压力闭锁和压力异常闭锁操作均由断路器本体机构实现，分相操作箱仅保留重合闸压力闭锁回路。（6）断路器防跳功能应由断路器本体机构完成。

 

     4、保护配置（500kV断路器保护组屏）

 

   （1）一个半接线的500kV断路器保护按断路器单元配置，每台断路器配置1面断路器保护屏。

 

   （2）对于线路用的两台断路器，断路器保护屏包含1套断路器失灵保护及重合闸装置、1套分相操作箱或断路器操作继电器。

 

   （3）对于变压器边断路器，断路器保护屏包含1套断路器失灵保护装置、1套分相操作箱或断路器操作继电器。

 

     5、线路保护配置（220kV线路保护配置）

 

    （1）每回220kV线路应配置双套完整的、独立的能反映各种类型故障、具有选相功能全线速动保护，每套保护均具有完整的后备保护。

 

   （2）每一套220kV线路保护均应含重合闸功能，两套重合闸均应采用一对一起动和断路器控制状态与位置不对应起动方式，不采用两套重合闸相互起动和相互闭锁方式。重合闸可实现单重、三重、禁止和停用方式。

 

   （3）线路主保护、后备保护均应起动断路器失灵保护。

 

   （4）双重化配置的线路主保护、后备保护的交流电压回路、电流回路、直流电源、开关量输入、跳闸回路、信号传输通道均应彼此完全独立没有电气联系。

 

   （5）双重化配置的线路保护每套保护只作用于断路器的一组跳闸线圈。

 

    6、线路保护配置（ 220kV线路保护组屏）

 

     6.1 组屏原则

 

   （1）每回220kV线路配置2面保护屏，双重化配置的双套保护

 

   （2）分别安装在2面保护屏内。每面保护屏包含1套线路主、后备

 

   （3）保护及重合闸装置、1台分相操作箱、1台电压切换

 

     6.2 组屏方案

 

   （1）线路保护屏1：线路保护、重合闸1＋电压切换装置1＋分相操作箱1；

 

   （2）线路保护屏2：线路保护、重合闸2＋电压切换装置2（＋分相操作箱2）。

 

   （3）若采用电力载波闭锁式纵联保护，则屏内还需配置1台收发信机；如果采用光纤距离（方向）保护，若光纤距离（方向）保护无自带数字接口，则屏内还需配置1台保护数字接口装置。

 

　　三、继电保护原理

 

     1、分相电流差动保护

 

　　如下图所示，在MN线路外部K2点发生短路故障时，MN线路两侧流过同一电流，两电流向量和为零.在MN线路内部K1点发生故障时，两侧电流向量和为故障电流，说明线路内部发生了故障。

 

　　差动保护采用两侧差动继电器交换允许信号的方式，安全性高。装置异常或TA断线，本侧的起动元件和差动继电器可能动作，但对侧不会向本侧发允许信号，从而保证差动保

 

　　护不会误动。

 

     2、高频保护

 

　　高频保护是以高频通道经常无流，而在外部故障时发出闭锁信号的方式构成的。此闭锁信号由短路功率为负的一侧发出，这个信号被两端的收信机所接收，而把保护闭锁。故障线路两侧均不发闭锁信号，从而使故障线路跳闸

 

　　如下图所示：

 

     •故障线路：两侧F+均动作，两侧F-均不动作。

 

     •非故障线路：两侧中至少有一侧（近故障点一侧）F+不动，

 

 

      F-动作。

 

      3、距离保护

 

　　距离保护基本原理：Z=U/I 。反映短路点到保护安装处的距离。依据测量阻抗的不同，保护能区分出正向内部、正向区外或反向故障。

 

     1）它是反应一端电气量的保护；

 

     2）保护范围内金属性短路时，距离保护Ⅰ段的保护范围比较稳定；

 

     3）距离保护第Ⅱ、Ⅲ段其保护范围伸到相邻线路上，所以它们在一定程度上将受运行方式变化的影响

 

　　距离保护需要解决的问题

 

     1)振荡闭锁（Ⅰ、Ⅱ段经振荡闭锁；Ⅲ段靠延时）

 

     2)PT断线（闭锁保护）

 

     3)CT开路（仅告警，不闭锁保护）

 

     4)出口短路（出口不对称短路：极化电压含正序分量即可；出口三相短路：极化电压含故障前分量即可；手合故障：开关节点变位＋故障判别元件动作）

 

     4、变压器纵差保护

 

　　纵差保护基本原理：基尔霍夫第一定律

 

　　代表的物理意义：变压器正常运行或外部故障时，若忽略励磁电流损耗及其他损耗，则流入变压器的电流等于流出变压器的电流。此时，纵差保护不应动作。

 

　　内部故障时，只有流进变压器的电流而没有流出变压器的电流，其纵差保护动作，切除变压器 。

 

　　简化的案例分析：如下图所示，变压器正常运行或外部故障时，则流入变压器的电流等于流出变压器的电流。此时，纵差保护不应动作。TA极性接反会造成什么后果呢？

 

 

　　答案：保护误动！

 

     5、220kV变压器保护配置

 

     220kV变压器保护配置如下图所示：

 

　　主保护：纵差保护和瓦斯保护。后备保护：各侧复压过流保护、高中侧零序过流保护、各侧过负荷、其他非电量保护（压力保护、温度保护、油位保护、冷却器全停保护）

 

　　典型跳闸方式：

 

     220kV变压器保护，当复压过流保护和零序保护方向指向母线时：

 

　　差动保护，跳三侧：高压侧开关、中压侧开关、低压侧开关。

 

　　高压侧复压过流保护，I段1时限跳本侧母联开关，2时限跳高压侧开关，II段跳三侧开关；

 

　　中压侧复压过流保护，I段1时限跳本侧母联开关，2时限跳中压侧开关，II段跳三侧开关；

 

　　低压侧复压过流保护， I段跳低压侧开关，II段跳三侧开关。

 

　　高压侧零序过流保护，方向指向母线时，I段1时限跳高压侧母联，2时限跳高压侧，II段跳三侧；

 

　　中压侧零序过流保护，I段1时限跳中压侧母联开关，2时限跳中压侧开关，II段跳三侧开关；

 

　　重瓦斯保护，跳三侧。