第1章輸電線路的保護(hù)配置與整定計(jì)算

1、第1章 輸電線路保護(hù)配置與整定計(jì)算知識(shí)與能力要求： 掌握110KV及以下電壓等級(jí)輸電線路保護(hù)配置方法與整定計(jì)算原則；基本能對(duì)110KV及以下電壓等級(jí)線路的保護(hù)進(jìn)行整定計(jì)算。主保護(hù)：主保護(hù)： 反映整個(gè)保護(hù)元件上的故障并能以最短的延時(shí)有選擇地切除故障的保護(hù)稱為 主保護(hù)。后備保護(hù)：后備保護(hù)： 主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，用來(lái)切除故障的保護(hù)，稱為后備保護(hù)。輔助保護(hù)：輔助保護(hù)： 為補(bǔ)充主保護(hù)或后備保護(hù)的不足而增設(shè)的簡(jiǎn)單保護(hù)。一、線路上的故障類型及特征：一、線路上的故障類型及特征： 相間短路（三相相間短路、二相相間短路） 接地短路（單相接地短路、二相接地短路、三相接地短路） 其中，三相相間短路故障產(chǎn)生的危害最嚴(yán)重；單相

2、接地短路最常見(jiàn)。相間短路的最基本特征是：故障相流動(dòng)短路電流，故障相之間的電壓為零，保護(hù)安裝處母線電壓降低；接地短路的特征： 1、中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)特點(diǎn)是：特點(diǎn)是： 全系統(tǒng)都出現(xiàn)零序電壓，且零序電壓全系統(tǒng)均相等。 非故障線路的零序電流由本線路對(duì)地電容形成，零序電流超前零序電壓90。 故障線路的零序電流由全系統(tǒng)非故障元件、線路對(duì)地電容形成，零序電流滯后零序電壓90。顯然，當(dāng)母線上出線愈多時(shí)，故障線路流過(guò)的零序電流愈大。 故障相電壓（金屬性故障）為零，非故障相電壓升高為正常運(yùn)行時(shí)的相間電壓。 故障線路與非故障線路的電容電流方向和大小不相同。 因此中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)中，線路單相故障可以反應(yīng)零序電壓

3、的出現(xiàn)構(gòu)成零序電壓保護(hù)；可以反應(yīng)零序電流的大小構(gòu)成零序電流保護(hù)；可以反應(yīng)零序功率的方向構(gòu)成零序功率方向保護(hù)。信號(hào)2、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)接地時(shí)零序分量的特點(diǎn)： 故障點(diǎn)的零序電壓最高，離故障點(diǎn)越遠(yuǎn)處的零序電壓越低，中性點(diǎn)接地變壓器處零序電壓為零。 零序電流的分布，主要決定于輸電線路的零序阻抗和中性點(diǎn)接地變壓器的零序阻抗，而與電源的數(shù)目和位置無(wú)關(guān)。 在電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí)，如果輸電線路和中性點(diǎn)接地的變壓器數(shù)目不變，則零序阻抗和零序等效網(wǎng)絡(luò)就是不變的。但電力系統(tǒng)正序阻抗和負(fù)序阻抗要隨著系統(tǒng)運(yùn)行方式而變化，將間接影響零序分量的大小。 對(duì)于發(fā)生故障的線路，兩端零序功率方向與正序功率方向相反，零序功率方向

4、實(shí)際上都是由線路流向母線的。二、保護(hù)的配置 小電流接地系統(tǒng)（35KV及以下）輸電線路一般采用三段式電流保護(hù)反應(yīng)相間短路故障；由于小電流接地系統(tǒng)沒(méi)有接地點(diǎn)，故單相接地短路僅視為異常運(yùn)行狀態(tài)，一般利用母線上的絕緣監(jiān)察裝置發(fā)信號(hào)，由運(yùn)行人員“分區(qū)”停電尋找接地設(shè)備。對(duì)于變電站來(lái)講，母線上出線回路數(shù)較多，也涉及供電的連續(xù)性問(wèn)題，故一般采用零序電流或零序方向保護(hù)反應(yīng)接地故障。 對(duì)于短線路、運(yùn)行方式變化較大時(shí)，可不考慮段保護(hù)，僅用段+段保護(hù)分別作為主保護(hù)和后備保護(hù)使用。 110KV輸電線路一般采用三段式相間距離保護(hù)作為相間短路故障的保護(hù)方式，采用階段式零序電流保護(hù)作為接地短路的保護(hù)方式。對(duì)極個(gè)別非常短的線

5、路，如有必要也可以考慮采用縱差保護(hù)作為主保護(hù)。 注意： 1、在雙側(cè)電源的輸電線路上，當(dāng)反方向短路時(shí)，如果保護(hù)可能失去選擇性的話，就應(yīng)該增設(shè)方向元件，構(gòu)成方向電流保護(hù)。 2、變壓器線路組接線時(shí)，將線路視為變壓器繞組的引出線，不再單獨(dú)設(shè)置保護(hù)。 3、保護(hù)的配置沒(méi)有定則，只要能反應(yīng)對(duì)象上可能出現(xiàn)的所有故障且滿足保護(hù)的四個(gè)基本要求的方案都可以，最經(jīng)濟(jì)的方案就是最好的。無(wú)論那種保護(hù)，其靈敏度都應(yīng)滿足規(guī)程要求，否則應(yīng)改換其它保護(hù)方式。測(cè) 量接 地 距 離相 間 距 離三、三段式電流保護(hù)的整定計(jì)算三、三段式電流保護(hù)的整定計(jì)算 1、瞬時(shí)電流速斷保護(hù)整定計(jì)算原則： 躲開(kāi)本條線路末端最大短路電流整定計(jì)算公式：Ik

6、lIkB.maxlminlmaxlIop1max.1 .kBIrelIopIKITAKBrelcactknIKKImax.式中： 繼電器動(dòng)作電流 保護(hù)的接線系數(shù) 最大運(yùn)行方式下，保護(hù)區(qū)末端 B母線處三相相間短路時(shí)，流 經(jīng)保護(hù)的短路電流。 可靠系數(shù)，一般取1.21.3。 保護(hù)動(dòng)作電流的一次側(cè)數(shù)值。 保護(hù)安裝處電流互感器的變比。 靈敏系數(shù)校驗(yàn)：actkI.)23(1maxsI1ops1minXIEXLrelKcKmax.KBITAnopI1 .式中： 線路的單位阻抗，一般0.4 /KM； 系統(tǒng)最大短路阻抗。 要求最小保護(hù)范圍不得低于15%20%線路全長(zhǎng)，才允許使用。1Xmax. sX2、限時(shí)電流速

7、斷保護(hù)Iop1IklIop2Iop1lop1lop2tltop1top2top2top1整定計(jì)算原則： 不超出相鄰下一元件的瞬時(shí)速斷保護(hù)范圍不超出相鄰下一元件的瞬時(shí)速斷保護(hù)范圍。所以保護(hù)1的限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流大于保護(hù)2的瞬時(shí)速斷保護(hù)動(dòng)作電流，且為保證在下一元件首端短路時(shí)保護(hù)動(dòng)作的選擇性，保護(hù)1的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)該比保護(hù)2大。故：IopIIrelIIopIKI21tttopIIop2 .1 . 式中： 限時(shí)速斷保護(hù)可靠系數(shù)，一般取1.11.2 ； 時(shí)限級(jí)差，一般取0.5S ；靈敏度校驗(yàn)： 規(guī)程規(guī)定： relKt保護(hù)裝置的動(dòng)作值間短路電流計(jì)算值保護(hù)區(qū)末端最小兩相相senK5 . 13 . 1Ks

8、en3 、定時(shí)限過(guò)電流保護(hù) 定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)一般是作為后備保護(hù)使用。要求作為本線路主保護(hù)的后備以及相鄰線路或元件的遠(yuǎn)后備。動(dòng)作電流按躲過(guò)最大負(fù)荷電流整定。 式中： 可靠系數(shù)，一般取1.151.25； 電流繼電器返回系數(shù)，一般取0.850.95； 電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)系數(shù)，一般取1.53.0；動(dòng)作時(shí)間按階梯原則。reKmax.LressIIIrelIIIopIKKKIssKrelK靈敏度分別按近后備和遠(yuǎn)后備進(jìn)行計(jì)算。 式中， 保護(hù)區(qū)末端短路時(shí)，流經(jīng)保護(hù)的最小短路電流。即：最小 運(yùn)行方式下，兩相相間短路電流。 要求：作近后備使用時(shí)， 作遠(yuǎn)后備使用時(shí)， 注意：作近后備使用時(shí)，靈敏系數(shù)校驗(yàn)點(diǎn)取本條線路最末端；

9、作遠(yuǎn)后備使用時(shí)，靈敏系數(shù)校驗(yàn)點(diǎn)取相鄰元件或線路的最末端；opKsenIIKmin.min.KI5 .13 .1Ksen2 .1senK4、三段式電流保護(hù)整定計(jì)算實(shí)例 如圖所示單側(cè)電源放射狀網(wǎng)絡(luò)，AB和BC均設(shè)有三段式電流保護(hù)。 已知：1）線路AB長(zhǎng)20km，線路BC長(zhǎng)30km，線路電抗每公里 0.4歐姆； 2) 變電所B、C中變壓器連接組別為Y，d11，且在變壓 器上裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)； 3）線路AB的最大傳輸功率為9.5MW，功率因數(shù)0.9，自 起動(dòng)系數(shù)取1.3； 4）T1變壓器歸算至被保護(hù)線路電壓等級(jí)的阻抗為28歐； 5）系統(tǒng)最大電抗7.9歐，系統(tǒng)最小電抗4.5歐。 試對(duì)AB線路的保護(hù)進(jìn)行整定計(jì)

10、算并校驗(yàn)其靈敏度。解：（1）短路電流計(jì)算 注意：短路電流計(jì)算值要注意歸算至保護(hù)安裝處電壓等級(jí)，否則會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤；雙側(cè)甚至多側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)取流經(jīng)保護(hù)的短路電流值；在有限系統(tǒng)中，短路電流數(shù)值會(huì)隨時(shí)間衰減，整定計(jì)算及靈敏度校驗(yàn)時(shí)，精確計(jì)算應(yīng)取相應(yīng)時(shí)間處的短路電流數(shù)值。 B母線短路三相、兩相最大和最小短路電流為： =1590（A） =1160（A） C母線短路電流為：lXXEIkB1minss)3(max.lXXEIkB1maxss)2(min.23)(840)4 . 0504 . 5(337)3(max.AIkC 整定計(jì)算 保護(hù)1的段定值 計(jì)算 工程實(shí)踐中，還應(yīng)根據(jù)保護(hù)安裝處TA變比，折算出電流繼電

11、器的動(dòng)作值，以便于設(shè)定。)(1990159025. 1)3(max.I1opAIKIkBrel)(660)4 . 0509 . 7(33723)2(min.AIkC)(490)284 . 0209 . 7(337)3(min.AIkEE母線短路電流為：)23(1maxsI1ops1minXIEXl)(49. 3km最小保護(hù)范圍的校驗(yàn)：%15%5 .17%1002049. 3滿足要求 保護(hù)1限時(shí)電流速斷保護(hù) 按躲過(guò)變壓器低壓側(cè)母線短路電流整定：)(520)284 . 0204 . 5(337)3(max.AIkE)(6805203 . 1I1opAI 與相鄰線路瞬時(shí)電流速斷保護(hù)配合選上述計(jì)算較大

12、值為動(dòng)作電流計(jì)算值，動(dòng)作時(shí)間0.5S。靈敏系數(shù)校驗(yàn)：IopIIrelIKI2II1op)(121084025. 115. 1A96. 012101160II1op(2)minBKIIKsen可見(jiàn)，如與相鄰線路配合，將不滿足要求，改為與變壓器配合。 保護(hù)1定限時(shí)過(guò)電流保護(hù) 按躲過(guò)AB線路最大負(fù)荷電流整定：9 . 030373105 . 985. 03 . 115. 136max.1opLressrelIKKKI=501.8 （A） 動(dòng)作時(shí)限按階梯原則推。此處假定BC段保護(hù)最大時(shí)限為1.5S，T1上保護(hù)動(dòng)作最大時(shí)限為0.5S，則該保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限為1.5+0.5=2.0S。 靈敏度校驗(yàn)： 近后備時(shí)

13、遠(yuǎn)后備時(shí)： 注意：不能作T1的遠(yuǎn)后備。）（5 . 13 . 131. 250211601op(2)minBKIIKsen2 .131.15026601op(2)minCKIIKsen四、距離保護(hù)的整定計(jì)算 相間距離保護(hù)多采用階段式保護(hù),三段式距離保護(hù)整定計(jì)算原則與三段式電流保護(hù)基本相同.1、相間距離段保護(hù)的整定 相間距離保護(hù)第段動(dòng)作阻抗為： 可靠系數(shù)取0.80.85。若被保護(hù)對(duì)象為線路變壓器組，則動(dòng)作阻抗為：如果整定阻抗角與線路阻抗角相等，則保護(hù)區(qū)為被保護(hù)線路全長(zhǎng)的80%85%。ABIresIopZKZ1 .TresLIresIopZKZKZ1 .2、相間距離段保護(hù)的整定 相間距離段應(yīng)與相鄰線

14、路相間距離第段 或與相鄰元件速動(dòng)保護(hù)配合。 與相鄰線路第段 配合 動(dòng)作阻抗為： 式中： 最小分支系數(shù)。 可靠系數(shù)，一般取0.8。 關(guān)于分支系數(shù)：關(guān)于分支系數(shù)： A、助增分支（保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)有電源注入，保護(hù)測(cè)量阻抗將增大） min. bKIopbrelABIIrelIIopZKKZKZ2 .min.1 . relKsNsNMNsMbZZZZK B、汲出分支（保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)有負(fù)荷引出，保護(hù)測(cè)量阻抗將減小。） 引出負(fù)荷線路全長(zhǎng)阻抗 被影響線路全長(zhǎng)阻抗 被影響線路距離段保護(hù)整定阻抗 汲出系數(shù)是小于1的數(shù)值。 C、助增分支、汲出分支同時(shí)存在時(shí) 總分支系數(shù)為助增系數(shù)與汲出系數(shù)相乘。2121NPNP

15、setNPNPbZZZZZK1NPZ2NPZsetZ例題：例題： 分支系數(shù)計(jì)算分支系數(shù)計(jì)算 已知，線路正序阻抗0.45/KM ，平行線路70km、MN線路為40km，距離段保護(hù)可靠系數(shù)取0.85。M側(cè)電源最大阻抗 、最小等值阻抗為 ；N側(cè)電源最大 、最小等值阻抗分別為 、 ，試求MN線路M側(cè)距離保護(hù)的最大、最小分支系數(shù)。解：解（1）求最大分支系數(shù)最大助增系數(shù)最大汲出系數(shù) 最大汲出系數(shù)為1。 總的最大分支系數(shù)為 25max.sMZ 20min.sMZ 25max.sNZ15min.sNZ93. 3151545. 04025min.min.max.max.sNsNMNsMbZZZZK93. 319

16、3. 3max.汲助bbbKKK（2）求最小分支系數(shù) 最小助增系數(shù) 最小汲出系數(shù) 總分支系數(shù)52. 2252545. 04020max.max.min.min.sNsNMNsMbZZZZK575. 045. 014045. 07085. 01402121min.）（NPNPNPsetNPbZZZZZK35. 1575. 052. 2min.汲助bbbKKK 與相鄰元件的速動(dòng)保護(hù)配合靈敏度校驗(yàn)： 要求：1.31.5若靈敏系數(shù)不滿足要求，可與相鄰段配合 ，動(dòng)作阻抗為動(dòng)作時(shí)間：tttopop2 .1 .ABIIopIIsenZZK1 .opbrelABIIrelIIopZKKZKZ2 .min.1

17、. 3、相間距離段保護(hù)的整定 整定計(jì)算原則：按躲過(guò)最小負(fù)荷阻抗整定整定計(jì)算原則：按躲過(guò)最小負(fù)荷阻抗整定 按躲過(guò)最小負(fù)荷阻抗整定 可靠系數(shù)取1.21.3；全阻抗繼電器返回系數(shù)取1.151.25。 若測(cè)量元件采用方向阻抗繼電器： 方向阻抗繼電器靈敏角 負(fù)荷阻抗角 靈敏度校驗(yàn) 近后備時(shí)： 要求1.31.5 遠(yuǎn)后備時(shí)： 要求1.2 注意：以上動(dòng)作阻抗為一次側(cè)計(jì)算值，工程實(shí)踐中還應(yīng)換算成繼電器的整定值：ssrerelldIIIsetKKKZZmin.1 .max.min.9 .0fhxeldIUZ)cos(min.1 .ldlmssrerelldIIIsetKKKZZlmldABIIIopIIIsenZZK1.BCbABIIIopIIIsenZKZZKmax.1 .setTVTAksetZnnZ.五、階段式零序電流保護(hù)的整定信 號(hào)信 號(hào)信 號(hào)三段式零序電流保護(hù)原理接線圖1、零序電流速斷保護(hù) 與反應(yīng)相間短路故障的電流保護(hù)相似，零序電流保護(hù)只反應(yīng)電流中的零序分量。躲過(guò)被保護(hù)線路末端接地短路時(shí)，保護(hù)安裝處測(cè)量到的最大零序電流整定。max. 0Irel13IKIIop 由于是保護(hù)動(dòng)作速度很快，動(dòng)作值還應(yīng)與“斷路器三相觸頭不同時(shí)閉合”、“非全相運(yùn)行伴