kV线路保护配置及运行方式

2

20k V 线路保护配置及运行方式

概况 220kV 踏九线线路保护装置由两套独立的、配置相同保护功能的保护装置组成。两套装置配置了光纤差动保护、零序保护、距离保护。两套装置都带有重合闸功能，其中2号保护装置单相重合闸启用。

光纤差动保护

输电线路保护采用光纤通道后由于通信容量很大所以往往做成分相式的电流纵差保护。输电线路分相电流纵差保护本身有选相功能，哪一相纵差保护动作那一相就是故障相。输电线路两侧的电流信号通过编码成码流形式然后转换成光的信号经光纤输出。传送的信号可以是包含了幅值和相位信息在内的该侧电流的瞬时值，保护装置收到输入的光信号后先转换成电信号再与本侧的电流信号构成纵差保护。

纵联电流差动继电器的原理

许继差动特性四方差动特性

本装置差动保护由故障分量差动、稳态量差动及零序差动保护组成。

差动保护采用每周波96点采样，由于高采样率，差动保护可以进行短窗相量算法实现快速动作，使典型动作时间小于20ms 。故障分量差动保护灵敏度高，不受负荷电流的影响，具有很强的耐过渡电阻能力，对于大多数故障都能快速出口；稳态量差动及零序差动则作为故障分量差动保护的补充。

比例制动特性动作方程如下：

CDset N M I I I 〉+..

（3） N M N M I I K I I ....-〉+ （4）

*****************************************************************************

讲解例子

设流过两侧保护的电流M I &、N

I &以母线流向被保护的线路方向规定为其正方向，如图中箭头方向所示。

&&(a)

系统图I r

I

图2-29 纵联电流差动保护原理

&&(c)

内部短路&&(d) 外部短路

以两侧电流的相量和作为继电器的动作电流d I ，N

M d I I I &&+=。该电流有时也称做差动电流。另以两侧电流的相量差作为继电器的制动电流r I ，N

M r I I I &&-=。纵联电流差动继电器的动作特性一般如图（b ）所示，阴影区为动作区，非阴影区为不动作区。这种动作特性称做比率制动特性，是差动继电器（线路、变压器、发电机、母线差动保护中用的差动继电器）常用的动作特性。图中qd I 为起动电流，r K 是制动系数。

当差动继电器的动作电流d I 和制动电流r I 满足两个动作方程时，它们对应的工作点位于阴影区，继电器动作。

当线路内部短路时，如图(c)所示，两侧电流的方向与规定的正方向相同。此时K

N M d I I I I =+=&&，动作电流等于短路点的电流K I ，动作电流很大。而制动电流r I 较小，N

K N N M N M r I I I I I I I I &&&&&&&22-=-+=-=，小于短路点的电流K I 。如果两侧电流幅值相等的话，制动电流甚至就为零。因此工作点落在动作特性的动作区，差动继电器动作。当正常运行或线路外部短路时，如图(d)所示，线路上流的是穿越性电流，N 侧流的电流与规

定的正方向相反。如果忽略线路上的电容电流，则K M I I &&=、K

N I I &&-=。因而动作电流0I I I I I K K N M d =-=+=&&&&，制动电流M

K K N M r I 2I I I I I =+=-=&&&&，制动电流是二倍的短路电流，制动电流很大。因此工作点落在动作特性的不动作区，差动继电器不动作。所以这样的差动继电器可以区分内部短路和外部短路（含正常运行）。继电器的保护范围是两侧TA 之间的范围。

从上述原理的叙述可以进一步推广得知：只要在线路内部有流出的电流，例如内部短路的短路电流、线路内部的电容电流都会形成动作电流。只要是穿越性的电流，例如外部短路时流过线路的短路电流、负荷电流都只形成制动电流而不会产生动作电流。

TA 断线检查

许继判据：

由于差动保护的灵敏性，对TA 二次回路的监视应更加严格，其中TA 断线可能引起误动。当一侧TA 断线时，本侧可能电流突变量启动，但对侧不会突变量启动，且系统电压不会发生变化，因此差动保护不会开放，不会误动作。在两侧装置都不启动的情况下，投入以下TA 断线或异常识别判据： ①c

n n m I I I I ∆+>+15.0&& n m I I 04.0<&；或n

n I I 04.0<& ②.c

n n m I I I I ∆+>+15.0&& 式中当电容电流补偿投入或线路参数电纳整定为零时ΔIC=0，否则ΔIC=1.5IC ，IC 为根据线路电纳参数求得的全线路电容电流，采用以上判据，既具有灵敏性，又能自适应于重负荷运行方式。以上判据①或②满足持续

1s 后，装置发生告警Ⅱ信号，呼唤值班员进行处理。当判据①满足n

m I I 04.0<&时报文为本侧A （B 、C ）相TA 断线，当判据①满足n

n I I 04.0<&时报文为对侧A （B 、C ）相TA 断线。判据②满足时，报文为本侧A （B 、C ）相差流长期存在。装置TA 断线后在相应控制字投入情况下，分相闭锁差动保护；当TA 断线消失后，差动保护重新投入。差流长期存在时，装置只发告警信号，并不闭锁保护。

后备保护在判断出零序电流持续12s 大于零序辅助启动定值I04时，将驱动告警Ⅱ继电器发出本地及中央告警信号，并发出“TA 回路异常”告警报告，闭锁保护，装置继续监视零序电流，一旦零序电流消失，保护将自动解除闭锁。

四方判据：

a)装置的零序电流连续12s大于I04定值，报“TA断线告警”,并闭锁零序各段保护；

b)差动保护TA断线检测：断线侧的自产3I0值连续12s大于max｛0.9*min（I04定值、反时限零序电流定值、零差定值），一次240A｝，而断线相电流小于0.06In(In为二次侧额定电流)；计算出正常两侧的差电流连续12s大于0.15In而断线相电流小于0.06In报“TA断线告警”。判出TA断线后，可通过控制字选择闭锁或不闭锁差动保护，如果选择闭锁差动保护，只闭锁断线相差动保护。

零序差动保护与分相差动保护类似

零序电流方向保护

零序电流方向保护及其作用

在中性点直接接地的高压电网中发生接地短路时，将出现零序电流和零序电压。利用上述的特征电气量可构成保护接地短路故障的零序电流方向保护。

统计资料表明，在中性点直接接地的电网中，接地故障点占总故障次数的90％左右，作为接地保护的零序电流方向保护又是高压线路保护中正确动作率最高的一种。在我国中性点直接接地系统不同电压等级电力网线路上，按国家《继电保护和安全自动装置技术规程》规定，都装设了零序电流方向保护装置。

带方向性和不带方向性的零序电流保护是简单而有效的接地保护方式，它主要由零序电流滤过器、电流继电器和零序方向继电器以及与收发信机、重合闸配合使用的逻辑电路所组成。

现今，大接地电流系统中输电线路接地保护方式主要有纵联保护、零序电流方向保护和接地距离保护等。它们都与系统中的零序电流、零序电压及零序阻抗密切相关的。

实践表明零序电流方向保护在高压电网中发挥着重要作用，成为各种电压等级高压电网接地故障的基本保护。即使在装有接地距离保护作为接地故障主要保护的线路上，为了保护经高电阻接地的故障和对相邻线路保护有更好的后备作用，也为了保证选择性，仍然需要装设完整的成套零序电流方向保护作基本保护。

零序方向继电器

CSC-103A/103B保护装置的零序后备保护配置相同。在全相运行时配置了四段零序方向保护和零序反时限保护，零序Ⅰ段自动带方向，其他各段都可由控制字选择经方向或不经方向元件闭锁。零序Ⅰ段由零序Ⅰ段压板控制投退，其他段由零序其他段压板控制投退,零序反时限保护由零序反时限压板控制投退。非全相时设置了瞬时段，通常称为不灵敏Ⅰ段,固定带方向，不灵敏Ⅰ段由零序Ⅰ段压板投退；另有带延时（T04－500ms）的零序Ⅳ段（接线路TV时固定不带方向，接母线TV时经控制字控制投退）和零序反时限保护。突变量启动元件或零序辅助启动元件动作后，转入故障处理程序，全相运行时投入零序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段和零序反时限保护。零序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段动作后选相跳闸(Ⅱ、Ⅲ段动作也可永跳)，零序Ⅳ段动作后永跳或三跳，零序反时限动作后永跳或三跳。非全相运行时，闭锁零序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段，投入零序不灵敏Ⅰ段、短时限的零序Ⅳ段和零序反时限保护，动作后永跳或三跳出口。在持续一定的时间内，零序各段和零序辅助启动元件均不动作，保护整组复归。

零序灵敏段与不灵敏段

当线路上采用单相自动重合闸时，在非全相运行状态下又发生系统振荡时，零序电流会很大，而此时保护应该不动作。为了解决这一问题，一般零序电流保护设置灵敏段和不灵敏段。

零序电流保护灵敏段主要任务是对全相运行状态下的接地故障起保护作用，有较大的保护范围和灵敏度，当单相重合闸起动时，灵敏段零序电流保护自动退出；而零序电流保护不灵敏段主要任务是对非全相运行状态下的接地故障起保护作用。正常情况下，全相运行状态时，不灵敏段的保护范围较小。

3U0极性问题

保护采用自产3U0，即由软件将三个相电压相加而获得3U0，供方向判别用，TV断线时，带方向的零序保护退出，不带方向的零序各段保留。

TA断线的问题

为防止TA断线引起灵敏的零序Ⅲ段或Ⅳ段误动作，可利用TA断线时无零序电压这一特征，使可能误动的段带方向，用零序方向元件实现闭锁。有的情况下，如正常运行时3U0的工频不平衡分量较大，怕方向元件闭锁不可靠，装置还设置了一个3U0突变量元件，动作门槛固定为2V有效值，在控制字KG4.8相应位置“1”时，零序保护各段都经过此3U0突变量元件的闭锁。TA断线时零序电流将长时间存在，保护在零序电流持续12s大于Ⅳ段整定值I04时报，并闭锁零序各段。

非全相零序保护逻辑