35KV线路继电保护与自动装置设计

1概述

1.1继电保护的基本概念

对被保护对象实现继电保护，包括软件和硬件两部分内容：（1）确定被保护对象在正常运行状态和拟进行保护的异常或故障状态下，有哪些物理量发生了可供进行状态判别的量、质或量与质的重要变化，这些用来进行状态判别的物理量，称为故障量或起动量；（2）将反映故障量的一个或多个元件按规定的逻辑结构进行编排，实现状态判别，发出警告信号或断路器跳闸命令的硬件设备。

1.2继电保护的意义和作用

电力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源。电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖的地域辽阔。因此，受自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态。故障中最常见，危害最大的是各种型式的短路。为此，还应设置以各级计算机为中心，用分层控制方式实施的安全监控系统，它能对包括正常运行在内的各种运行状态实施控制。这样才能更进一步地确保电力系统的安全运行。

在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一，所以说，继电保护对于电力系统的运行与维护有着重大的意义和重要的作用。

1.3继电保护的基本要求

动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。

1.3.1选择性

继电保护选择性是指在对系统影响可能最小的处所，实现断路器的控制操作，以终止故障或系统事故的发展。例如：对于电力元件的继电保护，当电力元件故障时，要求最靠近的故障点的断路器动作断开系统供电电源；而对于振荡解列装置，则要求当电力系统失去同步运行稳定性时，在解列后两侧系统可以各自安全的同步运行的地点动作于断路器，将系统一分为二，以终止振荡，等等。

电力元件继电保护的选择性，除了决定于继电保护装置本身的性能外，还要

求满足：①由电源算起，愈靠近故障点的故障，启动值愈小，动作时间愈短，并在上下级之间有适当的裕度。②要具有后备保护的作用，如果最靠近故障点的断路器拒动，能由相邻的电源恻继电保护动作将故障断开。

1.3.2速动性

是指快速地切除故障，以提高电力系统并列运行稳定，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及小故障元件的损坏程度。因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作，切除故障。继电保护快速动作可以减轻故障元件的损坏程度，提高线路故障后自动重合闸的成功率，并特别有利于故障后的电力系统同步运行的稳定性。快速切除线路与母线的短路故障，是提高电力系统暂态稳定的重要手段。

1.3.3灵敏性

继电保护灵敏性是指继电保护对设计规定要求动作的故障及异常状态能够可靠地动作的能力。故障时通入装置的故障量和给定的装置动作值之比，称为继电保护的灵敏系数。它是考核继电保护灵敏性的具体指标。在一般的继电保护设计与运行规程中，对它都有具体的规定要求。

继电保护愈灵敏，愈能可靠地反应要求动作的故障或异常状态；但同时，也愈易于在非要求动作的其他的情况下产生误动作，因而与选择性有矛盾，需要协调处理。

1.3.4可靠性

是指在保护装置规定的保护范围内发生了它应该反应的故障时，保护装置应可靠地动作（即不拒动）。而在不属于该保护动作的其它任何情况下，则不应该动作（即不误动）。

可靠性取决于保护装置本身的设计、制造、安装、运行维护等因素。一般来说，保护装置的组成元件质量越好、接线越简单、回路中继电器的触点和接插件数越少，保护装置就越可靠。同时，保护装置的恰当的配置与选用、正确地安装与调试、良好的运行维护。对于提高保护的可靠性也具有重要的作用。

保护的误动和拒动都会给电力系统造成严重的危害，在保护方案的构成中，防止保护误动与防止其拒动的措施常常是互相矛盾的。由于电力系统的结构和负荷性质不同，误动和拒动的危害程度有所不同，因而提高保护装置的可靠性的着重点在很多情况下也应有所不同。例如，系统有充足的旋转备用容量、各元件之

间联系十分紧密的情况下，由于某一元件的保护装置误动而给系统造成的影响较小；但保护装置的拒动给系统在成的危害却可能很大。此时，应着重强调提高不误动的可靠性。又如对于大容量发电机保护，应考虑同时提高不拒动的可靠性和不误动的可靠性。

2常用的继电保护

2.1电流保护

电流速断保护只能保护线路的一部分，限时电流速断保护只能保护线路全长，但不能作为下一段线路的后备保护，因此必须采用定时限过电流保护作为本线路和相邻下一线路的后备保护。实际上，供配电线路并不一定都要装设三段式电流保护。比如，处于电网未端附近的保护装置，当定时限过电流保护的时限不大于0.5时，而且没有防止导线烧损及保护配合上的要求的情况下，就可以装设电流速断保护和限时电流速断保护，而将过电流保护作为主保护。

三段式电流保护的主要优点是简单、可靠，并且一般情况下都能较快切除故障。缺点是它的灵敏度受保护方式和短路类型的影响，此外在单侧电源网络中才有选择性。故一般适用于35KV以下的电网保护中。

2.2距离保护

主要优点：能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求；阻抗继电器是同时反应电压的降低和电流的增大而动作的，因此距离保护较电流保护有较高的灵敏度。其中Ⅰ段距离保护基本不受运行方式的影响，而Ⅱ、Ⅲ段受系统运行变化的影响也较电流保护要小一些，保护区域比较稳定。

主要缺点：不能实现全线瞬动。对双侧电源线路，将有全线的30﹪～40﹪的第Ⅱ段时限跳闸，这对稳定有较高要求的超高压远距离输电系统来说是不能接受的。阻抗继电器本身较长复杂，还增设了振荡闭锁装置，电压断线闭锁装置，因此距离保护装置调试比较麻烦，可靠性也相对低些距离保护的接线图如图2.1示。

图2.1 距离保护接线图

2.3纵联保护的优缺点

线路纵联保护是当线路发生故障时，使两侧开关同时快速跳闸的一种保护装置，是线路的主保护。它以线路两侧判别量的特定关系作为判据，即两侧均将判别量借助通道传送到对侧，然后，两侧分别按照对侧与本侧判别量之间的关系来判别区内故障或区外故障。

因此，判别量和通道是纵联保护装置的主要组成部分。

（1）方向比较式众联保护是比较线路两端各自看到的故障方向，以判断是线路内部故障还是外部故障。如果以被保护线路内部故障时看到的故障方向为正方向，则当被保护线路外部故障时，总有一侧看到的是反方向。其特点是：

a) 要求正向判别启动元件对于线路末端故障有足够的灵敏度；

b) 必须采用双频制收发信机。

（2）电流相位差动高频保护是比较被保护线路两侧工频电流相位的高频保护。当两侧故障电流相位相同时保护被闭锁，两侧电流相位相反时保护动作跳闸。其特点是：

a) 能反应全相状态下的各种对称和不对称故障，装置比较简单；

b) 不反应系统振荡。在非全相运行状态下和单相重合闸过程中保护能继续运行；

c) 不受电压回路断线的影响；

d) 当通道或收发信机停用时，整个保护要退出运行，因此需要配备单独的后备保护。

（3）高频闭锁距离保护是以线路上装有方向性的距离保护装置作为基本保护，增加相应的发信与收信设备，通过通道构成纵联距离保护。其特点是：

a) 能足够灵敏和快速地反应各种对称与不对称故障；

b) 仍保持后备保护的功能；

c) 电压二次回路断线时保护将会误动，需采取断线闭锁措施，使保护退出运行。