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1、 高压线路保护原理介绍高压线路保护原理介绍 n 相关基本知识相关基本知识n 高压线路保护要求及实现高压线路保护要求及实现n 主保护主保护n 后备保护后备保护n 辅助元件辅助元件高压线路保护原理介绍高压线路保护原理介绍高压线路保护原理介绍相关基本知识相关基本知识1.1.输电线路输电线路输电线路输电线路电力系统电力系统:生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而形成的整体成为电力系统；一起而形成的整体成为电力系统；电力网：电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网（升、降电力网：电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网（升、降变压器，各电压等级
2、的输电线路）。变压器，各电压等级的输电线路）。相关基本知识相关基本知识2.2.输电线路的物理参数输电线路的物理参数输电线路的物理参数输电线路的物理参数 rCgLr r 反应线路通过电流时产反应线路通过电流时产反应线路通过电流时产反应线路通过电流时产生有功功率损失效应的电阻生有功功率损失效应的电阻生有功功率损失效应的电阻生有功功率损失效应的电阻L L 反应截流导体产生磁场反应截流导体产生磁场反应截流导体产生磁场反应截流导体产生磁场效应的电感效应的电感效应的电感效应的电感g g 反应线路带电时绝缘介质中泄漏电流的电导反应线路带电时绝缘介质中泄漏电流的电导反应线路带电时绝缘介质中泄漏电流的电导反应线
3、路带电时绝缘介质中泄漏电流的电导C C 反应带电导线周围电场效应的电容反应带电导线周围电场效应的电容反应带电导线周围电场效应的电容反应带电导线周围电场效应的电容包括架空线和电缆包括架空线和电缆包括架空线和电缆包括架空线和电缆相关基本知识相关基本知识电压等级划分电压等级划分电压等级划分电压等级划分:66kV110kV 66kV110kV 中高压中高压中高压中高压220kV 220kV 高压高压高压高压330kV500kV 330kV500kV 超高压超高压超高压超高压750kV 750kV 特高压特高压特高压特高压单位长度输电线路电压等级越高单位长度输电线路电压等级越高单位长度输电线路电压等级越
4、高单位长度输电线路电压等级越高 r/L r/L 小，小，小，小，C C大大大大 相关基本知识相关基本知识3.3.输电线路故障的几个重要特征输电线路故障的几个重要特征输电线路故障的几个重要特征输电线路故障的几个重要特征 a.a.分析故障的一种基本方法：对称分量法分析故障的一种基本方法：对称分量法将将一一种种不不对对称称的的三三相相量量分分解解为为正正序序、负负序序、零零序序三三相相对称的三相量。对称的三相量。.故障类型：故障类型：单单相相接接地地（、），两两相相接接地地（、），两两相相故故障障（、），三相故障（）；及断线和转换性故障三相故障（）；及断线和转换性故障相关基本知识相关基本知识单相接地
5、（）单相接地（），两相接地（）两相接地（），两相接地（）两相接地（），三相故障（）三相故障（），相关基本知识相关基本知识.距离测量问题距离测量问题距离测量问题距离测量问题 以相接地故障为例以相接地故障为例电压方程：电压方程：零序补偿系数零序补偿系数KM保护安装处到故障点的阻抗值保护安装处到故障点的阻抗值高压线路保护的要求及实现高压线路保护的要求及实现高压线路保护的设计要求高压线路保护的设计要求满足可靠性、选择性、快速性和灵敏性。满足可靠性、选择性、快速性和灵敏性。高压线路保护的配置原则高压线路保护的配置原则a.a.除具备全相速动的纵联保护，还至少具有三段式相除具备全相速动的纵联保护，还至少具有
6、三段式相间、接地距离保护，反时限零序或定时限零序方向电间、接地距离保护，反时限零序或定时限零序方向电流保护的后备保护；流保护的后备保护；.能适应用于弱电源系统；能适应用于弱电源系统；.失压情况下，自动投入后备保护功能，允许失去失压情况下，自动投入后备保护功能，允许失去选择性；选择性；高压线路保护的要求及实现高压线路保护的要求及实现高压线路保护的实现保护原理高压线路保护的实现保护原理根本在于如何根据线路保护安装处的电流、根本在于如何根据线路保护安装处的电流、电压找到故障特征，以准确区分各种状态，通电压找到故障特征，以准确区分各种状态，通过这种区分达到保护的选择性，灵敏性，也就过这种区分达到保护的
7、选择性，灵敏性，也就易于达到快速性。易于达到快速性。高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护1.1.纵联保护的实现纵联保护的实现 按动作原理纵联保护可分为：按动作原理纵联保护可分为：纵联方向（纵联方向（801801）、纵联距离（）、纵联距离（802802）：两侧保护仅判：两侧保护仅判别别本侧电气量本侧电气量，利用通道将保护的，利用通道将保护的方向元件方向元件的判别结果的判别结果传输到对侧，每侧分别根据两侧保护的动作判别结果传输到对侧，每侧分别根据两侧保护的动作判别结果,以区分线路区内、外故障；按方向元件所用的原理可分以区分线路区内、外故障；按方向元件所用的原理可分为纵联方向保护、纵联距离保护。
8、为纵联方向保护、纵联距离保护。纵联差动（纵联差动（803803）：）：两侧保护利用通道将本侧电流的两侧保护利用通道将本侧电流的数据或电流的相量传送到对侧，每侧保护根据数据或电流的相量传送到对侧，每侧保护根据两侧电流两侧电流量量进行判别，从而区分线路区内、外故障；进行判别，从而区分线路区内、外故障；高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护纵联方向、纵联距离按照其所利用通道的类型可以分为：纵联方向、纵联距离按照其所利用通道的类型可以分为：电力线载波纵联保护电力线载波纵联保护专用通道和复用通道专用通道和复用通道专用通道：采用专用收发信机与保护配合，一般为闭专用通道：采用专用收发信机与保护配合，一般为
9、闭锁式；锁式；复用通道：通过音频接口设备与载波机配合，一般为复用通道：通过音频接口设备与载波机配合，一般为允许式，也可构成闭锁式；允许式，也可构成闭锁式；微波纵联保护微波纵联保护微波通道微波通道光纤纵联保护光纤纵联保护光纤通道光纤通道 高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护纵联差动保护通道连接方式：纵联差动保护通道连接方式：纵联差动是利用专用的光纤通道或复用现有的数字纵联差动是利用专用的光纤通道或复用现有的数字通信网络构成分相电流差动保护；通信网络构成分相电流差动保护；专用光纤通道方式：专用光纤通道方式：需敷设专用的光纤通道，通道中仅传保护信号；需敷设专用的光纤通道，通道中仅传保护信号；复用
10、光纤通道方式：复用光纤通道方式：复用现有的数字通信网络复用现有的数字通信网络(微波或光纤微波或光纤)；高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护(纵联方向保护纵联方向保护)2.2.纵联方向保护纵联方向保护a.a.保护的构成保护的构成 主要采用主要采用正序故障分量元件正序故障分量元件及及零序方向元件零序方向元件，经通道配合构成全线速动保护的纵联方向保护经通道配合构成全线速动保护的纵联方向保护.以以负序分量负序分量及及反映三相对称故障的判别元件反映三相对称故障的判别元件（UcosUcos）构成快速后备纵联保护。主保护根据故）构成快速后备纵联保护。主保护根据故障不同时段，投入不同的方向元件，使主保护完
11、整、障不同时段，投入不同的方向元件，使主保护完整、独立且全过程投入。非全相运行主保护投入反映健独立且全过程投入。非全相运行主保护投入反映健全相的全相的工频变化量方向工频变化量方向元件。元件。高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护(纵联方向保护纵联方向保护)b.b.保护的功能实现保护的功能实现 可以与载波通道、光纤通道、微波通道等可以与载波通道、光纤通道、微波通道等连接构成闭锁式或允许式保护。连接构成闭锁式或允许式保护。高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护(纵联方向保护纵联方向保护)区内故障区内故障 区内故障区内故障 A BA B线保护启动后立即发闭锁信号；线保护启动后立即发闭锁信号；正方
12、向元件正方向元件动作，动作，反反方向元件方向元件不动作，同时收信经不动作，同时收信经6ms6ms延时确认，两侧保护停止发信。正延时确认，两侧保护停止发信。正方向元件动作，反方向元件不动作，连续确认方向元件动作，反方向元件不动作，连续确认8ms8ms无收信，保护选相无收信，保护选相跳闸。跳闸。区外故障区外故障 A AA A线线A A 侧保护保护启动后立即发闭锁信号，正方向侧保护保护启动后立即发闭锁信号，正方向元件不动作时一直发闭锁信号直到保护判无故障后整组复归。元件不动作时一直发闭锁信号直到保护判无故障后整组复归。区外故障区外故障 区外故障区外故障 IaIbBAAB 闭锁信号闭锁信号 闭锁信号闭
13、锁信号c.c.闭锁式闭锁式高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护(纵联方向保护纵联方向保护)d.d.允许式允许式 区内故障区内故障 区内故障区内故障 A BA B线保护启动线保护启动5ms5ms后反方向元件不动作，正方向元件动后反方向元件不动作，正方向元件动作，向对侧发允许信号，本侧收到允许信号经作，向对侧发允许信号，本侧收到允许信号经5ms5ms确认，保护选相跳确认，保护选相跳闸。闸。区外故障区外故障 A AA A线线AA侧保护启动侧保护启动5ms5ms后反方向元件不动作，正方后反方向元件不动作，正方向元件动作向对侧发允许信号，向元件动作向对侧发允许信号，A A 侧保护启动侧保护启动5ms
14、5ms后反方向元件动作，后反方向元件动作，不发信，保护不动作。不发信，保护不动作。区外故障区外故障 区外故障区外故障 IaIbBAAB 允许信号允许信号 允许信号允许信号高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护(纵联方向保护纵联方向保护)e.e.正序故障分量方向元件正序故障分量方向元件 由于输电线路发生各种对称和不对称短路时都会出现正由于输电线路发生各种对称和不对称短路时都会出现正序故障分量，而在消除正常负荷状态分量后，正序故障分序故障分量，而在消除正常负荷状态分量后，正序故障分量就成为一个比负序、零序分量更为完善的新的故障特征；量就成为一个比负序、零序分量更为完善的新的故障特征；内部故障正序
15、故障分量等效网图高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护(纵联方向保护纵联方向保护)f.f.纵联保护的弱馈功能纵联保护的弱馈功能纵联弱馈逻辑纵联弱馈逻辑：1)1)弱馈端正，反方向元件均不动作弱馈端正，反方向元件均不动作2)2)有一相或相间低电压有一相或相间低电压3)3)弱馈投入（控制字）弱馈投入（控制字）满满足足以以上上条条件件，对对专专用用收收发发信信机机闭闭锁锁式式，弱弱电电源源端端在在收收到到闭闭锁锁信信号号8 8msms时时快快速速停停信信，保保证证强强电电源源侧侧快快速速跳跳闸闸。弱弱电电源源侧侧在在确确认认收收不不到到对对侧侧闭锁信号闭锁信号3030msms后，弱馈端选相跳闸。后，
16、弱馈端选相跳闸。NFImIn=0或较小或较小,电流故障分量小电流故障分量小弱电源弱电源,或负荷端或负荷端M高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护(纵联距离保护纵联距离保护)主方向元件采用综合阻抗方向元件主方向元件采用综合阻抗方向元件,其它同纵联方向其它同纵联方向.3.3.纵联距离保护纵联距离保护综合阻抗元件：由多合阻抗元件：由多边形阻抗元件复合正序故障分量元件构成；形阻抗元件复合正序故障分量元件构成；高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护(纵联差动保护纵联差动保护)4.4.纵联差动保护纵联差动保护 a.a.保护的构成保护的构成 由分相由分相故障分量差动元件故障分量差动元件、稳态量差动元件稳
17、态量差动元件构成全线构成全线速动的主保护。由速动的主保护。由零序差动元件零序差动元件延时延时100ms100ms选跳构成后选跳构成后备全线动作的主保护。每隔备全线动作的主保护。每隔5ms5ms向对侧传送一帧信息，向对侧传送一帧信息，包括模拟量、保护投退情况、模拟量及调位等开关量监包括模拟量、保护投退情况、模拟量及调位等开关量监视逻辑、远跳及远传信息等。视逻辑、远跳及远传信息等。高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护(纵联差动保护纵联差动保护)b.b.保护的基本原理保护的基本原理 Id=Ia+Ib 0 Id:故障电流故障电流A 正常运行、区外故障正常运行、区外故障 IaIbBIaIbB 区内故
18、障区内故障 AId=Ia+Ib=0 (基尔霍夫定律基尔霍夫定律)高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护(纵联差动保护纵联差动保护)c.c.保护的动作方程保护的动作方程 差流电流的门槛差流电流的门槛比率制动系数比率制动系数高压线路保护的后备保护高压线路保护的后备保护1.1.距离保护距离保护 a.a.保护的构成保护的构成 三段式相间距离及三段式接地距离。相间距离保护三段式相间距离及三段式接地距离。相间距离保护采用躲过负荷能力强的采用躲过负荷能力强的圆特性阻抗继电器圆特性阻抗继电器，接地距离保，接地距离保护采用耐过渡电阻能力强护采用耐过渡电阻能力强四边形特性阻抗继电器四边形特性阻抗继电器。启动后循
19、环计算阻抗，任一元件动作后，根据启动后循环计算阻抗，任一元件动作后，根据自适自适应选相元件应选相元件的选相结果选相跳闸。的选相结果选相跳闸。具有完善的具有完善的振荡闭锁振荡闭锁功能，对于振荡中的故障还可功能，对于振荡中的故障还可以自适应的采用不同的以自适应的采用不同的开放元件开放元件快速开放距离保护。快速开放距离保护。高压线路保护的后备保护高压线路保护的后备保护 b.b.保护的实现保护的实现 相间距离相间距离 相相间间距距离离元元件件采采用用动动作作方方程程判判别别式式，即即圆圆特特性性的的阻阻抗抗元元件件。其其阻阻抗抗元元件件由由ZABZAB、ZBCZBC、ZCAZCA构构成成，相相间间阻阻
20、抗抗元元件件是是为为保保护二相、三相故障而设置。护二相、三相故障而设置。动作方程作方程为：高压线路保护的后备保护高压线路保护的后备保护接地距离接地距离 采采用用测测量量阻阻抗抗方方式式，利利用用测测量量出出故故障障相相阻阻抗抗的的电电抗抗、电电阻阻分量实现多边形特性原理的单相距离元件；分量实现多边形特性原理的单相距离元件；测量方程为：其中：其中：UU、II为相电压、相电流为相电压、相电流 I0I0为零序电流为零序电流 从以上得出从以上得出X X、R R，从而判别是否落入多边形的动作区；从而判别是否落入多边形的动作区；零序电抗分量补偿系数零序电抗分量补偿系数零序电阻分量补偿系数零序电阻分量补偿系
21、数线路正序电阻与正序电抗之比线路正序电阻与正序电抗之比高压线路保护的后备保护高压线路保护的后备保护2.2.零序保护零序保护 设置了六段零序方向电流保护即设置了六段零序方向电流保护即零序电流零序电流-段段及及零序不灵敏零序不灵敏、段段。全相运行及非全相运行时。全相运行及非全相运行时各段保护的投退由压板控制，每段都各由控制字选各段保护的投退由压板控制，每段都各由控制字选择经方向或不经方向元件闭锁。此外，还设置了带择经方向或不经方向元件闭锁。此外，还设置了带延时的过流保护延时的过流保护段及过流保护段及过流保护段，仅在段，仅在TVTV断线断线时由控制字选择投退；时由控制字选择投退；高压线路保护的后备保
22、护高压线路保护的后备保护 对于高压输电线路发生接地故障时，将产生零序故障对于高压输电线路发生接地故障时，将产生零序故障分量，其不反应负荷及系统振荡，有较高的灵敏度。分量，其不反应负荷及系统振荡，有较高的灵敏度。零序元件实现：零序元件实现：零序过流零序过流 正向动作判据正向动作判据F0+F0+高压线路保护的辅助元件高压线路保护的辅助元件1.1.启动元件启动元件3.TV3.TV断线检测元件断线检测元件5.5.自动重合闸自动重合闸高压线路保护的辅助元件高压线路保护的辅助元件纵联保护的通道自检及远方启信纵联保护的通道自检及远方启信通通道道试试验验自自检检：对对闭闭锁锁式式通通道道，正正常常运运行行时时
23、需需进进行行通通道道信信号号交交换换，由由人人工工在在保保护护屏屏上上按按下下通通道道试试验验按按钮钮或或按按整整定定时时间间定定时时自自检检，本本侧侧发发信信，收收信信200ms 200ms 后后停停止止发发信信；收收对对侧侧信信号号达达5s 5s 后后本本侧侧再再次次发发信信，10s 10s 后后停停止止发发信信；本本侧在在15s15s内内如如收收信信回回路路有有间断断或或3dB3dB告告警警开开入入则报通道异常通道异常;200ms（本侧发信）10s（对侧发信）远远方方方方起起起起动动发发信信信信：当当收收到到对对侧侧信信号号后后，如如TWJ TWJ 未未动动作作，则则立立即即发发信信，如
24、如TWJTWJ动动作作，则则延延时时150ms 150ms 发发信信;启启动动远远方方起起信信回回路路发发信信10s10s后后停停止止发信发信;5s10s15s高压线路保护的辅助元件高压线路保护的辅助元件自动重合闸自动重合闸 电力系统运行经验表明，架空线路绝大多数故障都是瞬时电力系统运行经验表明，架空线路绝大多数故障都是瞬时性的（大约性的（大约90%90%），在保护装置切除故障后电弧熄灭，断路），在保护装置切除故障后电弧熄灭，断路出绝缘可以自动恢复，不影响正常供电。自动重合后可以提出绝缘可以自动恢复，不影响正常供电。自动重合后可以提高供电的可靠性，减少停电损失和电力系统运行的稳定性。高供电的可
25、靠性，减少停电损失和电力系统运行的稳定性。a.a.可实现可实现单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸及停用单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸及停用b.b.重合闸充电时间为重合闸充电时间为15s,15s,重合在充满电后才执行重合在充满电后才执行c.c.重合闸的启动回路可以由重合闸的启动回路可以由保护跳闸启动保护跳闸启动及及断路器位置启动断路器位置启动。d.d.可选择的可选择的检无压、检同期及无检定方式重合检无压、检同期及无检定方式重合e.e.由于重合闸的原因不允许保护选相跳闸时，重合闸将输出由于重合闸的原因不允许保护选相跳闸时，重合闸将输出沟通三跳接点沟通三跳接点，连至各保护开入以实现三跳。，连至各保护开入以实现三跳。