高压输电线路保护配置.docx
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高压输电线路保护配置
第二篇
第三章220kV变电站
第五节高压输电线路保护配置
一、电力系统保护的作用
电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种形式的短路。
在发生短路时可能产生以下的后果：
1.通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏。
2.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它们的使用寿命。
3.电力系统中局部地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量。
4.破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使整个系统瓦解。
电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障，这种情况属于不正常运行状态。
例如，因负荷超过电气设备的额定值而引起的电流升高〔一般又称过负荷〕，就是一种最常见的不正常运行状态。
由于过负荷，使元件载流局部和绝缘材料的温度不断升高，加速绝缘的老化和损坏，就可能开展成故障。
此外，系统中出现功率缺额降低，发电机突然甩负荷而产生的过电压，以及电力系统发生振荡等，都属于不正常运行状态。
故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起事故。
事故，就是指系统或其中一局部的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量破坏到不能允许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。
系统事故的发生，除了由于自然条件的因素〔如遭受雷击〕以外，一般都是由于设备上的缺陷，设计和安装的错误，检修质量不高或运行维护不当而引起的。
因此，只要充分发挥人的主观能动性，正确地掌握客观规律，加强对设备的维护和检修，就可以大大减少事故的发生几率，把事故消灭在发生之前。
在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生事故的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择地切除故障元件，这是保证电力系统平安运行的最有效的方法之一。
切除故障的时间常常要求小到十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有装设在每个电气元件上的保护装置才有可能满足这个要求。
我厂的四条220kV出线〔二满线、二头线、二托线、二宫线〕均配置了自动化设备厂的保护装置。
XX电网主网框架为220kV环网。
作为主网框架的重要构成局部——220kV线路应装设功能完善、性能可靠的主保护和后备保护装置。
二、本厂220kV线路保护配置及技术参数
我国220kV及以上高压输电线路开关均采用分相操作。
保护配置要求：
同一回线应配置不同原理的双套主保护和单相一次重合闸装置，后备保护应采用近后备方式且应双重化，还应配置断路器失灵保护，保证在断路器拒动时，由断路器失灵保护去启动母线差动保护，再由母线差动保护将故障切除。
我厂高压输电线路保护由南自厂生产的WXB-11C型保护装置、WXB-15型保护装置和JCSS-11D型三相不一致及失灵启动保护装置组成。
各保护装置配置如下。
CPU
CPU1
CPU2
CPU3
CPU4
保护
功能
型号
高
频
距
离
高
频
零
序
高
频
负
序
方
向
高
频
相
间
距
离
接
地
距
离
零
序
综
重
WXB-11C
●
●
●
●
●
●
WXB-15
●
●
●
●
●
●
●
JCSS-11D型保护装置配置有三相位置不一致保护和断路器失灵保护，其中三相位置不一致保护未用。
各保护装置技术参数如下。
1.WXB-11C〔15〕型装置主要技术数据
1.1额定数据
直流电压：
220V
交流电压：
相电压57.7V
开口三角电压100V
线路抽取电压互感器二次侧设有抽头，可分别适用于100V和57.7V。
交流电流：
5A
频率：
50Hz
1.2交流回路过负载能力
交流电压：
连续工作1.2倍Un
交流电流：
连续工作2倍In
1S20倍In
1.3功耗
直流回路<50W
交流电压回路<0.5VA/相
交流电流回路<1VA/相
1.4整定围
距离元件0.05～99.9Ω
电流元件0.05～99.9A
时间元件a.保护跳闸时间
接地故障：
0～12S
相间故障：
0～4.5S
b.其他：
0～15.9S
1.5准确工作围
距离元件：
a．准确工作电压0.5V
b．准确工作电流〔0.1～20〕In
零序方向元件：
a．最小动作电压2V〔固定〕
b．最小动作电流<0.1In
突变量方向元件：
a．最小动作电压4V
b．最小动作电流<0.3In
1.6精度
突变量元件±15%
距离I段保护暂态超越<5%
零序I段保护暂态超越<5%
测距元件误差<2.5%
1.7整组动作时间
相间和接地距离I段
Z测量/Z整定 动作时间
<30%10～13mS
<70%<20mS
零序I段〔I测量=1.2I整定时〕<18mS
高频距离和高频零序保护<30mS〔WXB-11C〕
突变量方向高频保护<25mS〔WXB-15〕
1.8允许环境温度
正常工作温度-5～+40℃
极限工作温度-5～+55℃
2.JCSS-11D型集成电路断路器失灵起动及三相不一致保护装置主要技术数据
2.1额定直流电压：
220V
2.2交流电流：
5A
三、本厂220kV线路保护工作原理
1.高频保护
1.1高频保护的根本概念
1.1.1高频保护的根本概念
高频保护是以输电线路载波通道作为通信通道的纵联保护。
高频保护广泛应用于高压和超高压输电线路，是比拟成熟和完善的一种无时限快速保护。
对于一条输电线路，只有同时比拟两端电流的相位和功率方向，才能有效的区分保护围部和外部的故障。
高频保护就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构成一高频〔载波〕电流的通道，将此信号送至对端，进展比拟。
因为它不反响被保护输电线围以外的故障，在定值选择上也无需与下一条线路相配合，故可不带动作延时。
目前广泛采用的高频保护，按其工作原理的不同可以分为两大类，即方向高频保护和相差高频保护。
方向高频保护的根本原理是比拟被保护线路两端的功率方向；而相差高频保护的根本原理是比拟两端电流的相位。
再实现以上两类保护的过程中，都需要解决一个如何将功率方向或电流相位转化为高频信号，以及如何进展比拟的问题。
相差高频保护现在根本不再采用，我厂也未采用。
1.1.2高频通道的构成原理
为了实现高频保护，必须解决利用输电线路作为高频通道的问题。
利用"导线——〞作为高频通道是最经济的方案，因为它只需要在一相线路上装设构成通道的设备，目前在我国得到了广泛的应用。
它的缺点是高频信号的衰耗和受到的干扰都比拟大。
据XX电网的运行经历，在冬天天气比拟恶劣的情况下，高频信号的衰耗有时能到达七八个分贝。
故我厂的高频信号通道裕量都整定在9dB左右。
输电线路高频保护所用的载波通道，其简单构成如图1所示，现将其主要元件及作用分述如下。
1.1.2.1阻波器
阻波器是由一电感线圈与可变电容器并联组成的电路。
其并联后的阻抗Z与频率有关，当并联谐振时，它所呈现的阻抗最大。
利用这一特性做成的阻波器，需使其谐振频率为所用的载波频率。
这样，高频信号就被限制在被保护输电线路的围以，而不能穿越到相邻线路上去。
但对50周的工频电流而言，阻波器仅呈现电感线圈的阻抗，数值很小〔约为0.04欧左右〕,并不影响它的传输。
1.1.2.2耦合电容器
耦合电容器与结合滤波器共同配合，将载波信号传递至输电线路，同时使高频收发信机与工频高压线路绝缘。
由于耦合电容器对于工频电流呈现极大的阻抗，故由它所导致的工频泄露电流很小。
图1高频通道构成示意图
1—阻波器；2—耦合电容器；3—结合滤波器；4—电缆
5—高频收发信机；6—刀闸
1.1.2.3结合滤波器
结合滤波器由一个可调节的空心变压器及连接至高频电缆一侧的电容器组成.
耦合电容器与结合滤波器共同组成一个四端网络的"带通滤波器〞，使所需频带的高频电流能够通过。
带通滤波器从线路一侧看入的阻抗与输电线路的波阻抗〔约为400欧〕匹配，而从电缆一侧看入的阻抗，那么应与高频电缆的波阻抗〔约为100欧〕匹配。
这样，就可以防止高频信号的电磁波在传送过程中发生反射，因而减小高频能量的附加衰耗。
并联在连接滤波器的两侧的接地刀闸6，是当检修连接滤波器时，作为结合电容器的下面一极拉地之用。
1.1.2.4高频收发信机
发信机局部系由继电保护来控制，通常都是在电力系统发生故障时，保护局部起动之后它才发出信号，但有时也可以采用长期发信故障时停信或改变信号频率的方式。
由发信机发出的信号，通过高频通道送到对端的收信机中，也可为自己的收信机所接收，高频收信机接收由本端和对端所发送的高频信号，经过比拟判断之后，再动作于继电保护，使之跳闸或将它闭锁。
1.1.3高频通道的工作方式和高频信号的作用
高频通道的工作方式可以分为经常无高频电流〔即所谓故障时发信〕和经常有高频电流〔即所谓长期发信〕两种方式。
在这两种工作方式中，以其传送的信号性质为准，又可分为传送闭锁信号、允许信号和跳闸信号三种类型。
应该指出，必须注意将"高频信号〞和"高频电流〞区别开来。
所谓高频信号是指线路一端的高频保护在故障时向线路另一端的高频保护所发出的信息或命令。
因此，在经常无高频电流的通道中，当故障时发出高频电流固然代表一种信号，但在经常有高频电流的通道中，当故障时将高频电流停顿或改变其频率也代表一种信号，这一情况就说明了"信号〞和"电流〞的区别。
所谓闭锁信号就是指：
"收不到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件〞。
结合高频保护的工作原理来看，就是当外部故障时，由一端的保护发出高频闭锁信号，将两端的保护闭锁，而当部故障时，两端均不发因而也收不到闭锁信号，保护即可动作于跳闸。
所谓允许信号那么是指：
"收到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件〞。
因此，当部故障时，两端保护应同时向对端发出允许信号，使保护装置能动作于跳闸。
而当外部故障时，那么因近故障点端不发允许信号，故对端保护不能跳闸。
近故障点的一端那么因判别故障方向的元件不动作，也不能跳闸。
至于传送跳闸信号的方式，就是指：
"收到这种信号是保护动作于跳闸的充分而必要的条件〞。
实现这种保护时，实际上是利用装设在每一端的电流速断、距离I段或零序电流速断等保护，当其保护围部故障而动作于跳闸的同时，还向对端发出跳闸信号，可以不经过其它控制元件而直接使对端的断路器跳闸。
采用这种工作方式时，两端保护的构成比拟简单，无需互动配合，但是必须要求每端发送跳闸信号保护的动作围小于线路的全长，而两端保护动作围之和就大于线路的全长。
前者是为了保证动作的选择性，而后者那么是为了保证全线上任一点故障的快速切除。
1.1.4突变量方向高频保护〔WXB-15型保护CPU1插件〕
1.1.4.1起动元件
本保护中设置了相电流差突变量起动元件DI1和按零序IV段整定的零序辅助起动元件I04。
相电流突变相起动元件具有以下特点。
a.能够反映各种故障；
b.不反映负荷电流的影响；
c.不反映故障电流的直流分量；
d.具有较强的抗干扰能力。
零序辅助起动元件带0.2s延时，具有二个作用：
a.保证经大电阻接地时，保护可靠起动，以解决突变量起动元件整定时灵敏度可能造成的困难；
b.该元件连续4.5s不动作作为整组复归的一个判据，以防止零序IV段时间定值大于4.5s时，因保护整组复归而使得零序IV段拒动。
高频、距离和零序保护的起动元件可以接成三取二表决的方式来开放的跳闸回路以提高装置的平安性。
当采用这种表决方式时，如某一保护退出运行时，只需将保护屏上对应的压板退出，这样该保护的起动元件仍在工作，以完成三取二表决功能。
1.1.4.2突变量方向元件
该方向元件利用保护安装
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