高压输电线路保护及重合闸

二、国内主要保护厂家生产的110kV线路保护介绍
南瑞继保：RCS-941A 包括完整的三段相间和接地距离保护、四段零序 方向过流保护和低周保护；不对称相继速动保护、双回线相继速动保护、 装置配有三相一次重合闸功能、过负荷告警功能、频率跟踪采样功能； 装置还带有跳合闸操作回路以及交流电压切换回路。
北京四方：CSC-161A 包括三段相间距离和三段接地距离保 护、PT断线后的两段过流保护、不对称相继速动保护、双回 线相继速动保护、过负荷保护、三相一次重合闸、三相操作 回路、电压切换回路。
90 arg 90 I m Z set U m
当电压二次回路发 生断线时，闭锁距 离保护，以防止保 护误动
用于出口跳闸
a:距离保护的启动元件
作用：启动测量元件 闭锁作用
要求：启动元件要能够灵敏、可靠的反映 各种类 型的故障
在故障切除后应尽快返回 在系统正常运行和发生异常情况时，启动 元件均不反应
b:距离保护的测量元件
三个阻抗意义和区别
（1）测量阻抗:加入继电器的电压 与电流的比值 Zm （2）整定阻抗:继电器安装点到保护 范围末端的线路阻抗Zset
方式一
方式二
. . . .
方式三：微机型继电保护中的自产零序电流：3 I 0 I A I B I C
4）阶段式零序电流保护
(一)零序电流速断保护(零序Ⅰ段保护)
(二)零序电流限时速断保护(零序Ⅱ段保护) (三)零序过电流保护(零序Ⅲ段保护)
（一）零序电流速断保护(零序Ⅰ段)
• 无时限零序电流速断保护工作原理与无时限电流速断保护 相似，靠整定零序电流的大小来获得选择性。 • 整定原则1：躲过下一条线路出口处单相接地或两相接地 时可能出现的最大3倍零序电流，即
–距离保护实际上是测量保护安装处至故障点之 间的阻抗大小，有时又称为阻抗保护。 –当故障点在保护范围以内时， Z l Z set 时 保护动作 –当故障点在保护范围以外时， Z l Z set 时 保护不动作
2）距离保护的主要组成元件 用来测量保护装置 当被保护线路发生故障
短路故障的方向
零序过电流保护的时限特性
T2
6 5 4
T1
3
2
1
t
相间保护
t6
t5
t4
零序保护
t 06
t3
t 05
t 04
t2 t1
在同一线路上的零序过电流保护与相间短路的过电流保护相 比，将具有较小的时限，这是零序过电流保护的 • 在多电源的大接地电流系统中，为保证选 择性，要安装零序功率方向元件，构成方 向性零序电流保护。 • 构成方向性零序电流保护时应注意的问题：
灵敏性： 要求最小保护范围≥（15%～20%）l
（二）零序电流II段保护
• 整定原则：与相邻线路的零序电流Ⅰ段配合
• 动作时限：比下一条线路零序电流Ⅰ段保护的 动作时限大一个时限级差
t
（三）零序电流III段保护
作用 : 用于本线路接地故障的近后备保护和相邻元 件(线路、母线、变压器)接地故障的远后备保护 在本线路零序电流I、II段保护和相邻元件 的零序保护拒动时，依靠它来切除故障 整定原则1：躲开下一条线路出口处相间短路所出现 的最大不平衡电流 整定原则2：与下一条线路的零序Ⅲ段保护相配合， 即本保护零序Ⅲ段的保护范围相邻线路上零序Ⅲ 段保护的保护范围 取二者最大值
• 保护安装处零序电流与零序电压的相位关 系： –正方向接地故障时，零序电流超前零序 电压95°～110° –反方向接地故障时，零序电流滞后零序 电压70° ～ 85°
5）对零序电流保护的评价
• • • • • •
优点： 1.零序过电流保护的灵敏度高 2.受系统运行方式的影响要小 3.不受系统振荡和过负荷的影响 4.方向性零序电流保护没有电压死区 5.简单、可靠
• 全阻抗元件的动作特性
–以保护安装点为原点，以整定阻抗Zset为半径 的圆。 –特点：没有方向性
jX
Z set
0
R
• 比幅式
Z m Z set
jX
U m I m Z set


Z set
0
R
• 比相式
Z set Z m 90 arg 90 Z set Z m

缺点： 1.对短线路或运行方式变化很大时，保护 往往不能满足要求 2.单相重合闸的过程中可能误动 3.当采用自耦变压器联系两个不同电压等 级的电网时，将使保护的整定配合复杂 化，且将增大第III段保护的动作时间
四、地方电网输电线路的距离保护
1）输电线路距离保护原理构成
• 距离保护是利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量 电压与电流的比值，反应故障点到保护安装处的距离而工 作的保护。
•
的求取： 故障点：本线路末端 故障类型 ：两相接地和单相接地 按最大运行方式考虑，即系统的零序等 值阻抗值最小
• 整定原则2：躲断路器三相触头不同时合闸 时产生的最大3倍零序电流，即
的求取： 计算两相先合时的零序电流 计算两相先合时的零序电流 取二者较大值
整定值应选取原则（1）和（2）中较大者。原则 （2）所得定值一般较大，保护范围缩小，灵 敏度降低，此时可考虑使Ⅰ段带一小的延时 （0.1s）躲开不同时合闸时间。
国电南自：PSL 620C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。
三、地方电网输电线路的零序保护
1）中性点直接接地系统输电线路零序保护原理构成
我国电网中性点接地方式分两大类三种形式： 中性点直接接地系统：110KV及以上电压等级系 统、380V低压用电系统 中性点非直接接地系统：60KV及以下配电系统
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由规程规定可知，110kV输电线路可根据电网情况配 置全线速动保护（如光差保护）、阶段式相电流和零序 电流保护、阶段式相间和接地距离保护、采用简单三相 一次重合闸或经同步检定和无电压检定的三相重合闸方 式。 根据目前贵州电网主流配置情况，我们今天重点学习 的是110kV输电线路的阶段式零序电流保护、阶段式相 间和接地距离保护及自动重合闸功能。
{
中性点不接地 中性点经消弧线圈接地
因此， 110kV输电线路存在于中性点的直接接地方 式电网中，由此能通过零序电压、电流滤过器采集零 序分量构成的基于电网零序网络计算的阶段式零序电 流保护
2）零序分量特点
a: 零序电压：故障点零序电压最高，离故障点越远，零 序电压越低，变压器中性点接地处为零。
b: 零序电流 分布：与变压器中性点接地的多少和位置有关； 大小：与线路及中性点接地变压器的零序阻抗有关。
c :零序功率 分布：短路点零序功率最大； 方向：对于发生故障的线路，两端的零序功率方向为线路→母线。
d:零序电压与电流的相位关系 正方向故障
d:零序电压与电流的相位关系 反方向故障
3）零序电压、电流滤过器
a.零序电压滤过器 零序电压滤过器就是取出零序电压的工具。零序电压滤过器有四种形 式，一是三个单相电压互感器的副方绕组接成开口三角形绕组构成零序电 压滤过器；二是三相五柱式电压互感器二次侧的开口三角形绕组零序电滤 过器；三是接于发电机中性点的电压互感器；四是微机型继电保护中自产3 倍零序电压（直接计算）。
•由上图我们可以看到跨区域、区域电网和地方电网故障后 造成的后果是不一样的，这也就决定了其输电线路保护配置 是根据其在电网中的重要性来安排的，我们本次课程主要是 针对地方电网的110kV输电线路保护讲授相关原理及应用， 其采用的原理是与电网的要求息息相关的，我们来看案例2 中英国电网的132kV输电线路配置了一个电流反时限保护， 这是英国电网的特点决定的；同样，在中国，根据我们电网 特点制定的《继电保护和安全自动装置技术规程-GB/T 14285—2006》规定：
–在多电源大接地电力系统中，每个变电站至少 有一台变压器中性点直接接地，以防止单相接 地短路时，非故障相产生危险的过电压。
–在零序电流保护正方向中有中性点接地的变压 器情况下，不管被保护线路的对侧有无电源， 为了防止保护的灵敏度过低或者动作时间过长， 就须采用方向性零序电流保护。
零序电流保护+ 零序功率方向继电器= 方向性零序电流保护
a）三单相式
b）三相五柱式
c）用接于发电机中性点的电压互感器
d）内部合成零序电压 (自产3倍零序电压)
a.零序电流滤过器 零序电流滤过器就是取出零序电流的工具。零序电流滤过器有三种形 式，一是将三相电流互感器二次侧同极性并联，构成零序电流滤过器；二 是用于电缆引出的线路的零序电流互感器；三是微机型继电保护中自产3倍 零序电流（直接计算）。
（3）动作阻抗:继电器刚好动作时，加入 继电器的电压和电流的比值Zop
由于以下因素，测量阻抗将偏离线段BC：
（1）TA、TV有相位误差
（2）短路点有过渡电阻 仅把线段BC作为动作区保护会拒动。
解决办法：扩展动作区。
常见的阻抗元件特性 全阻抗元件
方向阻抗元件 偏移阻抗元件 四边形阻抗元件 多边形阻抗元件
8.28大停电后 的伦敦 几名游客由于 停电被滞留在 半空中
• 为何要单独提出美加2003.8.14大停电、伦敦“2003.8.28” 大停电两个案例，因为这两个案例对于我们将要讲述的高压 输电线路保护及重合闸原理及应用课程有直观的教育意义， 也给大家学好继电保护指出方向，也就是要了解电网的特性， 熟悉电网的结构，从而知道继电保护为何物，为什么要配置 各种各样的原理复杂的保护，配置的依据是什么，各种保护 的原理分析的逻辑基础是什么； • 美加2003.8.14大停电事故是由于区域超高压电网输电线路短 路跳闸后潮流变化造成系统稳定破坏而导致重大电网事故； 而伦敦“2003.8.28” 大停电是由于地区电网线路保护配置 了1个错误参数的反时限继电器而导致的一般电网事故；我们 由此看出，高压输电线路的保护配置直接关系到电网的安危， 其配置的原则也与电网的规模和结构有关；