浅谈入职大学生的变电站之旅(二次部分)(上)

时隔一周,整理了很多关于变电站二次保护部分的内容,这一期呢依然会用浅显易懂的语言来对二次保护进行描述。二次部分内容比较深奥,本文大体讲述保护的功能及作用,细节部分读者可自行翻书查阅。

之前一次设备介绍完了,那么二次保护到底是个什么东东?从字面意思来理解保护就是防止电力系统故障对第一次设备造成的破坏而实施的一种保护措施。

那么什么是二次呢?为什么之前讲的是一次设备,这个二次是什么意思呢?

二次设备是指对一次设备的工作进行控制、保护、监察和测量的设备。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(如蓄电池、硅整流器等)。

一次与二次电压电流主要是通过PT、CT来实现转换的。(PT、CT可以进似的看作变压器)

言归正传咱们先从保护讲起,再讲二次辅助设备。

继电保护根据一次接线图来看还是分为三部分:

1、线路保护

2、母线保护

3、变压器保护


线路保护


线路保护装置配置的主要保护有传统的三段式过流保护,距离保护、零序过流保护(110kV侧线路会包含光纤差动保护)、三相一次重合闸、低周减载、PT断线、控制断线、低压保护、过压保护等。由于这些保护都是继电保护的基本内容,每个保护的含义并不一一解说了,主要讲讲线路上的自动重合闸装置:

大多数故障都是瞬时故障,在由继电保护动作切除短路故障后,电弧将自动熄灭,绝大多数情况下短路处的绝缘可以自动恢复。因此,自动重合闸装置不仅提高了供电的安全性和可靠性,减少了停电损失,而且还提高了电力系统的暂态水平,增大了高压线路的送电容量,也可以纠正断路器的误动作。

之前讲过自动重合闸装置的动作需要线路PT的配合(检无压),在这里要多说一句:自动重合闸分为前加速、后加速。所谓前加速即:出现故障后断路器跳开后立刻尝试重合闸动作,但如果故障还在则再次跳开时间较长。后加速即:出现故障后断路器跳开后先进行判断是否重合闸,当重合闸时如故障点仍存在则立刻跳开开关。

对比前加速与后加速可以发现,前加速重合闸装置对于故障点持续存在的情况下,跳开速度慢,对电网设备影响较大,故现在110kV及以上电压等级的线路采用后加速重合闸装置

母线保护


母线保护是变电站保护当中的最为重要的核心保护部分,所以篇幅用的会比较多。首先我们需要理解,什么是母线保护?母线保护配置了什么保护装置?它们是如何配合的?

带着这些问题我们开始了接下来的介绍:

母线是我们发电厂和变电站最重要的组成部分之一,母线又被称为汇流排,是汇聚电能的重要设备(可以理解为长江,负荷为联通长江的小河)母线保护拒动或者误动会将造成严重的后果,所以通常配置的保护有母线差动保护(母差保护)、母线相关的保护(母联失灵保护、母联死区保护、母联过流保护、母联充电保护等)、断路器失灵保护。

其中最为重要的是母差保护:

和传统差动保护一样,通过判断节点流入与流出电流的差值的大小来进行动作。而对于母差保护来讲要分为两个部分:区外故障(大差:其实把整个母线看成一个节点)、区内故障(小差:判断故障在那条母线上)

(1)在正常运行以及母线范围以外发生故障时,在母线上所有连接元件中,流入的电流和流出的电流相等。

(2)当母线发生故障时,所有与母线连接的元件都向故障点供给短路电流或流出残留的负荷电流。


母线故障类型
大差比率差动元件作为母线故障判别元件,小差比率差动元件作为故障母线选择元件。

根据系统运行方式的需要,双母线上各连接元件需要经常在两条母线上进行切换。母线运行方式发生变化时,对于大差没有影响,但对于小差会产生很大影响,决定了该支路电流计入哪段母线的小差电流计算。

在微机母差保护装置中,将隔离开关的辅助接点作为开入量接到保护装置,利用隔离开关的辅助接点来识别母线的运行方式。(对后续失灵保护也有很大作用)。

那么到这里我们不禁要想,CT是如何对这些电流进行统计,保护装置如何计算来进行动作的呢?

CT极性示意图

通过这个示意图就应该很清楚,大差小差是如何判断并动作的了,需要设置差动电流的整定值与差动实际电流的差值进行比较来进行动作。一母故障跳一母,二母故障跳二母,但必须优先跳母连开关!

那么又有同学问了问题:母线某支路CT断线,保护无法采集到电流,母差保护会不会动作?

       答:正常运行时,某支路CT断线时断线相上差动元件的差动电流是断线相上的负荷电流,差动电流不为零,但由于一般差动元件比率制动特性曲线中的起动电流是按照躲过各连接元件中最大负荷电流整定的,再加上有复合电压闭锁,所以母线差动保护不会误动。

       但是在CT断线期间,如果再发生区外故障,断线相上的差动电流是区外故障时流过保护的短路电流,母线差动保护可能误动(尤其近区故障时,电压闭锁元件会开放)。

当发生了母线故障并且小差判断了在一母上发生短路故障,那么这个时候母差保护会选择先跳开母连开关,再跳开故障母线上所有负荷的开关。

其实针对母线保护来讲,它还有个很重要的使命:防止开关失灵拒绝动作!开关失灵的原因无外乎有以下几种情况:

1、跳闸线圈断线

2、操动机构故障

3、油压或者气压降低闭锁

4、控制回路断线

5、电源消失等

失灵保护逻辑图


用书上的话讲: 当系统发生故障,故障元件的保护动作而其断路器失灵拒绝跳闸时,通过故障元件的保护作用于本变电站内相邻断路器跳闸,有条件的还可以利用通道,使远端有关断路器同时跳闸的保护称为断路器失灵保护。

       断路器失灵保护是近后备保护中防止断路器拒动的一项有效措施。

用自己的话讲:

开关:哎呀!我跳不开了咋办?!

母线:别着急,你不行我来!

其他负荷开关:我去!干嘛把我也跳了!

母线:你们兄弟跳不开,为了保住他也只有牺牲下你们了哈!

还记得之前说过,隔离开关的辅助节点并入差动保护系统中,目的是可以通过辅助节点直接判断故障在哪条母线上直接动作!我们接下来来几个实战演练,通过讲解来了解下到底是如何动作的!



线路故障,线路开关拒动

L1线路发生故障,线路保护动作跳L1断路器,断路器拒动,L1断路器失灵保护动作,第一时限跳母联ML,第二时限跳Ⅰ母上所有支路开关L3, Ⅱ 母正常运行。

故障案例1



主变故障,主变开关拒动

主变发生故障,主变保护动作跳三侧断路器,中压侧L1断路器拒动,L1断路器失灵保护动作,第一时限跳母联ML,第二时限跳Ⅰ母上所有支路开关L3, Ⅱ 母正常运行。

故障案例2



母线故障,变压器开关拒动

Ⅰ母线发生故障,Ⅰ母母差保护动作跳L1、L3及母联断路器,主变中压侧L1断路器拒动,L1断路器失灵保护动作,联跳主变三侧断路器。

故障案例3

母线故障、线路开关拒动

 Ⅰ母线发生故障,Ⅰ母母差保护动作跳L1、L3及母联断路器,线路本侧L1断路器拒动?

       Ⅰ母母差保护动作同时会发远跳命令,通过对侧线路保护动作跳开对侧断路器L4。

       不会启动L1断路器失灵保护(无意义)。

故障案例4

母差保护在母连开关只有一个CT时会有死区现象,那么如何避免这个问题呢?我们未完待续!

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