【文章內(nèi)容簡介】 3 某110kV電網(wǎng)繼電保護方式 概述距離保護是反應(yīng)保護安裝處至故障點的距離，并根據(jù)距離的遠近而確定動作時限的一種保護裝置。測量保護安裝處至故障點的距離，實際上是測量保護安裝處至故障點之間的阻抗大小，故有時又稱之為阻抗保護。圖31距離保護也有一個保護范圍，短路發(fā)生在這一范圍內(nèi)，保護動作，否則不動作，這個保護范圍通常只用給定阻抗的大小來實現(xiàn)的。 測量阻抗 Zj = Z jZ d z 保護不動作 Z jZ d z 保護動作特點：故障時：即反映U175。,又反映I173。系統(tǒng)運行方式變化時，Z j不變，故不受運行方式變化的影響。三段式距離保護圖32 三段式距離保護示意圖 I段： ＝K relZAB ； ＝K relZBC (～) =0sII段： ＝ ( ZAB +) () ＝＋Δt III段： Z f. min 按階梯原則配合；三段式距離保護基本邏輯框圖圖33 三段式距離保護基本邏輯框圖 (1)距離保護的基本構(gòu)成對長距離、重負荷線路，由于線路的最大負荷電流可能與線路末端短路時的短路電流相差甚微，采用電流電壓保護，其靈敏性也常常不滿足要求。在110kV電壓輸電線路的一種保護裝置，輸電線路長度是一定的，其阻抗也基本一定。在其范圍內(nèi)任何故障，故障點至線路首端的距離不一樣，也就是阻抗不一樣，都會小于總阻抗。距離保護就是反應(yīng)故障點至保護安裝處之間的距離，并根據(jù)該距離的大小確定動作時限的一種繼電保護裝置。該裝置的主要元件是測量保護安裝之故障點之間的距離繼電器，繼電器實際上是測量保護安裝地點至故障點之間線路的阻抗，及保護安裝地點的電壓和通過線路電流的比值。由起動元件、方向元件、測量元件、時間元件和執(zhí)行部分組成。起動元件：發(fā)生短路故障瞬時起動保護裝置；方向元件：判斷短路方向；測量元件：測量點至保護安裝處距離；時間元件：根據(jù)預(yù)定的時限特性動作，保證保護動作的選擇性；執(zhí)行元件：作用于跳開斷路器。距離保護是以反映從故障點到保護安裝處之間阻抗大?。ň嚯x大?。┑淖杩估^電器為主要元件（測量元件），動作時間具有階梯性的相間保護裝置。當(dāng)故障點至保護安裝處之間的實際阻抗大于預(yù)定值時，表示故障點在保護范圍之外，保護不動作當(dāng)上述阻抗小于預(yù)定值時，表示故障點在保護范圍之內(nèi)，保護動作。當(dāng)再配以方向元件（方向特性）及時間元件，即組成了具有階梯特性的距離保護裝置。(2)距離保護的應(yīng)用距離保護可以應(yīng)用在任何結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運行方式多變的電力系統(tǒng)中，能有選擇性的、較快的切除相間故障。當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時，距離保護在有些情況下也能動作；當(dāng)發(fā)生兩相短路接地故障時，它可與零序電流保護同時動作，切除故障。因此，在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運行方式多變，采用一般的電流、電壓保護不能滿足運行要求時，則應(yīng)考慮采用距離保護裝置。(3)距離保護各段動作特性距離保護一般裝設(shè)三段，必要時也可采用四段。其中第I段可以保護全線路的80%~85%，~（保護裝置的固有動作時間），前者為晶體管保護的動作時間，后者為機電型保護的動作時間。第II段按階梯性與相鄰保護相配合，~，通常能夠靈敏而較快速地切除全線路范圍內(nèi)的故障。由I、II段構(gòu)成線路的主要保護。第III（IV）段，其動作時間一般在2s以上，作為后備保護段。(4)距離保護裝置特點①由于距離保護主要反映阻抗值，一般說其靈敏度較高，受電力系統(tǒng)運行方式變化的影響較小，運行中躲開負荷電流的能力強。在本線路故障時，裝置第I段的性能基本上不受電力系統(tǒng)運行方式變化的影響（只要流過裝置的故障電流不小于阻抗元件所允許的精確工作電流）。當(dāng)故障點在相鄰線路上時，由于可能有助增作用，對于地II、III段，保護的實際動作區(qū)可能隨運行方式的變化而有所變化，但一般情況下，均能滿足系統(tǒng)運行的要求。②由于保護性能受電力系統(tǒng)運行方式的影響較小，因而裝置運行靈活、動作可靠、性能穩(wěn)定。特別是在保護定值整定計算和各級保護段相互配合上較為簡單靈活，是保護電力系統(tǒng)相間故障的主要階段式保護裝置。 距離保護定值配合的基本原則距離保護定值配合的基本原則如下：(1)距離保護裝置具有階梯式特性時，起相鄰上、下級保護段之間應(yīng)該逐級配合，即兩配合段之間應(yīng)在動作時間及保護范圍上互相配合。距離保護也應(yīng)與上、下相鄰的其他保護裝置在動作時間及保護范圍上相配合。例如：當(dāng)相鄰為發(fā)電機變壓器組時，應(yīng)與其過電流保護相配合；當(dāng)相鄰為變壓器或線路時，若裝設(shè)電流、電流保護，則應(yīng)與電流、電壓保護之動作時間及保護范圍相配合。(2)在某些特殊情況下，為了提高保護某段的靈敏度，或為了加速某段保護切除故障的時間，采用所謂“非選擇性動作，再由重合閘加以糾正”的措施。例如：當(dāng)某一較長線路的中間接有分支變壓器時，線路距離保護裝置第I段可允許按伸入至分支變壓器內(nèi)部整定，即可仍按所保護線路總阻抗的80%~85%計算，但應(yīng)躲開分支變壓器低壓母線故障；當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，線路距離保護第I段可能與變壓器差動保護同時動作（因變壓器差動保護設(shè)有出口跳閘自保護回路），而由線路自動重合閘加以糾正，使供電線路恢復(fù)正常供電。(3)采用重合閘后加速方式，達到保護配合的目的。采用重合閘后加速方式，除了加速故障切除，以減小對電力設(shè)備的破壞程度外，還可借以保證保護動作的選擇性。這可在下述情況下實現(xiàn)：當(dāng)線路發(fā)生永久性故障時，故障線路由距離保護斷開，線路重合閘動作，進行重合。此時，線路上、下相鄰各距離保護的I、II段可能均由其振蕩閉鎖裝置所閉鎖，而未經(jīng)振蕩閉鎖裝置閉鎖的第III段，在有些情況下往往在時限上不能互相配合（因有時距離保護III段與相鄰保護的第II段配合），故重合閘后將會造成越級動作。其解決辦法是采用重合閘后加速距離保護III段，~2s，即可躲開系統(tǒng)振蕩周期，故只要線路距離保護III段的動作時間大于2~，即可滿足在重合閘后仍能互相配合的要求。 110kV線路保護采用距離保護電流速斷保護是雖然無延時動作，但卻不能保護本線路的全長；限時電流速斷保護是雖然保護本線路的全長，卻不能作為相鄰線路的后備保護；而定時限過電流保護是可作為本線路及相鄰線路的后被保護，但動作時間較長。所以在110kV及以上的高電壓、大容量、長距離、重負荷和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的網(wǎng)路中簡單的電流保護就難于滿足網(wǎng)路對保護的要求。因此，在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高壓電網(wǎng)中，應(yīng)采用性能更加完善的保護裝置，距離保護是其中之一。對110kV級以上電壓等級的復(fù)雜網(wǎng)線路保護一般采取距離保護，所謂距離保護，就是反應(yīng)故障點至保護安裝處越近，保護動作時間越短；故障點距保護安裝處越遠，保護的動作時間越長，從而保護動作是有選擇性。測量故障點至保護安裝的距離，實際上就是用阻抗繼電氣測量故障點知保護安裝處的阻抗。因此距離保護又叫阻抗保護。阻抗測量的原理，阻抗法建立在工頻電氣量的基礎(chǔ)上，通過建立電壓平衡方式，利用數(shù)值分析方法求解到故障點和測量點之間的電抗，由此可以推出故障的大致位置。根據(jù)所使用電氣量的不同，阻抗法分為單短法和雙端法兩種。對于單端法，簡單來說可以歸納為迭代法和解二次方程法。迭代法可以出現(xiàn)偽根，也用可能不收敏。解二次方程法雖然原理和實質(zhì)都比迭代法優(yōu)越，但任有偽根問題。此外，在實際應(yīng)用中單短阻抗法的精度不高，特別容易受到故障點過度電阻、對側(cè)系統(tǒng)電阻、負荷電流的影響。同手由于計算過程中，算法往往建立在一個或者幾個假設(shè)基礎(chǔ)之上，而這些假設(shè)與實際情況不一致，所以單端阻抗法存在無法消除的原理性誤差。但單端法也有其顯示的優(yōu)點：原理簡單、易于實用、設(shè)備投入低、不需要額外的通訊設(shè)備。雙端法利用線路兩端的電氣信息量進行故障測距，已從原理上消除過渡電阻的影響。通常雙端法可以利用線路兩端電流或兩斷電流、一端電壓進行測距，也可以用兩端電壓和電流進行故障測距。理論上雙端法不受故障類型和故障點過渡電阻的影響，有其優(yōu)越性。特別是近幾年來GPS設(shè)備和光纖設(shè)備的使用，為雙端阻抗法提供技術(shù)上的保障。雙端法的缺點在于：計算量大、設(shè)備投資大、需要額外的同步設(shè)備和通訊設(shè)備。與電流、電壓保護相比較，距離保護具有以下的特點：(1)靈敏度高，阻抗繼電器反映了正常情況與短路故障時的電流、電壓值的變化，短路故障電流增大，電壓降低，阻抗的變化量更加顯著。所以，比反應(yīng)單一物理量的電流、電壓保護靈敏度高。(2)保護范圍與選擇性不受系統(tǒng)運行方式的影響。當(dāng)系統(tǒng)運行方式改變時，短路故障電流和母線剩余電壓繁盛變化。例如，最小運行方式下，斷路故障電流減小，電流速斷保護縮短保護范圍，過電流保護降低靈敏度。而距離保護由于短路點至保護安裝處的阻抗取決于短路點至保護安裝處的點距離，不受系統(tǒng)運行方式的影響。(3)迅速動作范圍較長。距離保護常常采用階梯型時限保護特性，這種時限特性比單一的電流保護的時限特性優(yōu)越的多。與三段電流保護相比，由于距離保護的保護范圍基本上不受系統(tǒng)運行方式的影響，所以距離保護第一段的保護范圍比電流速斷保護范圍長，距離保護第二段的保護范圍比時限電流速斷保護范圍長，因而距離保護速度動作時間的范圍較長。 距離保護的評價及應(yīng)用范圍根據(jù)距離保護的工作原理，它可以在多電源復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中保證有選擇性地動作。它不僅反應(yīng)短路時電流的增大，而且又反應(yīng)電壓的降低，因而靈敏度比電流、電壓保護高。保護裝置距離I段的保護范圍不受系統(tǒng)運行方式的影響，其它各段受系統(tǒng)運行方式變化的影響也較小，同時保護范圍也可以不受短路種類的影響，因而保護范圍比較穩(wěn)定，且動作時限也比較固定而較短。雖然距離保護第I段是瞬時動作的，但是，它只能保護線路全長80%~85%，它不能無時限切除線路上任一點的短路，一般線長15%~20%，特別是雙側(cè)電源的線路就有30%~40%線長的短路，不能從兩端瞬時切除。因此，對于220kV及以上電壓網(wǎng)絡(luò)根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定運行的需要，要求全長無時限切除線路任一點的短路，這時距離保護就不能作主保護來應(yīng)用。距離保護的工作受到各種因素的影響，如系統(tǒng)振蕩、短路點的過度電阻和電壓回路的斷線失壓等。因此，在保護裝置中需采取各種防止或減少這些因素影響的措施，如振蕩閉鎖、瞬時測定和電壓回路的斷線失壓閉鎖等，需應(yīng)用復(fù)雜的阻抗繼電器和較多的輔助繼電器，使整套保護裝置比較復(fù)雜，可靠性相對比電流保護低。雖然距離保護仍存在一些缺點，但是，由于它在任何形式的網(wǎng)絡(luò)均能保證有選擇性的動作。因此，廣泛地以內(nèi)功用在35kV及以上電壓的電網(wǎng)中。通常在35kV電壓網(wǎng)絡(luò)中，距離保護可作為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)相間短路的主保護；110~220kV的高壓電網(wǎng)和330~500kV的超高壓電網(wǎng)中，相間短路距離保護和接地短路距離保護主要作為全線速動主保護的相間短路和接地短路的后備保護，對于不要求全線速動保護的高壓線路，距離保護則可作為線路的主保護。 零序電流保護目前我國110kV級以上電壓等級的電力系統(tǒng)，均屬于大電流接地系統(tǒng)。大電流接地系統(tǒng)中發(fā)生接地故障的時候，就有零序電流、零序電壓和零序功率出現(xiàn)，利用這些電氣量構(gòu)成保護接地短路的繼電保護裝置統(tǒng)稱為零序電流保護。中性點直接接地系統(tǒng)中發(fā)生接地故障幾率達80~90%，零序保護有較好效果。，零序電壓及零序功率的特點 (1)故障點的零序電壓最高，離故障點越遠，零序電壓越低。(2)零序電流的分布，決定于線路的零序阻抗和中性點接地變壓器的零序阻抗及變壓器接地中性點的數(shù)目和位置，而與電源的數(shù)量和位置無關(guān)。(3)故障線路零序功率的方向與正序功率的方向相反，是由線路流向母線的。 (4)某一保護安裝地點處的零序電壓與零序電流之間的相位差取決于背后元件的阻抗角。(5)在系統(tǒng)運行方式變化時，正、負序阻抗的變化，引起UdUd2 、Ud0之間電壓分配的改變，因而間接地影響零序分量的大小。(a)(b)(c)圖34 接地短路是的零序等效網(wǎng)絡(luò)(a)系統(tǒng)接線圖；(b)零序網(wǎng)絡(luò)圖；(c)零零序電壓的分布(1)零序電流速斷保護（零序I段） 零序電流速斷保護起動值的整定原則如下。 躲開下一條線路出口處單相接地或兩相接地短路時可能出現(xiàn)的最大零序電流3I0max ,即 (37)(2)限時零序電流速斷保護（零序Ⅱ段） ①起動電流 零序Ⅱ段的起動電流應(yīng)與下一段線路的零序Ⅰ段保護相配合。 ，該保護的起動電流為 (38)，該保護的起動電流為 (39)②動作時限 零序Ⅱ段的動作時限與相鄰線路零序Ⅰ段相配合。 ③靈敏度校驗零序Ⅱ段的靈敏系數(shù)，應(yīng)按照本線路末端接地短路時的最小零序電流來校驗，并滿足Ksen≥。即 (310)(3)定時限零序過電流保護（零序Ⅲ段） ①起動電流,即 (311)Ⅲ段相配合就是本保護零序Ⅲ段的保護范圍，不能超出相鄰線路上零序Ⅲ段的保護范圍。當(dāng)兩個保護之間具有分支電路時(有中性點接地變壓器時)，起動電流整定為 (312)②靈敏度校驗 作為本條線路近后備保護時，按本線路末端發(fā)生接地故障時的最小零序電流3I0min來校驗，要求 (313)作為相鄰線路的遠后備保護時，按相鄰線路保護范圍末端發(fā)生接地故障時，流過本保護的最小零序電流3I0min來校驗，要求 (314)(4)對零序電流保護和方向性零序保護的評價：①零序電流保護比相間短路的電流保護有較高的靈敏度。 ②零序過電流保護的動作時限較相間保護短。 ③零序電流保護不反應(yīng)系統(tǒng)振蕩和過負荷。 ④零序功率方向元件無死區(qū)。副方電壓回路斷線