【文章內容簡介】 對稱的，而短路伴隨出現三相不對稱，即使是三相短路，在暫態(tài)起始瞬間也是不對稱的。l 2)振蕩時電氣量變化情況。復雜系統振蕩時的電氣量可通過穩(wěn)定計算求得。以兩機系統為例，振蕩時線路上電流、電壓及阻抗繼電器感受的阻抗等電氣參數變化情況如圖1215所示。l 圖1215振蕩時電氣量的變化 l 電力系統振蕩不破壞三相系統的對稱性，所有電氣量都是對稱的，感受振蕩線路兩側的電流量是相等的，所以，從原理上說，反應負序、零序分量的保護及縱聯電流差動保護在振蕩時不會誤動作，而相間電流保護及某些距離保護有可能誤動作。在采取防止誤動作措施時，系統最大振蕩周期D/。l 高壓輸電線路常用繼電保護裝置的工作原理及應用l (1)電流保護。以通過保護安裝處的電流為作用量的繼電保護方式。當通過的電流大于某一預定值 (整定值)而動作的電流保護稱過電流保護。通常由電流、時間、中間、信號等繼電器按一定的邏輯綜合組成，用以實現對輸電線路和發(fā)電機、變壓器、電動機等電力設備的保護。它可以依相電流或相序 (負序或零序)電流工作。除直接作用的過電流保護外，還有經故障方向判別元件和經低電壓或復合電壓元件控制的過電流保護。主要有:無時限 (瞬時)過電流保護和帶時限過電流保護兩種。對于線路，則有線路相間過電流保護和線路零序過電流保護。l 1)線路相間過電流保護。用于各種電壓等級電力網的輸電線路相間故障的過電流保護。l a)無時限 (瞬時)線路過電流保護，瞬時動作的線路過電流保護。分為有選擇性和無選擇性兩種。l (瞬時)線路過電流保護。保護范圍不超過本線路的線路相間短路故障瞬動過電流保護。它在各級電壓電力網中得到廣泛采用。電流繼電器動作電流必須大于被保護線路兩端母線相間短路時通過本線路的最大可能短路電流，因而只能在本線路一定范圍內故障時才能動作。它對被保護線路內部短路故障的反應能力 (靈敏度)可用被保護線路全長百分數表示，該值恒小于1。l 電源阻抗比(電源阻抗對線路阻抗之比)愈小，它可以保護的范圍愈長。該保護僅以電流繼電器或者和出口中間繼電器本身固有時間動作，通常為10~4Oms。在超高壓電力網中，由于它能快速切除線路近端短路故障，對保護電力系統穩(wěn)定運行往往發(fā)揮極為關鍵的特殊作用。l (瞬時)線路過電流保護，能保護線路全長的瞬動過電流保護。當相鄰線路或相鄰電力設備 (如變壓器)發(fā)生相間短路故障時，有可能發(fā)生無選擇性動作跳閘，用以換得全線路故障的快速切除。該保護方式常常用于線路變壓器組及低壓電力網的線路保護。對后一種情況，無選擇性跳閘通常借助線路自動重合閘糾正。l b)帶時限線路過電流保護，延時動作的線路過電流保護。有定時限線路過電流保護和反時限線路過電流保護兩種。l 。動作時限與通過的電流水平 (大于過電流元件的起動值)無關的能保護線路全長的延時過電流保護。實際應用中常常由幾個定時限 (包括無時限)過電流保護段組成帶階段時限特性的多段式線路過電流保護。各保護段的起動電流、動作時限及靈敏度均不相同。它們中有的快速動作，有的能保護線路全長，有的還能保持到相鄰電力設備的全部。它們的中、低壓電力網中一種主要線路保護方式。l 對于兩側電源的情況，有的保護段需經故障功率方向判別元件控制。特別情況下，為了滿足電力系統運行方式變化較大的需要，有的保護段需依靠電流元件與電壓元件協同動作，統稱電流電壓保護。以取得比較穩(wěn)定的保護范圍。l 。利用反時限電流繼電器構成的線路延時過電流保護。故障點離保護裝置安裝處愈近，通過的電流愈大，其運作時間也愈短。恰當地選擇所需要的動作反時限特性，可以同時獲得本線路短路故障時有較短的動作時間，而當相鄰電力設備故障時又可以與后者的保護選擇配合。有的還設有速動過電流部件，可根據需要實現無時限過電流保護功能。它是幅射形簡單電力網中最常見的一種線路保護方式。l 2）線路零序過電流保護，用于各種電壓等級的有效接地系統中輸電線路接地短路故障的過電流保護。保護的類別和功能與保護相間短路故障的線路過電流保護基本相同。但具有如下特點:l a)只能用以保護有效接地系統中發(fā)生的單相及兩相接地短路故障，因為只有這兩種短路故障(不考慮繼線故障)才在電力網中出現零序電流。l b)由于線路的零序阻抗是正序阻抗的3倍以上，而電源側的零序阻抗一般均較正序阻抗小，因而在線路首、末端發(fā)生接地短路故障時通過線路的零序電流幅值變化很大，遠遠大于相間短路時相應相電流的變化。因此，利用零序電流保護比較容易獲得動作時間快、保護范圍相對穩(wěn)定且易于實現相鄰保護間的選擇配合等優(yōu)點。l c)因為正常運行時線路不通過零序電流，因而零序電流保護 (或者它的某一段)可以有較低的起動電流值，從而實現對線路發(fā)生高電阻接地電阻故障 (例如對樹放電等，對5OOkV線路可高達300歐)時的保護，這是任何其他保護方式所不及的。l 線路零序電流保護也有條件地用于非有效接地系統的情況，依靠內外部發(fā)生單相接地短路故障時通過的零序電流幅值的大小不同，而實現內外部故障的判別，用以發(fā)出警報或跳閘。l (2)距離保護。以距離測量元件為基礎構成的保護裝置，其動作和選擇性取決于本地測量參數 (阻抗、電抗、方向)與設定的被保護區(qū)段參數的比較結果，而阻抗、電抗又與輸電線的長度成正比，故名。距離保護是主要用于輸電線的保護，一般是三段式或四段式。第一、二段帶方向性，作本線段的主保護，其中第一段保護線路的80%90%。第二段保護。余下的10%20%并作相鄰母線的后備保護。第三段帶方向或不帶方向，有的還設有不帶方向的第四段，作本線及相鄰線路的后備保護。l 整套距離保護包括故障起動、故障距離測量、相應的時間邏輯回路與電壓回路斷線閉鎖，有的還配有振蕩閉鎖等基本環(huán)節(jié)以及對整套保護的連續(xù)監(jiān)視和自動閉鎖等裝置。l 有的接地距離保護還配備單獨的選用元件。l 圖1216 三段式距離保護框圖 l l 圖1216是中國通用的模擬式距離保護典型結構簡化框圖，包括故障起動元件，第一、二段及第三段距離繼電器、振蕩閉鎖、電壓回路斷線閉鎖等基本環(huán)節(jié)。l (3)電流相位比較式縱聯保護。電流相位比較式縱聯保護也稱相差動高頻保護，是以比較本線路兩端規(guī)定的工頻電流的相位差為動作判據的一種線路縱聯保護，該保護的最大優(yōu)點主要是利用電流量，結構簡單，工作可靠性高，在系統發(fā)生振蕩時不會誤動作。它是超高壓電力網中的中、短距離輸電線路常用的一種全線快速動作的主保護，其基本原理如下:l 超高壓電力網中的中、短距離輸電線路的分布電容電流較小，本線路正常運行和外部故障時兩端相應工的頻電流的相位差反相 (規(guī)定以由母線流向線路的電流為正方向)，而當內部故障時兩端相應的工頻電流的相位差接近同期，所以，可以用兩端相應的工頻電流的相位差的大小來判斷線路區(qū)內外故障，當相位差小于一定值時判定為區(qū)內故障，相差動高頻保護動作切除故障:否則，判定為區(qū)外故障。相位差定值的選擇按考慮大于本線路兩端電流互感器與保護裝置間及高頻信號電流傳輸延時等在區(qū)外故障時可能出現的最大角誤差 (例如為177。60176。)選定。l 以規(guī)定的兩端同一工頻電流的同一半波 (正或負)相互重疊時間表示兩工頻電流間的相位差，對于同一半波的兩工頻電流，在5OHz系統，當重疊時間為10ms時，表示兩端電流同相位，0ms時，表示兩端電流相位差180176。，在相差動高頻保護中，將規(guī)定的半波整形為方波，經過通道檢測本端與對端兩方波的重疊時間，做出動作與否的判據。圖1217表示相差動高頻保護的基本動作原理。l 圖1217相差動高頻保護的基本動作原理 l (a)原理接線示意圖。(b)內部故障時兩側電流的相位。l 相差動高頻保護的優(yōu)點是:保護可以在電力系統振蕩和非全相運行時繼續(xù)運行，不會誤動作。線路的串補電容對保護工作無影響。保護在電壓二次回路斷線時不會誤動作。保護的缺點是:當被保護線路一相斷線接地或非全相運行發(fā)生保護區(qū)內故障時，保護的靈敏度會變壞，甚至可能拒動。線路的分布電容影響線路兩端電流相位，長線影響更嚴重，因而保護不能用在太長的線路上，重負荷線路的負荷電流也會改變線路兩端電流的相位，不利于線路內部故障時保護動作。高頻相差保護是22OkV高壓輸電線路常用主保護之一，為了保證高值起動元件和操作元件的靈敏度，四統一設計的高頻相差保護，要求線路末端三相短路電流一次值不小于360A。22OkV線路長度不大于25Okm。l (4)高頻閉鎖方向保護。高頻閉鎖方向保護的基本原理是基于比較被保護線路兩側的功率方向。當兩側的短路功率方向都是由母線流向線路時，保護就動作跳閘。由于它是以高頻通道經常無電流，而當外部故障時由功率方向為負的一側發(fā)送高頻閉鎖信號去閉鎖兩側保護，因此稱為高頻閉鎖方向保護。l 圖1218高頻閉鎖方向保護的動作原理 l 現以圖1218說明高頻閉鎖方向保護的動作原理。假定功率正方向為從母線流向線路。圖中的K點發(fā)生短路，對BC線路來說，保護啟動元件動作發(fā)閉鎖信號，因為內部短路。此時B、C兩側功率方向皆為正方向，使收發(fā)信機停止發(fā)信，因而都發(fā)不出高頻閉鎖信號，兩側保護都動作跳閘。而對AB線路來說，則為外部短路。l 此時A側功率方向雖為正，但由于B側功率方向為負，故B側發(fā)高頻閉鎖信號，此閉鎖信號一方面被本側收信機所接收，另一方面通過高頻通道送到A側，將A側保護閉鎖，因而A、B側保護均不能動作跳閘。l 目前廣泛用負序功率方向元件來判別故障方向，高頻閉鎖負序方向保護的原理比較簡單。在全相運行條件下能夠正確反應各種不對稱短路，在三相短路時，只要不對稱時間大于5~7ms，保護可以動作“在兩相運行條件下 (包括單相重合閘過程中)發(fā)生故障，保護可能拒動。在電壓互感器二次回路斷線時，保護應退出工作。l 高頻閉鎖方向保護的主要優(yōu)點在于:利用非故障線路發(fā)送高頻閉鎖信號。這樣，當線路內部故障并伴隨著通道的損壞時 (例如通道所在相接地或斷線)，不會影響高頻閉鎖信號的傳輸，因而保護仍能正確動作，切除故障。l 12．1．2 電力系統繼電保護配置l 12．1．2．1 繼電保護配置和構成方案設計要求l (1)電力系統對繼電保護配置的基本要求。l 1)繼電保護是電力系統的重要組成部分，電力系統中所有的線路、母線等電力設備都不允許在無繼電保護狀態(tài)下運行，所配置的繼電保護必須符合GB14285《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》，符合可靠性 (可信賴性和安全性)、選擇性、靈敏性和速動性的要求當這些電力設備發(fā)生各種類型故障時，所配置的繼電保護應以可能最短的時限、在可能最小的區(qū)間內將故障設備從電網中斷開，以保證電力系統的安全運行和減輕故障設備的損害程度。l 2)繼電保護的配置方式，要滿足電力網結構、廠站主接線的要求，并考慮電力網和廠站運行方式的靈活性。但是，對導致繼電保護和安全自動裝置不能保證電力系統安全運行的電力網接線方式、變壓器接線和運行方式，應限制使用 (例如，不宜在大型電廠一向電力網送電的主干線上接入分支線。盡量避免出現短線路成串成環(huán)的接線方式。應避免和消除嚴重影響電網安全穩(wěn)定運行的不同電壓等級的電磁環(huán)網，發(fā)電廠不宜裝設構成電磁環(huán)網的聯絡變壓器，等等)。l 3)被保護線路在各種運行方式下 (線路空載、輕載、滿載等)發(fā)生各種類型的金屬性短路故障時，保護應能可靠地快速動作。當發(fā)生非金屬性接地故障或相間短路時，應保證有保護裝置能可靠地動作于切除故障線路，非故障線路的保護保證不會誤動作。切除故障時間滿足超高壓電力網運行穩(wěn)定性的要求。l 4)繼電保護性能應能適應自動重合閘的要求，在單相接地故障時，只跳開故障相，對瞬間性故障，應重合成功。對重合于永久性故障或重合閘過程只又發(fā)生故障，應能瞬間斷開三相，切除故障。l 5)被保護線路在各種運行條件下進行各種正常倒閘操作時，保護不得誤動作。在系統發(fā)生振蕩的全過程中線路發(fā)生故障時，保護不會非計劃性誤斷開被保護線路。而在振蕩過程中線路發(fā)生故障時，能有選擇性切除故障。在發(fā)生暫態(tài)穩(wěn)定破壞時，非故障線路的保護不會由于失去穩(wěn)定而非計劃誤發(fā)跳閘命令。l 6)連接到保護裝置的交、直流二次回路故障與二次回路干擾以及縱聯保護的通道發(fā)生故障或異常情況時，均不會引起繼電保護誤動作。l (2)影響電力網繼電保護配置的主要因素。電力網繼電保護配置方案應滿足電力系統對繼電保護 “四性”的要求，其中可靠性是四性的前提。l 整個電力系統是非常復雜的有機聯系的整體，任一電力設備和線路的故障如不能及時切除，都將影響電力系統的安全運行，影響的程度主要視電力設備和線路在電力系統中所處地位而定。因