4输电线路继电保护

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。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。图4-1电流速断保护动作特性的分析k1A2B1k2CDk4k3Ikop·2op·1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，以表示。短路电流可由下式求得式中——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:opIksrkZZEZEIE（4-1）在最大运行方式下变电所C母线上三相短路时的电流是，因此动作电流引入可靠系数，则上式即可写为对保护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maxckImax1ckopII3.1~2.1relKmax1ckrelopIKImaxBkImax2BkrelopIKI（4-2）（4-3）（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：式中Z1为线路单位长度(1km)正序阻抗，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。E1max22min23ZZIELsopl图4-2系统运行方式变化对电流速断保护的影响Ikop﹒2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Ikop﹒2Ikop﹒1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)。因此，等范围保护（又称电流电压联锁保护）动作值为：LL%75LZIULZZEZZEIuopIopsksuop113式中：——系统等效电源相电势——保护安装处至等效电源之间的阻抗——被保护线路每公里正序阻抗——经常运行方式下的保护范围。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EsZ1ZL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AIkop﹒11k1B2AB1CIkop﹒2op﹒2op﹒1(4-5)对，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小一些，一般取为1.1~1.2。(2)动作时限的选择(4-6)确定的原则(4-7)(3)保护装置灵敏性的校验(4-8)12oprelopIKIrelKrelKttt12trgQFtttt1保护装置的动作参数计算值短路时故障参数的最小保护范围内发生金属性senK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。(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。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，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(4-10)2minopBksenIIK5.1~3.1senKtttt123．定时限过电流保护其动作时限与短路电流的大小无关，因此称为定时限过电流保护。(1)工作原理和整定计算的基本原则图4-7选择过电流保护起动电流和动作时间的网络图(4-12)式中——可靠系数，一般采用1.15~1.25；max41lressrelrereopIKKKIKIk1relK—自起动系数，数值大于1；——电流继电器的返回系数，一般采用0.85。(2)按选择性的要求整定过电流保护的动作时限图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。k2k1reKssK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。(3)过电流保护灵敏系数的校验要求；当作为相邻线路的后备保护时，。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。(4-13)5.1~3.1senK2.1senK4321sensensensenKKKK9.0COS~110KV142356ABC30KM20KMT=1sP=50MW4.0,1,85.0,2.11'''zKKKssrerel已知对保护1的第三段电流保护进行整定计算。30,40minmax.ZZS)(324.0999.0350cos3minmax.KAUPIL)(457.085.0324.012.1max.'''1.KAkIkKIreLssrelOP)(852.0812409.03/1102323min.min..KAZZZEIBCABsSck8.1457.0825.01.min..'''.OPckcsenIIK4、2单侧电源辐射网络相间短路的距离保护1．阻抗继电器（4-14)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KKKIUZ..kKZ(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(4-16)(2)利用复数平面分析全阻抗继电器特性①幅值比较方式（4-17)上式两端乘以电流，因，变成为(4-18)setopZZsetKZZKI.KKKUZI..setKKZIU..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(ZK–Zset)的角度=90°，而当ZK位于圆内时，90°；ZK位于圆外时，90°。setkksetksetkkset(4-19)式中对应于ZK超前于Zset时的情况，此时为负值，如图4-13所示。图4-11测量阻抗在圆内图4-12测量阻抗在圆外图4-13ZK超前于Zset的向量关系90arg270setKsetKZZZZ270argsetKsetKZZZZsetksetkksetksetsetksetkksetsetkkset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（4-27）（4-28）距离二段（4-29）灵敏系数（4-30）ABrelopZKZ2BCrelopZKZ1][8.0)(12BCrelABopABrelopZKZZZKZ算值性短路时故障阻抗的计保护范围末端发生金属保护装置的动作阻抗senKABopsenZZK2,距离三段：(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。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。(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，其逻辑关系如图4-21所示。图4-21三段式距离保护的组成元件和逻辑框图min.2,1lressrelopZKKKZt起动≥1出口跳闸&ZZZttmin.lZ4.3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。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1k1k1k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。UICOSP(2)接线方式①零度接线对A相的功率方向继电器，加入电压和电流，则当正方向短路时（4-34）反方向短路时，（4-35）输出为最大时的相位差称为继电器的最大灵敏角。此时=0度。)(AKUU)(AKIIkkAkAKAIU11arg22180argkAkAKAIUsensen继电器动作角度的范围通常取为其动作方程可表示为或（4-36）图4-230°接线时的动作特性()图4-2490°接线时的动作特性（）)(kop90sen90arg90KjKIeUsen90arg90senKKsenIUsensen60k60k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。如对的方向继电器加入电流和电压。继电器的最大灵敏角应设计为，动作方程为：（4-37）式中称为功率方向继电器的内角。用内角表示的动作方程：（4-39)用功率表示：(4-30)AIBCU90ksen90arg90)90(KjKIeUkk9090arg90KKIU0)cos(KKKIU综合三相和各种两相短路的分析可以得出，当时，方向继电器在一切相间故障情况下都能动作的条件应为≤≤(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(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。3060900k(2)限时电流速断保护.①助增电流的影响。图4-26有助增电流时，限时电流速断保护的整定V故障线路中的短路电流将大于，这种使故障线路电流增大的现象，称为助增。由于但考虑助增后因此引入分支系数，其定义为:此例为：BCIABI'2relOP.1relBC.MKIKIopI.MBC.MIABI短路电流保护所在线路上流过的流故障线路流过的短路电bK'OP.1AB.MIBCMIABMIIbK..动作定值：（4-47）②外汲电流的影响。图4-27有外汲电流时电流速断保的整定12opbrelopIKKI使故障线路中电流减小的现象称外汲。此时分支系数。③当变电所B母线上既有电源又有并联的线路时（4-48）3．方向阻抗继电器和偏移特性阻抗继电器方向距离保护的核心是方向阻抗继电器，或带偏移特性的阻抗继电器。(1)方向阻抗继电器图4-28继电器的动作特性a)幅值比较式的分析；(b)相位比较式的分析1bK1min2opbrelopIKKI方向阻抗继电器的特性是以整定阻抗为直径经坐标原点的一个圆(即坐标原点在圆周上)当