CN2397599Y

CN2397599Y - 变配电设备双系统继电保护装置

Info

Publication number: CN2397599Y
Application number: CN 99249155
Authority: CN
Inventors: 卢培铨
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 1999-11-02
Publication date: 2000-09-20
Anticipated expiration: 2009-11-02

Abstract

本实用新型涉及提高变配电设备继电保护的可靠性和电网的稳定性的双系统继电保护装置,该装置包括继电保护以及操作电源、接线端子排、互感器、断路器跳闸线圈等,其中继电保护是两套相互独立、没有电气联系、具有单独的操作电源的双系统继电保护装置;本实用新型中双系统继电保护装置任一套继电保护系统可分别独立地进行校验和检验,某一套继电保护系统的任一个保护元器件的故障不会影响另一套继电保护系统的运行。

Description

变配电设备双系统继电保护装置

本实用新型涉及提高变配电设备继电保护的可靠性和电网的稳定性的双系统继电保护装置。

为了保证变配电设备安全和电网稳定，需要在变配电设备和线路上装设继电保护，检测和切除各类故障。改革开放以前，由于我国经济欠发达，在电力建设上遵循“多快好省”和“勤俭建国”的建设方针，以加快电力建设。由于经济欠发达，用电量少，电网的短路电流也小，故障短路电流造成损害不大；工厂生产的自动化水平低，故障停电造成工厂停产经济损失也较小(并且在正常运行情况下，因为缺电也常常要停一部分供电线路以限制用电)，因而在继电保护开发、配置上，都是简单经济又有一定可靠性的单系统继电保护方案。这样配置继电保护的变配电设备在经济欠发达时期运行效果是很好的，为我国经济发展和电力建设发挥了积极的作用。然而改革开放以来，我国电力建设一日千里，电力供应发生了下列根本性变化：(1)、电力由过去供不应求转化为供大于求，不必再限制用电：(2)、电网的短路电流随电网容量增大而大大增大，增大的短路电流破坏力极大，造成直接经济损失也很大，对变电站设备安全运行和电网稳定的危害更大：(3)、工厂生产的自动化水平已达到很高水平，故障停电造成停产经济损失更是难以估计；在实际运行中，常常由于主保护失灵而导致后备保护无选择性地切除非故障线路(设备)或致使设备损坏、由于某一保护元器件故障而导致保护系统失灵、由于操作电源故障而导致整个变电站保护失效等等，造成设备损坏、电网瓦解。同时，我国经济的高速发展，工厂生产的自动化水平已很高，大面积停电造成的损失是十分严重的，使国民经济和社会秩序受到严重影响，停电所造成经济损失已远远超过为提高可靠且在变电站继电保护所需增加的投资。要防止及避免上述严重事故的发生，就要对现行变配电设备的单系统继电保护装置进行改变善。因而说，现行变电站的单系统继电保护装置尚存在不完善之处。

由于目前变配电站电压等级较多，为简单起见，下面以一所容量为1000KVA的10KV变配电站为例进行论述：

图1、图2为现有10KV变配电站10KV高压配电柜1结构图、主结线和继电保护装置单线原理图。电能从10KV高压配电柜1顶部的10KV母线18通过刀开关15、断路器14、互感器13、刀开关12输送到线路11，把电能输送给用电户，在高压配电柜1的前上半部有继电保护装置小间170，内装设按现行规范规定配置的、由电流速断保护171和时限过流保护172组成的单系统继电保护装置17，在高压配电柜1的前下半部有接线端子排小间160，内装设接线端子排161：继电保护装置17通过接线端子排161连接蓄电池控制小母线41获得操作电源，故障检测回路——电流继电器1711和1721通过接线端子排161连接互感器13的第一绕组131检测故障电流信号，输出回路——保护出口继电器1713通过接线端子排161连接断路器14的操作机构140跳闸线圈141来控制断路器14跳闸。这样一来，当10KV线路11在电流速断保护171保护范围内发生故障时，故障电流信号由互感器13的二次侧第一绕组131通过接线端子排161传送到继电保护装置17的电流速断保护171检测回路——电流继电器1711和时限过流保护172检测回路一电流继电器1721，电流继电器1711和1721动作；电流继电器1711启动信号继电器1712发出故障信号，同时也启动保护出口继电器1713，通过接线端子排161及断路器14操作机构140跳闸线圈141，控制断路器14跳闸，瞬时把故障切除，故障切除后，电流继电器1711和1721返回。若10KV线路11在电流速断保护171保护范围之外发生故障，故障电流信号由互感器13的二次侧第一绕组131通过接线端子排161传送到继电保护装置17的电流速断保护171检测回路——电流继电器1711和时限过流保护172检测回路——电流继电器1721，电流继电器1721动作(困在保护范围之外，电流继电器1711不动作)，启动时间继电器1724，时间继电器1724经延时后启动信号继电器1722发出故障信号，并启动保护出口继电器1713，通过接线端子排161及断路器14操作机构140跳闸线圈141，控制断路器14跳闸，延时把故障切除，故障切除后，电流继电器1721返回。

10KV线路11所配置的单系统继电保护装置17存在下列不足之处：当继电保护装置17某个元器件故障时，就可能使整个保护装置失效，如当电流速断保护171某个元器件故障时，就可能使由电流速断保护装置171、时限过流保护装置172组成的整个继电保护装置17失效：当断路器跳闸线圈故障时，断路器就失去控制，如当断路器14跳闸线圈141故障时，断路器14就不受控制而无法将故障切除；当蓄电池4、控制小母线41故障时，保护系统就失去操作电源而无法工作，使线路11在无保护情况下运行，由于整个变配电站的继电保护装置均由蓄电池控制小母线41供给操作电源，也使整个变配电站在无保护情况下运行；这样一来，当变电站设备或线路发生故障时，由于保护系统失效使故障得不到及时切除，导致设备损坏、电网瓦解，造成巨大经济损失。

本实用新型的目的旨在提供一种变配电设备双系统继电保护装置，这一装置是根据电网上述变化特点，对现有变配电设备的单系统继电保护装置进行改进、完善，成为双系统继电保护装置，提高继电保护装置的可靠性，并与蓄电池及直流系统(或交流操作电源>、二次接线、接线端子排及表用互感器、断路器跳闸线圈等构成两套独立继电保护系统，能有效地保证在某一套继电保护系统的某保护元器件失灵时，另一套继电保护系统的选择性和速动性不受影响，保证在任何情况下，继电保护系统都能够准确、及时地把故障设备或故障线路切除，有效地保证了变电站的安全和电网的稳定。

本实用新型技术是这样实现的：该装置包括继电保护以及二次接线、操作电源、接线端子排、互感器、断路器跳闸线圈，其特征在于：继电保护是两套相互独立、没有电气联系、具有单独的操作电源的双系统继电保护装置；第一保护系统的故障检测回路通过第一组接线端子排连接互感器的二次侧第一绕组，输出回路通过第一组接线端子排连接断路器第一组跳闸线圈；第二保护系统的故障检测回路通过第二组接线端子排连接互感器的二次侧第二绕组，输出回路通过第二组接线端子排连接断路器第二组跳闸线圈。

上述提到的保护为现有使用的常规保护，按现行规范配置；直流电源为蓄电池。

以下结合附图对本实用新型作进一步描述。

图1为现有技术的单线原理图。

图2为现有技术的10KV高压配电柜结构图。

图3为本实用新型的单线原理图。

图4为本实用新型的10KV高压配电柜结构图。

图5、图6为本实用新型在10KV变电所的实施例单线原理图。

请参阅图3、图4，本实施例以一所容量为1000KVA的10KV变配电站为例进行描述。继电保护装置17改进、完善成电流速断保护171、时限过流保护172两套相互独立、没有电气联系的双系统继电保护装置；继电保护装置17第一保护系统1701通过接线端子排161连接蓄电池控制小母线41获得操作电源，故障检测回路——电流速断保护171电流继电器1711通过接线端子排161连接互感器13的二次侧第一绕组131，保护出口继电器1713输出回路通过接线端子排161连接断路器操作机构140第一跳闸线圈141；在电流继电器1711与保护出口继电器1713之间连接有信号继电器1712。第二保护系统1702通过接线端子排162连接蓄电池5控制小母线51获得操作电源，故障检测回路——时限过流保护172电流继电器1721通过接线端子排162连接互感器13的二次侧第二绕组132，保护出口继电器1723输出回路通过接线端子排162连接断路器操作机构140第二跳闸线圈142；在电流继电器1721与保护出口继电器1723之间连接有信号继电器1722和时间继电器1724。

本实用新型(见图3、图4)将控制断路器14的继电保护装置17改进分解成由电流速断保护171组成的第一保护系统1701和由时限过流保护172组成的第二保护系统1702两个系统组成的，相互独立、没有电气联系的双系统继电保护装置，分别由不同的蓄电池供给独立直流操作电源，动作于断路器不同的独立跳闸线圈，构成两个平行布置、并列运行、具有选择性和速动性的双保护系统。这样，当10KV线路11在电流速断保护171保护范围内发生故障时，故障电流信号分别由互感器13的二次侧第一绕组131、第二绕组132通过接线端子排161、162传送到继电保护装置17第一保护系统1701电流速断保护171检测回路——电流继电器1711和第二保护系统1702时限过流保护172检测回路——电流继电器1721，电流继电器1711和电流继电器1721动作：第二保护系统1702电流继电器1721启动时间继电器1722开始计时，第一保护系统1701电流继电器1711启动信号继电器1712发出故障信号，同时也启动保护出口继电器1713控制断路器14操作机构140跳闸线圈141，使断路器14跳闸，瞬时把故障切除。万一第一保护系统1701或跳闸线圈141失灵，故障无法切除，则第二保护系统1702时间继电器1724经延时后，启动信号继电器1722发出故障信号，同时也启动保护出口继电器1723控制断路器14操作机构140跳闸线圈142，使断路器14跳闸，延时把故障切除。电流继电器1711和1721返回。

若10KV线路11在电流速断保护171保护范围之外发生故障时，仅第二保护系统1702时限过流保护172检测回路——电流继电器1721动作，经延时把故障切除。

图5是本实用新型技术在10KV配电所的一个实施例：变配电所有一回10KV电源进线11，一回10KV电源出线21，一台变比为10/0.4KV、容量为1000KVA变压器30；按现行规范规定，10KV电源进线线路11配置电流速断保护171和时限过流保护172；10KV电源出线线路21须配置电流速断保护271和时限过流保护272；变压器30回路须配置电流速断保护271和温度保护373、时限过流保护272和瓦斯保护374，并分别构成双系统继电保护装置，分别安装在10KV高压配电柜1、2、3继电保护装置小间内。采用蓄电池直流系统操作。

10KV电源进线11高压配电柜1双系统继电保护装置17第一保护系统1701的电流速断保护171通过接线端子排161连接蓄电池控制小母线41获得操作电源，故障检测回路——电流继电器1711通过接线端子排161连接互感器13二次侧第一绕组131获得故障电流检测信号，输出回路——保护出口继电器1713通过接线端子排161连接断路器14操作机构140第一跳闸线圈141；第二保护系统1702的时限过流保护172通过接线端子排162连接蓄电池控制小母线51获得操作电源，故障检测回路——电流继电器1721通过接线端子排162连接互感器13二次侧第二绕组132获得故障电流检测信号，输出回路——保护出口继电器1723通过接线端子排162连接断路器14操作机构140第二跳闸线圈142。

10KV电源出线21高压配电柜2双系统继电保护装置27第一保护系统2701的电流速断保护271通过接线端子排261连接蓄电池控制小母线42获得操作电源，故障检测回路——电流继电器2711通过接线端子排261连接互感器23二次侧第一绕组231获得故障电流检测信号，输出回路——保护出口继电器2713通过接线端子排261连接断路器24操作机构第一跳闸线圈241；第二保护系统2702的时限过流保护272通过接线端子排262连接蓄电池控制小母线52获得操作电源，故障检测回路——电流继电器2721通过接线端子排262连接互感器23二次侧第二绕组232获得故障电流检测信号，输出回路——保护出口继电器2723通过接线端子排262连接断路器24操作机构第二跳闸线圈242。

变压器30高压配电柜3双系统继电保护装置27第一保护系统3701通过接线端子排361连接蓄电池控制小母线42获得操作电源，电流速断保护371故障检测回路——电流继电器3711通过接线端子排361连接互感器33二次侧第一绕组331获得故障电流检测信号，变压器30本体温度故障信号传送到温度保护373，保护输出回路——保护出口继电器3713通过接线端子排361连接断路器34操作机构第一跳闸线圈341；第二保护系统3702通过接线端子排362连接蓄电池控制小母线52获得操作电源，时限过流保护372故障检测回路——电流继电器3721通过接线端子排362连接互感器33二次侧第二绕组332获得故障电流检测信号，变压器30本体瓦斯故障信号传送到瓦斯保护374，保护输出回路——保护出口继电器3723通过接线端子排362连接断路器34操作机构第二跳闸线圈342。

这样，当变压器30发生故障时，继电保护装置37第一保护系统3701电流速断保护371故障检测回路——电流继电器3711从互感器33的二次侧第一绕组331检测到故障电流信号，电流继电器3711启动信号继电器1712发出故障信号，同时也启动保护出口继电器1713控制断路器14操作机构140跳闸线圈141，使断路器14跳闸，瞬时把故障切除。同时，故障使变压器30本体温度上升，温度故障信号使温度保护373温度继电器3731动作并启动信号继电器1732发出故障信号，也启动保护出口继电器1713控制断路器14操作机构140跳闸线圈141，使断路器14跳闸，瞬时把故障切除。继电保护装置37第二保护系统3702的时限过流保护372检测回路——电流继电器3721从互感器33的二次侧第二绕组332检测到故障电流信号，电流继电器3721启动时间继电器1724开始计时，延时后启动信号继电器1722发出故障信号，同时也启动保护出口继电器1723控制断路器14操作机构140跳闸线圈142，使断路器14跳闸，延时把故障切除。故障使变压器30体内产生瓦斯，瓦斯故障信号使瓦斯保护374瓦斯继电器3741动作并启动信号继电器1742发出故障信号，同时也启动保护出口继电器1723控制断路器14操作机构140跳闸线圈142，使断路器14跳闸，瞬时把故障切除。

当继电保护装置37第二保护系统3702失灵无法将故障切除，第一保护系统3701仍能正常工作，将故障切除；万一第二保护系统3702及断路器34第二跳闸线圈342失灵的同时蓄电池4的控制小母线42又出现故障，使第一保护系统3701也无法正常工作，这时由蓄电池5的控制小母线51提供直流电源的10KV进线线路11的第一保护系统1701仍能正常工作能够正常运行，检测出故障并切除故障，保证了变电站的安全和电网的稳定(余原理相同)。

图6是本实用新型技术在10KV配电所的另一实施例；变配电所电源进线、出线、变压器容量、继电保护配置与图5相同。继电保护171、271、371采用交流操作，保护172、272、372、373、374采用直流操作。

10KV电源进线11高压配电柜1继电保护装置17第一保护系统1701的电流速断保护171检测回路——电流继电器1711通过接线端子排161从互感器33的二次侧第一绕组131检测故障电流检测信号和交流操作电源，并通过接线端子排161启动断路器14操作机构140交流分励跳闸线圈141，控制断路器14跳闸，瞬时把故障切除。第二保护系统1702的时限过流保护172通过接线端子排162连接蓄电池4控制小母线41获得直流操作电源，检测回路——电流继电器1721通过接线端子排162从互感器33的二次侧第二绕组132故障电流检测信号，电流继电器1721等作后启动时间继电器1724开始计时，延时后启动信号继电器1722发出故障信号，并启动保护出口继电器1723控制断路器14操作机构140直流跳闸线圈142，使断路器14跳闸，延时把故障切除。10KV电源出线21高压配电柜2继电保护装置27接线与10KV电源进线11高压配电柜1继电保护装置17相同，仅第二保护系统2702接线端子排262连接蓄电池4控制小母线42获得操作电源。

变压器30高压配电柜3继电保护装置37第一保护系统3701的电流速断保护371检测回路——电流继电器3711通过接线端子排361连接互感器33的二次侧第一绕组331，获得检测信号和交流操作电源，并通过接线端子排361连接断路器34操作机构交流分励跳闸线圈341控制断路器34跳闸，瞬时把故障切除。第二保护系统3702通过接线端子排362连接带蓄电池逆变装置4控制小母线42获得交流操作电源，时限过流保护372检测回路——电流继电器3721通过接线端子排362从互感器33的二次侧第二绕组332获得故障电流检测信号，电流继电器3721动作后启动时间继电器3724开始计时，延时后启动信号继电器3722发出故障信号，并启动保护出口继电器3723控制断路器34操作机构直流跳闸线圈342，使断路器34跳闸，延时把故障切除。故障使变压器30本体温度上升，温度故障信号使温度保护373温度继电器3731动作并启动信号继电器3732发出故障信号，故障也使变压器30体内产生瓦斯，瓦斯故障信号使瓦斯保护374瓦斯继电器3741动作并启动信号继电器3742发出故障信号，同时温度继电器3731、瓦斯继电器3741也启动保护出口继电器3723控制断路器34操作机构跳闸线圈342，使断路器34跳闸，瞬时把故障切除。

上述实施例的直流电源4也可将蓄电池改为带电容储能的整流装置；当采用交流操作时，操作电源为带蓄电池的逆变装置，其优点在于技术简单、可靠性高、能满足电网自动化要求。本实用新型能有效地克服目前电网短路电流增大所造成危害，具有布局清晰、明确，维修方便，双系统继电保护装置任一套继电保护系统可分别独立地进行校验和检验，某一套继电保护系统的任一个保护元器件的故障不会影响另一套继电保护系统的运行等优点，技术简单，易实施，建设造价低。即用很低造价，就可把变配电站的安全和电网的稳定提高到一个新水平，使之能满足现有电网安全要求和城网及农网自动化需要，带来了很好的经济效益和社会效益，本实用新型技术特别适用于各电压等级的中心变电站，也适用于各10KV变配电所及各大用电设备的保护。

Claims

1、一种变配电设备双系统继电保护装置，该装置包括继电保护以及二次接线、操作电源、接线端子排、互感器、断路器跳闸线圈，其特征在于：继电保护是两套相互独立、没有电气联系、具有单独的操作电源的双系统继电保护装置；第一保护系统的故障检测回路通过第一组接线端子排连接互感器的二次侧第一绕组，输出回路通过第一组接线端子排连接断路器第一组跳闸线圈；第二保护系统的故障检测回路通过第二组接线端子排连接互感器的二次侧第二绕组，输出回路通过第二组接线端子排连接断路器第二组跳闸线圈。

2、根据权利要求1所述的变配电设备双系统继电保护装置，其特征在于：继电保护装置17第一保护系统1701通过接线端子排161连接蓄电池控制小母线41获得操作电源，故障检测回路——电流速断保护171电流继电器1711通过接线端子排161连接互感器13的二次侧第一绕组131，保护出口继电器1713输出回路通过接线端子排161连接断路器操作机构140第一跳闸线圈141；在电流继电器1711与保护出口继电器1713之间连接有信号继电器1712；第二保护系统1702通过接线端子排162连接蓄电池5控制小母线51获得操作电源，故障检测回路——时限过流保护172电流继电器1721通过接线端子排162连接互感器13的二次侧第二绕组132，保护出口继电器1723输出回路通过接线端子排162连接断路器操作机构140第二跳闸线圈142；在电流继电器1721与保护出口继电器1723之间连接有信号继电器1722和时间继电器1724。

3、根据权利要求1所述的变配电设备双系统继电保护装置，其特征在于：继电保护装置27第一保护系统3701通过接线端子排361连接蓄电池控制小母线42获得操作电源，电流速断保护371故障检测回路——电流继电器3711通过接线端子排361连接互感器33二次侧第一绕组331获得故障电流检测信号，变压器30本体温度故障信号传送到温度保护373，保护输出回路——保护出口继电器3713通过接线端子排361连接断路器34操作机构第一跳闸线圈341；第二保护系统3702通过接线端子排362连接蓄电池控制小母线52获得操作电源，时限过流保护372故障检测回路——电流继电器3721通过接线端子排362连接互感器33二次侧第二绕组332获得故障电流检测信号，变压器30本体瓦斯故障信号传送到瓦斯保护374，保护输出回路——保护出口继电器3723通过接线端子排362连接断路器34操作机构第二跳闸线圈342。

4、根据权利要求1所述的变配电设备双系统继电保护装置，其特征在于：继电保护装置17第一保护系统1701的电流速断保护171检测回路——电流继电器1711通过接线端子排161从互感器33的二次侧第一绕组131检测故障电流检测信号和交流操作电源，并通过接线端子排161启动断路器14操作机构140交流分励跳闸线圈141，控制断路器14跳闸，瞬时把故障切除；第二保护系统1702的时限过流保护172通过接线端子排162连接蓄电池4控制小母线41获得直流操作电源，检测回路——电流继电器1721通过接线端子排162从互感器33的二次侧第二绕组132故障电流检测信号，电流继电器1721等作后启动时间继电器1724开始计时，延时后启动信号继电器1722发出故障信号，并启动保护出口继电器1723控制断路器14操作机构140直流跳闸线圈142，使断路器14跳闸，延时把故障切除。

5、根据权利要求1所述的变配电设备双系统继电保护装置，其特征在于：第一保护系统3701的电流速断保护371检测回路——电流继电器3711通过接线端子排361连接互感器33的二次侧第一绕组331，获得检测信号和交流操作电源，并通过接线端子排361连接断路器34操作机构交流分励跳闸线圈341控制断路器34跳闸；第二保护系统3702通过接线端子排362连接带蓄电池逆变装置4控制小母线42获得交流操作电源，时限过流保护372检测回路——电流继电器3721通过接线端子排362从互感器33的二次侧第二绕组332获得故障电流检测信号，电流继电器3721通过时间继电器3724、信号继电器3722接保护出口继电器3723；温度保护373温度继电器3731通过信号继电器3732接保护出口继电器3723；瓦斯保护374瓦斯继电器3741通过信号继电器3742接保护出口继电器3723，保护出口继电器3723通过接线端子排362接控制断路器34操作机构跳闸线圈342。

6、根据权利要求2或3或4所述的变配电设备双系统继电保护装置，其特征在于：蓄电池用带储能整流装置替代。