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1、大唐新能源甘肃公司安生部 薛文丽二0一五年八月二十四日,风电场继电保护基础知识培训,目 录,一、电力系统的组成二、电力系统运行状态三、继电保护的基本任务四、继电保护的基本要求五、继电保护系统的构成六、微机保护硬件系统的组成七、风电场常用保护的种类八、风电场常用保护的基本原理九、保护压板投退原则及注意事项十、继电保护及自动装置运行注意事项十一、简单事故录波分析及事故报告编写,电力系统是一次设备和二次设备共同组成的一个实时动态平衡系统。 其中一次设备包括：发电机、变压器、断路器、隔离开关、接触器、母线、电力电缆线路、电抗器、高压熔断器、电流互感器、电压互感器等。 一次设备是电力系统的躯干，电能的生
2、产、传输和消费是靠一次系统来完成的；,一、电力系统的组成,二次设备包括：继电保护装置、安全自动控制装置、测量仪表、通信系统及控制、信号元件、控制电缆等 。是指对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的低压电气设备。 二次设备是电力系统的大脑和中枢神经系统，没有二次设备电力系统无法工作。,正常运行，指电压、电流、频率（转速）在规定的范围内，各个一次电气设备能够正常工作而不损坏的运行状态 不正常运行，指电力系统中电气设备的正常工作遭到破坏但未出现故障的状态，比如像过负荷。 故障，通常指各种类型的短路和断线，包括各相导体之间或者导体对地的不正常连接
3、、三相或者某相开断。归结为：单相接地、两相接地短路、两相短路（不接地）、三相短路。,二、电力系统运行状态,三、继电保护的基本任务,当电力系统出现故障时，给控制主设备（如输电线路、发电机、变压器等）的断路器发出跳闸信号，将发生故障的主设备从系统中切除，保证无故障部分继续运行。当电力系统出现不正常工作状态时继电保护发出信号，由运行人员根据信号对状态进行处理或由装置自动的进行调整，防止不正常工作状态发展成故障而造成事故。,四、继电保护的基本要求,选择性：是指在对系统影响可能最小的处所，实现断路器的控制操作，以终止故障或系统事故的发展快速性：是指继电保护应以允许的可能最快速度动作于断路器跳闸，以断开故
4、障或中止异常状态发展灵敏性：是指继电保护对设计规定要求动作的故障及异常状态能够可靠动作的能力。可靠性：是继电保护的可信赖性和安全性。要求保护装置在应该动作时可靠动作；在不应该动作时不应误动，即不应该拒动也不应该误动。,五、继电保护系统的构成,继电保护的根本任务是检测并发现故障，然后通过断路器切除故障设备。因此，一个完整的继电保护系统包括： 1、传感器：包括电压互感器、电流互感器、其它传感器（比如瓦斯气体传感器）等。 2、继电保护装置：有通道的继电保护甚至需要在两端（比如输电线路保护）安装，还需要专用的继电保护通信通道。 3、断路器：用于切除故障设备，达到保护目的。,六、微机保护硬件系统的组成,
5、微机保护硬件系统包含四个部分1、数据采集单元：即模拟量输入系统。（将采集的电流、电压量变换为计算机识别的数字量）2、数据处理单元：即微机的主系统。（通过对数字量的计算对比以逻辑条件给出动作行为）3、输入/输出接口：即开关量的输入/输出。（包括外部信号的输入和执行内部逻辑动作行为的输出）4、通讯接口：与其他设备的通讯。,七、风电场常用保护的种类,按照被保护设备的不同可以分为：变压器保护母线保护输电线路保护电动机保护电容器保护,1、变压器的继电保护,变压器的故障可分为油箱内和油箱外两种。油箱内的故障主要有：绕组的相间短路、匝间短路、接地短路；油箱外的故障主要有：绝缘套管和引出线上发生的相间短路与接
6、地短路。变压器的不正常工作状态主要有：由于外部短路引起的过电流、过负荷，油箱漏油造成的油面降低，变压器中性点电压升高，由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁等。,变压器的保护方式有：（1）纵联差动保护或电流速断：反映变压器绕组、引出线及套管的故障。（2）瓦斯保护：反映变压器油箱内部故障。（3）后备保护：包括复合电压启动的过电流保护。低电压启动的过电流保护、负序电流保护、阻抗保护、零序保护。（4）过负荷保护。（5）过激磁保护。,2、输电线路的继电保护,输电线路故障主要有：短路、接地、断线。输电线路不正常工作状态主要有：线路的过负荷。输电线路的保护方式有：（1）电流保护：包括三段式电流保护，方向电
7、流保护，接地保护。（2）距离保护：反映故障点到保护安装处距离远近来判断保护范围而动作。（3）全线速动保护：包括纵联差动保护。光纤纵联差动保护、高频纵联差动保护。,3、母线保护,母线是电能集中和分配的重要设备。虽然母线结构简单，发生故障的几率相对小，但母线故障会造成大面积停电。母线故障的原因有：母线绝缘子和断路器套管的闪络，连接于母线上的电压、电流互感器故障，母线隔离开关和断路器的支持绝缘子损坏，运行人员误操作等。母线保护的方式有两种：（1）利用供电元件的保护兼作母线故障的保护。（2）采用专用的母线保护。专用的母线保护多采用差动保护,八、风电场常用保护的基本原理,风电场常用保护有： 过电流保护
8、距离保护 差动保护 接地保护 过负荷保护 非电量保护,1、过电流保护的基本原理,正常运行时，设备中流过的是负荷电流，当短路故障发生后，设备中流过的电流会增大，保护安装点（一般在变电站母线处）所测量的电流会增大，根据此特点构成的继电保护称为电流保护。电流保护是一种过量保护，越靠近母线，短路电流越大。线路相间短路故障的特点：电流增大，电压降低。,2、距离保护的基本原理,输电线路发生短路故障后，电流会增大，电压会降低， 根据测量到的电压和电流可以计算出故障点到测量点之间的线路阻抗，这个阻抗值比线路正常运行时小，据此，可以构成阻抗继电器。因为线路阻抗和线路距离成正比，所以阻抗保护又称为距离保护。,3、
9、差动保护的基本原理,正常运行的设备，同一时刻流进电流和流出电流相等，如果都以流进电流为参考方向，则电流之和为零； 当设备发生短路故障后，流进电流和流出电流不再相等，其和为短路电流。 据此，可以构成电流差动保护。,4、非电量保护的基本原理,非电量保护，顾名思义就是指由非电气量反映的故障动作或发信的保护，一般是指保护的判据不是电量（电流、电压、频率、阻抗等），而是非电量，包括瓦斯保护（通过油速整定）、温度保护（通过温度高低）、防爆保护（压力）、防火保护（通过火灾探头等）、超速保护（速度整定）等。,变压器的非电量保护主要有如下几种：,1）重瓦斯保护,（1）保护原理 变压器油箱内部发生故障时，油箱内的
10、油被分解、气化，产生大量气体，油箱内压力急剧升高，气体及油流迅速向油枕流动，超过重瓦斯的动作值时，瞬时动作切除变压器。重瓦斯保护是变压器内部故障的主保护，可瞬时切除故障变压器，其动作灵敏性取决于整定值，即流速。,（2）动作出口情况,由于重瓦斯保护反映的是油箱内部严重的短路故障，要求重瓦斯保护应瞬时动作于跳闸(跳开变压器各侧开关）。在某些异常情况下可退出跳闸而动作于信号。,2）轻瓦斯保护,（1）保护原理 内部轻微故障或故障初期，油箱内部油被分解气化，产生少量的气体积聚在瓦斯继电器的顶部，当气体体积达到整定的动作值时，保护动作发出信号，另外变压器加入新油后少量溶解于油中的气体受热逸出，或变压器由于
11、漏油造成油面下降，也会引起轻瓦斯动作。（2)设置原则 气体容积动作整定值一般为250300mL，其动作接点接入报警信号。,3）压力释放阀保护,（1）保护原理 在内部严重故障时，压力如不及时释放，将造成变压器油箱变形甚至爆裂，安装压力释放阀后，当油箱内部发生故障、压力升高到压力释放阀的开启压力时，压力释放阀在2ms内迅速开启，使变压器油箱内的压力很快降低，同时带动微动开关启动保护动作于跳闸；当压力降到关闭压力值时，压力释放阀又可靠关闭，使变压器油箱内保持正常压力，有效地防止外部空气、水分及其它杂质进入油箱，具有动作后无元件损坏、无须更换等优点，被广泛使用。,（2）设置原则及运行要求,压力释放阀的
12、开启压力设置应结合变压器的结构考虑，盲目地降低开启压力，容易造成压力释放阀保护误动。 压力释放阀的微动开关因受潮或振动短路，会引起跳闸，必须尽量避免非电量保护误动作引起的跳闸事故。 由于大多数变压器厂家规定压力释放阀接点作用于跳闸，曾多次因压力释放阀的二次回路绝缘降低引起跳闸停电事故。为此，电力变压器运行规程(DL/T 572 -95)规定“压力释放阀接点宜作用于信号”。但当压力释放阀动作而变压器不跳闸时，可能会引发变压器的缺油运行而导致故障扩大，为此，可采用双浮子的瓦斯继电器与之相配合来保护变压器，当压力释放阀动作导致油位过低时，瓦斯继电器的下部浮子下沉导通，发出跳闸信号,4）压力瞬变保护,
13、（1）保护原理 感应特定故障下油箱内部压力的瞬时升高。该保护以比压力释放阀更快的速度动作于主变的切除，但不释放内部压力。（2）设置原则 其动作接点应接入主变的跳闸信号，动作值应根据变压器厂家提供的值进行整定和校验。,5）温度控制器保护,由于变压器在运行状态下存在损耗，这些损耗转化为大量的热能，为保护变压器的安全运行，其冷却介质及绕组的温度要控制在规定的范围内，这就需要温度控制器来提供温度的测量、冷却控制等功能。 当温度超过允许范围时，提供报警或跳闸信号，确保设备的寿命。 温度控制器包括油面温度控制器和绕组温度控制器。,（1）设置原则及运行要求,大型的电力变压器应配备油面温度控制器及绕组温度控制
14、器，并有温度远传的功能，为能全面反映变压器的温度变化情况，一般还将油面温度控制器配置双重化，即在主变的两侧均设置油面温度控制器。 变压器温度高跳闸信号必须采用温度控制器的硬接点，不能使用远传到控制室的温度来启动跳闸。,6）冷却器全停保护,冷却器全停后，变压器的油温及绕组温度都将大幅度升高，给变压器安全稳定运行带来很大隐患，也严重损害其使用寿命，因此，大型变压器一般都装设冷却器全停保护，其动作可以发信号，也可以延时动作于跳闸，或与其它保护配合，动作于跳闸。,非电量保护的特殊性及注意事项,1）非电量保护的测量元件一般装设于室外，工作环境差，可能会由于测量元件的故障或环境异常（如震动、温度骤变）引起
15、保护误动作2）非电量保护的二次电缆较长，工作环境差，容易因受潮而降低绝缘电阻引起保护误动作3）非电量测量元件的特性不如电量测量元件稳定，可能出现动作值偏差较大的情况,九、保护压板投退原则及注意事项,1、 保护压板的分类按照压板接入保护装置二次回路位置的不同,可分为保护功能压板和出口压板两大类。保护功能压板实现了保护装置某些功能(如主保护、距离保护、零序保护等的投、退) 。 出口压板决定了保护动作的结果, 根据保护动作出口作用的对象不同, 可分为跳闸出口压板和启动压板。跳闸出口压板直接作用于本开关或联跳其他开关, 一般为强电压板。启动压板作为其他保护开入之用, 如失灵启动压板、闭锁备自投压板等.
16、,2、保护压板投、退一般原则 a)、当开关在合闸位置时, 投入保护压板前需用高内阻电压表测量两端电位, 特别是跳闸出口压板及与其他运行设备相关的压板, 当出口压板两端都有电位, 且压板下端为正电位、上端为负电位, 此时若将压板投入, 将造成开关跳闸。应检查保护装置上动作跳闸灯是否点亮, 且不能复归, 否则有可能保护跳闸出口接点已粘死。如出口压板两端均无电位, 则应检查相关开关是否已跳开或控制电源消失。只有出口压板两端无异极性电压后, 方可投入压板。b)、除了与二次回路直接连接的保护硬压板之外,某些厂家还设置了保护软压板, 便于监控后台机远方投、退保护。软压板与硬压板组成“与”的关系来决定保护功
17、能的投、退, 只有两种压板都投入且控制值整定为投入时, 保护功能才起作用, 任一项退出, 保护功能将退出。保护软压板一般设置在投入状态, 运行人员只能操作硬压板。c)、正常运行方式下所有保护功能压板按定值整定要求投、退, 所有出口压板均投入。当一套保护装置的主保护和后备保护共用跳闸出口时, 退出这套保护装置中的某些保护时只能退其功能压板, 而不能退出口压板, 否则该套保护装置中的其他保护将失去作用。,3、部分特殊压板的投退,1）220 kV 变压器星形接线侧(一般为高、中压侧) 的零序保护压板和间隙零序保护压板的投、退, 由主变中性点接地方式决定。当中性点地刀合上时, 应投入主变相应侧后备保护
18、零序保护压板,退出间隙零序保护压板; 当中性点地刀拉开时, 应投入主变相应侧后备保护间隙零序保护压板, 退出零序保护压板。如果主变压器的高、中压侧中性点直接接地, 不存在零序保护及间隙零序保护压板切换的问题。2）母差保护压板投退 a）充电保护压板充电保护压板正常应退出, 当一段母线通过母联向另一段母线充电时, 压板应投入, 其保护功能只在充电瞬间起作用, 充电完毕应退出。b） 母联(分段)过流保护压板母联(分段)过流保护压板正常应退出, 当一段母线通过母联向另一段母线充电时, 该压板应投入, 其保护功能在充电全过程中均起作用, 作为充电保护的补充, 充电完毕应退出。,3）重合闸出口压板 当运行
19、方式要求投入线路重合闸时, 该压板投入, 否则应退出。4）投检修状态压板 为了防止在保护装置进行试验时, 有关报告经IEC60870252103 规约接口向监控系统发送相关信息, 干扰调度系统的正常运行, 在装置检修时, 将该压板投入, 在此期间进行试验的动作报告不会通过通信口上送, 但本地的显示、打印不受影响, 运行时应将该压板退出。线路停电时, 若两侧纵联保护无工作, 保护一般不能停用或退出。,5）失灵保护压板投、退 220kV及以上开关都配有失灵保护, 当开关停运后应立即退出失灵启动压板。防止线路或开关保护定检和试验时失灵保护动作, 误跳运行中的断路器造成大面积停电。运行人员如果不清楚压
20、板的作用, 不能及时进行操作, 就有可能形成不安全因素。,十、继电保护及自动装置运行注意事项,1、运行和备用中的设备，其保护及自动装置均应投入，禁止设备无保护运行。2、继电保护和自动装置的定值必须严格按照最新定值单进行整定，并定期核对与试验。3、保护和自动装置投入，应先投入交流后投直流回路，并用万用表测量保护出口压板两端确无电压（直流220V）后方可投入保护压板。退出顺序与此相反。4、改变运行方式需调整保护定值时，必须在调整保护定值前退出保护投退压板，定值调整完成后投入保护投退压板。5、严禁无工作票在运行的保护或装置上以及所用的PT、CT二次回路上进行维修工作。运行值班员发现此种现象，应立即制
21、止。,6、当保护或装置动作后，应对发出的故障报文、指示灯信号、继电器掉牌信号作详细记录，向值长汇报动作情况后，根据命令由两人进行核对正确后，再复归其信号。7、对带有电压回路的保护装置，如低电压保护、复合电压闭锁过流等运行中不允许失去交流电压，当PT停运或电压回路有故障时，应采取相应的防误动措施。8、在正常的电气设备停电操作中，保护或装置若不进行工作，而又不影响到其它电气设备正常运行时，其保护压板可不进行切除操作，但设备投运时，必须对其压板详细检查。9、在保护或装置进行维修调试工作中，若检修人员要求进行投退压板的操作，由运行人员进行，但要询问清楚是否影响其它设备的正常运行，防止误动。10、运行中
22、的设备因需要停用两种以上保护之一进行维修检查时，在不影响其它保护或装置情况下，可停用其中之一，但不得停用该设备的主保护；只有单一保护者，不得停用。,十一、简单事故录波分析及事故报告编写,1、故障录波器的使用2、简单故障录波图分析3、较为复杂的录波图分析4、事故分析报告的编写,故障录波器的使用,1、工作原理及作用 故障录波器是用来记录电力系统中电气量和非电气量以及开关量的自动记录装置。通过记录和监视系统中模拟量和事件量来对系统中发生的故障和异常等事件生成故障波形并进行储存，通过分析软件的处理对波形进行分析和计算，从而对故障性质，故障发生点的距离，故障的严重程度进行判断。,故障录波器在电力系统中的
23、作用有以下三种： 第一种情况为系统发生故障，继电保护装置动作正确，可以通过故障录波器记录下来的电流量、电压量对故障线路进行测距，帮助巡线人员尽快找到故障点，及时采取措施，缩短停电时间，减少损失。 第二种情况为线路不明原因跳闸，通过对故障录波器记录的波形进行分析，可以判断出开关跳闸的原因。从而采取相应措施，将线路恢复送电或者停电检修，避免盲目强送造成更大的损失，同时为检修策略提供依据。 第三种情况为判断继电保护装置的动作行为。当系统由于继电保护装置误动造成无故障跳闸或系统有故障但保护装置拒动时，就要利用故障录波器中记录的开关量动作情况来判断保护的动作是否正确，并可以据此得出有问题的部分，对于较复
24、杂的故障可以通过记录下来的电流电压量对故障量进行计算，从而对保护进行定量考核。,故障录波器的使用,2、使用方法2.1 确认装置是否正常检查装置的运行指示灯检查装置的接线检查有无正确接入GPS检查定值是否正确检查能否录波及调阅2.2 调阅及分析记录选择正确的文件-按照时间在文件中选择需要分析的波形,故障录波器的使用,3、维护方法3.1 日常检查检查装置的运行指示灯（每天一次）检查能否手动录波（每周一次）3.2 定期工作定期清扫及二次回路接线检查（每年一次）定期将事故录波文件存档定期检修（6年一次全部检验）,简单故障录波图分析,1、单相接地,单相接地短路故障录波图特点：（1）一相电流增大，一相电压
25、降低；出现零序电流、零序电压；（2）电流增大、电压降低为相同相别；（3）零序电流相位与故障电流同向，零序电压与故障相电压反向。（4）故障相电压超前故障相电流约80度左右；零序电流超前零序电压约110度左右。出现以上现象，即可判断为单相接地故障，故障相为接地电流明显增大的那一相。,简单故障录波图分析,1、单相接地,金属性短路边界条件方程,简单故障录波图分析,2、两相接地短路,两相接地短路故障录波图特点：（1）两相电流增大，两相电压降低；出现零序电流、零序电压；（2）电流增大、电压降低为相同两个相别；（3）零序电流向量位于故障两相电流间。（4）故障相间电压超前故障相间电流约80度左右；零序电流超前
26、零序电压约110度左右。出现以上现象，即可判断故障性质为两相接地短路，故障相为接地电流明显增大的那两相。,简单故障录波图分析,2、两相接地短路,金属性短路边界条件方程,3I0,简单故障录波图分析,3、三相短路,三相短路故障录波图特点：（1）三相电流增大，三相电压降低；（2）没有零序电流、零序电压。 出现以上现象，即可判断故障性质为三相短路。,较为复杂的故障录波图分析,1、重合闸后加速动作跳闸,B相永久性故障后60ms，B相跳开。920ms后B相重合闸动作，重合B相，重合不成功， 后加速跳开三相开关。故障开始时符合单相接地故障的典型波形，重合闸动作后又出现短路电流，判断为合于永久性故障，三相跳闸
27、。,较为复杂的故障录波图分析,2、转换性故障,同一系统中3号集电线路A相和1号集电线路B相同一时刻发生异地两点接地。3号集电线路符合A相单相接地故障特点，在故障80ms后开关跳闸切除三相。1号集电线路B相单相接地40ms后发展为AB相相间短路，且故障持续近40ms开关跳闸。判断为发生异地两点单相接地后，继发B相单相接地转AB相间短路接地故障的转换性复合故障。,事故分析报告的编写,主要内容：1、事故前运行工况：所带负荷，场内设备及对侧变电站运行情况。故障前有无操作及其他异常现象，报警。2、事故经过：时间，发现人员，第一时间发现的现象，各种装置报警信号及故障时的参数。3、事故处理过程：时间，下令人，操作人，汇报时间，汇报人。操作内容及检查操作中发现的问题。4、原因分析：场内结合运行情况，故障录波器报告、保护装置报告及检查结果进行的简单分析。5、暴露问题：分析系统、设备、人员安全行为、定期工作及规章制度执行中的不足。6、采取措施：根据暴露问题制定明确的措施。,谢 谢！,
