电力系统的继电保护装置设计

1、引言

电力在现实社会的各个方面都起着很大的作用，假如没有电力，社会生活和生产就不能正常进行。基于电力在社会中具有的重要性，对电力的维护就显得十分重要。继电保护，则是电力系统能否正常工作的关键所在。继电保护装置是实现继电保护的基本条件，要实现继电保护的作用，就要具备有科学先进、行之有效的继电保护装置，所谓“工欲善其事，必先利其器”，有了设备的支持，才真正具备了维护电力系统的能力。

继电保护装置主要用在当电力系统发生故障时，利用保护装置将故障部分从电力系统中迅速切除，当发生异常时，及时发出信号，从而缩小故障范围，减少故障损失，保证系统安全运行。

安科瑞针对电力供配电系统不同的馈线类型，提供简易型、经济型、高端型三类保护装置共六大系列微机保护装置，分别是AM2、AM3、AM4、AM5、AM5SE和AM6，实现35kV及以下供配电系统的线路保护、变压器保护、电动机保护、电容器保护、母联/进线备自投等保护功能，为供配电系统可靠、稳定运行提供保障。

2、AM5系列微机保护装置在上海蜜果1.2279MW屋顶分布式光伏发电项目的应用

图1

本工程共有一路光伏接入柜、一路光伏进线柜至TR变压器，针对本项目的保护功能要求，分别配置了AM5-F线路保护装置和AM5-T变压器保护装置，具体功能如下。

线路保护装置主要装设在光伏接入柜上，我司的AM5-F线路保护装置配置的主要保护有：三段式过流/反时限过流保护(可经低电压闭锁、可带方向闭锁)、两段式零序过流/反时限过流保护、重合闸、后加速过流保护(可经低电压闭锁)、过负荷保护、失压保护、高频保护、逆功率保护、PT短线告警、控故障告警等。

1)重合闸

我司AM5-F线路保护装置重合闸功能主要有三个作用：

● 在线路发生暂时性故障时，迅速恢复供电，从而提高供电可靠性。

● 对于有双侧电源的高电压输电线路，可以提高系统并列运行的稳定性，从而提高线路的输送容量。

● 可以纠正由于断路器机构不良，或继电器误动作引起的误跳闸。

2)逆功率保护

逆功率保护是不可逆并网系统中的重要组成部分，大多数小型光伏电站接入电压等级为0.4kV的低压电网，基本为用户侧自备式电源系统，自发自用，不向中压电网或高压电网馈电。因此，逆功率保护功能成为有效防止光伏系统向电网馈电，保证电网品质的重要手段。我司的逆功率保护功能是这样实现的：当检测到回路有逆向电流流过且逆向功率值超过设定值时，装置经可设置延时发出逆功率跳闸命令，停止送电。

3)三段式过流保护(可经低电压闭锁、可带方向闭锁)

当任一相电流大于定值，经延时，装置跳闸。

三段过流保护由过流一段(瞬时速断)保护、过流二段、过流三段构成，均由独立控制字选择投退，是否需经低电压闭锁与是否带方向闭锁也可由相应控制字选择。

● 经低电压闭锁

由于过流保护的动作电流是按躲过最大负荷电流整定的，为了提高过流保护在发生故障时的灵敏度和改善躲过最大负荷电流的条件，需在过流保护中加低电压闭锁条件。当选择经低电压闭锁启动过流保护：当三个线电压中最小的线电压小于低压定值且大于低压阈值时，开放过流保护出口。若低电压闭锁条件退出，则过流保护不需要考虑电压条件。

● 带方向闭锁

图2 相间方向元件动作区示意图

变压器保护装置主要是装设在光伏进线柜上，对于不同容量的变压器，所需配置的保护功能也不一样。我司对于容量为2000kVA及以下的变压器配置的AM5-T变压器保护装置具有的功能有：三段式过流保护(可经复合电压闭锁)、两段式零序过流保护、瓦斯保护、温度保护、过负荷保护等功能。

1)瓦斯保护

瓦斯保护主要为变压器内部故障时的主保护。当变压器发生故障时，由于发热或短路点电弧燃烧等原因，导致变压器油体积膨胀，产生压力，并产生或分解出气体，导致油流冲向油枕，油面下降而使瓦斯继电器触点接通，作用于断路器跳闸，这种保护就是瓦斯保护。瓦斯保护的范围主要有以下五点：

● 变压器内部多相短路故障

● 匝间短路、匝间与铁芯或外部短路

● 铁芯故障

● 油位下降或漏油

● 分接头开关接触不良或导线焊接不良等

2)温度保护

变压器保护装置通常设有超温跳闸和高温告警两种温度保护，当变压器温度过高时，装置发出跳闸或者告警命令。

3)三段式过流保护(可经复合电压闭锁)

本保护反应相间短路故障，作为变压器和相邻元件的后备保护。设有过流一段(瞬时速断)、过流二段、过流三段过流保护。三段保护可独立设置时限，由独立的控制字实现功能投退。

当任一相电流大于定值，经延时，装置跳闸。

为了防止变压器过载引起保护测控装置误动作，可在过流保护中加复合电压闭锁条件，该条件可由相应控制字选择投退。当选择经复合电压闭锁启动过流保护时：当三个线电压中最小的线电压小于低压定值且大于低压阈值或者负序电压3U2大于复合电压负序定值时，开放过流保护出口，若复合电压闭锁条件退出，则过流保护不需考虑电压条件。

3、AM5SE系列微机保护装置在某花园E地块商业配电房变配电工程的应用

本项目一台35kV站有一台35/10kV主变压器，容量为2000kVA，如图3所示变压器系统图;10kV站为单进线两路变压器馈线系统，如图4所示。

1)主变保护保护

对于容量为2000kVA及以上的变压器保护装置还需额外配有差动保护功能，如我司的AM5SE-D2差动保护装置。

差动保护主要用在2000kVA及以上容量的变压器，为变压器及其系统的主保护，是按循环电流原理装设的。主要用来保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障，同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。除此之外，其主要还装设在35kV及以上电压等级对变压器进行差动保护，另外，还需配置我司的AM5SE-TB后备保护装置搭配使用,如图3。

2)进线/变压器出线保护

对于10kV进线柜和小容量的变压器馈线柜，如图4，可配置我司的AM5SE-F线路保护装置和AM5SE-T配电变压器保护装置。AM5SE系列微机保护装置相较于AM5系列更高端、资源更丰富，其除了AM5所有的功能之外，还有独立的操作回路(0.5-5A电流自适应)、两路以太网接口(可选)、USB接口、两路4-20mA直流模拟量(可选)

3)配置清单

根据此项目的要求以及开关柜类型，配置的综保清单如下：

开关柜编号综保型号

35kV主变压器AM5SE-D2

AM5SE-TB

1AHAM5SE-F

4AHAM5SE-T

5AHAM5SE-T

4、结论

综上所述，继电保护装置对电力系统运行中的不正常情况能够起到保护作用，由于每种保护功能的保护范围不一样，因此，针对不同的开关柜类型需要配置不同的保护装置，于此，可选用我司的AM5系列微机保护装置，其包含了线路保护、主变保护、配电变保护、电动机保护、电容器保护、母联/进线备自投保护、PT监测、PT并列装置，该系列应用较广，应用资源也较为丰富。
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