电力系统二次回路与继电保护V2.03

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变电站综合自动化系统二次回路及继电保护

变电站综合自动化系统

二次回路及继电保护

整理：臧武平 版本：V 2.03

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2012年03月

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变电站综合自动化系统二次回路及继电保护（目录）

目 录

目 录 ................................................................. 1 一、电力系统概述 ............................................................. 1 二、变电站一、二次设备的划分 ................................................. 2 三、变电站综合自动化系统概述 ................................................. 3 四、变电站二次设备与二次回路 ................................................. 5

1、回路标号 .......................................................... 5 2、CT回路 ........................................................... 5 3、PT回路 ........................................................... 5 4、闭锁回路 .......................................................... 5 5、操作回路 .......................................................... 5 6、HHJ和TBJ在操作回路中的作用 ...................................... 5 7、备自投装置 ........................................................ 5 8、测控系统中的同期装置 .............................................. 5

五、变电站继电保护 ........................................................... 6

（一）继电保护原理 ....................................................... 6

1．线路的电流电压保护 ................................................ 6 2．线路的距离保护 .................................................... 9 3．线路的纵联差动保护 ............................................... 14 4．线路的自动重合闸 ................................................. 16 5．主变差动保护 ..................................................... 18 6．线路的纵联距离保护 ............................................... 21 7．母差及失灵保护（RCS-915AB-HB） ................................... 25 （二）继电保护配置 ...................................................... 27

1．220kV线路保护 ................................................... 27 2．220kV母差及失灵保护 ............................................. 27 3．220kV主变保护 ................................................... 27 4．110kV线路保护 ................................................... 27 5．10kV线路保护 .................................................... 27 6．10kV电容器保护 .................................................. 27 （三）继电保护作业指导步骤 .............................................. 28 事故快讯.................................................................... 28 参考资料.................................................................... 29

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一、电力系统概述

从发电厂发电机端发电经升压站接入到电力系统，电力系统输电线路根据调度的操作将电能输送到枢纽站和终端站，由枢纽站和终端站分级完成线路电压的降压工作，再送入用户设备。枢纽站和终端站一般是降压变电站。我们简称降压变电站为变电站。由发电厂（风电、核电、水电、火电）、输变电（输电线路和各个等级的变电站）和各种用户设备（电动机、空调、日光灯）所有设备构成的统一系统，称为广义上的电力系统。狭义的电力系统是指各个电压等级的输电线路和变电站（配电房）。

在电力系统中，变电站是连接和保护各条送电线路并且对线路电压进行升降的枢纽，它起到升降电压等级、汇集配送电能和保护电力系统设备的重要作用。它的主要设备有变压器、母线、开关刀闸等。按照电压等级称为变电站、配电房。

甲线乙线图1：电力系统示意图

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二、变电站一、二次设备的划分

一次设备是指直接生产、输送和分配电能的电气设备，如变压器、母线、电力电缆、开关、刀闸、避雷器、电流互感器、电压互感器等。由这些设备连接在一起构成的电路，称为一次接线或主接线。一次设备的主接线方式有很多种，在此不作详细阐述。接线方式有根据运行方式灵活性和供电可靠性要求的不同，可选用不同的主接线方式。在茂名地区的电网中，220kV变电站常采用双母线（或双母带旁路）的主接线方式，110kV变电站常采用单母分段和单母带旁路接线方式，10kV一般采用单母分段接线方式。

二次设备是指对一次设备的工作状况进行监视、测量、控制、保护、调节所必需的电气设备，如监控装置、继电保护装置、自动装置、信号指示等，通常还包括电流互感器、电压互感器的二次绕组引出线和站用交、直流电源等。由二次设备按照一定的规律连接在一起构成的电路成为二次回路。在第四章，将会对变电站的二次回路作详细讲解。 图2：变电站双母线带旁路主接线

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三、变电站综合自动化系统概述

变电站系统是一个非常复杂的系统，它是一个统一而又分工明确的整体。一般来说，整个变电站的设备可以分为3层，即变电站层、间隔层和设备层。设备层主要是变电站的一次设备；间隔层一般按开关间隔划分，具有控制、测量和保护装置，它通过以太网或串行总线与变电站层连接；变电站层包括监控服务器和远动服务器。除了设备层外，其他的间隔层和变电站层统称为二次设备。

在微电子技术、计算机技术和通信技术发展支持下，变电站综合自动化技术也迅速发展。变电站综合自动化是将变电站的二次设备（包括测控系统、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置）经过功能组合和优化设计，利用先进的计算机技术、电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要电气设备和输电线路的自动控制、自动监视、测量和保护，以及实现与运行和调度通信相关的综合性自动化功能。

从国内外变电站综合自动化系统发展过程来看，变电站综合自动化系统的结构有集中式结构、分层式集中组屏结构、分布分散式与集中相结合的结构和全分散式的结构。

目前本地区的变电站综合自动化系统大量的采用了分布分散式与集中相结合的结构，即对于10kV或35kV电压等级的室内设备，将这些一体化的保护测控装置分散安装在各个开关柜中，而对于110kV及以上等级的户外设备的保护装置和测控装置，仍集中组屏安装在主控楼继保室内。

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2．线路的距离保护

通常所说的距离保护是指反映故障点至保护安装地点之间的距离（或阻抗），并根据阻抗值的大小和方向而确定动作时间的一种保护。该保护的主要元件为阻抗继电器，它可根据其端子所加的电压和电流计算出保护安装处至短路点之间的阻抗值，此阻抗值也称为测量阻抗。它的主要特点是：短路点距离保护安装点越近，其测量阻抗越小，反映故障越严重；相反，短路点距离保护安装处越远，其测量阻抗越小，动作时间越长。

试验时以小于0.95倍定值为可靠动作值，1.05倍定值为可靠不动作值。

由于距离继电器测得的电压为感受电压，只有在特定情况下才能测得短路阻抗，为此应采取措施来保证测量的正确性。

对于反映相间故障的相间距离继电器，可以采用两相电压差和两相电流和来进行阻抗测量。这种继电器的特点是可以消除故障点残留电压对单相阻抗测量带来的影响。通过两相电压电流差之比，可以正确测得从保护安装处到故障点的位置。相间距离继电器的距离计算公式为：

对于反映接地故障的接地距离继电器，采用相电压和相电流的比值来进行阻抗测量，但是由于三相架空线路存在互感，所测得的实际电压不但包含相电流在本相的压降，还包括另外两相通过相间和对地互感产生的压降，在出现零序电流的时候互相无法抵消，因而需要对零序电流进行一个补偿。通过推导可知零序补偿系数的计算公式为：；在K为已知的条件下，可以通过以下公式计算从包K?（X0-X1/3X1）护安装处到故障点的短路阻抗：

ZK?UA（/IA?3KI0）从上面的两种测量方法可以看出，接地距离和相间距离一样，试

验所指的动作灵敏角应为正序灵敏角。

由于距离继电器需要同时接入电压和电流，当电压接线错误或者断线的情况下，距离继电器可能误动或拒动；微机保护在发生TV 断线的情况下，距离保护被闭锁，此时为了保证能自动切除故障，自动投入TV断线过流保护。

在南瑞RCS-902、RCS-943等保护装置中，距离保护设置三段相间、接地距离保护和两个作为远后备的四边形相间、接地距离保护。阻抗继电器用正序电压极化，因此任何地方 发生不对称故障时正序

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。。。。ZK?（UA-UB）（/IA-IB）

。。。。。。。。。茂名市粤能电力股份有限公司

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电压不可能为零，所以正方向出口不对称短路没有死区，反方向出口不对称短路不会误动。

但是在出口三相金属性短路时正序电压仍然为零，所以正方向出口三相短路仍然有死区，反方向出口三相短路还可能误动。

为解决正方向出口三相短路的死区，消除反方向出口短路的误动，Ⅰ、Ⅱ段距离保护还设置了低压距离程序。当正序电压下降至10%UN以下时，进入三相低压程序，由正序电压的记忆量作为极化电压，在继电器动作前，设置正的门槛，保证保护不失去方向性，当继电器动作后，改为反门槛，直到故障切除。由于正序电压的记忆量不为零，所以正方向出口三相短路没有死区。

因此，在距离保护试验中，应单独试验三相出口短路的情况。为了模拟实际运行的情况，先输入一个正常电压后，再加入一个相电压满足低于10%UN，来验证保护出口处三相短路时，继电器动作的正确性。

以下为相位比较法推导发生各种故障状态时的继电器特性，这部分内容仅对感兴趣的同事参考，一般试验不要求掌握分析。

（1）低压距离继电器的暂态特性和稳态特性。

工作电压：UOP?。。。。。?U?-I?*Z ZD

。。。。。。极化电压：UP??-U1?M

其中：U?为实测母线电压，ZZD为整定值，I?为实测电流值。 正反向故障时，故障系统如图11：

图11：正方向故障系统图

（ZS?ZK）*I?，因此 当记忆电压消失前，U1?M?EM??。。。。。

（ZK-Z ZD）*I?工作电压：UOP??。。。。。。。。；

-ZS?ZK）*I? 极化电压：UP??（继电器的比相方程为：-90o?Arg?90o （-ZS?ZK）。。。ZK-Z ZD。。它的动作特性是一个往第三象限偏移ZS的圆，如图13（a）：

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图12：反方向故障时系统图

反方向故障时，故障系统图如图12：

-ZS?ZK）*I?，因此 当记忆电压消失前，U1?M?EN??（。。。,。。

-ZK?Z ZD）*I?； 工作电压：UOP??（。。。。-ZS?ZK）*I? 极化电压：UP??（。。。。继电器的比相方程为：-90o?Arg（-ZK?Z ZD）?90o ,。。ZS?ZK。。它的动作特性是第一象限的一个圆，如图13（b）：

----Φ+Φ 图13（a）正方向暂态特性 图13（b）反方向暂态特性

以上的结论是在记忆电压消失以前，即继电器的暂态特性，当记忆电压消失以后，继电器进入稳态特性：

正方向故障时：

（ZK-Z ZD）*I?工作电压：UOP??。。。。；

极化电压：UP??-ZK*I?

。。。共27页 第11页

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继电器的比相方程为：-90o?Arg反方向故障时：

ZK-Z ZD-ZK。。。?90o

（-ZK-Z ZD）*I?； 工作电压：UOP??。。。。（-I?）极化电压：UP??-ZK*

。。。继电器的比相方程为：-90o?ArgZK-Z ZD-ZK。。。?90o

通过以上分析可以发现，稳态时，正反方向的继电器动作圆相同。

由于动作特性经过原点，因此母线和出口故障时，继电器处于动作边界。它的动作特性是经过原点的一个圆，如图14（a）：

ΦΦ图14（a）稳态特性圆 图14（b）带偏移角的特性圆

（2）接地距离继电器的动作特性

当发生单相接地故障时，正序电压主要由非故障相形成，基本保留了故障前的正序电压相位，因此接地距离继电器的特性与低压时的暂态完全特性一致。

工作电压：UOP??U?（-I??3KI0）*ZZD

j?1极化电压：UP??（-ZS?ZK）（I??3KI0）*e

。。。。。。。。。。

由于正故障方向时：U??（I??3KI0）*ZK 因而相位比较方程为：

-90o?ArgZK-Z ZD（-ZS?ZK）*e。。j?1。。。。。。?90o

为了减少故障点过渡电阻的影响，接地距离Ⅰ、Ⅱ段的极化电压

增加一个偏移?1，这个角度称为接地距离偏移角。保护装置设定偏移角之后，对应的灵敏角和动作特性圆将发生偏移。

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由图14（b）可见，该继电器测得很大的故障过渡电阻，但在对侧电源助增的情况下可能超越，因而引入零序电抗器以防止超越，下面分析零序电抗继电器动作特性：

工作电压：UOP??U?（-I??3KI0）*ZZD 极化电压：UP??-I0ZD

其中：U?为实测母线电压，ZZD为整定值，I?为实测电流值。 相位比较方程为：

-90?Argo。。。。。。。。。。。U?（-I??3KI0）*ZZD-I0*ZD。。。。。。?90，其中ZD为模拟阻抗。

o。由于正方向故障时： U??（I??3KI0）*ZK

因而可以得出：

90o?ArgZD?Arg。。。。。I0。。。?Arg（ZK-ZZD）?270o?ArgZD?Arg。。。I0。。。I??3KI0I??3KI0上式即为典型的零序阻抗特性。

（3）相间距离继电器的动作特性

相间距离继电器的计划电压采用正序电压，不带记忆。因而相间故障其正序电压基本保留了故障前的电压相位，故障特性也如低压距离继电器的暂态特性。

工作电压：UOP???U??-I??*ZZD

极化电压：UP???-ZK*I?*ej?2 相间距离Ⅰ、Ⅱ段和接地距离Ⅰ、Ⅱ段，其极化电压增加一个?2，称为相间距离偏移角。

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3．线路的纵联差动保护

前面讲的电流电压保护和距离保护都是单端电气量构成的保护，这种保护无法同时满足选择性、快速性要求，两端电气量构成综联保护是同时获取线路两端的电流或阻抗值，通过一定的逻辑构成的保护，它常被用作重要线路的主保护，它的能第一时间判断故障发生的位置，从而快速跳开，以确保电网系统的稳定运行。缺点是无法作为相邻线路的后备保护。

传输对侧电气量的通道最常用的有专用光纤通道、光纤复用通道和高频通道等。光纤通道抗干扰能力极强，具有独特优势，已被110kV及以上电压等级的输电线路广泛应用。

图15：输电线路的几种运行状态

差动保护的联调：

系统正常运行时候，差流I1?I2?0；

对侧开关跳位，线路发生故障时，本侧保护启动发信，对侧收到允许信号向通过“位置发信”功能向对侧发允许信号，仅本侧开关跳开，切除故障线路。

两侧开关合位，本侧加故障电流，对侧加启动电流，两侧保护均启动并向对侧发允许信号，当满足差动元件动作时，两边同时跳开开关。

两侧开关合位，本侧加故障，对侧电压正常且无启动电流时，保护被闭锁；当对侧电压满足辅助电压元件动作时，保护可动作跳两侧开关；当对侧远跳受本侧控制置0时，收到本侧远跳启动信号，可直接出口跳闸,置1时,远跳功能退出。

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区外故障时，I1?I2?0，双侧差动保护不动作。

投入TA断线闭锁差流功能时，闭锁差动保护。退出TA断线闭锁差流功能退出时，当差流大于“TA断线闭锁差流定值”，则差动保护仍会动作。

装置设分相差动和零序差动元件，分相差动元件实现单跳，零序。。差动元件实现三跳。

差流启动元件的计算

差动电流：I。。d?|I1?I2|； 制动电流：I。。r?|I1-I2|。 动作方程： Id?KIr

Id?IH其中，K为斜率，IH为差动电流高定值，在稳态Ⅱ段中设动电流低定值，满足低值时延时40ms动作）

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4．线路的自动重合闸

在系统中，有些故障是瞬时性的，比如雷击、树枝摇摆等。由它引起的保护动作，开关跳开时故障已消失，为了保证供电的可靠性，线路装设重合闸功能，当瞬时性的故障引起开关跳闸时，能自动重合。同时，当人工操作断开开关时，又能闭锁重合闸功能。在分相安装保护的220kV线路中，还可以根据运行要求选择单相重合闸、三相重合闸或综合重合闸。 (1)充电和放电条件

充电条件：

断路器在合位或TWJ继电器不动作；

重合闸功能压板（或重合闸投退把手投入）并且软压板投入； 重合闸未启动；

没有外部闭锁重合闸开入（比如：弹簧未储能闭锁、低气压闭锁、手跳闭锁、备自投闭锁、TJR闭锁等）；

同时满足以上所有条件，重合闸经充电延时时间充电，充电指示灯亮。

放电条件：

重合闸功能压板或软压板退出； 重合闸出口动作；

外部闭锁重合闸有开入（比如：手跳、三重方式下单跳或单重方式下三跳、手跳、加速跳或远跳）；

重合闸充电未满时启动重合闸信号开入； 满足以上任一条件，重合闸放电。 (2)重合闸动作

当保护动作时或在开关偷跳时，均可启动重合闸。重合闸启动后，若检测到三相均无流，且满足同期条件时，经重合闸延时，重合闸动作。在RCS-943中，重合闸启动时间可最高展宽10分钟。

距离和零序保护Ⅲ段动作时，由于动作时间较长，可设置定值闭锁重合闸，相当于存在一个永久故障，这时重合闸不动作。 (3)距离零序保护和手合开关的加速段

若开关重合于永久性故障，则重合于故障设备时，将再次导致保护启动，当距离和零序Ⅱ段、Ⅲ段启动元件启动时，可不经Ⅱ段、Ⅲ段的延时，而通过加速段的功能加速跳开，避免长时间重合于故障线路。

当手合开关时，若电流满足手合加速动作定值，手合加速动作。其它保护试验时，应确保TWJ继电器不动作，以避免手合加速干扰。

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(4)重合闸检同期功能

重合闸设检同期功能，当该功能投入时，只在特定的角度范围内方能重合。

(5)220kV线路中的跳闸后逻辑

保护动作后，保护装置将不断监视跳闸相的电流，但检测到无流后，启动单相重合闸；当有流时间超过预置时间(150ms)时，判为跳闸失败，启动三跳，延时150ms三跳失败，启动永跳，永跳闭锁重合闸。

沟通三跳：沟通三跳是跳闸命令。沟三接点常闭是发出沟通三跳命令的必要条件。当线路有流且装置收到任一跳闸信号且电沟通三跳控制字投入的同时满足以下任一条件时保护发沟通三跳命令跳本断路器三相：

a．当重合闸在未充好电状态且未充，将沟三接点闭合。 b．重合闸为三重方式时，将沟三接点闭合。

c．重合闸装置故障或直流电源消失，将沟三接点闭合。

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5．主变差动保护

母线母线#1 主变#2主变母线母线图16：某110kV变电站主变及关联设备的主接线结构图

(1)差动保护

差动速断：当主变差动电流数值大于差动速断定值时，保护不经任何闭锁和延时直接开放出口动作。这种情况是为了避免在发生严重故障时损伤变压器设备。

比率差动：当主变差动数值小于差动速断定值，且大于比率差动启动定值Icdqd时，进入比率差动程序。Id是差动电流，反映故障的严重程度；Ir是制动电流，是为了避免区外动作时，CT测量畸变造成的差流动作。电流越大，Ir越大，它起到反制的作用。比率差动的动作特性曲线如图17所示，阴影部分为动作区，阴影下方为不动作区。

比率差动动作方程如下：

Ir?IcdqdId-Icdqd?K1*（Ir-Ir1）Id-Icdqd-K1*（Ir2-Ir1）?K2*(Ir-Ir2)（Ir?Ir1）

（Ir1?Ir?Ir2）

（Ir?Ir2）谐波制动：当电流谐波值大于定值时，可根据闭锁差动保护。 TA断线闭锁差动：TA断线时，可根据定值的投退选择是否闭锁比率差动保护。

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12图17 比率差动保护特性曲线

a．额定电流计算

高压侧额定线电流： 低压侧额定线电流：

IA?SN/nTH*3UA。。。。。。

Ia?SN/nTL*3Ua。。。。。。IB?SN/nTH*3UB Ib?SN/nTL*3Ub IC?SN/nTH*3UCIc?SN/nTL*3Uc其中，SN为系统额定容量，nTH为高压侧CT变比，nTL为低压侧CT变比。

b．星角转换：

d11接线方式，这样高低压侧的电气量将由于变压器采用的是Yn，产生30°角差，不能直接用于差流计算。为此，可用数学方法，将低压侧的相量进行转换，这样就可以消除角差带来的计算问题。以三角形转换为星形的算法为例，转换后，可分别得出高低压侧两组电流，在低压侧的公式中，除以3是为了消除相量减法中对幅值的影响：

高压侧折算公式： 低压侧折算公式：

IA?IA?I0,。。。,。。。Ia?（Ia?Ic）/3,。。。,。。。（Ib?Ia）/3 IB?IB?I0 Ib?IC?IC?I0,。。。Ic?（Ic?Ib）/3,。。。差动保护的校验方法分为三相法和单相法，三相法可以对照以上

计算公式简单校验，但是在单相法中，因为低压侧的角星计算，将形成一个大小相等，方向相反，并且幅值较实加值除以3的差流，因

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而需在高压侧加两相大小相等，方向相反，并且大小为原实加数值除以根号3，以抵消角转星折算时带来的影响。

c．比率差动斜率校验计算

在试验仪上加入平衡电流（与额定电流成倍数关系），检查确认此时差动电流为0，然后改变其中一组数据直到比率差动保护动作。记录动作时的输入电流。将加入的平衡电流按比率变小或变大，用同样地方法获得另外一组动作电流。此时应确保两组电流的动作值在同一段动作曲线上。

计算两组电流的标幺值，并通过以下斜率计算公式计算斜率，与装置定值中设定的斜率如果一致，说明动作曲线正确。

通过公式：

Id?|I1?I2|Ir?（|I1|?|I2|）/2

分别计算出每组动作值的差动电流和制动电流标幺值。 再根据公式：K?Id1-Id2 计算出斜率。 Ir1-Ir2图18变压器高低压侧相位关系示意图

(2)变压器的后备保护

变压器后备保护有Ⅲ段复压过流方向保护和Ⅲ段零序过流方向保护，原理在第1节电流电压保护中已详加阐述，在此不再另外分析。

实际应用时，复压过流Ⅰ段方向保护出口动作跳本侧母联，Ⅱ段跳本侧，Ⅲ段全跳，具体情况应根据现场实际接线和功能要求来确定跳闸矩阵控制字。复压过流保护中，当本侧PT检修时，可由其它侧PT来开放保护，而本侧PT不会开放其它侧的保护。

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6．线路的纵联距离保护

线路的纵联保护，除了前面讲得纵联差动保护外，还有纵联距离、纵联方向保护，它们和前面的纵联差动保护一样，采用了本线路两端的故障量，来综合判断故障情况，它能无时限切除线路全长范围内故障，其缺点是无法作为相邻线路的后备保护。

茂名地区的110kV线路上一般配置一套纵联差动作为主保护，并配置距离保护、零序保护等后备保护，以充分发挥两者的优点。

对于220kV等级线路，采用高频通道作为通道的线路按双重化配置两套主保护和两套后备保护，其中一套主保护为闭锁式纵联方向保护，另外一套为闭锁式纵联距离保护，两套保护都以线路的某一相作为通道，配以阻波器和结合滤波器设备，并用同轴电缆接至收发信机，用以传输信号，这种方式因为在线路发生故障时可能遭到破坏，可靠性能远不如光纤通道，现已逐步淘汰。采用光纤通道作为通道的线路按双重化配置两套主保护和两套后备保护，其中一套主保护为采用光纤专用通道的纵联差动保护，另外一套为采用光纤复用通道的允许式纵联距离保护

220kV线路保护应遵循相互独立的原则按双重化配置，并独立组屏。每套保护装置均应配置完整的主后备保护。

每套保护除了全线速动的纵联主保护外，还应具备三段式相间和接地距离及零序方向电流保护作为后备保护。

每套保护应有选相功能，实现分相跳闸和三相跳闸。

对全线内发生的各种类型故障，线路保护应能可靠有选择性的切除故障。故障类型包括接地电阻不小于100?的单相接地和两相接地、相间短路、三相短路故障、非全相运行。 220kV线路保护应配置断路器失灵启动回路。 220kV线路应配置断路器三相不一致保护。

对长度不超过20KM的超短线路，应至少配置一套分相电流差动保护

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作为主保护。

同杆并架双回线路应采用可分相传送跳闸命令的全线速动保护，应至少配置一套分相电流差动保护作为主保护。

220kV线路保护在断路器与电流互感器之间的故障应可靠动作。

(1) 纵联距离保护的弱馈启动

(2)纵联距离保护的功率导向问题

MNES1Ⅰ2FER3Ⅱ4图19

图2-5 功率倒向示意图共27页 第22页

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(2) 纵联距离保护的跨线故障选项问题

如图所，当发生N端I回线B相与II回线C相接地短路的跨线故障时。流过M端I回的B、C相的故障电流与发生N端I回线BC两相接地短路的电流是完全相同的，M端的母线电压也是完全相同的。因此M端I回线中的反应一端电气量变化的选相元件无法区别是本线路末端的B、C两相接地短路还是线路末端的B、C跨线接地短路。 ①采用不分相的跳闸命令

在发生这种跨线故障时，两条线路都将三跳且不再重合。 ②采用分相式跳闸命令

在发生这种跨线故障时，I回线的M端的纵联距离保护由于

B、C相的接地阻抗继电器和BC相间阻抗继电器判为正方向短路，所以在B相和C相上发允许信号。而I回线的N端只有B相阻抗继电器判为正方向短路，所以只在B相上发允许信号。每侧根据收到的对端允许信号，通过分相比较逻辑选定B相是故障相，两端都跳B相。

③分相电流差动保护从原理上讲有天然的选相功能，发生此类故障时不会误动。 图20

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变电站综合自动化系统二次回路及继电保护

7．母差及失灵保护（RCS-915AB-HB）

(1)母线差动保护

a．稳态比例差动特性

为了防止母联开关断开的情况下，弱电源侧母线发生区内故障时，大差比率差动灵敏度不够，分列运行时，大差比率制动系数自动转为低值，小差比率制动系数则固定取高值；双母线并列运行、投单母或刀闸双跨时，大差比率制动系数为高值。

稳态比例差动（大差）的动作方程为：

Id?IcdqdId?KH*Ir其中，

Id?|I1?I2????In|Ir?|I1|?|I2|????|In|

稳态比率差动（小差）的动作方程只要将KH值为KL)

图21： 比率差动保护特性曲线图

b．工频变化量比例差动（快速差动保护） ？？？？？？

c．故障母线的选择

由大差比率差动元件作为区内故障判别元件，由小差比率差动元件作为故障母线选择元件。

当大差抗饱和元件动作，任一小差动作时，跳母联。

当大差抗饱和元件动作，任一小差抗饱和元件动作，跳相应母线。

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母差设后备保护，当大差抗饱和元件动作，此时若小差不动作，则无母线跳闸，延时250ms后切除母线上所有元件。 差动保护连续动作500ms后，将退出所有抗饱和措施 d．抗饱和措施：谐波制动、自适应阻抗加权法

e．电压闭锁元件：正序电压、负序电压、零序电压开放 (2)死区保护

母差保护动作跳一母，此时若母联电流大于有流定值且母联开关有TWJ位置，经死区延时跳开另外一条母线上所有开关。

为防止母联开关在分位时发生死区故障，误切除两条母线，当两母线都有压且母联开关在跳位时，延时400ms母联电流退出小差。 (3)母联充电保护母联过流保护

母联充电保护：母联开关有TWJ位置，任一母线无压，且母联无流变有流时，开放充电保护300ms，若在此期间，母联电流大于充电电流则开放跳母联。若在母联无流变有流且TWJ位置由1变为0时，可根据控制字决定是否闭锁母差300ms。

母联过流保护：母联电流大于母联过流整定值时，不经电压闭锁，可经过流延时直接跳母联。可作为线路的临时保护。 (4)断路器非全相保护

断路器非全相运行时，可由非全相保护经不一致延时跳开开关，并可采用负序和零序电流作为动作的辅助判据。在南网的反措中这样规定，非全相保护不启动失灵，因非全相引起的零序保护误动比失灵保护跳整条母线的事故小得多。 (5)失灵保护 母联失灵：

但外部发出母联跳闸命令后，经失灵延时，母联电流仍然大于失灵电流时，母联失灵保护经电压元件闭锁后跳开两条母线。

通常情况下，只有母差保护和充电保护才启动失灵，过流保护和外部启动母联失灵开入，可经控制字投退选择是否启动母联失灵。 支路失灵：

当线路保护发跳闸命令后，若线路电流仍然大于失灵定值，且母线电压闭锁元件开放，允许方式判别之后，第一时限跟跳本线，第二时限跳母联，第三时限跳该母线。 失灵判据有两种方式，一种是经线路断路器保护装置自带失灵电流判据，一种是经母差失灵保护带的负序和零序电流判据。

电压闭锁开放元件有两种方式，一种是有母线电压开放失灵，一种是定值投不经电压闭锁时，外部有解除失灵闭锁开入。例如，主变其他侧故障引起的高压侧开关失灵，电压闭锁元件的灵敏度可能不够，因此可以通过控制字，选择不经电压闭锁。

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（二）继电保护配置

1．220kV线路保护

第一套

主保护装置：纵联差动保护（远跳）、后备保护（距离保护、零序过流方向保护、加速段、TV断线过流）、重合闸 断路器保护：充电保护、不一致保护 第二套

主保护：纵联距离保护（远跳）或纵联方向保护、后备保护（距离保护、零序过流方向保护、加速段、TV断线过流）、重合闸 断路器保护（母联保护）：充电（过流）保护、非全相保护 2．220kV母差及失灵保护

大差保护、小差保护、死区保护、失灵保护、充电保护 3．220kV主变保护

差动保护（差动速断、比率差动）

复压闭锁方向过流保护、零序方向保护 主变非电量保护：

瓦斯保护：本体重瓦斯、有载重瓦斯、本体轻瓦斯报警 油温保护：油面温度高报警、绕组高温报警、绕组温高跳闸 其他保护：压力释放跳闸\\报警，冷却器全停跳闸开入 4．110kV线路保护

差动保护、后备保护（距离保护、零序过流方向保护、TV断线过流、加速）、重合闸 5．10kV线路保护

复压闭锁方向过流、重合闸后加速、过负荷 6．10kV电容器保护

过流Ⅲ段、自投切、过压欠压保护

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（三）继电保护作业指导步骤

1．操作回路绝缘试验

2．检查电源寄生情况，装置通电及开关操作

开关操作前，对防跳功能重复的操作回路，需要取消防跳的，原则上保留开关防跳功能。 3．开入量和功能压板检查 4．零飘校验和精度校验

0.2Ie，0.5Ie，0.8Ie；0.2Ue，0.5Ue，0.8Ue；误差应在2%的范围内，否则应联系厂家更换采样插件。

5．保护试验并检查信号：对压板和定值进行逐一功能校验

应分别测试0.95倍和1.05倍定值时的动作情况，确保可靠动作和可靠不动作。若要对时间定值进行校验时，应取整定值的1.2倍作为故障值，确保动作时间的精度。保护试验时，应对每个压板和定值、控制字进行校验，确保标示、出口矩阵的正确性。 6．整组传动并检查录波波形

整组传动时应分别校验每组出口的正确性。 事故快讯

近年来茂名地区发生过的事故中与继电保护和二次工作有关的:

1．220kV曙光站：2010年10月，省重点工程220kV曙光站输变电工程投运过程中，220kV PT并列装置因反送电烧毁；

2．110kV旺沙站：因设计错误，两条线路用于手跳位置闭锁备自投的两根线芯并接至手跳操作回路，在施工过程中电缆芯触碰导致两条110kV线路跳闸，并造成多个35kV变电站失压的恶性事故；

3．220kV天泰站：突发雷电击中站外110kV线路，由于端子箱电流回路受到箱门的长期磨损，而产生差流，引发区外故障误跳站内110kV母差的恶性事故；

4．500kV茂名站：220kV母联CT更换工程中，施工员在恢复CT二次接线时，将极性反接，在送电过程中致零序保护动作。

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参考资料

1．继电保护原理（大学教程）

2．变电站综合自动化系统二次回路运行及维护，王国光 3．继电保护原理与应用，江苏电力出版社 4．继电保护反措2007版 5．继电保护作业指导书

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/u9gp.html