500kV、220kV线路保护原理以及线路保护与通道的配合

P1华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE2004-12-141500kV、220kV线路保护原理以及线路保护与通道的配合P2华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE主要内容1.线路保护的配置目的2.线路保护的功能配置、要求及实现方式3.分相电流差动保护4.线路纵联距离保护5.线路纵联方向保护6.保护优缺点比较7.保护与通道的接口方式8.线路保护与断路器保护的配合9.其他保护功能介绍10.旁路保护11.过电压保护P3华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE断路器保护原理（下一讲）P4华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE1.线路保护的配置目的在线路上发生各种类型的故障时，将故障隔离开来，使电网中的其他部分正常运行。故障类型有：单相接地、两相短路、两相短路不接地、三相短路、跨线故障各种类型；包括金属性短路、非金属性短路；包括瞬时性故障、永久故障、合于故障（手合或重合）；包括发展性故障（从单相发展到多相）、转换性故障（从区外转换到区内）；包括线路过负荷（电缆）、线路过电压（长线路，120km）等异常情况；一般不包括断线故障，但包括断线后发展的接地故障；不包括线路振荡异常运行情况，也不包括发生振荡后发展为系统失步的运行情况。线路保护要满足保护的四性（选择性、灵敏性、可靠性、速动性）要求。P5华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE2.线路保护的功能配置、要求及实现方式线路保护的功能配置线路保护的要求线路主保护的实现方式P6华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE线路保护功能配置针对上述故障，对直接接地系统（大电流接地系统、Solid），根据220kV、500kV电网的不同特点，保护配置一般包括：纵联保护三段式距离保护定/反时限零序方向过流保护特殊要求下的保护P7华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE（1）纵联保护（又称全线速动的线路保护，或称为带通道的保护，Tele-protection，pilotprotection）作用：对全线路上的任何一处故障，快速动作（不带时限动作、速动）。简称全线速动。快速动作：整组动作时间满足系统稳定性要求（100ms，特殊情况下低至80ms）。其中断路器动作时间按50ms考虑，保护动作时间最慢不大于30ms，通道时间最慢不大于15ms裕度5ms。或以保护整组动作时间来界定，不大于45ms（保护动作时间＋通道时间）。线路两侧的保护均要满足该要求。主要类型：线路纵联距离保护、线路纵联方向保护、分相电流差动保护（目前最常用的3种类型）通道方式：主要有载波、光纤、微波（最常用的通道为前2种，光纤正越来越普及）P8华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE（2）三段式距离保护（又称为多段式距离保护）一般三段即满足要求，有些保护具有四段、五段，一般情况下不投四段、五段（设定太繁）。但可作为特殊应用：如四段设为反方向故障检测，五段作为合于故障保护使用。有时通称为三段式后备保护，其实这种称法不确切，距离1段为主保护，不为后备保护。1段又称为独立跳闸段，不依赖通道，不带时限。主保护：在所保护的故障区域内有选择性地、快速动作的保护。1段为通道故障时所剩的主保护，作为通道故障情况下的主保护后备。P9华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE距离1段一般保护线路的85％，另留15％的裕度，以保证选择性要求。线路一侧的保护对85％以内的线路故障，快速动作。作为无通道或通道失去时主保护的后备。对线路两侧的距离1段，相当于有70％的纵联保护作用，还有30％的区域不能代替纵联保护的作用。P10华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE距离2段保护本线路全长，即100％，另加20％的裕度（指本线路的20％，不是指下一级线路的20％），以保证全线灵敏性、可靠性要求；为满足选择性要求，带2段时限。整定范围：应大于本线路的20％，宜小于下一级线路的1段。时限：一般宜在0.3s~0.5s范围内。与1段不同的是：能保护线路全长；与纵联保护不同的是：不是速动，带时限；P11华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE距离3段要求能保护下一级线路的全长，即100％，另加20％的裕度（指下一级线路的20％），作为下一级线路的后备保护。为满足选择性要求，带3段时限。整定范围：接地距离应大于下一级线路的20％，宜小于下一级线路的2段；对相间距离一般整定为躲最大负荷。时限：下一级线路的2段时限＋0.5s（阶梯时限）。P12华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE配合关系距离1段要有15％的裕度，对短线路，如不能保证，则只能不投运1段。对单回线送电给变压器的终端线路，送电侧线路保护伸入变压器内部。对距离2段，本线路末端故障有足够的灵敏度。与下一级线路的1段配合，对下一级短线路，如不能保证，只能与下一级线路的2段配合，相应的时间级差为：下一级线路的2段时限＋0.5s（阶梯时限）；对距离2段，接地距离与相邻线路纵联保护（或零序I/II段）配合，躲相邻线末端接地故障；相间距离还躲变压器其他侧母线故障。P13华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE配合关系对3段，与下一级线路的2段配合，对下一级短线路，如不能保证，只能与下一级线路的3段配合，相应时间级差为：下一级线路的3段时限＋0.5s（阶梯时限）；或作为最后的后备保护：对接地距离或相间距离整定为躲最大负荷（最小负荷阻抗），时限稍加长。一般对相间距离设定为躲最大负荷。P14华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE距离保护特性包括相间距离和接地距离，即ZA、ZB、ZC；ZAB、ZAC、ZBC；主要有3类：园特性（mho）、四边形特性、以及园/四边形特性园特性：构成简单，躲重负荷运行能力强，过渡电阻短路适应能力差。短线路、经较高过渡电阻短路时，保护可能拒动；四边形特性：构成复杂，躲重负荷运行能力差，过渡电阻短路适应能力强。长线路、重负荷运行时，保护可能误动；P15华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE距离保护主要特点出口金属性短路故障，要采用极化原理；1段要考虑暂态超越；PT断线要闭锁；线路上发生振荡要闭锁；双回线未端跨线故障，不能识别；受过渡电阻的影响较大；保护范围（即选择性）可由整定控制。P16华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE暂态超越由于故障的过渡过程，使得保护在稳态及暂态情况下对故障点的检测判别不同，有可能会发生：对整定范围之外的故障，保护因为暂态的影响而将其判为整定范围之内的故障，即谓之为超越；但在过渡过程结束后的稳态阶段，其一般能够正确检测设定范围内的故障；为防止暂态超越，需将1段设定的短于线路全长；一般要求超越5%；也就是说可设定的1段最大范围为95％。P17华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE（3）定/反时限零序方向过流保护因为前述的后备保护均为距离保护，但距离保护有一个缺点，对过渡电阻不够灵敏。对相间短路，过渡电阻不大，所有的相间距离保护均能检测出；但对接地故障，过渡电阻较大，规程要求，对220kV，要有100欧的过渡电阻反映能力，对500kV，为300欧。一般的接地距离保护仅能检测出50欧过渡电阻以内的故障，故需要另外的保护。定/反时限零序方向过流保护正是应这一要求而配置，它仅反映接地故障（零序过流）。一般选择反时限，因其较宜与下一级线路配合。方向一般为零序电流方向，也可为负序方向，这是应称为负序方向零序过流保护。一般使用零序方向，故完整地称为：零序方向零序过流，简称为零序方向过流。对负序或零序方向，可统称为方向零序过流。P18华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE（4）特殊要求下的保护配置过电压保护（长线路，至少大于120km，经一次计算后配置）。电缆线路，配置过负荷保护。P19华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE线路保护要求双重化即2*〔（1）＋（2）＋（3）＋（4）〕配置2面屏使用独立的CT、PT、直流电源独立的通道(尽量为不同的通道、不同的路由、不同的通道设备、不同的电源供电)分别跳断路器的不同跳闸线圈P20华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE线路主保护实现方式独立的光纤通道，配两套光纤保护（一般均为分相电流差动保护；有些情况下为一套电流差动，一套光纤距离或光纤方向）光纤通道＋载波通道（分相电流差动保护＋载波距离或载波方向保护）仅载波通道（载波距离或载波方向保护，可为两套距离、或一套距离+一套方向)厂家可相同或不同，由招标决定,宜为：不同原理、不同厂家的两套线路保护（一般叫法：保护通道＋保护原理）当载波通道改光纤通道，保护不换时，只能为光纤距离或光纤方向的保护。P21华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE3.分相电流差动保护原理：基尔霍夫定律，流过某一截面的电流之和总为零。正常时，将一侧的三相电流传至对侧，两侧均进行基尔霍夫定律判别。正常时，如没有误差，应为零；故障时，只要除两侧之外，在其他地方有流入、流出电流，则不为零。分相式：即A相、B相、C相线路的两侧分别作为基尔霍夫定律的一个截面进行判别。P22华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE3.分相电流差动保护P23华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE3.分相电流差动保护P24华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE4.线路纵联距离保护主要分为两类：允许式、闭锁式；因为纵联距离保护总是将命令信号进行高频调制后传送，故又常称之为高频距离保护。根据所用的通道不同，又分为光纤距离、载波距离。（微波距离一般不用）。包含6个元件：三个接地距离、三个相间距离P25华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE允许式保护原理原理：就地的距离保护动作并且收到对侧的发信信号；（将对侧的信号称为允许跳闸信号）就地距离保护动作：一定要大于本线路的全长（即可为2段或3段），正方向发信给对侧的保护：可为距离1段（称为欠范围允许式,underreach），也可为距离2段或3段（称为超范围允许式,overreach）。因为对欠范围允许式两侧的保护会发生相继动作，故华东电网总是使用超范围允许式。P26华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE图解说明P27华东电力设计院EASTCHINAELECTRICPOWERDESIGNINSTITUTE故障点f2M侧保护1段、N侧保护1段、2段、3段动作2段、3段动作方式A：发信（仅1段）有发信有发信方式B：发信（2、3段）有发信有发信方式C：发信（1、2、3段）有发信有发信跳闸出口：独立跳闸段距离1段距离