变电站二次系统设计继电保护技术原则.docx

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变电站二次系统设计继电保护技术原则

变电站二次系统设计继电保护技术原则

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中国电力资料网    文章来源：

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2008年04月10日    我要评论（0）

内容预览

系统继电保护技术原则

 1 线路保护

 1.1 500kV线路保护

 1.1.1配置原则

（1）每回500kV线路应按近后备原则配置双套完整的、独立的能反映各种类型故障、具有选相功能全线速动保护。

每套保护均具有完整的后备保护。

（2）每回500kV线路应配置双套远方跳闸保护。

远方跳闸保护宜采用一取一经就地判别方式。

断路器失灵保护、过电压保护和不设独立电抗器断路器的500kV高压并联电抗器保护动作均应起动远跳。

（3）根据系统工频过电压的要求，对可能产生过电压的500kV线路应配置双套过电压保护。

过电压保护均使用远跳保护装置中的过电压功能，过电压保护起动远跳可选择不经断路器开、闭状态控制。

（4）线路主保护、后备保护应起动断路器失灵保护。

（5）对重负荷、长距离的联络线，保护配置宜考虑振荡、长线路充电电容效应、高压并联电抗器电磁暂态特性等因素的影响；对50km以下的短线路，宜随线路架设2根OPGW光缆，配置双套光纤分相电流差动保护，保护通道宜采用专用光纤芯。

（6）对同杆并架双回线路，当有光纤通道，为有选择性切除跨线故障，应优先选用双套光纤分相电流差动保护作主保护。

如本线没有光纤通道或没有迂回的光纤通道时，应使用传输分相通道命令的高频距离保护。

（7）对装有串联补偿电容的线路，应采用双套光纤分相电流差动保护作主保护。

（8）对电缆、架空混合出线，每回线路宜配置两套光纤分相电流差动保护作为主保护，同时应配有包含过负荷报警功能的完整的后备保护。

（9）双重化配置的线路主保护、后备保护、过电压保护、远方跳闸保护的交流电压回路、电流回路、直流电源、开关量输入、跳闸回路、起动远跳和远方信号传输通道均应彼此完全独立没有电气联系。

（10）双重化配置的线路保护每套保护只作用于断路器的一组跳闸线圈。

 1.1.2技术要求

（1）在空载、轻载、满载等各种工况下，在线路保护范围内发生金属性和非金属性（不大于300W）的各种故障时，线路保护应能正确动作。

系统无故障、外部故障、故障转换、功率突然倒向以及系统操作等情况下保护不应误动。

（2）要求线路主保护整组动作时间：

近端故障不大于20ms，远端故障不大于30ms（不包括通道时间）。

（3）线路保护装置需考虑线路分布电容、高压并联电抗器、变压器（励磁涌流）等所产生的暂态及稳态过程的谐波分量和直流分量的影响，有抑制这些分量的措施。

（4）每一套线路保护都应自身带有故障录波、测距及事件记录功能，并能提供相应的远方通讯和分析软件。

（5）每一套线路保护装置都应能适用于弱电源情况。

（6）手动合闸或重合于故障线路上时，保护应能可靠瞬时三相跳闸。

手动合闸或重合于无故障线路时应可靠不动作。

（7）本线全相或非全相振荡时保护装置不应误动作；本线全相或非全相振荡过程中发生各种类型的不对称故障，保护装置应有选择性地动作跳闸，纵联保护仍应快速动作；本线全相振荡过程中发生三相故障，允许以短延时切除故障。

（8）保护装置应保证出口对称三相短路时可靠动作，同时应保证正方向故障及反方向出口经小电阻故障时动作的正确性。

（9）保护装置在各种工作环境下（包括就地下放的环境），应能耐受雷击过电压、一次回路操作、开关场故障及其它强电磁干扰作用，不应误动或拒动。

（10）线路分相电流差动保护应允许线路两侧使用不同的TA变比。

在TA饱和时，区内故障不应导致电流差动保护拒动作、区外故障不应导致电流差动保护误动作。

线路分相电流差动保护应有电容电流补偿功能。

（11）对于不同类型的一次主接线方式，线路保护均采用线路电压互感器的电压输入。

（12）保护装置在电压二次回路断线（包括三相断线）或短路时应闭锁有可能误动的保护，并发出告警信号；保护装置在电流二次回路断线时应能发出告警信号，并可选择允许保护跳闸。

（13）保护装置应具有对时功能，推荐采用RS-485串行数据通信接口接收时间同步系统发出的IRIG-B（DC）时码作为对时信号源。

保护应具备通信管理功能，与计算机监控系统和保护及故障信息管理子站系统通信，通信规约采用DL/T667-1999（idtIEC60870-5-103）或DL/T860（IEC61850），接口采用以太网或RS-485串口。

（14）保护装置宜采用全站后台集中打印方式。

为便于调试，保护装置上应设置打印机接口。

（15）线路两侧保护选型应一致，主保护的软件版本应完全一致。

 1.2 220kV线路保护

 1.2.1配置原则

（1）每回220kV线路应配置双套完整的、独立的能反映各种类型故障、具有选相功能全线速动保护，每套保护均具有完整的后备保护。

（2）每一套220kV线路保护均应含重合闸功能，两套重合闸均应采用一对一起动和断路器控制状态与位置不对应起动方式，不采用两套重合闸相互起动和相互闭锁方式。

重合闸可实现单重、三重、禁止和停用方式。

（3）线路主保护、后备保护均应起动断路器失灵保护。

（4）对50km以下的220kV短线路，宜随线路架设OPGW光缆，配置双套光纤分相电流差动保护，保护通道宜采用专用光纤芯。

（5）对同杆并架双回线路，为有选择性切除跨线故障，应架设光纤通道，宜配置双套分相电流差动保护。

（6）对电缆线路以及电缆与架空混合线路，每回线路宜配置两套光纤分相电流差动保护作为主保护，同时应配有包含过负荷报警功能的完整的后备保护。

（7）双重化配置的线路主保护、后备保护的交流电压回路、电流回路、直流电源、开关量输入、跳闸回路、信号传输通道均应彼此完全独立没有电气联系。

（8）双重化配置的线路保护每套保护只作用于断路器的一组跳闸线圈。

 1.2.2 技术要求

（1）在空载、轻载、满载等各种工况下，在线路保护范围内发生金属性和非金属性（不大于100W）的各种故障时，线路保护应能正确动作。

系统无故障、外部故障、故障转换、功率突然倒向以及系统操作等情况下保护不应误动。

（2）要求线路主保护整组动作时间：

近端故障不大于20ms，远端故障不大于30ms（不包括通道时间）。

（3）线路保护装置需考虑线路分布电容、高压并联电抗器、变压器（励磁涌流）等所产生的暂态及稳态过程的谐波分量和直流分量的影响，有抑制这些分量的措施。

（4）每一套线路保护都应自身带有故障录波、测距及事件记录功能，并能提供相应的远方通讯和分析软件。

（5）每一套线路保护装置都应能适用于弱电源情况。

（6）手动合闸或重合于故障线路上时，保护应能可靠瞬时三相跳闸。

手动合闸或重合于无故障线路时应可靠不动作。

（7）本线全相或非全相振荡时保护装置不应误动作；本线全相或非全相振荡过程中发生各种类型的不对称故障，保护装置应有选择性地动作跳闸，纵联保护仍应快速动作；本线全相振荡过程中发生三相故障，允许以短延时切除故障。

（8）保护装置应保证出口对称三相短路时可靠动作，同时应保证正方向故障及反方向出口经小电阻故障时动作的正确性。

（9）保护装置在各种工作环境下（包括就地下放的环境），应能耐受雷击过电压、一次回路操作、开关场故障及其它强电磁干扰作用，不应误动或拒动。

（10）线路分相电流差动保护应允许线路两侧使用不同的TA变比。

在TA饱和时，区内故障不应导致电流差动保护拒动作、区外故障不应导致电流差动保护误动作。

（11）保护装置在电压二次回路断线（包括三相断线）或短路时应闭锁有可能误动的保护，并发出告警信号；保护装置在电流二次回路断线时应能发出告警信号，并可选择允许保护跳闸。

（12）重合闸装置起动后应能延时自动复归，在此时间内应沟通本断路器的三跳回路，重合闸停用或被闭锁时（断路器低气压、重合闸装置故障、重合闸被其他保护闭锁、断路器多相跳闸的辅接点闭锁等），由线路保护进行三跳，当具有双套重合闸装置时，仅沟通一同合用的线路保护进行三跳。

（13）闭锁重合闸的保护为变压器、母线、远方跳闸保护等。

（14）保护装置应具有对时功能，推荐采用RS-485串行数据通信接口接收时间同步系统发出的IRIG-B（DC）时码作为对时信号源。

保护应具备通信管理功能，与计算机监控系统和保护及故障信息管理子站系统通信，通信规约采用DL/T667-1999（idtIEC60870-5-103）或DL/T860（IEC61850），接口采用以太网或RS-485串口。

（15）保护装置宜采用全站后台集中打印方式。

为便于调试，保护装置上应设置打印机接口。

（16）线路两侧保护选型应一致，主保护的软件版本应完全一致。

 1.3 线路保护通道组织

（1）双重化配置的两套纵联保护的通道应相互独立，传输两套纵联保护信息的通信设备及通信电源也应相互独立。

（2）具有光纤通道的线路，两套纵联保护宜均采用光纤通道传输信息。

对50km及以下短线路，宜分别使用专用光纤芯；对50km以上长线路，宜分别使用2Mbit/s接口方式的复用光纤通道。

500kV双重化的两套纵联保护的信号传输通道不应采用同一根光缆。

（3）一回线路的两套纵联保护均复用通信专业光端机时，应通过两套独立的光通信设备传输。

每套光通信设备可按最多传送8套线路保护信息考虑。

（4）保护采用专用光纤芯通道时，保护光纤应直接从通信光配线架引接。

（5）复用数字通道的纵联保护宜采用单通道方式。

安装在通信机房的保护数字接口装置直流电源取自通信直流电源，与通信设备采用75Ω同轴电缆不平衡方式连接。

（6）当直达路由和迂回路由均为光纤通道时，如迂回路由能满足保护要求，一回线路的两套主保护可均采用光纤纵差保护，并应采用两条不同的通道路由。

迂回路由传输网络的传输总时间（包括接口调制解调时间）应不大于12ms，500kV线路保护迂回路由不宜采用220kV以下电压等级的光缆，不应采用ADSS光缆。

（7）非同杆并架或仅有部分同杆双回线，未敷设光纤通道线路的一套纵联保护可采用另一回线路的光纤通道，另一套纵联保护应采用电力载波或光纤的其它迂回通道。

（8）对只有一个光纤通道的线路，另一套主保护可采用电力线专用载波（或复用）通道传输保护信号。

载波通道设备及电源应与光纤通道的通信设备及通信电源相互独立。

（9）双重化配置的两套远方跳闸保护的信号传输通道应相互独立。

线路纵联保护采用数字通道的，远方跳闸命令宜经线路纵联保护传输。

 2 母线保护

 2.1 500kV母线保护

 2.1.1 配置原则

（1）每条500kV母线按远景配置双套母线保护，对500kV一个半断路器接线方式，母线保护不设电压闭锁元件。

（2）双重化配置的母线保护的交流电流回路、直流电源、开关量输入、跳闸回路均应彼此完全独立没有电气联系。

（3）每套母线保护只作用于断路器的一组跳闸线圈。

（4）母线侧的断路器失灵保护需跳母线侧断路器时，通过起动母差实现。

 2.1.2 技术要求

（1）母线保护不应受TA暂态饱和的影响而发生不正确动作，并应允许使用不同变比的TA。

（2）母线保护不应因母线故障时流出母线的短路电流影响而拒动。

（3）母线保护在区外故障穿越电流30倍一次额定电流时不应误动。

（4）母线保护应包括交流电流监视回路，它在5%IN时即能可靠动作。

当交流电流回路不正常或断线时不应误动，应发告警信号，并可选择经延时闭锁母线保护。

（5）母线保护整组动作时间，2倍IN下应不大于20ms。

（6）母线保护应具有比率制动特性，以提高安全性。

（7）母线保护接线应能满足最终一次接线要求。

（8）为了提高边断路器失灵保护动作后经母线保护跳闸的可靠性，一个半断路器接线的母线保护应设置灵敏的、不需整定的电流元件并带50ms的固定延时。

（9）保护装置应具有对时功能，推荐采用RS-485串行数据通信接口接收时间同步系统发出的IRIG-B（DC）时码作为对时信号源。

保护应具备通信管理功能，与计算机监控系统和保护及故障信息管理子站系统通信，通信规约采用DL/T667-1999（idtIEC60870-5-103）或DL/T860（IEC61850），接口采用以太网或RS-485串口。

（10）保护装置宜采用全站后台集中打印方式。

为便于调试，保护装置上应设置打印机接口。

 2.2 220kV母线保护及断路器失灵保护

 2.2.1配置原则

（1）220kV双母线按远景配置双套母线保护。

（2）220kV双母线按远景配置双套失灵保护，双套失灵保护功能宜分别含在双套母差保护中，每套线路（或主变压器）保护动作各起动一套失灵保护。

（3）对220kV双母线接线方式，母线和失灵保护均应设有电压闭锁元件，母联断路器及分段断路器可不经电压闭锁。

电压闭锁可由软件实现，而不再配置单独的复合电压闭锁装置。

当复合电压闭锁功能含在母线差动保护装置中时，其复合电压闭锁元件应与母差元件不共CPU。

（4）双母线接线的失灵保护应与母线保护共用出口回路，双重化配置的母线保护（含失灵保护功能）每套保护只作用于断路器的一组跳闸线圈。

（5）对主变压器单元，220kV母线故障且变压器中压侧断路器失灵时，除应跳开失灵断路器相邻的全部断路器外，还应跳开本变压器连接其他侧的断路器，失灵电流再判别和延时应由母线保护实现。

 2.2.2 技术要求

（1）母线保护不应受TA暂态饱和的影响而发生不正确动作，并应允许使用不同变比的TA。

（2）母线保护不应因母线故障时流出母线的短路电流影响而拒动。

（3）母线保护在区外故障穿越电流30倍一次额定电流时不应误动。

（4）母线保护应包括交流电流监视回路，它在5%IN时即能可靠动作。

当交流电流回路不正常或断线时不应误动，并经延时闭锁母线保护及发出告警信号。

当TV失压，装置应发出告警信号。

（5）母线保护整组动作时间，2倍IN下应不大于20ms。

（6）母线保护应具有比率制动特性，以提高安全性。

母线差动保护由分相式比率差动元件构成，母线大差比率差动用于判别母线区内和区外故障，小差比率差动用于故障母线的选择。

（7）双母线接线的母线保护在母线相继故障时应能经较短延时可靠切除故障。

（8）对双母线接线的母线保护，在母线上各元件进行倒闸时（包括母线互联等情况），应保证母线保护动作的正确性，当二次回路中隔离刀闸辅接点切换不正常时，能发出告警信号，保证母差保护在此期间的正常运行。

（9）断路器的失灵包含于母线保护中，母线保护与失灵保护共用出口回路。

当失灵保护检测到某连接元件的失灵起动接点动作时，若该元件对应的电流大于母线保护装置内部的失灵电流判别定值，则起动失灵保护。

为缩短失灵保护切除故障的时间，失灵保护跳其他断路器宜与失灵跳母联共用一段时限。

（10）母线保护应设置独立的“解除失灵保护电压闭锁”的开入回路。

当该连接元件起动失灵保护开入接点和“解除失灵保护电压闭锁”的开入接点同时动作后，能自动实现解除该连接元件所在母线的失灵保护电压闭锁。

（11）母线保护接线应能满足最终一次接线的要求。

（12）母联或分段断路器失灵保护由母联或分段保护动作、相关母线的母差动作起动，经延时和电压闭锁将相关的母线上元件全部切除。

（13）起动失灵的保护为线路保护、母联与分段保护、变压器的电气量保护。

（14）保护装置应具有对时功能，推荐采用RS-485串行数据通信接口接收时间同步系统发出的IRIG-B（DC）时码作为对时信号源。

保护应具备通信管理功能，与计算机监控系统和保护及故障信息管理子站系统通信，通信规约采用DL/T667-1999（idtIEC60870-5-103）或DL/T860（IEC61850），接口采用以太网或RS-485串口。

（15）保护装置宜采用全站后台集中打印方式。

为便于调试，保护装置上应设置打印机接口。

 3 断路器保护及操作箱

 3.1 500kV断路器保护

 3.1.1配置原则

（1）一个半断路器接线的500kV断路器保护按断路器单元配置，每台断路器配置一面断路器保护屏（柜）。

（2）当出线设有隔离开关时，应配置双套短引线保护。

（3）重合闸沟三跳回路在断路器保护中实现。

（4）断路器三相不一致保护应由断路器本体机构完成。

（5）断路器的跳、合闸压力闭锁和压力异常闭锁操作均由断路器本体机构实现，分相操作箱仅保留重合闸压力闭锁回路。

（6）断路器防跳功能应由断路器本体机构完成。

 3.1.2 技术要求

（1）起动失灵的保护为线路、过电压和远方跳闸、母线、短引线、变压器（高抗）的电气量保护。

（2）断路器失灵保护的动作原则为：

瞬时分相重跳本断路器的两个跳闸线圈；经延时三相跳相邻断路器的两个跳闸线圈和相关断路器（起动两套远方跳闸或母差、变压器保护），并闭锁重合闸。

（3）失灵保护应采用分相和三相起动回路，起动回路为瞬时复归的保护出口接点（包括与本断路器有关的所有电气量保护接点）。

（4）断路器失灵保护应经电流元件控制实现单相和三相跳闸，判别元件的动作时间和返回时间均不应大于20ms。

（5）重合闸仅装于与线路相联的两台断路器保护屏（柜）内，且能方便地整定为一台断路器先重合，另一台断路器待第一台断路器重合成功后再重合。

如先重合的一台合于故障三相跳闸，则后合的不再进行重合，即两台均三跳。

（6）断路器重合闸装置起动后应能延时自动复归，在此时间内断路器保护应沟通本断路器的三跳回路，不应增加任何外回路。

重合闸停用或被闭锁时（断路器低气压、重合闸装置故障、重合闸被其他保护闭锁、断路器多相跳闸的辅接点闭锁等），由断路器保护三跳；断路器保护装置故障或停用时，由断路器本体三相不一致保护三跳；在线路保护发出单跳令时，本断路器三跳，而另一个断路器仍能单跳单重。

（7）闭锁重合闸的保护为变压器、失灵、母线、远方跳闸、高抗、短引线保护等。

（8）短引线保护可采用和电流过流保护方式，也可采用差动电流保护方式。

（9）短引线保护在系统稳态和暂态引起的谐波分量和直流分量影响下不应误动作。

（10）短引线保护的线路或变压器隔离刀闸辅助接点开入量不应因高压开关场强电磁干扰而丢失信号。

对隔离刀闸辅助接点的通断应有监视指示。

（11）保护装置应具有对时功能，推荐采用RS-485串行数据通信接口接收时间同步系统发出的IRIG-B（DC）时码作为对时信号源。

保护应具备通信管理功能，与计算机监控系统和保护及故障信息管理子站系统通信，通信规约采用DL/T667-1999（idtIEC60870-5-103）或DL/T860（IEC61850），接口采用以太网或RS-485串口。

（12）保护装置宜采用全站后台集中打印方式。

为便于调试，保护装置上应设置打印机接口。

 3.2 220kV母联、分段保护

 3.2.1配置原则

220kV的母联、母线分段断路器应按断路器配置专用的、具备瞬时和延时跳闸功能的过电流保护。

 3.2.2 技术要求

（1）220kV母联、分段保护应带有二段时限的过流及一段时限的零序过流保护功能。

（2）220kV母联、分段保护应具有母线充电保护功能，向故障母线充电时，跳开本断路器。

（3）保护装置应具有对时功能，推荐采用RS-485串行数据通信接口接收时间同步系统发出的IRIG-B（DC）时码作为对时信号源。

保护应具备通信管理功能，与计算机监控系统和保护及故障信息管理子站系统通信，通信规约采用DL/T667-1999（idtIEC60870-5-103）或DL/T860（IEC61850），接口采用以太网或RS-485串口。

（4）保护装置宜采用全站后台集中打印方式。

为便于调试，保护装置上应设置打印机接口。

 3.3 操作箱

 3.3.1 配置原则

（1）500kV一个半断路器接线，每个断路器单元宜配置一套分相操作箱，操作箱宜配置在断路器保护屏（柜）。

（2）220kV双母线接线，每条线路宜配置一套分相操作箱，操作箱配置在其中一套线路保护屏（柜）内。

（3）500kV保护也可采用保护动作出口不经操作箱跳闸；控制采用经操作继电器至断路器操作机构的方式。

 3.3.2 技术要求

（1）分相操作箱接线应包括重合闸回路、手动合闸/跳闸回路、分相合闸回路、两组保护三相跳闸回路、两组保护分相跳闸回路、电压切换回路（仅220kV部分设置）、跳闸及合闸位置监视回路、操作电源监视回路、信号回路和与相关保护配合的回路等。

（2）断路器三相不一致保护，断路器防跳、跳合闸压力闭锁等功能宜由断路器本体机构箱实现，操作箱中仅保留重合闸压力闭锁接线。

（3）两组操作电源的直流空气开关应设在操作箱所在屏（柜）内，取消操作箱中两组操作电源的自动切换回路，公用回路采用第一路操作电源。

（4）操作箱应设有断路器合闸位置、跳闸位置和电源指示灯。

（5）操作箱内的保护三跳继电器应分别有起动失灵、起动重合闸的两组三跳继电器（TJQ），起动失灵、不起动重合闸的两组三跳继电器（TJR），不起动失灵、不起动重合闸的两组三跳继电器（TJF）。

 4 故障录波器系统

 4.1 线路故障录波器

 4.1.1配置原则

（1）为便于分析电力系统事故及继电保护装置的动作情况，500kV变电站内应配置故障录波装置分别记录线路电流、电压、保护装置动作、断路器位置及保护通道的运行情况等。

（2）在分散布置的500kV变电站内，宜按电压等级配置故障录波装置，不跨小室接线，建设初期可适当考虑远景要求；在集中布置的500kV变电站内，宜按电压等级配置故障录波装置。

（3）每套500kV线路故障录波器的录波量配置宜为48路模拟量、128路开关量；每套220kV线路故障录波器的录波量配置宜为64路模拟量、128路开关量。

（4）故障录波装置应具备单独组网，完善的分析和通信管理功能，通过以太网口与保护和故障信息管理子站系统通信，录波信息可经子站远传至各级调度部门进行事故分析处理。

 4.1.2 技术要求

（1）故障录波器应为嵌入式、装置化产品，所选用的微机故障录波器应满足电力行业有关标准。

（2）故障录波器应能连续记录多次故障波形，能记录和保存从故障前150ms到故障消失时的电气量波形。

它应至少能清楚记录5次谐波的波形。

（3）故障录波器模拟量采样频率在高速故障记录期间不低于5000Hz。

（4）事件量记录元件的分辨率应<1.0ms。

（5）故障录波器应具备对时功能，能够接收时间同步系统输出的同步时钟脉冲，对时精度小于1.0ms，以便能更好分析故障发生顺序以及实现双端测距。

装置应有指示年、月、日、小时、分钟、秒的功能。

（6）故障录波器应具有故障测距功能，故障测距的测量误差应小于线路长度的3%。

 4.2 主变压器故障录波器

 4.2.1配置原则

（1）为了分析主变压器保护的动作情况，主变压器的故障录波器宜单独配置。

主变压器三侧及公共绕组侧的录波信息应统一记录在一面故障录波装置内。

（2）主变压器的故障录波器型号宜与线路故障录波器统一，并能共同组网，经子站将录波信号远传至各级调度部门。

（3）每套主变压器故障录波器的录波量配置宜为64路模拟量、128路开关量，满足两台主变压器故障录波的需求。

 4.2.2 技术要求

（1）故障录波器应为嵌入式、装置化产品，所选用的微机故障录波器应满足电力行业有关标准。

（2）故障录波器应能连续记录多次故障波形，能记录和保存从故障前150ms到故障消失时的电气量波形。

它应至少能清楚记录5次谐波的波形。

（3）故障录波器模拟量采样频率在高速故障记录期间不低于5000Hz。

（4）事件量记录元件的分辨率应＜1.0ms。

（5）故障录波器应具备对时功能，能够接收时间同步系统输出的同步时钟脉冲，对时精度小于1.0ms，以便能更好分析故障发生顺序。

装置应有指示年、月、日、小时、分钟、