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電力檢測技術

變電站分類及繼電保護

時間：2013-06-20

電力系統電壓等級有220/380V(0.4 kV)，3 kV、6 kV、10 kV、20 kV、35 kV、66 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV。隨著電機制造工藝的提高，10 kV電動機已批量生產，所以3 kV、6 kV已較少使用，20 kV、66 kV也很少使用。供電系統以10 kV、35 kV為主。輸配電系統以110 kV以上為主。發電廠發電機有6 kV與10 kV兩種，現在以10 kV為主，用戶均為220/380V(0.4 kV)低壓系統。
　　根據《城市電力網規定設計規則》規定：輸電網為500 kV、330 kV、220 kV、110kV，高壓配電網為110kV、66kV，中壓配電網為20kV、10kV、6 kV，低壓配電網為0.4 kV(220V/380V)。
　　發電廠發出6 kV或10 kV電，除發電廠自己用(廠用電)之外，也可以用10 kV電壓送給發電廠附近用戶，10 kV供電范圍為10Km、35 kV為20~50Km、66 kV為30~100Km、110 kV為50~150Km、220 kV為100~300Km、330 kV為200~600Km、500 kV為150~850Km。
　　1、變配電站種類
　　電力系統各種電壓等級均通過電力變壓器來轉換，電壓升高為升壓變壓器(變電站為升壓站)，電壓降低為降壓變壓器(變電站為降壓站)。一種電壓變為另一種電壓的選用兩個線圈(繞組)的雙圈變壓器，一種電壓變為兩種電壓的選用三個線圈(繞組)的三圈變壓器。
　　變電站除升壓與降壓之分外，還以規模大小分為樞紐站，區域站與終端站。樞紐站電壓等級一般為三個(三圈變壓器)，550kV /220kV /110kV。區域站一般也有三個電壓等級(三圈變壓器)，220 kV /110kV /35kV或110kV /35kV /10kV。終端站一般直接接到用戶，大多數為兩個電壓等級(兩圈變壓器)110kV /10 kV或35 kV /10 kV。用戶本身的變電站一般只有兩個電壓等級(雙圈變壓器)110 kV /10kV、35kV /0.4kV、10kV /0.4kV，其中以10kV /0.4kV為最多。
　　2、變電站一次回路接線方案
　　1)一次接線種類
　　變電站一次回路接線是指輸電線路進入變電站之后，所有電力設備(變壓器及進出線開關等)的相互連接方式。其接線方案有：線路變壓器組，橋形接線，單母線，單母線分段，雙母線，雙母線分段，環網供電等。
　　2)線路變壓器組
　　變電站只有一路進線與一臺變壓器，而且再無發展的情況下采用線路變壓器組接線。
　　3)橋形接線
　　有兩路進線、兩臺變壓器，而且再沒有發展的情況下，采用橋形接線。針對變壓器，聯絡斷路器在兩個進線斷路器之內為內橋接線，聯絡斷路器在兩個進線斷路器之外為外橋接線。
　　4)單母線
　　變電站進出線較多時，采用單母線，有兩路進線時，一般一路供電、一路備用(不同時供電)，二者可設備用電源互自投，多路出線均由一段母線引出。
　　5)單母線分段
　　有兩路以上進線，多路出線時，選用單母線分段，兩路進線分別接到兩段母線上，兩段母線用母聯開關連接起來。出線分別接到兩段母線上。
　　單母線分段運行方式比較多。一般為一路主供，一路備用(不合閘)，母聯合上，當主供斷電時，備用合上，主供、備用與母聯互鎖。備用電源容量較小時，備用電源合上后，要斷開一些出線。這是比較常用的一種運行方式。
　　對于特別重要的負荷，兩路進線均為主供，母聯開關斷開，當一路進線斷電時，母聯合上，來電后斷開母聯再合上進線開關。
　　單母線分段也有利于變電站內部檢修，檢修時可以停掉一段母線，如果是單母線不分段，檢修時就要全站停電，利用旁路母線可以不停電，旁路母線只用于電力系統變電站。
　　6)雙母線
　　雙母線主要用于發電廠及大型變電站，每路線路都由一個斷路器經過兩個隔離開關分別接到兩條母線上，這樣在母線檢修時，就可以利用隔離開關將線路倒在一條件母線上。雙母線也有分段與不分段兩種，雙母線分段再加旁路斷路器，接線方式復雜，但檢修就非常方便了，停電范圍可減少。
　　3、變配電站二次回路
　　1)二次回路種類
　　變配電站二次回路包括：測量、保護、控制與信號回路部分。測量回路包括：計量測量與保護測量。控制回路包括：就地手動合分閘、防跳聯鎖、試驗、互投聯鎖、保護跳閘以及合分閘執行部分。信號回路包括開關運行狀態信號、事故跳閘信號與事故預告信號。
　　2)測量回路
　　測量回路分為電流回路與電壓回路。電流回路各種設備串聯于電流互感器二次側(5A)，電流互感器是將原邊負荷電流統一變為5A測量電流。計量與保護分別用各自的互感器(計量用互感器精度要求高)，計量測量串接于電流表以及電度表，功率表與功率因數表電流端子。保護測量串接于保護繼電器的電流端子。微機保護一般將計量及保護集中于一體，分別有計量電流端子與保護電流端子。
　　電壓測量回路，220/380V低壓系統直接接220V或380V，3KV以上高壓系統全部經過電壓互感器將各種等級的高電壓變為統一的100V電壓，電壓表以及電度表、功率表與功率因數表的電壓線圈經其端子并接在100V電壓母線上。微機保護單元計量電壓與保護電壓統一為一種電壓端子。
　　3)控制回路
　　(1)合分閘回路
　　合分閘通過合分閘轉換開關進行操作，常規保護為提示操作人員及事故跳閘報警需要，轉換開關選用預合-合閘-合后及預分-分閘-分后的多檔轉換開關。以使利用不對應接線進行合分閘提示與事故跳閘報警，國家已有標準圖設計。采用微機保護以后，要進行遠分合閘操作后，還要到就地進行轉換開關對位操作，這就失去了遠分操作的意義，所以應取消不對應接線，選用中間自復位的只有合閘與分閘的三檔轉換開關。
　　(2)防跳回路
　　當合閘回路出現故障時進行分閘，或短路事故未排除，又進行合閘(誤操作)，這時就會出現斷路器反復合分閘，不僅容易引起或擴大事故，還會引起設備損壞或人身事故，所以高壓開關控制回路應設計防跳。防跳一般選用電流啟動，電壓保持的雙線圈繼電器。電流線圈串接于分閘回路作為啟動線圈。電壓線圈接于合閘回路，作為保持線圈，當分閘時，電流線圈經分閘回路起動。如果合閘回路有故障，或處于手動合閘位置，電壓線圈起啟動并通過其常開接點自保持，其常閉接點馬上斷開合閘回路，保證斷路器在分閘過程中不能馬上再合閘。防跳繼電器的電流回路還可以通過其常開接點將電流線圈自保持，這樣可以減輕保護繼電器的出口接點斷開負荷，也減少了保護繼電器的保持時間要求。
　　有些微機保護裝置自己已具有防跳功能，這樣就可以不再設計防跳回路。斷路器操作機構選用彈簧儲能時，如果選用儲能后可以進行一次合閘與分閘的彈簧儲能操作機構(也有用于重合閘的儲能后可以進行二次合閘與分閘的彈簧儲能操作機構)，因為儲能一般都要求10秒左右，當儲能開關經常處于斷開位置時，儲一次能，合完之后，將儲能開關再處于斷開位置，可以跳一次閘;跳閘之后，要手動儲能之后才能進行合閘，此時，也可以不再設計防跳回路。
　　(3)試驗與互投聯鎖與控制
　　對于手車開關柜，手車推出后要進行斷路器合分閘試驗，應設計合分閘試驗按鈕。進線與母聯斷路，一般應根據要求進行互投聯鎖或控制。
　　(4)保護跳閘
　　保護跳閘出口經過連接片接于跳閘回路，連接片用于保護調試，或運行過程中解除某些保護功能。
　　(5)合分閘回路
　　合分閘回路為經合分閘母線為操作機構提供電源，以及其控制回路，一般都應單獨畫出。
　　4)信號回路
　　(1)開關運行狀態信號由合閘與分閘指示兩個裝于開關柜上的信號燈組成：經過操作轉換開關不對應接線后接到正電源上。采用微機保護后，轉換開關取消了不對應接線，所以信號燈正極可以直接接到正電源上。
　　(2)事故信號有事故跳閘與事故預告兩種信號，事故跳閘報警也要通過轉化開關不對應后，接到事故跳閘信號母線上，再引到中央信號系統。事故預告信號通過信號繼電器接點引到中央信號系統。采用微機保護后，將斷路器操作機構輔助接點與信號繼電器的接點分別接到微機保護單元的開關量輸入端子，需要有中央信號系統時，如果微機保護單元可以提供事故跳閘與事故預告輸出接點，可將其引到中央信號系統。否則，應利用信號繼電器的另一對接點引到中央信號系統。
　　(3)中央信號系統為安裝于值班室內的集中報警系統，由事故跳閘與事故預告兩套聲光報警組成，光報警用光字牌，不用信號燈，光字牌分集中與分散兩種。采用變電站綜合自動化系統后，可以不再設計中央信號系統，或將其簡化，只設計集中報警作為計算機報警的后備報警。
　　4、變配電站繼電保護
　　1)變配電站繼電保護的作用
　　變配電站繼電保護能夠在變配電站運行過程中發生故障(三相短路、兩相短路、單相接地等)和出現不正常現象時(過負荷、過電壓、低電壓、低周波、瓦斯、超溫、控制與測量回路斷線等)，迅速有選擇性發出跳閘命令將故障切除或發出報警，從而減少故障造成的停電范圍和電氣設備的損壞程度，保證電力系統穩定運行。
　　2)變配電站繼電保護的基本工作原理
　　變配電站繼電保護是根據變配電站運行過程中發生故障時出現的電流增加、電壓升高或降低、頻率降低、出現瓦斯、溫度升高等現象超過繼電保護的整定值(給定值)或超限值后，在整定時間內，有選擇的發出跳閘命令或報警信號。
　　根據電流值來進行選擇性跳閘的為反時限，電流值越大，跳閘越快。根據時間來進行選擇性跳閘的稱為定時限保護，定時限在故障電流超過整定值后，經過時間定值給定的時間后才出現跳閘命令。瓦斯與溫度等為非電量保護。
　　可靠系數為一個經驗數據，計算繼電器保護動作值時，要將計算結果再乘以可靠系數，以保證繼電保護動作的準確與可靠，其范圍為1.3~1.5。
　　發生故障時的最小值與保護的動作值之比為繼電保護的靈敏系數，一般為1.2~2，應根據設計規范要進行選擇。
　　3)變配電站繼電保護按保護性質分類
　　(1)發電機保護
　　發電機保護有定子繞組相間短路，定子繞組接地，定子繞組匝間短路，發電機外部短路，對稱過負荷，定子繞組過電壓，勵磁回路一點及兩點接地，失磁故障等。出口方式為停機，解列，縮小故障影響范圍和發出信號。
　　(2)電力變壓器保護
　　電力變壓器保護有繞組及其引出線相間短路，中性點直接接地側單相短路，繞組匝間短路，外部短路引起的過電流，中性點直接接地電力網中外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓、過負荷，油面降低，變壓器溫度升高，油箱壓力升高或冷卻系統故障。
　　(3)線路保護
　　線路保護根據電壓等級不同，電網中性點接地方式不同，輸電線路以及電纜或架空線長度不同，分別有：相間短路、單相接地短路、單相接地、過負荷等。
　　(4)母線保護
　　發電廠和重要變電所的母線應裝設專用母線保護。
　　(5)電力電容器保護
　　電力電容器有電容器內部故障及其引出線短路，電容器組和斷路器之間連接線短路，電容器組中某一故障電容切除后引起的過電壓、電容器組過電壓，所連接的母線失壓。
　　(6)高壓電動機保護
　　高壓電動機有定子繞組相間短路、定子繞組單相接地、定子繞組過負荷、定子繞組低電壓、同步電動機失步、同步電動機失磁、同步電動機出現非同步沖擊電流。