输电线路的继电保护成设计
前言
继电保护技术的发展现状继电保护技术是随着电力系统的发展而发展的，它与电力系统对运行可靠性要求的不断提高密切相关。熔断器就是最初出现的简单过电流保护，时至今日仍广泛应用于低压线路和用电设备。由于电力系统的发展，用电设备的功率、发电机的容量不断增大，发电厂、变电站和供电网的结线不断复杂化，电力系统中正常工作电流和短路电流都不断增大，熔断器已不能满足选择性和快速性的要求，于是出现了作用于专门的断流装置的过电流继电器。本世纪初随着电力系统的发展，继电器才开始广泛应用于电力系统的保护。这个时期可认为是继电保护技术发展的开端。
自本世纪初第一代机电型感应式过流继电器（1901年）在电力系统应用以来，继电保护已经经历了一个世纪的发展。在最初的二十多年里，各种新的继电保护原理相继出现，如差动保护（1908年）、电流方向保护（1910年）、距离保护（1923年）、高频保护（1927年），这些保护原理都是通过测量故障发生后的稳态工频量来检测故障的。尽管以后的研究工作不断发展和完善了电力系统的保护，但是这些保护的基本原理并没有变，至今仍然在电力系统继电保护领域中起主导作用。
继电保护装置是保证电力系统安全运行的重要设备。满足电力系统安全运行的要求是继电保护发展的基本动力。快速性、灵敏性、选择性和可靠性是对继电保护的四项基本要求。为达到这个目标，继电保护专业技术人员借助各种先进科学技术手段作出不懈的努力。经过近百年的发展，在继电保护原理完善的同时，构成继电保护装置的元件、材料等也发生了巨大的变革。继电保护装置经历了机电式、整流式、晶体管式、集成电路式、微处理机式等不同的发展阶段。
50年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术，建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。阿城继电器厂引进消化了当时国外先进的继电器制造技术，建立了我国自己的继电器制造业。因而60年代是我国机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。
自50年代末，晶体管继电保护已在开始研究。60年代中到80年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。在此期间，从70年代中，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到80年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到90年
代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位，这是集成电路保护时代。
国内微机保护的研究开始于70年代末期，起步较晚，但发展很快。1984年我国第一套微机距离保护样机在试运行后通过鉴定并批量生产，以后每年都有新产品问世；1990年第二代微机线路保护装置正式投入运行。目前，高压线路、低压网络、各种主电气设备都有相应的微机保护装置在系统中运行，特别是线路保护已形成系列产品，并得到广泛应用。我国在2000年220kV及以上系统的微机保护率为43.99％，线路微机保护占86％，到2003年底，220kV以上系统的微机保护已占到70.29％，线路的微机化率达到97.6％。实际运行中，微机保护的正确动作率要明显高于其他保护，一般比平均正常动作率高0.2～0.3个百分点。国产微机保护经过多年的实际运行，依靠先进的原理和技术及良好的工艺已全面超越进口保护。从80年代220KV及以上电压等级的电力系统全部采用进口保护，到现在220KV 系统继电保护基本国产化，反映了继电保护技术在我国的长足发展和国产继电保护设备的明显优势。
微机继电保护技术的成熟与发展是近三十年来继电保护领域最显着的进展。经过长期的研究和实践，现在人们已普遍认可了微机保护在电网中无可替代的优势。微机保护具有自检功能，有强大的逻辑处理能力、数值计算能力和记忆能力，并且具备很强的数字通信能力，这一切都是电磁继电器、晶体管继电器所难以匹敌的。计算机技术的进步，更高性能、更高精度的数字外围器件的采用，一直是微机继电保护不断发展的强大动力。
微机保护经过近20年的应用、研究和发展，已经在电力系统中取得了巨大的成功，并积累了丰富的运行经验，产生了显着的经济效益，大大提高了电力系统运行管理水平。近年来，随着计算机技术的飞速发展以及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展，其未来趋势向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。
第一章继电保护的配置
1.1 6kV线路L1719保护配置选择
电网继电保护装置配置的总原则是当电网中任一元件发生故障时，应尽可能快速的将故障元件切除，使故障损失限制到最小，并快速恢复电网的正常运行。3-110kv电网的继电保护，应当满足可靠性、灵敏性、速动性、选择性四项基本要求。
按照《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB14285-93）及《电力装置的继电保护和安全自动装置设计规范》（GB50062-92）的要求对于3—10kV中性点非直接接地电力网的线路，对相间短路和单相接地，应按规定装设相应的保护。保护装置采用远后备方式。
对单侧电源线路，可装设三段式过电流保护。第一段为不带时限的电流速断保护（保护范围小于被保护线路的全长一般设定为被保护线路的全长的85），第二段为限时电流速断保护（保护范围能保护本线路的全长或下一回线路的15%），第三段为定时限过电流保护（保护范围能保护本线路的全长和相邻线路的全长）。
对单相接地故障，应在发电厂和变电站母线上，装设单相接地监视装置，监视装置反映零序电压，动作于信号。可能时常出现过负荷的电缆线路，或电缆与架空混合线路，应装设过负荷保护。保护宜带时限动作于信号，必要时可动作于跳闸。
由于本系统中出线6kV线路均为单侧电源线路，可考虑配置一段电流速断保护、一段限时电流速断保护、一段定时限过电流保护过负荷保护及三相一次重合闸。
根据变电所的主接线图和一次设备的具体参数，并通过南瑞继保选择MT-L54X装置作为微机保护器。
第二章微机保护装置的简介与接线方法
微机保护的现状
传统的继电保护装置，调试工作量很大，尤其是一些复杂的保护. 微机具有高速运算、逻辑判断和记忆能力，微机保护是通过软件程序实现的，具有极大的灵活性，也因而微机保护可以实现很复杂的保护功能，也可以实现许多传统保护模式无法实现的新功能。目前，微机保护的平均无故障时间长达十万小时以上，这说明了微机保护是十分可靠的。微机保护经过近20年的应用、研究和发展，已经在电力系统中取得了巨大的成功，并积
累了丰富的运行经验，产生了显著的经济效益，大大提高了电力系统运行管理水平。近年来，计算机软硬件技术、网络通信技术、自动控制技术及光电子技术日新月异的进步，现代电力系统不断发展的新形势，对微机保护技术的发展提出了许多新的课题及挑战。文章对现代微机保护软硬件技术的发展及设计进行了深入分析和阐述，提出了新的设计思路和解决问题的新概念新方法。
特高压输电线和直流输电在国内的建设、大容量紧凑型输电技术的应用、FACTS技术的发展，变电站自动化技术的成熟以及集成智能化电力设备（智能开关及组合电器）、电子或光电式互感器的投入运行都对微机保护技术的发展提出了新的课题，他们对保护运行的可靠性、抗干扰能力、快速性、灵敏性，保护的构成方式，保护动作行为的改进，保护装置的高速通信能力以及保护新原理研究等方面提出了更高的要求。在新的硬件和软件基础上，这些性能需求能够得到更好的满足和实现。
微机保护在现场的普遍应用已经为现场继电保护人员带来了无可比拟的优越性，不仅保护的正确动作率大大提高，而且由于其调试的方便性使调试工作量大为减少，从而缩短了调试时间。然而，实现装置内部100%的实时状态监视和自检，特别是加强对装置内部薄弱部位的监视以及实现装置的全自动化测试，不仅是继电保护装置安全稳定运行的要求，更是现场继电保护工作者不断追求的目标。
微机继电保护装置的特点
1.维护调试方便：
目前国内大量使用的整流型或晶体管型继电保护装置的调试工作量很大，尤其是一些复杂保护，例如距离保护，调试一套常常需要一周，甚至更长的时间。究其原因，这类保护装置是布线逻辑的，保护的每一种功能都有相应的硬件器件和连线来实现。为确认保护装置是否完好，就需要把所具备的各种功能通过模拟试验来校核一遍。微机保护则不同，它的硬件是一台计算机，各种复杂的功能是由相应的软件来实现的。换言之，它是一个只会做几种单调的、简单操作的硬件，配以软件，把许多简单操作组合完成各种复杂功能的。因而只要用几个简单的操作就可以检验微机的硬件是否完好。或者说如果微机硬件有故障，将会立即表现出来，如果硬件完好，对于以成熟的软件，只要程序和设计时一样（这很容易检查），就必然会达到设计的要求，用不着逐台作各种模拟试验来检验每一种功能是否正确。实际上如果经检查，程序和设计时的完全一样，就相当于布线逻辑的保护装置的各种功能已被检查完毕。一般微机保护装置都具有自检功能，对硬件各部分和存放在EPROM中的程序不段进行自动检测，一旦发现异常会发出警报。通常只要接上电源后没有
警报，就可确认装置完好。所以对微机保护装置可以说几乎不用调试，从而大大减轻了运行维护的工作量。
2.可靠性高：
计算机在程序指挥下，有极强的综合分析和判断能力，因而它可以实现常规保护很难办到的自动纠错，即自动地识别和排除干扰，防止由于干扰而造成的误动作。另外，它有自诊断能力，能够自动检测出本身硬件的异常部分，配合多重化可以有效地防止拒动，因此可靠性很高。
3.易于获得附加功能：
应用微型计算机后，如果配置一个打印机，或者其它显示设备，可以在系统发生故障后提供多种信息。例如保护各部分的动作顺序和动作时间记录，故障类型和相别及故障前后电压和电流的波形记录等。还可以提供故障点的位置。这将有助于运行部门对事故的分析和处理。
4.灵活性大：
由于计算机保护的特性主要有软件决定，因此，只要改变软件就可以改变保护的特性和功能。从而可灵活地适应电力系统运行方式的变化。
5.保护性能得到很好改善：
由于计算机的应用，使很多原有型式的继电保护中存在的技术问题，可找到新的解决办法。例如对接地距离的允许过度电阻的能力，距离保护如何区别振荡和短路等问题都以提出许多新的原理和解决办法。
6.保护装置体积缩小：
一套微机保护装置，可以实现多种保护功能，例如一套LFP-901A微机保护装置有3个独立的CPU可以实现距离保护、零序保护、自动重合闸等功能。因此在组屏时，体积要缩小，便于现场的按装维护。
微机保护装置运行原理
微机保护装置的数字核心一般由CPU、存储器、定时器/计数器、Watchdog等组成。目前数字核心的主流为嵌入式微控制器（MCU），即通常所说的单片机;输入输出通道包括模拟量输入通道（模拟量输入变换回路（将CT、PT所测量的量转换成更低的适合内部A/D 转换的电压量，±2.5V、±5V或±10V）、低通滤波器及采样、A/D转换）和数字量输入输出通道（人机接口和各种告警信号、跳闸信号及电度脉冲等）。
2.1. PSL620C系列装置简介
SL620C系列数字式线路保护装置是以距离保护、零序保护和三相一次重合闸为基本配置的成套线路保护装置，并集成了电压切换箱和三相操作箱，适用于110KV、66KV或35KV 输配电线路。目前该系列保护装置有PSL621C、PSL622C、PSL623C、PSL626C四种型号。
本系列装置基本配置（PSL621C）设有两个硬件完全相同的保护CPU模件，其中一个保护CPU完成距离保护功能，另一个保护CPU完成零序保护和三相一次重合闸功能，各CPU 插件之间相互独立。各种保护功能均由软件实现。保护的逻辑关系符合“四统一”设计原则。
2.1.1 装置的特点：
1、个性化：
装置采用大屏幕全汉化液晶显示器，可显示15×8个汉字，显示信息多。事件和定植全部采用汉字显示或打印，舍弃了字符表述方式。滤波数据波形方式输出，包括模拟量和重要开关量，可由突变量或开关变位启动。定植以汉字表格方式输出，控制字可按十六进制和按功能两种方式整定。全汉化WINDOWS界面的调试和分析软件PSview，不但能完成人机对话的功能，还能对保护录波数据分析
2、大资源：
保护功能摸件模件（CPU）的核心为32位微处理器，配以大容量的RAM和FlashRAM。使得本装置具有极强的数据处理能力和存储能力，可记录的录波报告为8-50个，可记录的事件不少于1000条。数据存入FlashRAM中，装置掉电后可保持。A/D模件采用16位的A/D转换和有源低通滤波，使本装置具有极高的测量精度。采用CAN网作为内部通讯网络，数据信息进出流畅，事件可立即上传。可独立整定32套定植，供改变运行方式时切换使用。
3、高可靠性：
装置采用背插式箱结构和特殊的屏蔽措施，能通过IEC255-22-4标准规定的IV级（4KV ±10%）快速瞬变干扰实验，IEC255-22-2标准规定的IV级（空间放电15KV，接触放电8KV）静电放电实验，装置整体具备高可靠性。组屏可不加抗干扰模件。
4、开放性
通信接口方式选择灵活，与变电站自动化系统配合，可实现远方定植修改和切换、事件记录和录波数据上传、压板遥控投退和遥测、遥信。
5、透明化
记录保护内部各元件动作行为和录波数据，记录各元件动作时内部各计算值。
记录保护在一次鼓掌中发出的所有事件和当前运行的定值
可将数据在PSview 软件上分析保护内部各元件动作过程。
6、免调试概念
在采样回路中，选用高精度、高稳定的器件。
由于本线路电压等级为35KV ，所以采用PSL626C
2.1.2 PSL626C 线路保护装置
PSL626C 适用于小电流接地系统，保护功能配置：三段式相间距离、仅在有零序电流才投入的用于保护异地两点接地的两段式接地距离、三段式方向过流、低周减载和三相一次重合闸。距离保护、过流保护和低周减载，可以通过压板控制投退。三相一次重合闸由重合闸方式开关投退。
装置启动元件除了突变量启动元件外，还配备了一个过电流启动元件。过电流启动的
动作条件为：max(a I b I c I ) >ⅢZd I 且持续时间大于30ms ，ⅢZd I 为过流Ⅲ段电流定值。
相间距离由相间偏移阻抗元件和正序方向元件组成，接地距离由接地偏移阻抗元件、
正序方向元件和零序电抗元件组成。接地距离仅在距离压板投入、接地距离控制字投入并且零序电流大于0.5倍额定电流时才投入。距离保护不再采用选相元件。距离保护可以由控制字选择振荡闭锁功能是否投入。
过流保护为相过流保护，设有Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段和加速段，各段可独立整定成带方向或不带方向。方向元件采用正序电压和相电流比相判别。动作范围：-10度到120度。为消除死区，过流方向元件带有记忆功能。电压闭锁回路在三个线电压中的任意一个高于低电压定值时动作，闭锁相应段过流保护。
三相一次重合闸比PSL621C 多一种同期方式，即检查邻线有流。装置有一个发本线路有电流信号的开出继电器和一个邻线有电流的开入端子，用作“检查邻线有流”重合闸方式的配合。
本线路有电流的判据：
a)最大的相电流大于等于0.4n I
b)最大的相电流小于0.4n I 、大于0.04n I 且不是电容电流
本线路无电流的判据：
a)最大的相电流小于等于0.4n I
b)最大的相电流小于0.4n I 、大于0.04n I 且是电容电流
2.1.3三段式电流保护
三段式电流保护，各段电流及时间定值可独立整定，通过分别设置保护软压板来控制这两段保护的投退，图2-1所示为A 相1段过电流原理图，B,C 及2段原理图类同。
2.1.4三段电流电压方向保护
三段电流电压方向保护，每一段保护的电压闭锁元件及方向元件均可单独投退，通过分别设置保护软压板控制着三段保护的投退。图 2-2所示为A 相1段电流电压方向原理图，B,C 相及2，3段原理图雷同。
2.1.5过流加速保护
装置设置了独立的加速保护段，设有加速断电流定值及相应的时间定值。可通过软压板控制投退，还可通过控制字选择合闸前加速或合闸后加速，合闸后加速保护包括手合于鼓掌加速跳与自动重合于故障加速跳。装置的手合加速回路不需要由外部手动合闸把手的触点来启动，直接以TWJ来启动。本保护在断路器有流或处于合位后开放3S
2.1.6零序电流保护
装置设有可整定延时的一段零序电流保护，可通过软压板投退，同时通过控制字可选择跳闸/告警。
在不接地或小电流接地系统中发生故障时，其接地故障点零序电流基本为电容电流，且幅值很小，用零序过流来检测接地故障很难保证其选择性。因此需要装设小电流接地选线装置进行接地选线。
2.1.7低电压保护
装置设有可整定延时的一段低电压保护，可通过软压板投退，同时通过控制字可选择跳闸/告警。
在系统故障时电压降低，可配置低电压保护来甩掉部分负荷。本保护在有流时投入，在母线TV断线可选择闭锁。
尽管该保护中配置了许多种保护对电网进行各方面的保护，但出于对本网实际情况的考虑，我们只选择电流保护和距离保护作为主要的保护。由于35KV电网的零序电流保护没有具体的整定原则，所以不选择零序电流保护。下面对这两个保护逐个进行介绍并整定：2.2 线路相间电流保护
输电线路发生短路故障时，其主要特征是电流增大、电压降低，利用这两个特点可以构成电流保护和电压保护。根据电流整定值选取的原则不同，电流保护可分为无时限电流速断保护、带时限电流速断保护和定时限过流保护三种。
2.2.1线路相间电流保护整定原则
过流保护逻辑方框图
（一）无时限电流速断保护的整定计算
1.动作电流的整定原则
①根据电网对继电保护的要求，可以使电流保护的动作不带时限，构成瞬动保护。为了保证动作的选择性，采取动作电流按躲过被保护线路外部短路时最大短路电流来整定。这种保护装置称为无时限电流速断保护。
保护1的动作电流I I op 1可按大于最大运行方式下线路末端短路是流过被保护元件的短路
电流来整定，即
I I op 1= K I rel I )3(max ,k
K I rel --------- 电流保护第I 段可靠系数，当采用DL-10型电磁型电流继电器时，取
1.2~1.3；当采用GL-10型感应型电流继电器时，取1.5~1.6；
I )3(
max ,k ———系统最大运行方式下，线路末端k2点三相短路时，一次侧暂态短路电流周期
分量有效值，即
② 按与相邻变压器保护配合整定。当相邻元件为变压器时，可以采取与变压器保护配合的方式整定以扩大保护范围。其中：
1) 当变压器采用纵联保护时
I I op 1= K I rel I )3(max ,k
式中 I )3(
max ,k ----- 变压器低压侧母线短路时，流过本线路的最大短路电流；
K I rel ----- 可靠系数，取1.3—1.4
2) 当变压器采用无时限电流速断保护时
I I op 1= K I rel T op I ,
式中 T op I ,----- 并列运行变压器的电流速断定值；
K I rel ----- 可靠系数，取1.1
同理可得最大运行方式下三相短路时的最大保护范围为 min),1max 23(1s ⅠOP
s z I E z l -=
式中m in ,s z ---- 最大运行方式下系统等值阻抗
要求最小保护范围不小于本线路全长的15%；最大保护范围不小于本线路全长的50%。
3.动作时限的整定
无时限电流速断保护动作时间仅为保护固有动作时间，整定时限为0s
（二）无时限电流闭锁电压速断保护的整定计算
当无时限电流速断保护的灵敏度不满足要求时，可采用无时限电流闭锁电压速断保护，以提高保护的灵敏度。该保护的测量元件由电流继电器和电压继电器共同组成。它们的触点构成“与”门逻辑关系，只有当两个继电器都动作时，才能作用于断路器跳闸。
保护的整定原则与无时限电流速断保护一样，躲开被保护线路外部故障。由于它采用了两个测量元件，因此在外部短路时，只有一个测量元件不动作，保护就能保证选择性。保护的整定方法是保证在经常运行方式时，有较大的保护范围。因此，保护的动作电流为
I op I =1
1l z z E s s + 式中 s E ---- 系统等值相电势
s z ---- 系统正常运行方式下的系统等值阻抗
1z ----- 线路单位长度阻抗
1l ---- 经常运行方式下保护长度，取0.8倍的线路全长
I op
I 就是系统经常运行方式下，保护区末端三相短路电流。按保护范围相等整定，此时低电压元件也应刚好动作，所以它的动作电压为 113l z I U Ⅰop Ⅰ
op =
在被保护线路外部短路时，保护不会误动作，在经常运行方式大的运行方式下，保护的选择性由低电压元件来保证；反之，由电流元件保证。
（三）带时限电流速断保护的整定计算
由于无时限电流速断保护不能保护线路全长，其保护范围外的故障必须由另外的保护来切除。为了保证速动性的要求，用尽可能短的时限来切除该部分的故障，可以增设第二套保护即Ⅱ段电流速断保护。
1. 动作电流的整定原则