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1、华北理工大学轻工学院Qing Gong College North China University of Science and Technology毕业设计说明书设计题目：110kv输电线路继电保护系统设计 学生姓名：学 号:专 业：电气工程及其自动化班 级：17级电气工程及其自动化6班所属学院：电气信息学院指导教师：（副教授）2021 年5 月4 日摘 要摘 要自经济社会进入高速发展以来，电力系统被社会各界广泛使用，其使用程度之高使得各工业企业内部人员对其高度重视，并展开其继电保护方面的改善与优化。得益于技术创新，尤其是计算机、网络通信、电子信息等核心技术的更新迭代，继电保护系统的研究焕
2、发出充沛的活力。本命题着重研究继电保护系统装置，将在电力系统中尤为重要的110kV的输电线列为主要研究对象，首先，本文的开端阐述了110kV输电线较为详细的特性与特点，对其形成初步印象并强化这一概念；其次，展开输电线路运行故障与触发保护的后续配置的分析，运用差动保护原理调整电流在工作过程中输入电流差变量法反复实验以得出结论；再次，分析短路电流及运行方式，在本设计中，采取等效电路图以表示短路电流计算的极值运行方式；从次，分析输电线路的保护纵联差动保护，根据实验数据，得知输电线加强纵联差动保护的整定计算后的纵联差动保护是其最终保护层级；另外，研究110kV输电线路后备保护距离，按照三段保护原理分为
3、相间距离保护和接地距离保护，对其展开相应的分析；最后，筛选并确定线路等设备的型号，均以假设其通过电流为最大值，且工作状况恶劣等极端条件，进行相应的公式计算，并进行分析比较。本命题假设目的为达到更完美且稳定地保护系统装置，所有设备充分发挥其功用，协同将工作效率提升，以可靠性原则全方位保护系统装置。关键词 继电保护；短路电流；整定计算；距离保护IIAbstractAbstract Since the rapid development of the economy and society, the power system has been widely used by all walks of
4、life, and its high degree of use has made the internal personnel of various industrial enterprises attach great importance to it, and carry out the improvement and optimization of its relay protection. Thanks to technological innovation, especially the renewal and iteration of core technologies such
5、 as computers, network communications, and electronic information, the research on relay protection systems is full of vitality.This proposition focuses on the research of relay protection system devices. The 110kV transmission line, which is particularly important in the power system, is listed as
6、the main research object. First of all, the beginning of this article explains the more detailed characteristics and characteristics of the 110kV transmission line, and forms a preliminary impression on it. And strengthen this concept; secondly, expand the analysis of the subsequent configuration of
7、 the transmission line operation fault and trigger protection, use the principle of differential protection to adjust the current in the working process, input the current difference variable method and repeat the experiment to draw conclusions; again, analyze the short-circuit current In this desig
8、n According to the experimental data, it is learned that the transmission line strengthens the longitudinal differential protection The longitudinal differential protection after the setting calculation of dynamic protection is the final protection level; in addition, the 110kV transmission line bac
9、kup protection distance is studied, and the three-stage protection principle is divided into phase-to-phase distance protection and grounding distance protection, and corresponding analysis is carried out; Finally, to screen and determine the model of the line and other equipment, all assume that th
10、e current through it is the maximum value, and the extreme conditions such as poor working conditions, calculate the corresponding formula, and analyze and compare. The hypothetical purpose of this proposition is to achieve a more perfect and stable protection of the system equipment, all equipments
11、 give full play to their functions, work together to improve work efficiency, and comprehensively protect the system equipment based on the principle of reliability.Keywords Relay protection; Short circuit current; Setting calculation; Distance protection目 录目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论- 1 -1.1 选题背景- 1 -1
12、.1.1 作用- 1 -1.1.2 基本任务- 1 -1.1.3 基本要求- 2 -1.1.4 设计原则- 4 -1.1.5 继电保护装置的构成- 5 -1.2 输电线路保护的现状及发展- 5 -1.3 毕设主要内容- 6 -第2章 输电线路故障分析与保护配置- 7 -2.1故障分析- 7 -2.1.1输电线路常见故障- 7 -2.1.2故障状态及其危害- 8 -2.1.3 短路简介及类别- 9 -2.2输电线路保护主要形式- 10 -2.2.1电流保护- 10 -2.2.2电压保护- 10 -2.2.3距离保护- 10 -2.2.4差动保护- 10 -第3章 短路电流计算及运行方式确定- 1
13、2 -3.1 短路电流计算原则- 12 -3.3 最大运行方式- 13 -3.4 最小运行方式- 14 -第4章 输电线路的主保护纵联差动保护- 16 -4.1 纵联电流差动保护原理- 16 -4.1.1纵联电流差动保护的工作原理- 16 -4.1.2纵联电流差动保护特性分析- 18 -4.2纵联差动保护整定计算- 19 -4.2.1 AC段线路纵联差动保护- 19 -4.2.2 BC段线路纵联差动保护- 19 -4.2.3 AB段线路纵联差动保护- 20 -第5章 输电线路的后备保护距离保护- 21 -5.1 距离保护的基本原理和构成- 21 -5.1.1 距离保护的基本原理- 21 -5.
14、1.2 距离保护的构成- 22 -5.2 距离保护的三段式配置方式- 23 -5.2.1 距离I段距离保护- 23 -5.2.2 距离段距离保护- 23 -5.2.3 距离III段距离保护- 23 -5.3 三段式距离保护整定计算- 24 -5.3.1 QF6的距离保护- 25 -5.3.2QF4的距离保护- 25 -5.3.3QF2的距离保护- 26 -第6章 输电线路型号的确定- 28 -6.1 输电线路参数的计算与选择- 28 -结 论- 30 -参考文献- 31 -致 谢- 32 -IV第1章 绪论第1章 绪论1.1 选题背景 通常许多线路分布在室外环境中，而这些都是架空线路。当这些元
15、件正常工作时，可能会发生某些事故并导致电路故障1。因此必须提高警惕，以确保正常运行。有必要进行充分的检测和保护，特别是对于常用设施更应加以保养与维护。相关调查显示，高压电缆的电源在输入继电保护系统的过程中很可能会出现一些故障或意外，因而不利于让继电保护系统充分发挥其应有的职能。整体来讲，本命题将对继电保护系统的稳定性、可靠性、安全性等各种性能进行研究，找出继电保护系统在实际运作过程中可能出现的问题，并给出合理的解决方案。为了实现保护，并且只有这种操作才能达到安全保障效果，报警系统才能更加灵敏。1.1.1基本任务出于对电力系统正常可靠运作的考虑，需要做足安全防护措施，其中继电保护系统对电力系统的
16、安全性能而言具有重大的作用，若电力系统在工作过程中出现了异常状况，那么可以借助继电保护系统在短时间内找出导致电力系统异常的源头，并及时进行相应的维护作业，避免故障范围的进一步扩大，此外，继电保护系统还设有基于声信号的预警系统，让维护管理人员能够第一时间了解到故障的出现 3。21世纪后，继电保护系统逐渐发展为保障电力系统安全运作的重要子系统，可以说，若要让电力系统正常、稳定、可靠地工作，就必须建立起完备的继电保护设施。工作人员只有通过继电保护系统，才能及时地找到故障的源头，进而采取相应的维护修理措施，此外，继电器本身就具有一定的保护功能，可以避免局部故障的扩散，并降低出现故障的可能性，继电保护系
17、统的具体功能如下： （1） 相关工作人员可以通过继电保护系统提供的信息找出故障发生的源头，比如说一些短路或其他故障的装置、设备等，然后通过针对性的工作排相应的故障，让整个电力系统继续保持正常运作的状态。（2）继电保护系统设有声信号报警单元，若电力系统中的某些部件或设备出现异常运作的状况，那么报警单元将根据故障处的负载程度发出不同报警信号对后台工作人员进行提示，让工作人员对故障处进行管理，进而降低电力系统的负载。（3）整个电力系统中包含多种多样的电气设备，而为了让这些设备能够在安全可靠的环境下工作，则需要让继电保护系统发挥其效能。单侧电源环形网络如图1.1所示图1.1 单侧电源环形网络1.1.2
18、 基本要求为了提高继电保护系统在能源系统中的安全性，必须严格遵守继电保护系统的四项技术要求: (1)选择性: 也就是说，保护装置在断电时只去除故障元件，代替故障元件正常运行，并使断电区域的性能最小化。图1.2 电力网络图在上图1.2所示的网络中，如果D1短路，则应通过最近的保护1和保护2的动作绕过D1，直到故障点，从而移除故障线路，并将故障程度降至最低。我们说，保护1，此时的2-作用是一种选择性作用，即满足选择性的要求。类似地，当D2是闭合短路时，它有选择地保护5和6动作不受5和6 qf和6 qf的影响。当D3关闭时，6QF拒绝移动，保护5跳过5QF修复漏洞，停电时间延长。但是，如果保护5没有
19、触发，则故障线路不能中断。因此，此时保护措施5是选择性的，保护5只是保护6的保护（保护是主保护或开关，其操作被相邻的电源或线路保护拒绝以实现保护）。如果保护6和6QF在释放过程中工作正常，且保护效果5qf5qf分离，则保护效果5不是选择性的，大多数人称之为跳跃解决方案。（2） 快速动作：指快速消除错误的保护性能。纠正错误的时间包括继电保护动作的时间和启动电源开关的时间。高速保护: 多个频率循环，危机保护: 总纠错时间为三十毫秒或以下的保护装置和电源开关的总使用寿命。 快速保护操作时间为零点零六秒到零点一二秒，最快的是零点零一秒到零点零四秒，电源开关操作时间为零点零六秒到零点一五秒，最快的是零点
20、零二到零点零六秒，如果系统出现故障，还有可能导致一些部分误差存在，尽可能的要减少甚至是磨灭，这些故障必须要能够保证在整个状态运行过程当中能够达到一定的均衡性，平稳性。保证用户在通过一些低电压操作时间尽可能的缩短，减少对误差元件的损坏，减少误差，避免误差的进一步扩大。（3） 灵敏度：灵敏度是指保护对特定保护区域内的错误作出响应的能力。无论短路的位置和类型如何，满足灵敏度要求的保护装置应对区域内的错误作出敏感反应。灵敏度通常用灵敏度系数来衡量。各继电保护装置应在规定的保护间隔内对短路故障具有一定的灵敏度，以确保在短路计算中考虑故障后，试验设定保护动作值等。能在最不利的保护条件下可靠工作。计算保护灵
21、敏度系数时，表1-1可考虑以下原则：表1-1 保护原则在可能的运行方式下，选择最不利于保护动作的运行方式；在所保护的短路类型中，选择最不利于保护动作的短路类型；在保护区内选择最不利于保护动作的那点作为灵敏度校验点。可靠性是指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作（拒动）；而在不该动作时，它能可靠不动，即不发生错误动作（简称误动）。简单说就是该动则动，不该动则不动。1.1.3 继电保护装置的构成电力系统的继电保护装置是由信号、测量部分、逻辑部分、执行部分、输出信号等内容组成，如图1.3所示。输出信号执行部分逻辑部分信号测量部分整定值图1.3 继电保护装置构成部分在这之中，整个保
22、护装备的每一顺序当中需要进行合理的探测，加强其每一个部分输入电量的具体标准。以及信号纸的大小和最终的确定点故障和保护危险因素都能够具体的确定加强整个距离方向的描述。通过整个逻辑部分的相关测量标准以及测量的顺序、长度和具体输出的某些内容以及自身的形态等等内容来确定整个断路器的工作状态，是否处于发出或者绊倒。如果确定保护装置是按照顺序逻辑关系来实现运行管理的，那么可以直接通过继电保护装置发出的信号来传递相关命令。而继电保护装置的执行部分可以通过逻辑部分发送的信号来执行相关命令操作。一旦检测到系统故障，那么执行部分就会直接驱动断路器，使得电力系统出现调跳闸现象。一旦系统运行过程中，出现异常情况，就会
23、自动发出警报信号；反之，系统运行过程中没有异常，则不产生动作信号5。1.2 输电线路保护的发展状况在电气工程领域蓬勃发展的过程中，输入电路的继电保护系统也日趋完善。国内的继电保护技术已经发展了50余年，这一项技术可以分为4个发展时期：第一个时期是1965年至1970年，在这一时期，国内电网兴起了使用整流型距离保护技术的潮流，这一阶段的实践为国内继电保护系统的发展带来了宝贵的经验；第二个时期是1970年至1980年，在这一时期，晶体管型保护开始在电力系统中得到推广。第三个时期是1980年至1990年，在这一时期，集成电路变得更加完善，电力系统已经可以基于集成电路技术进行开发；第四个时期是1990
24、年至今天，如今我们的继电保护系统已经融入了微机技术、自动化技术、互联网技术、信息技术等多种现代化技术。中国继电保护系统的开发技术由模拟信号技术到数字信号技术，继电保护系统的组成由传统单调的电磁保护设施到现代智能的微机集成设施，从无到有，从零到一，有了这四个重要的技术发展阶段，才有了我们今天先进、完备、安全、稳定的继电保护系统。1.3 本文主要内容在110KV输电线路设计过程中必须考虑到现实中的实际情况。（1）分析110kV能否在正常运行中起到一定的阻断作用，防止不必要的危险事故发生。 （2）分析电气系统在正常工况下的具体工作流程以及将要实现的功能。 （3）分析继电保护系统由哪些装置以及设备构成
25、，这些装置设备通过何种配合方式实现保护功能，这些功能适用于那些范围。 （4）具体选定某一输电，分析继电保护系统的运行机理。- 18 -第2章 输电线路故障分析与保护配置第2章 输电线路故障分析与保护配置国内的输电线路大都架空搭建，多数情况下暴露于室外的空气中。所以，若要对架空输电线路开展搭建、维护、保养或更新等工程，那么需要充分考虑当地在工程开展期的天气状况，需要总结前人的施工经验，分析出最优的施工方案。尽管备有完善的施工方案，然而在工程实际的开展过程中，还是会遇到一些困难，常见的问题是施工过程中出现了输电线路的断层，而导致断层的因素正是环境的温度变化，温度的变化也与施工地的天气直接关联。因此
26、，为了让继电保护系统能够在气候的干扰下维持正常的工况，就需要进行规范化、系统化的检测、保养以及维护工作，进而去发现输电线路的存在的问题并对之进行解决。本文将干扰继电设施正常作业的因素定义为故障。2.1故障分析2.1.1输电线路常见故障1.雷击从自然气候和环境的角度来看，雷电事故肯定会发生，主要是由于雷电活动各个区域的周期性变化。该国广泛分布在丘陵盆地或山区，经常发生雷暴，这将增加雷击的可能性和输电线路雷击的可能性。就地理环境而言，该国大多数地区的电阻率都较高，导致这种状况出现的原因是两端电极之间的阻值较大，使得输电线路出现跳闸的情况。正是因为地形以及气候问题，国内不少山区的电线都处于大范围导体
27、电弧的环境下输送电能，这大大增加了雷击的可能性也增加了跳闸的可能性。2.覆冰覆冰情况的出现将会使倒塔以及导线产生异常移位，让外界施加于倒塔的能力超出倒塔所能承受的压力范围，此时，电线杆倒塔很可能出现变形的情况，输电系统也将随之出现一系列的故障。若电线上的结冰在机械振动或温度变化的作用下出现脱落，那么其弹性会逐渐变成电线的动能，这会导致电线跳动，从而使杆和电线严重摇晃并导致电线误动现象。 随着电线上的结冰量的不断增加，下垂和张力的变化也增加了，输电线路上的落冰也会引起更大范围的误动，从而导致严重的线路故障。3.风偏放电大部分输电线路中处于大风区域，在大风影响下输电线路会出现偏转或偏移，此外，在逐
28、渐降低空气间隙和提高局部场强的时候，会促使电线杆和金具尖端出现局部高场强的现象，以至于导致输电线路十分容易出现放电问题。一般来说，在角铁边缘、脚钉、防震锤等位置容易出现风偏放电。4.污闪输电线路绝缘子要求在大气过电压、内部过电压和长期运行电压下均能可靠的运行。但沉积在绝缘子表面上的污秽在雾、露、毛毛雨、融冰、融雪等气象条件的作用下，将使绝缘子的电气强度大大降低，从而使得输电线路在运行电压下发生污秽闪络事故。 5.外力违章施工作业。表现在一些单位和个人置电力设施安全不顾，在电力设施保护区内盲目施工，有的挖断电缆，有的撞断杆塔，有的高空抛物，有的围塘挖堰，在线下钓鱼等，导致线路跳闸。盗窃、破坏电力
29、设施，危及电网安全。房障、树障、交叉跨越公路危害电网安全，清除步履艰难。一些单位和个人违反电力法律、法规，擅自在电力线路保护区内违章建房、种树、修路、挖堰，严重威胁着供电安全。输电线路下焚烧农作物、山林失火及漂浮物(如放风筝、气球、白色垃圾)，导致线路跳闸。6.其他故障除了以上外还有洪水暴雨、本体缺陷等故障。雷雨季节、季节洪水冲刷杆塔基础，从而引起基础边坡塌方、塔基裂缝、沉降或是更严重的倒杆倒塔故障。由于线路如工艺问题、电气距离问题、材料质量等本体缺陷原因，在长时间受微风振动、气温变化的影响下也会造成线路故障。2.1.2故障状态及其危害电力系统的故障包含多个方面，但只要系统的运转偏离标准状态以
30、及连接方式有偏差，系统就会发生故障。电力系统的主要故障是接地短路，主要包括对系统影响较小的单相接地短路、对系统有一定影响的两相与两相接地短路、以及最为严重的三相短路。两相以及两相接地短路命名相似但它们有着本质上的区别，两相短路没有接地回路，两相短路接地则相反。发生三相短路时系统的相电压之间的夹角保持为120，相互对称，因此，其被叫做对称短路。相反，其它类型的短路类型短路系统的电压非对称。电力系统发生短路故障将会产生众多不可避免的损失，例如：（1）系统运行电流大大提升。若系统发生短路故障，相比于正常工作电流，短路电流将会远远偏离其正常值，在某些大型器件或者承担功率比较大的部分，例如发电机的出口部
31、分若发生最严重的三相短路故障，其最大短路电流有可能升高到十万A以上。由于电流的大大增加，设备之间的电动力也会随之提升，电动力大于电气元件的承受范围将会导致其被破坏失去正常的功能，此外，过电流还会导致电气元件发热量增加，进而由于运行温度过高而使设备失去正常的功能，若系统短路处出现电弧会导致设备直接燃烧。(2) 电压水平大大降低。若系统发生三相短路故障，系统整体运行电压水平将会大大降低，短路处的电压数值为0，电压水平低于额定值会引起电气元件无法体现正常的运行功能，比如继电保护不能正常工作、电机停转等等。(3)电力系统稳定性大大降低。若系统发生短路故障，系统总体的发出的功率也会随之降低，此时动力机输
32、入的电磁功率不会马上减小，这就会导致功率输入输出不平衡，进而引起发电机转子转速提升。不同发电机由于配置的不同，其加速过程的快慢也有所区别，这就会导致不同发电机之间产生逐渐增加的角度差，进而导致并网的发电机不能同步运行，电力系统将会失去稳定，严重时将会导致大部分区域不能正常供电。(4)系统发生部队称短路故障时，电气元件之间将流通幅值或者相角有差异的电流，将会使通讯设备的电压与电流偏离大大提升进而偏离正常值，从一定程度上影响通讯设备的运行，很有使主设备的损坏以及危害人身安全。上述多种故障中，对电力系统影响最大的是发电机不能并列运行所导致的系统稳定性大大降低，这会对电力系统的运行造成极大的破坏，对居
33、民用电产生极大影响，此外，还会导致系统运行电流大大增加，导致设备的损坏。2.1.3 短路简介及类别电力系统的短路电流会对电力系统产生极大的影响，产生巨大的短路电流的最主要的原因是电力系统电气元件对短路点的转移阻抗大大降低。因此，电力系统发生短路故障时，其运行电流将会急剧增大。电路系统的短路故障主要有以下4中，分别是对系统影响较小的单相接地短路、对系统有一定影响的两相与两相接地短路、以及最为严重的三相短路。所谓的“相”指的是火线，电力系统正常运行时，每相电压的幅值与频率一样，相位之间有一定的角度差，如图2.1所示。 单相接地短路 两相短路 两相接地短路 三相短路图2.1 常见短路故障（1）首先是
34、单相接地短路故障。所谓接地就是相线与大地之间进行电气连接，两者电位相等，而大地的电位为0，因此该接地相线的电位也是0，单相接地对路对另外两个正常相的电压影响不大，其负荷电流也处于要求范围内。因此，单相接地故障对电力系统的影响不大，而且这种故障发生几率比其它类型的短路故障要高得多，其三相电压与电流相加都为0。（2）其次是两相短路故障。其指的是电力系统三相之间的任意两相的电线直接相连或者两相的连接导线之间只经过一个阻值非常小的电阻。正常相没有流经电流，两故障相的电压和为0.（3）再次就是两相短路接地故障。两相短路与两相短路接地有着本质的区别，后者指的是电力系统三相之间的两相分别与大地进行电气连接，
35、它们的电位都为0且正常相没有电流通过。（4）最后就是对电力系统危害极大的三相短路故障。发生三相短路电力系统的电压依然对称且相等，电压幅值为0。三相短路会对电气元件产生极大的影响，严重破坏电力系统的稳定性。2.2输电线路保护主要形式2.2.1电流保护过电流保护的原理如下：若电力系统的运行电流增大超过系统所预先设计的电流值，过电流保护的设备就会发生动作，保护线路不受损害。例如电力系统发生单相短路，流通电气元件的短路电流将会超出正常范围，若此电流超过保护装置所预设的保护电流值，保护设备就会动作，并且通过保护时间的设定，选择最恰当的保护装置进行动作，切断故障回路或者使警报系统动作。2.2.2电压保护电
36、压保护的原理如下：当电力系统发生故障导致电压升高或者降低到非正常范围时，继电保护就会发生动作保证系统不受损坏。根据电压故障使电压升高或者降低，电压保护分为两种，一种是低电压保护，另一种是过电压保护。低电压保护也有另外两种叫法，一种是失压保护，另一种是欠电压保护。低压保护是指系统电压由于故障降低超过正常范围时，与电压保护相关的继电保护设备就会发生动作，切断故障回路。这种保护措施是为了避免当故障解除系统电压从低压升高到正常范围时，某些不该启动的设备由于电压的身高而启动，进而造成对电力系统的破坏；此外，若电气元件的运行电压低于额定电压，其也会产生损坏。电力系统过电压指的是电气元件两端电压峰值超过其正
37、常运行电压最大值的峰值。故障电压超过保护整定值时，发出跳闸命令或过电压信号。2.2.3距离保护距离保护指的是通过在电路中安装阻抗继电器，通过测量电路中的电压与电流，进而计算出该电路到短路点之间的转移阻抗，通过判断阻抗的大小来决定继电器是否动作。若保护装置与短路处的距离比较短，此时所测得的转移阻抗偏低，保护动作快；反之，若两者距离比较远，转移阻抗就会偏大，保护动作较慢，根据选择动作快的保护装置，确保了继电器的选择性。2.2.4差动保护纵差动保护包含多种设备，主要有分别置于变压器两边的电流互感器以及继电器，通过串联的方式将两个电流互感器相互连接，形成一个环形回路，进而通过并联的方式将继电器连接在此
38、回路上。根据此种连接方式，两个互感器电流相减就为流通继电器的电流值。在系统不发生故障时，由于两个互感器之间流通的电流无论是幅值还是相位都相等，两者之间的差值为0，所以继电器没有电流流过。若系统发生短路故障，两个互感器的电流相减不为0，继电器将会有电流流通，此时就会产生动作信号，切断故障回路，保护系统设备不被损坏。第3章 短路电流计算及运行方式确定第3章 短路电流计算及运行方式确定3.1 短路电流计算原则对短路电流计算的过程中，为了使短路电流在工程上的计算更方便，通常用电抗标幺值进行计算。通过电抗标幺值的使用，会使短路计算过程更加简化。对计算过程进行加强管理，对系统各个部分的短路电流从一定程度上
39、提升计算数值，同时，其所对应的保护设备的也要对其动作条件进行调整。在确定数据的标准值后，根据所计算的保护程度数值，确定继电保护装置整定值的设定，并且需要制定相关的试验分析。3.2 电力网络元件参数计算计算电力网络元件的基准电抗标幺值。选取： 发电机的基准电抗标幺值： 变压器的基准电抗标幺值： 线路的基准电抗标幺值: 3.3 最大运行方式最大运行方式的等效电路如图3.1所示：图3.1 最大运行方式等效电路图 将环形网络在A点打开变换为开式网络则等效电路图如3.2所示：图3.2 开式网络等效图在最大运行方式下各点的基准电抗为：计算电抗值为： 3.4 最小运行方式最小运行方式的等效电路如图3.3所示
40、：图3.3 最小运行方式等效电路图 将环形网络在A点打开变换为开式网络则等效电路图如3.4所示：图3.4 开式网络等效图 在最小运行方式下各点的基准电抗为：计算电抗值为： 最大运行方式下各点计算电抗和短路电流标幺值如表3-1所示：表3-1 最大运行方式下电网各点短路电流数据ABCA计算电抗1.7320.9580.53090.264I0*0.951.081.924.15I0/KA0.8360.951.693.652在最小运行方式下的各点计算电抗和短路电流标幺值如表3-2所示：表3-2 最小运行方式下电网各点短路电流数据ABCA计算电抗1.3341.1160.6920.4251I0*0.750.9
41、1.482.55I0/KA0.660.7921.32.244第4章 输电线路的主保护纵联差动保护第4章 输电线路的主保护纵联差动保护线路中根据被保护电气元件一侧的相关数据，例如电压、电流、阻抗等，通过它们来确定继电器是否动作都是电流保护与距离保护的保护判断依据。由于这两种保护对于线路末端故障不能精确地区分是否是本线路的故障，这类保护只能通过不同保护阶段的配合来保证对保护继电器的选择性。这就会通过牺牲动作时间来确保选择无误，例如线路末端故障需要通过二段保护或者三段保护来切除故障，动作时间就会相应地增加。这种保护方式难以保证快速准确地切除故障。通过大量的实践研究得出，通过保护线路两侧的电气数据相互
42、配合作为继电保护的判断依据，可以实现快速、准确、可靠地切除故障。这类继电保护需要通过线路两侧电气数据的相互配合，进行对比分析，进而产生纵向联系，通过这种方法设计的继电保护叫做纵联保护。纵联保护主要有两种保护方式，原理如下：(1)首先是方向比较式纵联保护。这种保护方式通过分别判别线路两侧对应的功率方向以及测量阻抗，进而将检测结果信息输送到相对的一侧进行判断，进而判别出故障是否在本线路内，这种保护方式将采集到的电气量转化成逻辑信号再输入到继电保护装置，简化了判断方法，但必须确保逻辑信息的可靠性，防止继电器发生误动作。可以通过判断距离或者方向来进行继电保护，分别对应距离纵联保护以及方向纵联保护。(2
43、)其次是纵联电流差动保护。这种保护方式首先由电路的一侧对其电流量进行检测，再将其以信号或者波形的形式输送到相对一侧，通过电路两侧电流的比较分析，确定故障是否发生在本段线路内。这种保护方式与方向比较式差动保护不同的是，前者通过直接测量电气量进而进行对比分析，后者是通过对比逻辑信号来完成保护。因此，这种保护方式称为纵联电流方向保护。若通过检测并输送电流的波形进行对比判别，由于电路波形在传输过程中难以保证信息量的准确性，而且两侧的信息传送的同步性要求非常高，因此这种保护方式必须具备能保证信号完整传输的信号通道。4.1 纵联电流差动保护原理4.1.1纵联电流差动保护的工作原理电流差动保护的主要是根据基
44、尔霍夫电流定律理论来设计的，这种保护方式灵敏度性比较高，并且等快速可靠地找到故障回路并进行切除。对于对线路两端的电气量比较方便测量的电路通常都会选择这种保护方式，例如对电力系统的发电机、变压器以及各类电动机的保护。对输电线路使用该保护方式与相对特殊，其原理图可参考下图4-1：图4.1 电流纵联差动保护区内、外短路示意图当系统没有发生故障或者线路MN外部发生短路故障时，首先设置系统的电流的正方向，电流正向流经方向为从M到N，此时两边电流之和为0，即。若线路内部发生故障，例如图中的k1点发生短路，M侧电流与N测电流方向是相同的，。区内短路时流经短路点的电流去MN线路外故障流经差动继电器的电流相差非
45、常大，继电器由此可以正确判断故障所在位置，对MN线路形成差动保护。因此，差动保护是根据区内区外流经继电器的电流在幅值与相位之间有明显的差异，由此判断短路故障所在范围，进而保证继电器正确动作。在对电力系统的设计中，其输电线路各个部分两端都会分别安装一个电流互感器，两个互感器参数设置相同，其连接方式可参考图4.1（a）,体现了互感器的极性。电流互感器两侧的同名端连接方式相同，分别是一次侧连接系统母线，二次侧以并联的方式连接同名端。差动继电器可参考图中的KD元件。差动继电器流通的电流会根据故障所在位置的不同而有所区别，电流计算方式都为互感器二次侧的电流进行相加。由于电流互感器励磁电流的影响是不可避免
46、的，两个参数相同的互感器其励磁特性仍然会有一定的区别，因此，短路故障发生在线路外部或者系统运行正常时，由于励磁电流的影响差动继电器依然会有小电流流通，这就是所谓的不平衡电流。因此，电流互感器二次侧的电流的精确计算如下： ； （4-1）式中 分别为两个电流互感器的励磁电流； 分别为两个电流互感器次电流；两电流互感器的额定变比。在正常运行及区外故障时，因此流过差动继电器的电流即不平衡电流为 （4.2）继电器正确动作时的差动电流，应躲过正常运行及外部故障时的不平衡电流，即（4-3）在工程上不平衡电流的稳态值采用电流互感器的10%的误差曲线按下式计算 （4-4）式中 电流互感器的同型系数，当两侧电流互感器的型号、容量均相同时取0.5，不同时取1；非周期分量系数；外部短路时穿过两个电流互感器的短路电流。4.1.2纵联电流差动保护特性分析以下主要讨论输电线路纵联电流差动保护常用不带制动作用的动作判据，分析如下。不带制动特性的差动继电器特性,其动作方程为:（4-5）式中 流人差动继电器的电流；差动继电器的动作电流整定值。值通常按以下两个条件来选取：（1）躲过外部短路时的最大不平衡电流，即（4-6）式中可靠系数，取1.21.3；非周期分量系数，当差动回路采用速饱和变流器时，为1；当差动回路是用串联电阻降低不平衡电流时，为1.52；电流互感器的10%误差系数；同型系数，