{电力公司管理}4输电线路继电保护

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1、4 电网的电流、电压、阻抗及方向 保护 4、1 单侧电源辐射网络相间短路的电流保护 输电线路阶段式电流保护主要有电流速断、限时 电流速断和定时过流等，视网络结构不同，可有三 段式，两段式或一段式等配置。 传统电流保护由电流继电器、时间继电器、中 间继电器和信号继电器等构成。微机保护则由一单 片机（或DSP)为核心的微机系统完成。 机电式电流继电器集检测、比较判断等功能于 一身。其动作特性常以返回系数表征。,返回系数=返回值/动作值 电流继电器返回系数横小于1。 1电流速断保护 仅反映电流增加而瞬时动作的电路保护被称作电流速断保护。,图4-1 电流速断保护动作特性的分析,对电流速断保护而言，能使

2、该保护装置起动的最小电流值称为保护装置的起动电流，以 表示。 短路电流可由下式求得 式中 系统等效电源的相电势； Zk 短路点至保护安装处之间的阻抗； Zs 保护安装处到系统等效电源之间的阻抗。 对保护1而言有:,（4-1）,在最大运行方式下变电所C母线上三相短路时的电流是 ，因此动作电流 引入可靠系数 ，则上式即可写为 对保护2来讲，按照同样的原则，其起动电流应整定得大于B母线短路时的最大短路电流， ，即,（4-2）,（4-3）,（4-4）,在系统最小运行方式下的两相短路时，电流速断的保护范围为最小。一般情况下，应按这种运行方式和故障类型来校验其保护范围。保护2的最小保护范围是： 式中Z1为

3、线路单位长度(1km)正序阻抗， 为相电势。 电流速断保护的主要优点是简单可靠，动作迅速，因而获得了广泛的应用。它的缺点是不可能保护线路的全长，并且保护范围直接受系统运行方式变化的影响大。,图4-2 系统运行方式变化对电流速断保护的影响,图4-3 被保护线路长短不同时，对电流速断保护的影响 (a)长线路； (b)短线路,当系统运行方式变化很大而电流速断的保护范围很小或失去保护范围时，可考虑用电流、电压相等范围保护，用以在不增加时延情况下，增加保护范围和提高灵敏度。 所谓等范围保护是指电流元件和电压元件的起动值均按系统在经常运行方式下有较大的保护范围确定(一般按经常运行方式的保护区为线路全长的7

4、5%考虑，即 )。因此，等范围保护（又称电流电压联锁保护）动作值为：,式中： 系统等效电源相电势 保护安装处至等效电源之间的阻抗 被保护线路每公里正序阻抗 经常运行方式下的保护范围。 2限时电流速断保护 由于它能以较小的时限快速切除全线路范 围以内的故障，因此，称之为限时电流速断保护。 (1) 工作原理和整定计算的基本原则,图4-4 用于线路-变压器组的电流速断保护 图4-5 限时电流速断动作特性的分析,(4-5) 对 ，考虑到短路电流中的非周期分量已经衰减，故可选取得比速断保护的 小一些，一 般取为1.11.2。 (2) 动作时限的选择 (4-6) 确定 的原则 (4-7) (3) 保护装置

5、灵敏性的校验 (4-8),图4-6 限时电流速断动作时限的配合关系 (a) 和下一条线路的速断保护相配合； (b) 和下一条线路的限时速断保护相配合。,(4-9) 为了保证在线路末端短路时，保护装置一定能够动作，对限时电流速断保护应要求 。 当校验灵敏系数不能满足要求时，通常都是考虑进一步延伸限时电流速断的保护范围，使之与下一条线路的限时电流速断相配合，这样其动作时限就应该选择得比下一条线路限时速断的时限再高一个 ，一般取为11.2s，按照这个原则整定的时限特性如图4-6(b)所示，此时 (4-10),3定时限过电流保护 其动作时限与短路电流的大小无关，因此称为定时限过电流保护。 (1) 工作

6、原理和整定计算的基本原则 图4-7 选择过电流保护起动电流和动作时间的网络图 (4-12) 式中 可靠系数，一般采用1.151.25；,自起动系数，数值大于1； 电流继电器的返回系数，一般采用0.85。 (2) 按选择性的要求整定过电流保护的动作时限 图4-8 单侧电源放射形网络中过电流保护动作时限选择说明 缺点：当故障越靠近电源端时，短路电流越大，此时过电流保护动作切除故障的时限反而越长。,此外，处于电网终端附近的保护装置，过电流保护的动作时限并不长，可以作为主保护兼后备保护，而无需再装设电流速断或限时电流速断保护。 (3) 过电流保护灵敏系数的校验 要求 ；当作为相邻线路的后备保护时， 。

7、 此外，在各个过电流保护之间，还必须要求灵敏系数相互配合，即对同一故障点而言，要求越靠近故障点的保护应具有越高的灵敏系数。 (4-13),110KV,1,4,2,3,5,6,A,B,C,30KM,20KM,T=1s,P=50MW,已知 对保护1的第三段电流保护进行整定计算。,4、2 单侧电源辐射网络相间短路的距离保护 1阻抗继电器 （4-14) 图4-9 用复数平面分析阻抗继电器的特性 (a)网络接线；(b)被保护线路的测量阻抗及动作特性,(1) 构成阻抗继电器的基本原则 继电器的动作阻抗应该选择为 (4-16) (2) 利用复数平面分析全阻抗继电器特性 幅值比较方式 （4-17) 上式两端乘

8、以电流 ，因 ，变成为 (4-18),图4-10 全阻抗继电器的动作特性 (a)幅值比较式； (b)相位比较式 (2) 相位比较方式全阻抗继电器的动作特性 当测量阻抗ZK位于圆周上时，向量(ZK+Zset)超前于(ZKZset)的角度=90，而当ZK位于圆内时，90；ZK位于圆外时，90。,(4-19) 式中 对应于ZK超前于Zset时的情况，此时为负值，如图4-13所示。 图4-11测量阻抗在圆内 图4-12 测量阻抗在圆外 图4-13 ZK超前于Zset的向量关系,图9-20 距离保护的作用原理 (a) 网络接线；(b) 时限特性,距离一段 （4-27） （4-28） 距离二段 （4-29

9、） 灵敏系数 （4-30）,距离三段： (4-33） 可靠系数、自起动系数和返回系数均为大于等于1的数值。 正常运行时的最小负荷阻抗， 动作时限应比距离段保护范围内其他各保护的最大动作时限高出一个 。 (2) 距离保护的主要组成元件 在一般情况下，距离保护装置由以下元件组成，其逻辑关系 如图4-21 所示。 图4-21 三段式距离保护的组成元件和逻辑框图,4.3 双侧电源网络相间短路保护 在线路两侧都装上阶段式电流保护(因为两侧均有电源)，则误动的保护都是在自己保护线路的反方向发生故障时，由对侧电源供给的短路电流所致。 图4-22 方向继电器工作原理的分析 (a)网络接线；(b)短路点1向量图

10、；(c)短路点2向量图,双侧电源网络相间短路方向保护就是在单侧电源网络相间保护的基础上增加方向元件以保证其选择性的保护。 1功率方向继电器的工作原理及相间功率方向继电器接线方式 （1）原理 用以判别功率方向或测定电流、电压间相位角的继电器称为功率方向继电器 。,(2) 接线方式 零度接线 对A相的功率方向继电器，加入电压 和电流 ，则当正方向短路时 （4-34） 反方向短路时， （4-35） 输出为最大时的相位差称为继电器的最大灵敏角 。此时 =0度。,继电器动作角度 的范围通常取为 其动作方程可表示为 或 （4-36） 图4-23 0接线时的动作特性( ) 图4-24 90接线时的动作特性（

11、 ）,90接线 为了减小和消除死区，在实际上广泛采用非故障 的相间电压作参考量去判别电流的相位。如对的方 向继电器加入电流 和电压 。 继电器的最大灵敏角应设计为 ，动作方 程为： （4-37） 式中 称为功率方向继电器的内角。 用内角表示的动作方程： （4-39) 用功率表示： (4-30),综合三相和各种两相短路的分析可以得出， 当 时，方向继电器在一切相间故障情况 下都能动作的条件应为 (4-41) 90接线方式的主要优点是：第一，对各种 两相短路都没有死区，第二，适当地选择继电器的 内角后，对线路上发生的各种故障，都能保证动作 的方向性。 2双侧电源网络中电流保护整定的特点 (1) 电

12、流速断保护 为了同是满足选择性和灵敏性的最佳配合，必须在单 侧电源网络电流速断的基础上增加功率方向元件。,(2) 限时电流速断保护 . 助增电流的影响。 图4-26 有助增电流时，限时电流速断保护的整定,故障线路中的短路电流 将大于 ，这种使故 障线路电流增大的现象，称为助增。 由于 但考虑助增后 因此引入分支系数，其定义为: 此例为：,动作定值： （4-47） 外汲电流的影响。 图4-27 有外汲电流时电流速断保的整定,使故障线路中电流减小的现象称外汲。此时分支系数 。 当变电所B母线上既有电源又有并联的线路时 （4-48） 3方向阻抗继电器和偏移特性阻抗继电器 方向距离保护的核心是方向阻抗

13、继电器，或带偏移特性的阻抗继电器。 (1) 方向阻抗继电器 图4-28 继电器的动作特性 a) 幅值比较式的分析； (b) 相位比较式的分析,方向阻抗继电器的特性是以整定阻抗为直径经坐标原点的一个圆(即坐标原点在圆周上) 当 等于 的阻抗角时，继电器的起动阻抗达到最大，阻抗继电器的保护范围最大，工作最灵敏，这个角度称为继电器的最大灵敏角 。 应该调整继电器的最大灵敏角使 ，以便继电器工作在最灵敏的条件下。 当反方向发生短路时，测量阻抗位于第三象限，继电器不能动作，因此它本身就具有方向性，故称之为方向阻抗继电器。 幅值比较式继电器的起动的条件： (4-49), 相位比较式继电器的起动的条件： 将

14、 与 乘以电流 ，即可得到比较相位的两个电压： 极化电压 补偿电压 (2) 偏移特性的阻抗继电器 偏移特性阻抗继电器的特性是当正方向的整定阻抗为 ，同时向反方向偏移一个 ，式中 图4-29 具有偏移特性的阻抗继电器 (a) 幅值比较式的分析； (b) 相位比较式的分析,圆的直径为 圆心的坐标 圆的半径为 。 幅值比较式.继电器的起动条件为 (4-52) 相位比较式继电器起动的条件也是 比较其相位的两个电为压 (4-55) 4、多边形阻抗继电器 阻抗继电器的非圆形特性有三条直线,四条直线及多条直线曲线围成的多边形特性。,5双测电源网络距离保护的特点 (1) 整定计算原则 距离保护第段的整定 考虑采用方向阻抗元件，一般按躲开下一条线路出口处短路的原则来确定，按(4-27)式和(4-28)式计算，在一般线路上，可靠系数取0.8。 距离保护第段的整定,