淺談入職大學生的變電站之旅(二次部分)(上)

時隔一周,整理了很多關于變電站二次保護部分的內容,這一期呢依然會用淺顯易懂的語言來對二次保護進行描述。二次部分內容比較深奧,本文大體講述保護的功能及作用,細節部分讀者可自行翻書查閱。

之前一次設備介紹完了,那么二次保護到底是個什么東東?從字面意思來理解保護就是防止電力系統故障對第一次設備造成的破壞而實施的一種保護措施。

那么什么是二次呢?為什么之前講的是一次設備,這個二次是什么意思呢?

二次設備是指對一次設備的工作進行控制、保護、監察和測量的設備。如測量儀表、繼電器、操作開關、按鈕、自動控制設備、計算機、信號設備、控制電纜以及提供這些設備能源的一些供電裝置(如蓄電池、硅整流器等)。

一次與二次電壓電流主要是通過PT、CT來實現轉換的。(PT、CT可以進似的看作變壓器)

言歸正傳咱們先從保護講起,再講二次輔助設備。

繼電保護根據一次接線圖來看還是分為三部分:

1、線路保護

2、母線保護

3、變壓器保護


線路保護


線路保護裝置配置的主要保護有傳統的三段式過流保護,距離保護、零序過流保護(110kV側線路會包含光纖差動保護)、三相一次重合閘、低周減載、PT斷線、控制斷線、低壓保護、過壓保護等。由于這些保護都是繼電保護的基本內容,每個保護的含義并不一一解說了,主要講講線路上的自動重合閘裝置:

大多數故障都是瞬時故障,在由繼電保護動作切除短路故障后,電弧將自動熄滅,絕大多數情況下短路處的絕緣可以自動恢復。因此,自動重合閘裝置不僅提高了供電的安全性和可靠性,減少了停電損失,而且還提高了電力系統的暫態水平,增大了高壓線路的送電容量,也可以糾正斷路器的誤動作。

之前講過自動重合閘裝置的動作需要線路PT的配合(檢無壓),在這里要多說一句:自動重合閘分為前加速、后加速。所謂前加速即:出現故障后斷路器跳開后立刻嘗試重合閘動作,但如果故障還在則再次跳開時間較長。后加速即:出現故障后斷路器跳開后先進行判斷是否重合閘,當重合閘時如故障點仍存在則立刻跳開開關。

對比前加速與后加速可以發現,前加速重合閘裝置對于故障點持續存在的情況下,跳開速度慢,對電網設備影響較大,故現在110kV及以上電壓等級的線路采用后加速重合閘裝置

母線保護


母線保護是變電站保護當中的最為重要的核心保護部分,所以篇幅用的會比較多。首先我們需要理解,什么是母線保護?母線保護配置了什么保護裝置?它們是如何配合的?

帶著這些問題我們開始了接下來的介紹:

母線是我們發電廠和變電站最重要的組成部分之一,母線又被稱為匯流排,是匯聚電能的重要設備(可以理解為長江,負荷為聯通長江的小河)母線保護拒動或者誤動會將造成嚴重的后果,所以通常配置的保護有母線差動保護(母差保護)、母線相關的保護(母聯失靈保護、母聯死區保護、母聯過流保護、母聯充電保護等)、斷路器失靈保護。

其中最為重要的是母差保護:

和傳統差動保護一樣,通過判斷節點流入與流出電流的差值的大小來進行動作。而對于母差保護來講要分為兩個部分:區外故障(大差:其實把整個母線看成一個節點)、區內故障(小差:判斷故障在那條母線上)

(1)在正常運行以及母線范圍以外發生故障時,在母線上所有連接元件中,流入的電流和流出的電流相等。

(2)當母線發生故障時,所有與母線連接的元件都向故障點供給短路電流或流出殘留的負荷電流。


母線故障類型
大差比率差動元件作為母線故障判別元件,小差比率差動元件作為故障母線選擇元件。

根據系統運行方式的需要,雙母線上各連接元件需要經常在兩條母線上進行切換。母線運行方式發生變化時,對于大差沒有影響,但對于小差會產生很大影響,決定了該支路電流計入哪段母線的小差電流計算。

在微機母差保護裝置中,將隔離開關的輔助接點作為開入量接到保護裝置,利用隔離開關的輔助接點來識別母線的運行方式。(對后續失靈保護也有很大作用)。

那么到這里我們不禁要想,CT是如何對這些電流進行統計,保護裝置如何計算來進行動作的呢?

CT極性示意圖

通過這個示意圖就應該很清楚,大差小差是如何判斷并動作的了,需要設置差動電流的整定值與差動實際電流的差值進行比較來進行動作。一母故障跳一母,二母故障跳二母,但必須優先跳母連開關!

那么又有同學問了問題:母線某支路CT斷線,保護無法采集到電流,母差保護會不會動作?

? ? ? ?答:正常運行時,某支路CT斷線時斷線相上差動元件的差動電流是斷線相上的負荷電流,差動電流不為零,但由于一般差動元件比率制動特性曲線中的起動電流是按照躲過各連接元件中最大負荷電流整定的,再加上有復合電壓閉鎖,所以母線差動保護不會誤動。

? ? ? ?但是在CT斷線期間,如果再發生區外故障,斷線相上的差動電流是區外故障時流過保護的短路電流,母線差動保護可能誤動(尤其近區故障時,電壓閉鎖元件會開放)。

當發生了母線故障并且小差判斷了在一母上發生短路故障,那么這個時候母差保護會選擇先跳開母連開關,再跳開故障母線上所有負荷的開關。

其實針對母線保護來講,它還有個很重要的使命:防止開關失靈拒絕動作!開關失靈的原因無外乎有以下幾種情況:

1、跳閘線圈斷線

2、操動機構故障

3、油壓或者氣壓降低閉鎖

4、控制回路斷線

5、電源消失等

失靈保護邏輯圖


用書上的話講: 當系統發生故障,故障元件的保護動作而其斷路器失靈拒絕跳閘時,通過故障元件的保護作用于本變電站內相鄰斷路器跳閘,有條件的還可以利用通道,使遠端有關斷路器同時跳閘的保護稱為斷路器失靈保護。

? ? ? ?斷路器失靈保護是近后備保護中防止斷路器拒動的一項有效措施。

用自己的話講:

開關:哎呀!我跳不開了咋辦?!

母線:別著急,你不行我來!

其他負荷開關:我去!干嘛把我也跳了!

母線:你們兄弟跳不開,為了保住他也只有犧牲下你們了哈!

還記得之前說過,隔離開關的輔助節點并入差動保護系統中,目的是可以通過輔助節點直接判斷故障在哪條母線上直接動作!我們接下來來幾個實戰演練,通過講解來了解下到底是如何動作的!



線路故障,線路開關拒動

L1線路發生故障,線路保護動作跳L1斷路器,斷路器拒動,L1斷路器失靈保護動作,第一時限跳母聯ML,第二時限跳Ⅰ母上所有支路開關L3, Ⅱ 母正常運行。

故障案例1



主變故障,主變開關拒動

主變發生故障,主變保護動作跳三側斷路器,中壓側L1斷路器拒動,L1斷路器失靈保護動作,第一時限跳母聯ML,第二時限跳Ⅰ母上所有支路開關L3, Ⅱ 母正常運行。

故障案例2



母線故障,變壓器開關拒動

Ⅰ母線發生故障,Ⅰ母母差保護動作跳L1、L3及母聯斷路器,主變中壓側L1斷路器拒動,L1斷路器失靈保護動作,聯跳主變三側斷路器。

故障案例3

母線故障、線路開關拒動

?Ⅰ母線發生故障,Ⅰ母母差保護動作跳L1、L3及母聯斷路器,線路本側L1斷路器拒動?

? ? ? ?Ⅰ母母差保護動作同時會發遠跳命令,通過對側線路保護動作跳開對側斷路器L4。

? ? ? ?不會啟動L1斷路器失靈保護(無意義)。

故障案例4

母差保護在母連開關只有一個CT時會有死區現象,那么如何避免這個問題呢?我們未完待續!

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