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1、2 366kV 单电源输电线路的电流电压保护与自动重合闸本章将讨论以下内容： 366kV 单电源输电线路的保护配置原则 366kV 单电源输电线路的电流保护 366kV 单电源输电线路的电流电压保护 366kV 单电源输电线路三相一次自动重合闸 典型的继电保护装置 保护测控装置二次回路图 单电源电网单相接地故障的保护2.1 366kV 单电源输电线路的保护配置原则2.1.1 3kV10 kV 线路保护3kV10 kV中性点非有效接地电力网的线路，对相间短路和单相接地应按本条规定装设相应的保护。1. 相间短路保护应按下列原则配置(1) 保护装置如由电流继电器构成，应接于两相电流互感器上，并在同一
2、网路的所有线路上，均接于相同两相的电流互感器上。(2) 保护应采用远后备方式。(3) 如线路短路使发电厂厂用母线或重要用户母线电压低于额定电压的60 以及线路导线截面过小，不允许带时限切除短路时，应快速切除故障。(4)过电流保护的时限不大于0.55 一0.75 ，且没有(3) 所列情况，或没有配合上要求时，可不装设瞬动的电流速断保护。2. 对相间短路，单侧电源线路应按下列规定装设保护可装设两段过电流保护，第一段为不带时限的电流速断保护；第二段为带时限的过电流保护，保护可采用定时限或反时限特性。带电抗器的线路，如其断路器不能切断电抗器前的短路，则不应装设电流速断保护。此时，应由母线保护或其他保护
3、切除电抗器前的故障。自发电厂母线引出的不带电抗器的线路，应装设无时限电流速断保护，其保护范围应保证切除所有使该母线残余电压低于额定电压60 的短路。为满足这一要求，必要时，保护可无选择性动作，并以自动重合闸或备用电源自动投人来补救。保护装置仅装在线路的电源侧。线路不应多级串联，以一级为宜，不应超过二级。必要时，可配置光纤电流差动保护作为主保护，带时限的过电流保护为后备保护。2.1.2 35 kV66 kV 线路保护35 kV66kV 中性点非有效接地电力网的线路，对相间短路和单相接地，应按本条的规定装设相应的保护。1. 对相间短路，保护应按下列原 则配置(1) 保护装置采用远后备方式。(2)
4、下列情况应快速切除故障：1）如线路短路，使发电厂厂用母线电压低于额定电压的60 时；2）如切除线路故障时间长，可能导致线路失去热稳定时；3）城市配电网络的直馈线路，为保证供电质量需要时；4）与高压电网邻近的线路，如切除故障时间长，可能导致高压电网产生稳定问题时。2. 对相间短路单侧电源线路， 应按下列规定装设保护装置。可装设一段或两段式电流速断保护和过电流保护，必要时可增设复合电压闭锁元件。由几段线路串联的单侧电源线路及分支线路，如上述保护不能满足选择性、灵敏性和速动性的要求时，速断保护可无选择地动作，但应以自动重合闸来补救。此时，速断保护应躲开降压变压器低压母线的短路。2.2 366kV 单
5、电源输电线路的电流保护2.2.1 电流继电器1继电特性具有明确的动作状态、返回状态，而没有中间状态的特性称为继电特性。具有继电特性的元件称为继电器。2常开、常闭触点在继电器线圈不带电时，其触点自然打开的叫常开触点，如图 2-1（a）所示；其触点自然闭合的叫常闭触点，如图 2-1（b）所示.（a）常开 触点 (b)常闭触点图 2-1 常开、常闭触点示意图3电流继电器（KA）反应电流量而动作的继电器称为电流继电器。输电线路发生故障后，故障点的电流增大，因此，这种反应电流增大而动作的继电器通常叫作过电流继电器。带常开触点的过电流继电器的继电特性如图 2-2 所示。当加入到过电流继电器的电流Ir小于其
6、动作电流 IOP时，过电流继电器不动作，其常开触点断开（或输出低电平）。当Ir增大到 IOP(动作电流)时，继电器立即动作（由 - , 没有中间状态），其常开触点闭合（或输出高电平），如图 2-2（a）所示。当 IrI OP时，过电流继电器处于动作状态。在继电保护中，把过电流继电器刚好能够动作的最小电流叫作动作电流。在过电流继电器的动作状态下，逐渐减小其输入电流 Ir，当 Ir减小到 Ire(返回电流)时，继电器立即返回（由 - ,没有中间状态），其常闭触点断开（或输出低电平），如图 2-2（b）所示。当 IrI re时，过电流继电器由动作状态变为返回状态。在继电保护中，把过电流继电器刚好能够
7、返回的最大电流叫作返回电流。为了保证继电器动作后输出状态的稳定性和可靠性，继电器的动作值与返回值不能相等，应保持一定的比例，在继电保护中，用返回 Kre系数来衡量。K re定义如下：（2-1）继 电 器 的 动 作 值继 电 器 的 返 回 值reK显然，过电流继电器的 ， Kre1，一般调整 Kre=0.85 0.9。K re不能太高，如OPreI果太高，继电器动作后可能出现触电的抖动（或输出高、低电平的不断变化）；K re也不能太低，如果太低，继电器动作后不容易返回。常开触点闭合状态 （ 或输出高电平 ）常开触点断开状态 （ 或输出低电平 ）IO P（ 动作电流 ）Ir（ 加入到过电流继电
8、器的电流 ）继电器状态 继电器动作前 继电器动作后Ir（ 加入到过电流继电器的电流 ）Ir e（ 返回电流 ）继电器返回后继电器状态常开触点闭合状态 （ 或输出高电平 ）常开触点断开状态 （ 或输出低电平 ）过电流继电器由非动作状态变为动作状态过电流继电器由动作状态变为非动作状态动作返回 继电器动作后( a ) 动作( b ) 返回图 2-2 过电流继电器的继电特性4电流继电器的实现在电力系统继电保护装置中，目前电磁型、晶体管型、集成电路型电流继电器基本被基于计算机的数字式电流继电器所取代。电流继电器是电流保护中的测量元件，由于计算机具有强大的计算、数据处理能力，因此，计算机既可以完成测量元件
9、的测量功能，又可以完成继电保护的逻辑判断，输出判断结果。因此，在数字式保护中，测量继电器一般不是独立的元件，而是以计算机为核心部件的继电保护装置，包括测量、逻辑，以及对测量结果与整定值进行比较，经逻辑判断的输出。由此可见，目前的数字式电流继电器与保护装置具有一致的硬件结构，构成如图 2-3 所示。A / D单片微型计算机程序存储器数据存储器I / O 接口光耦 1光耦 n光耦 1 光耦 n继电器 1继电器 n工作电源 控制电源信号出口通信接口 显示面板设备状态量 ， 如 Q F 的位置rT AT AA C 插件C P U 插件继电器板插件T VT V开关电源板数字式保护装置图 2-3 数字式保
10、护装置的结构从硬件典型结构框图可以看出：继电保护主要由 AC 板、CPU 板、继电器板、显示面板和电源、开关量输入板（简称开入板）等模块构成。AC 板又称为交流插件，主要负责转换、隔离现场（电流、电压互感器）提供的电流、电压信号。通过交流插件，将现场电压互感器的二次 100V 交流电压和电流互感器二次5A（或 1A）交流电流信号转换为适宜 A/D 转换器采集和处理的低电压信号。CPU板包括与交流插件接口A/D转换部分，及与开入量以及继电器出口板的接口，还提供显示面板接口和与外部通信接口。来自交流插件的小电压信号经A/D转换后，变成计算机（我国主要采用单片机）容易处理的数字信号，由计算机进行运算
11、和处理，如，检查所采集的电流信号是否大于过流整定值，大于过流整定值，则经过指定时间延迟后，由CPU板向继电器出口板发出断路器跳闸指令，同时记下发出跳闸指令时间，并将保护跳闸指令和跳闸时间合成一条告警信息，在传给显示面板同时，发往通信接口（一般为通信口B，通信口A备用）。在完成上述任务后，检查开入接口、继电器板接口确认断路器已跳开，启动重合闸或闭锁重合闸。若有重合闸，计算机在重合闸后，给出重合闸动作信号。若电流信号不大于保护定值，则按照被保护对象正常状态下的程序，对电流、电压信号按照进行计算或处理，等待计算机监控系统命令或人机界面操作命令，将计算和处理结果传往计算机监控系统或送到大屏幕液晶显示。
12、目前，我国对于10kV35kV线路、电容器、站用变/接地变等保护装置，集成了继电保护功能与测控控制功能，称为保护测量控制一体继电器出口板等同于常规二次回路中操作箱，不仅提供出口分合，防跳、手工分合断路器控制，还通过断路器跳闸位置、合闸位置触点，向监控系统提供断路器位置信号。显示面板插件主要提供运行维护人员一个友善的人机界面。通过该界面，可代替常规的二次仪表，实时显示变电站基本元件的电气运行参数。如，母线电压、线路电流、开关分合、状态等。运行人员也可通过显示面板插件，检查和修改保护定值，观察装置状态等。在图 2-3 中，单片机定时采样电流值，通过计算（算法见附录 1）得到电流值的大小，与整定值比
13、较，决定电流继电器是否动作。电流继电器的动作特性满足图 2-2。2.2.2 电流保护图 2-4 配置电流保护，各级线路既要配置主保护，又要配置后备保护。装设于QF1，QF2，QF3 的电流保护的灵敏度配合如图 2-5 所示，主保护应以尽可能短的时间切除被保护设备的故障，后备保护在本站（厂）主保护拒动，或相邻开关拒动时，作用于 QF跳闸，切除故障。下面仅讨论图 2-5 中，如何通过合理的整定保护的动作值、时间，来保证保护动作的选择性，并满足灵敏性、快速性的要求。Q F 1Q F 2Q F 3用户用户 用户3 5 k V用户电流保护主保护后备保护电流保护主保护后备保护电流保护主保护后备保护图 2-
14、4 保护的配置Q F 1Q F 2Q F 3用户3 5 k V主保护后备保护后备保护主保护主保护后备保护图 2-5 保护灵敏度配合1瞬时电流速断保护（QF3 ）电网担负着由电源向负荷输送电能的任务，正常运行时流过的是负荷电流。当输电线路发生短路故障时，故障相电流增大，根据这个特点，构成反应线路故障的电流保护。不同时刻的电流曲线，如图 2-6 所示。正常运行时通过线路的是负荷电流，在 0.3 秒（仿真时刻）发生三相短路故障时，通过线路的电流增大，在 0.39 秒时故障切除。保护通过输电线路电流互感器反应故障电流。当输电线路故障时，电流增大，保护动作，跳开对应断路器，切除故障。这种反应电流增大而动
15、作的保护称为电流保护。根据对继电保护速动性的要求，保护装置动作切除故障的时间，必须满足系统稳定和保证重要用户供电可靠性。在简单、可靠和保证选择性的前提下，原则上总是越快越好。因此，在各种电气元件上，应力求装设快速动作的继电保护。对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护，称为瞬时电流速断保护。正常运行 ， 负荷电流故障电流 断路器跳闸 ， 故障切除故障发生时刻图 2-6不同时刻的电流曲线Q F 1Q F 2Q F 3用户3 5 k VA B CL1L2L3IB . m a xIB . m i n 最大运行方式下 ， 三相短路 最小运行方式下 ， 两相短路IOPA. IOPB.IA.IALax.in.Imax.in图 2-7短路电流曲线如图 2-7 所示，线路 L1、L2 上仅装设瞬时电流速断保护。在线路 L1 上任意一点发生短路故障时，希望保护 1 能瞬时动作，即保护范围为 100%。但是，在本线路（L1）末端及相邻线路（L2）首端发生相间短路时，短路电流大小基本上相等。为了保证保护动作的选择性，（QF3）瞬时电流速断保护的动作电流（I A.OPI ）应躲过本线路（L1）末端短路时的最大短路电流（I B.max）。即: I A.OPI IB.max （2-2）引入可靠系数（K relI 1）,则式（2-2）可以写为：IA.OPI = KrelIIB.max （2-3）可
