220kV线路保护原理.docx

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1、整理模块 4线路微机保护装置原理ZY1900202304【模块描述】本模块包含了线路保护的配置及原理，通过对零序电流保护，距离保护，纵联保护，重合闸等原理的讲解，把握线路保护装置的原理。【正文】一、220kV 线路保护的配置220kV 线路保护一般分为四个局部，即纵联主保护、距离后备保护、零序后备保护及自动重合闸装置；而 110kV 输电线路保护一般只包括三个局部，即距离保护、零序保护和自动重合闸装置。两个电压等级的输电线路保护都包含了距离和零序保护，其原理根本一样，只是保护段的配置稍有不同，其最大的区分表达在三个局部：一是承受的保护后备方式不同，220kV 线路保护一般承受近后备方式，通过双

2、重化配置实现，而110kV 线路保护一般承受远后备方式，只配置一套保护；二是220kV 线路保护比 110kV 线路保护多配置了纵联主保护，可以实现全线速动；三是220kV 线路保护自动重合闸装置一般承受单相重合闸功能，而110kV 线路保护一般承受三相重合闸功能。二、220kV 线路保护原理1. 典型 220kV 线路微机保护装置原理目前 220kV 线路微机保护装置配置的一般为：主保护为能实现全线速动的纵联保护，后备保护为阶段式相间距离和接地距离保护、阶段式零序保护方向可投退，目前省内220kV 线路的零序保护已将至段都退出，只投入了段，还有重合闸装置。纵联保护依据原理分类主要是分相差动、

3、纵联方向和纵联距离，按纵联通道分为光纤通道和载波通道。目前省内系统220kV 线路纵联保护载波通道主要承受专用高频收发信机构成所谓的高频保护，并按其工作方式又分为闭锁式和允许式两种，固然，也有少局部220kV 线路纵联保护承受载波机通信构成载波保护，一般承受允许式工作方式。例如，目前典型使用的产品中，光纤分相差动保护的典型产品为 RCS-931、PSL-603、CSC-103CSC-103、WXH-803 等，高频保护的典型产品为 RCS-901902、PSL-601602、CSC-101102、 WXH-801802等，RCS-901902、PSL-601602、CSC-101102、WXH

4、-801802一般承受高频通道的闭锁式工作方式。2.1 南瑞公司的RCS900 系列保护原理介绍2. 典型 220kV 线路微机保护装置保护原理比较RCS-902AB、C、D包括以纵联距离和零序方向元件为主体的快速主保护，由工频变化量距离元件构成的快速段保护。其中，RCS-902A 由三段式相间和接地距离及二个延时段零序方向过流构成全套后备保护；RCS-902B 由三段式相间和接地距离及四个延时段零序方向过流构成全套后备保护；RCS-902C 设有分相命令，纵联保护的方向按相比较，适用于同杆并架双回线，后备保护配置同RCS-902A；RCS-902D 以RCS-902A 为根底，仅将零序段方向

5、过流保护改为零序反时限方RCS-901A (B、D) 包括以纵联变化量方向和零序方向元件为主体的快速主保护，由工频变化量距离元件构成的快速段保护，其中，RCS-901A 由三段式相间和接地距离及二个延时段零序方向过流构成全套后备保护；RCS-901B 由三段式相间和接地距离及四个延时段零序方向过流构成全套后备保护； RCS-901D 以RCS-901A为根底，仅将零序段方向过流保护改为零序反时限方向过流保护。RCS-901A (B、D) 保护有分相出口，配有自动重合闸功能，对单或双母线结线的开关实现单相重合、三相重合和综合重合闸。.向过流保护。RCS-902AB、C、D保护有分相出口，配有自动

6、重合闸功能, 对单或双母线接线的开关实现单相重合、三相重合和综合重合闸。RCS-931AB、D包括以分相电流差动和零序电流差动为主体的快速主保护，由工频变化量 距离元件构成的快速段保护，RCS-931A 由三段式相间和接地距离及二个延时段零序方向过流构成的全套后备保护，RCS-931B 由三段式相间和接地距离及四个延时段零序方向过流构成全套后备保护，RCS-931D 以 RCS-931A 为根底，仅将零序段方向过流保护改为零序反时限方向过流保护。RCS-931A/B/D 保护有分相出口，配有自动重合闸功能, 对单或双母线接线的开关实现单相重合、三相重合和综合重合闸。PSL-601 系列数字式线

7、路保护装置以能量积分方向为主，阻抗方向、零序方向为辅的综合性方向元件组成的纵联保护作为全线速动主保护。PSL-602 系列保护以纵联距离和纵联零序作为全线速动主保护。纵联零序方向保护零序电压承受浮动门坎技术，最小门坎为0.5V，既可防止正常运行时假设有零序电压导致零序电方向元件的误动，也提高了高阻接地时零序方向元件的灵敏度。2.2南自公司的PSL600 系列保护原理介绍PSL-601、602 和 603 型保护都以距离保护和零方向电流保护作为后备保护，重合闸功能可选。可用作 220kV 及以上电压等级输电线路的主保护和后备保护。2.3四方公司的CSC100CSL100系列保护原理介绍CSC-1

8、01A/B 纵联距离保护装置配置有纵联方向距离元件、纵联零序方向元件及负序方向元件， 纵联方向距离保护包括接地方向距离元件和相间方向距离元件，负序方向元件主要用于在振荡闭锁 中与纵联方向距离元件协作，以快速切除各种多相故障和单相接地故障。纵联零序方向元件灵敏度 较高，可作为高阻接地故障时对纵联方向距离保护在灵敏度上的补充。CSC-102A/B 纵联方向保护装置配置有纵联突变量方向元件和纵联零序方向元件，纵联突变量方向元件具有灵敏度高、方向性好的特点，可快速切除多相故障和单相接地故障。纵联零序方向元件灵敏度高，可作为高阻接地故障时对纵联方向保护在灵敏度上的补充。第三代产品CSL-100 系列保护

9、补充：CSL101、102 为适用于 220kV-500kV 输电线路的成套数字式保护装置，整套装置根本配置包括高频保护、距离保护、零序保护、故障录波器四个局部，以高频保护作为线路全线速动主保护，以距离、零序方向保护作为后备保护。高频、距离、零序方向保护功能由三个独立的CPU 插件分别完成。PSL-603系列保护承受分相电流差动继电器和零序电流差动继电器作为线路全线速动保护；具备 优异的抗CT饱和和CT断线力量；差动保护的光纤通道可以供给专用光纤、复用64kPCM和复用2M这三种通讯接口方式以供选择；先进的数值同步技术，保证两侧数据的全都性，可适用两侧CT变比不 全都的状况；自动检测通道故障，

10、实时显示差流、通道误码率，通道故障时自动闭锁差动保护，通道恢复时自动恢复差动保护。CSL101 与 CSL102 的区分主要在高频保护局部，前者高频保护为高频相间距离、高频接地距离、高频零序方向和高频负序方向，后者则配置了突变量方向高频、高频零序方向、高频负序方向，两 者的后备保护完全一样。2.4许继公司的WXH800 系列保护原理介绍CSC-103A/B 电流差动保护配有分相式电流差动保护和零序电流差动保护，用于快速切除各种类型故障，具有电容电流补偿功能，利用线路两侧电压对电容电流进展准确补偿，以提高差动保护的灵敏度。WXH-802 保护配置为纵联距离保护、距离保护、零序保护、自动重合闸功能

11、。纵联距离保护承受综合距离方向保护和零序方向保护构成全线速动的主保护，以负序重量及反映三相对称故障的判 别元件Ucos构成快速后备纵联保护。非全相运行主保护投入并由反映健全相的工频变化量方 向元件实现。本保护的综合阻抗继电器的动作特性为带偏移的多边形。其余局部均与WXH-801 一样。WXH-801 保护配置的主保护为纵联方向保护，后备为距离保护、零序保护，可选择自动重合闸功能。其纵联方向保护承受带补偿的正序故障重量的纵联方向保护和零序方向保护构成全线速动的 主保护。以负序重量及反映三相对称故障的判别元件Ucos构成快速后备纵联保护。主保护根 据不同故障时限，投入不同的方向元件，使主保护完整、

12、独立且全过程投入。非全相运行主保护投 入并由反映健全相的工频变化量方向元件实现。设有可供用户选用的弱馈功能 (弱馈回授功能、弱馈跳闸功能，弱馈端可以正确选相跳闸)。方向元件设有正、反两个方向元件，反方向元件不需整定， 灵敏度较正方向灵敏。任一反方向元件闭锁正方向元件。在手合于故障或重合于永久故障时，设置 了具有偏移特性的阻抗元件瞬时加速切除故障的功能。WXH-803 分相差动保护承受故障重量差动保护、稳态量差动保护和零序差动保护构成全线速动的主保护。正常时每隔 5ms 向对侧传送一帧信息，包括模拟量、保护投退状况、模拟量监视规律、远跳及远传信息等。WXH-800 系列距离保护设置了三段式相间距

13、离及三段式接地距离。相间距离保护承受耐过负荷力量强的圆特性阻抗继电器，接地距离保护承受四边形特性阻抗继电器。本保护在启动后循环计算 六种阻抗，并行对距离、段区内判别，距离元件动作后，依据自适应选相元件的选相结果， 选相跳闸。本保护具有振荡闭锁功能，对于振荡中的故障还可以自适应的承受不同的开放元件快速 开放距离保护。本保护在手合于故障时设置了具有偏移特性的段加速阻抗元件,对于重合后加速设 置了可投退的加速或段阻抗及延时加速、段。本保护具有自适应的故障测距功能。WXH-800 系列保护设置了六段零序方向电流保护即零序电流-段及零序不灵敏、段。 另含有可选用的零序反时限保护。全相运行及非全相运行时各

14、段保护的投退由压板掌握，每段都各 由掌握字选择经方向或不经方向元件闭锁。此外，还设置了带延时的过流保护段及过流保护段， 仅在 TV 断线时由掌握字选择投退。重合闸方面可实现单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸及停用。重合闸充电时间为 15s,重合在布满电后才执行。重合闸的启动回路可以由保护跳闸启动及断路器位置启动。可选择的检无压、 检同期及无检定方式重合。由于重合闸的缘由不允许保护选相跳闸时，重合闸将输出沟通三跳接点， 连至各保护开入以实现三跳。三、RCS-901A 微机保护装置的原理介绍RCS-901A 包括以纵联变化量方向和零序方向元件为主体的快速主保护，由工频变化量距离元件构成的快速段保护

15、，由三段式相间和接地距离及多个延时段或反时限零序方向过流构成全套后备保护。RCS-901A 保护有分相出口，配有自动重合闸功能, 对单或双母线结线的开关实现单相重合、三相重合和综合重合闸。其启动原理有：电流变化量启动元件、零序过流启动元件、位置不对应启动、远跳启动。其测量元件有工频变化量距离测量元件、纵联工频变化量方向测量元件、纵联零序功率方向测量元件、零序方向测量元件、距离测量元件，同时具备负荷限制、振荡闭锁功能。承受0I的选相元件有：相电流差变化量选相元件和I 与比相的选相元件。2 ARCS-901A 保护装置的特点就是工频变化量阻抗继电器和纵联工频变化量方向继电器。1纵联保护RCS-90

16、1A 配置的纵联保护包括纵联工频变化量方向保护和纵联零序方向保护。（1） 纵联工频变化量方向保护承受工频变化量的概念，变化量方向继电器测量保护线路电压和电流的故障重量，并计算电压故障重量DU& DU& 和电流故障重量DI&的夹角F+ (F- ) ， 当正方向故障时，121212F+ = 180, F- = 0 时，反方向故障时， F+ = 0, F- = 180 。F+ 和F- 定值固定，可在程序中固化，因此在RCS-901A 的定值中没有该保护的整定值。纵联工频变化量方向继电器的特点：有良好的方向性；不反响过渡电阻大小；不反响负荷 电流；不反响系统振荡；利用接在三个相间的工频变化量方向继电器

17、可反响任何故障类型；可适合有串联补偿电容的系统使用；非全相运行中工频变化量方向继电器不会误动；不反响零序重量，可在同杆平行线路或多回线路使用。（2） 纵联零序方向保护、000+0-纵联零序方向保护正反方向元件 FF由零序功率 P打算， P3U由03I Z和的0D0-0乘积获得 3U3I、0为自产零序电压电流， Z D是幅值为 1 相角为 78的相量， P0 时 F动00作； P -1 伏安 I=5A或NP =1&8ms0M38ms0M5M1M2零序反方向元件投纵联零序保护=1&投纵联变化量保护变化量反方向元件&任一相跳闸M6M7零序正方向元件M8&投纵联零序保护=1零序方向过流元件M9变化量正

18、方向元件投纵联变化量保护M10&=1=1发信任一相跳闸0150M110M14其他保护动作M12M13三相TWJ均为10150=1=1&三相跳闸固定M15M16三相无流M17纵联保护出口图 ZY1900202304-1 闭锁式纵联保护起动前方框图当本装置其它保护如工频变化量阻抗、零序延时段、距离保护动作，或外部保护如母线 差动保护动作跳闸时，马上停顿发信，并在跳闸信号返回后，停信展宽 150ms，但在展宽期间假设反方向元件动作，马上返回，连续发信。本装置保护停信，这主要是防止保护出口故障时，工频变 化量保护或距离I 段保护先动作，而没有返回，本侧高频信号始终发信，使对侧快速保护不能动作。外保护停

19、信对于 220kV 线路主要是指母差停信，当发生死区故障时，母差动作，故障仍在，母差保护使本侧纵联保护停信 150ms，为了使线路对侧纵联保护马上动作。三相跳闸固定回路动作或三相跳闸位置继电器均动作且无流时，始终停顿发信。这主要是防止充电线路发生故障时，对侧纵联保护能动作。弱馈的运行方式时，承受超范围变化量阻抗继电器，该继电器动作判为正方向故障。2工频变化量距离保护工频变化量距离元件是充分表达了微机保护的优越性，它利用算法，把当前工频量的采样值与前几个周期的工频量的采样值比较，猎取变化量，依据变化量的大小来打算动作，从而构成快速保护，由于稳态时几乎没有工频变化量，因此该保护是快速保护，但不能作

20、为稳态保护。工频变化量阻抗继电器的特点：有很强的保护过渡电阻的力量，而且该力量有很强的自适应功能；区外短路不会超越；正方向出口短路没有死区，近处故障不会拒动；正向出口短路时动作速度很快；不受系统振荡影响；也适合于单侧电源线路上作为受电侧的保护；可应用于串联补偿电容的线路上，在电容器后面短路不会拒动；由于工频变化量只存在于短路初始一段时间内，所以只能用于构成快速保护，还需要与反响稳态量的保护协作使用。3. 相间距离和接地距离保护1三段式相间和接地距离继电器4零序保护RCS-901A 设置了零序II、III 段过流保护，其中III 段的方向可经掌握字投退方向。同时还有零序加速段，单相重合闸合于故障

21、时，零序过流加速经60ms 跳闸，手合时加速时间为 100ms。5. TV 断线保护（1） 三相电压向量和大于 8 伏，保护不起动，延时 1.25 秒发 TV 断线特别信号；（2） 三相电压向量和小于 8 伏，但正序电压小于 1/2 额定电压时，假设承受母线 TV则延时1.25 秒发 TV 断线特别信号；假设承受线路TV，则当任一相有流元件动作或TWJ 不动作时, 延时1.25 秒发 TV 断线特别信号。（3） TV 断线时，将纵联变化量补偿阻抗和纵联零序退出，保存非断线相的变化量方向元件及工频变化量阻抗元件，将其门坎抬高至 1.5UN，退出距离保护，自动投入TV 断线相过流和TV 断线零序过

22、流保护，两保护元件动作延时全都。（4） 三相电压正常后, 经 10 秒延时 TV 断线信号复归。6. 选相元件选相元件分变化量选相元件和稳态量选相元件，全部反映变化量的保护如变化量方向、工频 变化量阻抗用变化量选相元件，全部反映稳态量的保护如阶段式距离保护用稳态量选相元件。选相元件0故障类型DI2 ADIDI选相ABBCCA1本装置承受相电流差变化量选相元件和I 与 I比相的选相元件进展选相AO+-+选 A 跳BO+-选 B 跳CO-+选 C 跳ABO,BCO,CAO,AB,BC,CA,ABC+选三跳表中+动作，-不动作与2 II比相的选相元件02 A选相程序首先依据I 与 II02 A之间的

23、相位关系，确定三个选相区之一，如图1.1.3.8。I当- 600I Arg0I 600时 选 区 ，600 Arg0 1800时 选 区 ，I1800 Arg0 3000时2 A选区。I2 AA区B区C区2 AI6002 A- 6007. 重合闸1800图 ZY1900202304-9 选相区域RCS-901A 保护重合闸为一次重合闸方式, 可实现单相重合闸、三相重合闸或综合重合闸；可根据故障的严峻程度引入闭锁重合闸的方式。重合闸的起动方式可以由保护动作起动或断路器位置不对应起动方式；当与RCS-900 系列其它线路保护一起使用有二套重合闸时，二套装置的重合闸可以同时投入，不会消灭二次重合，与

24、其它厂家的重合闸协作时，可考虑用压板仅投入一套重合闸。三相重合时，可承受检线路无压重合闸或检同期重合闸，也可承受快速直接重合闸方式，检无压时，检查线路电压或母线电压小于 30V；检同期时，检查线路电压和母线电压大于 40V，且线路和母线电压间相位差在整定范围内。目前省内系统中 220kV 线路一般承受单相重合闸方式。四、220kV 线路保护的典型组屏方式220kV 系统线路保护装置应双重化，即配置两套完全独立的全线速动的数字式保护，宜由不同的保护动作原理、不同厂家的硬件构造构成。220kV 线路两侧对应的保护装置应承受同型号系列、同原理的保护。线路纵联保护应优先承受光纤通道。每套保护除了全线速

25、动的纵联保护外，还应具 有完整阶段式相间距离、接地距离保护及必需的方向零序后备保护。目前，省内的 220kV 线路保护中，主要是依据保护通道的安排状况来配置两套保护装置，比较常见的组屏方式有：1、双光纤保护：一般承受RCS-931、PSL-603G、WXH-803、CSC-103 四种国产保护中两种组合；2、双高频保护：一般承受 RCS-901、RCS-902、PSL-601、PSL-602、CSC-101、CSC-102、WXH-801、WXH-802 这八种高频保护中的两两组合；3、一套光纤保护与一套高频保护：一般承受以上四种光纤保护中一种与以上八种高频保护中一种组合；4、其它装置配置：除两套线路保护外，220kV 线路完整的保护配置还包括一套断路器掌握单元重合闸、非全相、失灵电流判别元件等、一套操作箱带电压切换功能及电压切换箱实现电压切换的双重化配置。