第1章 输电线路的保护配置与整定计算

1160 0.96 1210
可见，如与相邻线路配合，将不满足要求，改为与变压器配合。
③ 保护1定限时过电流保护
按躲过AB线路最大负荷电流整定：
Ⅲ K rel K ss 1.15 1.3 Ⅲ I op1 I L. max K re 0.85
9.5 10 6 37 １ 3 0 3 0.9 3
式中：
Lmin
E 1 3 ( I s X smax ) X1 2 I op1
X 1 ——线路的单位阻抗，一般0.4 Ω /KM；
X s.max ——系统最大短路阻抗。
要求最小保护范围不得低于15%～20%线路全长，才允许使用。
Ik
t
2、限时电流速断保护
top1
lop1
Iop1 top1
二、保护的配置
小电流接地系统（35KV及以下）输电线路一般采用三段式电流保护反应相间 短路故障；由于小电流接地系统没有接地点，故单相接地短路仅视为异常运行状 态，一般利用母线上的绝缘监察装置发信号，由运行人员“分区”停电寻找接地 设 备。对于变电站来讲，母线上出线回路数较多，也涉及供电的连续性问题，故一 般采用零序电流或零序方向保护反应接地故障。 对于短线路、运行方式变化较大时，可不考虑Ⅰ段保护，仅用Ⅱ段+Ⅲ段保 护分别作为主保护和后备保护使用。 110KV输电线路一般采用三段式相间距离保护作为相间短路故障的保护方 式，采用阶段式零序电流保护作为接地短路的保护方式。对极个别非常短的线 路，如有必要也可以考虑采用纵差保护作为主保护。 注意： 1、在双侧电源的输电线路上，当反方向短路时，如果保护可能失去选择性 的话，就应该增设方向元件，构成方向电流保护。 2、变压器——线路组接线时，将线路视为变压器绕组的引出线，不再单独 设置保护。 3、保护的配置没有定则，只要能反应对象上可能出现的所有故障且满足保 护的四个基本要求的方案都可以，最经济的方案就是最好的。无论那种保护，其 灵敏度都应满足规程要求，否则应改换其它保护方式。
第1章 输电线路保护配置与整定计算
知识与能力要求：
掌握110KV及以下电压等级输电线路保护 配置方法与整定计算原则；基本能对110KV及 以下电压等级线路的保护进行整定计算。
主保护： 反映整个保护元件上的故障并能以最短的延时有选择地切除故障的保护称为 主保护。 后备保护： 主保护拒动时，用来切除故障的保护，称为后备保护。 辅助保护： 为补充主保护或后备保护的不足而增设的简单保护。 一、线路上的故障类型及特征： 相间短路（三相相间短路、二相相间短路） 接地短路（单相接地短路、二相接地短路、三相接地短路） 其中，三相相间短路故障产生的危害最严重；单相接地短路最常见。相间短 路的最基本特征是：故障相流动短路电流，故障相之间的电压为零，保护安装处 母线电压降低；接地短路的特征： 1、中性点不直接接地系统
I I op1 1.3 520 680( A)
满足要求
与相邻线路瞬时电流速断保护配合
II II I I op1 K rel I op2
1.151.25 840 1210 A) (
选上述计算较大值为动作电流计算值，动作时间0.5S。 灵敏系数校验：
K sen
(2) I KBmin II I op1
测
量
接地距离 相间距离
三、三段式电流保护的整定计算 1、瞬时电流速断保护
l Ik
Iop1
lmin lmax
IkB.max
l
整定计算原则： 躲开本条线路末端最大短路电流 整定计算公式：
I
I op.1
K I
I rel kB . max
I k .act
K c KⅠ I KB. max rel nTA
•
动作时间按阶梯原则。
Δ
Δ
•
灵敏度分别按近后备和远后备进行计算。
K sen
I K . min Ⅲ I op
式中，I K . min ——保护区末端短路时，流经保护的最小短路电流。即：最小 运行方式下，两相相间短路电流。
～ 要求：作近后备使用时，K sen 1.3 1.5 作远后备使用时， K sen 1.2
Es X smin X 1l
=1590（A）
(2 I kB) min .
Es 3 2 X smax X 1l
=1160（A）
C母线短路电流为：
(3 I kC). max

37 3 (5.4 50 0.4)
840( A)
(2 I kC). min
3 37 660( A) 2 3 (7.9 50 0.4)
解： （1）短路电流计算 注意：短路电流计算值要注意归算至保护安装处电压等级， 否则会出现错误；双侧甚至多侧电源网络中，应取流经保护的短路 电流值；在有限系统中，短路电流数值会随时间衰减，整定计算及 灵敏度校验时，精确计算应取相应时间处的短路电流数值。 B母线短路三相、两相最大和最小短路电流为：
(3 I kB). max
E母线短路电流为：
I
( 3) kE . min
37 490 ( A) 3 (7.9 20 பைடு நூலகம்0.4 28)
(2) 整定计算 ① 保护1的Ⅰ段定值 计算
(3 I I op1 K rel I kB). max 1.251590 1990( A)
工程实践中，还应根据保护安装处TA变比，折算 出电流继电器的动作值，以便于设定。
最小保护范围的校验：
l min
1 3 Es ( I X smax ) X 1 2 I op1
3.49(km)
3.49 100 % 17.5%＞15% 20
② 保护1限时电流速断保护 按躲过变压器低压侧母线短路电流整定： 37 (3) I kE . max 520( A) 3 (5.4 20 0.4 28)
I I Z op.1 K res Z L KⅠ ZT res
相间距离保护第Ⅰ段动作阻抗为： I I Z op.1 K res Z AB
• 如果整定阻抗角与线路阻抗角相等，则保护区为被保护线路全长的 80%~85%。
2、相间距离Ⅱ段保护的整定
相间距离Ⅱ段应与相邻线路相间距离第Ⅰ段 或与相邻元件速动保护配 合。 ① 与相邻线路第Ⅰ段 配合 II II I 动作阻抗为： Z op.1 K rel Z AB K rel K b. min Z op.2
注意：作近后备使用时，灵敏系数校验点取本条线路最末端；作远后备使 用时，灵敏系数校验点取相邻元件或线路的最末端；
4、三段式电流保护整定计算实例
如图所示单侧电源放射状网络，AB和BC均设有三段式电流保护。 已知：1）线路AB长20km，线路BC长30km，线路电抗每公里 0.4欧姆； 2) 变电所B、C中变压器连接组别为Y，d11，且在变压 器上装设差动保护； 3）线路AB的最大传输功率为9.5MW，功率因数0.9，自 起动系数取1.3； 4）T1变压器归算至被保护线路电压等级的阻抗为28欧； 5）系统最大电抗7.9欧，系统最小电抗4.5欧。 试对AB线路的保护进行整定计算并校验其灵敏度。
式中：
K b. min
K rel
关于分支系数：
Ⅱ
——最小分支系数。 ——可靠系数，一般取0.8。
A、助增分支（保护安装处至故障点有电源注入，保护测量阻抗将增大）
Z sM Z MN Z sN Kb Z sN
B、汲出分支（保护安装处至故障点有负荷引出，保护测量阻抗将减小。）
Z NP1 Z NP 2 Z set Kb Z NP1 Z NP 2
K b. max Z sM . max Z MN Z sN . min 25 40 0.45 15 3.93 Z sN . min 15
Iop1
lop2
top2
Iop2
top2
l
l
整定计算原则：
不超出相邻下一元件的瞬时速断保护范围。所以保护1的限时电流速断保 护的动作电流大于保护2的瞬时速断保护动作电流，且为保证在下一元件首端短 路时保护动作的选择性，保护1的动作时限应该比保护2大。故：
II I op1

II I K rel I op2
远后备时： K sen
(2) I KCmin 660 1.31＞1.2 Ⅲ I op1 502
注意：不能作T1的远后备。
四、距离保护的整定计算
相间距离保护多采用阶段式保护,三段式距离保护整定计算原则与三 段式电流保护基本相同.
1、相间距离Ⅰ段保护的整定 可靠系数取0.8～0.85。 • 若被保护对象为线路变压器组，则动作阻抗为：
=501.8 （A） 动作时限按阶梯原则推。此处假定BC段保护最大时限为 1.5S，T1上保护动作最大时限为0.5S，则该保护的动作时限 为1.5+0.5=2.0S。 灵敏度校验： 近后备时
K sen
(2) I KBmin 1160 Ⅲ 2.31＞（ .3～1.5） 1 I op1 502
信 号
2、中性点直接接地系统
△ △
接地时零序分量的特点： ① 故障点的零序电压最高，离故障点越远处的零序电压越低，中性点接地 变压器处零序电压为零。 ② 零序电流的分布，主要决定于输电线路的零序阻抗和中性点接地变压器 的零序阻抗，而与电源的数目和位置无关。 ③ 在电力系统运行方式变化时，如果输电线路和中性点接地的变压器数目 不变，则零序阻抗和零序等效网络就是不变的。但电力系统正序阻抗和负序阻 抗要随着系统运行方式而变化，将间接影响零序分量的大小。 ④ 对于发生故障的线路，两端零序功率方向与正序功率方向相反，零序功 率方向实际上都是由线路流向母线的。
II top.1 tⅠ .2 t op
式中：
KⅠ ——限时速断保护可靠系数，一般取1.1～1.2 ； rel t ——时限级差，一般取0.5S ；
灵敏度校验：
K sen
规程规定：
保护区末端最小两相相间短路电流计算值 保护装置的动作值
K sen 1.3 1.5 ～
3 、定时限过电流保护
定时限过电流保护一般是作为后备保护使用。要求作为本线路主保护的后备 以及相邻线路或元件的远后备。 • 动作电流按躲过最大负荷电流整定。
III I op III K rel K ss I L. max K re
式中：
Ⅲ K rel ——可靠系数，一般取1.15～1.25； K re ——电流继电器返回系数，一般取0.85～0.95； K ss ——电动机自起动系数，一般取1.5～3.0；
式中：
I k .act ——继电器动作电流
经保护的短路电流。
Kc
——保护的接线系数
I KB.max ——最大运行方式下，保护区末端 B母线处三相相间短路时，流
KⅠ ——可靠系数，一般取1.2～1.3。 rel
IⅠ .1 op
——保护动作电流的一次侧数值。
——保护安装处电流互感器的变比。
nTA
灵敏系数校验：
段保护可靠系数取0.85。M侧电源最大阻抗 Z sM .max 25 、最小等值阻抗为
Z sM . min 20 ；N侧电源最大 、最小等值阻抗分别为 Z sN .max 25 、 sN .min 15 ， Z
试求MN线路M侧距离保护的最大、最小分支系数。
解：
• 解（1）求最大分支系数 • 最大助增系数
特点是：
① 全系统都出现零序电压，且零序电压全系统均相等。 ② 非故障线路的零序电流由本线路对地电容形成，零序电流超前零序电压 90°。 ③ 故障线路的零序电流由全系统非故障元件、线路对地电容形成，零序电 流滞后零序电压90°。显然，当母线上出线愈多时，故障线路流过的零序电流 愈大。 ④ 故障相电压（金属性故障）为零，非故障相电压升高为正常运行时的相 间电压。 ⑤ 故障线路与非故障线路的电容电流方向和大小不相同。 因此中性点不直接接地系统中，线路单相故障可以反应零序电压的出现构 成零序电压保护；可以反应零序电流的大小构成零序电流保护；可以反应零序功 率的方向构成零序功率方向保护。
Z NP1 ——引出负荷线路全长阻抗 Z NP 2 ——被影响线路全长阻抗 Z set ——被影响线路距离Ⅰ段保护整定阻抗
汲出系数是小于1的数值。
C、助增分支、汲出分支同时存在时 总分支系数为助增系数与汲出系数相乘。
例题：
分支系数计算
已知，线路正序阻抗0.45Ω/KM ，平行线路70km、MN线路为40km，距离Ⅰ