12.1线路、母线和断路器继电保护.doc

l 12.1线路、母线和断路器继电保护的原理、配置及整定计算l 12.1.1 电力系统继电保护原理 l 12.1.1.1 电力系统对继电保护的基本要求l (1)电力系统继电保护和安全自动装置电力系统继电保护和安全自动装置是当电力系统本身发生了故障或发生危及其安全运行的事件时，向运行值班人员及时发出警告信号或直接向所控制的断路器发出跳闸命令，以终止故障或事件的发展的一种自动化措施和设备用于保护电力元件的成套设备，一般通称为继电保护装置;用于保护电力系统的一般通称为安全自动装置l 继电保护装置是保证电力系统中的电力元件安全运行的基本装备，任何电力元件不得在无继电保护的状态下运行，当发电机、变压器、输电线路、母线及用电设备等发生故障时，要求继电保护装置用可能最短的时限和在可能最小的范围内，按预先设定的方式，自动把故障设备从运行系统中断开，以减轻故障设备的损坏程度和对临近地区供电的影响l 安全自动装置是为了防止电力系统失去稳定性和避免电力系统发生大面积停电事故的自动保护装置例如输电线路自动重合闸装置、电力系统稳定控制装置、电力系统自动解列装置、按频率自动减负荷装置和按电压降低自动减负荷装置等。

l 电力系统继电保护和安全自动装置作用综合图解见图12-1-1l (2)电力系统对继电保护的基本要求按照国家标准GB14285-1993《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，继电保护和安全自动装置应符合可靠性 (可信赖性和安全性)、选择性、灵敏性和速动性的要求当确定其配置和构成方案时，应综合考虑以下几个方面: l 1.  电力设备和电力网的结构特点和运行特点;l 2.  故障出现的概率和可能造成的后果;l 3.  电力系统的近期发展情况;l 4.  经济上的合理性;l 5.  国内和国外的经验l 1)    可靠性 (可信赖性和安全性)l 可信赖性----该动作时动作是可靠性的可信赖性l 安全性------不该动作时不动作是可靠性的安全性l 继电保护可靠性是对电力系统继电保护的最基本的性能要求，它包含可信赖性和安全性两个方面:可信赖性要求继电保护在设计要求它动作的异常或故障状态下，能够正确地完成动作，即不发生拒绝动作;安全性要求继电保护在非设计要求它动作的其他所有情况下，能够可靠地不动作，即不发生误动作l 可信赖性和安全性都是继电保护的最基本的性能要求，但两者相互矛盾，在设计与选用继电保护时，需要依据被保护对象的具体情况，对这两方面的性能要求适当地予以协调。

对于传输大功率的输电线路保护，一般宜于强调安全性，而对于其他输电线路保护，则往往强调可信赖性，按照不发生拒绝动作或误动作给电力系统带来后果的严重程度区分，对一些重要继电保护的可信赖性和安全性的要求可采用表12-1-1意见 P.268l 为保证继电保护的可靠性，应采用符合国家标准的配置合理的保护方式，由可靠的元件和尽可能简单的回路构成质量和技术性能优良的继电保护装置，并应具有必要的检测、闭锁和双重化等措施保护装置应便于整定、调试和运行维护表12-1-1对不同处所的继电保护的不同要求(可信赖性和安全性的关系)l 图12-1-1l 表12-1-1 P.268l 注摘自SDl31(电力系统技术导则)的编制说明 l 2)选择性按照IEC标准用语，保护系统的选择性，是指保护系统检出在电网某规定区域内的故障，使相应的断路器跳闸，以切除故障，使电网剩余部分的扰动为最小的能力l  国家标准CB14285-1993对选择性做了具体化的规定:l 选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备、线路的保护或断路器失灵保护切除故障l 为保证选择性，对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件 (如起动元件和跳闸元件或闭锁元件与动作元件)，其灵敏系数及动作时间，在一般情况下应相互配合。

l 当重合于本线路故障，或在非全相运行期间健全相又发生故障时，相邻元件的保护应保证选择性在重合闸后加速时间内以及单相重合闸过程中，发生区外故障时，允许被加速的线路保护无选择性动作l 在某些条件下必须加速切除短路时，可使保护无选择性动作但必须采取补救措施例如采用自动重合闸或备用电源自动投入来补救l 在实际工程中，电力元件继电保护的选择性，除了决定于继电保护装置本身的性能外，还要求满足:1.由电源算起，愈靠近故障点的继电保护的故障起动值相对愈小，动作时间愈短并在上下级之间，在灵敏度和时间上留有规定的裕度;2.要具有后备保护作用，如果最靠近故障点的继电保护装置或继路器因故拒动而不能切除故障时，能由紧邻的电源侧继电保护动作将故障断开在110kV及以下电压的电力网，基本上实现的是 “远后备”，即当最邻近故障元件的断路器上配置的继电保护拒动或断路器本身拒动时，可以由电源侧上一级断路器处的继电保护装置动作切除故障实现完整意义上的后备保护l 对于220kV及以上电压的复杂电力网，因为电源侧上一级断路器上配置的继电保护装置往往不能相邻故障元件实现完全有效的保护，因而，只能实现"近后备"，即每一个电力元件或线路郡配置了两套独立的继电保护装置，各自完全实现对本电力元件或线路的保护，即使其中一套继电保护装置因故拒绝动作，也必能有另一套继电保护装置动作切除故障;如果断路器拒绝动作，则在确认拒动出现后，由断路器失灵保护断开同一母线上其他带电源的所有线路或变压器的断路器，以最终切除故障。

保护的双重化和断路器失灵保护是实现"近后备"的必要配置l 3)灵敏性GB14285-1993对灵敏性定义为在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数，灵敏系数应根据不利正常 (含正常检修)运行方式和不利的故障类型计算GB14285-1993对各类短路保护的最小灵敏系数有具体规定l 动作的灵敏性要求，是出于保护装置可靠动作的需要，设计和配置的继电保护系统的动作性能，除了考虑各种金属性短路故障之外，还必须计及实际可能发生的较轻但不易与正常情况相区别的故障例如，在大电流接地系统发生经高电阻接地的故障，目前，为保证灵敏度，对接地故障最末一段整定值都考虑短路点有适当的接地电阻 (GB14285-1993规定对 22OkV为100欧、5OOkV为30O欧,DL/T559-1994补充330kV为150欧)l 4)速动性速动性是指保护装置应能以允许的可能最快速度切除短路故障，减轻故障设备和线路的损害程度，减少故障波动范围、提高自动重合闸或备用电源自动投入的效果，并特别有利于故障后电力系统的稳定性，快速切除线路和母线的短路故障，是提高电力系统暂态稳定的最重要手段DL/T5147-2001《电力系统安全自动装置设计技术规定》对稳定计算故障切除时间规定为:500kV线路近故障端0.08s，远故障端0.1s;22OkV线路，其近故障点侧和远故障点侧的故障切除时间，应分别不大于0.1s和0.1-0.12S,以上数据都是设计规划阶段采用的，当以上计算不满足稳定要求时，应采用更加快速动作的保护，l 例如使300~500kV主保护动作时间在近故障点侧和远故障点侧达到0.02s和0.03s，速动性是建立在可靠性的基础上，并且是系统暂态稳定确实需要的速动性才是合理的。

l 要完整认识对继电保护 “四性要求，不仅针对继电保护具体装置，从电力系统安全运行观点，要保证任何一套继电保护装置能正确运行，都包括两个方面:一方面包括继电保护的设计、配置、整定和安装调试等;另一方面是包括由取得故障判据的电流和电压互感器二次回路，经过继电保护装置，信息传输设备及通道，直到断路器跳闸线圈因此，继电保护 ”四性“要求是针对包括上述两方面内容的整个继电保护来说，这些要求是紧密联系的，既矛盾又统一，必须在保证电力系统安全的基础上统筹处理 l 12.1.1.2 合理的电网结构应满足的基本要求l 电网的建设应满足电力系统经济性、可靠性与灵敏性的基本要求合理的电网结构是电力系统安全稳定运行的基础一个结构合理的电网，DL755-2001《电力系统安全稳定导则》(以下简称导则)明确提出应该满足以下的5条基本要求:l (1)适应系统发展和运行的灵活性能够满足各种运行方式下的潮流变化的需要，具备一定的灵活性并能适应系统发展的要求l (2)电网中任一元件无故障断开保持系统稳定运行任一元件无故障断开，应能保持电力系统的稳定运行，并不致使其它元件超过规定的事故过负荷和电压允许偏差的要求l (3)满足规定的安全稳定标准。

应有较大的抗干扰能力，并满足《导则》中规定的有关各项安全稳定标准;l 《导则》规定了中国电力系统的安全稳定标准，包括电力系统静态稳定储备标准、电力系统承受大扰动能力的安全稳定标准和某些特除情况的要求《导则》将电力系统的扰动分为小扰动和大扰动两类:小扰动指由于负荷正常波动、功率及潮流控制、变压器分接头调整和联络线功率自然波动等引起的扰动;和继电保护和安全自动装置关系更密切是大扰动，大扰动指系统元件短路、切换操作和其他较大的功率或阻抗变化引起的扰动l 大扰动可按扰动严重程度和出现概率分为三类:与之相对应是电力系统承受大扰动能力的三级稳定标准，也是在大扰动条件下衡量一个电网结构是否满足要求的符合我国国情的标准l 1)第一级安全稳定标准:在发生第1类故障扰动后能保持系统稳定运行和电网正常供电，第1类是指单一故障 (出现概率较高的故障)，包括: l a)    任何线路单相瞬时接地故障并重合成功; l b)    同级电压的双回或多回线和环网，任一回单相永久故障重合不成功及无故障三相断开不重合; l c)    同级电压的双回或多回线和环网，任一回三相故障不重合;l d)    任一台发电机组跳闸或失磁; l e)    受端系统任一台变压器故障退出运行; l f)    任一大负荷突然变化; l g)   任一回交流联络线故障或无故障断开不重合; l h)    直流输电线路单极故障。

l 2)第二级安全稳定标准:在发生第2类故障扰动后能保持系统稳定运行但允许损失部分负荷，第且类故障是指单一严重故障(出现概率较低的故障)，包括:l a)    单回线单相永久故障重合不成功及无故障三相断开不重合; l b)    任一段母线故障; l c)    同杆并架双回线的异名两相同时发生单相接地故障重合不成功，双回线三相同时断开; l d)    直流输电线路双极故障l 3)第三级安全稳定标准:在发生第3类故障扰动后，当系统不能保持系统稳定运行时，必须防止系统崩溃并尽量减少负荷损失第3类故障是指多重严重故障(出现概率很低的故障)，包括: l a)    故障时断路器拒动; l b)    故障时继电保护及自动装置误动或拒动; l c)    自动调节装置失灵; l d)    多重故障; l e)    丧失大容量发电厂;l f)    其他偶然因素l (4)满足分层和分区原则实现电网合理的分层和分区，是建设一个安全稳定电网的基本要求l 所谓电网分层，是指按网络电压等级，即网络的传输能力大小，将电力系统划分为由上至下的若干结构层次所谓电网分区，是指以受端系统为核心，将供应它电力和电源的远方发电厂连接在一起，形成一个供需 (用功和无功功率)基本平衡的区域，并经过联络线与相邻系统相连。

这种区域的划分，是以电力和电能供应平衡为标准的电力系统概念，而不是一种行政的和地理的概念l 电网无功功率基本上按输电电压分层补偿与控制，按电网分区就地平衡l (4)满足分层和分区原则实现电网合。