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1、高压线路保护 本讲内容1、高压线路概括2、高压线路保护的配置3、高压线路保护的原理4、高压线路保护的特点及应用场合,高压线路概括,一、以电压等级分1、35KV及以下线路2、110KV及以上线路3、220KV及以上线路二、以电源分1、单电源辐射性线路2、单电源环网线路3、双（多）电源开式和环网线路三、以中性点是否接地分1）中性点不接地2）中性点经消弧线圈接地3）中性点直接接地,35KV及以下单电源辐射性网络 阶段式电流保护一、瞬时电流速断保护（又称电流段保护） 反应电流升高而不带时限动作，电流高于动作值时继电器立即动作，跳开线路断路器。1、作用：快速切除线路首端的故障。2、工作原理：反应电流增大
2、为保护的判据，为快速切除故障，选择性的获得靠提高动作电流的整定值来实现。,动作电流整定必须保证继电保护动作的选择性，如下图所示，k1处故障对于保护P1是外部故障，应当由保护P2跳开2QF。当k1处故障时短路电流也会流过保护P1，需要保证此时保护P1不动作，即P1的动作电流必须大于外部故障时的短路电流。,3、整定计算三部曲：动作值、动作时限、灵敏度1）动作值：按躲过被保护线路末端短路的最大电流整定。 Iop=KrelIk.max2)动作时限:t=0s3)灵敏度:与保护范围成正比方法（1）按保护范围不小于被保护线路15%20%方法（2）用线路首端最小两相短路电流来校验。灵敏系数计算：用线路首端的最
3、小短路电流除以动作电流。,4、特点：快速切除线路首端的故障。仅靠动作电流值来保证其选择性，只能无延时地保护本线路的一部分，保护范围随运行方式变化较大。,5、原理接线,图2.2无时限电流速断保护完全星形接线方式及动作逻辑示意图,6、用“四性”评价1）选择性的获得：靠提高动作电流的整定值实现；2）快速性：保护瞬时动作不带延时；3）灵敏性：差，只能保护线路首 端部分的故障，且受系统运行方式的影响。4）可靠性：好，简单可靠。,二、限时电流速断保护（第段） 反应电流增大并经一较短的时限动作的保护。1、作用：为保护线路全长而设。以较快的时间切除本线路内任一点的故障。与瞬时速断保护一起构成本线路的主保护。反
4、应于电流增大而动作，与相邻线路段配合，增设一短时限保证选择性（一般取0.5s）。,2、工作原理：反应电流增大为保护的判据，为较快切除全线任一点的故障，选择性的获得靠动作电流和动作时间与相邻线路瞬时速断保护（或现时速断）相配合的原则整定来实现的。,3、整定计算段保护整定的原则是与下线段保护配合：（1）动作时限配合： 段时间应长于段保护动作、断路器跳闸、段保护返回时间之合，同时还要考虑时间继电器误差以及留有一定裕度。一般为0.3s0.5s，一般取0.5s,时间元件精度较高时可取较小值。（2）保护区配合：段保护区不伸出下线段保护区。即1）动作值：与相邻线路瞬时速断保护相配合的原则整定。,2)动作时限
5、: t=0.5s,3)灵敏度:设置限时电流速断保护的目的是保护线路全长，故应校验在本线路发生故障，短路电流最小的情况下保护能否动作。即在最小运行方式下线路末端最小短路电流下有足够的灵敏度。,当灵敏度不满足要求按与相邻线路的限时速断保护配合整定。,4、特点： 限时电流速断保护的保护范围大于本线路全长，依靠动作电流值和动作时间共同保证其选择性，与第段共同构成被保护线路的主保护，兼作第段的后备保护，但不能作为相邻线路的后备。5、原理接线,图2.6 定时限过电流保护的完全星形接线方式及逻辑图,6、用“四性”评价（1）、选择性的获得：整定动作电流和动作时间按与相邻线路的瞬时速断（或限时速断）保护相配合的
6、原则整定来实现的；（2）、快速性：较好，能较快切除全线路任一点短路。（3）、灵敏性：较好，能保护线路全长。但任受系统运行方式的影响。（4）、可靠性：好，简单可靠。,三、定时限过电流保护（第段） 1、作用 作为本线路主保护的近后备以及相邻线下一线路保护的远后备。2、工作原理：反应电流增大为动作的判据，选择性主要靠整定阶梯时限获得。,3、整定计算1）动作值：为保证被保护线路通过最大负荷时不误动作，以及当外部短路故障切除后出现最大自起动电流时应可靠返回，过电流保护应按以下两个条件整定：（1）为保证过电流保护在正常运行时不动作，其动作电流应大于最大负荷电流，即：IopIL.max（2）保证过电流保护在
7、外部故障切除后可靠返回，其返回电流应大于外部短路故障切除后流过保护的最大自起动电流。即:IreIL.max,2)动作时限:按时限的“阶梯特性”整定。 阶梯特性如下图所示，实际上就是实现指定的跳闸顺序，距离故障点最近的（也是距离电源最远的）保护先跳闸。阶梯的起点是电网末端，每个“台阶”是t，一般为0.5”， t的考虑与段保护动作时限一样。,3）灵敏系数校验过电流保护用于本线路近后备保护，同时作为相邻线路的远后备保护。故应按这两种情况校验灵敏系数，即以最小运行方式下本线路末端两相金属性短路时的短路电流，校验近后备灵敏度；以最小运行方式下相邻线路末端两相金属性短路时的短路电流，校验远后备灵敏度。4、
8、特点 此保护不仅能保护本线路全长，且能保护相邻线路的全长。依靠动作时间来保证其选择性，其动作时间按阶梯原则整定。5、原理接线 与电流段类似，只是时间按阶梯原则整定。,图2.6 定时限过电流保护的完全星形接线方式及逻辑图,四、阶段式电流保护1、主保护与后备保护 无时限电流速断保护和限时电流速断的保护共同构成了线路的主保护，所谓主保护是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。仅段保护不能构成主保护，因为段保护不能切除线路上所有的故障。由、段构成的主保护最长的切除故障时间为0.5秒。除了主保护，线路上还应配有后备保护，所谓后备保护是主保护或断路器拒动时，用以切
9、除故障的保护。一旦主保护设备或断路器发生故障拒动，依赖后备保护切除故障。定时限过电流保护（电流段保护）就是后备保护。 后备保护分为远后备、近后备两种方式。近后备是当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护实现的后备保护 。所谓远后备是当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备。,2、阶段式电流保护组成 由电流段、电流段、电流段组成，三段保护构成“或”逻辑出口跳闸。电流段、电流段为线路的主保护，本线路故障时切除时间为数十毫秒（电流段固有动作时间）至0.5秒。电流段保护为后备保护，为本线路提供近后备作用，同时也为相邻线路提供远后备作用。电流保护一般采用不完全星形接线。电流段
10、保护按躲过本线末端最大运方下三相短路电流整定以保证选择性，快速性好，但灵敏性差，不能保护本线全长。电流段保护整定时与下线电流段保护配合，由动作电流、动作时限保证选择性，动作时限为0.5s，动作电流躲过下线段保护动作电流，快速性较段保护差，灵敏性较好，能保护本线全长。电流段保护按阶梯特性整定动作时限以保证选择性，整定动作电流时按正常运行时不起动、外部故障切除后可靠返回计算，动作慢，但灵敏性好，能保护下线全长。,下图所示为三段式电流保护的保护区，当线路NQ上故障，保护P2或断路器2QF拒动时，需要由保护P1提供后备作用，跳开1QF以切除故障。如k3处故障，P1段拒动，由段跳开1QF。如k1处故障，
11、P2或2QF拒动，P1段跳开1QF。不难看出，段保护不能保护本线全长，无后备保护作用；段保护具有对本线路段保护的近后备作用以及对下线保部分的远后备作用。对于图中k2处故障，若P2或2QF拒动，保护P1无法反应，故障将不能被切除，这是不允许的，因此，必须设立段保护提供完整的远后备，显然段应能保护下线全长。,课题三 电网的接地保护 一、电网中性点运行方式电网中性点的运行方式有以下几种：1）中性点不接地2）中性点经消弧线圈接地3）中性点直接接地 前两种接地电网系统称为小接地电流系统，后一种接地系统称为大接地电流系统，小接地电流系统和大接地电流系统的区分是根据电网中发生单相接地故障时，接地电流的大小来
12、区分的 。在我国一般情况下110kV及以上的电压等级电网采用中性点直接接地运行方式，66kV及以下的电压等级电网采用中性点不接地或经消弧线圈接地运行方式。,二、大接地电流系统 运行经验表明,在中性点直接接地系统中,K(1)几率占总故障率的70%90% .所以如何正确设置接地故障的保护是该系统的中心问题之一.而在该系统中发生d(1),系统中会出现零序分量,而正常运行时无零序分量.故可利用零序分量构成接地短路的保护。（一）单相接地时零序分量的特点 1、 零序电压 与三相不对称程度有关，故障点U0最高,离故障点越远, U0越低；变压器中性点接地处U0=02、 零序电流 由零序电压 产生 分布: 与中
13、性点接地变压器的位置有关 大小: 与线路及中性点接地变压器的零序阻抗及接地数目有关3、 零序功率 短路点最大(与U0相同). 方向:与正序相反,从线路母线,（二）阶段式零序电流保护三段式或四段式零序电流保护1）段:速动段保护2）段(、段)应能有选择性切除本线路范围的接地故障，其动作时间应尽量缩短。3）最末一段：后备 三段式零序电流保护原理与三段式电流保护是相似的。但与三相星形接线相间短路电流保护 （也可反映d（1）作比较，则有优点：1） 零序电流保护更灵敏，、受运行方式影响较小，段保护范围长且稳定，段灵敏性易于满足，段躲不平衡电流，定值低更灵敏且时间较短。 2） 零序功率继电器（在多电源的大接
14、地电流系统中，为保证选择性，需要装设零序功率方向继电器，构成方向性零序电流保护）出口无死区，接线简单、经济、可靠。 3） 系统振荡、短时过负荷等情况下（三相对称）I0不受影响缺点： 不能反映相间短路故障,(三)零序电流的获得,三、中性点非直接接地电网（一）接地时零序分量特点 中性点不接地系统中，发生接地故障时，由于中性点不接地，只能依靠对地电容构成回路，因此电流很小。由于线路阻抗相对于对地容抗很小，分析时可以忽略线路阻抗。,结论： 1）接地故障时，故障相电压为0，非故障相电压为线电压，系统各处零序电压相等，为3倍的相电压，中性点对地电压为相电压。 2）零序电流为对地电容电流 ，非故障线路的零序
15、电流 为本身的电容电流，方向从母线流向线路；故障线路的零序电流为非故障线路零序电流之和，方向从线路流向母线。,（二）中性点非直接接地电网的接地保护 由于零序电流很小，依靠零序电流构成保护，其灵敏度往往达不到要求。尤其在架空线与电缆混架的变电所，电缆线路的对地电容大，当架空线故障时，故障线路与电缆线路的故障电流接近，此时无法保证选择性。目前，还没有很完善的中性点非直接接地电网接地保护。一般采取如下措施：（1）绝缘监视 如下图所示，通过对母线零序电压的监视，可以知道电网是否有接地故障。当零序电压较大时，值班人员轮流拉开各出线的断路器，如果零序电压消失，说明所拉线路就是故障线路；如果拉开线路后，零序
16、电流依然存在，说明所拉线路不是故障线路，则把所拉开线路断路器合上，继续拉下一条线路，直到零序电压消失。,（2）零序电流保护 1）反应单相接地短路时出现的零序电流分量，使保护动作。根据小电流接地系统零序电流分量的特点，零序电流保护的动作电流必须大于本线路的电容电流。即 Ic本身IopIdz3I，则保护3误动，d2处短路，若Id2Idz2I，则保护2误动。对过电流保护：d1处短路，要求t3t2，d2处短路，要求t2t3， 显然，这种要求是矛盾的。上述矛盾的要求不可能同时满足。,原因分析：反方向故障时对侧电源提供的短路电流引起保护误动。 解决办法：加装方向元件功率方向继电器。当方向元件和电流测量元件
17、均动作时才启动逻辑元件。这样双侧电源系统保护系统变成针对两个单侧电源的子系统。 由下图可见，保护1、3、5只反映由左侧电源提供的短路电流，它们之间应相互配合。而保护2、4、6仅反映由右侧电源提供的短路电流，它们之间应相互配合，矛盾得以解决。,方向电流保护简化框图,方向保护工作原理,在原来电流保护基础上加装方向元件，规定：正方向从母线指向线路。方向不同者用方向元件保证选择性，方向相同者用时间元件保证选择性。 时间元件按逆向阶梯原则整定，即在某一动作方向下，从远离电源处到靠近电源处动作时间逐级增加。,二、功率方向继电器的工作原理 电流规定方向：从母线流向线路为正方向。 电流本身无法判定方向，需要一
18、个基准母线电压；在电压一定的情况下，电流的方向就是功率的方向。 d1处短路 （对保护2为正方向）,d2处短路（对保护2为反方向）, 因此：利用判别短路功率方向或电流、电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。,1、最大灵敏角：在UJ、IJ幅值不变时，其输出（转矩或电压）值随两者之间的相位差的大小而改变。当输出为最大时的相位差称最大灵敏角lm 。 2、 动作范围：-900900 3、动作特性,4、 死区：当正方向出口短路时，GJ不动电压死区。消除办法：采用90度接线方式，加记忆回路。5、 潜动：从理论上讲，当只加电压或电流时，J不动。但由于比较回路中各元件参数的不完全对称，可能使得在仅有电压
19、或电流时，J动作,即潜动。仅有电压时动，叫电压潜动，仅有时电流动，叫电流潜动潜动对保护的影响：对正方向接地短路时，有利于保护正确动作； 当反方向接地短路时，可能导致GJ误动，使得保护误动；另外，增大GJ的动作功率，可降低灵敏性； 消除方法：调R1（电流潜动时），调R2（电压潜动时）。（整流型）,三、功率方向继电器的接线方式分为输入（线圈）部分和输出（接点）部分的接线（一）输入部分的接线方式1、含义及要求 功率方向继电器输入部分的接线方式是指它与电流互感器和电压互感器之间的连接方式，应满足如下要求：（1）必须保证功率方向继电器具有良好的方向性。即正向发生任何类型的故障都能动作，而反向故障时则不动
20、作。（2）尽量使功率方向继电器在正向故障时具有较高的灵敏度，接近最大灵敏角。2、功率方向继电器的900接线 广泛采用的功率方向继电器900接线如下表所示，保护处于送电侧，系统正常运行时，cos=1，3个功率方向继电器测量的角度均为900，该接线方式因此而得名。,（二）输出部分接线方式1、含义和要求 输出部分接线方式是指起动元件（电流继电器）触点与方向元件（功率方向继电器）触点之间的接线。要求躲过非故障相电流的影响 。2、“按相起动” 接线 即将各个同名相的电流元件和方向元件的触点串联，然后与其他相回路并联起来，再串联到时间继电器的线圈上。如图4-29 P76,四、方向电流保护的整定原则 方向电
21、流保护的整定有两个方面的内容，一是电流部分的整定，即动作电流、动作时间与灵敏度的校验；二是方向元件是否需要装设（投入）。对于其中电流部分的整定，其原则与前述的三段式电流保护整定原则基本相同。不同的是与相邻保护的定值配合时，只需要与相邻的同方向保护的定值进行配合。方向元件并非所有保护都需要装设，只有当反方向故障可能造成保护无选择性动作时，才需要装设方向元件。 结论：比较母线两侧，动作时间最长的，不需要装设方向元件；除此以外反向故障时有故障电流流过的保护必须装设方向元件。 出线不装方向元件，但要参与时间的比较。,例题一、求图示网络方向过电流保护动作时间，时限级差取0.5s。并说明哪些保护需要装设方
22、向元件。,例题二、单电源环形网路, 在各断路器上装有过电流保护,已知时限级差为0.5s。为保证动作的选择性, 确定各过电流保护的动作时间及哪些保护要装设方向元件。,例一答:t3=1.5s, t5=2.5s, t7=3s, t6=1s, t4=1.5s,t2=2.5s, t1=3s, t8=3.5s, t9=2.5s。保护2、3、4、6、7应加方向元件。 例二答:t2=0.3s, t4=1s, t6=1.5s, t8=2s, t10=2.5s,t9=0.3s, t7=1.5s, t5=2s, t3=2.5s, t1=3s , t11=3.5s。保护2、4、6、7、应加方向元件。单电源环网首段线路受电端，电流保护不与其他任何保护配合，动作时限可整定为0s，实际上整定为0.3s（或0.5s）作业：1、如图示输电网路,在各断路器上装有过电流保护, 已知时限级差为0.5s。为保证动作的选择性, 确定各过电流保护的动作时间及哪些保护要装设方向元件。,整定下图中各断路器QF上定时限过电流保护的动作时限并指出哪些保护需要装设方向元件。,