超高压电网继电保护专题分析

超高压电网继电保护专题分析

课程性质：选修

授课对象：本科（第三、四、五章）

学时：30

授课对象：硕士研究生（第二、三、四、五章）

学时：40

绪论高压电网超高压电网的特点及对继电保护的要求

一电网的电压等级

我国各级电网的电压等级：

低压：6KV、10KV 、35KV、66KV（东北电网有）

中压：110KV

高压：220KV、330KV、

超高压：500KV、750KV（在建设中）

按国际规定，电压大于400KV的属于超高压，电压大于1000KV的属于特高压。

目前世界上最高电压等级：1150KV

二高压、超高压电网对继电保护提出的要求

1 可靠性与安全性

可靠性是指在发生本保护范围内的故障时，保护装置应可靠动作，发出跳闸命令。安全性是指发生不属于本保护范围内的故障时保护装置应不错误动作。对高压、超高压电网则更加强调其重要性。

解决的方法是加强保护的配置。例如在220KV及以上电压等级的输电线路上，要求保护配置双重化。

2 速动性

对高压、超高压电网来说，快速切除故障尤其重要。因为这对于保持电网稳定是至关重要的。其次，保护装置的快速动作还有利于躲开电流互感器饱和的影响。因为发生故障时从故障开始到电流互感器饱和需要一定时间。

3 选择性

当系统发生故障时，继电保护装置应保证仅将故障设备从系统中切除。以使停电范围最小。当断路器拒动时，可由上一级的保护装置切除上一级断路器。对高压母线，一般应配置断路器失灵保护。

4 灵敏性

灵敏性是指在最不利的条件下，例如最小运行方式、保护范围末端故障、故障类型为短路电流最小的情况等，保护装置对故障的反映能力。在高压、超高压电网中，远后备保护的灵敏度往往难以满足要求，因此采取加强主保护措施，对断路器拒动则采用失灵保护作为近后备保护。

三高压、超高压电网继电保护面临的一些特殊问题

1 输电线路参数得分布性、线路中的一些补偿装置例如串联补偿电容，并联补偿电抗器，从而使短路电流中含有各种谐波分量。同时由于高压、超高压输电线路的电感与电阻的比值增大，故障后短路电流中非周期分量的衰减速度慢。

2 高压输电线路线间距离大，绝缘子串长，输电线路经过森林，因此发生接地故障时的过渡电阻大。

3 为增加输电线路的传输功率，输电线路装有串联补偿电容，它是一个集中的负电抗，对保护的工作行为产生影响。

4 高压、超高压输电线路的分布电容对保护的工作带来影响。

5 在220KV 及以上电压等级的输电线路中，采用分相操作的断路器，线路上发生单相故障时仅跳开故障相的断路器。因此存在两相运行的非全相问题。非全相产生负序和零序分量，对保护造成一定影响。

6 某些电网中出现的多端线路对保护的工作带来一定的影响。

7 高压、超高压电网中采用电容式电压互感器（CVT ），CVT 的暂态过程对保护装置带来影响。

第二章短路故障的过渡电阻对继电保护的影响

第一节短路故障的过渡电阻

一电弧电阻

实际上在输电线路上发生金属性短路的几率是很少的。大多数短路故障是经过过渡

电阻短路。对于相间短路，过渡电阻主要是电弧电阻，而对于接地故障则比较复杂。过渡电阻包括：电弧电阻、其他接地物电阻、杆塔接地电阻。

电弧电阻由电弧的电压、流过电弧的电流和电弧的长度决定。其关系式： 4.028700

a

a

a I L U = 其等效电阻为：4.128700

a

a

a I L R = 另一种算法认为电弧的电位梯度为cm V 39.13，而电弧的电位梯度与电流无关。因而电弧的电压为： a a L U 39.13= 电弧的电阻为： a

a

a I L R =

二 杆塔接地电阻

在我国，110KV 及以上电压等级的输电线路上，均装设有避雷线，各杆塔由避雷线连接在一起，所以，杆塔接地电阻并非每个杆塔的接地电阻，而是由避雷线连在一起的一串杆塔的等值电阻。杆塔接地阻抗的表达式为：

0020

00)(21R Z Z Z Z Z T T M T ⋅-=

式中：

-0T Z 两杆塔间避雷线的零序阻抗； -0R 每个杆塔的零序电阻；

-0M Z 导线与避雷线之间的零序互感阻抗； 结论：

（1） 杆塔接地阻抗的阻抗角都很小，可认为是纯电阻。 （2） 当避雷线全接地时，杆塔接地阻抗一般小于3欧姆。

（3） 相间短路时，过渡电阻的初始值可考虑为4~8欧姆，接地短路时，

当避雷线与绝缘子串之间有良导体连接时，过渡电阻可考虑为5~7欧姆。

第二节短路故障过渡电阻对继电保护的影响

一 短路故障过渡电阻对距离保护的影响 （一）影响阻抗继电器测量误差的因数分析

向量图：

N

M 母线的电压为：

f

f L M M R I pZ I U += 对M 端接于故障相间或故障相的阻抗继电器的测量阻抗为：

a L f M

f L M M

J Z pZ R I I pZ I U Z +=+==

式中：a Z 为附加阻抗，它使测量阻抗产生了误差。分析到向量图可得：

f f j M

N f j M

f

f M f a R K R e I I R e I I R I I Z =+===--)||

1(||θα θ

θααsin ||)cos ||1(sin ||cos ||M N M N M

f

M f i

r I I

j I I I I j I I jK K K -+=-=+=

可见，K

是一个复数。它是流过过渡电阻的电流与流过保护侧的电流之比。设M 侧为送电侧，N 侧为受电侧，则附加阻抗对于M 侧偏于容性，对于N 侧附加阻抗偏于感性。 如图所示； 送电侧 受电侧

以下分析M 侧阻抗继电器感受到的附加阻抗与哪些因数有关。 （1）负荷电流的影响

当δ越大时，负荷电流越大，此时M

I 、N I 之间的夹角θ越大。因此，对附加阻抗的相角影响越大。

（2）短路点位置和阻抗角变化产生的影响

设线路空载，并设R S Z Z =，则复数K

为：

L

S f

S L R

f

R M N

M

f pZ Z U E pZ Z U E I I I

I

K

+--+-+=+== )1(11 由于空载，所以：E E E R

S == 所以：

L

R L

R S L R L S Z p Z Z Z Z Z p Z pZ Z K

)1()1(1-+++=-+++=