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1、正确理解和认真执行继电保护反事故举措前言随着电网容量的不断扩大,电网的稳定问题日益突出.为此,对继电保护的 平安可靠运行提出了更高的要求.微机保护的普及和开展,使得继电保护抗干扰 问题成为我们必须重视的关键问题.为此,自上个世纪90年代以来,原能源部及国家电网公司先后公布了多种文件,制定了多项继电保护的反事故举措,目的就 是为继电保护装置的平安可靠运行,从而保证电网的平安稳定运行.一、关于继电保护的双重化1.为保证电网的平安稳定运行,继电保护系统应满足以下两点要求：a.任何电力设备和线路,在任何时候,不得处于无继电保护的状态下运行.在电力系统的生产运行中,任何运行中的电力设备、输电线路必须配置
2、有继电 保护装置,不允许无保护装置运行.b.任何电力设备和线路在运行中,必须在任何时候均由两套完全独立的继电 保护装置分别限制两台独立的断路器实现保护.继电保护双重化配置是预防因保护装置拒动而导致系统事故的有效举措,同 时又可大大减少由于保护装置异常、 检修等原因造成的一次设备停运现象. 在?国 家电网公司十八项电网重大反事故举措?及“继电保护专业重点实施要求中, 对继电保护装置的双重化作出如下规定：1每套完整、独立的保护装置应能处理可能发生的所有类型的故障.两套保 护之间不应有任何电气联系,当一套保护退出时不应影响另一套保护的运行.2两套主保护的电压回路宜分别接入电压互感器的不同二次绕组.电
3、流回路 应分别取自电流互感器互相独立的绕组,并合理分配电流互感器二次绕组,预防 可能出现的保护死区.分配接入保护的互感器二次绕组时,还应特别注意预防运 行中一套保护退出时可能出现的电流互感器内部故障死区问题.3双重化配置保护装置的直流电源应取自不同蓄电池组供电的直流母线段.4两套保护的跳闸回路应与断路器的两个跳圈分别一一对应.5双重化的线路保护应配置两套独立的通信设备含复用光纤通道、独立光 芯、微波、载波等通道及加工设备等,两套通信设备应分别使用独立的电源.6双重化配置保护与其他保护、设备配合的回路应遵循相互独立的原那么.7双重化配置的线路、变压器和单元制接线方式的发变组应使用主、后一体 化的
4、保护装置；对非单元制接线或特殊接线方式的发变组那么应根据主设备的一次 接线方式,按双重化的要求进行保护配置.8 两套主保护的电压回路宜分别接入电压互感器的不同二次绕组.电流回路 应分别取自电流互感器互相独立的绕组,并合理分配电流互感器二次绕组,预防 可能出现的保护死区.分配接入保护的互感器二次绕组时,还应特别注意预防运 行中一套保护退出时可能出现的电流互感器内部故障死区问题.目前超高压电网的线路和发电机、变压器等设备的继电保护装置,均根据上 述规定进行了双重化配置.除此之外,所谓双重化配置,还有一层含义,即：由两套完全独立的保护装 置分别限制两台独立的断路器实现保护.在运行中,当被保护线路或设
5、备发生故 障时,保护装置能够正确动作,但是,断路器由于某种原因拒动,这时就需要启 动失灵保护,由失灵保护跳开母线上的其他断路器或跳开线路对端的断路器,最 终到达切断故障的目的.2.在110kV以下的电力系统中,“完全独立是靠“远后备的原那么实现,对 于220kV及以上的电力系统中,完全独立是靠“近后备实现.由于在110kV电压等级的电力系统中,线路或元件保护只按单套配置,而且 母线又不配置失灵保护,所以,在系统发生故障的情况下,当一台断路器拒动时, 只能靠上一级的保护装置动作来切除故障.虽然,在一套保护中设置有后备保护, 但是,如果断路器拒动,本身后备保护的作用也等于不存在,因此,要依靠上一
6、级的保护装置切除故障.而在 220kV及以上的电力系统中,每一条线路或元件均 按双重化配置保护并有断路器的失灵保护,当一套保护拒绝动作时,由另一套保 护动作,当一台断路器拒绝动作时,由失灵保护动作切除母线上的其他断路器或 发远方直跳,切除对端断路器,即所谓的“近后备以上所说的“完全独立是指两者之间不能存在任何公用环节,一旦存在公 用环节,哪怕只有一个,那么当这个公用环节出现问题时,其后备或称之为“冗余 的作用便随之消失.二、直流回路的反措要求1 .直流熔断器的配置继电保护的信号回路由专用的直流熔断器或小开关供电,不得与其他保 护回路混用.在电磁式保护的年代,这种现象非常普遍.设计保护回路时,由
7、于 不注意这方面的问题,有些情况下会导致保护误动,或引起其他异常.自上世纪 90年代以后,随着各种“反措的公布与实施,这种情况根本不存在.2 .对于配有双套纵联保护的线路,每一套纵联保护的直流回路应分别由专用 的直流熔断器供电；后备保护的直流回路,可由另一组专用直流熔断器供电,也 可适当地分配到前两组直流供电回路中.这也是根据完全独立的原那么,预防两套 主保护共用一组直流电源时,因直流系统出现问题,影响两套主保护正常运行, 从而使被保护线路或设备失去主保护.应保证至少有一套主保护能够保持正常运 行.3 .保护用直流电源与限制用直流电源必须分开.这一点在?反措要点?中就 已经做出规定,继电保护装
8、置用的直流电源与断路器分、合闸用的直流电源必须 分开使用,预防互相影响,如直流接地等情况造成保护异常甚至误动等.此外当 由一组保护装置限制多组断路器如 3/2接线、各种桥接线、母差保护、断路器 失灵保护、发变组保护、变压器保护以及线路的横差保护等时,要求每一组断 路器应分别由专用的直流熔断器供电；保护装置由另外的直流熔断器供电.4 .在直流系统中,各级开关之间,应保持 34级的级差,特别是熔断器和小 开关不能混用.这是由于小开关的动作离散值较大,上、下级之间如果级差小容 易造成无选择跳闸.此外,熔断器的熔断特性与小开关的动作特性不同,如混用 也会造成无选择跳闸或熔断.三、交流回路的反措要求1
9、.?国家电网公司十八项电网重大反事故举措?继电保护专业重点实施要求 中规定：公用电流互感器二次绕组二次回路只允许、且必须在相关保护柜屏内一 点接地.独立的、与其他电压互感器和电流互感器的二次回路没有电气联系的二 次回路应在开关场一点接地.交流电流回路、交流电压回路设置接地点是为了保证人身和设备的平安,但 是如果接地点不正确,会造成继电保护装置不正确动作,如电磁式保护时代,差 动保护的电流回路,只允许在保护盘上一点接地,不能在各自的端子箱接地,防 止区外故障时,电流二次回路的分流导致保护误动.除此之外,在 3/2接线的厂 站中,线路保护取合电流时,有些厂站是在就地端子箱将两组电流互感器合在一 起
10、再经电缆送至保护盘,一般这种回路的接地点选择在端子箱一点接地.2 .公用电压互感器的二次回路只允许在限制室内有一点接地,为保证接地可 靠,各电压互感器的中性线不得接有可能断开的开关或熔断器等.己在限制室一 点接地的电压互感器二次线圈,宜在开关场将二次线圈中性点经放电间隙或氧化 锌阀片接地,其击穿电压峰值应大于30-Imax伏Imax为电网接地故障时通过变 电站的可能最大接地电流有效值,单位为kA.应定期检查放电间隙或氧化锌阀片, 预防造成电压二次回路多点接地的现象.对于双母线接线的厂站,具两组电压互感器的二次接地点应选择在限制室内 的相关保护屏柜上一点接地.这是由于如果两组电压互感器二次分别在
11、就地端子 箱接地,那么当系统发生接地故障时,两个二次接地点之间就会出现电位差,影响 保护的正确动作.3 .电压互感器的二次绕组和三次绕组回路必须分开.电压互感器二次有“Y形接线和开口三角接线,过去两个绕组的“ M是在开关场端子箱内短接后用一根 电缆送至保护盘,现在“反措明确规定这两个绕组的“ M必须分开送至保护盘. 这是由于电压互感器二次三相的负载是不完全平衡的,负载不平衡,必然在共用 的线中有电流流过,线电缆上存在着电阻,在电阻上就会有压降,当系 统发生接地故障时,这个压降就叠加在零序电压上,造成保护的不正确动作如 图1,为此,“反措要点中要求两个绕组的“ N必须分开.四、抗干扰问题一干扰的
12、侵入途径干扰的侵入途径有很多,常见的有以下几种：1 .由导线直接侵入,如不同类型的信号混接、2 .辐射,如无线通信设备的辐射干扰、3 .耦合,包括电感耦合同一回路的两根电缆芯置于不同的电缆中电容耦 合及传导耦合一、二次共接地点4 .同一电缆内的电磁感应利用电缆芯线两端接地代替屏蔽层接地5 .地电位不同造成的干扰二抗干扰采取的举措1 .降低干扰的影响中间继电器的线圈在回路中接通或断开时,都会对同一电源的回路产生干扰, 并对回路中的继电器接点产生电弧,为此,直流电压在110V及以上的中间继电器一般应有符合以下要求的消弧回路：不得在它的限制接点上并以电容电阻回路实现消弧.此外,不管是用电容或 反向二
13、级管并在中间继电器线圈上作消弧回路,在电容及二级管上都必须用入数 百欧的低值电阻,以预防电容或二级管短路时将中间继电器线圈回路短接.消弧 回路应直接并在继电器线圈的端子上.选用的消弧回路用反向二级管,其反向击穿电压不宜低于1000V,绝不允许低 于 600V.注意因并联消弧回路而引起中间继电器返回延时对相关限制回路的影响.2 .减小地电位差为了减小地电位差,一般采取合理安排电缆的走向、电压互感器和电流互感 器二次采用合理的接地等举措.如双母线的厂站母线电压互感器二次接地选择在 限制室内一点接地,是为了减小两互感器二次中性点之间的电位差.除此之外, 继电保护专业还采取了敷设等电位接地网和二次电缆
14、采用屏蔽电缆并两端接地的 举措.在?国家电网公司十八项电网重大反事故举措?继电保护专业重点实施要求中规定：在主控室、保护室柜屏下层的电缆室内,按柜屏布置的方向敷设100 mm2的专用铜排缆,将该专用铜排缆首末端连接,形成保护室内的等电位接地 网.应在主控室、保护室、敷设二次电缆的沟道、开关场的就地端子箱及保护用 结合滤波器等处,使用截面不小于 100 mm2的裸铜排缆敷设与主接地网紧密 连接的等电位接地网.开关场至限制室的100mm2同电缆可以有效地降低发生接地故障时两点之间的 地电位差,预防地电流烧毁电缆屏蔽层,同时还可以降低变电站母线对与其平行 排列电缆的干扰限制电缆采用屏蔽电缆并在两端接
15、地,目的在抑制外界电磁干扰如图2.一图2电缆屏蔽两端接地抗干扰示意图二次电缆处在电厂或变电站的强电磁干扰环境,干扰源为外部带电导线,带电导 线所产生的磁通包围着电缆芯线及屏蔽层,并在上面产生感应电动势.如将屏蔽 层两端接地,在屏蔽层中,将流过屏蔽电流,这个屏蔽电流产生的磁通,包围着 电缆芯和屏蔽层,将抵消一局部外部带电导线产生的磁通,从而起到了抗干扰作 用.止匕外,屏蔽层的材质与抗干扰效果有一定关系,电阻率高,电阻小,效果越 好.关于电压互感器和电流互感器一、电压互感器目前电力系统中普遍采用电容式电压互感器, 电容式电压互感器最显著的特点 是“瞬变响应.所谓“瞬变响应是指当电力系统发生短路时,
16、如在线路出口处 短路,有两种情况,一是在电压波的峰值处短路,第二种情况是在电压波过零时 短路.相当于电压互感器一次电压从额定忽然降至零,二次电压随即出现衰减. 二次电压的衰减都会有一个延时.这个延时的长短,对继电保护有着较大的影响. 有许多保护反响的是电流的增大同时伴随着电压降低,如果二次电压衰减比拟慢, 势必影响保护的动作时间.因此,IEC标准规定,电容式电压互感器一次侧发生对 地短路时单相,在20m汕,二次暂态电压峰值应衰减至额定峰值的10犯下.二、电流互感器目前在电网中继电保护用的电流互感器主要有两种.一种是“P类的电流互感器,如5P20 30、40,这种电流互感器主要用于 220kV以
17、下的电网中.还有一 种是“TP类,主要是TPY型的电流互感器,主要用在 500kV及以上的电网中, 具有抗暂态饱和的功能.I.P类电流互感器1 .饱和的原因5P系列的电流互感器在电力系统发生短路时,特别是当短路电流较大时,极 易饱和.主要原因除与电流互感器的二次负载阻抗有关外,还与这种电流互感器 本身的特点有关.二次负载阻抗的影响电流互感器是一个电流源,但也不是理想的恒流源.二次负载过大,将导致励 磁电流增加,一、二次电流不成比例,使二次电流误差增大.图1图1电流互感器等值电路当系统发生短路时,由于二次负载阻抗较大,使铁心提前饱和,影响保护的正 确动作.解决的方法是减小电流互感器的二次负载阻抗
18、.其要求的标准就是核对 10%K差.核对的方法有几种：10%K差曲线、伏安特性、计算二次等效极限电动 势参考?电压互感器和电流互感器选择及计算导那么?DL/T866-2004等.剩磁的影响在电磁式保护的时代,二次负载阻抗主要是电感性质,继电保护装置中的电 感线圈所占的比例很大,二次电流以电感分量为主,同时与电流互感器的励磁电 流相位根本相同,一次电流也与励磁电流同相,当一次系统的短路电流被切除时, 一次电流在过零点消失,因此时励磁电流也位于过零点,铁心中的磁通处于最小 状态,短路电流消失后,磁通逐渐继续衰减到一个自由状态,剩磁比拟小.微机保护的采用,改变了电流互感器二次负载阻抗的性质.因微机保
19、护本身 的阻抗很小一般按0.2 Q计算,电流互感器的二次负载主要是电缆的电阻,整 个负载根本上是纯电阻负载,二次电流以电阻分量为主,一次电流与励磁电流不 同相.当一次系统的短路电流被切除时,一次电流在过零点消失,而励磁电流此 时可能处于最大,铁心中的磁通也处于最大.一次电流消失后,励磁电流从最大 点逐渐衰减到零,铁心中的磁通也从最大逐渐衰减到一个自由状态.剩磁可能比 较大.剩磁一旦产生,在正常的工况下不易消除.当被保护设备再次运行时,正 常的交流磁通就会叠加在这个剩磁上,由于正常运行时电流较小,磁通的变化范 围不大,在剩磁周围的小磁滞回线上工作,并不影响正常运行时电流的正确传变 图2.Hi磁通
20、下降转电、叮主磁滞回线和小磁滞回线ibj -次电流无偏移行列磁图2电流互感器有剩磁正确传变负荷电流示意图当一次系统发生故障时,磁通变化的起始点就在剩磁周围的小磁滞回线上, 假设磁通向着靠近饱和的方向变化,那么互感器在几毫秒内就会迅速饱和.短路电流中的非周期分量对铁心的饱和影响很大,非周期分量中含有大量的 直流分量,直流分量不会转变到二次,但能够改变铁心的工况,会使铁心高度饱 和,使短路电流全偏移图3.非周期分量在短路过程中,是随时间衰减的,这个衰减的过程长短,与一次系统的时间常数有关,220kV及以下系统一次时间常 数较小,500kVS以上系统由于发电机、变压器容量较大,电压等级较高,一次时
21、问常数较大,非周期分量衰减过程较长,即“暂态饱和时间长,铁心的饱和时 间长,影响保护的动作时间.目前我国220kV以下系统,大多采用根据?电流互感器?GB1208-1997标 准生产的“ P类电流互感器5P、10P.这种互感器对剩磁无限制.短路电流切 除后,剩磁可能很大,这就是“ P电流互感器白特点.由于220kV及以下系统一 次时间常数较小,非周期分量存在的时间较短,使保护最终切除的时间不会影响 系统的稳定,因此,还可以接受.但是在 500kV及以上系统中,因一次时间常数较 大,非周期分量存在时间长,使用“ P类电流互感器,将会使保护最终切除故障 的时间长,造成系统稳定破坏,所以,不能使用这
22、种电流互感器.2 .解决 P类电流互感器饱和的方法：1 .尽量减小电流互感器二次负载电阻.如必要时增加电缆截面积.2 .选用“PR类电流互感器.该类互感器对剩磁规定了限制标准,即不超过 10%勺饱和磁通.目前,有些厂家的保护装置对电流互感器的饱和采取了许多方法,其中之一就是在饱和之前,就已判断出故障的类型和故障是否在区内.如南瑞继电保护公司 的RCS-915以及深圳南瑞的BP-2B等.在短路开始的5mS内就能够判断出故障 的类型和性质.饱和总是有一个过程的,在 CT尚未饱和前就将故障的性质、类型 固定.此刻,电流互感器再饱和,也不能影响保护动作.II“tpy电流互感器用于500kV系统的继电保
23、护中,该类型的电流互感器具铁芯中带有小气隙. 抗 暂态饱和水平强,对铁芯剩磁的要求是小于10% TPY电流互感器在目前华北500kV电力系统中运用非常普遍.主要用于线路、变压器的主保护.但是,“TPY电流互感器在严重短路后,剩磁的衰减比拟慢,延时较长,对某些保护不适用. 如：失灵保护的电流判别元件.因剩磁衰减慢,导致电流元件返回就必然要慢, 为预防误起动失灵保护,保护中的电流判别元件就不能用“TPY型的电流互感器, 仍采用“P类电流互感器.这一点,设计时就需考虑.以上所讲的电压互感器和电流互感器的特点,都是对继电保护产生不利影响 的方面,要使我们的继电保护装置能够平安可靠的运行,就必须了解这些.如： 高压输电线路的后备距离保护,是利用电流增大和电压降低的特点来判断故障, 但由于故障开始时,电压不能很快衰减,那么保护不能很快动作,当电压衰减到保 护能够起动时,电流互感器又饱和了,最终可能导致保护不能正确动作.而目前 普遍采用的光纤差动保护,采用单一模拟量判断故障,情况就好多了,加之保护 中快速判别故障性质的功能,就能可靠保证快速切除故障.