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华中科技大学 硕士学位论文 地区电网继电保护整定计算若干问题研究 姓名：张央 申请学位级别：硕士 专业：电力系统及其自动化 指导教师：陈金富;段献忠 20070201 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 i 摘摘 要要 整定计算是保障电网安全运行的基础性工作，是继电保护装置及时切除故障，避 免恶性事故发生的保证，其研究具有巨大的经济效益和社会效益。合理的整定计算对 提高保护运行的性能具有重要作用，保护装置的快速、准确动作要靠整定计算获得精 准合理的定值来保证。本文针对地区电网继电保护整定计算的特点和要求，结合地区 电网继电保护整定计算软件开发中出现的一些具体问题进行了研究， 内容涉及整定计 算理论研究、整定计算自动化技术和定值校核系统的设计。 首先，在整定计算理论方面，本文结合地区电网的特点，分析了地区电网的主要 保护形式，介绍了零序电流保护和接地距离保护的计算原则，并详尽的阐述了线路互 感对零序电流保护计算的影响、零序电流保护的不足、基于感受量的接地距离保护的 优点及两种特殊接线方式（t 接线和长短线配合）的整定计算问题。 其次，在整定计算自动化技术方面，分析了地区电网运行方式的特点，对整定计 算中查找不到极端运行方式和多次重复开断同一条线路这两个问题进行了讨论， 并对 确定极端运行方式的电流分布系数法、扰动域法和紧邻集法进行了研究，对提高计算 机整定计算效率有指导意义。 最后，文章介绍了定值校核系统的研制，对定值校核系统的结构、校核的规则、 工作模式和计算流程进行了介绍， 并对定值校核中的保护范围快速求取和在线校核数 据的获取这两个问题进行了研究。 关键词：关键词：继电保护 整定计算 运行方式 定值校核 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 ii abstract relay setting coordination is the basis of secure operation of power grids, it is the guarantee for relay device to isolate faults from the grids in time and to avoid the occurrence of fatal accidents, so its research is of tremendous economic and social benefits. reasonable setting calculation plays an important role to improve the operating performance of the protection device. the accurate and reasonable calculation is the guarantee for the quick, accurate and reliable action of the protection device. according to the characteristics and special requirement of protective relaying setting in district power network, combining with the specific issues in the software development, this paper present coordination theory research, coordination automation technology and the settings verification system. first, in aspect of the setting theory, considering the characteristics of regional power grids, this paper analyses the main forms of the protection of district power grids, present the calculation principle of zero-sequence current protection , grounding distance protection, and some other content, such as the influence of line mutual inductance to the zero-sequence current protection calculation, the abuses impact of zero-sequence current protection, the merits of detective impedance method, the setting of two special kinds connecting lines, and so on. secondly, in aspect of relay coordination automation technology, this paper analyses the characteristics of the operation mode of the district power grids, and two problems in searching for the operation mode are pointed out: (1) failure for searching for the unfavourable mode; (2) repeating the same line breaking when searching. the methods to solve these problems are proposed which are based on the current distribution coefficient, the disturbance area and the close degree. this part of research content has guiding significance to improve the efficiency to the computer setting. finally, the settings verification system is present. the verification structure, principle, 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 iii operation mode of the system and the calculation process are proposed. at last two problems are studied: (1) the arithmetic of quickly attaining protection range based on node impedance matrix; (2) obtaining methods of on-line data for setting verification. key words: relay protection setting calculation operation mode settings verification 独独 创创 性性 声声 明明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本 文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许 论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。 本论文属于 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 保密，在 年解密后适用本授权书。 不保密。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪论绪论 1.1 引言引言 电能是当今世界使用最为广泛、 最为重要的能源之一， 电网作为电能输送的枢纽， 其安全稳定运行对国民经济、人民生活乃至社会稳定都有着极为重大的影响。当系统 由于自然的、人为的或设备故障等原因，使电网的某处发生故障或不正常状态时，继 电保护装置能快速及时的采取故障切除、隔离或告警等措施，以求最大限度的维持系 统的稳定、保持供电的连续性、保障人身安全、防止或减轻设备的损坏。无数事实也 说明，几乎凡是涉及停电范围较广的大型系统事故，都与继电保护装置的不正确动作 有着直接或间接的关系，因此，继电保护是电力系统不可或缺的一道重要防线1。 从电网安全运行的角度出发， 电网对作用于跳闸的继电保护装置提出了四个基本 要求：可靠性、选择性、灵敏性和速动性2。要保证继电保护装置的安全可靠动作， 涉及到方方面面的因素，如电网元件保护装置的设计、配置、整定计算及电网的运行 方式等，因此，要满足电网提出的“四性”要求颇不容易。然而，保护装置的“四性” 在很大程度上要靠整定计算获得合理的保护定值来保证，因而，精准的整定计算对提 高继电保护装置的可靠动作具有重要作用， 做好继电保护整定计算工作对于满足电网 对继电保护提出的“四性”要求及充分发挥继电保护装置的性能和保证电力系统的安 全运行都具有重要的意义。 继电保护整定计算是一项十分复杂的工作，需要考虑的因素也是多方面的，对于 定值计算而言，主要是考虑电网的运行方式和接线方式。电力系统的运行方式受负荷 变化、设备检修等因素的影响不断变化，而保护定值在运行方式变化过程中通常是保 持不变的，因此，为了使保护定值能适应变化着的运行方式，就必须对各种可能的运 行方式和故障情况进行反复周密的计算， 这样就给整定计算在计算量上带来了巨大的 挑战；此外，电力系统中还存在着众多复杂、不规则的接线方式，如多重互感线路、 多重 t 接线路、t 接变压器等，这些特殊接线形式也增添了网络拓扑识别和整定配合 的难度。正是由于方方面面因素的影响及整定计算工作的重要性，继电保护整定计算 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 工作责任重大，且任务十分艰巨。 随着电力建设的飞速发展，特别是三峡投产及全国电网的互联，电网的接线形式 日益复杂，各地区电网的电网区域不断扩大，输送容量不断攀升，输送的电压等级也 在不断提高，并且电网也在向网络化、数字化、信息化、实时化方向快速发展，从而 对现有的继电保护整定计算工作在准确性、 计算效率和自动化程度等方面都提出了更 高的要求。科学技术的进步发展给系统安全可靠供用电带来便捷的同时，也给继电保 护整定计算工作带来了更严峻的挑战。 在科技飞速发展的时代背景下，高新科技日新月异，计算机软硬件技术的发展也 日益成熟完善，并已渗透到社会各行各业和人民生活的各个环节，带来了良好的经济 效益和社会效益。 充分利用现有的计算机技术智能快速的强大计算功能和可视方便的 操作界面，将其引入到电力系统继电保护整定计算中，实现继电保护整定计算的自动 化，为整定计算工作人员提供更强大的计算能力和更便捷的操作管理手段，进一步提 高整定计算的精度和效率， 从根本上把继电保护整定计算工作人员从繁琐复杂的计算 中解放出来，成为时代发展的必然要求。 1.2 地区电网继电保护整定计算工作的现状地区电网继电保护整定计算工作的现状 地区电网主要以中低压电网为主，可能同时存在 220kv 和 110kv 及以下电压等 级的电网，这两种电压等级的电网在网络结构、整定原则和管理方式等方面都有较大 的差异，集中体现在以下几个方面： (1) 在运行方式上，同时存在环网运行和开环运行，这对求取极端运行方式带来 了极大的挑战； (2) 地区电网存在较多的不规则接线形式，如多重 t 接线路/变压器、多重互感线 路、开闭所等，给拓扑识别、整定配合增添了一定的难度； (3) 各地区电网结构特点不同，所配备的保护类型也不尽相同，整定计算工作人 员所选用的整定原则和考虑的问题也不一定相同，因而在整定原则的选取上 也更灵活和多样。 以上所述各种因素使得地区电网的整定计算更加的繁琐复杂， 同时使整定计算表 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 现出了更大的灵活性， 也正是这种灵活和多样性成为了限制地区电网继电保护整定计 算自动化水平提高的重要因素。 目前， 大多数地区电力局仍使用简单的故障计算程序结合人工整定的方式进行整 定计算，这种方式与手工整定时代相比虽然可以处理更为复杂一点的问题，使定值计 算的速度和精度都发生质的变化，但仍然需要整定计算工作人员人工调整计算内容， 查找计算结果，计算保护的最终定值，这种整定方式计算量大，计算时间长，并且无 法对电网的复杂情况进行精确的处理。例如，不能对电网的各种运行方式和故障情况 进行全面考虑，只能考虑少数几种有代表性的运行方式进行整定计算，不进行运行方 式的组合，即不能考虑所有可能的运行方式进行整定计算；对一些复杂的计算（如多 重复杂故障的计算、非全相运行和非全相振荡的计算等） ，往往要做若干简化或根本 不予以考虑；在保护的相互配合上，只能作比较粗糙的处理。所有这些都不仅使保护 定值的计算精度受到限制， 而且很难保证定值的最优， 无法适应电网运行方式的变化。 当前的整定方式使地区电网整定计算普遍过于简单，简单重复劳动多，工作人员工作 量大，并且整定计算结果中出现错误的可能性也较大。 伴随着国家城乡电网改造计划的实施及配电网络自动化水平的提高， 一段时期内 地区级中、低压电网结构及保护配置将会出现非常大的变化，网络规模不断扩大，系 统容量不断提高，接线方式日益复杂，各种新原理的保护装置也不断投入运行，这就 使得地区电网当前整定计算的工作方式显得更加难以适应。 为了从根本上把保护整定计算工作人员从繁杂的计算中解放出来， 进一步提高整 定计算的精度和效率， 国内外在继电保护整定计算自动化软件方面的研究正在逐步增 多，并取得了较多的成果36。早在 60 年代中后期，国外就有人首次提出了继电保护 整定计算软件的研制构想，后来也有人提出了相应的软件方案，但只是实现了继电保 护整定计算的离线批处理。随后，交互式方法在软件设计中逐渐被采用，这样，保护 整定计算人员就可以指导和控制整个整定计算的流程。同时，有人引入了图论理论以 实现全系统范围内保护的整定计算。不同整定方案的评价方法、保护整定计算商用数 据库的设计和实现以及现有整定计算文件向商用数据库的转换等研究也在逐步进行。 到了 80 年代中期，这项工作已经取得了很大的进展，并推出了一批相应的软件711， 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 4 如 1986 由美国十个研究机构共同开发的继电保护整定计算系统 cape（computer- aided protection engineering system） 等。 针对我国电网的具体情况， 国内的一些高校， 如上海交通大学12,13、浙江大学14,15、华南理工大学16、华北电力大学17、武汉大学 18、 四川大学19等在整定计算软件方面都做了较多的工作， 对地区电网整定计算课题 也做了相应的研究，并研制出了面向地区电网开发的整定计算软件。但其开发的软件 仍有一些问题没有得到解决，影响了地区电网整定计算软件的实用化。这些问题主要 表现在以下几个方面： (1) 地区电网结构复杂多样，且存在多种不规则接线方式，部分地区由于经济因 素的限制，在保护的配置上也不完善，因而很多实际具体问题没有章程可循， 在整定配合时存在着很大的难度，整定人员往往根据多年工作的实践经验进 行整定，保护之间存在着失配的隐患； (2) 部分地区电网环网设计、开环运行，在整定计算查找极端运行方式时，超高 压环网整定中适用的环网轮断方法不再适用于地区电网的这种特殊结构，因 而给地区电网整定计算运行方式的选取带来了很大的困难； (3) 保护的整定值通常是在离线状态对系统的最大和最小运行方式求取的，在系 统的某些特殊运行方式下能否正确动作是未知的，因而有必要校核保护定值 在系统某些特定运行方式是否能满足选择性和灵敏性的要求； 1.3 本文所做的工作本文所做的工作 本文围绕地区电网继电保护整定计算的相关问题进行研究，在论文的结构安排 上，共分为五章，各章节的主要内容概述如下： 第二章介绍了地区电网的保护配置和整定原则， 主要对零序电流保护和接地距离 保护的计算原则进行了介绍，重点讨论了线路互感对零序电流保护计算的影响、零序 电流保护存在的不足及基于助增系数和基于感受量的两种接地距离保护整定计算方 法的比较，并分析了两种特殊接线形式（t 接线和长短线配合）对整定计算的影响。 第三章介绍了整定计算系统运行方式的选取原则， 分析了查找运行方式时存在的 两个问题：查找不到极端运行方式和多次重复开断同一条支路，并讨论了几种极端运 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 5 行方式确定的方法：电流分布系数法、扰动域法和紧邻集法。 第四章对整定计算定值的校核问题进行了研究，介绍了定值校核系统的结构、工 作模式、计算流程和选择性、灵敏性的校核规则，并对定值校核中的保护范围快速求 取和定值在线校核数据的获取这两个问题进行了分析。 最后一章对本文的工作进行了总结，并展望了下一步将要开展的工作。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 6 2 地区电网继电保护的整定原则与相关问题探讨地区电网继电保护的整定原则与相关问题探讨 2.1 引言引言 继电保护整定计算是一项与工程实际紧密结合的工作， 目前国内地区电网继电保 护整定计算一般都遵循国家电力部颁发的110kv 电网继电保护装置运行整定规程 及220kv500kv 电网继电保护装置运行整定规程 。 地市级电网配备的后备保护类型主要包括零序电流保护、接地距离保护、相间距 离保护及阶段电流保护这几种。在中性点直接接地的系统中，统计数字表明，接地故 障占总故障次数的 90以上，因此接地短路的保护是高压电网中重要的保护之一20。 在接地距离保护没有得到普遍应用时，对接地故障，零序电流保护有着其不可替 代的作用。由于零序电流保护的结构与工作原理简单，在系统零序网络基本不变的条 件下，其保护范围较稳定，受过渡电阻的影响较小，因此广泛应用于各种电压等级的 中性点直接接地系统中。随着微机保护的普及，地区电网中也实现了部分线路保护微 机化，接地距离保护的应用也已经比较普遍。由于距离保护有着能适应复杂的运行方 式、保护范围相对固定的优点21，因此，距离保护作为后备保护在电网中发挥着越来 越重要的作用。 然而，由于地区电网的结构复杂，各地区电网的结构和保护装置配置又不同，因 而使得继电保护整定计算工作具有多样性和特殊性， 并且其中还包含各地区继电保护 整定计算工作人员的经验性因素，因此，使得地区电网继电保护整定计算风格各异。 正是由于地区电网的整定计算工作的这种特殊性， 使得地区电网继电保护整定计算软 件难以实现智能化。并且有些具体实际问题在整定规程中也并未提到，继电保护工作 人员在整定计算的时候也没有切实的章程可循，因此，有必要对这样的一些问题进行 研究，探讨出合适的解决方案。 针对上述情况，本章主要对地区电网后备保护的配置进行了介绍，详述了零序电 流保护和接地距离保护的计算方法和实际应用情况， 并对基于感受量的距离保护整定 计算方法、长短线之间的配合及 t 接线路的整定进行了研究和分析。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 7 2.2 零序电流保护的整定计算零序电流保护的整定计算 2.2.1 零序电流保护的整定计算原则零序电流保护的整定计算原则 零序电流保护通常采用带方向的三段式或四段式结构，下面分别进行介绍。 2.2.1.1 零序电流保护 i 段 (1) 零序电流保护 i 段的使用方式 零序电流保护 i 段的使用有两种方式： 1 当非全相运行的最大零序电流大于区外故障零序电流的 1.3 倍的情况下，按躲 过两相运行或断路器三相不同期合闸时出现的最大零序电流的三倍来整定， 并称此为 不灵敏 i 段；而定值较低者，按躲过区外故障产生的最大零序电流的三倍整定，称为 灵敏 i 段。不灵敏 i 段无论在线路第一次故障或重合于永久性故障的情况下，均应瞬 时动作切除故障。而灵敏 i 段在第一次故障时瞬时动作，在单相重合闸退出运行，三 相重合闸时动作应带短的延时，以防止两相运行或三相重合的过程中，因出现由非全 相运行引起的零序电流而误动作。 2 对于某些短线路，如果非全相运行零序电流小于区外故障的最大零序电流，可 只设一个 i 段，其动作电流按躲过区外故障最大零序电流的三倍整定。重合闸前、重 合闸后和两相运行的过程中均瞬时动作。 (2) 动作电流的计算公式 1 按躲过非全相运行的三倍零序电流整定，计算公式如下： i0 3 dzkf iki= (2-1) 式中，kk为可靠系数，当重合过程线路两侧电势角以稳定计算求出的最大摆角为 依据时，取等于或大于 1.2；当最大摆角按 180计算时，取等于或大于 1.1。i0f为非 全相运行（指两相运行或断路器三相不同期合闸）时的最大零序电流。i0f的选择应比 较多种运行方式并取其最大者。计算时考虑的运行方式有：正常运行方式和在正常运 行方式下线路两端相邻线路轮流检修一回线的各种正常检修方式。 2 按躲过区外接地短路的最大零序电流整定 i0max 3 dzk iki= (2-2) 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 8 式中，kk为可靠系数，取大于或等于 1.3；i0max为区外接地短路故障时，通过保 护的最大零序电流。 2.2.1.2 零序电流保护 ii 段 (1) 零序电流保护 ii 段的使用及设置 线路零序电流保护 ii 段的装设（指设一个 ii 段或两个 ii 段）及其在重合闸动作 过程中的工作状况（指继续使用或退出运行）与本线路的重合闸方式有关。零序电流 ii 段的定值（动作时限与动作电流的选择） ，不但与本线路选用的重合闸方式有关， 而且还和相邻线路选用的重合闸方式有关。 整定的原则是除了对本线末端接地故障要 求有足够的灵敏系数且动作时限满足规定的要求外， 还应在本线路重合闸过程中不误 动作。 一般情况下，只需装设一个零序 ii 段，但当本线路（一般是较短的线路）装有单 相重合闸，且非全相运行的最大零序电流小于区外故障的最大零序电流时，则应装设 两个 ii 段保护：灵敏 ii 段和不灵敏 ii 段。其中不灵敏 ii 段按躲开非全相运行的最大 零序电流整定，并且在单相重合闸的过程中要退出运行。 (2) 动作电流的计算公式 1 按躲过非全相运行的三倍零序电流整定，计算公式如上式(2-1)。 2 按与相邻线路零序电流保护 i 段配合进行整定 ii.maxidzkfzdz ik k i = (2-3) 式中，kk为可靠系数，取大于或等于 1.1；idzi为相邻线路零序电流 i 段的动作电 流，当相邻线路有两个 i 段时，idzi取不灵敏 i 段的动作电流；kfz.max为分支系数，它 等于相邻线路零序电流 i 段保护范围末端或线路末端接地短路时，流过被保护线路与 故障线路的零序电流之比，并取在各种常见运行方式下计算出分支系数的最大值（计 算时，线路末端电源及中性接地点应切换为最小方式） 。 3按照与相邻纵联保护（如双套高频保护）配合进行整定 ii0max 3 dzk ik i = (2-4) 式中，kk为可靠系数，其值取等于或大于 1.3；i0max为相邻线路末端故障（线路 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 9 对侧开关可以在闭合状态）流过本保护的最大零序电流。该值需在各种常见方式下进 行计算，比较并取其最大值。 当有多条相邻线路时，应逐个按式(2-3)或(2-4)计算，并取其最大值。如果灵敏系 数达不到要求，则与相邻线路零序电流保护的 ii 段配合。 4如相邻支路为 yn/yn/d 接线的三绕组变压器，应按躲过变压器另一个中性点接 地侧的母线接地故障来整定，公式为 ii0max 3 dzk ik i = (2-5) 式中，kk为可靠系数，其值取大于或等于 1.3；i0max为相邻变压器另一个中性点 接地侧的母线发生接地故障时，流过本保护的最大零序电流。计算时按各种常见方式 进行计算，比较并取其最大值。 5按与相邻线路零序电流保护 ii 段配合进行整定 ii.maxiidzkfzdz ik k i = (2-6) 式中，kk为可靠系数，取大于或等于 1.1；idzii为相邻线路零序电流 ii 段的动作 电流；kfz.max为分支系数，计算时故障点选择在相邻线的末端，并应取各种常见运行 方式下计算得到的最大值。 (3) 灵敏系数的计算 0minii 3/ lmdz kii= (2-7) 式中，i0min为在被保护线路末端接地短路时，流过保护的最小零序电流。计算时 运行方式应选择为保护背后的电源及变压器接地的中性点切换为最小方式， 相邻支路 轮换检修一回线的各种常见运行方式进行单相接地和两相短路接地的计算， 从中选出 最小值。 (4) 动作时限的整定 当动作电流按式(2-5)计算时 tdzii = tdzii.max + t (2-8) 式中，tdzii.max为相邻线路零序电流保护 ii 段的最大动作时限。 当动作电流按其他公式计算时 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 10 tdzii = t (2-9) 2.2.1.3 零序电流保护 iii 段 (1) 零序电流保护 iii 段的使用方式 零序电流保护 iii 段的主要作用是为了保证本线路末端接地短路故障有足够的灵 敏系数，通常在零序电流保护 ii 段灵敏系数不易满足的情况下设置。对于零序 ii、iii 段保护的配置情况，目前我国各电网实际应用的有以下几种方案： 1 零序 ii 段保护只与相邻线路的瞬动保护段配合，设置零序 iii 段保护与相邻线 零序 ii 段保护配合，不满足灵敏系数要求时，再与相邻线的零序 iii 段保护配合并要 求有足够的灵敏系数。 2 零序 ii 段保护与相邻线瞬动保护段配合，如能满足灵敏系数要求则不设置零序 iii 段保护，否则设置零序 iii 段保护，其整定要求同上。有时为了缩短零序 iii 段保护 的动作时限，可以只和 0.5 秒的零序 ii 段保护配合，灵敏系数不够就按保证本线路末 端接地短路时有足够灵敏系数计算。 (2) 动作电流的计算公式 1 按与相邻线的零序电流 ii 段或 iii 段配合整定 iii.maxiidzkfzdz ik k i = (2-10) 式中，kk、kfz.max与式(2-5)同，idzii为相邻线路零序电流 ii 段的动作电流。 与相邻线的零序电流 iii 段配合时 iii.maxiiidzkfzdz ik k i = (2-11) 式中， idziii为相邻线路零序电流 iii 段的动作电流。 2 按保证本线路末端接地故障时有足够灵敏系数整定 iii0.min 3/ dzlm iik (2-12) 式中，i0.min为本线末端发生接地短路时，流过保护的最小零序电流，其算法与式 同，klm为本线末端发生接地短路时，要求保护装置应具有的灵敏系数。 (3) 动作时限的整定 当动作电流按式(2-10)计算时 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 11 iiiii.maxdzdz ttt=+ (2-13) 式中，tdzii.max为相邻线路零序电流保护 ii 段的最大动作时限。 当动作电流按式(2-11)计算时 iiiiii.maxdzdz ttt=+ (2-14) 2.2.1.4 零序电流保护 iv 段 (1) 零序电流保护 iv 段的使用 零序电流保护 iv 段主要作为本线路和相邻元件接地短路的后备保护。当本线路 零序 i、ii（iii）段拒动时，或相邻线路、母线、变压器等元件的保护或开关拒动时， 或在线路上精高过渡电阻接地时，由于其他保护不能动作，则最终要靠零序 iv 段来 切除故障。其定值通常先考虑相邻线路零序 iii 段配合，若灵敏系数不够则与相邻线 路零序 iv 段配合。 (2) 动作电流的计算公式 1 按与相邻线路零序电流 iii 段或 iv 段配合整定 iv.maxiiidzkfzdz ik k i = (2-15) 与相邻线的零序电流 iv 段配合时 iv.maxivdzkfzdz ik k i = (2-16) 式中， kk 、kfz.max与式(2-5)同，idziii为相邻线路零序电流 iii 段的动作电流；idziv 为相邻线路零序电流 iv 段的动作电流。 2 按躲过相邻变压器其它侧相间短路时所出现的最大不平衡电流来整定 为了简化计算，一般取 iv.max (0.1 0.15) dzd ii= (2-17) 式中，id.max为相邻变压器其它侧母线发生相间短路时，通过本保护的最大短路电 流。 (3) 灵敏系数的计算 作近后备时 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 12 0.miniv 3/ lmdz kii= (2-18) 作远后备时 0.miniv 3/ lmdz kii= (2-19) 式中，i0.min与式(2-7)同；i0.min为相邻线末端发生接地短路时，流过保护的最小 零序电流，计算方法与式(2-7)相同，若相邻线有多条时，应分别计算并取最小值。 (4) 动作时间的确定 按式(2-15)计算动作电流时 iviiidzdz ttt=+ (2-20) 按式(2-16)计算动作电流时 ivivdzdz ttt=+ (2-21) 2.2.2 线路互感对零序电流保护整定计算的影响线路互感对零序电流保护整定计算的影响 由于平行线路间的零序互感对零序电流的大小、分布及相位均会产生影响，当具 有零序互感的线路发生接地故障时，线路的零序电抗会发生很大变化，对其零序电流 会产生很大影响，因此在整定计算时必须予以考虑，防止零序电流保护整定值出错， 引起保护误动。 2.2.2.1 零序互感对线路零序电抗的影响 在平行线路中发生接地故障时， 零序互感的存在将使每一回线的零序电抗发生很 大的变化。 如图 2.1(a)所示的双回平行线，当末端f点发生接地故障时，通过双回线的零序 电流 0i i?和 0ii i?方向相同。由于相同方向的零序电流在空间产生的磁场是助增的，因此 将会使每回线的零序电抗增加。在图 2.1(b)中，双回平行线的一回线停电检修且两端 接地，此时若运行的线路 i 末端f发生接地短路，故障线路的零序电流 0i i?将通过互感 在两端接地的停电线路 ii 中感应一个方向与 0i i?相反的环流 0ii i?。此时 0i i?与 0ii i?在空间 产生的磁通互相削弱，因而使线路呈现出的零序电抗减少，零序故障电流（通过运行 线路的故障电流）增大。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 13 0i i? 0ii i? 0i i? 0ii i? (a) (b) 图 2.1 零序互感对零序阻抗影响说明图 2.2.2.2 线路互感对零序电流保护整定的影响 当相邻平行线发生接地短路故障时，有时故障点离本线路保护安装处越远，流过 保护的电流反而越大，下面具体的介绍这种情况。 图 2.2(a)中，当线路 ii 发生接地短路时，靠近故障点的断路器先跳开，此时非故 障线路的零序电流 0i i?与故障线路的零序电流 0ii i?存在如下关系： 00 0i0ii 0i00 mq pq axx ii xxx + = + ? (2-22) 式中，xi0和xm0分别为线路的零序自阻抗和互阻抗；xp0和xq0分别为线路两侧 电源的零序阻抗；a为短路点到尚未跳闸一侧母线的距离与线路长度之比。 当短路点沿线路 ii 变化时， 0i i?、 0ii i?的变化曲线如图 2.2(b)、(c)所示。图中，短 路点距电源q愈远，a在 01 的范围内愈大， 0ii i?愈小，但 0i i?的变化则可能有两种情 况：一种是 0i i?的数值也逐渐减小，如图(b)中 0i i ? 的曲线所示；另一种是当xm0的数值 较大时，随a的增加在式(2-22)中，axm增加的影响大于 0ii i?减小的影响，从而造成 0i i? 反而增大，如图(c)中 0i i ? 的曲线所示。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 14 0i i? 0ii i? 0i i ? 0ii i? 0iq i ? 0id i ? 0i i ? 0ii i? 0i i ? 0ii i? 0iq i ? 0id i ? 0i i ? 0ii i? 图 2.2 平行线互感对零序电流保护影响说明图 上述分析同样适用于有一侧公共母线的平行线路、 两侧均无公共母线的平行线路 以及多回线路有互感的情况，如图 2.3 所示。 图 2.3 不同种类的具有零序互感的线路 (a)一端共母线的平行线；(b)两端均不相连的平行线；(c)多条线路间有零序互感的情况 因此，在计算有互感的零序电流保护的定值时，由于要考虑零序互感的影响，应 特殊考虑以下三点： (1) 当选择的检修线路与被整定保护的线路间有零序互感时，必须考虑检修的线 路两端接地的情况。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 15 (2) 对零序 i 段保护的整定， 当计算区外短路的最大短路电流时， 如运行方式为相 邻平行线路对侧开关断开的情况，则故障点应分别选择在该线路的始端和末 端断口两处进行计算并比较。 (3) 零序 ii 段保护与相邻平行线 i 段保护配合时，计算分支系数的短路点也要选 定在 i 段保护范围末端和线路末端两种情况。 2.2.3 零序电流保护的不足零序电流保护的不足 根据工程实际应用的情况，可总结出零序电流保护的一些不足，主要如下所述： (1) 零序电流保护受运行方式影响较大，整定计算复杂，要考虑较多的运行方式， 保护范围不固定，很容易造成超越或灵敏度不足，从而造成运行部门担心零 序电流保护不满足配合要求而不敢进行某些操作， 例如断开一台接地变压器， 断开母联开关等。 (2) 零序电流保护定值更改频繁，由于其受电网零序网络变化的影响大，保护范 围不稳定，因此电网结构稍有变化，往往导致大范围的更改零序定值。大范 围的定值调整，不仅现场工作量大，而且全部改完往往持续较长时间，有时 因某台设备不能停运改定值而直至数月后才更改，造成电网零序电流保护的 失配。而且，经常前一个工程的保护定值还未改完，新的工程又有一大批定 值需要更改，造成电网零序电流保护长期失配，存在安全隐患。 (3) 大量长短线相连，给零序电流保护的整定带来很大的困难，往往无法满足配 合关系。 (4) 电网中的平行双回线受零序互感影响很大，单回运行和双回运行的零序短路 电流变化很大，往往不得不采用两套整定值，一套单回运行定值，一套在双 回运行时采用，给运行带来很大麻烦。 (5) 在运行中，如果一条线路的保护拒动或非全相运行，母联开关跳开，接地变 压器跳闸等，都有可能造成零序电流保护失去配合关系而误动。这些都是整 定计算时难以考虑和预计的。 (6) 接地故障保护的最末一段（例如零序电流保护 iv 段） ，应以适应下述短路点 接地电阻值的接地故障为整定条件：220kv 线路，100；500kv 线路，300。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 16 规程规定， 零序电流保护最末一段的动作电流定值应不大于 300a。 而实际上， 目前的零序电流保护整定值为满足逐级配合关系，使最末段定值大多数大于 300a，有些甚至大于 1000a，这样是不能满足高阻接地故障的要求的，根本 无从体现零序电流保护的优势。 2.3 接地距离保护的整定计算接地距离保护的整定计算 2.3.1 接地距离保护的整定计算原则接地距离保护的整定计算原则 接地距离保护一般为三段式结构，采用 0 3 u iki + ? ? 的接线方式，是中性点直接接 地系统接地短路的主要保护之一。 2.3.2 基于助增系数的接地距离保护整定方法基于助增系数的接地距离保护整定方法 基于助增系数的整定方法将保护间的配合关系转换为配合保护所在线路与保护 所在线路电流的比例关系， 通过计算保护所在线路阻抗与配合保护所在线路与保护所 在线路电流的比例关系， 计算保护所在线路阻抗与配合保护动作阻抗乘以助增系数之 和而获得保护定值，其整定公式如下式(2-23)： dzklkzdz zk zk k z=+ (2-23) 其中kk为可靠系数，一般取 0.70.8；zl为保护所在线路的正序阻抗；kz为保 护与配合保护正序助增系数和零序助增系数的较小者；zdz为配合保护阻抗，当配合 保护为纵联保护时，为配合保护所在线路阻抗。 2.3.3 基于感受量的接地距离保护整定方法基于感受量的接地距离保护整定方法 2.3.3.1 基于感受量的接地距离保护整定计算基本公式 接地距离保护是一种低动作量的阻抗保护， 根据保护安装处测量阻抗的大小判断 故障的有无和远近。 基于感受量的接地距离保护整定方法就是直接以配合保护保护范 围末端故障时保护安装处测量的阻抗作为整定值， 这样不仅可以综合考虑正序网络的 差异和零序互感的影响，弥补了基于助增系数整定方法的不足，还可以获得满足选择 性并具有最大灵敏度的保护定值2224。具体计算公式即如下式(2-24)所示： 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 17 0 3 dzk u zk iki = + (2-24) 式中，zdz为待整定保护的动作阻抗；u、i、i0、k和kk分别为相邻保护范围 末端接地故障时，整定保护处的相电压、相电流、零序电流、零序补偿系数和整定可 靠系数。 2.3.3.2改进公式 将式(2-24)的计算公式进行改进，推导出不随网络结构和系统运行状态变化、形 式统一、易于实现的整定计算公式(2-25)，如下所示： 1101 101101 3 () 33 dzkkdzl uik i zkkzz ikiiki + =+ + (2-25) 其中，u1、i1、i01、i1和i01分别为相邻下一级配合保护所在线路末端发生接 地故障时，线路保护处的相电压、相电流、零序电流和配合保护安装处的相电流、零 序电流；k和k分别为保护所在线路和配合保护所在线路的零序补偿系数。zdz为配 合保护的动作阻抗；zl为配合保护所在线路正序阻抗。 式(2-25)的推导过程如下。 式(2-24)与下式等价 0 000 3 333 dzkk uik iu zkk ikiikiik i + =+ + (2-26) 式中，u、u、i、i0和k分别为配合保护范围末端故障时，保护所在线路 的电压降、相邻保护处相电压、相电流、零序电流和零序补偿系数。 其中， 0 (3) l uikiz =+(zl为保护所在线路的正序阻抗)， 0 3 u ik i + 为相邻保 护保护范围末端故障时相邻保护的测量阻抗，其数值等于相邻保护的动作阻抗 dz z 。 同时，引入工程中广泛采用的两项假设： (1) 配合保护所在线路末端故障或者配合保护保护范围末端故障时，保护所在线 路i +3ki0与配合保护所在线路i+3ki0的比值相同，也即： 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 18 0101 0101 33 33 ik iik i ikiiki + = + (2) 配合保护所在线路末端故障或者配合保护保护范围末端故障时，保护所在线 路电压降 1 u 和复合电流 0 3iki +的比值相同，也即： 1 0101 33 uu ikiiki = + 则式(2-26)可以等价为下式(2-27)： 1101 101101 3 33 dzkkdz uik i zkkz ikiiki + =+ + (2-27) 其中，u1为配合保护所在线路末端故障时，保护所在线路的电压降。 配合保护所在线路末端故障时，有下式(2-28)成立： 111011 101101101101 1101 101101 3 3333 3 33 kkk kkl uuik iu kkk ik