變電站分類(lèi)及繼電保護(hù)

電力系統(tǒng)電壓等級(jí)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(jī)制造工藝的提高，10 kV電動(dòng)機(jī)已批量生產(chǎn)，所以3 kV、6 kV已較少使用，20 kV、66 kV也很少使用。供電系統(tǒng)以10 kV、35 kV為主。輸配電系統(tǒng)以110 kV以上為主。發(fā)電廠發(fā)電機(jī)有6 kV與10 kV兩種，現(xiàn)在以10 kV為主，用戶(hù)均為220/380V(0.4 kV)低壓系統(tǒng)。

根據(jù)《城市電力網(wǎng)規(guī)定設(shè)計(jì)規(guī)則》規(guī)定：輸電網(wǎng)為500 kV、330 kV、220 kV、110kV，高壓配電網(wǎng)為110kV、66kV，中壓配電網(wǎng)為20kV、10kV、6 kV，低壓配電網(wǎng)為0.4 kV(220V/380V)。

發(fā)電廠發(fā)出6 kV或10 kV電，除發(fā)電廠自己用(廠用電)之外，也可以用10 kV電壓送給發(fā)電廠附近用戶(hù)，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。

2.變配電站種類(lèi)

電力系統(tǒng)各種電壓等級(jí)均通過(guò)電力變壓器來(lái)轉(zhuǎn)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?yōu)榱硪环N電壓的選用兩個(gè)線(xiàn)圈(繞組)的雙圈變壓器，一種電壓變?yōu)閮煞N電壓的選用三個(gè)線(xiàn)圈(繞組)的三圈變壓器。

變電站除升壓與降壓之分外，還以規(guī)模大小分為樞紐站，區(qū)域站與終端站。樞紐站電壓等級(jí)一般為三個(gè)(三圈變壓器)，550kV /220kV /110kV。區(qū)域站一般也有三個(gè)電壓等級(jí)(三圈變壓器)，220 kV /110kV /35kV或110kV /35kV /10kV。終端站一般直接接到用戶(hù)，大多數(shù)為兩個(gè)電壓等級(jí)(兩圈變壓器)110kV /10 kV或35 kV /10 kV。用戶(hù)本身的變電站一般只有兩個(gè)電壓等級(jí)(雙圈變壓器)110 kV /10kV、35kV /0.4kV、10kV /0.4kV，其中以10kV /0.4kV為最多。

3.變電站一次回路接線(xiàn)方案

1)一次接線(xiàn)種類(lèi)

變電站一次回路接線(xiàn)是指輸電線(xiàn)路進(jìn)入變電站之后，所有電力設(shè)備(變壓器及進(jìn)出線(xiàn)開(kāi)關(guān)等)的相互連接方式。其接線(xiàn)方案有：線(xiàn)路變壓器組，橋形接線(xiàn)，單母線(xiàn)，單母線(xiàn)分段，雙母線(xiàn)，雙母線(xiàn)分段，環(huán)網(wǎng)供電等。

2)線(xiàn)路變壓器組

變電站只有一路進(jìn)線(xiàn)與一臺(tái)變壓器，而且再無(wú)發(fā)展的情況下采用線(xiàn)路變壓器組接線(xiàn)。

3)橋形接線(xiàn)

有兩路進(jìn)線(xiàn)、兩臺(tái)變壓器，而且再?zèng)]有發(fā)展的情況下，采用橋形接線(xiàn)。針對(duì)變壓器，聯(lián)絡(luò)斷路器在兩個(gè)進(jìn)線(xiàn)斷路器之內(nèi)為內(nèi)橋接線(xiàn)，聯(lián)絡(luò)斷路器在兩個(gè)進(jìn)線(xiàn)斷路器之外為外橋接線(xiàn)。

4)單母線(xiàn)

變電站進(jìn)出線(xiàn)較多時(shí)，采用單母線(xiàn)，有兩路進(jìn)線(xiàn)時(shí)，一般一路供電、一路備用(不同時(shí)供電)，二者可設(shè)備用電源互自投，多路出線(xiàn)均由一段母線(xiàn)引出。

5)單母線(xiàn)分段

有兩路以上進(jìn)線(xiàn)，多路出線(xiàn)時(shí)，選用單母線(xiàn)分段，兩路進(jìn)線(xiàn)分別接到兩段母線(xiàn)上，兩段母線(xiàn)用母聯(lián)開(kāi)關(guān)連接起來(lái)。出線(xiàn)分別接到兩段母線(xiàn)上。

單母線(xiàn)分段運(yùn)行方式比較多。一般為一路主供，一路備用(不合閘)，母聯(lián)合上，當(dāng)主供斷電時(shí)，備用合上，主供、備用與母聯(lián)互鎖。備用電源容量較小時(shí)，備用電源合上后，要斷開(kāi)一些出線(xiàn)。這是比較常用的一種運(yùn)行方式。

對(duì)于特別重要的負(fù)荷，兩路進(jìn)線(xiàn)均為主供，母聯(lián)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，當(dāng)一路進(jìn)線(xiàn)斷電時(shí)，母聯(lián)合上，來(lái)電后斷開(kāi)母聯(lián)再合上進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)。

單母線(xiàn)分段也有利于變電站內(nèi)部檢修，檢修時(shí)可以停掉一段母線(xiàn)，如果是單母線(xiàn)不分段，檢修時(shí)就要全站停電，利用旁路母線(xiàn)可以不停電，旁路母線(xiàn)只用于電力系統(tǒng)變電站。

6)雙母線(xiàn)

雙母線(xiàn)主要用于發(fā)電廠及大型變電站，每路線(xiàn)路都由一個(gè)斷路器經(jīng)過(guò)兩個(gè)隔離開(kāi)關(guān)分別接到兩條母線(xiàn)上，這樣在母線(xiàn)檢修時(shí)，就可以利用隔離開(kāi)關(guān)將線(xiàn)路倒在一條件母線(xiàn)上。雙母線(xiàn)也有分段與不分段兩種，雙母線(xiàn)分段再加旁路斷路器，接線(xiàn)方式復(fù)雜，但檢修就非常方便了，停電范圍可減少。

4.變配電站二次回路

1)二次回路種類(lèi)

變配電站二次回路包括：測(cè)量、保護(hù)、控制與信號(hào)回路部分。測(cè)量回路包括：計(jì)量測(cè)量與保護(hù)測(cè)量。控制回路包括：就地手動(dòng)合分閘、防跳聯(lián)鎖、試驗(yàn)、互投聯(lián)鎖、保護(hù)跳閘以及合分閘執(zhí)行部分。信號(hào)回路包括開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)、事故跳閘信號(hào)與事故預(yù)告信號(hào)。

2)測(cè)量回路

測(cè)量回路分為電流回路與電壓回路。電流回路各種設(shè)備串聯(lián)于電流互感器二次側(cè)(5A)，電流互感器是將原邊負(fù)荷電流統(tǒng)一變?yōu)?A測(cè)量電流。計(jì)量與保護(hù)分別用各自的互感器(計(jì)量用互感器精度要求高)，計(jì)量測(cè)量串接于電流表以及電度表，功率表與功率因數(shù)表電流端子。保護(hù)測(cè)量串接于保護(hù)繼電器的電流端子。微機(jī)保護(hù)一般將計(jì)量及保護(hù)集中于一體，分別有計(jì)量電流端子與保護(hù)電流端子。

電壓測(cè)量回路，220/380V低壓系統(tǒng)直接接220V或380V，3KV 以上高壓系統(tǒng)全部經(jīng)過(guò)電壓互感器將各種等級(jí)的高電壓變?yōu)榻y(tǒng)一的100V電壓，電壓表以及電度表、功率表與功率因數(shù)表的電壓線(xiàn)圈經(jīng)其端子并接在100V電壓母線(xiàn)上。微機(jī)保護(hù)單元計(jì)量電壓與保護(hù)電壓統(tǒng)一為一種電壓端子。

3)控制回路

(1)合分閘回路

合分閘通過(guò)合分閘轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作，常規(guī)保護(hù)為提示操作人員及事故跳閘報(bào)警需要，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選用預(yù)合-合閘-合后及預(yù)分-分閘-分后的多檔轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。以使利用不對(duì)應(yīng)接線(xiàn)進(jìn)行合分閘提示與事故跳閘報(bào)警，國(guó)家已有標(biāo)準(zhǔn)圖設(shè)計(jì)。采用微機(jī)保護(hù)以后，要進(jìn)行遠(yuǎn)分合閘操作后，還要到就地進(jìn)行轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)對(duì)位操作，這就失去了遠(yuǎn)分操作的意義，所以應(yīng)取消不對(duì)應(yīng)接線(xiàn)，選用中間自復(fù)位的只有合閘與分閘的三檔轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。

(2)防跳回路

當(dāng)合閘回路出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行分閘，或短路事故未排除，又進(jìn)行合閘(誤操作)，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)斷路器反復(fù)合分閘，不僅容易引起或擴(kuò)大事故，還會(huì)引起設(shè)備損壞或人身事故，所以高壓開(kāi)關(guān)控制回路應(yīng)設(shè)計(jì)防跳。防跳一般選用電流啟動(dòng)，電壓保持的雙線(xiàn)圈繼電器。電流線(xiàn)圈串接于分閘回路作為啟動(dòng)線(xiàn)圈。電壓線(xiàn)圈接于合閘回路，作為保持線(xiàn)圈，當(dāng)分閘時(shí)，電流線(xiàn)圈經(jīng)分閘回路起動(dòng)。如果合閘回路有故障，或處于手動(dòng)合閘位置，電壓線(xiàn)圈起啟動(dòng)并通過(guò)其常開(kāi)接點(diǎn)自保持，其常閉接點(diǎn)馬上斷開(kāi)合閘回路，保證斷路器在分閘過(guò)程中不能馬上再合閘。防跳繼電器的電流回路還可以通過(guò)其常開(kāi)接點(diǎn)將電流線(xiàn)圈自保持，這樣可以減輕保護(hù)繼電器的出口接點(diǎn)斷開(kāi)負(fù)荷，也減少了保護(hù)繼電器的保持時(shí)間要求。

有些微機(jī)保護(hù)裝置自己已具有防跳功能，這樣就可以不再設(shè)計(jì)防跳回路。斷路器操作機(jī)構(gòu)選用彈簧儲(chǔ)能時(shí)，如果選用儲(chǔ)能后可以進(jìn)行一次合閘與分閘的彈簧儲(chǔ)能操作機(jī)構(gòu)(也有用于重合閘的儲(chǔ)能后可以進(jìn)行二次合閘與分閘的彈簧儲(chǔ)能操作機(jī)構(gòu))，因?yàn)閮?chǔ)能一般都要求10秒左右，當(dāng)儲(chǔ)能開(kāi)關(guān)經(jīng)常處于斷開(kāi)位置時(shí)，儲(chǔ)一次能，合完之后，將儲(chǔ)能開(kāi)關(guān)再處于斷開(kāi)位置，可以跳一次閘;跳閘之后，要手動(dòng)儲(chǔ)能之后才能進(jìn)行合閘，此時(shí)，也可以不再設(shè)計(jì)防跳回路。

(3)試驗(yàn)與互投聯(lián)鎖與控制

對(duì)于手車(chē)開(kāi)關(guān)柜，手車(chē)推出后要進(jìn)行斷路器合分閘試驗(yàn)，應(yīng)設(shè)計(jì)合分閘試驗(yàn)按鈕。進(jìn)線(xiàn)與母聯(lián)斷路，一般應(yīng)根據(jù)要求進(jìn)行互投聯(lián)鎖或控制。

(4)保護(hù)跳閘

保護(hù)跳閘出口經(jīng)過(guò)連接片接于跳閘回路，連接片用于保護(hù)調(diào)試，或運(yùn)行過(guò)程中解除某些保護(hù)功能。

(5)合分閘回路

合分閘回路為經(jīng)合分閘母線(xiàn)為操作機(jī)構(gòu)提供電源，以及其控制回路，一般都應(yīng)單獨(dú)畫(huà)出。

4)信號(hào)回路

(1)開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)由合閘與分閘指示兩個(gè)裝于開(kāi)關(guān)柜上的信號(hào)燈組成：經(jīng)過(guò)操作轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)不對(duì)應(yīng)接線(xiàn)后接到正電源上。采用微機(jī)保護(hù)后，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)取消了不對(duì)應(yīng)接線(xiàn)，所以信號(hào)燈正極可以直接接到正電源上。

(2) 事故信號(hào)有事故跳閘與事故預(yù)告兩種信號(hào)，事故跳閘報(bào)警也要通過(guò)轉(zhuǎn)化開(kāi)關(guān)不對(duì)應(yīng)后，接到事故跳閘信號(hào)母線(xiàn)上，再引到中央信號(hào)系統(tǒng)。事故預(yù)告信號(hào)通過(guò)信號(hào)繼電器接點(diǎn)引到中央信號(hào)系統(tǒng)。采用微機(jī)保護(hù)后，將斷路器操作機(jī)構(gòu)輔助接點(diǎn)與信號(hào)繼電器的接點(diǎn)分別接到微機(jī)保護(hù)單元的開(kāi)關(guān)量輸入端子，需要有中央信號(hào)系統(tǒng)時(shí)，如果微機(jī)保護(hù)單元可以提供事故跳閘與事故預(yù)告輸出接點(diǎn)，可將其引到中央信號(hào)系統(tǒng)。否則，應(yīng)利用信號(hào)繼電器的另一對(duì)接點(diǎn)引到中央信號(hào)系統(tǒng)。

(3)中央信號(hào)系統(tǒng)為安裝于值班室內(nèi)的集中報(bào)警系統(tǒng)，由事故跳閘與事故預(yù)告兩套聲光報(bào)警組成，光報(bào)警用光字牌，不用信號(hào)燈，光字牌分集中與分散兩種。采用變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)后，可以不再設(shè)計(jì)中央信號(hào)系統(tǒng)，或?qū)⑵浜?jiǎn)化，只設(shè)計(jì)集中報(bào)警作為計(jì)算機(jī)報(bào)警的后備報(bào)警。

5.變配電站繼電保護(hù)

1)變配電站繼電保護(hù)的作用

變配電站繼電保護(hù)能夠在變配電站運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障(三相短路、兩相短路、單相接地等)和出現(xiàn)不正常現(xiàn)象時(shí)(過(guò)負(fù)荷、過(guò)電壓、低電壓、低周波、瓦斯、超溫、控制與測(cè)量回路斷線(xiàn)等)，迅速有選擇性發(fā)出跳閘命令將故障切除或發(fā)出報(bào)警，從而減少故障造成的停電范圍和電氣設(shè)備的損壞程度，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2)變配電站繼電保護(hù)的基本工作原理

變配電站繼電保護(hù)是根據(jù)變配電站運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障時(shí)出現(xiàn)的電流增加、電壓升高或降低、頻率降低、出現(xiàn)瓦斯、溫度升高等現(xiàn)象超過(guò)繼電保護(hù)的整定值(給定值)或超限值后，在整定時(shí)間內(nèi)，有選擇的發(fā)出跳閘命令或報(bào)警信號(hào)。

根據(jù)電流值來(lái)進(jìn)行選擇性跳閘的為反時(shí)限，電流值越大，跳閘越快。根據(jù)時(shí)間來(lái)進(jìn)行選擇性跳閘的稱(chēng)為定時(shí)限保護(hù)，定時(shí)限在故障電流超過(guò)整定值后，經(jīng)過(guò)時(shí)間定值給定的時(shí)間后才出現(xiàn)跳閘命令。瓦斯與溫度等為非電量保護(hù)。

可靠系數(shù)為一個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算繼電器保護(hù)動(dòng)作值時(shí)，要將計(jì)算結(jié)果再乘以可靠系數(shù)，以保證繼電保護(hù)動(dòng)作的準(zhǔn)確與可靠，其范圍為1.3~1.5。

發(fā)生故障時(shí)的最小值與保護(hù)的動(dòng)作值之比為繼電保護(hù)的靈敏系數(shù)，一般為1.2~2，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要進(jìn)行選擇。

3)變配電站繼電保護(hù)按保護(hù)性質(zhì)分類(lèi)

(1)發(fā)電機(jī)保護(hù)

發(fā)電機(jī)保護(hù)有定子繞組相間短路，定子繞組接地，定子繞組匝間短路，發(fā)電機(jī)外部短路，對(duì)稱(chēng)過(guò)負(fù)荷，定子繞組過(guò)電壓，勵(lì)磁回路一點(diǎn)及兩點(diǎn)接地，失磁故障等。出口方式為停機(jī)，解列，縮小故障影響范圍和發(fā)出信號(hào)。

(2)電力變壓器保護(hù)

電力變壓器保護(hù)有繞組及其引出線(xiàn)相間短路，中性點(diǎn)直接接地側(cè)單相短路，繞組匝間短路，外部短路引起的過(guò)電流，中性點(diǎn)直接接地電力網(wǎng)中外部接地短路引起的過(guò)電流及中性點(diǎn)過(guò)電壓、過(guò)負(fù)荷，油面降低，變壓器溫度升高，油箱壓力升高或冷卻系統(tǒng)故障。

(3)線(xiàn)路保護(hù)

線(xiàn)路保護(hù)根據(jù)電壓等級(jí)不同，電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式不同，輸電線(xiàn)路以及電纜或架空線(xiàn)長(zhǎng)度不同，分別有：相間短路、單相接地短路、單相接地、過(guò)負(fù)荷等。

(4)母線(xiàn)保護(hù)

發(fā)電廠和重要變電所的母線(xiàn)應(yīng)裝設(shè)專(zhuān)用母線(xiàn)保護(hù)。

(5)電力電容器保護(hù)

電力電容器有電容器內(nèi)部故障及其引出線(xiàn)短路，電容器組和斷路器之間連接線(xiàn)短路，電容器組中某一故障電容切除后引起的過(guò)電壓、電容器組過(guò)電壓，所連接的母線(xiàn)失壓。

(6)高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)

高壓電動(dòng)機(jī)有定子繞組相間短路、定子繞組單相接地、定子繞組過(guò)負(fù)荷、定子繞組低電壓、同步電動(dòng)機(jī)失步、同步電動(dòng)機(jī)失磁、同步電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)非同步?jīng)_擊電流。