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1、半披电力出坍6科技学院毕业设计（论文）题 目 220kV输电线路保护方案的 分析与设计系另IJ电力工程系专业班级电气工程及其自动化专业电气05K5班学生姓名于腾指导教师李秀琴徐玉琴二OO九年六月220kV 输电线路保护方案的分析与设计摘要在电力系统中保护装置是系统中的一个关键环节，它直接影响着整个输配电网的运 行稳定及安全，任何的电力设备没有保护是不能进网运行的。现在新投入使用的高中压 等级继电保护设备几乎均为微机保护产品。对于220kV输电线路的微机保护方案，有多种 配置选择，其中包括高频保护、电流差动保护、距离保护、零序电流保护等等，高频保 护和电流差动保护常被用作输电线路的主保护，距离保
2、护和零序电流保护则是后备保 护。在 220kV 电压等级的输电线路上，一般要求装设全线速动的保护装置，对重要的 220KV 输电线路，一般应选择两套原理不同的保护作为主保护。本文对微机保护的起动元 件、选相元件以及采用闭锁信号和允许信号的高频保护、电流差动保护等主要保护类型 的原理和分类做了介绍，并根据220KV输电线路保护配置的原则，初步选择了一套220KV 输电线路的微机保护配置方案。关键词 ：微机保护； 高频保护；电流差动保护； 距离保护THE ANALYSIS AND DESIGN OF 220KVTRANSMISSION LINES RELAYPROTECTION SCHEMEAbs
3、tractProtection devices is a key part of power system ，which directly impact on the operation stability and security of the entire transmission and distribution grid. Any electrical equipment without protection can not run in the system. Relay devices of high and medium voltage grade which put into
4、action recently are almost microprocessor-based protection products. For protection scheme of 220kV transmission lines, there are a variety of configuration options, including pilot protection, current differential protection, distance protection, and zero-sequence current protection, etc. Pilot pro
5、tection and current differential protection is often used as the main protection. Distance protection and zero-sequence current protection are used as the back-up protection. To the transmission line of 220kV voltage levels, non- time over fast protection devices need installing. Generally, to impor
6、tant 220kV transmission line, two sets of different principle protection are as main protection at the same time. In this paper, the pick-up elements, fault selection elements, pilot protection with block-signal and allow-signal, current differential protection principle and classification are intro
7、duced. According to the protection configuration principle of 220kV transmission lines, design a digital protection configuration scheme of 220kV transmission line.Keyword：Microprocessor-based protection；Pilot Protection；Current Differential Protection； Distance Protection目 录220KV 输电线路保护方案的分析与设计 IAB
8、STRACT II1 绪论11.1 课题背景11.2 研究现状11.3 论文的主要工作32 常用微机保护主保护原理分析42.1 常用选相元件原理42.1.1 相电流差突变量选相 42.1.2 序分量选相52.1.3 其它选相元件 82.2 微机保护常用起动元件82.3 高频保护原理分析92.3.1 高频保护通道及收发信机 102.3.2 采用闭锁信号的高频保护 102.3.3 采用允许信号的高频保护142.4 差动保护工作原理 162.4.1 电流纵差保护基本原理 162.4.2 差动保护制动特性及其元件 172.4.3 电流差动保护分类 183 微机后备保护原理分析 193.1 距离保护原理
9、分析193.1.1 距离保护的构成及其原理 193.1.2 距离保护的阻抗元件 193.1.3 距离保护流程图及逻辑框图 213.2 零序电流保护原理分析 233.2.1 零序电流保护的配置及原理 233.2.2 零序保护中的零序功率方向元件 244 220KV 输电线路保护方案设计 264.1 220KV输电线路保护选择原则264.2 主保护、后备保护的选择264.3 综合重合闸的选择原则264.4保护方案275 结论28参考文献29致谢311 绪论1.1 课题背景输电线路是电力系统中的重要组成部分，而输电线路的保护也成为了电力系统保护中 的重中之重。随着微机保护的研究、应用、推广与实践，现
10、在新投入使用的高中压等级继 电保护设备几乎均为微机保护产品1。在地区电网中，220kV系统是电力输送主网架，220kV线路多数都是环网运行，经过 近几年大规模的电网改造，220kV变电站布点日趋紧密，造成220 kV线路越来越短，220kV 系统电网结构进一步加强，电能潮流分布更加合理，但这对电网继电保护性能带来新的问 题，继电保护的不正确动作会严重破坏原本合理、坚强的电网结构，甚至使电网瓦解，因 此对继电保护配置与运行方案进行深入分析，合理地安排继电保护设备的运行方式，对电 网的安全稳定运行有重要意义2。1.2 研究现状由于220kV及其以上的高压、超高压电网的系统稳定的要求，在220kV电
11、压等级的输 电线路上，一般要求装设全线速动的保护装置。对于中长距离的220kV线路，一般采用高 频保护作为主保护。对重要的220kV输电线路，一般应选择两套原理不同的高频保护作为 主保护。对 220kV 的短线路（例如 5km 及以下的输电线路），可选择线路纵联差动保护 作为全线速动的主保护。对于接地短路故障，零序电流保护的1、11段或接地距离保护的 1、11段作为接地故障的主保护。距离保护1、11段、零序电流保护I段以及对本线路末 端有足够灵敏度的II段为近后备保护。距离III段及零序电流保护III段为远后备保护。重合 闸一般选用综合重合闸装置4-5。文献6指出按照获得对侧电量方法的不同，纵
12、联保护可以分为四类：导引线纵联差动 保护、输电线路载波保护（高频保护）、微波保护和光纤纵差保护。按照实现纵联保护的 原理划分，纵联保护可以分为：纵联方向保护和差动纵联保护。在现代输电线路中（超）高压输电占据了绝大部分，而微机保护的研究也是从高压输 电线路开始的，微机保护已在全国电力系统中得到了广泛的应用。在微机型输电线路的高 频保护中，目前应用最广泛的是方向高频保护。方向高频保护的构成原理主要有闭锁信号 和允许信号两种方式。在环网或双回线路上，当一回线发生故障时，由于故障线路两侧的 断路器相继动作造成非故障线路的短路功率改变方向，从而有可能使得非故障线路的方向 高频保护误动6。随着微机保护与网
13、络通信等技术的结合，变电站自动化系统、配网自动化系统也已经 在全国电力系统中得到了广泛的应用，进一步提高了电力系统的安全、稳定、可靠和经济 运行，为电网高质量的电能传输和供电提供了更好的技术保障，也为变电站无人或少人值 班创造了必要的条件。文献7根据目前电力通信系统状况和线路保护的设备水平，阐明了 用于超高压线路纵联保护传输信号的通信方式，例如载波、光纤及微波通道等，针对这些 不同的通信方式的保护形式进行选择分析后认为，在考虑220kV及以上电压等级的线路纵 联保护方案时，保护信号传输通道应首选复用数字通信电路，逐渐淘汰载波通道，保护形 式应首选分相电流差动保护；允许式方向或距离保护复用通信通
14、道，经RS-232串行口与 通信终端连接，其起止式异步传输方式值得借鉴。距离保护是利用短路时电压，电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，反映故 障点到保护安装处的距离而工作的保护。通过判断故障方向，测量并比较故障距离，判断 出故障位于保护区内还是保护区外，从而决定是否需要跳闸，实现保护。通常情况下，距 离保护可以通过测量短路阻抗的方法来间接的测量和判断故障距离8。在中性点直接接地系统中发生接地故障（包括单相接地和两相接地）时，出现零序的 分量电压、零序电流及零序功率。而在系统正常运行和相间短路等情况下，理论上均不存 在零序分量。因此，利用零序分量构成输电线路的接地故障保护具有明显的优点9。
15、在采用单相重合闸的线路中（220kV及以上电压等级的输电线路中），零序保护应分 为两部分，一部分是全相运行运行条件下的零序保护，通常由三段或四段组成，另一部分 是非全相运行条件下的零序保护，通常由两段组成6。在我国超高压输电系统中，由于选相跳闸的需要，选相元件成为超高压输电线路保护 装置中的重要元件。在常规的保护装置中，选相元件的作用是单相接地故障时准确的选出 故障相实现单相重合闸功能，在两相和三相故障时实现三相跳闸。近年来。随着数字式微 机保护装置在系统中的广泛应用，要求选相元件不仅要准确判别出单相故障的故障相，还 要准确判别相间故障的相别。因为此时选相元件不仅为自动重合闸服务，同时也是保护装 置的测量元件（如距离元件）的正确动作和提供打印出故障故障类型所必需的数据。此外， 选相也是精确故障测距的重要一环9。文献9指出,早期的传统保护通常采用相电流选相元件、低电压选相元件和阻抗选相元 件。相电流和低电压选相元件虽然实现简单，但前者仅适用于电源侧且灵敏度较低，容易 受负荷电流和系统运行方式的影响，因此只作为辅助选相之用。后者仅适用于电源较小的 受电侧或线路很短的送电侧,应用场合受到限制。阻抗选相元件受负荷电流和过渡电阻的影 响较大，现在也不单独使用，往往作为辅助判据。在数字式微机保护中，选相元件通常由 软件实现，这给选相元件的实现带来了很大的灵活性。目前主要采用工频相
