高压输电线路保护配置.doc

1、第二篇第三章 220kV 变电站第五节高压输电线路保护配置一、电力系统保护的作用电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种形式的短路。在发生短路时可能产生以下的后果：1.通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏。2.短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起它们的损坏或缩短它们的使用寿命。3.电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量。4.破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使整个系统瓦解。电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障，这种情况属于不正常运行状态。例如，因负

2、荷超过电气设备的额定值而引起的电流升高（一般又称过负荷），就是一种最常见的不正常运行状态。由于过负荷，使元件载流部分和绝缘材料的温度不断升高，加速绝缘的老化和损坏，就可能发展成故障。此外，系统中出现功率缺额降低，发电机突然甩负荷而产生的过电压，以及电力系统发生振荡等，都属于不正常运行状态。故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起事故。事故，就是指系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量破坏到不能允许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。系统事故的发生，除了由于自然条件的因素（如遭受雷击）以外，一般都是由于设备上的缺陷，设计和安装的错误，检修质量不高或运行维护不当

3、而引起的。因此，只要充分发挥人的主观能动性，正确地掌握客观规律，加强对设备的维护和检修，就可以大大减少事故的发生几率，把事故消灭在发生之前。在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生事故的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效的方法之一。切除故障的时间常常要求小到十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有装设在每个电气元件上的保护装置才有可能满足这个要求。我厂的四条 220kV 出线（二满线、二头线、二托线、二宫线）均配置了南京自动化设备厂的保护装置。新疆电网主网框架为 220kV 环网。作为主网框架的重要构成部分220kV线路应装设功能完善

4、、性能可靠的主保护和后备保护装置。二、本厂 220kV 线路保护配置及技术参数我国 220kV 及以上高压输电线路开关均采用分相操作。保护配置要求：同一回线应配置不同原理的双套主保护和单相一次重合闸装置，后备保护应采用近后备方式且应双重化，还应配置断路器失灵保护，保证在断路器拒动时，由断路器失灵保护去启动母线差动保护，再由母线差动保护将故障切除。我厂高压输电线路保护由南自厂生产的 WXB-11C 型保护装置、WXB-15 型保护装置和 JCSS-11D 型三相不一致及失灵启动保护装置组成。各保护装置配置如下。CPU CPU1 CPU2 CPU3 CPU4保护功能型号高频距离高频零序高频负序方向

5、高频相间距离接地距离零序综重WXB-11C WXB-15 JCSS-11D 型保护装置配置有三相位置不一致保护和断路器失灵保护，其中三相位置不一致保护未用。各保护装置技术参数如下。1. WXB-11C（15）型装置主要技术数据1.1 额定数据直流电压：220V交流电压：相电压 57.7V开口三角电压 100V线路抽取电压互感器二次侧设有抽头，可分别适用于 100V 和 57.7V。 交流电流：5A频率：50Hz1.2 交流回路过负载能力交流电压：连续工作 1.2 倍 Un交流电流：连续工作 2 倍 In1S 20 倍 In1.3 功耗直流回路 50W交流电压回路 0.5VA/相交流电流回路 1

6、VA/相1.4 整定范围距离元件 0.0599.9电流元件 0.0599.9A时间元件 a. 保护跳闸时间接地故障： 012S相间故障： 04.5Sb. 其 他： 015.9S1.5 精确工作范围距离元件：a精确工作电压 0.5Vb精确工作电流 （0.120）In零序方向元件：a最小动作电压 2V（固定）b最小动作电流 0.1 In突变量方向元件：a最小动作电压 4Vb最小动作电流 0.3In1.6 精度突变量元件 15%距离 I 段保护暂态超越 5%零序 I 段保护暂态超越 5%测距元件误差 2.5%1.7 整组动作时间相间和接地距离 I 段Z 测量/Z 整定 动作时间 30% 1013mS

7、 70% 20mS零序 I 段（I 测量 =1.2I 整定 时） 18mS高频距离和高频零序保护 30mS（WXB-11C）突变量方向高频保护 25mS（WXB-15）1.8 允许环境温度正常工作温度 -5+40极限工作温度 -5+552. JCSS-11D 型集成电路断路器失灵起动及三相不一致保护装置主要技术数据2.1 额定直流电压：220V2.2 交流电流：5A三、本厂 220kV 线路保护工作原理1.高频保护1.1 高频保护的基本概念1.1.1 高频保护的基本概念高频保护是以输电线路载波通道作为通信通道的纵联保护。高频保护广泛应用于高压和超高压输电线路，是比较成熟和完善的一种无时限快速保

8、护。对于一条输电线路，只有同时比较两端电流的相位和功率方向，才能有效的区分保护范围内部和外部的故障。高频保护就是将线路两端的电流相位或功率方向转化为高频信号，然后利用输电线路本身构成一高频（载波）电流的通道，将此信号送至对端，进行比较。因为它不反应被保护输电线范围以外的故障，在定值选择上也无需与下一条线路相配合，故可不带动作延时。目前广泛采用的高频保护，按其工作原理的不同可以分为两大类，即方向高频保护和相差高频保护。方向高频保护的基本原理是比较被保护线路两端的功率方向；而相差高频保护的基本原理是比较两端电流的相位。再实现以上两类保护的过程中，都需要解决一个如何将功率方向或电流相位转化为高频信号

9、，以及如何进行比较的问题。相差高频保护现在基本不再采用，我厂也未采用。1.1.2 高频通道的构成原理为了实现高频保护，必须解决利用输电线路作为高频通道的问题。利用“导线大地” 作为高频通道是最经济的方案，因为它只需要在一相线路上装设构成通道的设备，目前在我国得到了广泛的应用。它的缺点是高频信号的衰耗和受到的干扰都比较大。据新疆电网的运行经验，在冬天天气比较恶劣的情况下，高频信号的衰耗有时能达到七八个分贝。故我厂的高频信号通道裕量都整定在 9dB 左右。输电线路高频保护所用的载波通道，其简单构成如图 1 所示，现将其主要元件及作用分述如下。1.1.2.1 阻波器阻波器是由一电感线圈与可变电容器并

10、联组成的电路。其并联后的阻抗 Z与频率有关，当并联谐振时，它所呈现的阻抗最大。利用这一特性做成的阻波器，需使其谐振频率为所用的载波频率。这样，高频信号就被限制在被保护输电线路的范围以内，而不能穿越到相邻线路上去。但对 50 周的工频电流而言，阻波器仅呈现电感线圈的阻抗，数值很小（约为 0.04 欧左右）,并不影响它的传输。1.1.2.2 耦合电容器耦合电容器与结合滤波器共同配合，将载波信号传递至输电线路，同时使高频收发信机与工频高压线路绝缘。由于耦合电容器对于工频电流呈现极大的阻抗，故由它所导致的工频泄露电流很小。 收信继 电部 分 收信发信635412继 电部 分发信 61图 1 高频通道构

11、成示意图1阻波器；2耦合电容器；3结合滤波器；4电缆5高频收发信机；6刀闸1.1.2.3 结合滤波器结合滤波器由一个可调节的空心变压器及连接至高频电缆一侧的电容器组成.耦合电容器与结合滤波器共同组成一个四端网络的“带通滤波器”，使所需频带的高频电流能够通过。带通滤波器从线路一侧看入的阻抗与输电线路的波阻抗（约为 400 欧）匹配，而从电缆一侧看入的阻抗，则应与高频电缆的波阻抗（约为 100 欧）匹配。这样，就可以避免高频信号的电磁波在传送过程中发生反射，因而减小高频能量的附加衰耗。 并联在连接滤波器的两侧的接地刀闸 6，是当检修连接滤波器时，作为结合电容器的下面一极拉地之用。1.1.2.4 高

12、频收发信机发信机部分系由继电保护来控制，通常都是在电力系统发生故障时，保护部分起动之后它才发出信号，但有时也可以采用长期发信故障时停信或改变信号频率的方式。由发信机发出的信号，通过高频通道送到对端的收信机中， 也可为自己的收信机所接收，高频收信机接收由本端和对端所发送的高频信号，经过比较判断之后，再动作于继电保护，使之跳闸或将它闭锁。1.1.3 高频通道的工作方式和高频信号的作用高频通道的工作方式可以分为经常无高频电流（即所谓故障时发信）和经常有高频电流（即所谓长期发信）两种方式。在这两种工作 方式中，以其传送的信号性质为准，又可分为传送闭锁信号、允许信号和跳闸信号 三种类型。应该指出，必须注

13、意将“高频信号”和“高频电流”区别开来。所谓高频信号是指线路一端的高频保护在故障时向线路另一端的高频保护所发出的信息或命令。因此，在经常 无高频电流的通道中，当故障时发出高频电流固然代表一种信号，但在经常有高频电流的通道中，当故障时将高频电流停止或改变其频率也代表 一种信号，这一情况就表明了“信号”和“电流”的区别。所谓闭锁信号就是指：“收不到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件”。结合高频保护的工作原理来看，就是当外部故障时，由一端的保护发出高频闭锁信号，将两端的保护闭锁，而当内部故障时，两端均不发因而也收不到闭锁信号，保护即可动作于跳闸。所谓允许信号则是指：“收到这种信号是高频保护动作跳闸

14、的必要条件”。因此，当内部故障时，两端保护应同时向对端发出允许信号，使 保护装置能动作于跳闸。而当外部故障时，则因近故障点端不发允许信号，故对端保护不能跳闸。近故障点的一端则因判别故障方向的元件不动作，也不能跳闸。至于传送跳闸信号的方式，就是指：“收到这种信号是保护动作于跳闸的充分而必要的条件”。实现这种保护时，实际上是利用装设在每一端的电流速断、距离 I 段或零序电流速断等保护，当其保护范围内部故障而动作于跳闸的同时，还向对端发出跳闸信号，可以不经过其它控制元件而直接使对端的断路器跳闸。采用这种工作方式时，两端保护的构成比较简单，无需互动配合，但是必须要求每端发送跳闸信号保护的动作范围小于线

15、路的全长，而两端保护动作范围之 和就大于线路的全长。前者是为了保证动作的选择性，而后者则是为了保证全线上任一点故障的快速切除。1.1.4 突变量方向高频保护（WXB-15 型保护 CPU1 插件）1.1.4.1 起动元件本保护中设置了相电流差突变量起动元件 DI1 和按零序 IV 段整定的零序辅助起动元件 I04。相电流突变相起动元件具有以下特点。a.能够反映各种故障；b.不反映负荷电流的影响；c.不反映故障电流的直流分量；d.具有较强的抗干扰能力。零序辅助起动元件带 0.2s 延时，具有二个作用：a.保证经大电阻接地时，保护可靠起动，以解决突变量起动元件整定时灵敏度可能造成的困难；b.该元件

16、连续 4.5s 不动作作为整组复归的一个判据，以防止零序 IV 段时间定值大于 4.5s 时，因保护整组复归而使得零序 IV 段拒动。高频、距离和零序保护的起动元件可以接成三取二表决的方式来开放的跳闸回路以提高装置的安全性。当采用这种表决方式时，如某一保护退出运行时，只需将保护屏上对应的压板退出，这样该保护的起动元件仍在工作，以完成三取二表决功能。1.1.4.2 突变量方向元件该方向元件利用保护安装处电流、电压的故障分量的极性来判别故障的方向。由叠加原理可知：故障状态由非故障分量和故障分量两部分组成，故障分量电压、电流分别用U 和I 表示。当正向故障时，U 和I 极性相反；反方向故障时，U 和

17、I 极性相同。突变量方向元件就是利用U 和I 的这个特征构成的。该方向元件的正确性：a.不受系统振荡的影响；b.不受过渡电阻的影响；c.不受串补电容的影响；d.不受零序序网的影响；1.1.4.3 零序和负序方向元件零序方向元件就是利用零序功率方向来判别故障方向，主要适用于单相接地故障。负序方向元件就是利用负序功率方向来判别故障方向，主要适用于各种不对称短路故障。1.1.4.4 保护逻辑本保护由突变量方向高频、零序和负序方向高频保护构成，正常情况下故障均由突变量方向高频保护动作切除，零序和负序方向高频保护仅为防止在复故障情况下，两次故障相隔较近，方向元件可能发生拒动而设置的。事实上，由于突变量方

18、向元件具有很高的灵敏度，这种机率是非常小的。现将逻辑简述如下：a.本保护设置了一个突变量方向元件，即ab，bc，ca，当系统发生故障时，相电流差突变量起动元件首先起动，驱动 QDJ，执行选相程序，选出故障相别，并找出突变量变化量大的方向元件投入比相。b.高压输电线路正向故障时，正方向元件动作停信，驱动 TXJ 并等待对侧信号，当对侧判断为正方向，正方向元件亦动作停信，待收不到高频信号 5ms后，保护出口跳闸。c.反方向故障时，反方向元件动作，闭锁正方向元件，正方向元件与反方向元件灵敏度的不同保证了的安全性。d.保护每起动一次，方向元件开放 30ms 内保护未动作，再投入零序和负序方向保护。零序

19、和负序方向高频保护出口带 20ms 延时，以防止环网中区外故障切除后，零、负序功率方向倒向时误动作。零 、负序方向保护发三跳命令而不选相。e.在本线路非全相运行过程中，零、负序方向高频保护退出工作。但突变量方向高频保护仍投入工作。此时如健全相又发生故障，则两健全相电流差突变量元件 DI2 动作，开放两健全相方向元件比相，如为正向，正方向动作停信，待对侧保护亦停信后，保护动作跳二相。f.在手动投故障线路或重合到永久性故障线时，保护设置了按阻抗原理的瞬时加速切除三相的逻辑，此时本保护不受对侧高频信号的闭锁，为了可靠切除出口故障，此时阻抗特性略带偏移，重合后的瞬时加速可在整定利用控制字投入或退出。g

20、.该高频保护为闭锁式，即由 QDJ 接点起动收发信机发信，由 TXJ 控制收发信机停信，由装置的由信输入端子监视发信机的发信继电器接点的状态，保护动作的判据是 QDJ 动作后至少连续收到高频信号 5ms 后以收不到信号，并且本侧在停信状态时方可出口。1.1.4.5 跳闸逻辑a.当保护判断出故障为区内单相故障时，则进入选跳回路，如重合方式允许单跳则发单跳令，驱动相应分相跳闸继电器和跳闸重动继电器 TZDJ。如不允许单跳，则发三跳令驱动三个分相跳闸继电器和三跳重动继电器 3TZDJ。b.如故障为相间故障，保护则发三跳令。c.当跳令发出后，开关未跳开前，又发生转换性故障则立即补发三跳令，并显示“DE

21、VCK”。d.当单跳令发出 0.2s 后，开关仍未跳开，则补发三跳令，并显示“HB3TCK”e.在非全相运行过程中，如健全相又发生了故障，则由方向保护发三跳令，并显示“GF-DEVCK”f.当三跳令发出 0.2s 后开关仍未跳开，保护则补发永跳继电器 CKJR,并打印“GF-GB3TCK”g.当永跳令发出 5s 后，开关仍未跳开，保护则收回跳闸令，告警并打印“GF-HBYTSB”。h.当开关重合于故障线路时，则由距离元件加速发永跳令，显示“GF-JSCK”。1.1.5 距离零序方向高频保护（WXB-11C 型 CPU1 插件）本保护在相间故障时为高频距离，单相接地故障时为高频零序方向保护。高频

22、保护本身设有独立的阻抗元件和零序方向元件，同本装置内的距离保护和零序保护无依赖关系。当保护起动后，首先执行选相程序，当判断为相间故障时执行高频距离逻辑；当判断为单相故障时，执行高频零序方向逻辑。1.1.5.1 高频距离逻辑高频距离阻抗特性采用带记忆的多边形方向阻抗特性，当计算阻抗在正向停信范围内时，阻抗元件动作驱动停信继电器 TXJ 停信，并等待对测信息，当对测亦停信后，出口跳三相，如果经 60ms 保护不动则立即进入振荡闭锁逻辑，闭锁高频距离。1.1.5.2 高频零序方向逻辑a.在正常运行状态下，零序方向元件采用自产 3u0,PT 断线时则自动改用开口三角引来的 3U0,该元件的电流动作 门

23、槛可以整定，电压门槛固定为 2V。b.当故障为单相故障时，由零序方向元件判别方向，当两侧均为正方向时，停信后跳闸，如在 60ms 内动作则立即出口。如在 60ms 后动作，则延时 60ms 出口，以防止环网中，区外故障切除后，零序功率倒向时误动作。此时，保护作用于三跳而不选相。1.1.5.3 非全相逻辑在本线路非全相过程中高频保护不再利用通道，但设有二个健全相的电流差突变量元件 DI2，如 DI2 动作，二个健全相分别对地及二个健全相让三种阻抗值中任一种阻抗值在高频距离控制 TXJ 用的阻抗动作特性区内时，判断为本线路健全相又发生故障，立即动作于三跳，为保证可靠切除出口转换性故障，此时阻抗特性

24、带偏移。1.1.5.4 手合逻辑在手投故障线或重合到永久性故障时，高频方向保护也设置了按阻抗原理的瞬时加速切除三相的逻辑，此时本保护不受对侧高频信号的闭锁。所用阻抗特性也同于高频距离的阻抗判别元件，但为了可靠切除出口故障，特性略带偏移包括原点。1.1.5.5 本保护为闭锁式高频保护1.1.5.6 跳闸逻辑同突变量方向高频保护1.1.5.7 后加速逻辑同突变量方向高频保护2.距离保护2.1 距离保护的概念电流保护的主要争优点是简单、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 35KV 及以上电压的复杂网络中，它们都很

25、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。距离保护是反应故障点至保护安全地点之间的距离（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电流测知保护安装自动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；当短路点距保护安装处远时，其测量阻抗大，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 2（a）所示，当 d点短路时，保护 1 测量的阻抗是 Zd，保护 2 测量的阻抗是 ZA

26、BZ 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。 (a)bdABCZAB+t1231t2Zd.2Zd.L图 2 距离保护的作用原理（a）网络接线； （b）时限特性2.2 距离保护的时限特性距离保护的动作时间与保护安装地点至短路点之间距离的关系 t=f(l)，称为距离保护的时限特性。为了满足速动性、选择性和灵敏性的要求，目前广泛应用具有三段动作范围的阶梯型时限特性，如图 2（b）所示，并分别称为距离保护的 I

27、、II、III 段。距离保护的第 I 段是瞬时动作的，t 1是保护本身的固有动作时间。以保护2 为例，其第 I 段本应保护线路 A-B 的全长，即保护范围为全长的 100%，然而实际上却是不可能的，因为当线路 B-C 出口处短路时，保护 2 第 I 段不应动作，为此其起动阻抗的整定值必须躲开这一点短路时所测量到的阻抗 ZAB，即Z dz2ZAB。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Kk（一般取 0.80.85），则 Z dz2（0.80.85）Z AB同理对保护 1 的第 I 段整定值应为 Z dz1（0.80.85）Z BC如此整定后，距离 I 段就只能包括本线路全长的

28、80%85%，这是一个严重缺点。为了切除本线路末端 15%20%范围以内的故障，就需设置距离保护第 II段。距离 II 段整定值的选择是相似于限时电流速断的，即应使其不超出下一条线路距离 I 段的保护范围，同时带有高出一个 t 的时限，以保证选择性。例如在图 2（a）单侧电源网络中，当保护 1 第 I 段末端短路时，保护 2 的测量阻抗 Z2为Z2Z AB+ Z dz1 引入可靠系数 Kk，则保护 2 的起动阻抗为Zdz2K k（Z AB+ Z dz1）0.8Z AB+（0.80.85）Z BC距离 I 段与 II 段的联合工作构成本线路的主保护。为了做为相邻线路保护装置和断路器拒绝动作的后备

29、保护，同时也做为距离 I 段、II 段的后备保护，还应该装设距离保护第 III 段。对距离 III 段的起动阻抗要按躲开正常运行时的负荷阻抗来选择，而动作时限则应使其比距离 III 段保护范围内其他各保护的最大动作时限高出一个 t。2.3 距离保护的主要组成元件在一般情况下，距离保护装置由以下元件组成，其逻辑关系如图 3 所示。出 口ZI 1t 跳 闸起 动图 3 三段式距离保护的构成元件和逻辑框图2.3.1 起动元件起动元件的主要作用是在发生故障的瞬间起动整套保护，并和距离元件动作后组成与门，起动出口回路动作于跳闸，以提高保护装置的可靠性。起动元件可由过电流继电器、低阻抗继电器或反应于负序和

30、零序电流的继电器构成。具体选用哪一种，应由被保护线路的情况确定。2.3.2 距离元件（Z I、Z II和 ZIII）距离元件的主要作用实际上是测量短路点到保护安装地点之间的阻抗（亦即距离）。一般 ZI和 ZII采用方向阻抗继电器，Z III采用偏移特性阻抗继电器。2.3.3 时间元件时间元件的主要作用是按照故障点到保护安装地点的远近，根据预定的时限特性确定动作的时限，以保证保护动作的选择性。一般采用时间继电器。图 3 为三段式距离保护动作的简化逻辑框图。当正方向发生故障时，起动元件动作，如果故障位于第 I 段范围内，则 ZI 动作并与起动元件的输出信号通过与门，瞬时作用于出口回路，动作于跳闸。

31、如果故障位于距离 I 段保护范围内，则 ZI 不动作而 ZII 动作，随即起动 II 段的时间元件 tII，待 tII 延时到达后，也通过与门起动出口回路动作于跳闸。如果故障位于距离 III 段保护范围以内，仍通过与门和出口回路动作于跳闸，起到后备保护的作用。2.4 对距离保护的评价从对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的结论：2.4.1 根据距离保护和工作原理，它可以在多电源的复杂网络中保证动作的选择性。2.4.2 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%的线路长度内的故障，不能从两端瞬时切除，在一端须经

32、 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不应用。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，其他两段受到的影响也比较小，因此，保护范围比较稳定。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。2.5 本厂采用距离保护（WXB-11C、15 型保护 CPU2 插件）该保护包括三段式相间距离和三段式接地距离，分别用以

33、切除相间故障和单相接地故障，阻抗算法采用微分方程算法，阻抗特性采用多边形特性。保护起动后，首选执行选相程序，当判断为相间故障时，执行相间距离逻辑；当判断为单相故障时，执行接地距离保护逻辑。保护逻辑完全符合“四统一”要求。2.5.1 方向判别当系统发生第一次故障时，利用电压记忆，保护准确判断 IIII 段任何故障和类型的方向。在振荡闭锁期间，如再发生故障，考虑到系统可能在振荡中记忆不可靠，故对各种不对称故障均采用负序方向元件把关。当故障为出口三相短路时，振荡闭锁中的 DZI 段采用偏移特性，其偏移特性可由控制字选择内偏或外偏，而对振荡闭锁中的 III 段距离继电器，其偏移特性固定为内偏。2.5.

34、2 手合逻辑当手合到故障线路时，如阻抗继电器在偏移 III 段内，则立即发永跳令。2.5.3 非全相逻辑当发生单相故障时，保护则同时不断计算两个健全相对及二健全相间的阻抗，在任一阻抗有突变，且突变后的阻值在 II 段范围内（此时 II 段特性带偏移），确认健全相又发生了故障。如故障转换发生在发出单跳令后，则立即三跳；如在发出单跳令前，且故障在 II 段，则转至相间距离逻辑。2.5.4 振荡闭锁逻辑本保护振荡闭锁逻辑除设有常规保护所具有的短时开放 I、II 段及延时III 段外，还增设了按 dz/dt 原理构成的区分振荡中短路的逻辑，该原理动作条件如下：a.感受阻抗先有一个突变b.阻抗突变后又在

35、 0.2s 内电阻分量变化很小c.阻抗 0.2s 均在 I 段范围内当满足上述三个条件后，保护出口跳三相。2.5.5 跳闸逻辑a.判断出故障为区内单相故障时，则进入选跳回路，如重合方式允许单跳则发单跳令，驱动相应分相跳闸继电器和跳闸重动继电器 TZDJ。如不允许单跳，则发三跳令驱动三个分相跳闸继电器和三跳重动继电器 3TZDJ。b.为相间故障，保护则发三跳令。c.发出后，开关未跳开前，又发生转换性故障则立即补发三跳令，并显示“DEVCK”。d.令发出 0.2s 后，开关仍未跳开，则补发三跳令，并显示“HB3TCK”e.程中，如健全相又发生了故障，则由方向保护发三跳令，并显示“JL-DEVCK”

36、f.令发出 0.2s 后开关仍未跳开，保护则补发永跳继电器 CKJR,并打印“JL-GB3TCK”g.令发出 5s 后，开关仍未跳开，保护则收回跳闸令，告警并打印“JL-HBYTSB”。h.重合于故障线路时，则由距离元件加速发永跳令，显示“JL-JSCK”。2.5.6 后加速逻辑本保护设有如下加速功能：a.瞬时加速 II 段b.瞬时加速 III 段c.1.5s 延时加速 III 段d.重合后故障相电抗分量同第一次故障相近，且 X、R 分量在 II 段内，瞬时加速。加速功能可通过控制字投入或退出。3.零序电流保护3.1 概述当中性点直接接地的电网（又称大接地电流系统）中发生接地短路时，将出现很大

37、的零序电流，而在正常运行情况下它们是不存在的，因此利用零序电流来构成接地短路的保护，就具有显著的优点。零序分量参数具有如下特点：3.1.1 故障点的零序电压最高，系统中距离故障点越远处的零序电压越低，零序电压的分布如图 4（c）所示，在变电所 A 母线上零序电压为 UAO，变电所B 母线上零序电压为 UBO等等。3.1.2 零序电流的分布，主要决定于送电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的数目和位置无关，例如在图 4（b）中，当变压器B2的中性点不接地时，则 I0 0。3.1.3 对于发生故障的线路，两零序功率的方向与正序功率的方向相反，零序功率方向实际上都是由线路流向母线的

38、。3.1.4 在电力系统运行方式发生变化时，如果送电线路和中性点接地的变压器数目不变，则零序阻抗和零序等效网络就是不变的。但此时，系统的正常阻抗和负序阻抗要随着运行方式而变化，正、负序阻抗的变化将引起Ud1、U d2、U d0之间电压分配的改变，因而间接地影响零序分量的大小。 B1A()dB2aX0UA0UB0(b)d0.IX0C图 4 接地短路时的零序等效网络（a）系统接线； （b）零序网络； （c）零序电压的分布3.2 零序电流速断（零序 I 段）保护在发生单相或两相接地短路时，也可以求出零序电流 3I0随线路长度变化的关系曲线然后相似于相间短路电流保护的原则，进行保护的整定计算。零序电流

39、速断保护的整定原则如下：（1）开下一条线路出口处单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流3I0.max ，引入可靠系数 Kk （一般取为 1.21.3）。（2）躲开断路器在相触头不同期合闸时所出现的最大零序电流 3I0.b1，引入可靠系数 Kk。（3）当线路上采用单相自动重合闸时， 按上述条件（1）、（2）整定的零序 I 段，往往不能躲开在非全相运行状态下又发生系统振荡时，所出现的最大零序电流，而如果按这一条件整定，则正常情况下发生接地故障时，其保护范围又要缩小，不能充分发挥零序 I 段的作用。因此，为了解决这个矛盾，通常是设置两个零序 I 段保护，一个是按条件1 或 2 整定（由于其定值较

40、小，保护范围较大，因此，称为灵敏 I 段），它的主要任务是对全相运行状态下的接地故障起保护作用，具有较大的保护范围，而当单相重合闸起动时，则将其自动闭锁，需待恢复全相运行时才能重新投入。另一个是按条件（3）整定（由于它的定值较大，因此称为不灵敏 I 段），装设它的主要目的，是为了在单相重合闸过程中，其它两相又发生接地故障时，用以弥补失去灵敏 I 段的缺陷，尽快地将故障切除。当然，不灵敏 I 段也能反应全相运行状态下的接地故障，只是其保护范围较灵敏 I 段为小。3.3 零序电流限时速断（零序 II 段）保护零序 II 段的起动电流首先考虑和下一条线路的零序电流速断相配合，并带有高出一个 t 的时

41、限，以保证动作的选择性。3.4 零序过电流（零序 III 段）保护零序 III 段的作用在一般情况下是作为后备保护使用的，但在中性点直接接地电网中的终端线路上，它也可以作为主保护使用。3.5 方向性零序电流保护在双侧或多侧电源的网络中，电源处变压器中性点一般至少有一台要接地，由于零序电流的实际流向是由故障点流向各个中性点接地的变压器，因此在变压器接地数目比较多的复杂网络中，就需要考虑零序电流保护动作的方向性问题。如图 5（a）所示的网络接线，两侧电源处的变压器中性点均直接接地，这样当 d1点短路时，其零序等效网络和零序电流分布，如图 5（b）所示，按照选择性的要求，应该由保护 1 和 2 动作

42、切除故障，但是零序电流 I 0d1流过保护3 时，就可能引起它的误动作；同样当 d2点短路时，如图 5（c）所示，零序电流 I 0d2又可能使保护 2 误动作。此情况类似于本章第二节中的分析，必须在零序电流保护上增加功率方向元件，利用正文向和反方向故障时，零序功率方向的差别，来闭锁可能误动作的保护，才能保证动作的选择性。B1324B1(C)I0d2.b(a)U0d图 5 零序方向保护工作原理的分析（a）网络接线；（b）d 1点短路的零序网络；（c）d 2点短路的零序网络（ a） LM=-103IU（ b）3I0-U（ C）J=3I0 LM1GJBCABA LM7G图 6 零序功率方向继电器的接

43、线方式（a）静态继电器采用的接线；（b）广泛应用的接线；（c）向量图零序功率方向继电器接于零序电压 3U0和零序电流 3I0之上，如图 6 所示，它只反应于零序功率的方向而动作。当保护范围内部故障时，按规定的电流、电压正方向看，3I 0超前于 3U0为 95110 （对应于保护安装地点背后的零序阻抗角为 9570 情况），继电器此时正确动作，并应工作 在最灵敏的条件之下。根据零序分量的特点，零序功率方向继电器显然应该采用最大灵敏角 lm=95 110 ，当按规定极性对应加入 3U0和 3I0时，继电器正好工作在最灵敏的条件下，其接线如图 6（a）所示，简单清晰，易于理解。在静态功率方向继电的技

44、术条件中，即规定其最大灵敏角为105 5，与上述接线是一致的。但是目前在电力系统中广泛使用的晶体管型和微机型零序功率方向继电器，都是把最大灵敏角做成 lm=7085 ，即要求加入继电器 UJ应超前IJ7085 时动作最灵敏。为了适应这个要求，对此种零序功率方向继电器的接线应如图 6 （b）所示，将电流线圈与电流互感器之间同极性相连，而将电压线圈与电压互感器之间不同极性相连，即IJ3I 0，U J3U 0， J=7085 ，向量关系如图 6（c）所示，刚好符合最灵敏的条件。图 6（a）和（b）的接线实质上完全一样，只是在图（b）的情况下，继电器内部的电压回路中倒换一次极性，然后在外部接线时再倒换

45、一次极性。由于在正常运行情况下，没有零序电流和电压，零序功率方向继电器的极性接错时不易发现，故在实际工作中应给予特别注意。接线时必须实际检查继电器的内部极性联接，画出向量图，并进行试验，以免发生错误。由于越靠近故障点的零序电压越高，因此零序方向元件没有电压死区。相反地，倒是当故障点距保护安装地点很远时，由于保护安装处的零序电压较低，零序电流较小，继电器反而可能不起动。为此，必须校验方向元件在这种情况下的灵敏系数，例如当作为相邻元件的后备保护时，即应采用相邻元件末端短路时，在本保护安装处的最小零序电流、电压或功率（经电流、电压互感器转换到二次侧的数值）与功率方向继电器的最小起动电流、电压或起动功

46、率之比来计算灵敏系数，并要求 Klm1.5。3.6 对零序电流保护的评价相间短路电流保护采用三相星形接线方式时，它也可以保护单相接地短路。那么为什么还要采用专门的零序电流保护？这是因为两者相比，后者具有很多的优点，如：a.相间短路的过电流保护系按照大于负荷电流整定，继电器的起动电流一般为 57A，而零序过电流保护则按照躲开不平衡电流的原则整定，其值一般为23A，由于发生单相接地短路时，故障相的电流与零序电流 3I0相等，因此，零序过电流保护的灵敏度高。此外，零序过电流保护的时限也较相间保护为短。尤其是对于两侧电源的线路，当线路内部靠近任一侧发生接地短路时，本侧零序 I 段动作跳闸后，对侧零序电

47、流增大可使对侧零序 I 段也相继动作跳闸，因而使总的故障切除时间更加缩短。b.相间短路的电流速断和限时电流速断保护直接受系统运行方式变化的影响很大，而零序电流保护受系统运行方式变化的影响要小得多。此外，由于线路零序阻抗较正序阻抗为大，X 0=(23.5)X1，线路始端与末端短路时，零序电流变化显著，曲线较陡，因此零序 I 段的保护范围较大，也较稳定，零序 II 段的灵敏系数也易于满足要求。c.系统中发生某些不正常运行状态时，例如系统振荡，短时过负荷等，三相是对称的，相间短路的电流保护均将受它们的影响而可能误动作，因而需要采取必要的措施予以防止，而零序保护则不受它们的影响。d.在 110Kv 及

48、以上的高压和超高压系统中，单相接地故障约占全部故障的70%90%，而且其它的故障也往往是由单相接地发展起来的，因此采用专门的零序保护就具有显著的优越性，从我国电力系统的实际运行经验中，也充分证明了这一点。零序电流保护的缺点是：a.对于短线路或运行方式变化很大的情况，保护往往不能满足系统运行所提出的要求；b.随着单相重合闸的广泛应用，在重合闸动作的过程中将出现非全相运行状态，再考虑系统两侧的电机发生摇摆，则可能出现较大的零序电流，因而影响零序电流保护的正确工作，此时应从整定计算上予以考虑，或在单相重合闸动作过程中使之短时退出运行；c.当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的网络时（例如 110kV

49、 和220kV 电网），则任一网络的接地短路都将在另一网络中产生零序电流，这将使零序保护的整定配合复杂化，并将增大第 III 段保护的动作时限。实际上，在中性点直接接地的电网中，由于零序电流简单、经济、可靠，因而获得了广泛的应用。3.7 本厂高压输电线路零序保护（WXB-11C、15 型保护 CPU3 插件）零序保护设置了四段全相运行时的灵敏段零序保护，两段非全相运行时的不灵敏段零序保护，全相运行时各段零序保护的方向元件均可由控制整定投入或退出。重合闸加速 II、III、IV 段，可由控制字分别投入或退出，后加速时间均固定为 0.2s，另外零序 I 段在重合闸后带 0.1s 延时。3.7.1 起动元件本装置零序