输电线路继电保护

关系
如图4-21 起动
所示。
Z
&
出口
跳闸
Z
t
≥1
Z
t
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。
k1
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；(c)短路点2向量图
(4-5)
对 Krel ，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 Krel 小一 些，一 般取为1.1~1.2。
(2) 动作时限的选择
t2 t1 t
(4-6)
确定 t 的原则
t tQF1 tg tr
(3) 保护装置灵敏性的校验
保护范围内发生金属性短路时故障参数的最小计算值
set k set
k
k set
set k
set k
k set
k set
set
k
k set
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
Z op2 K rel Z AB
（4-27）
① 幅值比较方式
Z K Z set
(4-16) （4-17)
上式两端乘以电流
.
I
K
，因
.
IK
ZK
.
U
K
，变成为
.
.
U K I K Z set
(4-18)
set k
k
set k set
k
k set
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
向继电器加入电流 IA和电压UBC 。
继电器的最大灵敏角应设计为 sen k 90 ，动作方
程为： 源自文库中90
90 arg
k
UK称eIj为(K90功k率) 方向90继电（器4的-3内7）角。
用内角表示的动作方程：
用功率表示：
90
arg
UK IK
90
（4-39)
U K I K cos( K ) 0 (4-30)
Lmin2
3 2
E I op2
Zsmax
Z1
式中Z1为线路单位长度l (1km)正序阻抗，E 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。
Ik
op﹒2
图4-2 系统运行方式变化对电流速断保护的影响
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。
A
2
Ik
B
1
k1
k2
C
D
k3
k4
op·2
op·1
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 Iop 表示。 短路电流可由下式求得
为定时限过电流保护。 (1) 工作原理和整定计算的基本原则
k1
图4-7 选择过电流保护起动电流和动作时间的网络图
I op4
1 K re
I re
Krel Kss K re
I l max
(4-12)
式中 Krel ——可靠系数，一般采用1.15~1.25；
K—ss 自起动系数，数值大于1； K—re —电流继电器的返回系数，一般采用0.85。
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75%考虑，即 L 75%L )。因此，
等范围保护（又称电流电压联锁保护）动作值
为：
I
u op
E Zs Zk
E Zs Z1L
U
I op
3I
u op
Z1L
式中：E——系统等效电源相电势 Z s ——保护安装处至等效电源之间的阻抗 Z1——被保护线路每公里正序阻抗 L——经常运行方式下的保护范围。
距离二段
Z op1 K rel Z BC
（4-28）
Z op2 K rel (Z AB Z op1 ) 0.8[Z AB K rel Z BC ]
灵敏系数
（4-29）
保护装置的动作阻抗
K sen 保护范围末端发生金属性短路时故障阻抗的计算值 （4-30）
K sen
Z op,2 Z AB
距离三段：
(3) 过电流保护灵敏系数的校验
要求 Ksen 1.3 ~ 1.5 ；当作为相邻线路的后备 保护时， Ksen 1.2 。
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。
K sen1 K sen2 K sen3 K sen4
流 IK ( IA)，则当正方向短路时
KA
arg
UA Ik1A
k1
反方向短路时， KA
arg
k
UA Ik2A
180 k2
（4-34） （4-35）
输出为最大时的相位差称为继电器的最大灵敏
角 sen 。此时 sen =0度。
继电器动作角度(opk ) 的范围通常取为 sen 90
其动作方程可表示为 90 arg
0.825 0.457
1.8
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
.
ZK
U
.
K
IK
（4-14)
k
KZ
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
Z op Z set
(2) 利用复数平面分析全阻抗继电器特性
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 。
P UICOS
(2) 接线方式
① 零度接线
对A相的功率方向继电器，加入电压UK ( UA)和电
3 0.9 99
I ''' OP.1
Krel kss I L.max kre
1.21 0.324 0.85
0.457(KA)
I k.c.min
3
ES
2 Z s.min Z AB Z BC
3 110 / 3 0.9 2 40 12 8
0.852(KA)
K ''' sen.c
I k.c.min I OP.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。
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
A
B
1
Ik
op﹒1
k1
A
B
C
2
1
Ik
op﹒2 op﹒2
op﹒1
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
I op2 K rel I op1
由于
I op2
K I " ' rel OP.1
K I " rel BC.M
但考虑助增后 I AB.M IBC.M 因此引入分支系数，
其定义为:
故障线路流过的短路电流 Kb 保护所在线路上流过的短路电流
此例为：
IBC.M
I'OP .1
K b
IAB.M
IAB.M
动作定值：
I op2
K rel Kb
Z op , 2
1 K rel K ss K re
Z l . min
(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。Zl.min 正常运行时的最小负荷阻抗， 动作时限应
比距离Ⅲ段保护范围内其他各保护的最大动作时限高出 一个t 。
(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
sen
90
arg
U K IK
sen
90
UK
e j IK
sen
90 或 （4-36）
sen sen
图4-23 0°接线时的动作特性(k 60)
图4-24 90°接线时的动作特性（k 60）
②90°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
综合三相和各种两相短路的分析可以得出， 当 0 k 90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 30≤ ≤60 (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
I op1
（4-47）
② 外汲电流的影响。
Ik
E Zr
E Zs Zk
（4-1）
式中 E ——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:
在最大运行方式下变电所C母线上三相短路
时的电流是 Ikcmax ，因此动作电流
I op1 I kcmax
（4-2）
引入可靠系数 Krel 1.2 ~ 1.3 ，则上式即可写为
I op1 K rel I kcmax
（4-3）
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 I kBmax
I op2 K rel I kBmax
（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：
(4-13)
A1
2
3
30KM
~
20KM
110KV
4 B
5
6 T=1s
C
P=50MW
COS 0.9
Z
S
.
max
40, Zmin
30
已 对知保护1K的r'第'e' l 三段1.电2, 流Kr保e 护0进.8行5,整K定ss 计 1算, z。1 0.4
I L.max
P
3U min cos
50
0.324(KA)
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 t ，一般取为1~1.2s，按照这个原
则整定的时限特性如图4-6(b)所示，此时
t2 t1 t
(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
(2) 按选择性的要求整定过电流保护的动作时限
k2
k1
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。
K sen
保护装置的动作参数
(4-7) (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。
K sen
I kBmin I op2
(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 。 Ksen 1.3 ~ 1.5
(1) 电流速断保护
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 . ① 助增电流的影响。
V
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 IBC将大于 I AB，这种使故
障线路电流增大的现象，称为助增。
Ik
op﹒2
Ik
op﹒1
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
(ZK–Zset)的角度=90°，而当ZK位于圆内时，>90°； ZK位于圆外时，<90°。
270 arg Z K Z set 90 Z K Z set
(4-19)
式中 对应于Z 超前于Z 时的 arg ZK Zset 270 Z K Z set
K
set
情况，此时为负值，如图4-13所示。