220kV線路保護(hù)原理

1、模塊4線路微機(jī)保護(hù)裝置原理(ZY1900201004【模塊描述】 本模塊包含了線路保護(hù)的配置及原理，通過對零序電流保護(hù)，距離保護(hù)，縱聯(lián)保 護(hù)，重合閘等原理的講解，掌握線路保護(hù)裝置的原理?！菊摹恳弧?20kV線路保護(hù)的配置220kV線路保護(hù)一般分為四個部分，即縱聯(lián)主保護(hù)、距離后備保護(hù)、零序后備保護(hù)及自動重合 閘裝置；而110kV輸電線路保護(hù)一般只包括三個部分，即距離保護(hù)、零序保護(hù)和自動重合閘裝置。 兩個電壓等級的輸電線路保護(hù)都包含了距離和零序保護(hù)，其原理基本相同，只是保護(hù)段的配置稍有 不同，其最大的區(qū)別體現(xiàn)在三個部分：一是采用的保護(hù)后備方式不同，220kV線路保護(hù)一般采用近后備方式，通過雙重化

2、配置實現(xiàn)，而110kV線路保護(hù)一般采用遠(yuǎn)后備方式，只配置一套保護(hù)；二是220kV線路保護(hù)比110kV線路保護(hù)多配置了縱聯(lián)主保護(hù)，可以實現(xiàn)全線速動；三是220kV線路保護(hù)自動重合閘裝置一般采用單相重合閘功能，而110kV線路保護(hù)一般采用三相重合閘功能。二、220kV線路保護(hù)原理1. 典型220kV線路微機(jī)保護(hù)裝置原理目前220kV線路微機(jī)保護(hù)裝置配置的一般為：主保護(hù)為能實現(xiàn)全線速動的縱聯(lián)保護(hù)，后備保護(hù)為階段式相間距離和接地距離保護(hù)、階段式零序保護(hù)(方向可投退，目前省內(nèi)220kV線路的零序保護(hù)已將I至川段都退出，只投入了W段)，還有重合閘裝置?？v聯(lián)保護(hù)根據(jù)原理分類主要是分相差動、縱聯(lián)方向和縱聯(lián)距離

3、，按縱聯(lián)通道分為光纖通道和載波通道。目前省內(nèi)系統(tǒng)220kV線路縱聯(lián)保護(hù)載波通道主要采用專用高頻收發(fā)信機(jī)構(gòu)成所謂的高頻保護(hù)，并按其工作方式又分為閉鎖式和允許 式兩種，當(dāng)然，也有少部分220kV線路縱聯(lián)保護(hù)采用載波機(jī)通信構(gòu)成載波保護(hù)，一般采用允許式工作方式。例如，目前典型使用的產(chǎn)品中，光纖分相差動保護(hù)的典型產(chǎn)品為RCS-931、PSL-603 CSC-103(CSC-103)、WXH-803 等，高頻保護(hù)的典型產(chǎn)品為 RCS-901 (902)、PSL-601 (602)、CSC-101 (102)、 WXH-801 (802)等，RCS-901 (902)、PSL-601 (602)、CSC-1

4、01 (102)、WXH-801 (802) 般采用 高頻通道的閉鎖式工作方式。2. 典型220kV線路微機(jī)保護(hù)裝置保護(hù)原理比較2.1南瑞公司的RCS900系列保護(hù)原理介紹RCS-901A (B、D)包括以縱聯(lián)變化量方向和零序方向元件為主體的快速主保護(hù)，由工頻變化量 距離元件構(gòu)成的快速I段保護(hù)，其中，RCS-901A由三段式相間和接地距離及二個延時段零序方向過流構(gòu)成全套后備保護(hù)；RCS-901B由三段式相間和接地距離及四個延時段零序方向過流構(gòu)成全套 后備保護(hù)；RCS-901D以RCS-901A為基礎(chǔ)，僅將零序川段方向過流保護(hù)改為零序反時限方向過流保 護(hù)。RCS-901A (B、D)保護(hù)有分相出

5、口，配有自動重合閘功能，對單或雙母線結(jié)線的開關(guān)實現(xiàn)單相 重合、三相重合和綜合重合閘。RCS-902A (B、C、D)包括以縱聯(lián)距離和零序方向元件為主體的快速主保護(hù)，由工頻變化量距 離元件構(gòu)成的快速I段保護(hù)。其中，RCS-902A由三段式相間和接地距離及二個延時段零序方向過流構(gòu)成全套后備保護(hù)；RCS-902B由三段式相間和接地距離及四個延時段零序方向過流構(gòu)成全套后 備保護(hù)；RCS-902C設(shè)有分相命令，縱聯(lián)保護(hù)的方向按相比較，適用于同桿并架雙回線，后備保護(hù) 配置同RCS-902A； RCS-902D以RCS-902A為基礎(chǔ)，僅將零序川段方向過流保護(hù)改為零序反時限方向過流保護(hù)。RCS-902A （

6、 B、C、D ）保護(hù)有分相出口，配有自動重合閘功能，對單或雙母線接線的開關(guān)實現(xiàn)單相重合、三相重合和綜合重合閘。RCS-931A（ B、D）包括以分相電流差動和零序電流差動為主體的快速主保護(hù)，由工頻變化量 距離元件構(gòu)成的快速I段保護(hù)，RCS-931A由三段式相間和接地距離及二個延時段零序方向過流構(gòu)成的全套后備保護(hù)，RCS-931B由三段式相間和接地距離及四個延時段零序方向過流構(gòu)成全套后備保 護(hù)，RCS-931D以RCS-931A為基礎(chǔ)，僅將零序川段方向過流保護(hù)改為零序反時限方向過流保護(hù)。 RCS-931A/B/D保護(hù)有分相出口，配有自動重合閘功能 ，對單或雙母線接線的開關(guān)實現(xiàn)單相重合、 三相重合

7、和綜合重合閘。2.2.南自公司的PSL600系列保護(hù)原理介紹PSL-601系列數(shù)字式線路保護(hù)裝置以能量積分方向為主，阻抗方向、零序方向為輔的綜合性方 向元件組成的縱聯(lián)保護(hù)作為全線速動主保護(hù)。PSL-602系列保護(hù)以縱聯(lián)距離和縱聯(lián)零序作為全線速動主保護(hù)。縱聯(lián)零序方向保護(hù)零序電壓采 用浮動門坎技術(shù)，最小門坎為0.5V,既可防止正常運(yùn)行時如果有零序電壓導(dǎo)致零序電方向元件的誤動，也提高了高阻接地時零序方向元件的靈敏度。PSL-603系列保護(hù)采用分相電流差動繼電器和零序電流差動繼電器作為線路全線速動保護(hù)；具備優(yōu)異的抗CT飽和和CT斷線能力；差動保護(hù)的光纖通道可以提供專用光纖、復(fù)用64kPCM和復(fù)用2M這

8、三種通訊接口方式以供選擇；先進(jìn)的數(shù)值同步技術(shù)，保證兩側(cè)數(shù)據(jù)的一致性，可適用兩側(cè)CT變比不一致的情況；自動檢測通道故障，實時顯示差流、通道誤碼率，通道故障時自動閉鎖差動保護(hù)，通 道恢復(fù)時自動恢復(fù)差動保護(hù)。PSL-601、602和603型保護(hù)都以距離保護(hù)和零方向電流保護(hù)作為后備保護(hù)，重合閘功能可選。 可用作220kV及以上電壓等級輸電線路的主保護(hù)和后備保護(hù)。23 四方公司的 CSC100 （CSL100）系列保護(hù)原理介紹CSC-101A/B縱聯(lián)距離保護(hù)裝置配置有縱聯(lián)方向距離元件、縱聯(lián)零序方向元件及負(fù)序方向元件，縱聯(lián)方向距離保護(hù)包括接地方向距離元件和相間方向距離元件，負(fù)序方向元件主要用于在振蕩閉鎖

9、中與縱聯(lián)方向距離元件配合，以快速切除各種多相故障和單相接地故障?？v聯(lián)零序方向元件靈敏度 較高，可作為高阻接地故障時對縱聯(lián)方向距離保護(hù)在靈敏度上的補(bǔ)充。CSC-102A/B縱聯(lián)方向保護(hù)裝置配置有縱聯(lián)突變量方向元件和縱聯(lián)零序方向元件，縱聯(lián)突變量 方向元件具有靈敏度高、方向性好的特點，可快速切除多相故障和單相接地故障?？v聯(lián)零序方向元 件靈敏度高，可作為高阻接地故障時對縱聯(lián)方向保護(hù)在靈敏度上的補(bǔ)充。（第三代產(chǎn)品 CSL-100系列保護(hù)補(bǔ)充：CSL101、102為適用于220kV-500kV輸電線路的成套數(shù) 字式保護(hù)裝置，整套裝置基本配置包括高頻保護(hù)、距離保護(hù)、零序保護(hù)、故障錄波器四個部分，以 高頻保護(hù)

10、作為線路全線速動主保護(hù)，以距離、零序方向保護(hù)作為后備保護(hù)。高頻、距離、零序方向 保護(hù)功能由三個獨立的CPU插件分別完成。CSL101與CSL102的區(qū)別主要在高頻保護(hù)部分，前者高頻保護(hù)為高頻相間距離、高頻接地距離、高頻零序方向和高頻負(fù)序方向，后者則配置了突變量方向高頻、高頻零序方向、高頻負(fù)序方向，兩 者的后備保護(hù)完全相同。）CSC-103A/B電流差動保護(hù)配有分相式電流差動保護(hù)和零序電流差動保護(hù)，用于快速切除各種 類型故障，具有電容電流補(bǔ)償功能，利用線路兩側(cè)電壓對電容電流進(jìn)行精確補(bǔ)償，以提高差動保護(hù) 的靈敏度。24許繼公司的 WXH800系列保護(hù)原理介紹WXH-801保護(hù)配置的主保護(hù)為縱聯(lián)方向

11、保護(hù)，后備為距離保護(hù)、零序保護(hù)，可選擇自動重合閘功能。其縱聯(lián)方向保護(hù)采用帶補(bǔ)償?shù)恼蚬收戏至康目v聯(lián)方向保護(hù)和零序方向保護(hù)構(gòu)成全線速動的 主保護(hù)。以負(fù)序分量及反映三相對稱故障的判別元件（Ucos）構(gòu)成快速后備縱聯(lián)保護(hù)。主保護(hù)根據(jù)不同故障時限，投入不同的方向元件，使主保護(hù)完整、獨立且全過程投入。非全相運(yùn)行主保護(hù)投 入并由反映健全相的工頻變化量方向元件實現(xiàn)。設(shè)有可供用戶選用的弱饋功能（弱饋回授功能、弱饋跳閘功能，弱饋端可以正確選相跳閘）。方向元件設(shè)有正、反兩個方向元件，反方向元件不需整定， 靈敏度較正方向靈敏。任一反方向元件閉鎖正方向元件。在手合于故障或重合于永久故障時，設(shè)置 了具有偏移特性的阻抗元

12、件瞬時加速切除故障的功能。WXH-802保護(hù)配置為縱聯(lián)距離保護(hù)、距離保護(hù)、零序保護(hù)、自動重合閘功能。縱聯(lián)距離保護(hù)采 用綜合距離方向保護(hù)和零序方向保護(hù)構(gòu)成全線速動的主保護(hù)，以負(fù)序分量及反映三相對稱故障的判 別元件（Ucos）構(gòu)成快速后備縱聯(lián)保護(hù)。非全相運(yùn)行主保護(hù)投入并由反映健全相的工頻變化量方 向元件實現(xiàn)。本保護(hù)的綜合阻抗繼電器的動作特性為帶偏移的多邊形。其余部分均與WXH-801相同。WXH-803分相差動保護(hù)采用故障分量差動保護(hù)、穩(wěn)態(tài)量差動保護(hù)和零序差動保護(hù)構(gòu)成全線速動的主保護(hù)。正常時每隔 5ms向?qū)?cè)傳送一幀信息，包括模擬量、保護(hù)投退情況、模擬量監(jiān)視邏輯、 遠(yuǎn)跳及遠(yuǎn)傳信息等。WXH-800

13、系列距離保護(hù)設(shè)置了三段式相間距離及三段式接地距離。相間距離保護(hù)采用耐過負(fù)荷能力強(qiáng)的圓特性阻抗繼電器，接地距離保護(hù)采用四邊形特性阻抗繼電器。本保護(hù)在啟動后循環(huán)計算 六種阻抗，并行對距離I、n、川段區(qū)內(nèi)判別，距離元件動作后，根據(jù)自適應(yīng)選相元件的選相結(jié)果， 選相跳閘。本保護(hù)具有振蕩閉鎖功能，對于振蕩中的故障還可以自適應(yīng)的采用不同的開放元件快速 開放距離保護(hù)。本保護(hù)在手合于故障時設(shè)置了具有偏移特性的川段加速阻抗元件，對于重合后加速設(shè)置了可投退的加速n或川段阻抗及延時加速I、n、川段。本保護(hù)具有自適應(yīng)的故障測距功能。WXH-800系列保護(hù)設(shè)置了六段零序方向電流保護(hù)即零序電流I-w段及零序不靈敏i、n段。

14、另含有可選用的零序反時限保護(hù)。全相運(yùn)行及非全相運(yùn)行時各段保護(hù)的投退由壓板控制，每段都各 由控制字選擇經(jīng)方向或不經(jīng)方向元件閉鎖。此外，還設(shè)置了帶延時的過流保護(hù)I段及過流保護(hù)n段，僅在tv斷線時由控制字選擇投退。重合閘方面可實現(xiàn)單相重合閘、三相重合閘、綜合重合閘及停用。重合閘充電時間為15s重合在充滿電后才執(zhí)行。重合閘的啟動回路可以由保護(hù)跳閘啟動及斷路器位置啟動?？蛇x擇的檢無壓、 檢同期及無檢定方式重合。由于重合閘的原因不允許保護(hù)選相跳閘時，重合閘將輸出溝通三跳接點，連至各保護(hù)開入以實現(xiàn)三跳。三、RCS-901A微機(jī)保護(hù)裝置的原理介紹RCS-901A包括以縱聯(lián)變化量方向和零序方向元件為主體的快速主

15、保護(hù)，由工頻變化量距離元件 構(gòu)成的快速I段保護(hù)，由三段式相間和接地距離及多個延時段或反時限零序方向過流構(gòu)成全套后備保護(hù)。 RCS-901A 保護(hù)有分相出口，配有自動重合閘功能 , 對單或雙母線結(jié)線的開關(guān)實現(xiàn)單相重合、 三相重合和綜合重合閘。其啟動原理有：電流變化量啟動元件、零序過流啟動元件、位置不對應(yīng)啟 動、遠(yuǎn)跳啟動。其測量元件有工頻變化量距離測量元件、縱聯(lián)工頻變化量方向測量元件、縱聯(lián)零序 功率方向測量元件、零序方向測量元件、距離測量元件，同時具備負(fù)荷限制、振蕩閉鎖功能。采用 的選相元件有：相電流差變化量選相元件和1 °與1 2A比相的選相元件。RCS-901A保護(hù)裝置的特點就是工頻

16、變化量阻抗繼電器和縱聯(lián)工頻變化量方向繼電器。1縱聯(lián)保護(hù)RCS-901A配置的縱聯(lián)保護(hù)包括縱聯(lián)工頻變化量方向保護(hù)和縱聯(lián)零序方向保護(hù)。（1）縱聯(lián)工頻變化量方向保護(hù) 采用工頻變化量的概念，變化量方向繼電器測量保護(hù)線路電壓和電流的故障分量，并計算電壓故障分量 U12 （ U12 ）和 電 流故 障分量 I12 的 夾角 （ ） ，當(dāng)正 方 向故 障時，180 ,0 時，反方向故障時，0 ,180 。 和 定值固定，可在程序中固化，因此在RCS-901A的定值中沒有該保護(hù)的整定值?？v聯(lián)工頻變化量方向繼電器的特點：有良好的方向性；不反應(yīng)過渡電阻大??；不反應(yīng)負(fù)荷 電流；不反應(yīng)系統(tǒng)振蕩；利用接在三個相間的工頻

17、變化量方向繼電器可反應(yīng)任何故障類型；可適合 有串聯(lián)補(bǔ)償電容的系統(tǒng)使用；非全相運(yùn)行中工頻變化量方向繼電器不會誤動；不反應(yīng)零序分量，可 在同桿平行線路或多回線路使用。（2）縱聯(lián)零序方向保護(hù)縱聯(lián)零序方向保護(hù)正反方向元件（F°、F°）由零序功率F°決定，F(xiàn)°由3U°和31° ZD的乘積獲得（3U°、31 °為自產(chǎn)零序電壓電流，ZD是幅值為1相角為78°的相量），P°>0時F°動作； P° <-1 伏安（ I N =5A ）或 P° <-°.2 伏

18、安（ I N =1A ）時 F° 動作?？v聯(lián)零序保護(hù)的正方向元件由 零序方向比較過流元件和 F° 的與門輸出，而縱聯(lián)零序保護(hù)的反方向元件由零序起動過流元件和 F° 的與門輸出。顯然，縱聯(lián)零序方向保護(hù)的動作值門檻值是固定的，在程序中固化，因此，RCS-901A的定值單中不需要給出其定值?？v聯(lián)零序方向保護(hù)的特點是：有良好的方向性；不反應(yīng)負(fù)荷電流；不反應(yīng)過渡電阻；不反應(yīng)系 統(tǒng)振蕩；在非全相運(yùn)行期間的有可能誤動；在有串補(bǔ)電容的線路上有可能誤動；同桿并架的兩條線 路上由于線路之間互感較大，如果兩條線路之間電氣聯(lián)系又較弱，在一條線路上發(fā)生接地短路時， 可造成非故障線路的縱聯(lián)零

19、序方向保護(hù)誤動。（ 3）閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)邏輯閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)動作出口的條件是：a、保護(hù)啟動元件動作，b、正方向元件動作（縱聯(lián)工頻變化量方向或縱聯(lián)零序方向），c、曾連續(xù)收到8ms高頻閉鎖信號，即啟動元件動作8ms以后，才允許正方向元件投入工作 （通道檢測作用）d、反方向元件不動作，e收信機(jī)收不到信號， 再經(jīng)過8ms,（這個8ms是用來防止線路區(qū)外故障時，若遠(yuǎn)故障點判為內(nèi)部故障立即停信，將收不到對側(cè)近故障 點經(jīng)過通道傳輸時延后到達(dá)的閉鎖信號而誤動）發(fā)跳閘命令。為了防止功率倒向時縱聯(lián)保護(hù)誤動，當(dāng)縱聯(lián)保護(hù)啟動后4°ms內(nèi)不動作，這4°ms包括同桿并架的故障線路保護(hù)動作 1°m

20、s和斷路器機(jī)構(gòu)動作時間 3°ms，若此時本線路轉(zhuǎn)而判為內(nèi)部故障，縱聯(lián)保護(hù)再要動作需延時 25ms?？v聯(lián)保 護(hù)出口圖ZY1900201004-1閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)起動后方框圖當(dāng)本裝置其它保護(hù)（如工頻變化量阻抗、零序延時段、距離保護(hù)）動作，或外部保護(hù)（如母線差動保護(hù)）動作跳閘時，立即停止發(fā)信，并在跳閘信號返回后，停信展寬150ms,但在展寬期間若反方向元件動作，立即返回，繼續(xù)發(fā)信。本裝置保護(hù)停信，這主要是防止保護(hù)出口故障時，工頻變 化量保護(hù)或距離I段保護(hù)先動作，而沒有返回，本側(cè)高頻信號一直發(fā)信，使對側(cè)快速保護(hù)不能動作。 外保護(hù)停信對于220kV線路主要是指母差停信，當(dāng)發(fā)生死區(qū)故障時，母差動作

21、，故障仍在，母差保 護(hù)使本側(cè)縱聯(lián)保護(hù)停信 150ms,為了使線路對側(cè)縱聯(lián)保護(hù)立刻動作。三相跳閘固定回路動作或三相跳閘位置繼電器均動作且無流時，始終停止發(fā)信。這主要是防止充電線路發(fā)生故障時，對側(cè)縱聯(lián)保護(hù)能動作。弱饋的運(yùn)行方式時，采用超范圍變化量阻抗繼電器，該繼電器動作判為正方向故障。2. 工頻變化量距離保護(hù)工頻變化量距離元件是充分體現(xiàn)了微機(jī)保護(hù)的優(yōu)越性，它利用算法，把當(dāng)前工頻量的采樣值與前幾個周期的工頻量的采樣值比較，獲取變化量，根據(jù)變化量的大小來決定動作，從而構(gòu)成快速保護(hù)，由于穩(wěn)態(tài)時幾乎沒有工頻變化量，因此該保護(hù)是快速保護(hù)，但不能作為穩(wěn)態(tài)保護(hù)。工頻變化量阻抗繼電器的特點：有很強(qiáng)的保護(hù)過渡電阻的

22、能力，而且該能力有很強(qiáng)的自適應(yīng)功能；區(qū)外短路不會超越；正方向出口短路沒有死區(qū)，近處故障不會拒動；正向出口短路時動作速度 很快；不受系統(tǒng)振蕩影響；也適合于單側(cè)電源線路上作為受電側(cè)的保護(hù)；可應(yīng)用于串聯(lián)補(bǔ)償電容的 線路上，在電容器后面短路不會拒動；由于工頻變化量只存在于短路初始一段時間內(nèi)，所以只能用 于構(gòu)成快速保護(hù)，還需要與反應(yīng)穩(wěn)態(tài)量的保護(hù)配合使用。3. 相間距離和接地距離保護(hù)（1）三段式相間和接地距離繼電器4零序保護(hù)RCS-901A設(shè)置了零序II、III段過流保護(hù)，其中 山 段的方向可經(jīng)控制字投退方向。同時還有零 序加速段，單相重合閘合于故障時，零序過流加速經(jīng)60ms跳閘，手合時加速時間為100m

23、s。5. TV斷線保護(hù)(1) 三相電壓向量和大于8伏，保護(hù)不起動，延時1.25秒發(fā)TV斷線異常信號；(2) 三相電壓向量和小于 8伏，但正序電壓小于 1/2額定電壓時，若采用母線 TV 則延時 1.25秒發(fā)TV斷線異常信號；若采用線路 TV，則當(dāng)任一相有流元件動作或TWJ不動作時，延時 1.25秒發(fā)TV斷線異常信號。(3) TV斷線時，將縱聯(lián)變化量補(bǔ)償阻抗和縱聯(lián)零序退出，保留非斷線相的變化量方向元件及工頻變化量阻抗元件，將其門坎抬高至1.5UN，退出距離保護(hù)，自動投入 TV斷線相過流和TV斷線零序過流保護(hù)，兩保護(hù)兀件動作延時一致。(4) 三相電壓正常后，經(jīng)10秒延時TV斷線信號復(fù)歸。6 選相元

24、件選相元件分變化量選相元件和穩(wěn)態(tài)量選相元件，所有反映變化量的保護(hù)(如變化量方向、工頻變化量阻抗)用變化量選相元件， 所有反映穩(wěn)態(tài)量的保護(hù) (如階段式距離保護(hù)) 用穩(wěn)態(tài)量選相元件。(1)本裝置采用相電流差變化量選相元件和I 0與I2A比相的選相元件進(jìn)行選相f-選相元件故障類型 -fI ABI BCI CA選相AO+-+選A跳BO+-選B跳CO-+r選c跳ABO,BCO,CAO,AB,BC,CA,ABC+選三跳表中+動作，-不動作2)當(dāng)1800I0與I2A比相的選相元件選相程序首先根據(jù)I。與I2A之間的相位關(guān)系，確定三個選相區(qū)之一，如圖丄 600 時選A區(qū)，600I2A3000時選C區(qū)。Arg600 Arg丨00 I2AV _ _I 2AArg匹 1800I 2A1.1.3. &時選E區(qū)，60°6001800圖ZY1900201004-9選相區(qū)域7.重合閘RCS-901A保護(hù)重合閘為一次重合閘方式，可實現(xiàn)單相重合閘、三相重合閘或綜合重合閘；可根