畢業(yè)論文平湖六店kV變電站輸電線路的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：平湖六店110kV變電站輸電線路的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)系（部）： 電氣工程系專業(yè)班級(jí)： 電力10-2姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：2013年5月19日摘 要繼電保護(hù)可以保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)中的電氣設(shè)備發(fā)生短路故障時(shí)，能自動(dòng)，迅速，有選擇的將故障元件從系統(tǒng)中切除，以免故障元件繼續(xù)遭到破壞，保證其他無故障部分正常運(yùn)行；有能在排除故障的同時(shí)，也保證了人們生命財(cái)產(chǎn)安全。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以平湖六店110KV變電站的輸電線路和電氣接線方式作為主要原始數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)圍繞110KV變電站的輸電線路進(jìn)行的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)，根據(jù)平湖六店原始資料所提供的變電站一次系統(tǒng)圖，重點(diǎn)介紹線路的無時(shí)限電流速斷保護(hù)和定時(shí)限

2、過流保護(hù)保護(hù)的作用原理，保護(hù)的范圍，動(dòng)作時(shí)限的特性，整定原則等，又相對(duì)平湖六店的輸電線路進(jìn)行了短路計(jì)算及其速斷保護(hù)和定時(shí)限過電流保護(hù)的整定計(jì)算，靈敏度校驗(yàn)和動(dòng)作時(shí)間整定，通過計(jì)算和比較從而確定了輸電線路保護(hù)的選型。相輔也介紹了輸電線路的其他幾種保護(hù)，如接地保護(hù)，距離保護(hù)，縱差保護(hù)和高頻保護(hù)，簡(jiǎn)單介紹了這幾種保護(hù)的工作原理組成部件，整定計(jì)算，影響因素等方面。通過對(duì)輸電線路繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)使得輸電線路在電網(wǎng)中能更加安全的運(yùn)行。關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；短路計(jì)算；整定計(jì)算Abstract Can ensure the normal operation of power system relay protect

3、ion, short circuit fault occurs when the electrical equipment in the system, can automatically, rapidly and selectively to fault components removed from the system, so as to avoid fault components continue to damage, ensure the normal operation of other trouble-free part; Can have at the same time o

4、f troubleshooting, and guarantee the people life and property safety. The graduation design in pinghu six stores 110 kv substation of power lines and electrical connection mode as the main raw data, the design around the transmission lines of 110 kv substation relay protection design, according to p

5、inghu six stores the original data provided by the substation system diagram at a time, focus on line without time limit current instantaneous fault protection and protection principle of fixed time limit over current protection, the scope of the protection action time limit characteristics, princip

6、le, etc., and relative pinghu six shop transmission lines for the calculation of short circuit and quick break protection and fixed time limit over current protection setting calculation, the sensitivity setting, check and action time through calculation and comparison to determine the selection of

7、power transmission line protection. Hand also introduced several of the transmission line protection, such as grounding protection, distance protection, longitudinal differential protection and high frequency protection, introduced the working principle of several kinds of protection components, set

8、ting calculation, the influence factors and so on. Through the design makes the transmission line relay protection of transmission lines in power grid can run more secure.Key words: relay protection; Short circuit calculation; Setting calculation目錄引言- 4 -第1章繼電保護(hù)基礎(chǔ)- 5 -1.1繼電保護(hù)的基本原理和保護(hù)裝置的組成- 5 -1.2繼電保

9、護(hù)的基本要求- 6 -第2章參數(shù)設(shè)定及阻抗計(jì)算- 7 -2.1 參數(shù)設(shè)定- 8 -2.2 阻抗歸算- 8 -第3章線路的繼電保護(hù)- 9 -3.1 線路的整定- 9 -3.1.1 短路電流計(jì)算- 9 -3.1.2 整定計(jì)算- 11 -3.1.3 定時(shí)限過電流保護(hù)- 12 -3.1.4 靈敏度校驗(yàn)- 13 -3.1.5 保護(hù)動(dòng)作時(shí)間整定- 14 -3.2線路的電流保護(hù)- 14 -3.3線路的接地保護(hù)- 19 -3.4線路的距離保護(hù)- 20 -3.5線路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)- 24 -3.6線路的高頻保護(hù)- 26 -第4章 線路保護(hù)的選型- 27 -4.1線路保護(hù)的選型- 27 -參考文獻(xiàn)- 29 -附錄

10、1- 30 -引言 電力系統(tǒng)的規(guī)模隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展越來越大，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。運(yùn)行就得要求安全可靠電能質(zhì)量高、經(jīng)濟(jì)性好。由于自然條件、設(shè)備及人為因素的影響，可能出現(xiàn)各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)。故障中最常見，危害最大的是各種型式的短路。 故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)若不及時(shí)正確處理，都可能引發(fā)事故。事故是指對(duì)用戶少送電或停止送電，電能質(zhì)量降低到不能允許的程度，造成人身傷亡及電氣設(shè)備損壞等。為了及時(shí)正確處理故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，避免事故發(fā)生，就產(chǎn)生了繼電保護(hù)，它是一種重要的反事故措施。繼電保護(hù)包括繼電保護(hù)技術(shù)和繼電保護(hù)裝置。繼電保護(hù)裝置是完成繼電保護(hù)功能的核心，它是能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障和不正常運(yùn)行狀

11、態(tài),并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。 電力在現(xiàn)代社會(huì)各方面起著重大的作用，沒有電力的支持，社會(huì)生活和生產(chǎn)根本就無法正常進(jìn)行?；陔娏υ诂F(xiàn)代社會(huì)中的重要性，對(duì)電力的維護(hù)就顯得格外重要。而對(duì)電力維護(hù)起重要作用的繼電保護(hù)，則是電力系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵。繼電設(shè)施的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，技術(shù)運(yùn)用與發(fā)展對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行影響重大。如何確保繼電保護(hù)設(shè)施和技術(shù)的可靠性和有效性，是電力系統(tǒng)應(yīng)該著重關(guān)注的，也是社會(huì)各界所關(guān)注的問題。而繼電保護(hù)對(duì)電力系統(tǒng)的維護(hù)有重大的意義。1、 繼電保護(hù)可以保障電力系統(tǒng)的安全、正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)楫?dāng)電力系統(tǒng)中某個(gè)電氣元件發(fā)生故障時(shí)，能自動(dòng)、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除出來，避

12、免了故障元件繼續(xù)遭到破壞，使非故障元件能迅速地恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)電力系統(tǒng)中的電氣元件出現(xiàn)不正常運(yùn)行時(shí)，能及時(shí)反應(yīng)并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件發(fā)出信號(hào)或者跳閘。2、 繼電保護(hù)的順利開展在消除電力故障的同時(shí)，對(duì)社會(huì)生活秩序的正常化，經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的正?；龀隽司薮蟮呢暙I(xiàn)。不僅確保了社會(huì)生活、經(jīng)濟(jì)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還一定程度上保證了社會(huì)的穩(wěn)定，人們生命財(cái)產(chǎn)的安全。前幾年，北美大規(guī)模停電斷電事故，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失，引起了社會(huì)的動(dòng)蕩，嚴(yán)重的威脅到了人們生命財(cái)產(chǎn)的安全?？梢?，電力系統(tǒng)的安全，不僅僅是照明失效的問題，更是社會(huì)安定、人們生命安全的問題。所以繼電保護(hù)的有效性,就給社會(huì)各方面帶來了重大的影響。 第1章 繼電保

13、護(hù)基礎(chǔ)1.1 繼電保護(hù)裝置的基本原理和保護(hù)裝置的組成1.1.1反應(yīng)系統(tǒng)正常運(yùn)行與故障時(shí)電器元件（設(shè)備）一端所測(cè)基本參數(shù)的變化而構(gòu)成的原理（單端測(cè)量原理，也稱階段式原理）運(yùn)行參數(shù)：I、U、Z反應(yīng) I過電流保護(hù)反應(yīng) U低電壓保護(hù)反應(yīng) Z低阻抗保護(hù)(距離保護(hù)) 1.1.2 反應(yīng)電氣元件內(nèi)部故障與外部故障（及正常運(yùn)行）時(shí)兩端所測(cè)電流相位和功率方向的差別而構(gòu)成的原理（雙端測(cè)量原理，也稱差動(dòng)式原理）以A-B線路為例：規(guī)定電流正方向：電流從母線流向線路規(guī)定電壓正方向：母線指向線路利用以上差別，可構(gòu)成差動(dòng)原理保護(hù)。如：縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)；方向高頻保護(hù)；相差高頻保護(hù)等。1.1.3保護(hù)裝置的組成部分 被測(cè)測(cè)量邏輯執(zhí)行跳

14、閘或信號(hào)物理量整定值1.2 繼電保護(hù)的基本要求 對(duì)動(dòng)作于跳閘的繼電保護(hù)，在技術(shù)上一般要滿足四個(gè)基本要求：選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性。這些要求是相輔相成、相互制約的，需要根據(jù)具體的使用環(huán)境進(jìn)行協(xié)調(diào)保證。（1）選擇性：是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置僅將故障元件切除，而使非故障元件仍能正常運(yùn)行，以盡量縮小停電范圍的一種性能。在上圖的網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)d1短路時(shí)，應(yīng)該由距故障點(diǎn)最近的保護(hù)1、2動(dòng)作，跳開1QF、2QF，這樣即切除了故障線路，又使停電范圍最小，因此我們說此時(shí)保護(hù)1、2動(dòng)作是有選擇性的動(dòng)作，也就是滿足了選擇性的要求。同理當(dāng)d2短路時(shí)，保護(hù)5、6動(dòng)作跳開5QF、6QF，是有選擇性的動(dòng)作。若當(dāng)d

15、3短路時(shí)，6QF拒動(dòng)，保護(hù)5動(dòng)作跳開5QF將故障切除，那么此時(shí)停電范圍擴(kuò)大了。但是如果保護(hù)5不動(dòng)作跳閘，那么故障線路就無法切除，因此，此時(shí)保護(hù)5的動(dòng)作也是有選擇性動(dòng)作，只不過是保護(hù)5做了保護(hù)6的遠(yuǎn)后備保護(hù)而已（遠(yuǎn)后備保護(hù)是指當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，由相鄰電力設(shè)備或線路的保護(hù)來實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù)）。若保護(hù)6和6QF正確動(dòng)作于跳閘同時(shí)，保護(hù)5也動(dòng)作跳開5QF，則保護(hù)5的動(dòng)作就是非選擇性動(dòng)作，我們習(xí)慣稱為越級(jí)跳閘。（2）速動(dòng)性：是指保護(hù)快速切除故障的性能，故障切除的時(shí)間包括繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間和斷路器的跳閘時(shí)間。(快速保護(hù)：幾個(gè)工頻周期，微機(jī)保護(hù)：30ms以下)故障切除總時(shí)間等于保護(hù)裝置和斷路器動(dòng)作時(shí)間之和

16、。一般快速保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為，最快的可達(dá)0.01-0.04s；一般斷路器動(dòng)作時(shí)間為，最快的有。 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，快速切除故障可以提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性、減少用戶在低電壓下的工作時(shí)間、減少故障元件的損壞程度，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大。目前常用的無時(shí)限整套保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間表帶方向或不帶方向的電流電壓速斷保護(hù)裝置各型距離保護(hù)裝置高頻保護(hù)裝置線路橫差或縱差保護(hù)裝置元件縱差保護(hù)裝置（3）靈敏性：靈敏性是指在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)，保護(hù)對(duì)故障情況的反應(yīng)能力。滿足靈敏性要求的保護(hù)裝置應(yīng)在區(qū)內(nèi)故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置與短路的類型如何，都能靈敏地正確地反應(yīng)出來。 通常，靈敏性用靈敏系數(shù)來衡量。任何繼電保護(hù)裝置對(duì)規(guī)定的保護(hù)區(qū)

17、間內(nèi)短路故障，都必須具有一定的靈敏度，以保證在考慮了短路電流計(jì)算、保護(hù)動(dòng)作值整定實(shí)驗(yàn)等誤差后，在最不利于保護(hù)動(dòng)作的條件下仍能可靠動(dòng)作。 在計(jì)算保護(hù)的靈敏系數(shù)時(shí)，可按如下原則考慮：1） 在可能的運(yùn)行方式下，選擇最不利于保護(hù)動(dòng)作的運(yùn)行方式；2） 在所保護(hù)的短路類型中，選擇最不利于保護(hù)動(dòng)作的短路類型；3） 在保護(hù)區(qū)內(nèi)選擇最不利于保護(hù)動(dòng)作的那點(diǎn)作為靈敏度校驗(yàn)點(diǎn)。（4） 可靠性是指發(fā)生了屬于它該動(dòng)作的故障，它能可靠動(dòng)作，即不發(fā)生拒絕動(dòng)作（拒動(dòng)）；而在不該動(dòng)作時(shí)，它能可靠不動(dòng)，即不發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作（簡(jiǎn)稱誤動(dòng)）。 簡(jiǎn)單說就是該動(dòng)則動(dòng)，不該動(dòng)則不動(dòng)。 影響保護(hù)動(dòng)作的可靠性有內(nèi)在的和外在的因素，內(nèi)在的因素主要是裝置

18、本身的質(zhì)量，如：保護(hù)原理是否成熟、所用元件好壞、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理、制造工藝水平、內(nèi)在接線情況，觸點(diǎn)多少等。外在的因素主要是體現(xiàn)在運(yùn)行維護(hù)水平、調(diào)試和安裝是否正確上。 以上講述了對(duì)繼電保護(hù)四項(xiàng)基本要求的含義。但是從一個(gè)保護(hù)設(shè)計(jì)與運(yùn)行的角度上看，很難同時(shí)很好的滿足這四項(xiàng)基本要求。因此在實(shí)際中，對(duì)一套繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)和評(píng)定往往是結(jié)合具體實(shí)際的情況，協(xié)調(diào)處理各個(gè)性能之間的關(guān)系，取得合理統(tǒng)一，達(dá)到保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的目的。第2章 參數(shù)設(shè)定及阻抗計(jì)算 平湖六店原始資料，本期工程安裝兩臺(tái)主變，戶外布置在所區(qū)北側(cè)，為錢江電氣公司的產(chǎn)品，銅芯三相油浸自冷有載調(diào)壓雙繞組變壓器。主要技術(shù)參數(shù)：型號(hào)SZ11-8000

19、0/110；電壓比1108x1.25%/21kV；繞組接線方式Y(jié)N,d11；阻抗電壓百分比Uk%=12%。#1主變110kV側(cè)中性點(diǎn)安裝GW13-72.5W/630A型隔離開關(guān)和HY1.5W-72/186W型避雷器；20kV側(cè)采用寧波耐吉公司的ASN2-24型中置式開關(guān)柜，配置VN2-24型真空斷路器。2.1 參數(shù)設(shè)定 根據(jù)上述原始資料，110kV，20kV，10kV及變壓器的參數(shù)，取得： 平均電壓,基準(zhǔn)功率 變壓器額定功率2.2 阻抗歸算線路阻抗標(biāo)幺值，線路阻抗有名值，其中，即線路阻抗都為歸算至側(cè)的值。1)20kV側(cè)L101L201L104L204有名值（）197.56175.36131.5

20、2186.322)110kV側(cè)基準(zhǔn)阻抗，阻抗標(biāo)幺值，其中為阻抗有名值。L11L12XT-1XT-2大方式小方式零序大方式小方式零序標(biāo)幺值0.12700.18150.06270.04180.09490.04880.03350.0696（1）110kV側(cè)最大、最小阻抗標(biāo)幺值（2）110kV側(cè)最大、最小阻抗有名值4)主變（1）歸算到110kV側(cè)的變壓器阻抗標(biāo)幺值Uk=12%變壓器阻抗標(biāo)幺值:（2）歸算到110kV側(cè)的變壓器阻抗有名值第3章 線路的繼電保護(hù)3.1 線路的整定（各線路詳見附錄圖）3.1.1 短路電流計(jì)算線路末端最大三相短路電流：20kV側(cè)1）L101線路末端最大三相短路電流2）L201線

21、路末端最大三相短路電流：3）L104線路末端最大三相短路電流：4）L204線路末端最大三相短路電流：3.1.2 整定計(jì)算保護(hù)的段定值為20kV側(cè)1）L101線路保護(hù)的段定值為，滿足要求。2）L201線路保護(hù)的段定值為，滿足要求。3）L104線路保護(hù)的段定值為，滿足要求。4）L204線路保護(hù)的段定值為，滿足要求。3.1.3 定時(shí)限過電流保護(hù)（歸算到側(cè)電流，功率因數(shù)， 0.95系數(shù)是考慮電壓降低5%時(shí)，輸送最大功率）20kV側(cè)1）L101線路2）L201線路3）L104線路4）L204線路3.1.4 靈敏度校驗(yàn)作本線路后備保護(hù)時(shí)，按本線路末端最小兩相短路電流校驗(yàn)。20kV側(cè)1）L101線路，靈敏度

22、滿足要求。2）L201線路，靈敏度滿足要求。3）L104線路，靈敏度滿足要求。4）L204線路，靈敏度滿足要求。3.1.5 保護(hù)動(dòng)作時(shí)間整定保護(hù)的時(shí)限按階梯原則，比相鄰元件后備保護(hù)最大動(dòng)作時(shí)間大一個(gè)時(shí)間級(jí)差。3.2線路的電流保護(hù)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，輸電線路上流過負(fù)荷電流，額定情況下，母線電壓為額定電壓。當(dāng)輸電線路發(fā)生相間短路時(shí)，各電源至短路點(diǎn)之間的回路上流過短路電流，故障相母線電壓降低為殘余電壓。利用這一特征反應(yīng)故障的發(fā)生，可構(gòu)成電流電壓保護(hù)。過電流保護(hù)就是在線路電流達(dá)到電流整定值時(shí)電流繼電器動(dòng)作；低電壓保護(hù)就是在母線電壓低于電壓整定值時(shí)低電壓繼電器動(dòng)作。常見的線路相間短路保護(hù)電流電壓保護(hù)有無

23、時(shí)限電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)、定時(shí)限過電流保護(hù)。單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)中，如圖3.2所示。A、B、C都裝設(shè)有電流保護(hù)，在線路L1上任意一點(diǎn)發(fā)生的短路故障，A保護(hù)1可靠動(dòng)作，并跳開斷路器1QF，切除故障。同理，對(duì)于線路L2和L3上的短路故障，B、C保護(hù)2、3分別起動(dòng)并跳開2QF、3QF。3.2.1無時(shí)限電流速斷保護(hù)無時(shí)限電流速斷保護(hù)根據(jù)對(duì)繼電保護(hù)速動(dòng)性的要求，在簡(jiǎn)單、可靠和保證選擇性的前提下，原則上力求裝設(shè)快速動(dòng)作的保護(hù)，其動(dòng)作不帶時(shí)限，僅有保護(hù)裝置固有動(dòng)作時(shí)間。以圖3.2中線路AB的保護(hù)1為例，為保證選擇性，在相鄰線路BC出口短路時(shí)，保護(hù)1無時(shí)限電流速斷保護(hù)不應(yīng)該起動(dòng)，為此其動(dòng)作電流應(yīng)躲過線

24、路末端B點(diǎn)的最大短路電流，因此無時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流按躲過下一線路首端（或本線路末端）短路故障時(shí)流過本保護(hù)的短路電流來整定，即：圖3.2電流保護(hù)原理與特性圖 （3-1）式中 無時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流；可靠系數(shù)，取1.21.3；最大運(yùn)行方式下，被保護(hù)線路末端發(fā)生金屬性三相短路時(shí)，流 過保護(hù)裝置的最大短路電流；從圖3.2中可以看出，無時(shí)限電流速斷不能保護(hù)線路全長(zhǎng)，只能保護(hù)線路首段的一部分。最大運(yùn)行方式發(fā)生三相短路時(shí)，保護(hù)區(qū)長(zhǎng)度為L(zhǎng)max；最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路時(shí)，保護(hù)區(qū)長(zhǎng)度為L(zhǎng)min，保護(hù)范圍因系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障形式而改變。無時(shí)限電流速斷保護(hù)的選擇性是靠動(dòng)作電流來保證的，靈敏性是用其

25、最小保護(hù)范圍來衡量的，一般要求最大保護(hù)范圍達(dá)線路全長(zhǎng)的50%，最小保護(hù)范圍達(dá)線路全長(zhǎng)的15%20%。電流速斷保護(hù)的單向原理接線如圖3.3所示，電流繼電器KA接于電流互感器TA的二次側(cè)，它動(dòng)作后起動(dòng)中間繼電器KM（中間繼電器的作用，一方面是利用中間繼電器的動(dòng)合觸點(diǎn)代替電流繼電器小容量觸點(diǎn)，接通線圈；另一方面是利用帶有0.06-0.08s延時(shí)的中間繼電器，以增大保護(hù)的固有動(dòng)作時(shí)間，躲過管型避雷器放電引起保護(hù)誤動(dòng)作），其觸電閉合后，使操作電源經(jīng)信號(hào)繼電器KS接通繼電器的跳閘線圈YR，使斷路器QF跳閘。圖3.3 無時(shí)限電流速斷保護(hù)單相原理接線限時(shí)電流速斷保護(hù)限時(shí)電流速斷保護(hù)必須保護(hù)線路全長(zhǎng)，這樣它的保

26、護(hù)范圍必然要延伸到下一條線路，以保證其保護(hù)范圍不超過相鄰線路的無時(shí)限電流速斷保護(hù)的保護(hù)區(qū)，其動(dòng)作時(shí)限則比相鄰線路無時(shí)限電流速斷保護(hù)高出一個(gè)時(shí)間級(jí)差，它的動(dòng)作電流應(yīng)按躲過相鄰線路無時(shí)限電流速斷的動(dòng)作電流來整定。對(duì)圖3.3中保護(hù)1，應(yīng)為 （3-2）式中 保護(hù)1限時(shí)電流速斷的動(dòng)作電流；下一級(jí)線路無時(shí)限電流速斷的動(dòng)作電流；可靠系數(shù)，取1.11.2。為了保證選擇性，限時(shí)電流速斷應(yīng)有時(shí)限，其動(dòng)作時(shí)限t1,應(yīng)比相鄰線路無時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間t2,I大一個(gè)，即 （3-3）為了保護(hù)線路全長(zhǎng)，限時(shí)電流速斷保護(hù)必須在最小運(yùn)行方式下，被保護(hù)線路末端發(fā)生兩相短路時(shí)，具有足夠的靈敏度，通常用靈敏系數(shù)來表示，即 （3

27、-4）式中被校驗(yàn)保護(hù)1的段動(dòng)作電流；在最小運(yùn)行方式下被保護(hù)線路末端發(fā)生兩相金屬性短路故障時(shí)流經(jīng)保護(hù)的電流。如果靈敏度不能滿足要求時(shí)，可考慮與下一線路的限時(shí)電流速斷保護(hù)配合，其保護(hù)范圍不超過下一線路限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍，其動(dòng)作時(shí)限也必須比下一線路的限時(shí)電流速斷大一個(gè)，以保證選擇性。3.2.3定時(shí)限過電流保護(hù)限時(shí)電流速斷保護(hù)雖能保護(hù)線路的全長(zhǎng)，但不能作為下一線路保護(hù)的后備。而定時(shí)限過電流保護(hù)不僅能保護(hù)本線路全長(zhǎng)，還能保護(hù)相鄰線路的全長(zhǎng)，可以起到后備保護(hù)的作用。這是因此過電流保護(hù)不是按躲過某一短路電流，而是按躲過最大負(fù)荷電流來整定的，故它的動(dòng)作電流值較低，靈敏度較高，保護(hù)范圍大。以圖1-1為例

28、。線路L1的過電流保護(hù)動(dòng)作值Iop應(yīng)躲過正常運(yùn)行最大負(fù)荷電流 （3-5）當(dāng)相鄰元件三相短路故障切除后，負(fù)荷自起動(dòng)時(shí)，保護(hù)1在最大自起動(dòng)電流Ist下應(yīng)可靠地返回。所以，保護(hù)1的返回電流Ire應(yīng)滿足。引入可靠系數(shù)krel，可選擇返回電流滿足。動(dòng)作電流與返回電流之間滿足關(guān)系 （3-6） 所以，過電流保護(hù)的動(dòng)作電流可整定為 （3-7） 式中可靠系數(shù)，一般取1.151.25；自起動(dòng)系數(shù)，其值大于1，由網(wǎng)絡(luò)具體接線和負(fù)荷性質(zhì)確定；電流繼電器的返回系數(shù)，一般取0.85。由（3-7）可見，當(dāng)越小時(shí)，則保護(hù)裝置動(dòng)作電流越大，因而其靈敏性就越差。故要求過電流繼電器應(yīng)有較高的返回系數(shù)。這樣整定的過電流保護(hù)一般都很靈

29、敏，當(dāng)線路L3上k3點(diǎn)短路時(shí)，短路電流由電源經(jīng)線路L1、L2至短路點(diǎn)。短路電流經(jīng)過的各線路的線路過電流保護(hù)可能都會(huì)起動(dòng)。按選擇性的要求，此時(shí)應(yīng)由保護(hù)裝置3動(dòng)作，使斷路器3QF跳閘。故障切除后，短路電流消失，各保護(hù)裝置都返回。為保證過電流保護(hù)的選擇性，各保護(hù)裝置應(yīng)具有不同的動(dòng)作時(shí)間，即 （3-8） 引入時(shí)間級(jí)差，使 （3-9） （3-10）為了降低整個(gè)電網(wǎng)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，在滿足選擇性的前提下，應(yīng)盡量小。根據(jù)斷路器和繼電器的型式不同，在0.350.6s之間，一般取0.5s。過電流保護(hù)的靈敏度是用靈敏系數(shù)來校驗(yàn)的，靈敏系數(shù)就是在被保護(hù)元件靈敏度校驗(yàn)點(diǎn)發(fā)生金屬性相間短路時(shí)，流過繼電保護(hù)的最小短路電流與

30、動(dòng)作電流之比，即 （3-11）式中靈敏系數(shù)；靈敏度校驗(yàn)點(diǎn)兩相短路時(shí)流過繼電器的最小短路電流；保護(hù)的動(dòng)作電流。過電流保護(hù)切除故障的時(shí)限愈靠近電源愈長(zhǎng)，這是定時(shí)限過電流保護(hù)的主要缺點(diǎn)，正由于這個(gè)原因，在電網(wǎng)中采取無時(shí)限和限時(shí)電流速斷保護(hù)作為線路的主保護(hù)。以快速切除故障，而用過電流保護(hù)保護(hù)來作為本線路和相鄰元件的后備保護(hù)。為了迅速、可靠地切除線路故障，通常采用三段式電流保護(hù)。無時(shí)限電流速斷保護(hù)為I段，限時(shí)電流速斷保護(hù)為II段，定時(shí)限過電流保護(hù)為III段，I段和II段保護(hù)共同組成線路的主保護(hù)，III段保護(hù)作為本線路I、II段保護(hù)的近后備，也作為下一線路保護(hù)的遠(yuǎn)后備。如圖3.4所示。圖3.4三段式電流保

31、護(hù)原理接線圖3.3線路的接地保護(hù)在中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)（大接地電流系統(tǒng)）中，當(dāng)發(fā)生單相接地短路時(shí)，將出現(xiàn)大的短路電流，一般都裝有接地短路保護(hù)。三段式零序電流保護(hù)是常用的中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)接地故障主保護(hù)。典型的配置是以無時(shí)限零序電流保護(hù)I段位零序電流速斷保護(hù)，限時(shí)零序電流速斷保護(hù)作為零序II段，零序過電流保護(hù)為零序電流保護(hù)III段，根據(jù)具體需求，有時(shí)是四段保護(hù)。圖3.5是三段式零序電流保護(hù)的原理接線圖。圖中三個(gè)電流互感器輸出零序電流，零序電流繼電器反應(yīng)此零序電流而分別起動(dòng)。圖3.5 零序電流保護(hù)原理接線圖無時(shí)限零序電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)躲過被保護(hù)線路末端接地短路故障時(shí)，流過本保護(hù)的最大的3倍零序

32、電流，即： （3-12）限時(shí)零序電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)躲過下一級(jí)相鄰元件放入無時(shí)限零序電流速斷保護(hù)范圍末端發(fā)生接地短路時(shí)流過保護(hù)安裝處的三倍零序電流，即： （3-13）零序II段的靈敏度應(yīng)按被保護(hù)線路末端接地故障時(shí)流過保護(hù)的最小3倍零序電流來校驗(yàn)，要求-1.5。若不能滿足：1） 可考慮與相鄰線路零序II段配合整定，其動(dòng)作時(shí)限應(yīng)較相鄰線路零序II段時(shí)限大一時(shí)間級(jí)差。2） 保留0.5s的零序II段，同時(shí)增加一個(gè)按上訴原則與相鄰線路零序II段配合的1s的零序II段。0.5s的II段定值大，能在較大的運(yùn)行方式下以較短的時(shí)限切除本線路上的接地故障；1s的II段定值小，可以保證在各種運(yùn)行方式下線路末端接

33、地故障時(shí)有足夠的靈敏度。3） 從電網(wǎng)全局考慮，改用接地距離保護(hù)。定時(shí)限零序過電流保護(hù)動(dòng)作電流應(yīng)躲過相鄰線路出口處發(fā)生三相短路時(shí)，流過保護(hù)的最大不平衡電流，即 （3-14）當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)（小接地電流系統(tǒng)）中發(fā)生單相接地短路故障時(shí)，整個(gè)電壓系統(tǒng)產(chǎn)生零序電壓；非故障線路零序電流為本身對(duì)地電容電流之和，容性無功功率是由母線指向非故障線路，相位超前零序電流90；故障線路零序電流為所有非故障元件對(duì)地電容電流之和，容性無功功率是由故障線路指向母線（功率方向于非故障線路方向相反），相位滯后零序電壓90。因此，構(gòu)成中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障的常用電流電壓保護(hù)：無選擇性絕緣監(jiān)視裝置，零序電流保護(hù)，零序功率方

34、向保護(hù)。3.4線路的距離保護(hù)距離保護(hù)是通過測(cè)量被保護(hù)線路始端電壓和線路電流的比值而動(dòng)作的一種保護(hù)，這個(gè)值被稱為測(cè)量阻抗，用來完成這一測(cè)量任務(wù)的元件稱為阻抗繼電器KI。在線路正常運(yùn)行時(shí)的測(cè)量阻抗稱為負(fù)荷阻抗，其值較大；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，測(cè)量阻抗等于保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)之間的線路阻抗，其值較小，而且故障點(diǎn)越靠近保護(hù)安裝處，其值越小。當(dāng)測(cè)量阻抗小于預(yù)先規(guī)定的整定阻抗時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。因此在短路時(shí)的測(cè)量阻抗反應(yīng)了短路點(diǎn)到保護(hù)安裝點(diǎn)之間距離的長(zhǎng)短，所以稱這種原理的保護(hù)為距離保護(hù)，也叫阻抗保護(hù)。其保護(hù)不受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，在選擇性、靈敏性及可靠性上都十分優(yōu)良。距離保護(hù)的核心就是阻抗繼電器，其基本原理如圖3.6

35、所示。常用的阻抗繼電器動(dòng)作特性有圓特性、直線特性、多邊形特性等。圖3.7是阻抗平面上的全阻抗特性。它是一個(gè)以原點(diǎn)為圓心、以Zset為半徑所作的一個(gè)圓，圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，圓外為非動(dòng)作區(qū)，圓周為動(dòng)作邊界。當(dāng)ZK指向圓上時(shí)，ZK等于動(dòng)作阻抗Zop，繼電器臨界動(dòng)作。所以，全阻抗特性阻抗繼電器的動(dòng)作方程就是：幅值比較式： （3-15）圖3.6 阻抗繼電器基本原理圖3.7 全阻抗特性相位比較式： （3-16）全阻抗特性阻抗繼電器不具有方向性，即使與不在同一個(gè)半平面，只要滿足幅值式，繼電器也動(dòng)作。若距離保護(hù)采用全阻抗繼電器，還需增加功率方向元件以防止反方向短路時(shí)保護(hù)誤動(dòng)作。圖3.8是方向阻抗特性。它是一個(gè)以Zs

36、et為直徑、經(jīng)過原點(diǎn)的圓面。所以，方向阻抗特性阻抗繼電器的動(dòng)作方程就是：幅值比較式： （3-17）相位比較式： （3-18）方向阻抗特性阻抗繼電器具有方向性，必須在以Zset為法線的半平面里，繼電器才有可能動(dòng)作。3.4.1距離保護(hù)的構(gòu)成距離保護(hù)主要由起動(dòng)部分、距離部分和邏輯執(zhí)行部分組成。起動(dòng)部分完成整套保護(hù)的起動(dòng)，有的起動(dòng)元件可兼作震蕩閉鎖元件或距離III段的測(cè)量元件。距離部分是指距離I、圖3.8方向阻抗特性II段阻抗繼電器，通常，距離保護(hù)I、II段共用一個(gè)阻抗繼電器，在保護(hù)起動(dòng)后0.1s時(shí)，由起動(dòng)元件實(shí)現(xiàn)整定值由I段到II段的切換。邏輯執(zhí)行部分主要完成延時(shí)和跳閘等功能。3.4.2距離保護(hù)的整

37、定計(jì)算距離保護(hù)一般采用三段式保護(hù)，I、II段構(gòu)成主保護(hù)，III段作為后備保護(hù)。距離保護(hù)的整定需要確定各段保護(hù)的整定阻抗Zset、靈敏度和動(dòng)作時(shí)間，并要求校驗(yàn)靈敏度。以圖3.9為例說明。圖3.9 距離保護(hù)的整定計(jì)算圖（1）距離I段動(dòng)作阻抗應(yīng)按躲過下一線路出口短路的條件選擇，即 （3-19）式中I段可靠系數(shù)，取0.80.85；被保護(hù)線路的阻抗。I段保護(hù)范圍為線路全長(zhǎng)80%85%，距離I段的動(dòng)作時(shí)間等于保護(hù)裝置的固有動(dòng)作時(shí)間，一般小于0.12s。在選擇I、II段阻抗繼電器靈敏角時(shí)，應(yīng)盡量使靈敏角接近線路阻抗角，當(dāng)時(shí)，整定阻抗與動(dòng)作阻抗幅值相等，即。（2）距離II段動(dòng)作阻抗應(yīng)按躲過相鄰線路I段保護(hù)末端

38、短路的條件選擇，即 （3-20）式中相鄰線路距離I段動(dòng)作阻抗。 0.8可靠系數(shù)在被保護(hù)線路末端校驗(yàn)距離II段靈敏度Ks （3-21）距離II段的動(dòng)作時(shí)限也應(yīng)與下一條線路的II段的動(dòng)作時(shí)間配合，即比下一條線路II段的動(dòng)作時(shí)限大一個(gè)時(shí)間級(jí)差，即 （2-22）一般選擇。（3）距離III段距離保護(hù)III段測(cè)量元件一般由起動(dòng)元件兼任。當(dāng)采用阻抗元件時(shí)，可選擇全阻抗繼電器，若靈敏度不夠，也可選擇方向阻抗繼電器。距離保護(hù)III段在正常運(yùn)行及外部故障切除后本線路最大負(fù)荷自起動(dòng)過程中，不能誤動(dòng)作。所以，其動(dòng)作阻抗一般按躲開最小負(fù)荷阻抗來整定， （3-23）采用全阻抗繼電器時(shí) （3-24）采用方向阻抗繼電器時(shí) （

39、3-25）由于負(fù)荷阻抗角較小，一般在0o25o之間。采用方向阻抗繼電器比采用全阻抗繼電器的靈敏度要高，其靈敏系數(shù)是全阻抗繼電器的倍。距離III段的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)比所有相鄰元件的后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間大至少一個(gè) （3-26）當(dāng)激勵(lì)I(lǐng)II段作近后備時(shí)，其靈敏度按本線路末端金屬性短路故障來校驗(yàn)，靈敏度Ks， （3-27）當(dāng)距離III段作遠(yuǎn)后備時(shí)，其靈敏度按相鄰線路末端金屬性短路故障來校驗(yàn)，即 （3-28）3.5線路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)距離保護(hù)的第I段，最多也只能瞬時(shí)切除被保護(hù)線路全長(zhǎng)的80%-85%范圍以內(nèi)的故障，線路其余部分發(fā)生的短路，則要靠時(shí)限的保護(hù)來切除，這在高電壓大容量的電力系統(tǒng)中，往往不能滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的

40、要求，必須采用縱聯(lián)保護(hù)原理作為輸電線路保護(hù)，以實(shí)現(xiàn)線路全長(zhǎng)范圍內(nèi)故障無時(shí)限切除。輸電線路的的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)（簡(jiǎn)稱縱差保護(hù)）隨著采用的通道不同，在裝置原理、結(jié)構(gòu)、性能和適用范圍方面具有很大差別?？v聯(lián)光纖差動(dòng)保護(hù)是最簡(jiǎn)單的一種，它是用光導(dǎo)纖維作為通信信道的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，尤其對(duì)于整定配合比較困難的短線路優(yōu)越性更明顯。光纖差動(dòng)保護(hù)在線路保護(hù)中已經(jīng)應(yīng)用很廣泛了。輸電線路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)就是用某種通信通道將輸電線路兩端的保護(hù)裝置縱向連接起來，將各端的電氣量（電流、功率的方向等）傳送到對(duì)端，將兩端的電氣量進(jìn)行比較，以判斷故障在本線路范圍內(nèi)還是在線路范圍之外，從而決定是否切斷被保護(hù)的線路。因此，從理論上講這種縱聯(lián)

41、差動(dòng)保護(hù)有絕對(duì)的選擇性?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的基本原理是基于比較被保護(hù)線路始端和末端電流的大小和相位原理構(gòu)成的。下面以短線路為例來說明。如圖3.10所示。在線路的兩端裝設(shè)特性和變比完全相同的電流互感器，兩側(cè)電流互感器一次回路的正極性均接于靠近母線的一側(cè)，二次回路的同極性端子相連接，差動(dòng)繼電器則并聯(lián)在電流互感器的二次端子上。圖3.10線路縱聯(lián)保護(hù)工作原理說明（正常運(yùn)行及區(qū)外故障）當(dāng)線路正常運(yùn)行或外部故障（指在兩側(cè)電流互感器所包括的范圍之外故障）時(shí)，流入差動(dòng)繼電器的電流是兩側(cè)電流互感器二次側(cè)電流之差，近似為零，也就是相當(dāng)于繼電器中沒有電流流過，即流入繼電器線圈的電流為 （3-29）式中 nTA電流互感器變

42、比。但實(shí)際上，由于兩側(cè)電流互感器的勵(lì)磁特性不可能完全一致，因此，繼電器線圈會(huì)流入不平衡電流，繼電器不動(dòng)作。為了保證差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的選擇性，差動(dòng)繼電器動(dòng)作電流必須躲過最大不平衡電流。如圖3.11所示，當(dāng)被保護(hù)線路內(nèi)部故障時(shí)，流入差動(dòng)繼電器線圈的電流為兩側(cè)電流互感器二次側(cè)電流之和，大于繼電器的動(dòng)作電流，繼電器動(dòng)作，將線路兩側(cè)的斷路器跳開。即流入繼電器線圈的電流為 （3-30）式中流入故障點(diǎn)總的短路電流。圖3.11 線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)故障圖從以上分析可知，縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)裝置的保護(hù)范圍就是線路兩側(cè)電流互感器之間的距離。保護(hù)范圍以外短路時(shí)，保護(hù)不動(dòng)作，故不需要與相鄰元件的保護(hù)在動(dòng)作值和動(dòng)作時(shí)限上相互配合，因此，它可以實(shí)現(xiàn)全線瞬時(shí)動(dòng)作切除故障。但不能作相鄰元件的后備保護(hù)。在線路正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，由于兩側(cè)電流互感器的特性不可能完全一致，以致反映在電流互感器二次回路的電流不等，繼電器中將通過不平衡電流。3.6線路的高頻保護(hù)電壓為220kV及以上的電力系統(tǒng)中，為了保證其并列運(yùn)行的穩(wěn)定性和提高輸送功率，在很多情況下，都要求保護(hù)裝置