高压输电线路继电保护及自动装置

I
I 0.act
＝K 3I0.ust
I rel
2.限时零序电流速段保护（零序电流 II段）
A T1 M
PD1
I M0
N
PD 2
k
P
T2
B
I N0
T3
3I 0
3I M0
I I 0.act.1
C
3I N0
I
II 0.act.1
I I 0.act.2
o
3I M0.max
l
3．零序过电流保护（零序电流 III段）
0
≥1
0
投振荡闭锁
振荡闭锁开放
10 T1
0
0
&
D3
T2 160
D2
保护起动 Ⅰ段接地距离
0
0
投Ⅰ 段接地距离 0
&
D5
T3
≥1
D4
t
Ⅰ
0
距离Ⅰ 段动作
0
Ⅰ段相间距离 Ⅱ段接地距离
投Ⅰ 段相间距离 0 投Ⅱ 段接地距离 0
&
0
T4
tⅡ
0
0
0
接地距离 Ⅱ段动作
D6
0
≥1
0
≥1
距离Ⅱ段动作 D8 相间距离 Ⅱ段动作
&
D9
T5 D7
0
0
t
Ⅱ
0
Ⅱ段相间距离
投Ⅱ 段相间距离 0
&
D10
重合闸
0
0
≥1
投重合加速 Ⅱ段距离
0
0
D11
0
&
D14
0
0
≥1
D16
T6 25 距离加速动作
0
≥1
0
0
0
≥1
0
投重合加速 Ⅲ段距离
0
D13 D12 T7
投Ⅲ 段接地距离
Ⅲ t
0
&
D15
手动合闸 Ⅲ段接地距离
0
0
≥1
距离Ⅲ 段动作
图3.12 阻抗元件KR接线图
B
jX
I Z set
N
Z MN
动作区
.
.
KR
set
M
整来自百度文库阻抗角
R
图3.13 全阻抗元件动作特性
图3.14 阻抗元件动作特性 (a)方向阻抗特性 (b) 偏移阻抗特性 (c) 四边形阻抗特性
测量保护安装处至故障点之间的二 次测量阻抗，二次测量阻抗与一次 测量阻抗的关系为

A
M T1 k (1)
N
T2
B
(a) 网络图
Z T1 0
" I0 .
M
' Z k0
" Z k0 N Z T2 0
I k0
' U k0 I 0
.
(b) 零序网络图
U k0
80
' I0 .
(C)零序电流、零序电压的向量图
3．2反方向接地短路故障时的零序网络图
二、输电线路阶段式零序电流保护
A T1 M
Z
I 1.set
K ZMN
I rel
0.8～0.85
②II段整定
II段延时动作，保护区不能伸出相邻元件或线路 瞬时段的保护区，并按照最小分支系数考虑。因此 （1）与相邻线路I段配合，图3－15中保护PD1的 II段整定阻抗为：
Z
II 1.set
K (ZMN Kbra.min Z
II rel
0
Ⅲ段相间距离
投Ⅲ 段相间距离
t
Ⅲ
0
T8
D17
高压输电线路继电保护及自动装 置
第一节 输电线路阶段式 零序电流保护
一、接地故障时零序分量的分布特 点
A
T1
M
k (1)
N
T2
B
( a ) 网络图
“1”
“2”
“0”
(b)复合序网络
图3.1 中性点直接接地系统发生接地故障时零序电 流电压分布
.
E a1 Σ
z1Σ
. . . . . I
K1
Z T0
1
保护安装处的电压与流过被保护线 路电流的比值称为保护的测量阻抗
Zm

Um Im


负荷
Zm

Um Im

Im Zm Im



IK ZK IK

ZK
图3.9 测量阻抗在复平面上表示 （a）正常运行及K点短路（b）复平面
• 我们用与保护范围AB对应的线路阻抗用整 定阻抗表示，其模等于线路长度AB的阻抗 值，一般每公里4欧姆左右，其辐角等于线 路阻抗角，一般为至。这样，在保护范围 AB以内短路时，测量阻抗小于整定阻抗保 护动作，在正常运行或保护范围AB外部短 路时保护不动作，显然距离保护的动作判 据为
I 2.set
)
取以上两者较小者作为II段整定阻抗，动作时 间比相邻线路I段长，一般取0.5s。 按照线路末端发生金属性短路来校验灵敏系数 。保护PD1的灵敏系数为：
Ksen
Z 1.25 ZMN
II 1.set
若灵敏系数不满足要求，则可以与相邻II段 配合。
③III段整定 作为后备保护的III段，正常时不起动。因此整定 阻抗按躲开最小的负荷阻抗。为
U m. r I m. r

Z m. r

U m / nTV I m / nTA


nTA Zm nTV
• 1．全阻抗元件的动作特性 • 式(3.22)阻抗元件动作方程
Z m Z set
方向阻抗元件动作方程为：
1 Z m Z set 2 1 Z set 2
偏移阻抗元件动作方程为：
Z L.min
0.9U N 3I L.max
一般取1.5～3。
保护PD1的III段整定阻抗为：
Z
III 1.set
Z L.min III K rel K re K Ms
一般取1.2～1.3；
一般取1.1
采用圆特性方向阻抗继电器时，保护PD1的灵敏系 jX 数为：
作为MN线路近后备：
Zset ZL
Z m Z0 Zset Z 0
• 四边形阻抗元件动作方程为：
Xm X set X set Rm Rset Xm ctg Rset set
• 三、阻抗元件的接线方式 • 阻抗元件的接线方式是指构成阻抗元件所取测量 电压与测量电流的相别组合方式。为了准确测量 保护安装处到故障点的阻抗（距离），阻抗元件 的接线方式应当满足如下要求： • （1）要求测量阻抗正比于保护安装处到短路点的 距离，与系统运行方式无关。 • （2） 要求测量阻抗的值仅与保护安装处至故障 点的距离有关，而与故障类型无关。
0
3U 0 3I 0


3500
>1 1
&
&
1
&
4
&
t1
2
5
t2
&
&
3
6
t3
图3.8三段式零序方向电流保护原理图
第二节 输电线路阶段式距离保 护
一、 距离保护的基本原理 1．距离保护的基本概念 距离保护是测量故障点至保护安装处之间 的距离，并根据距离的远近确定动作时间的 一种保护.距离越远动作时间越长，距离越近 动作时间越短。
（1）相间距离保护 0 接线方式。
（2）接地距离保护零序电流补偿接线方式
• 四、距离保护的振荡闭锁和断线闭锁 • 1．距离保护的振荡闭锁 • 并列运行的系统或发电厂失去同步的现象 称为系统振荡，电力系统振荡时两侧电源 的夹角在0～360o周期性的变化，从而引 起电压电流作周期性变化，导致距离保护 的测量阻抗也作周期性的变化，当测量阻 抗进入保护的动作区时将导致阻抗元件动 作，从而引起保护误动。因此在距离保护 中必须考虑振荡的影响。
Ksen
III Z1.set 1.5 ZMN cos(l L )
1 - L
作为NP线路远后备：
0
R
负荷阻抗角对灵敏系数的影响
Ksen
Z 1.2 (ZMN Kbra.max Z NP ) cos(l L )
III 1.set
不对称故障开放元件
0
≥1
D1
1
0
对称故障开放元件 振闭过流元件
、 零序电压的向量图
U k0 I ( Z T1 0 Z ) ' U M0 I 0 Z T1 0 " U N0 I 0 Z T2 0
' 0 ' k0
UM0 arg( ) arg( Z T 10 ) 1000 I0 U N0 arg( ) arg( Z T 20 ) 1000 I0
Z m Z set
2．阶段式距离保护的构成 （1）阶段式距离保护的保护范围和 时限特性。
负荷
图3.10三段式距离保护的时限特性
（2）阶段式距离保护的构成
起动元件
1KR
＆
t1
0
逻辑回路
测 量 元 件
2KR
＆
t2
0
1
跳 闸
3KR
＆
t3
0
二、 距离保护的阻抗元件
A
M N
TA Im.r TV U m.r
• 2.距离保护的电压回路断线闭锁 • 距离保护是通过对电压电流的比值来判断 线路是否故障的，而电压取自TV二次侧， 因此在TV二次电压回路断线时会造成保护 无法完成阻抗的测量。
五、距离保护整定计算
1、整定原则 距离保护的整定阻抗角为线路阻抗角，各段原 则如下。
M PD1 N PD2
P
T
Q
①I段整定 I段保护区不能伸出本线路，即整定阻抗小于被 保护线路阻抗。
零序过电流保护的工作原理与相间 过电流保护的工作原理相似
&
1
t1
&
2
t2
&
3
t3
图3.5 三段式零序电流保护原理图
A
T1
M
PD1 PD2
N
PD3
k
PD4
P
4QF
T2
1QF
2QF
3QF
90 arg
0
3U 0 3I 0 e
j 80 0

2700
图3.7零序功率方向元件动作特性
170 arg
M
.
Z k0
'
'
Z k0
.
"
N Z T0 2
Ika1 Uka1 N1 K2
& M0 U
I0
I& k0
& U k0
" I0
z2Σ
( c) 零序网络图
& U
k0
I ka2 Uka2 N2
& U N0
z 0Σ
K0
( d ) 零序电压分布
a0
Ua0
.
.
& U M0
' I 0 100 . o 0
N0
I0
"
( e ) 零序电流
l
k
N T2
B
3I M0
(a) 系统图
I I 0.act
o
3I 0.max
(b) 动作电流与短路电流关系图
l
(1) 无时限零序电流速断保护的动作 电流应躲过被保护线路末端发生接 地短路时流过本线路的最大零序电 流，即：
I
I 0.act
＝K 3I0.max
I rel
（2）按躲过断路器三相触头不同时 合闸时出现的最大零序电流，即：