变电站线路保护及重合闸装置

信号作为允许保护跳闸
1 信号的作用 反方向故障发讯，正方向故 反方向故障不发允许信号，正
障停讯
方向故障发允许信号
2 通道
正常无信号，无监视， 安全性差
正常发监频，即正常通道有监 视，较安全 （不需要试验通道）
3
安全性及可 靠性
通道坏，区外故障将误动， 安全性差 区内故障，仍然正常动作， 可靠性高
通道坏，区外故障，不误动作， 安全性高， 区内故障，将拒动，可靠性低
零序电流保护
零序电流保护是比较零序电流大小和定值 点的关系；
零序电流的保护范围较为稳定，但是受系 统接地点和运行方式的影响较大
在220kV线路中零序电流保护一般作为 后备保护；
在110kV线路中零序电流保护一般作为 主保护；
零序电流保护只反映接地性质故障。
阻抗保护
阻抗保护的基本原理是：Z=U/I 阻抗保护分为接地阻抗和相间阻抗保护； 接地阻抗保护一般反应各类性质的接地故
线路保护及重合闸装置
主要内容
一、线路保护的应用 二、自动重合闸装置 三、断路器失灵保护
线路故障的性质：
1、单相接地故障 2、相间故障（两相短路） 3、两相接地故障 4、三相短路 5、各类性质的开路
故障时电气量的变化（与振荡区别）
电流增大 电压降低 系统阻抗降低 出现I2 、I0 序分量
过流保护
故障电流I>Iset，保护动作； 过流保护一般分为一段（速断）、二段（过流）
、三段； 速断的整定范围：躲过线路末端三相短路最大电
流整定； 过流保护按躲过线路最大负荷整定，和下级线路
配合是时间上的配合。
速断、过流保护受系统运行方式的影响较大， 保护的范围不固定；
能反映各种性质的故障，对于不同的故障保护 范围不同。
（3）耦合电容器。
耦合电容器的电容量很小，对工频电流具有很大的阻抗，可防止工 频高压侵人高频收发信机。对高频电流则阻抗很小，高频电流可顺利通 过。耦合电容器与连接滤波器共同组成带通滤波器，只允许此通道频率 内的高频电流通过。
(4)连接滤波器。
连接滤波器与藕合电容器共同组成带通滤波器。由于电力架空线路 的波阻抗约为400Ω ，电力电缆的波阻抗约为100Ω 或75Ω ，因此利用连 接滤波器和它们起阻抗匹配作用，以减小高频信号的衰耗，使高频收信 机收到高频功率最大。同时还利用连接滤波器进一步使高频收发信机与 高压线路隔离，以保证高频收发信机与人身的安全。
(5)高频电缆。
将户内的高频收发信机和户外的连接滤波器连接起来。
(6)保护间隙。
保护间隙是高频通道的辅助设备，用以保护高频收发信机和高频电 缆免受过电压的袭击。
(7)接地开关。
接地开关也是高频通道的辅助设备。在调整或检修高频收发信机和 连接滤波器时，将它接地，以保证人身安全。
(8)高频收发信机。
高频收发信机用来发出和接收高频信号（发出预定频率）。
能反映各种性质的故障；
阻抗保护带方向。
线路阻抗保护特殊点
不受系统运行方式的影响，但是保护范围受过渡 电阻（短路点的电弧、放电点物体等）的影响较 大。
在特殊线路上的保护范围是有变化的，从系统的 角度考虑可能阻抗一段保护线路的全长。
纵联保护
输电线路的纵联保护是指用某种通信通道 (简称通道) 将输电线两端的保护装置纵向联结起来，将各端的电气量 (电流、功率的方向等)传送到对端，将两端的电气量比较 ，以判断故障在本线路范围内还是在范围之外，从而决定 是否切断被保护线路。
当系统发生故障时，两端保护的功率方向元件判别流 过本端的功率方向，功率方向为负者发出闭锁信号，闭锁 两端的保护，称为闭锁式方向纵联保护；或者功率方向为 正者发出允许信号，允许两端的保护跳闸，称为允许式方 向纵联保护。
3、电流相位比较式纵联保护
利用两端电流相位的特征差异，比较两端电流的相位 关系构成电流相位比较式纵联保护。
图6 “相-地”式载波高频通道原理示意图
(1)输电线路。
三相线路都用，以传送高频信号。（例如兴隆站：901用A相，902用 C相，B相用作远动通信）
(2)高频阻波器。
高频阻波器是由电感线圈和可调电容组成的并联谐振回路。当其谐 振频率为选用的载波频率时，对载波电流呈现很大的阻抗 (在 1000Ω 以 上)，从而将高频电流限制在被保护的输电线路以内 (即两侧高频阻波器 之内) 。对50Hz工频电流而言，阻波器的阻抗仅是电感线圈的阻抗（约 为0.04Ω ）,工频电流可畅通无阻。
纵联保护的基本原理
1、纵联电流差动保护
利用输电线路两端电流波形或电流相量和的特征构成 纵联电流差动保护。
（a）内部故障 ∑I= IM + IN= Ik1
（b）外部故障 ∑I= IM +IN =0
图2 双端电源线路区内、外故障示意图
2、方向比较式纵联保护
利用输电线路两端功率方向或相反的特征构成方向比 较式纵联保护。
断路器失灵保护
线路故障
开关拒动
220kV线路保护一般都按双重化配置，可靠性 较高。220kV开关一般也装设两组跳闸线圈，并接 至不同的操作电源，防止因线圈断线、短路和操 作电源故障等导致拒动。尽管如此，开关仍然有 拒动的可能，例如SF6压力低闭锁分闸、机构故障 等。
开关拒动不能切除故障，就要靠后备保护切 除故障。110kV及以下开关拒动，一般采用远后备 ，由靠近电源侧的相邻元件保护动作切除故障， 所需时间较长。220kV开关拒动，一般采用近后备 ，即装设开关失灵保护。当发生故障保护动作而 开关拒动时，启动开关失灵保护，跳开连接在同 一母线上的所有开关。
兴隆变电站220kV线路保护配置及定值
纵联保护(兴党线、兴姚线：901高频方向、零序保护，902 高频距离、零序保护；长兴Ⅰ、Ⅱ线：931光纤纵差保护， 902光纤距离、零序保护)
工频变化量距离Ⅰ段1.3Ω 相间距离Ⅰ段1.3Ω ，Ⅱ段2.6Ω 0.5秒，Ⅲ段4.4Ω 2秒 接地距离Ⅰ段1.3Ω ，Ⅱ段2.3Ω 0.5秒，Ⅲ段4.4Ω 2秒 零序Ⅱ段2.5A 2秒，Ⅲ段1.2A 4秒 重合闸（检同期检无压方式：检无压），重合闸时间1.0秒 充电保护2.6A 过流保护Ⅰ段8A 0.1秒，Ⅱ段6A 0.3秒 零序过流保护Ⅰ段8A 0.1秒，Ⅱ段6A 0.3秒 三相不一致保护 2.5秒
一般高压线路配备距离保护作为后备保护，距离保护 的Ⅱ段作为方向元件，简化了纵联保护，但也带来后备保 护检修时主保护被迫停运的不足。
距离Ⅱ段起动
距离Ⅱ段起动
（a）内部故障 距离Ⅱ段可能起动 距离Ⅱ段不起动
（b）外部故障 图5 双端电源线路区内、区外故障示意图
RCS-900系列线路保护配置（纵联保护部分）
（利用输电线路构成通道，输电线路故障时通道可能遭到破坏） （3）微波纵联保护；
（利用微波通道通信，保护专用微波通道及设备不经济） （4）光纤纵联保护。
（利用光纤通道通信，通道与电力信息系统统一考虑，光信号不受干 扰，近年来广泛采用）
电力线载波通信（高频通道）的构成
(1)“相-相”式。
通道利用输电线路的两相导线作为高频通道。虽然采用 这种构成方式高频电流衰耗小，但由于需要两套构成高频通 道的设备，因而投资大、不经济，所以很少采用。
(c)综合重合闸：单相故障跳单相，单相重合， 相间故障跳三相，三相重合，重合不成功跳三相。
(d)停用重合闸：任何故障跳三相不重合。
220kV两套重合闸的配合
一条线路有两套微机保护时，一般情况下：
两套微机重合闸的选择开关切在单重（或三重、综重） 的位置，合闸出口连接片只投一套。如果将两套重合闸出 口连接片都投人，可能造成断路器短时内两次重合。
接地故障必然产生零序分量；不对称故障必然产 生负序分量
线路保护的分类及原理
线路保护配置：
1、过流保护 2、阻抗保护 3、零序过流保护 4、纵联保护
哪些可以保护全长，哪些可以延伸的其他部分， 哪些只能保护部分线路？
全长：纵联保护
延伸：零序二、三段、过流二、三段、距离二、 三段
部分：电流速断（15％～20％以上）、距离保护 的一段（80％～85％）、零序一段
兴隆变电站110kV线路保护配置及定值
接地距离Ⅰ段0.9Ω ，Ⅱ段2Ω 0.5秒，Ⅲ段4.8Ω 2.5秒； 相间距离Ⅰ段0.9Ω ，Ⅱ段2Ω 0.5秒，Ⅲ段4.8Ω 2.5秒 零序Ⅰ段10A，Ⅱ段8A 0.5秒，Ⅲ段5A 1秒,Ⅳ段2.5A 2.5秒 （有小火电并网的线路具有带方向的） 重合闸（检同期检无压方式：不检），重合闸时间1.0秒
综合重合闸装置
按照重合闸作用于断路器的方式，可以分为三相重合闸、 单相重合闸、和综合重合闸。220kV线路一般配有综合重合闸 装置，通过切换开关可实现如下方式：
(a)单相重合闸：单相故障跳单相，单相重合， 重合不成功跳三相；相间故障跳三相不重合。
(b)三相重合闸：任何故障跳三相，三相重合， 重合不成功跳三相。
(2)“相-地”式。
在输电线路的同一相两端装设高频耦合和分离设备，将 高频收发信机接在该相导线和大地之间，利用输电线路的一 相 (该相称加工相)和大地作为高频通道。这种接线方式的 缺点是高频电流的衰减和受到的干扰都比较大，但由于只需 装设一套构成高频通道的设备，比较经济，因此在我国得到 了广泛的应用。
当输电线路发生区内短路故障时，两端电流相角差为 0 °，保护动作，跳开本端断路器。而正常运行或发生区 外短路时两端电流相角差180°，保护不动作。
4、距离纵联保护
构成原理和方向比较式纵联保护相似，只是利用阻抗 元件替代功率方向元件。
优点（较方向比较式纵联保护）：当故障发生在保护 Ⅱ段范围内时相应的方向阻抗元件才启动，当故障发生在 距离Ⅱ段以外时相应的方向阻抗元件不启动，减少了方向 元件的启动次数从而提高了保护的可靠性。
由于纵联保护在电网中可实现全线速动，因此它可保 证电力系统并列运行的稳定性、提高输送功率、缩小故障 造成的损坏程度以及改善与后备保护的配合性能。
图1 输电线路纵联保护结构框图
纵联保护的分类
按照所利用信息通道的不同类型可以分为4种： （1）导引线纵联保护；
（铺设导引线电缆传送电气量信息，线路较长时不经济，导引线参数电 阻和分布电容直接影响保护性能） （2）电力线载波纵联保护；
220kV线路一般采用单重方式。
在220kV及以上的线路上，由于线间距离大，其中绝大部分的故障 都是单相接地短路。如果把发生故障的一相断开，然后再进行单相重合， 而未发生故障的两相仍然继续运行，就能够大大提高供电的可靠性和系 统并列运行的稳定性。如果线路发生的是瞬时性故障，则单相重合闸将 重合成功，即三相恢复正常运行。
型号
纵联保护配置
RCS-901A（B、D） 纵联变化量方向保护、纵联零序方向保护
RCS-902A（B、D） 纵联距离保护、纵联零序方向保护
RCS-931A（B、D） 电流差动保护
RCS-941B
纵联距离元件、纵联零序元件
RCS-943A
光纤相差、光纤零差
闭锁式、允许式比较
序 号
项
目
闭锁式
允许式
信号作为闭锁保护
障（单相接地和两相接地故障）； 相间阻抗一般反应各类性质的相间故障。
阻抗一段一般保护线路全长的80％；
阻抗二段一般保护线路的全长并且和下级线路的 一段有重合部分；
阻抗三段作为全部线路的后备保护，按躲过最大 负荷阻抗整定。
阻；
线路故障
开关拒动 213开关失灵起动装置（RCS-923）起动，通过母线保护装 置中的失灵保护（Ⅰ母失灵），1时限0.25S跳开母联200开关， 2时限0.5S跳开Ⅰ母线上的201、212开关。
220kV线路故障各种保护装置可能动作的保护
失灵保护:
当系统发生故障，断路器因操作失灵拒绝跳闸时，通过 故障元件的保护，作用于本变电站相邻断路器跳闸，有条件 的还可以利用通道，使远端断路器同时跳闸的接线称为失灵 保护。
泰山500kV变电站失灵保护有远跳出口，兴隆220kV变电 站失灵保护无远跳出口。*
断路器失灵保护可以与母线保护公用跳闸出口。当母线 所连的某断路器失灵时，由该线路或元件的失灵起动装置提 供一个失灵起动接点给母线保护装置，母线保护装置起动该 段母线失灵跳闸出口。