线路的保护Word文档下载推荐.docx
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选择性就是故障点在区内就动作，区外不动作。
当主保护未动作时，由近后备或远后备切除故障，使停电面积最小。
因远后备保护比较完善（对保护装置DL、二次回路和直流电源等故障所引起的拒绝动作均起后备作用）且实现简单、经济，应优先采用。
（二）速动性
快速切除故障。
提高系统稳定性；
减少用户在低电压下的动作时间；
减少故障元件的损坏程度，避免故障进一步扩大。
；
t－故障切除时间；
tbh-保护动作时间；
tDL-断路器动作时间；
一般的快速保护动作时间为0.06～0.12s，最快的可达0.01～0.04s。
一般的断路器的动作时间为0.06～0.15s，最快的可达0.02～0.06s。
（三）灵敏性
指在规定的保护范围内，对故障情况的反应能力。
满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。
通常，灵敏性用灵敏系数来衡量，并表示为Klm。
对反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护）
对反应于数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护）
其中故障参数的最小、最大计算值是根据实际可能的最不利运行方式、故障类型和短路点来计算的。
在《继电保护和安全自动装置技术规程（DL400－91）》中，对各类保护的灵敏系数Klm的要求都作了具体规定（参见附录2，P231）。
（四）可靠性
指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作（拒动）；
而在不改动作时，他能可靠不动，即不发生错误动作（简称误动）。
影响可靠性有内在的和外在的因素：
内在的：
装置本身的质量，包括元件好坏、结构设计的合理性、制造工艺水平、内外接线简明，触点多少等；
外在的：
运行维护水平、调试是否正确、正确安装
上述四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础，在它们之间既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。
1.1.3继电保护的工作回路
要完成继电保护的任务,除需要继电保护装置外,必须通过可靠的继电保护工作回路的正确工作,才能最后完成跳开故障元件的断路器、对系统或电力元件的不正常运行状态发出报警、正常运行时不动作.
在继电保护的工作回路中一般包括:
将通过一次设备的电流、电压线性地传变为适合继电保护等二次设备使用的电流、电压,并使一次设备与二次设备隔离的设备,如电流、电压互感器及其与保护装置连接的电缆;
断路器跳闸线圈及与保护装置出口间的连接电缆,指示保护装置动作情况的信号设备;
保护装置及跳闸、信号回路设备的工作电流等.为安全可靠的完成继电保护的工作任务,继电保护回路中的任一元件及其连线都必须时时可靠正确工作.
1.1.4继电保护的构成
一般继电保护装置由测量比较元件、逻辑判断元件和执行输出元件三部分组成，如图6-2所示：
图6-2继电保护装置的组成方框图
（1）测量比较元件
测量比较元件测量通过被保护电力元件的物理量，并与给定的值相比较，根据比较的结果，给出“是”、“非”、“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护装置是否应该启动。
根据需要继电保护装置往往有一个或多个测量比较元件。
常用的测量比较元件有：
被测电气量超过给定值动作的过量及电气；
被测电气量低于给定值动作的欠量继电器。
被测电压、电流之间相位角满足一定值而动作的功率方向继电器等。
（2）逻辑判断元件
逻辑判断元件根据测量比较元件输出逻辑信号的性质了、先后顺序、持续时间等，使保护装置按一定的逻辑关系判断故障的类型和范围，最后确定是否应该使断路器跳闸、发出信号或不动作，并将对应的指令传给执行输出部分。
1.1.5电力系统继电保护的工作配合
每一套保护都有严格划定的保护范围[有时也称保护区，只有在保护范围内发生故障时，该保护才动作。
保护范围划分的基本原则是任一元件的故障都能可靠地被切除并且造成停电范围最小，或对电力系统正常运行的影响最小。
一般借助于断路器实现保护范围的划分。
为了确保故障元件能够从电力系统中被切除，一般每个重要电力元件配备两套保护，一套称为主保护,一套称后备保护，时间证明，保护装置拒动、保护回路中的其他环节损坏、断路器拒动、工作电源不正常乃至消失时有发生，造成主保护不能快速切除故障，这时需要后备保护来切除故障。
1.2线路保护的设计原则
1.2.1输电线路故障状态及其危害
电力系统输电线路在运行过程中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作、设计缺陷等原因会发生短路、断线等故障。
最常见和最危险的故障是发生各种类型的短路，通过短路点的很大短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏。
发生短路时可能产生以下后果：
[10]
（1）短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起它们的损坏或缩短使用寿命。
（2）电力系统中部分地区的电压大大的降低，使大量的电力用户的正常工作遭到破坏或生产废品。
（3）破坏电力系统中各发电厂之间并列运行的稳定性引起电力系统振荡，甚至使系统瓦解。
各种类型的短路包括三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。
不同类型短路发生的概率是不同的，不同类型短路电流的大小也不同，一般为额定电流的几倍到几十倍。
大量的现场统计表明，在高压电网中，单相接地短路次数所占短路次数的85%以上。
1.2.2输电线路继电保护设计的原则
输电线路保护设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备原件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。
1.3输电线路保护的基本配置
1.3.1电网的电流保护
（一）按电流保护作用分类：
1）相间短路保护：
反映短路电流的全电流，称为电流保护；
2）接地短路保护：
反映短路电流的零序分量，称为零序电流保护。
（二）反映相间短路的电流保护的分类：
1）过电流保护
过电流保护是反映电流增加而动作的保护。
动作电流是按最大负荷电流整定的，其保护范围延伸到相邻的下一段线路，为获得选择性，其时限按阶梯原则选择。
表示动作时间与流过保护装置的电流关系曲线称为过电流保护的时限特性：
a、定时限特性：
当通过保护装置的电流大于其动作电流时，保护装置就启动。
保护装置的动作时限是一定的，与通过保护装置的电流大小无关。
b、具有这种特性的过电流保护的动作时间与通过保护装置的电流大小成反比。
2）电流速断保护
动作电流按躲过被保护线路外部短路时流过保护装置的最大短路电流来整定，以保证有选择性动作的保护称为电流速断保护。
3）限时电流速断保护
能保护线路的全长，可用来作为被保护线路末端故障的主保护，且可作为瞬时电流速断保护的近后备。
4）三段式电流保护
为保证迅速而有选择的可靠切除故障线路，一般在灵敏度能满足要求的35KV及以下的送电线路上，常装设瞬时电流速断、限时电流速断和过电流保护相配合而构成的一整保护装置，作为相间短路保护。
5）电网相间短路的方向电流保护
方向电流保护主要由方向元件、电流元件和时间元件组成。
方向元件和电流元件必须同时动作以后，才能去启动时间元件，再经过时间元件延时后动作于跳闸。
1.3.2电网的接地保护
（一）零序电流保护
1）零序电流速断（零序I段）保护
2）零序电流限时速断（零序II段）保护
3）零序过电流（零序III段）保护
（二）方向性零序电流保护
1.3.3电网的距离保护
（一）距离保护的基本概念
反映U/I=Z的保护，称为距离保护（阻抗保护）。
当测量阻抗小于整定阻抗时，则保护动作；
反之，则保护不动作。
（二）距离保护的主要元件
1）启动元件
主要作用是在故障发生的瞬间启动整套保护。
2）方向元件
主要作用是保护距离保证动作的方向性，防止反方向故障时保护的误动作。
3）测量元件
主要作用是测量短路点到保护安装地点之间的距离（即测量阻抗）
4）时间元件
主要作用是按照故障点到保护安装点之间的距离，根据预定的时限特性确定保护动作的时间，以保证保护动作的选择性，一般采用时间继电器。
1.3.4输电线路的高频保护
高频保护是将线路两端的电流相位或功率方向转化为高频信号，然后利用输电线路本身或专用通道将信号送至对端，以比较两端电流相位或功率方向的一种保护。
1.3.5输电线路纵差动保护
线路纵差动保护是利用比较被保护元件始末端电流的大小和相位的原理来构成输电线路保护的。
当在被保护范围内任一点发生故障时，它都能瞬时切除故障。
1.3.6输电线路横差方向保护
横差保护是用于平行线路的保护装置，它装设于平行线路的两侧。
其保护范围为双回线的全长。
横差方向保护的动作原理是反应双回线路的电流及功率方向，有选择性地瞬时切除故障线路。
1.4输电线路保护设计的步骤
1.4.1对中国电网现阶段保护进行分析
随着电力系统的不断发展，原来电压等级和输电线路比较简单的线路已经不能满足人们日常生活的需要，近年来国家不断将电网的电压等级提高，目前云广直流±
800Kv输电线路项目正在建设当中，它是中国乃至世界的第一条特高压输电线路，这标志着电力系统已经进入了新的历史阶段，于此同时，从另一个角度说明原来简单可靠的电流保护已经难于满足电网安全运行的要求，对于高压长距离重负荷线路，由于负荷电流大，在线路末端短路时，短路电流与负荷电流相差不大，过电流保护往往不能满足灵敏度的要求；
对于电流速断保护，其保护范围容易受电网运行方式的影响，保护范围不稳定，某些情况下甚至没有保护区，另外对于多电源复杂网络，方向过电流保护的动作时限往往不能按选择性的要求整定，且动作时间长，难于满足系统对保护快速动作的要求。
而距离保护装置在任何情况形式的电网中均能有选择性的切除故障，并且有足够的快速性和灵敏性，在高压和特高压电网中得到了广泛的运用。
1.4.2保护方案的拟定与选择
对输电线路保护的设计主要考虑以下因素：
[7]
（1）输电线路的电压等级；
（2）输电线路的所接电源个数；
（3）输电线路的回线情况；
（4）输电线路的输电距离；
（5）输电电路接线的复杂程度；
通过对以上各因素进行分析并结合目前国内输电线路的特点，目前国内的输电线路多为高电压、大容量、多电源、双回线、接线复杂的输电网络，对这种情况下的线路保护多采用距离保护，距离保护是根据加入其中的电压和电流形成的测量阻抗，以此来反映故障点到保护安装处之间的距离，并格努此距离的远近而确定动作的，以其动作速度快、远离简单受网络和受系统运行方式影响较小等诸多优点被普遍运用于110Kv及其以上的保护当中，为使设计的保护更加可靠，同时加设距离保护与闭锁式方向纵联保护相配合，实现对水电站110KV输电线路的保护。
1.5水电站110KV输电线路保护方案及原理
1.5.1距离保护
1.5.1.1距离保护的基本概念
距离保护是以距离测量元件为基础构成的保护装置，又称阻抗保护。
它是利用阻抗元件来反映短路的保护装置，其动作和选择性取决于本地测量参数（阻抗、电抗、方向）与设定的保护区段参数的比较结果，而阻抗、电抗、又与输电线路的长度成正比，所以称之为距离保护。
距离保护主要用于输电线路的保护，一般分为三段式和四段式，近年来也出现了五段式距离保护，但是基本原理不变，第一、二段带方向性，作为本段线路的主保护。
其中第一段保护线路的80%——90%，第二段保护余下的10%——20%并作相邻母线的后备保护。
第三段带方向性或不带方向性，有的还设有不带方向性的第四段，作本线及相邻线段的后备保护。
1.5.1.2距离保护的作用原理
如图6-3所示，假设各断路器处所装保护测量元件的输入不是电流（电压），而是该处的母线电压和流过该线路上的电流，则各母线处的母线电压Um（称为保护的测量电压）和流经该线路的电流Im（称保护的测量电流）之比为该处保护的测量电阻Zm即
图6-3距离保护的作用原理
在正常工作情况下，Um=Uw（母线的工作电压），Im=Iw（线路的负荷电流）此时保护测量元件的测量阻抗为负荷阻抗，即
Zm=ZL
式中，ZL——负荷阻抗
当系统发生故障时，其电压下降、电流增大。
因此，电流和电压的比值，在正常状态下和故障状态下有很大的差别，按照继电保护的基本要求，安装在线路两端的距离保护仅在线路保护范围内故障时动作，而在保护的反方向或在本线路之外短路时，保护装置要可靠不动作。
如图AB段，当故障K1点发生短路时，首先判断故障的方向，若故障位于保护区的正方向上，则设法测出故障点到保护安装处的阻抗Zk1，并将其与Zset相比较，若Zk1<
Zset,则说明故障发生在保护范围内，这时保护应可靠动作，跳开对应的断路器，如是上图中的K2点短路，虽然方向上在保护装置的正方向上，但是Zk2>
Zset，所以保护装置不动作。
1.5.1.3距离保护的基本构成
线路距离保护与电流电压保护类同，亦可构成三段式距离保护，其中距离保护第Ⅰ、Ⅱ段为线路段主保护，距离保护第Ⅲ段为本线主保护的近后备保护和相邻元件的远后备保护。
相间距离保护构成可用图6-4所示的结构框图说明。
图中，Z1、Z2、Z3分别是距离保护第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段的测量元件，叫阻抗元件或是阻抗继电器，用于测量故障点至保护安装处的距离，并与整定值Zset进行比较，当Zm<
Zset时，测量元件有输出，反之，无输出。
2KT和3KT分别是距离保护第Ⅱ、Ⅲ的延时元件，它作为时序逻辑的判断元件。
延时元件2KT用于判断故障是否在距离保护第Ⅰ段保护范围外的被保护线路内，故障点在该保护范围内时，延时元件2KT输出跳闸信号；
否则2KT不输出跳闸信号；
延时元件3KT则用于判断是否在本线路发生了故障而主保护拒动和判别是否相邻元件发生了故障而相邻元件保护或断路器拒动，若出现上诉拒动情况，则延时元件3KT会有输出，使本线路跳闸。
元件1是电流或阻抗元件，作为整套保护的启动元件，判断是否发生故障，发生故障时有输出；
元件2和3分别是振荡闭锁元件和电压互感器二次断线闭锁元件，分别在系统振荡和电压互感器二次断线时有输出，经非门10闭锁保护，可防止保护误动作。
1KS、2KS、3KS为距离保护第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保护的信号元件，当相应段的保护动作时，相应段的信号元件动作输出保护动作的报警信号。
图6-4三段式距离保护原理框图
从图6-4可以看出，三段式距离保护与三段式电流保护的差别主要表现在以下三个当面：
（1）测量元件是阻抗元件，而不是电流元件；
（2）增加了两个闭锁元件、
（3）整套保护中每相均有启动元件，可以增强保护的可靠性。
距离保护一般由五部分组成：
（1）启动部分，用来判别系统是否处在故障状态。
当短路故障发生时，瞬时启动保护装置。
有的距离保护装置的启动部分还兼起后备保护的作用。
（2）测量部分，用于对短路点的距离测量和判别短路故障的方向。
（3）振荡闭锁部分，用来防止系统振荡时距离保护误动作。
（4）二次电压回路断线失压闭锁部分，用来防止电压互感器二次回路断线失压时，由于阻抗继电器动作而引起的保护误动作。
（5）逻辑部分，用来实现保护装置应具有的性能和建立保护各段的时限。
如图6-5所示一般距离保护元件的基本组成：
图6-5距离保护原理的组成元件框图
1.5.1.4距离保护的时限特性
距离保护的动作时间t与保护安装处到故障点之间的距离l的关系称为距离保护的时限特性，目前获得广泛应用的是阶梯型时限特性，如图6-6所示。
这种时限特性与三段式电流保护的时限特性相同，一般也作成三阶梯式，即有与三个动作范围相应的三个动作时限：
、
。
图6-6距离保的时限特性
1.5.1.5距离继电器的基本要求
（1）在被保护线路上发生直接短路时，继电器的测量阻抗应正比于母线与短路点间的距离。
（2）在正方向区外短路时不应超越动作。
超越有暂态超越和稳态超越两种：
暂态超越时由大努力的暂态分量引起的，继电器仅短时动作，一旦暂态分量衰减继电器就返回；
暂态超越就是由短路处的过渡电阻引起的。
（3）应有明确的方向性。
正方向出口短路时无死区，反方向短路时不应误动作。
（4）在区内经大过渡电阻短路时应仍能动作（又称工作特性能覆盖大过渡电阻）但这主要是接地距离继电器要考虑的问题。
（5）在最小负荷阻抗下不动作。
（6）能防止系统振荡时的误动。
阻抗继电器是用作距离保护的主要测量元件，有时候还作启动元件，是距离保护装置的核心。
1.5.1.6方向性阻抗继电器电压死区的消除
当被保护线路始端发生金属性短路时，圆特性方向阻抗继电器比相电压为零，四边形特性阻抗继电器也将无法进行相位比较。
常规保护在解决这一技术问题时是采用极化回路引入极化电压的方法。
在晶体管保护及以往的保护装置中，通常有两种构成极化量工频谐振回路的做法：
一是工频串联谐振电路，二是并联谐振电路。
串联谐振电路即是增设的记忆回路，该电路产生工频谐振电流，再利用此电流在谐振电路的电阻上产生压降作为阻抗继电器的输入电压，保持此输入电压与原输入电压相位一致达到准确比相之目的。
另一种方法是引入第三相（健全相）电压，同样可达到消除电压死区的目的。
通常是记忆回路与第三相电压同时采用，以增强正向出口短路保护动作的可靠性。
[12]
1.5.1.7防止过渡电阻影响的方法
经过度电阻短路是电力系统中经常发生的故障之一。
当短路点带过度电阻时，阻抗元件的测量阻抗必然发生变化。
过渡电阻对距离保护的影响涉及超越、失去方向性和区内故障可能拒动几方面的问题。
特别需要指出的是：
超高压输电线路阻抗角很大（约85°
），超越和失去方向性的可能性也增大。
常规模拟式保护阻抗元件有各种构成方法及各种动作特性。
过渡电阻对不同动作
特性阻抗元件的影响程度也不相同，椭圆特性的阻抗继电器、方向继电器及全阻抗继电器受过渡电阻的影响，在保护区内故障时均可能拒动。
目前常规距离保护在防止过渡电阻影响的方法有：
[13]
（1）采用能容许较大的过渡电阻而不致拒动的阻抗继电器，如电抗继电器、四边形继电器、偏移特性的阻抗继电器等。
（2）采用瞬时测定装置。
此类装置的设计出发点是：
短路初瞬电弧电阻不大，测量阻抗比较正确；
稍后电弧电阻将急剧增大。
瞬间测定技术就是将阻抗继电器一开始测量的阻抗固定下来，使之不受后来电弧电阻急剧增大的影响，达到正确测量短路地点的目的。
1.5.1.8振荡闭锁
振荡闭锁元件在距离保装置中起着非常重要的作用。
当装置启动故障处理程序在150ms内不出口，振荡闭锁元件就会先闭锁距离保护Ⅰ、Ⅱ段功能，然后判断系统是否真的发生了故障，若判断出真的发生了故障，则要立即解除闭锁，若系统没有发生故障而是振荡启动或是误动，则要一直闭锁，防止距离保护发生误动。
要使保护装置正确快速的切除故障而不产生拒动或准确判别振荡而防止误动，振荡元件就回必须可靠且快速。
1.5.1.9电压二次回路断线闭锁
为了保证阻抗元件测量的正确性，电压互感器二次电压应按阻抗元件规定的接线方式的要求接入阻抗元件。
然而，电压互感器在运行中可能发生故障导致器二次回路断开一相、两相甚至三相，这时加入至阻抗元件的电压在相位和大小上均会发生变化，使阻抗与实际接入的电压不再满足接线方式的要求，因而阻抗元件的测量阻抗也不能正确反映保护到故障点间的距离，可能导致阻抗元件不正确动作。
如图6-7所示若Zab、Zbc、Zca分别为三个相间短路阻抗元件的电压回路的等效负载阻抗，正常运行时，各阻抗元件所接入的电压为Uab、Ubc、Uca，但当电压互感器二次中任一相（如C相）发生断线时，加BC相电压和CA相电压的阻抗元件的输入电压变成了1/2Uba，其测量阻抗不仅数值降低，而且方向发生了很大的变化，完全有可能导致阻抗元件的误动作。
图6-7电压互感器C相断线
电压互感器二次的熔断器熔断是造成电压二次回路断线的主要原因，这将使阻抗继电器失去UK，但由电流互感器来的IK仍然存在，这就呈现UK／IK＝ZK＝0的假象，使那些动作区包含ZK＝0的阻抗继电器误动作。
为此必须增设电压回路断线闭锁装置，这个闭锁装置应满足两个基本要求：
a）当电压回路发生各种可能使保护误动的断线情况时，可靠地将保护闭锁。
b）当被保护线路故障时，不应将保护误闭锁。
1.5.2输电线路闭锁式方向纵联保护
1.5.2.1两侧信息交换方式
（1）电力线载波通信[12]
将线路两端的电流相位信息转变为高频信号，经过高频信号耦合设备将高频信号加载到输电线路上，输电线路本身作为高频信号的通道将高频载波信号传送到对侧，对端再经过高频耦合设备将高频信号接收，以实现各端电流相位的比较，这就是高频信号或载波保护如图6-8所示。
其主要优点是无中继通信距离长；
经济使用方便；
工程施工比较简单。
但是由于输电线路在比通道时直接通过高压输电线路传送高频载波电流的，因此高压输电线路上的干扰直接进入载波通道，高压输电线路的电晕，短路、开关操作都会在不同程度上对载波通信造成干扰。
图6-8载波通信示意图
1.5.2.2闭锁式方向纵联保护
（一）闭锁式方向纵联保护的工作原理
目前在电力系统中广泛使用由电力线载波通道实现的闭锁式方向纵联保护，采用正常无高频电流，而在区外故障时发闭锁信号的方式构成，其原理图如图6-13所示。
此闭锁信号由功率方向为负的一侧发出，由两端的收信机接收，闭锁两端的保护，故称为闭锁式方向纵联保护。
图6-9闭锁式方向纵联保护作用原理
现在利用图6-9说明闭锁式方向纵联保护的作用原理。
假定短路发生在BC线路上，保护2、5的功率方向为负，其余的功率方向无暗为正。
保护2、5启动发信机发出闭锁信号，将A、B线
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