《交流保护设备》word版.doc

前言高压直流输电技术起步在20世纪50年代，到80年代，全世界共建成了30项直流输电工程，直流输电在电网中发挥了重要作用，直流输电控制保护技术得到进一步的发展和完善。迈入90年代以后，随着电力电子技术、计算机技术和控制理论的迅速发展，高压直流输电技术日益完善，可靠性得到提高。我国直流输电技术同样是在80年代得到发展的，建成了我国自行研制的舟山直流输电 (土100千伏，100兆瓦，55千米)和代表当时世界先进水平的葛洲坝一上海(简称葛上) 土500千伏直流输电工程。90年代, 随着三峡工程的建设,三常、三广、三沪直流工程相继投运。 2004年我国第一个背靠背直流工程，同时又是一个直流设备国产化示范工程灵宝背靠背直流工程顺利建成，标志着中国己经逐渐成为世界上运行直流工程数量最多、容量最大、线路最长的直流输电大国。 据预测，至2010年全国发电装机总容量将达到8.4亿千瓦左右，2020年将突破12亿千瓦左右。将新建电源的电能安全、稳定、可靠、经济地送出是我国电网建设的基本任务，并应在此基础上逐步改善电网结构、推进全国联网，这使得电网的发展比电源建设更具挑战性。特别是在西电东送工程中，直流输电本身适宜远距离输送、送电容量大、易于控制和调节的特点将发挥极其重要的作用。根据国家电网公司特高压电网规划，到“十一五”末，规划投产的直流背靠背工程包括东北华北背靠背、灵宝背靠背(扩建)、中俄背靠背、福建广东背靠背四个项目，以及德阳一宝鸡、呼盟一辽宁、晋东南一江苏、宁东一潍坊、蒙古一天津、俄罗斯一辽宁、西藏一青海、葛沪改造八个项目。到“十一五”末，国网公司系统直流输电工程将达到17个、换流站28个，输送容量达到4005万千瓦。到“十二五“末，国家电网公司将有8个直流系统建成投产，包括向家项一上海、宁东一济南、四川一湖南、锦屏一江苏、蒙古一唐山、溪洛渡一湖南、溪洛渡一浙江、蒙古一山东。直流工程总数将达到25个、换流站44个，.输送容量达到8085万千瓦。“十三五”期间，国家电网公司规划建设投产的直流系统还有14个，直流输电工程将达到39个、换流站72个，输送容量达到18 745万千瓦。国内南方电网公司在运的天生桥一广州、安顺一肇庆、兴仁一深圳三个直流输电工程，总输送容量780万千瓦，此外在“十一五”末还将完成云广特高压直流输电工程，总输送容量达到1420万千瓦。 随着大批直流输电工程投运，直流输电工程的运行维护和生产管理工作显得日益重要，.特别是随着近年来直流工程数量和容量的快速发展，直流工程运行维护也不再局限于专业的直流电网运行公司，各网省公司将更多地参与直流输电工程运行维护和生产管理工作。正是为了满足我国直流输电工程生产运行的需要，国网运行有限公司总结了近20年来在直流输电工程中运行维护的经验，结合直流输电设备特点，全面系统地编制了我国第一套专门针对直流输电岗位的培训教材。 本套教材共分八册，其主要内容有:变压器设备，换流器及直流控制保护设备，开关设备，线路设备，通信设备，互感器、滤波器及避雷器设备，交流保护设备，辅助设备等。系统地对直流输电主程中的上述设备的结构、原理、技术特性、运行维护工作内容和要求等进行了详细说明。本套教材在大量收集、整理、分析国网系统在运直流输电工程运行技术资料的基础上，结合现场运行维护经验，按照设备类别对直流输电工程的运行维护岗位专业技能进行了详细说明，是从事直流输电运行维护和生产管理人员学习真流输电原理、设备特性、控制原理和运行维护内容的岗位技能教材。同时本书也可用于直流输电工程设计、安装、调试、调度管理、设备厂家及相关直流输电工程生产管理人员使用。 为了编制好本套教材，国网运行有限公司充分发挥专业直流输电工程运行维护公司的特点，仔细分析直流输电各岗位的技本技能需求，自2007年10月开始进行编制，经过了多次讨论修改，数易其稿，最后于2008年10月完成了本套教材的编写工作。本书的编写人员均是有着丰富的直流输电工程现场工作经验、熟悉直流输电工程设备技术和生产管理的专业人员。运行公司所属宜昌、上海、惠州、三门峡四个管理处，共9个换流站的近百名专业技术人员参与了教材编写。 本书在编写过程中得到了国家电网公司、设备制造厂家、各拉术监督单位的大力支持，特在此表示感谢，限于我们的水平和经验，书中难免存在缺点和不足，望读者批评指正。 编者 2008年11月线路保护概述第一节 线路保护的发展历史及现状继电保护原理及技术是基于电力系统发展要求，随着电子技术、计算机技术、通信技术发展而逐步提出、完善，并实用化。19世纪90年代出现的电磁型过流继电器及1901年出现的感应型过流继电器均为过电流原理，1908年提出电流差动保护原理，20世纪20年代初出现距离保护，1927年出现了高频保护，20世纪50年代出现了微波保护，同时出现了行波保护的设想，1983年，南京电力自动化研究院提出工频变化量原理的保护。我国继电保护技术是建国后从仿苏的测绘、仿制、引进、消化、吸收到自主研制开发、制造，从电磁型、机电型、晶体管型、整流型、集成电路型到微机型。其中，1987年推出第一套8位机WXH一1型微机线路保护，1994年推出16位机LFP一901微机线路保护2000年推出32位机WXH一800微机线路保护。经过我国继电保护科研工作人员的努力，目前我国的线路继电保护原理及技术已走在世界先进行列。一、国产线路保护装置的发展史1.电磁型、机电型建国后，由东北抗联的某军工厂改为生产仪表和继电器的仪表厂，定名为阿城仪表厂。仅部分生产测绘的单个仿苏电磁型电流电压继电器、中间继电器、时间继电器及感应型功率方向继电器，到1956年改为专业生产继电保护装置，派出技术人员到莎联继电器工厂学习，引进苏联的技术，按图制造仿苏式机电型继电器。1957年，苏联专家来厂指导，培训线路保护并在专家指导下试制了仿苏3152 、 153 、 157的感应型GH01、 GH02 、GHl11距离保护和仿苏八cI3 i型的电子管式GCH1型高频相差保护，并于1958年投人批量生产，也具备了阻抗选相单相自动重合闸，结束了我国不能生产高压线路成套保护装置的局面，建立了我国继电保护制造业，生产仿苏凸出式成套电磁感应型继电器和继电保护装置。2.晶体管型、整流型20世纪70年代初，许昌继电器厂生产出嵌人式结构的新一代继电器，摆脱苏联一代凸出式结构继电器的影响。1973年，许昌继电器厂开发出包括ZJH一1型距离保护、ZLL一1型零序电流保护、ZGC一1型高频相差保护和SF5型收发信机、ZZC一3型综合重合闸成套晶体管型的线路保护在清华大学通过动模试验;1973年，在湖北220kV锅顶山马口线路上试运行。1974年，完成电气化铁道用的馈线保护和测距装置，占领了刚兴起的电气化铁道的馈线保护市场。其特点是单相式的采用晶体管四边形特性的阻抗元件。测距装置按过零测电抗的原理构成，排除了受过渡电阻的影响、精度达到2.5%(最小绝对误差为1Km）。1964年，上海继电器厂首先试制完成带助磁的整流型距离保护，用于110KV线路。1974年，许昌继电器厂开发出整流型成套线路保护，在清华大学通过动模试验。包括ZGC-11型整流高频相差保护和SF1A型电子管式收发信机、LH-15型整流式距离保护(取消了助磁)、ZLL-2型整流式零序电流保护，同时附带完成低功耗的LL-7型电流继电器、ZZC-4综合重合闸丈、ZFZ-1型分相断路器操作箱，1976年2月，到四川220kV豆渝线作人工短路试验，成为国内220kV线路保护的主导产品。其后又开发出用于电气化铁道的110kV线路保护，主要是解决电气化铁道负荷不平衡，距离保护频繁启动，启动后就在10s内无保护的问题。到1982年，500kV成套整流型线路保护屏按时装备在我国自行设计、全部为国产设备的第一条500kV董辽线上，另外一套晶体管构成同一原理的线路保护由南京自动化研究所提供。1983年10月顺利地通过人工短路试验，保护正确快速动作跳闸，一次试验投运成功。1984年1月正式投入运行，为以后东北建设的500kV线路，提供了可靠的保护设备。这套保护的研制成功，填补了国内500kV超高压线路保护的空白，使我国列人世界先进保护制造厂行列，并为四统一设计奠定了技术基础。1986年成套500kV输变电设备获国家科技进步一等奖。3.高压线路保护的“四统一”设计1983年，由电力部生产司、规划院、机械部主持，三大电力设计院(东北、西北华东)，许昌继电器所、许昌继电器厂、阿城继电器厂、上海继电器厂、南京自动化研究院、南京自动化设备厂组成联合四个统一设计工作组。四个统一即保护的接线原理统一、技术要求统一、图形符号统一、端子排统一。 1985年完成“四统一”工作。“四统一”产品规范了保护原理、技术要求、图形符号、端子排，减少了现场因某些产品的缺陷造成的误动作而要求反措的工作量，也改善了维护工作，促进了电力系统运行水平的提高，带来了很大的经济效益和社会效益。1990年该项目获国家科技进步二等奖。4.集成电路和微机保护1980年，南京自动化研究院推出8011集成电路式距离保护，开发了CKF、CKG工频变化量方向、距离保护。华北电力学院1984年推出第二套微机线路保护在110KV线路上试运行。1987年，第一套8位机WXH一1型微机线路保护在东北220kV线路投运成功。由于调试方便简单，过去一套线路保护的调试要一个月，微机线路保护从安装到整定试验，仅一天时间，且有强的自检功能，受到现场运行人员欢迎，很快得到推广，从此我国进人微机保护时代。到1990年研制完成多CPU的WXH -11型线路保护，线路保护从集成电路型转人微机型。1994年，南京自动化研究院在集成电路线路保护的基础上推出16位机的LFP900系列微机线路保护，采用工频变化量原理的微机保护代替了相差原理。北京四方继保自动化有限公司于1996年推出16位机CSL100系列微机线路保护,16位微机保护装置成为我国微机保护主流。整流型、晶体管型线路保护从20世纪70年代开始取代50年代仿苏感应、电磁型线路保护，约持续到90年代末被微机线路保护所取代。集成电路的线路保护发展的过程则更短，约19851994年就逐步让位于微机型的线路保护。2000年初，国内许继电气股份有限公司、国电南京自动化股份有限公司、南瑞继保电气有限公司、北京四方继保自动化有限公司先后推出基于32位机的微机保护。由于32位机保护除了具备保护功能外，采用大容量RAM、 FLASH ,强大的网络技术，高级语言编程，具有大量故障信息和数据的长期存放空间，强大的数据处理能力和通信功能，与保护控制、联网调度共享全系统信息、数据、网络资源的能力。并且保护装置可靠性高，体积小，抗干扰能力强，同时满足了变电站综合自动化的需要。2004年6月，国内的32位微机保护在中国电力科学研究院通过了750kV动模试验，国产微机保护已适用于特高压线路，进人世界领先行列。二、线路保护展望 随着光纤技术、计算机技术、网络技术的发展，以及光互感器(光TA、光TV)的采用，线路保护逐步向计算机化、光纤化、系统网络化发展。1. 光纤差动、光纤距离为线路保护主保护线路保护主保护1994年前主要采用高频相差、高频距离、通道采用电力载波高频通道。对短线路有部分采用差动保护，通道采用导引线。由于高频相差对通道要求严，调试需两侧配合必但不方便等原因，1994年推出LFP - 901、WXH一15高频方向原理技术，逐渐运行成熟，线路保护主保护以采用高频方向、高频距离原理为主，高频相差原理逐渐推出。随着电力系统逐步采用光纤通道(OPGW普及)，2000年后，光纤差动逐步成为线路保护主保护。由于光纤通道抗干扰能力强，同时差动保护原理简单，不需要电压量，同时解决了高频相差、高频距离、高频方向很难解决的系统振荡、高阻接地、选相、复故障等问题，光纤电流差动保护成为主保护主流。我国线路保护传统配置采用主保护双重化配置。光纤电流差动保护原理的主保护由于需要同步采样，对通道延时要求高，如需要不对称延时(收发不一致)小于1ms，对称延时(通道延时)小于10ms，否则差动保护很难同步。为适应及克服通道延时对差动保护的影响，采用光纤通道的光纤距离原理的主保护不失为一种很好的方案，光纤通道可同时可靠传输多命令，且对通道延时要求没有光纤差动高，不需同步调整，几对通道可实时自检。光纤距离可采用不同原理的元件分命令传输，不需要反向元件闭锁正向元件护解决了采用单命令的很多难以解决的问题，如正反元件相互配合、跨线故障、选相等。2. 适用于光互感器的保护随着光互感器(光TA、光TV)的研究采用，保护装置应适用于光互感器，国内目前开展了适用于光互感器的保护装置的研究。光互感器输出有模拟量、数字量两种模式，保护装置开始应适用于这两种模式，不过最终会采用光互感器输出数字量的模式。3. 保护系统网络化传统的保护装置反映的是该保护安装侧的电气量，纵联保护也仅把对侧信息传过来，相邻线其他保护信息靠触点作为开关量接人，信息有限且要接大量电缆犷对保护装置来说也要设计很多开关量输入、开关量输出，信息不能共享。目前，变电站自动化系统已成熟采用光纤以太网戈、双光纤以太自愈环网技术，可以成功传输大量信息。系统网络化保护采用10M、100M双光纤以太网技术，可把采集执行单元的信息上传到公共保护单元，公共保护单元根据上传的采集信息，协调综合处理，判断出有故障，下发跳闸命令到采集执行单元。采集单元仅负责数据采集及执行公共保护单元下传的跳闸命令，公共保护单元负责保护逻辑判别。系统网络化保护可完全节省大量的电缆，真正做到保护、控制.、测量、网络、通信一体化、这将是下一步发展研究的一个方向。三、综述 我国的继电保护从无到有，从最初的仿苏电磁型、机电型、整流型、晶体管型、集成电路型到目前广泛采用的微机型，安装结构也从凸出式到嵌人式。微机型保护装置已从最初的8位机到16位机发展到目前的32位机，电压等级也从220KV到500kV高压线路，甚至到750kV特高压线路，适用于我国各种电压等级的需要。随着光纤技术、计算机技术、网络技术的发展，以及光互感器(光TA、光 TV)的采用，线路保护逐步向计算机化、光纤化、系统网络化发展。第二节 线路保护装置的特点及硬件组成一、 线路保护装置四个发展阶段线路保护装置随着科学拉术的发展逐渐经历了四个发展阶段：(1)传统的继电器式继电保护。(2)半导体晶体管式继电保护。(3)集成电路继电保护。(4微机保护。前三个阶段可近似认为是常规继电保护。而微机保护目前则已经成为所有保护装置的主流应用。各个阶段最显著的区别就是保护装置物理逻辑器件的变化。二、常规继电保护和微机保护的优缺点1.常规继电保护的缺点常规继电保护是采用继电器组合.而成的，如过电流继电器、时间继电器、中间继电器等，通过复杂的组合来实现保护功能，它的缺点如下:(1）占的空间大，安装不方便。(2)采用的继电器触点多，大大降低了保护的灵敏度和可靠性。(3)调试、检修复杂，一般要停电才能进行，影响正常生产。(4)没有灵活性，当TA变比改动后，保护定值修改要在继电器上调节，有时候还要更换。(5)使用寿命太短，由于继电器线圈的老化直接影响保护的可靠动作。(6)继电器保护功能单一，要安装各种表计才能观察实时负荷。(7）数据不能远方监控，无法实现远程控制。(8)继电器自身不具备监控功能，当继电器线圈短路后，不到现场是不能发现的。(9)继电器保护是直接和电器设备连接的，中间没有光电隔离，容易遭受雷击。(10)常规保护已经逐渐淘汰，很多继电器已经停止生产。(11)维护复杂，故障后很难找到问题。(12)运行维护土作量大，运行成本比微机保护增加60%左右。(13)操作复杂可靠性低。在以往的运行经验中发现很多事故的发生主要原因有两条:人为原因:因为自动化水平低，操作复杂而造成事故发生。继电保护设备性能水平低，二次设备不能有效的发现故障。(13)常规保护从单套价来说比微机保护便宜，但使用的电缆数量多、屏柜多，特别是装置寿命短，户运行费用(管理费用、维护费用等)，比微机保护高出60%，综合费用还是比微机保护多。2. 微机保护的优点 (1)微机保护原来采用单片机，系统具备采集、监视、控制、自检查功能。通过一台设备可以发现输电线路的故障、负荷和设备自身的运行情况(当设备自身发生某种故障时，微机保护通过自检功能，把故障进行呈现)，采用计算机原理进行远程控制和监视。 (2)由于微机保护采用各种电力逻辑运算来实现保护功能，所以只斋要采集线路上的电流电压，就可以大大简化接线。 (3)微机保护的保护出口、遥控出口、就地控制出口都是通过一组继电器动作的，所以非常可靠。 (4)微机保护采用计算机控制功能，保护定值、保护功能、保护手段采用程序逻辑，这样可以随时修改保护参数和保护功能，不用重新调试。 (5)微机保护还具备通信功能，可以通过网络把用户所需要的各种数据传输到监控中心，进行集中调度。（6）微机保护采用光电隔离技术，把所有采集上来的电信号统一形成光信号，这样有强电流攻击时候，设备可以建立自身保护机制。(7)微机保护采用CPU进行数据处理，加大了数据处理速度。(8)微机保护的寿命长，由于设备在正常状态处于休眠状态，只有程序实时运行，各个元器件的寿命大大加长。(9)微机保护具备时钟同步功能，采用故障录波的方式把故障记录下来，便于对故障进行分析。（10)微机保护采用了多层印刷板和表面贴装技术，因而具有很高的可靠性和抗干扰能力。(11)中文用户界面标准化，易学、易用、易维护。（12）微机保护从单套价来说比常规保护贵些7.但使用的电缆数量极少、屏柜少，特别是使用寿命长达25年，运行费用(管理费用、维护费用等)比常规保护降低60%，综合费用还是比常规保护少许多。二、 线路保护装置的组成线路保护装置一般由测量元件、逻辑元件和执行元件三部分组成，如图1-1所示。 (1)测量元件。作用:测量从被保护对象输人的有关物理量(如电流、电压、阻抗、功率方向等)，并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0“或“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。 (2)逻辑元件。作用:根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。逻辑回路有或、与、非、延时启动、延时返回、记忆等。(3)执行元件。作用:根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务如：故障时跳闸；不正常运行时发信号；正常运行时不动作。第二章 线路保护的配置原则一、220kV线路对220kv线路，根据稳定要求或后备保护整定配合有困难时，应装设两套全线速动保护。接地短路后备保护可装阶段式或反时限零序电流保护，亦可采用接地距离保护，并辅之以阶段式或反时限零序电流保护。相间短路后备保护一般应装设阶段式距离保护。二 、330500kV线路 对330 500KV线路，应装设两套完整、独立的全线速动主保护。接地短路后备保护可装设阶段式或反时限零序电流保护，亦可采用接地距离保护并辅之以阶段式或反时限零序电流保护。相间短路后备保护可装设阶段式距离保护。具体说来，500kV系统线路继电保护配置主要特点如下: (1) 500kV线路输送功率大，在系统中占据重要地位。为保证系统稳定运行，要求500kV线路继电保护能全线快速切除各种类型的故障，因此，在系统保护设计中主要加强该线路的保护，装设两套速动的主保护，为了在技术性能上相互补充，保证可靠动作，两套主保护尽可能按不同原理构成来选择。 （2)全线速动的主保护需线路两侧传送信号。信号的传送采用电力载波方式，并与电力线载波机复用保护信号设备，以利于系统中的高频频率分配。为使两套主保护相互独立，其保护信号复用一台电力载波机。由于500kV电力线载波机的高频通道采用相一相耦合方式，传送信号的可靠性较高。同时为提高外部故障的安全性，主保护采用具有解除闭锁功能的允许信号构成全线速动。 (3)后备保护的选择考虑到500kV系统中变电站的主变压器采用自耦变压器，中性点直接接地，运行方式变化较大，为保证该线单相具有较大的固定保护范围，后备保护选用接地距离和相间距离保护装置。 (4) 500kV线路单相故障时需单相切除故障，为使各套保护之间相互独立，各套保护均具有选择故障相的功能，提高了单相跳闸的可靠性。两套主保护配有独立的交流电流、交流电压、直流电源回路，提高了保护动作的可靠性。在发生线路故障断路器拒动时，能可靠启动失灵保护，以较小的时限断开拒动的断路器的所有相邻断路器，并通过远方跳闸断开对侧断路器，缩小停电范围，有利于系统稳定。 (5) 500kV变电站一般采用3/2断路器的主接线，在线路停役，投人串数较少情况下为保持两条母线并列运行，此线路两台断路器仍需投入，此时线路上的电压互感器随线路停役，线路保护也相应退出运行，故装设两套接于电流回路的电流速断保护，以保护该线路两台断路器之间的故障。 (6)500kV系统一般线路较长，线路充电时有较大电容效应，容易造成线路过电压，因此除线路较短外，都装设线路工频过电压保护。其构成简单，并利用远方跳闸通道跳开对侧断路器，切除过电压线路。第三章 线路保护的基本原理第一节 线路纵联保护一、 概念 纵联保护是利用某种通信通道(简称通道)将输电线路两端的保护纵向联结起来，将各端的电气量(电流、功率的方向)传达到对侧，将两端的电气量比较，以判断故障在该线路范围内还是在线路范围外，从而决定是否切断被保护线路。 从理论上分析纵联保护具有绝对的选择性，因此又称为全线速动保护。 线路纵联保护的通道类型如下：(1)电力线载波纵联保护(简称高频保护)。(2)微波纵联保护(简称微波保护)。(3)光纤纵联保护(简称光纤保护)。(4)导引线纵联保护(简称导引线保护)。线路纵联保护的信号分为闭锁信号、允许信号、跳闸信号三种,其作用分别是:(1)闭锁信号。它是阻止保护动作于跳闸的信号，即无闭锁信号是保护作用于跳闸的必要条件。只有同时满足本端保护元件动作和无闭锁信号两个条件时，保护才作用于跳闸。(2)允许信号。它是允许保护动作于跳闸的信号，即有允许信号是保护动作于跳闸的必要条件。只有同时满足本端保护元件动作和有允许信号两个条件时，保护才动作于跳闸。(3)跳闸信号。它是直接引起跳闸的信号，此时与保护元件是否动作无关，只要收到跳闸信号，保护就作用于跳闸，远方跳闸式保护就是利用跳闸信号。二、基本原理 线路纵联保护是当线路发生故障时，使两侧开关同时快速跳闸的一种保护装置，是线路的主保护。它以线路两侧判别量的特定关系作为判据。即两侧均将判别量借助通道传送到对侧，然后，两侧分别按照对侧与本侧判别量之间的关系来判别区内故障或区外故障。因此，判别量和通道是纵联保护装置的主要组成部分。1. 方向高频保护方向高频保护是比较线路两端各自看到的故障方向，以判断是线路内部故障还是外部故障。如果被保护线路内部故障时看到的故障方向为正方向，则当被保护线路外部故障时，总有一侧看到的是反方向。其特点是:(1)要求正向判别启动元件对于线路末端故障有足够的灵敏度。(2)必须采用双频制收发信机。2.相差高频保护相差高频保护是比较被保护线路两侧工频电流相位的高频保护。当两侧故障电流相位相同时保护被闭锁，两侧电流相位相反时保护动作跳闸。其特点是：(1)能反应全相状态下的各种对称和不对称故障，装置比较简单。(2)不反应系统振荡。在非全相运行状态下和单相重合闸过程中保护能继续运行。(3)不受电压回路断线的影响。(4)对收发信机及通道要求较高，在运行中两侧保护需要联调。 (5)当通道或收发信机停用时，整个保护要退出运行，因此需要配备单独的后备保护。3.高频闭锁距离保护高频闭锁距离保护是以线路上装有方向性的距离保护装置作为基本保护，增加相应的发信与收信设备，通过通道构成纵联距离保护。其特点是：(1)能足够灵敏和快速地反应各种对称与不对称故障。(2)仍保持后备保护的功能。(3)电压二次回路断线时保护将会误动，需采取断线闭锁措施，使保护退出运行。三、高频通道目前实现保护全线速动的唯一办法是将线路两侧的保护装置的信息进行交换。对于短线，可用辅助导线，但对于长线，因受干扰和衰耗等影响，经常使用高频通道。 电力线的主要功能是传输工频电流，要使它兼作传输高频信号的通道，就必须便工频电流和高频电流分开。这就需要一套加工结合设备。加工结合设备的构成，也即电力线路载波通道的构成，主要包括电力线、高频阻波器、耦合电容器、结合滤波器、高频电缆和高频收发信机，这就是在我国电网中得到了广泛应用的相一地制电力线高频通道的构成（相-相制通道在本文中不讨论)。(1)高频阻波器是如个由电感线圈和可调电容器组成的井联谐振电路，当其谐振频率为选用的载波频率时，对载波电流呈现很大的阻抗(在10000欧姆以上)。对工频电流而言，高频阻波器的阻抗仅是电感线圈的阻抗，其值约为0. 04，不影响工频电流的传输。其作用是分离工频电流和高频电流，阻止高频电流向变电站或分支线的泄漏，达到减小高频能量损耗的目的。(2)合电容器接于电力线和结合滤波器之间，耐高压，电容量小，它对工频信号，呈现很大阻抗，对地泄漏电流小，而对高频信号，呈现阻抗很小，高频信号可以顺利传输。(3)结合滤波器和耦合电容器构成带通滤波器。利用结合滤波器使电力线路与电力电缆起阻抗匹配作用，以减小高频信号的衰耗，使高频收发信机收到的高频功率最大。同时还利用结合滤波器进一步使高频收发信机与高压线路隔离，以保证高频收发信机及人身安全。(4)高频电缆的作用是把户外的带通滤波器和户内保护屏上的收发信机连接起来，并屏蔽干扰信号。 (5)收发信机是发送和接收高频信号的设备云。渡口变电站用的收发信机为南瑞继保电气有限公司生产的LFX一912，可远距离传送闭锁式保护信号。此外，还有避雷器、保护间隙和接地开关，是保护设备和人身安全的设备。当线路由于遭受雷击或其他原因产生危及高频设备安全的高电压时，避雷器的间隙击穿接地，起保护作用。在检查、调试高频保护时，将接地开关合上，可防止高压窜入。四、 光纤通道 光纤纵联保护是在目前高频纵联保护的基础上演化而来，以稳定可靠的光纤通道代替高频通道，从而提高保护动作的可靠性。光纤闭锁保护的鉴频信号能很好地对光纤保护通道起到监视作用，这比目前高频闭锁保护需要值班人员定时交换信号，以鉴定通道正常可靠与否灵敏了许多，提高了闭锁式保护的动作可靠性。此外，由于光纤纵联保护在原理上与目前大量运行的高频保护类似，在完成光纤通道的敷设后，只需更换光收发信机即可接入目前使用的高频保护上，因此具有改造方便的特点。与光纤电流纵差保护比较，光纤纵联保护不受负荷电流的影响，不受线路分布电容电流的影响，不受两端TA特性是否一致的影响。第二节 线路距离保护一、 概念 距离保护是以距离测量元件为基础构成的保护装置，其动作和选择性取决于本地测量参数(阻抗、电抗、方向)与设定的被保护区段参数的比较结果，而阻抗、电抗又与输电线的长度成正比，故名距离保护。距离保护主要用于输电线的保护，一般是三段或四段式。第一、二段带方向性，作本线路的主保护，其中第一段保护本线路的80% 90%。第二段保护全线，并作相邻母线的后备保护。第三段带方向或不带方向。有的还设有不.带方向的第四段，作本线及相邻线路的后备保护。 整套距离保护包括故障启动、故障距离测量、相应的时间逻辑回路与交流电压回路断线闭锁，有的还配有振荡闭锁等基本环节，以及对整套保护的连续监视等装置，有的接地距离保护还配备单独的选相元件。二、基本原理距离保护也有一个保护范围，短路发生在这一范围内，保护动作，否则不动作，这个保护范围通常只用给定阻抗Z set的大小来实现的。正常运行时保护安装处测量到的线路阻抗为负荷阻抗ZL，如图3一1所示，即 在被保护线路任森点发生故障时，测量阻抗为保护安装地点到短路点的短路阻抗Zk，即 距离保护反应的信息量比反应单一物理量的电流保护灵敏度高。距离保护的实质是用整定阻抗Zset与被保护线路的测量阻抗Zd比较。当短路点在保护范围以外时，即时，继电器不动。当短路点在保护范围内，即时，继电器动作。因此，距离保护早称为低阻抗保护。三段式距离保护装置一般由以下四种元件组成，其逻辑关系如图3 -2所示。 1.启动元件 启动元件的主要作用是在发生故障的瞬间启动整套保护。早期的距离保护，启动元件采用的是过电流继电器或者阻抗继电器。2.方向元件方向元件的作用是保证保护动作的方向性，防止反方向故障时，保护误动作。采用单独的方向继电器或方向元件和阻抗元件相结合。3距离元件距离元件()的主要作用是测量短路点到保护安装处的距离(即测量阻 抗),一般采用阻抗继电器。4时间元件时间元件()的主要作用是，根据顶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。正常运行时，启动元件1不启动，保护装置处于被闭锁状态。当正方向发生故障时，启动元件1和方向元件2动作，距离保护投入工作。如果故障点位于第I段保护范围内，则动作直接启动出口元件8,瞬时动作于跳闸。如果故障点位于距离I段之外的距离n段保护范围内，则Z不动作，而动作，启动距离n段时间继电器5，经时限，出口元件8动作，使断路器跳闸，切除故障。 如果故障点位于距离段之外的距离段保护范围内，则Zr rr不动作，而r”动作，启动距离段时间继电器7，经lJf时限，出口元件8动作，使断路器跳闸，切除故障。第三节 线路接地保护一、 概念低压配电线路中的单相短路，回路中相线、中性线连接不良，这种情况容易被发现，例如灯会不亮或者熄灭。而占短路80%的接地故障，相线与PE线、电气设备的外露导电部分或大地间的短路却难以觉察。例如PE线、PEN线连接松动，灯照样亮，如PEN线迸发火花，则容易酿成火灾。配电线路应设置接地故障保护，在发生故障时，保护元件必须能及时自动切断电源，防止人身电击伤亡、电气火灾和线路损坏。二、 基本原理TN系统发生接地故障时，用电设备金属外壳接触电位低，故障电流大，一般过电流 保护电器可快速切断故障线路，TN系统的低压配电线路采用过电流保护兼作接地故障保护需满足Z220V(式中:za为接地故障回路阻抗,;Ia为保护电气在规定时间内自动切断故障回路的电流，A,Ia值应取低压断路器相应过电流脱扣器额定电流的1.3倍)的动作特性，以及切断故障电流的时间上的要求。其切断故障电流的时间应符合:(1)配电干线和只供电给固定式用电设备的末级配电线路不应大于5S。(2)供电给手握式和移动式用电设备的末级配电线路不应大于0. 4s。当过电流保护电器不能满足上式要求时，可采用带有单相接地保护的断路器或设零序电流保护措施。断路器的单相接地保护功能的实现原理有剩余电流型和零序电流型两种。剩余电流型是利用四个电流互感器分别检测三相电流和中性线(N线)的电流。无论三相电流平衡与否，此矢量和为零(严格讲为线路与设备的正常泄漏电流)，即。当发生某一相接地故障时，故障电流会通过保护线PE及与地相关连的金属构件，即。此时电流为接地故障电流加正常泄漏电流。接地电流达到脱扣器整定电流时，即可报警或驱动短路器动作，实现单相接地保护。零序电流型是在三相上各安装一个电流互感器，检测三相的电流矢量和，即零序电流。当发生某一相接地故障时，此时电流为接地故障电流加正常泄漏电流，与脱扣器整定值比较，即可区分出接地电流，实现单相接地保护。带有单相接地保护的断路器到底是剩余电流型，还是零序电流型，以产品样本为准。 单相接地保护的断路器主要是针对配电线路的干线、主干线和近变压器端的单相对地短路保护，在线路的末端，通常都装漏电电流保护电器(RCD),其动作时间为o. 1s。采用RCD时，因为TN-C接地系统中保护线PE和中性线N合用一根线PEN。 PEN在正常工作时流过三相不平衡电流，当单相接地时，产生的接地故障电流也从PEN线上流过，RCD根本无法检测出是不平衡电流还是接地故障电流，所以TN-C系统应按TN一C-S或局部TT接地处理。TT系统中性点接地与PE线接地分开，中性线N与PE线无连接，供电线路一般较长，相一地回路阻抗较大。发生接地故障时，故障电路内包含外露导电部分接地极和电源接地极的接地电阻阻抗大，故障电流小，过电流保护元件不易启动。在这种系统中装设RCD作单相接地保护是有效的措施之一。对于TT系统，装有RCD的支路与不装RCD的支路不应使用公共接地极。必须有独立的接地板与PE线专供有RCD的分支回路用。 IT系统是变压器中性点不接地或经大阻抗接地，用电设备外壳直接接地。发生单相接地故障时，接地电流为电容电流。电流通道为:电源一相线一大地一网络电容-电源。故障电流为另两相对地电容电流的相量和，故障电流小，不需要中断供电，一般不装设漏电保护。但应由绝缘监察器发出信号，以便及时排除故障。IT系统中的漏电保护器主要用于切除两处异相同时接地故障，应根据具体情况按需要装设。 IT系统两处异相同时接地故障，IT系统内外露导电部分分别装设接地极，这时故障电流流经两个接地极电阻，故障回路的切断应符合TT系统接地故障保护的要求。 IT系统两处异相同时接地故障，IT系统内外露导电部分公用一个接地极，这时故障电流将流经PE线形成的金属短路，故障回路的切断应符合TN系统接地故障保护的要求。 为了用电安全，采用了接地故障保护后仍需要可靠的接地，采用等电位联结。等位联结的作用是降低故障情况下，电气设备间、电气设备与其他设备间的接触电压，使人体在接触时，身体所承受的电压降至最低。第四节 线路自动重合闸一、 概念 架空线路故障大都是“瞬时性”的故障，在线路被继电保护迅速动作控制断路器断开后，故障点的绝缘水平可自行恢复，故障随即消失。此时，如果把断开的线路断路器重新合上，就能够恢复正常的供电。 此外，也有“永久性故障”。“永久性故障”在线路被断开之后，它们仍然是存在的，即使合上电源.，也不能恢复正常供电。 因此，在电力系统中采用了自动重合闸装置，即是当断路器由继电保护动作或其他非人工操作而跳闸后，能够自动控制断路器重新合上的一种装置。二、 基本原理 自动重合闸装置按其功能分为：(1)三相自动重合闸。指线路上不论发生了单相短路还是相间短路时,继电保护装置均将线路三相断路器断开，然后启动重合闸的同时合上三相断路器的方式。(2)单向自动重合闸。指线路上发生单向接地故障时，保护动作只断开故障相的断路器，然后再进行单向重合，若是瞬时故障，则合闸成功，若是永久故障，则跳开三相断路器不再进行重合。(3)综合自动重合闸。指线路上发生单向接地故障时，断开故障相的断路器进行一次单向重合。(一) 三相自动重合闸1.单侧电源线路的三相一次重合闸 当线路上故障(单相接地短路、二相间短路)一保护动作跳开三相-重合闸启动一合三相。故障是瞬时性的，重合成功;故障是永久性的，保护再次跳开三相，不再重合。 通常三相一次自动重合闸装置由启动元件、延时元件、一次合闸脉冲元件和执行元件四部分组成，如图3-3所示。 (1)启动元件。当断路器跳闸之后，使延时元件启动。启动方式有两种:控制开关位置与断路器位置不对应(优先采用)保护装置启动。 (2)延时元件。(3)一次合闸脉冲元件。保证重合闸装置只重合一次。(4)执行元件。启动合闸回路和信号回路，还可与保护配合，实现重合闸后加速保护。2.两侧电源线路三相一次重合闸 (1)快速自动重合方式。当线路上发生故障时，继电保护快速动作而后进行自动重合。其特点是快速.，需具备下列条件：1)线路两侧均装有全线瞬时保护。2)有快速动作的断路器，如快速空气断路器。3)冲击电流小于允许值。(2)非同期重合闸方式。就是不考虑系统是否同步而进行自动重合闸的方式(期望系统自动拉入同步，需校验冲击电流，防止保护误动)。(3)检查双回线另一回线电流的重合闸方式。(4)自动解列重合闸方式。双侧电源单回线上，如3-4所示，k点短路，保护1动一1QF跳闸，小电源侧保护动一跳3QF, 1QF处自动重合闸检无压后重合，若成功，恢复对非重要负荷供电，在解列点实行同步并列-恢复正常供电。 (5)具有同步检定和无压检定的重合闸。如图3 -5所示，在两侧的断路器上，除装有单侧电源线路的自动重合闸外，在一侧(M侧)装有低电压继电器，用以检查线路上有无电压(检无压侧)，在另一侧(N侧)装有同步检定继电器，进行同步检定(检同步侧)。1)工作过程。当线路短路时，两侧断路器断开，线路失去电压，M侧低电压继电器动作，经自动重合闸重合。 重合成功，N侧同步检定继电器在两侧电源符合同步条件后再进行重合，恢复正常供电。 重合不成功，保护再次动作，跳开M侧断路器不再重合，N侧不重合。 :2)两点说明。 由上述分析可见，M侧断路器如重合于永久性故障，就将连续两次切断短路电流，所以工作条件比N侧恶劣，为此，通常两侧都装设低电压继电器和同步检定继电器，利用连接片定期切换其工作方式，以使两侧工作条件接近相同。 在正常土作情况下，由于某种原因(保护误动、误碰跳闸机构等)使检无压侧(M侧)误跳闸时，因线路上仍有电压，无法进行重合(缺陷)，为此，在检无压侧也同时投人同步检定继电器，使两者的触点并联工作。这样，在上述情况下，同步检定继电器工作，可将误跳闸的断路器重新合闸。注:在使用同步检定的一侧，绝对不允许同时投人无压检定继电器。(二)单相自动重合闸220500kV系统中，由于线间距离大、经验表明，绝大多数故障为单相接地故障。此时，若只跳开故障相，其余两相仍.继续运行，可提高供电的可靠性系统并联运行的稳定性，还可减少相间故障的发生。单相自动重合闸：第五节 微机型线路保护一、 概念 微机型继电保护由于具有功能强、维护调试方便等一系列优点、自问世以来就受到普遍重视与欢迎，近年来更是在国内外得到广泛应用。由于输电线路保护在继电保护中具有重要地位，且随着超高压、长距离输电线路的发展对输电线路保护的功能提出了更新、更高的要求，加之输电线路保护本身具有的复杂功能和逻辑，使微机保护在输电线路保护这一领域获得了广泛应用。二、 基本原理 微机保护硬件示意图如图3 -6所示。 1.电压形成回路微机保护要从被保护的电力线路或设备的电流互感器，电压互感器或其他变换器上取得信息，但这些互感.器的二次数值、输入范围对典型的微机电路却不适用，故需要降低和变换。在微机保护中通常要求输人信号为士5V或土10V的电压信号，具体决定于所用的模数转换器。电压变换常采用小型中间变压器。电流变换有两种方式:一种是采用小型中间变流器，其二次侧并电阻以取得所需电压的方式；另一种是采用电抗变压器。这些中间变换器还起到屏蔽和隔离的作用犷以提高保护的可靠性。2.采样保持电路与模拟低通滤波器(1)采样保持器(S/H)。采样就是将连续变化的模拟量通过采样器加以离散化。其过程如图3一7所示。 (2)模拟低通滤波器( ALF)。奈奎斯特(Nyquist)采样定理是:“如果被采样信号频率(或信号中要保留的最高次谐波频率)为f0，则采样频率fs(每秒钟采样次数)必须大于2f0,否则，由采样值就不可能拟合还原成原来的曲线。” 对微机保护系统来说，在故障初瞬，电压、电流中可能含有相当高的频率分量，在采样前用一个低通模拟滤波器( ALF )将高频分量滤掉，这样就可以降低fs ，以防混叠。 微机保护是一个实时系统，数据采集系统以采样频率不断地向CPU输人数据，CPU必须要来得及在两个相邻采样间隔时间Ts内处理完对每一组采样值所必须作的各种操作和运算，否则CPU将跟不上实时节拍而无法工作。而采样频率过低将不能真实地反映被采样信号的情况。 3.多