电力系统继电保护的配置

龙源期刊网电力系统继电保护的配置作者：李祥瑞来源：《科教导刊》2011年第21期摘要电力系统继电保护装置能够检测电力系统在运行过程中发生的故障和异常情况，并能够将故障迅速切除和隔离，防止故障扩大化。正确的配置电力系统继电保护装置，对于电力系统安全稳定运行有着重要的意义。本文从高频保护、相间距离保护和方向保护不同角度来讨论了继电保护的配置问题。关键词电力系统继电保护配置中图分类号：TM77文献标识码：ATheConfigurationofPowerSystemProtectionLIXiangrui(ChongqingWaterResourcesandElectricEngineeringCollege,Chongqing402160AbstractPowersystemprotectiondevicesisabletodetectfailuresandabnormalsituationsduringoperation.Anditcanquicklyremoveandisolatethefaulttopreventthefailuremagnification.Thecorrectconfigurationpowersystemprotectiondevices,thathaveanimportantsignificanceforsecurityandstabilityofthepowersystem.Differentperspectivesoftheconfigurationproblemfortheprotectionhastobediscussed.Includinghigh-frequencyprotection,phasedistanceprotection,directionalprotection.Keywordspowersystem;relayprotection;configuration电力系统在运行过程中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见的、同时也是最危险的故障就是各种形式的短路。为减少故障危害，电网设置了各种保护装置。正确配置这些保护装置对于电网的安全稳定运行有着重要的意义。1高频保护龙源期刊网网络高频保护为了缩小故障造成的损坏程度，满足系统动稳定的要求，常常需要自线路两侧无延时地切除被保护线路上任何一点的故障。为此可以采用全线速动的高频保护作为线路的主保护，它是比较被保护线路两侧的电量（如短路功率方向、电流相位等）。以此决定是否跳闸。系统电压等级110KV较高，系统稳定性是比较重要问题，是保证供电质量的重要前提。线路发生三相短路时，有的发电厂厂用母线电压低于允许值（一般约为70%额定电压），且其它保护不能无时限和有选择地切除短路，如AB线路80%处发生三相短路故障，A变电站高压母线电压只有0.69倍额定电压，阶段式距离保护、零序保护不能无时限切除故障，会严重影响发电站的安全稳定运行。为满足系统稳定性、线路发生三相短路时，使发电厂厂用母线电压不低于允许值（一般约为70%额定电压），且其它保护不能无时限和有选择地切除短路时，装设一套全线速动保护。本文采用高频闭锁方向保护作为全线速动保护，并作为环网和双侧电源线路的主保护。1.2系统稳定性电力系统的机电暂态过程的工程技术问题主要是电力系统的稳定性问题。电力系统的稳定性问题就是当系统在某一正常运行状态下受到某种干扰后，能否经过一定的时间后回到原来的运行状态或过渡到一个新的稳定运行状态的问题。如果能够，则认为系统在该正常运行状态下是稳定的。反之，若系统不能回到原来的运行状态或不能建立一个新的稳定运行状态，则说明系统的状态变量没有一个稳态值，而是随着时间不断增大或振荡，各发电机组转子间一直有相对运动，相对角不断变化，因而系统的功率、电流和电压都不断振荡，以致整个系统不再能继续运行下去，则系统在这种情况下不能保持暂态稳定。提高暂态稳定的措施，一般首先考虑的是减小扰动后功率差额，因为打扰动后发电机机械功率和电磁功率的差额是导致暂态稳定破坏的主要原因。常用的措施：故障的快速切除和自动重合闸装置的应用，快速切除故障对提高系统的暂态稳定性有决定性作用，因为快速切除故障减小了加速面积，增加了减速面积，提高了发电机之间并列运行的稳定性。另一方面，快速切除故障也可使负荷中的电动机端电压迅速回升，减小了电动机失速和停顿的危险，提高了负荷的稳定性。电力系统的故障特别是高压输电线的故障大多数是短路故障，而这些短路故障大多数又是暂时性的。采用自动重合闸装置，在发生故障的线路上，先切除线路，经过一定时间再合上短路器，如果故障消失则重合闸成功。1.3高频保护的配置在现代大型电力系统的超高压远距离输电线路上，为了缩小故障造成的损坏程度，满足系统动稳定的要求，常常需要自线路两侧无延时地切除被保护线路上任何一点的故障。龙源期刊网间接比较是两侧保护装置各自只反映本侧的交流电量，高频讯号只是将各侧保护装置对故障判别的结果传送到对侧去。线路每一侧的保护根据本侧和对侧保护装置对故障判别的结果进行间接比较，最后作出究竟是否应该跳闸的决定。属于这一类的保护有三种：（1）高频闭锁方向保护。它是基于间接比较线路两侧的短路功率方向。两侧保护装置，根据各自所测量的短路功率方向，确定是否应发出跳闸闭锁讯号。每一侧的保护装置，根据两侧功率方向元件对短路功率方向判别的结果，确定是否应该跳闸。（2）高频闭锁距离保护。由于距离保护中所用的主要继电器（如起动元件、方向元件等）都是实现高频闭锁方向保护所必须的，因此，在某些情况下，把两者结合起来，就可做成高频闭锁距离保护。区内短路时，两侧的起动元件和方向距离Ⅱ段动作，且都不发高频闭锁信号。保护装置只要方向距离Ⅱ段动作，而又收不到高频闭锁讯号，就立即加速距离Ⅱ段，全线快速跳闸。区外短路时，靠近短路点的一侧，保护判断为反方向故障，所以起动元件动作，方向距离Ⅱ段不动作，立即发出高频闭锁讯号。保护装置收到高频闭锁讯号后，就将距离Ⅱ段速动跳闸回路闭锁，只能按阶梯时限带延时动作。（3）高频远方跳闸。用高频电流传送跳闸讯号。区内短路时，保护装置Ⅰ段动作后，快速跳开本侧短路器，并同时向对侧发出高频讯号。收到高频讯号的一侧，将高频讯号与保护Ⅱ段动作进行比较，如Ⅱ段起动即加速动作于跳闸，从而实现区内短路全线快速切除。保护装置的作用原理：设故障发生于线路B—C的范围以内，则短路功率SK、的方向如图所示。此时，安装在线路B—C两端的方向高频保护3和4的功率方向为正，保护应动作于跳闸。故保护3、4都不发出高频闭锁信号，因而，在保护启动后，即可瞬时动作，跳开两端的断路器。但对非故障线路A—B和C—D，其靠近故障点一端的功率方向为由线路流向母线，即功率方向为负，则该端的保护2和5发出高频闭锁信号。此信号一方面被自己的收信机接收，同时，经过高频通道把信号送到对端的保护1和6，使得保护装置1、2和5、6都被高频信号闭锁，保护不会将线路A—B和C—D错误地切除。图1高频闭锁方向保护的作用原理2相间距离保护龙源期刊网对相间短路，单侧电源单回线路装设两段距离保护作为线路的主保护，如线路CD；双侧电源和环网线路装设三段式距离保护作为线路的后备保护，如线路AB。该电网继电保护采用远后备原则，即在临近故障点的断路器处装设的继电保护或该短路器本身拒动时，能由电源侧上一级断路器处的继电保护动作切除故障，如AB线路A侧继电保护或断路器拒动，由AF线路F侧保护延时切除故障，AF线路F侧保护是AB线路A侧保护的远后备保护，同时又是AF线路F侧保护的近后备保护。距离保护，是反应故障点至保护安装处的距离，并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。距离愈近，动作时间愈短。这样，就可以保证有选择地切除故障线路。电力系统正常工作时，保护安装处的电压为系统的额定工作电压Ue，线路的电流为负荷电流Ifh，而在发生短路时，母线上的电压为残余电压Ucy，比正常工作电压下降了很多；线路中的电流为短路电流ID，比正常负荷电流增加了很多。由此我们可以看出，故障线路保护安装处的电压和电流的比值，在正常状态和故障状态下将有很大的跃变，比单纯的电压值或电流值更清楚地区别正常状态和故障状态。在正常状态下，比值基本上反应了负荷阻抗。在短路故障状态下比值反应了保护安装处到短路点的阻抗，这个阻抗的大小，代表这一段线路的长度。图2距离保护的基本原理3零序电流保护对接地短路，单侧电源单回线路装设两段零序电流保护作为线路的主保护，如线路CD；双侧电源和环网线路装设三段式零序电流保护作为线路的后备保护，如线路AB。由于中性点直接接地系统发生单相接地故障时，接地短路电流很大，所以称之为大接地电流系统。目前我国110KV及以上电力系统均采用中性点直接接地方式。根据运行经验统计，在这种系统中，单相接地故障占总事故的60~70%，甚至更高，因此，接地保护在大接地电流系统中显得特别重要。零序保护之所以比较简单、灵敏而又能缩短动作时间，是因为这种保护只反映接地短路时所特有的零序电流或零序电压，而反应零序电流或零序电压的滤序器接线是很简单的。由于在龙源期刊网系统正常运行和发生相间短路时，不会出现零序电流和零序电压，因此零序保护的动作电流可以整定地较小，而当发生接地短路时，即有相当大的零序电流和零序电压出现，所以保护装置动作比较灵敏。同时，按动作时间配合以获得选择性的零序保护，不必与/△降压变压器以后的线路保护配合，因为变压器△侧以后的零序电流不会反应到侧，所以接地保护的动作时间大大地缩短。参考文献[1]卢继平,陈生贵.电力系统继电保护.重庆大学出版社,2003:121-133.[2]王梅义.电网继电保护应用.中国电力出版社,1999:95-96.[3]陈少俊.王梅义.DL/T584-95.3～110KV电网继电保护装置运行整定规程.能源部电力司,1996:178-184.[4]李光琦.电力系统暂态分析.中国电力出版社,1995:176-204.“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”