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范文 高压输电线路距离保护的保护配置及其整定计算






第一章 绪论 ...................................................................................................................................................1 1.1 距离保护的

基本概念........................................................................................................................1 1.2 选题背景 ...........................................................................................................................................1 1.3 选题意义 ...........................................................................................................................................2 1.4 论文所做工作....................................................................................................................................2 第二章 阻抗继电器及其接线方式................................................................................................................4 2.1 引言 ...................................................................................................................................................4 2.2 构成阻抗继电器的基本原则............................................................................................................4 2.3 利用复数平面分析圆或直线特性阻抗继电器 ................................................................................5 2.4 对接线方式的基本要求....................................................................................................................8 2.6 接地短路阻抗继电器的接线方式 ....................................................................................................9 2.7 小结 .................................................................................................................................................10 第三章 距离保护的整定原则及优化方法 ..................................................................................................12 3.1 引言 .................................................................................................................................................12 3.2 三段式相间距离保护的整定原则 ..................................................................................................12 3.3 三段式接地线路距离保护的优化方法 ..........................................................................................16 3.4 小结 .................................................................................................................................................18 第四章 距离保护的保护配置及实例计算 ..................................................................................................19 4.1 引言 ................................................................................................................................................19 4.2 距离保护框图.................................................................................................................................19 4.3 电力系统振荡对距离保护的影响与闭锁措施 ............................................................................21 4.4 实例计算 ........................................................................................................................................22

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高压输电线路距离保护的保护配置及其整定计算
专业:电气工程及其自动化 学号:7022812009 学生姓名:袁乐华 指导教师:黄灿英

摘要:距离保护是利用短路时电压、电流的变化特征,通过测量故障阻抗来确定故障所处范围的一 种保护,故其保护区稳定,灵敏度高,能够在高压及超高压输电线路中广泛应用,则距离保护的正 确整定是保证该保护正确动作的前提。 本论文就是基于这样的前提对高压输电线路三段式相间距离保护和三段式接地距离保护的整定 进行研究和计算。首先,通过对阻抗继电器的深入研究,了解其原理及工作特性,从而对距离保护 实现保护配置,得出距离保护的逻辑框图;其次,论述了三段式相间距离保护整定原则,并针对三 段式零序距离保护现有整定原则的缺陷,提出了优化方案;最后,通过江西省 220KV 的清江变电站 中具有典型特性的丰江线进行距离保护的整定计算,验证文中所用整定原则的正确性。理论计算结 果表明:文中所用原则能够满足继电保护的“四性”要求。 关键词:距离保护,阻抗继电器,保护配置,整定计算,优化计算

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The protection disposition and the installation computation of the high pressure transmission line distance protection
Abstract: Distance protection is uses the short circuit the voltage, the electric current change characteristic, determines the breakdown location scope through the survey breakdown impedance one kind of protection, therefore its protectorate is stable, the sensitivity is high, can in the high pressure and in the ultrahigh voltage transmission line the widespread application, is guarantees this protection correct movement from the protection correct installation the premise. the present paper is conducts the research and the computation based on such premise to the high pressure transmission line triad interaction from the protection and the triad touchdown distance protection installation. First, through to impedance relay's deep research, understands its principle and the operational factor, thus to realizes the protection disposition from the protection, obtains is away from the protection the functional block diagram; Next, elaborated the triadic interaction to be away from the protection installation principle, Finally, has the typical characteristic abundant river line through in the JiangXi Province 200KV QingJiang transformer substation to carry on is away from the protection the installation computation, confirms in the article to use the installation principle the accuracy. The theoretical calculation result indicated: In the article uses the principle to be able to satisfy the relay protection “four nature” the request. Keywords: Distance protection,Impedance relay, The protection disposes ,Installation computation, Optimized computation

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第一章 绪论
1.1 距离保护的基本概念 电流保护的主要优点是简单、经济及工作可靠。但是由于这种保护整定值的选择、保护范围以 及灵敏系数等方面都直接受电网接线方式及系统运行方式的影响,所以,在 35 千伏及以上电压的复 杂网络中,它们都很难满足选择性、灵敏性以及快速切除故障的要求。为此,就必须采用性能更加 完善的保护装置。距离保护就是适应这种要求的一种保护原理。

A

2

B 1

d

C

Z AB ? Z d
(a)

Zd
t3 t2 t2 t1
? Z dz ?1

t

t1
? Z dz ?2

l
? Z dz ?1

Z

? dz ? 2

图 1.1 距离保护的作用原理 (a)网络接线 (b)时限特性 距离保护是反应故障点至保护安装地点之间的距离(或阻抗)继电器,它可根据其端子上所加 的电压和电流测知保护安装处至短路点间的阻抗值,此阻抗称为继电器的测量阻抗。当短路点距保 护安装处近时,其测量阻抗小,动作时间短;当短路点距安装处远时,其测量阻抗增大,动作时间 增长,这样就保证了保护有选择性地切除故障线路。如图 1.1 所示,当 d 点短路时,保护 1 测量的 阻抗是 Z d ,保护 2 测量的阻抗是 Z AB ? Z d 。由于保护 1 距短路点较近,保护 2 距短路点较远,所 以保护 1 的动作时间可以作到比保护 2 的动作时间短。这样,故障将由保护 1 切除,而保护 2 不致 误动作。这种选择性的配合,是靠适当地选择各个保护的整定值和动作时限来完成的。 1.2 选题背景 随着用电负荷逐年增长,电力系统的网络构日趋复杂多样,长短线路相互联结和复杂环网及同 杆并架多回线将大量出现,这样一旦出现故障,将会威胁到整个电网的供电安全。继电保护系统是 电力系统中必不可少的重要子系统。它承担着断开故障元件和保证电力系统安全稳定运行的任务。
1

它的基本任务是: (1)当电力系统发生故障时,迅速地有选择地将故障设备从电力系统中切除,保 证系统的其余部分快速恢复正常运行。 (2)当发生不正常工作情况时,快速地有选择地发出报警信 号,由运行人员手工切除那些继续运行会引起故障的电气设备。可见,继电保护对保证系统安全、 稳定和经济运行,阻止故障的扩大和事故的发生发挥着极其重要的作用。因此,合理配置继电保护 装置,提高整定和校核工作的快速性和准确性,以满足现代电力系统安全稳定运行的要求具有十分 重要的意义。 本课题主要针对高压输电线路,对其进行距离保护并整定距离保护的配置。距离保护可以应用 在任何结构复杂、运行方式多变的电力系统中,能有选择地、较快地切除相间短路故障,它是反应 故障点至保护安装地点之间的距离(或阻抗),并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。 该装置的主要元件为距离(阻抗)继电器,它可根据其端子上所加的电压和测知保护安装处至短路 点间的阻抗值,此阻抗称为继电器的测量阻抗。当短路点距保护安装处近时,其测量阻抗小,动作 时间短;当短路距保护安装处远时,其测量阻抗增大,动作时间增长,这样就保证了保护有选择性地 切除故障线路。在 35KV 及以上的电压的复杂网络中,电流、电压保护很难满足选择性、灵敏性以及 快速切除故障的要求。为此,就必须采用性能更加完善的保护装置。距离保护就是适应这种要求的 一种保护原理。 要整定高压输电线路距离保护的保护配置,首先要根据高压输电线路的特点确定其方案,其次 就是要对其进行整定计算,合理化的保护整定计算对提高保护装置运行的可靠性具有重要作用,保 护装置的灵敏性、选择性和速动性要靠整定计算获得合理保护定值来保证。在电力生产运行和电力 工程设计工作中,继电保护整定计算是一项必不可少的内容。通过计算,不但能选择和论证继电保 护的配置及造型的正确性,还能使全系统各种继电保护有机协调地布置,正确地发挥作用。 1.3 选题意义 必须注意,任何一种保护装置的性能都是有限的,即任何一种保护装置对电力系统的适应能力 都是有限的。当电力系统的要求超出该种保护装置所能承担的最大变化限度时,该保护装置便不能 完成保护任务。从继电保护所提出的基本要求来评价距离保护,可以作出如下几个主要结论: (1)根据距离保护的工作原理,它可以在多电源的复杂网络中保证动作的选择性。 (2)距离Ⅰ段是瞬时动作的,但是它只能保护线路全长 80%~85%。因此,两端合起来就使得在 30%~40%的线路长度内故障,不能从两端瞬时切除,在一端须经 0.5s 的延时才能切除。在 220KV 及 以上电压的网络中,有时候这不能满足电力系统稳定运行的要求.因而,不能作为主保护来应用。 (3)由于阻抗继电器同时反应于电压的降低和电流的增大而动作。因此,距离保护较电流、电压 保护具有较高的灵敏度。此外,距离Ⅰ段的保护范围不受系统运行方式变化的影响,其他两段受的 影响也比较小,因此,保护范围比较稳定。 (4)由于距离保护中采用了复杂的阻抗继电器和大量的辅助继电器,再加上各种必要的闭锁装 置,因此,接线复杂,可靠性比电流保护低,这也是它的主要缺点。 除了保护装置性能的局限性之外,在整定计算中,继电保护整定计算既有自身的整定问题,也 有继电保护的配置与造型问题,还有电力系统的结构和运行问题。因此,整定计算要综合、辩证、 统一的运用。 1.4 论文所做工作 综上分析,有必要对高压输电线路距离保护整定进行优化,以更好地满足高压输电线路继电保
2

护的“四性“要求。在本课题中,只要是对江西 220KV 清江变电站中输电线路的距离保护进行整定 计算,并对接地距离保护进行适当的优化计算,这对充分发挥继电保护装置的功能和保证电力系统 的安全稳定运行具有十分重要的意义;再者,就是为了更好掌握所学专业知识,将各门课的知识融 会贯通,并为将来工作积累一定的工作经验,为实际工作打下坚实的基础,这具有理论结合实际的 现实意义。

3

第二章 阻抗继电器及其接线方式
2.1 引言 阻抗继电器是距离保护装置的核心元件, 其主要作用是测量短路点到保护安装地点这间的阻 抗,并与整定阻抗值进行比较,以确定保护是否应该动作。在本章中,主要深入研究方向阻抗继电 器和偏移特性阻抗继电器的原理和接线方式,为距离保护的保护配置做好理论准备。 阻抗继电器按其构成方式可分为单相式和多相式两种。
jX

c
0.85ZBC

A 2

B

1

LH
?

C

B

?d
3

2

1

R

YH
?

IJ
ZJ A

UJ
(a)
(b)

图 2.1 用复数平面分析阻抗继电器的特性 (a)网络连线 (b)被保护线路的测量阻抗及动作特性
?
?

单相式阻抗继电器是指加入继电器的只有一个电压 U J(可以是相电压或线电压) 和一个电流 I J

Z (可以是相电流或两相电流之差)的阻抗继电器, U J 和 I J 的比值 称为继电器的测量阻抗 J ,即

?

?

ZJ ?
由于

UJ IJ
?

?

(2-1)

Z J 可以写成 R ? jX 的复数形式,所以可以利用复数平面来分析这种继电器的动作特性,

并用一定的几何图形把它表示出来,如图 2.1 所示。 多相补偿式阻抗继电器则是一种多相式继电器,加入继电器的是几个相的补偿后电压,它的主 要优点是可反应不同相别组合的相间或接地短路,但由于加入继电器的不是单一的电压和电流,因 此就不能利用测量阻抗的概念来分析它的特性,而必须结合给定的系统、给定的短路点故障类型对 其特性进行具体分析。 2.2 构成阻抗继电器的基本原则 以图 2.1(a)中线路 B-C 的保护 1 为例,将阻抗继电器的测量阻抗画在复数阻抗平面上,如 图 2.1(b)所示。线路的始端 B 位于坐标的原点,正方向线咱的测量阻抗在第一象限,反方向线路

4

的测量阻抗则在第三象限,正方向线路测量阻抗与 R 轴之间的角度为线路 B-C 的阻抗角 护 1 的距离Ⅰ段,起动阻抗应整定为

?d 。对保

? Zdz ?1 ? 0.85Z BC ,阻抗继电器的起动特性就应包括 0.85Z BC 以

内的阻抗,可用图 2.1(b)中阴影线所括的范围表示。 由于阻抗继电器都是接于电流互感器和电压互感器的二次侧,其测量阻抗与系统一次侧的阻抗 之间存在下列关系

U( B) ZJ ? n U UJ n ? y ? (B) ? Zd l I BC IJ I BC ny nl

(2-2)

式中

U( B)

——加于保护装置的一次侧电压,即母线 B 的电压;

I BC — 接入保护装置的一次电流,即从 B 流向 C 的电流;

ny

— 电压互感器的变比;

nl — 线路 B-C 上电流互感器的变比; Z d — 一次侧的测量阻抗。
如果保护装置的整定阻抗经计算以后为
? Z dz ? Z dz

? Z dz ,则按(2-2)式,继电器的整定阻抗应该选择为

nl ny

(2-3)

为了减少过渡电阻以及互感器误差的影响,尽量简化继电器的接线,并便于制造和调试,通常 把阻抗继电器的运作特性扩大为一个圆。如图 2.1(b)所示,其中 1 为全阻抗继电器的动作特性, 2 为方向阻抗继电器的动作特性,3 为偏移特性的阻抗继电器是动作特性。此外尚有动作特性和透镜 形、四边形的继电器等。 2.3 利用复数平面分析圆或直线特性阻抗继电器 2.3.1 方向阻抗继电器 方向阻抗继电器的特性是以整定阻抗

Z zd

为直径而通过坐标原点的一个圆,如图 2.2 所示,圆
? ?

? 内为动作区,圆外为不动作区。当加入继电器的 U J 和 I J 之间的相位差 J 为不同数值时,此种继电
器的起动阻抗也将随之改变。当

?J 等于 Z zd 的阻抗角时,继电器的起动阻抗达到最大,等于圆的直

径,此时,阻抗继电器的保护范围最大,工作最灵敏,因此,这个角度称为继电器的最大灵敏角, 用

?lm 表示。当保护范围内部故障时, ?J ? ?d (为被保护线路的阻抗角) ,因此应该调整继电器的

最大灵敏角使

?lm ? ?d ,以便继电器工作在最灵敏的条件下。
Z J 位于第三象限, 继电器不能动作, 因此它本身就具有方向性,
5

当反方向发生短路时, 测量阻抗

故称之为方向阻抗继电器。方向阻抗继电器也可由幅值比较或相位比较的方式构成,现分别讨论如 下: (1)用幅值比较方式分析如图 2.2(a)所示,继电器能够起动(即测量阻抗 条件是

Z J 位于圆内)的

1 1 ?? J ? Z zd ? ? ? Z zd ? 2 2
等式两端均以电流 I J 乘之,即变为如下两个电压的幅值的比较
? 1? 1? ? U J ? I J Z zd ? ? ? I J Z zd ? 2 2
?

(2-4)

(2-5)

jX

Zzd
1 1 Z zd Z J ? Z zd 2 2

jX

Zzd

Z J ? Z zd
ZJ o (b)

ZJ o (a) R

?
R

图 2.2 方向阻抗继电器的动作特性 (a)幅值比较式的分析 (b)相位比较式的分析

(2)用相位比较方式分析如图 2.2(b)所示,当
0

Z J 位于圆周上时,阻抗 Z J 与 (Z J ? Z zd ) 之
0 0

间的相位差为 ? ? 90 ,类似于对全阻抗继电器的分析,同样可以证明 270 ? ? ? 90 是继电器能够 起动的条件。 将

ZJ

(Z ? Z zd ) 均以电流 I J 乘之,即可得到比较相位的两个电压分别为 与 J
UP ?U J U ? ? U J ? I J Z zd
? ? ? ? ?

?

(2-6)

同样, U P 称为极化电压, U ? 称为补偿电压。 2.3.2 偏移特性的阻抗继电器 偏移特性阻抗继电器的特性是当正方向的整定阻抗为

?

?

Z zd 时,同时向反方向偏移一个 aZ zd ,式

中 0 ? a ? 1 ,继电器的动作特性如图 2.3 所示,圆内为动作区,圆外为不动作区。由图 2.3 可见,圆
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的直径为

? Z zd ? aZ zd?,圆心的坐标

Z0 ?

1 1 ( Z zd ? aZ zd ) ? Z zd ? Z 0? ? ? Z zd ? aZ zd? 2 2 ,圆的半径为 。

这种继电器的动作特性介于方向阻抗继电器和全阻抗继电器之间, 例如当采用 a ? 0 时, 即为方 向阻抗继电器,而当 a ? 1 时,则为全阻抗继电器,其起动阻抗

Z dz? J 既与 ?J 有关,但又没有完全的

方向性,一般称其为具有偏移特性的阻抗继电器。实用上通常采用 a ? 0.1 ? 0.2 ,以便消除方向阻 抗继电器的死区。现对其构成方式分析如下: (1)用幅值比较方式分析如图 2.3(a)所示,继电器能够起动的条件为:

??J ? Z0? ? ? Zzd ? Z0?
等式两端均以电流 I J 乘之,即变为如下两个电压的幅值的比较
?

? U J ? I J Z0? ? ? I J (Z zd ? Z 0 ) ?
1 1 ? U J ? I J (1 ? a ) Z zd? ? ? I J (1 ? a ) Z zd? 2 2 或
( 2 )用相位比较方式的分析如图 2.3 ( b ) ,当

?

?

?

(2-7)

Z J 位于圆周上时,向量 (Z J ? aZ zd ) 与

(Z J ? Z zd ) 之间的相位差 ? ? 900 ,同样可以证明, 2700 ? ? ? 900 也是继电器能够起动的条件。

jX

Zzd Z0
ZJ-Z0

jX

Zzd

ZJ o R
ZJ-Zzd

ZJ

?

o -aZzd

-aZzd

图 2.3 具有偏移特性的阻抗继电器 (a)幅值比较式的分析
?

(b)相位比较式的分析



(Z J ? aZ zd ) 和 (Z J ? Z zd ) 均以电流 I J 乘之,即可得到用以比较其相位的两个电压为

7

U P ? U J ? a I Z zd U ? ? U J ? I J Z zd
最后,重复总结一下如下三个阻抗的意义和区别,以便加深理解:
?
?

? ?

?

?

?

?

(2-8)
?

Z J 是继电器的测量阻抗, Z 由加入继电器中电压 U J 与电流 I J 的比值确定, J 的阻抗角就是 U J
和 I J 之间的相位差
?

?j



Z zd 是继电器的整定阻抗,一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗作为整定阻抗。对
全阻抗继电器而言,就是圆的半径,对方向阻抗继电器而言,就是在最大灵敏角方向上的圆的直径, 而对偏移特性阻抗继电器,则是在最大灵敏角方向上由原点到圆周上的长度;
?
?

Z zd ? J 是继电器的起动阻抗,它表示当继电器刚好动作时,加入继电器中电压 U J 与电流 I J 的比
值,除全阻抗继电器以外, 于

Z zd ? J 是随着 ?J 的不同而改变的,当 ?J ? ?lm 时, Z zd ? J 的数值最大,等

Z zd 。
?
?

2.4 对接线方式的基本要求 根据距离保护的工作原理,加入继电器的电压 U J 和电流 I J 应满足以下要求: (1)继电器的测量阻抗正比于短路点到保护安装地点之间的距离; (2)继电器的测量阻抗应与故障类型无关,也就是保护范围不随故障类型而变化。
0 当阻抗继电器加入的电压和电流 U AB 和 I A - I B 时,我们称之为“ 0 接线” ,为 U AB 和 I A 时称

?

?

?

?

?

为“+ 30 接线”等等。当采用三个继电器 称及相应的电压和电流组合如表 2.1 所示。 2.5 相间短路阻抗继电器的 0 接线方式 表 2.1
0

0

J 1、J 2、J 3 分别接于三相时,常用的几种接线方式和名

阻抗继电器采用不同接线方式时,接入电压和电流关系

8

继电器 接线方式 00接线 +300接线
UJ
?

J1
IJ
?

J2
UJ
?
?

J3
IJ
I B -I C
? ?

?

UJ U CA U CA U CA
? ? ?
?

?

IJ
I C -I A
?

?

U AB U AB U AB
? ?

?

I A -I B
IA
?

?

U BC U BC U BC
? ?

?

IB

?

IC

?

-300接线

-I B

?

-I C

?

-I A

?

相电压和具有K3IO 补偿的相电流接线

UA

?

I A +K 3 I 0

?

?

UB

?

I B +K 3 I 0

?

?

UC

?

I C +K 3 I 0

?

?

这是在距离中广泛采用的接线方式,现在根据表 2.1 所示的关系,对各种相间短路时继电器的测量 阻抗分析如下。在此,测量阻抗仍用电力系统一次侧阻抗表示,或认为电流和电压互感器的变比为

nl ? ny ? 1



2.6 接地短路阻抗继电器的接线方式 在中性点直接接地的电网中,当零序电流保护不能满足要求时,一般考虑采用接地距离保护, 它的主要任务是正确反应这个电网中的接地短路,因此,对阻抗继电器的接线方式需要进一步的讨 论。 在单相接地时,只有故障相的电压降低,电流增大,而任何相间电压都是很高的,因此,从原 则上看,应该将故障相的电压和电流加入继电器中。例如,对 A 相阻抗继电器采用:
? ? ? ?

U J =U A ; IJ ? IA
? ?

(2-9)

关于这种接线能否满足要求,现分析如下:将故障点的电压 U dA 和电流 I A 分解为分量,则:

I A ? I1? I 2 ? I 0 U dA ? U d1 ? U d 2 ? U d 0 ? 0
应具有如下的关系:
? ? ? ?

?

?

?

?

(2-10)

接照各序的等效网络, 在保护安装地点母线上各分量的电压与短路点的对称分量电压之间,
? ? ? ? ?

U 1 ? U d 1 ? I 1 Z1 L U 2 ? U d 2 ? I 2 Z1 L U 0 ? U d 0 ? I 0 Z0 L
? ? ? ?

(2-11)

9

因此,保护安装地点母线上的 A 相电压即应为:

U A ? U A1 ? U A2 ? U A3 ? U d 1 ? I 1 Z1L ? U d 2 ? I 2 Z 2 L ? U d 0 ? I 0 Z 0 L ? Z1 L( I 1 ? I 2 ? I 0 ? Z1 L( I A ? I 0
? ?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

? ? ? Z Z0 ) ? Z1L( I A ? I 0 ? I 0 0 ) Z1 Z1

?

?

Z 0 ? Z1 ) Z1
? ?

(2-12)

当采用 U J ? U A 和 I J ? I A 的接线方式时,则继电器的测量阻抗为:

ZJ ?

UJ IJ
?

?

? Z1L ?
I0
?

I0 IA
?

?

(Z0 ? Z1 ) L
(2-13)

此阻抗之值与 I A 之比值有关,而这个比值因受中性点接地数目与分布的影响,并不等于常数, 故继电器就不能准确地测量从短路点到保护安装地点之间的阻抗,因此,不能采用。 为了使继电器的测量阻抗在单相接地时不受 I 0 的影响,根据以上分析的结果,就应该给阻抗继 电器加入如下的电压和电流:
? ?

?

?

U J ?U A I J ? I A? I0
K?
式中
? ? ? ? Z 0 ? Z1 ? IA ? K3I 0 Z1

(2-14)

Z 0 ? Z1 3Z1 。一般可近似认为零序阻抗角和正序阻抗角相等,因而 K 是一个实数。这样,
? ?

继电器的测量阻抗将是

ZJ ?

UJ IJ

?

Z1L( I A ? K 3 I 0 ) I A? K3I 0
? ?

?

?

? Z1L
(2-15)

它能正确地测量从短路到保护安装地点之间的阻抗,并与相间短路的阻抗继电器所测量的阻抗 为同一数值,因此,这种接线得到了广泛的应用。 为了反应任一相的单相接地短路,接地距离保护也必须采用三个阻抗继电器,其接线方式分别 为: U A , I A ? K 3 I 0 ;U B , I B ? K 3 I 0 ;U C , I C ? K 3 I 0 。 这种接线方式同样能够反应于两相接地短路和三相短路,此时接于故障的阻抗继电器的测量阻 抗亦为
? ? ? ? ? ? ? ? ?

Z1 L 。

2.7 小结 通过上述所叙,得知方向阻抗继电器和偏移特性阻抗继电器的原理和特性,采用方向阻抗继电
10

器能得到较好的躲负荷性能。关于接线方式,在相间距离保护中,可采用 0 接线方式,而接地距离 保护,为了反应任一相的单相接地短路,接地距离保护也必须采用三个阻抗继电器,其接线方式采 用零序电流补偿的方式。

0

11

第三章 距离保护的整定原则及优化方法
3.1 引言 要实现三段式距离保护,必须进行整定计算,基于高压输电线路的复杂性以及各段间的相互配 合问题,每段的整定原则不一样的。为了更好实现继电保护的“四性”要求,在对相间距离保护整 定原则研究的同时,有必要对接地距离保护的优化原则做一次尝试性的研究。因此,本章将主要完 成以下的研究工作: (1)三段式相间距离保护整定原则的研究。 (2)三段式接地距离保护整定原则优化方案的研究。 3.2 三段式相间距离保护的整定原则 三段式相间距离保护主要是反应相间短路的保护,只有通过合理的整定相间距离 I 段、II 段、 III 段才能相互配合,正确的切除此类故障。下面将图 3.1 中的保护 2 和保护 1 为例,分别论述各 段保护的整定方法。

A 2

B

1

C d

图 3.1 选择整定阻抗的网络接线 3.2.1 相间距离保护 I 段的整定原则 相间距离保护 I 段的保护判据:
' Z ? K k Z zd .1

(3-1)

考虑到阻抗继电器和电流、电压互感器的误差,需引入可靠系数
? Zdz ?2 ? (0.8 ? ?????? ??

K k (一般取 0.8~0.85。 )

(3-2) 同理对保护 1 的第Ⅰ段整定值为:
? Zdz ?1 ? (0.8 ? ???????C

(3-3) 3.2.2 距离保护第Ⅱ段的整定 为了防止下一条线路出口处短路而导致本线路距离 I 段保护(速动段)误动,按躲开下一条线 路出口处短路的原则来确定,通常只要求其能够保护线路的 80%~85%,故其定值应为(以保护 2 为 例) :

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? ? Z dz ?2 ? K k ( Z AB ? Z dz ?1 )

? 0.8[Z AB ? (0.8 ? ???????C ]
(3-4) 如图(3.1)所示,应按以下两点原则来确定: (1)与相邻线路距离保护第Ⅰ段相配合,参照(3-4)式的原则并考虑分支系数 可采用下式进行计算:
? ? Zdz ?2 ? Kk (Z AB ? K fz Zdz?1 )

K fz

的影响,

(3-5)

式中可靠系数

K k 一般采用 0.8;K fz 应采用当保护 1 第Ⅰ段末端短路时, 可能出现的最小数值。

A

2
I AB
A
?

B

d 1

C

I BC
? I AB

Id I AB
? I dz ?2

I BC
? I dz ?1 I AB

? I dz ?2

M
I AB?M
l

图 3.2 有助增电流时,限时电流速断保护的整定 例如在图(3.2)所示具有助增电流的影响时,在 d 点短路时变电所 A 距离保护 2 的测量阻抗将 是:
? ? ?

Z2 ?

U dA I AB
?

?

I AB Z AB ? I BC Z d I AB I BC I AB
? ? ?

? Z AB ?

Z d ? K fz Z d
(3-6)

此时

K fz

>1,由于助增电流的影响,与无分支的情况相比,将使保护 2 的测量阻抗增大。

在图(3.3)中,分支电路为一并联线路,由于外汲电流的影响, 将使保护 2 处的测量阻抗减小。

K fz

<1,与无分支的情况相比,

13

因此,为充分保证保护 2 与保护 1 之间的选择性,就应该按

K fz

为最小的运行方式来确定保护 2

距离Ⅱ的整定值,使之不超出保护1距离Ⅰ段的范围。这样整定之后,再遇有 方式时,距离保护Ⅱ段的保护范围只会缩小而不可能失去选择性。

K fz

增大的其它运行

A
Id

2
I AB
? I dz ?2

B 1
? I BC ? I BC

d

C

I AB I AB

I

? dz ? 2

? I dz ?1

? I BC

I AB? M

M
l
图 3.3 有外汲电流时,限时速断保护的整定 (2)躲开线路末端变电所变压器低压侧出处(图 3.1 中 d 点)短路时的阻抗值,设变压器的阻 抗为

Zb ,则起动阻抗应整定为:

Z ??dz?2 ? Kk (Z AB ? K fz Zb )
(3-7)

Zb
式中与变压器配合时的可靠系数,考虑到 d 点短路时可能出现的最小数值。 的误差较大,一般采用

Kk ? 0.7 ; K fz 则应采用当

计算后,应取以上两式中数值较小的一个。此时距离Ⅱ段的动作时限应与相邻线路的Ⅰ配合, 一般取 0.5S。 (3)校验距离Ⅱ段在本线路末端短路时的灵敏系数。由于是反应于数值下降而动作,其灵敏系 数为:

K lm =保护装置的动作阻抗/保护范围内发生金属性短路时故障阻抗的计算值。 Z A B ,因此,灵敏系数为:

对距离Ⅱ段来讲,在本线路末端短路时,其测量阻抗即为

Klm ?

Z ??dz?2 ZA B
K lm

(3-8) ≥1.25。当校验灵敏系数不能满足要求时,应进一点延伸保护范围,使之与下一
14

一般要求

条线路的距离Ⅱ段相配合,时限整定为 1~1.2S,考虑原则与限时电流速断保护相同。 3.2.3 距离保护第Ⅲ段的整定 为了做为相邻线路保护装置和断路器拒绝动作的后备保护,同时也做为距离Ⅰ、Ⅱ的后备 保护,还应该装设距离保护Ⅲ段。 (1)按与相邻下级线路距离保护Ⅱ段或Ⅲ段配合整定。 在与相邻下级线路距离保护Ⅱ段配合时,Ⅲ段的整定阻抗为:
??? ? Zdz ? Kk (Z AB ? K fz Zdz ?A )

(3-9)

可靠系数

K k 的取法与Ⅱ段整定中类似,分支系数 K fz 应取各种情况下的最小值。

如果与相邻下级线路距离保护Ⅱ段配合灵敏系数不满足要求,则应改为与相邻下级线路距离保 护的Ⅲ段相配合。 (2)当第Ⅲ段采用阻抗继电器时,其起动阻抗按躲开最小负荷阻抗
? ?

Z f ?min

来整定,它表示当线

路上流过最大负荷电流 I f ?max 且母线上电压最低时(用 U f ?min 表示) ,在线始端所测量到的阻抗,其 值为:
?

Z f ?min ?

U f ?min I f ?max
?

(3-10)

参照过电流保护的整定原则,考虑到外部故障切除后,在电动机自动起动的条件下,保护第Ⅲ 段必须立即返回的要求,应采用:
??? Z dz ?

1 Z f ?min K k K zq K h

(3-11)

式中可靠系数

K k , 自 起 动 系 数 K zq 和 返 回 系 数 K h 均 为 大 于 1 的 数 值 , 根 据

U( B) ny U ( B ) nl UJ n ZJ ? ? ? ? Zd l I BC IJ I BC ny ny nl 的关系,可求得电器的起动阻抗为: ??? ??? nl Z dz ? J ? Z dz ny

(3-12)

(3)如果保护第Ⅲ段采用方向阻抗继电器,在整定其动作我圆时,尚须考虑其起动阻抗随角度

?J 的变化关系以及正常运行时负荷潮流和功率因数的变化,以确定适当的数值,例如选择继电器

?lm ? ?d ,则圆的直径(即第Ⅲ段的整定阻抗)应为
??? Z dz ?J Z ? cos(?d ? ? f ) ?? zd

(3-13)

采用方向阻抗继电器能得到较好的躲负荷性能。
15

距离Ⅲ段作为后备保护时,其灵敏系数应按相邻元件末端短路的条件来校验,并考虑分支系数 为最大的运行方式;当作为近后备保护时,则按线路末端短路的条件来校验。 (4)精确工作电流: 在距离保护的整定计算中,应分别按各段保护范围短路时的最小短路电流校验各段阻抗(继电 器的精确工作电流按照要求,此最小短路电流与继电器精确工作电流之比应 1.5 以上。 (5)灵敏度校验: 距离保护的Ⅲ段,既作为本线路Ⅰ、Ⅱ段保护的近后备,又作为相邻下级设备保护的远后备、 灵敏度应分别进行校验。 作为近后备时,按本线路末端短路校验,计算式为:
??? Z dz ? 1.5 Z AB

Klm ?

(3-14)
??? Zdz Klm ? ? 1.2 Z AB ? K fz?max Z net

作为远后备时,按相邻设备末端短路校验,计算式为:

(3-15)

式中

Z net ――相邻设备(线路、变压器等)的阻抗;

K fz?m

a x

――分支系数最大值,以保证在各种运行方式下保护动作的灵敏性。

(6)动作时间的整定: 距离保护Ⅲ段的动作时间,应比与之配合的相邻设备保护动作时间大一个时间级差 ?t ,但考虑 到距离Ⅲ段一般不经振荡闭锁,其动作时间不应小于最大的振荡周期(1.5~2S) 。 3.3 三段式接地线路距离保护的优化方法 如何进一步优化线路距离保护整定计算方案,从而再提高计算效率的时时,获取完善合理的全 网整定值,实现距离保护“四性”的最佳融合,至此,接地故障后备保护的功能基本交给接地距离 故障和相间故障的接地距离保护和相间距离保护,在主保护拒动时,其必须能快速可靠切除故障, 这又对距离保护配合定值的可靠性、速动性和选择性提出了更高的要求,进而最有效地发挥其作为 最重要的后备保护应有的作用,对于构筑输电线路安全稳定的防线具有十分重要的意义, 3.3.1 优化原则 距离保护整定计算一方面要做到倒塌发挥其各保护效力,从而实现距离保护的最优保护成果, 另一方面可对其计算作适当的简化,提高计算效率。 (1)后备保护四性难以同时兼顾,距离保护各段依据其承担的主要作用对其应有不同的侧重要 求: ①不带时延的Ⅰ段将选择性放在首位,灵敏性次位。 ②带时延的Ⅱ段将灵敏性放在首位,速动性次位,选择性末位。 ③带时延的Ⅲ段将灵敏性放在首位,选择性次位,速动性末位。 (2)要求其采用的计算公式更为准确,定值选取更为可靠。 (3)由于主保护的强大,距离保护作为后备保护其整定计算可适当简化。 (4)优化方案要着眼全局,实现全网各电压等级间保护定值的协调配合。
16

3.3.2 优化方案 本着合理发挥距离保护各段功能和适当简化的原则,距离保护整定计算可以从以下几方面进行 优化。 (1)距离Ⅰ段整定计算的优化: 在早期距离保护整定计算中,按照《220KV~500KV 电网继电保护装置运行整定规程》中要求, 距离Ⅰ段整定为:

Zdz?1 ? 0.7Z?
式中

(3-16)

Z? —线路阻抗

由于该算法不计及零序互感的影响,不能真实反映保护安装处的感觉受阻抗。因此,在近几年的 Ⅰ段整定计算中,采用如下公式:

Z dz ?1 ? K k
式中

U? I ? ? 3K 0 I 0

(3-17)

K k -可靠系数,取 0.7;

U ? -线末单相接地故障整定点的故障相电压;

I? -线末单相接地故障整定线路的故障相电流; K0 -整定线路所整定的零序补偿系数; I 0 -线末接地故障整定线路的零序电流。
公式(3-17)考虑了零序互感的影响,在原理上更为合理,但在实际运用中,由于常常无法实 际测量干扰误差等其它方面的问题,测量的准确性很难保证。实际计算中,公式(3-17)的计算结 果常较大地于公式(3-16)的计算结果。如果零互感参数不准,导致公式(3-17)计算结果大于 实际感受阻抗值过多,其结果直接导致距离Ⅰ段误动。这对于速动的距离Ⅰ段是一个很大的隐患。 为此,对于距离Ⅰ段整计算给出如下优化方案:取公式(3-16)和公式(3-17)计算结果的 较小值作为接地距离Ⅰ段的保护范围,确保了接地距离Ⅰ段段的选择性,有效地保证了距离Ⅰ段不 误动。 (2)距离Ⅱ段整定计算公式的优化: 对距离Ⅱ段与相邻线路配合的整定给出如下计算公式:
? ? ? U? I? ? 3KI 0 U? ? ? Kk ? Kk (Z dz?2 ? ? ) ? I? ? 3KI 0 I? ? 3KI 0 I? ? 3KI 0

Z dz?2

(3-18) (3-19)

T ?T
式中

? dz ?2

? ?t

K k -可靠系数,取 0.8;

U? , I? , I 0 , K -分别为整定保护所在母路上故障相相电压,整定保护所在线路故障相电流,零
序电流,整定保护零序补偿系数。

17

? ? ? U? , I? , I0 , K ? -分别为配合保护所在母线故障相相电压,配合保护所在线路故障相相电流,零

序电流,配合保护零序补偿系数。

Z dz?2 -整定保护Ⅱ段定值; Tdz?2 -整定保护Ⅱ段动作时间;
? Zdz ?2 -配合保护Ⅱ段定值;
? Tdz ?2 -配合保护Ⅱ段动作时间。

该公式不仅解决了整定线路为T接线或配合保护为非相信线路以及跨电压等级保护配合的 问题,还可以正确处理配合线路为互感线路的情况,使得距离Ⅱ段整定计算方便,结果准确。 (3)距离保护Ⅱ段时间的优化: 为满足逐级配合要求,经多经配合,有时配合时间必须不断抬高,目前湖北电网距离保护Ⅱ段 时间最长达 3.5S。一旦高频保护拒动,后备保护将无法快速切除故障,将严重威胁系统安全。 优化方案中,规定距离保护Ⅱ段段时间 ? 2.0S,为满足此要求,需在系统中设置开环点,这样 做虽然损失了一些选择性,在主保护拒动时,后备保护将在短时间内将故障快速切除,确保系统安 全稳定运行。 (4)确保距离保护Ⅱ段、Ⅲ段的灵敏度 优化方案中,不仅严格要求距离保护Ⅱ段、Ⅲ段满足一定的灵敏度,还用感受阻抗和阻抗的较 大者校验保护Ⅱ段、Ⅲ段的灵敏度。这些做法有效地保证了后备保护的灵敏性,确保后备保护在主 保护拒动时可靠动作。 (5)距离保护Ⅲ段整定计算的优化 距离保护Ⅲ段只是在系统发生故障时,线路两套主保护、两套距离Ⅱ段保护拒动时才可能动作, 动作机会极小。本着强化主保护,简化后备保护的思想,对距离保护Ⅲ段的整定优化为:在保证灵 敏度和躲过最大负荷电流的情况下不考虑逐级配合,时间固定取 3S(与相邻保护Ⅱ段有配合时)或 3.5S(与相邻保护Ⅱ段无配合时) 。这样做将后备保护的整定工作量减少近一半,极大地提高了整定 计算效率。 3.4 小结 在整定计算中,Ⅰ 、Ⅱ相互配合,构成了三段式距离保护的主保护,Ⅲ段作为线路的后备 保护,其整定方法要根据具体问题具体分析。为了更好地实现继电保护的“四性”要示,对接地距 离保护进行了优化计算。通过对距离保护的整定原则和接地距离优化计算的研究,在理论上,可以 对符合相关要求高压输电线路进行整定计算和优化计算, 为本课题的实例计算做好充分的理论基础。

18

第四章 距离保护的保护配置及实例计算
4.1 引言 三段式距离保护对应三段式电流保护的速断、限时、过流保护,在距离保护中, Ⅰ、Ⅱ段可采 用方向阻抗继电器,这样可以起到较好的躲负荷作用,第Ⅲ段可采用偏移特性的阻抗继电器,但根 据需要也可以是不偏移的,这要具体问题具体分析。 阻抗继电器在各级间的配合和应用,构成了三段式距离保护的基本配置,但还需要考虑其动作 特性和线路发生振荡时要采取的措施。在这章中,只是要通过三段式相间距离保护框图来说明其配 置,并通过实例计算,构成一个完整的理论体系。 4.2 距离保护框图 图 4.1 由六个方向阻抗继电器构成Ⅰ、Ⅱ段切换、 ,第Ⅲ段独立的三段式距离保护、第Ⅲ段的阻 抗继电器一般采用偏移特性,根据需要也可以是不偏移的。 保护装置由 9 个独立的阻抗继电器构成,其中Ⅰ、Ⅱ段为不切换定值的 6 个方向阻抗继电器, 第Ⅲ段为向反方向偏移 20%的偏移特性阻抗继电器。 保护装置利用三段式保护的固有特性,构成反应于测量阻抗变化速度的振荡闭锁回响。保护装 置设有按相的低电流闭锁回路,以防止无交流输入信号时,由开环运放的零点飘移可能引起的误动 作。 保护中设有直流电源闭锁回路,当接通直流电源时,由 高电平。 现在对图 4.1 各回路的工作情况分析如下: (1)距离Ⅰ段 ZABΙ 、ZBCΙ 、ZCAΙ 经相应相低电流元件闭锁(与 1~与 3 门)后的输出组成

T2 延时 70ms 给出信号,开放各段距离保

护的输出,以防止接通直流电源瞬间,由于逻辑紊乱引起的误动作.在正常情况下,其输出信号一直为

或 1 门,然后经振荡闭锁与 11 门和或 7 门起动Ⅰ、Ⅱ段共用的出口继电器

TJ1 ,同时给出Ⅰ段动作
闭锁。

的自保持信号。当系统发生振荡时,振荡闭锁回路使与 11 门不能开通,从而将 ZΙ

(2)距离Ⅱ段 ZABⅡ、ZBCⅡ、ZCAⅡ经相应相低电流元件闭锁(与 4~与 6 门)后的输出组成 或 2 门, 然后经振荡闭锁与 12 门起动Ⅱ段时间元件 锁。

TJ T4 , 经 tⅡ延时后, 通过或 5 门和或 7 门起动 1 ,

同时给出Ⅱ段的自保持信号。当系统发生振荡时,振荡闭锁回路使与 12 门不能开通,从而将 ZⅡ闭

19

TBJ (直流电源闭锁) T2 + 70 ms 0 TBJ

TJ1 Ⅰ、Ⅱ跳闸 TJ2

Ⅲ段跳闸

& 相 间 保 护 Ⅰ 段 相 间 保 护 Ⅱ 段 ZABΙ ZBCⅠ

1
& ≥1

2 3

1

& 11 ≥1 7 TJ1

ZCAⅠ



& ZABⅡ ZBCⅡ ZCAⅡ

4
≥1

T4



5

2

& 12

tⅡ

0

& 5

& &

6 7
(振荡闭锁) ≥1 ≥1 4 & 10 30 0.5S T3

& 13

相 间 保 护 Ⅲ 段

ZABⅢ ZBCⅢ



8


3

& 14 ≥1 tⅢ T5 0 6

ZCAⅢ

9

TJ2

(ZOⅢ)

(Z0Ⅱ) (Z0Ⅰ)

(闭锁(Z0Ⅱ、Z0Ⅰ)

(接地距离部分)

图 4.1 距离保护路逻辑框图 (3)距离Ⅲ段 ZABⅢ、ZBCⅢ、ZCAⅢ经相应低电流元件闭锁(与 7~与 9 门)后的输出组成或 3 门,其输出信号一路去起动振荡闭锁回路,另一路去起动Ⅲ段的时间元件 或 6 门起动Ⅲ段出口继电器

T5 ,经 tⅢ延时后,通过

TJ 2 ,同时给出Ⅲ段动作的自保护信号。 T3 组成,其动作情况如下:

(4)振荡闭锁回路由或 4、与 10、和时间元件

①系统振荡时,ZⅢ起动后经或 4 门输出信号至与 10,在相间距离和接地距离 Ⅰ、Ⅱ段均不动 作的前提下,通过与 10 门起动 30ms 延时,延时到达后,通过与 11 和与 12 前的非门将Ⅰ、Ⅱ段闭 锁,即可防止保护发生误动作,此闭锁一直延续到 ZⅢ返回后再延时 0.5S 才解除。 电力系统的动作经验表明,由正常运行到稳定破坏的第一个振荡周期总是较长的,而以后则可 能越来越短,最短时可能只有 0.1~0.2S。为防止振荡过程中,由于振荡周期短而造成保护误动作, 采用了延时 0.5S 复归的措施。一般情况下,在振荡过程中,ZⅢ约在 ? 角为 90 ? 270 的范围内动
0 0

作,即在一个振荡周期中约 1/2 的时间处于动作状态,因此采用了 0.5S 延时复归的措施后,就可 以保证振荡周期在 1S 以内时,当 ZⅢ第一次起动 30ms 延时后,将 ZΙ 、ZⅡ长期闭锁。因此这个振
20

荡闭锁回路可能有如下两种工作状态:Ⅰ、当振荡周期较长时,利用 30ms 内两侧 电热摆电势摆开 角度不大的特点,由 ZⅢ起动

T3 ,经 30ms 后通过与 11 和与 12 门闭锁 ZΙ 和 ZⅡ;Ⅱ、当振荡周期

越来越短时,则在第一个振荡周期实现闭锁后,利用延时 0.5S 反回实现长期闭锁,从而解决了振荡 周期很短时,保证可能误动的问题。 ②在发生区内故障时,ZⅢ和 ZⅡ或者 ZⅢ、ZⅡ和 ZΙ 同时起动,基者在 30ms 延时以内,有任 意两个起动,则可通过与 10 门前的非门停止 ZⅢ起动 30ms 的时间元件,从而保证不被闭锁。此时 Z Ι 、ZⅡ的输出回路实际上与 ZⅢ无关,不受 ZⅢ的制约。 ③距离Ⅰ、Ⅱ段和Ⅲ段的出口跳闸回路由 个继电器同时动作后,才能去跳闸。由于

TBJ 的触点与 TJ1和TJ2 的触点串联构成,因此必须两

TBJ 只在系统发生故障时才动作,因此可以防止在正常运

行情况下,由于元件损坏、电压回路故障等原因引起的保护误动作,起到了出口闭锁的作用。 4.3 电力系统振荡对距离保护的影响与闭锁措施 电力系统振荡时,阻抗继电器是否误动、误动的时间长短与保护安装位置、保护动作范围、动 作特性的形状和振荡周期长短有关,安装位置离振荡中心越近、整定值越大、动作特性曲性在与整 定阻抗去垂直方向的动作区越大时,越容易受振荡的影响,振荡周期越长误动的时间越长。并不是 安装在系统中所有的阻抗继电器在振荡时都会误动,但是,在出厂时都要求阻抗继电器配备振荡闭 锁,使之具有通用性。 (1)电力系统振荡与短路时电气量的差异 ①振荡时,三相完全对称,没有负序分量和零序分量出击;而当短路时,总要长时或瞬间出现 负序分量或零序分量。

dU dI dZ ? ? 等) ②振荡时,电气量呈现周期性变化,其变化速度 dt dt dt 与系统的变化速度一致,比 (
较慢, 当两侧功角摆开到 180 时相当于在振荡中心发生三相短路; 从短路前到短路后其值突然变化, 速度很快,而短路后短路电流、各点的残余电压和测量阻抗在不计衰减时是不变的。 ③振荡时,电气量呈现周期性的变化,若阻抗测量元件误动作,则在一个振荡周期内动作和返 回各一次;而短路时阻抗测量元件可能动作(区内短路) ,可能不动作(区外短路) 。 (2)距离保护的振荡闭锁措施 ①距离保护的振荡闭锁措施,应能够满足以下的基本要求: ②系统发生全相或非全相振荡时,保护装置不应误动作跳闸。 系统在全相或非全相振荡过程中,被保护线路发生各类型的不对称故障,保护装置应有选择地 动作跳闸,纵联保护仍应快速动作。 ③系统在全相振荡过程中再发生三相故障时,保护装置应可靠动作跳闸,并允许带短路时。 在三段式距离保护中,其中 Ⅰ、Ⅱ段采用方向阻抗继电器,其Ⅲ段采用偏移特性阻抗继电器, 根据其定值的配合,必然存在着 ZΙ <ZⅡ<ZⅢ 的关系。可利用振荡时各段动作时间不同的特点构 成振荡闭锁。 当系统发生振荡且振荡中心位于保护范围以内时,由于测量阻抗逐渐减小,因此 ZⅢ先起动,Z Ⅱ再起动,ZΙ 最后起动,而当保护范围内部故障时,由于测量阻抗突然减小,因此 ZΙ 、ZⅡ、ZⅢ
21
0

将同时起动。基于上述区别,实现这种振荡闭锁回路的基本原则是:当 ZΙ 、ZⅡ、ZⅢ同时起动时, 允许 ZΙ 、ZⅡ动作于跳闸,而当 ZⅢ先起动,经 锁,不允许它们动作于跳闸。 4.4 实例计算 4.4.1 清江变电站的具体情况 220KV 清江变电站共有 2 台主变,4 条 220KV 出线。其参数及示意图如下: 表 4.2 线路参数 序号 线路名称 丰江线 石江线 白江线 葛江线 线路长度 42km 60km 85km 55km 线路正序阻抗 线路零序阻抗

t 0 延时后,ZⅡ 、ZΙ

才起动时,则把 ZΙ 和 ZⅡ闭

L1 L2 L3 L4

Z1 ? j 0.02084 Z1 ? j 0.08381 Z1 ? j 0.6904 Z1 ? j 0.08381

Z0 ? j 0.0637 Z0 ? j 0.14215 Z0 ? j 0.21445 Z0 ? j 0.18327

L1 丰城电厂

L2

石滩电厂

L3

白沙电厂

L4 葛山电厂 1B 110KV

10KV 2B 110KV 10KV

图 4.3 清江变电站

22

表 4.1 变压器参数 正 序 高 1B 2B 0.1193 0.1162 中 0.0091 0.0095 低 0.0733 0.0749 高 0.1207 0.1155 零 序 中 -0.0111 -0.0087 低 0.0727 0.0749

4.4.2 相间距离保护整定计算 现在对清江变电站进行整定计算,由于 4 条 220KV 出线在原理上是一样的,所以选取具有代表 性的丰江线进行三段距离保护整定计算,并对接地距离保护进行优化计算,计算如下:

A 丰城电厂

B

d
10km

C

图 4.4 丰江线

Z1* ? 0.02084 ?


S N ? 100KV ? A
Z1 ? Z1*
2 VN SN

? 0.02084? ? 10.09? Z Z0 ? 1 L1

2202 100

10.09 42 ? 0.24? / km ?
AB=10km,BC=22km (1)保护A的相间距离 I 段整定:
23

① 阻抗定值计算:
' Zd z? A ? 0.8 ? 0.24?10 ? 1.92?

②延时整定计算 :

t1 ? 0S
① 阻抗定值计算:

(第Ⅰ段动作时间为保护装置固有的动作时间)

(2)保护A的相间距离 II 段整定:
' Zd z?B ? 0.8 ? 0.24? 22 ? 4.22?

②保护 A 与第 II 段配合:
" Zd z ? A ? 0.8 ? ?0.24?10 ? 0.8 ? 22? 0.24?

? 5.30?
灵敏度校验:

K lm ?
所以灵敏度满足要求。 ③动作时限:整定为

5.30 ? 2.21 ? 1.25 0.24 ? 10

t2 ? t1 ? ?t ? 1.2s
(3)保护第三段计算 ①根据整定原则,由于外汲电流的影响,所以分支系数为:

K fz ?
②阻抗整定值为:

32 ? 0.24 ? 0.76 42 ? 0.24

'" " Z dz ? K k Z AB ? K fz Z dz ?A

? 0.8 ? ?0.24?10 ? 0.76? 5.30? ? 0.8 ? 6.43 ? 5.14?

?

?

③灵敏度校验: 作为近后备,按本线路末端短路校验计算得:
'" Z dz 5.14 ? ? 2.14 ? 1.5 Z AB 2.4

Klm ?
所以灵敏度能满足要求。 ④动作时限:

t ? 1.2 ? 0.5 ? 1.7 s
(4)整定计算结果的验证: 假设在 d 点处发生短路

24

A B C Z
IA
?

d (3)

IB

?

IC

?

L
图 4.5 三相短路时测量阻抗的分析 ① 三相短路(三相是对称的,三个继电器
? ? ? ? ?

J1 ? J 3 的工作情况完全相同)
? ?

U AB ? U A ? U B ? I A Z1L ? I B Z1L ? ( I A ? I B )Z1L
因此,在三相短路时,继电器

J 1 的测量阻抗为:
U AB
? ? ?

?3 ? ZJ 1 ?

I A? I B ? Z1 L ? 0.24?10 ? 2.4?

在三相短路时,三个继电器的测量阻抗均等于短路点到保护安装地点之间的阻抗,三个继电器 均能动作。 ② 两相短路:

U AB ? I A Z1 L ? I B Z 2 L ? ( I A ? I B ) Z1 L
? ?

?

?

?

25

C Z
IA
?

(2) d AB

IB
?

?

IC ? 0

L
图 4.6 A-B 两相短路时测量阻抗的分析 因此,继电器

J 1 测量阻抗为:
Z J21 ? U AB
? ? ?

I A? I B ? Z1 L ? 0.24?10 ? 2.4?

和三相短路的测量阻抗相同,因此,
? ?

J 1 能正确动作
? ? ?

③ 中性点直接接地电网中的两相接地短路

U A ? I A ZL L ? I B ZM L U B ? I B Z1 L ? I A Z M L
因此,继电器
?

J 1 的测量阻抗为:
?1,1? ZJ 1 ?

U AB
? ?

?

?? ? ? ? I A ? I B ??Z L ? Z M ? ? ?? I A? I B
? ?

I A? I B ? ?Z L ? Z M ?L ? 0.24?10 ? 2.4?

由此可见,当发生 A~B 两相接地短路时,J1 的测量阻抗与三相短路相同,保护能够正确动作。

26

A B

c
Z
IA IB
IC ? 0
?

?

(1,1) d AB

?

L

图 4.7 A-B 两相接地短路时测量阻抗的分析 (5)接地短路距离保护的计算 当单相接地时:
? ? ?

ZJ ?

? ? ? ? IJ I A? K3 I 0 Z ? Z1 K? 0 3Z1
? ?

UJ

Z1 ( I A ? K 3 I 0 )

? I A ( Z 0 ? Z1 ) ? IJ ? ? I A? K3I 0 Z1

由以上三式推得:

Z J ? Z1L ? 0.24?10 ? 2.4?
为了反应任一相的单相接地短路,接地距离保护也必须采用三个阻抗继电器,其接线方式分别 为:
? ? ? ? ? ? ? ? ?

U A , I A ? K 3 I 0 ; U B , I B ? K 3 I 0 ;U C , I C ? K 3 I 0 。
4.4.3 小结 整定计算中,第Ⅰ段的阻抗整定值为 1.92Ω ,第Ⅱ段的阻抗整定值为 5.30Ω ,第Ⅲ段的阻抗整 定值为 5.14Ω ,通过在 d 点发生各种短路的计算验证,继电器能正确动作,因此,整定的计算结果 是合理的。 4.5 接地距离保护优化计算 4.5.1 第Ⅰ段的优化计算

27

2202 0.0637? 100 ? 0.73? / km Z0 ? 42 Z ? Z1 KO ? 0 3Z1
30.8308? 10.09 3 ?10.09 ? 0.69 K K ? 0.7 ?
U ? ? 220KV I? ? 220 ? 91.67KA 0.24?10
① ②

3U0 ? U A ? U B ? UC
UC ? 0
由①、②式计算得:

U0 ?

220 ? 220 ? 146.67KV 3 146.67 I0 ? ? 20.09KA 0.73? 10

所以第Ⅰ段的优化计算结果为:

? ? A ? 0.7 ? Z dz

220 91.67 ? 3 ? 0.69? 20.09 220 ? 0.7 ? 133.2563 ? 1.16? ? Z dz ? A ? 0.7 ? 0.24? 10
? 1.68?

1.16Ω <1.68Ω ,所以取

? ? A ? 1.68? Z dz
4.5.2 第Ⅱ段优化计算
? Z dz ? A ? Z AB ?

1 ? Z BC K fz



K fz ?
由①、②式计算得:

22 ? 0.69 32



28

? ? A ? 0.24?10 ? Z dz ? 10.05 K K ? 0.8

0.24? 22 0.69

220 ? 41.67KA 22? 0.24 146.67 I0 ? ? 9.13KA 0.73? 22 220 ?? I? ? 28.65KA 0.24? 32 220 ?? I0 ? 9.42KA 0.73? 32 I? ?
①所以第Ⅱ段的优化结果为:

?? ? A ? 0.8 ? Z dz

220 28.65 ? 3 ? 0.69? 9.42 ? 220 ? ? 0.8 ? ? ?10.05 ? ? 41.67 ? 3 ? 0.69? 9.13 41.67 ? 3 ? 0.69? 9.13 ? 28.65 ? 3 ? 0.69? 9.42 ? 220 48.1494 ? 0.8 ? ? 0.8 ? ? ?10.05 ? 5.20? 60.5691 60.5691 ? 2.91? 3.08 ? 5.99?

②灵敏度校验:

K lm ?
③整定时间:

5.99 ? 2.50 ? 1.25 0.24 ?10 ,符合要求

t ? 1.2S ? 0.5S ? 1.7 S
4.5.3 小结 第Ⅰ段的优化结果取较小值,阻抗优化值为 1.68Ω ; 第Ⅱ段的阻抗优化值为 5.99Ω ,第Ⅲ段发生故障的机率非常小,不作优化计算。

29

5 结论
通过对高压输电线路距离保护的研究可得出以下结论: (1)在三段式距离保护配置中,Ⅰ、Ⅱ段采用方向阻抗继电器,第Ⅲ段采用偏移特性阻抗继电 器,但根据需要也可以是不偏移的。 ( 2 )在 实例整定 计算中, 通过对清 江变电站 的丰 江线计算 得:第Ⅰ 段的 阻抗整定 值为
' " Zd z? A ? 0.8 ? 0.24?10 ? 1.92? 。第Ⅱ段的阻抗整定值为 Zdz? A ? 5.30? ,灵敏度为 Klm ? 2.21,动

作时限 t=1.2s。第Ⅲ的阻抗整定值为

??? ? 5.14? K ? 2.14 ,动作时限 t=1.7S。经过 Zdz ,灵敏度 lm
? ? A ? 1.68? Z dz 。第Ⅱ段的阻抗整定值

理论验证计算:当线路发生不同类型的短路故障时,继电器均能正确动作,起到保护作用。 (3)在优化计算中:第Ⅰ段的阻抗整定值为

?? ? A ? 5.99? Z dz K ? 2.50 ,整定时限 t ? 1.2S ? 0.5S ? 1.7 S 。第Ⅲ段发生故障的机率很 ,灵敏度 lm
小,不需要对其进行优化计算。 (4)当输电线路发生振荡时,能实现振荡闭锁。

30

致谢
转眼四年的本科学习生涯就要结束了,在论文完成、即将答辩之时,向那些给予我关怀和帮助 的所有老师、同学、朋友表示深深的谢意。 在毕业设计的整个过程中,有过喜悦,也有过困惑,但现在终于有了结果,在此首先衷心的感 谢罗娟老师的悉心指导和大力帮助,使的本次设计能按时得以顺利完成,而毕业答辩小组的组长李 忠老师对我的鞭策和教育也使我受到很大的鼓舞,借此机会,向李老师表示衷心的感谢。 在毕业设计的过程中,我的同小组同学也给了我很多好的建议,帮我解决了一些论文中的问题, 在此表示感谢。

31

参考文献(References) [1]贺家李 宋从矩,电力系统继电保护原理,中国电力出版社,第三版 1991. [2]许建安,电力系统继电保护,中国水利水电出版社,第二版 2005. [3]张保会 尹项根,电力系统继电保护,中国电力出版社 2004. [4]何仰赞 温增银,电力系统分析,华中科技大学出版社,第三版 2001. [5]张士林 屈文莺,电工手册,石油工业出版社,修订本,1990. [6]邱关源,电路,高等教育出版社,第四版,1999. [7]杨冠城,电力系统自动装置原理,中国电力出版社,第四版,2007. [8]施围 邱毓昌 张乔根,高电压工程基础,机械工业出版社,2006. [9]余 鸿, 湖北电网 220 kV 线路距离保护整定计算问题探讨,湖北电力,第六期,2004. [10]余鸿 ,赵向红. 湖北电网 220 kV 线路距离保护整定计算优化,华中电力,第三期,2006. [11] 覃丙川,刘东平, 220 kV 电网继电保护整定计算简化的实践与探讨, 广西电力, 第三期, 2006. [12]赵勇 许立梅,10kV 配电线路保护的整定计算,科技信息,2007. [13]刘健,电力英语阅读与翻译,中国水利水电出版社,第二版 2000.

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