繼電保護(hù)講義

關(guān)于繼電保護(hù)講義電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)是由電力生產(chǎn)的5個環(huán)節(jié)：發(fā)電、輸電、變電、配電和用電組成的整體。輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)統(tǒng)稱為電網(wǎng)。完成一次能源轉(zhuǎn)換成電能并輸送和分配到用戶的統(tǒng)一系統(tǒng)稱為一次系統(tǒng)；對一次系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)、控制、測量、調(diào)節(jié)、監(jiān)視、通信等相應(yīng)的輔助系統(tǒng)稱為二次系統(tǒng)。

第2頁,共122頁，2024年2月25日，星期天繼電保護(hù)當(dāng)電力系統(tǒng)中的電力元件發(fā)生故障時，向運行值班人員及時發(fā)出警告信號，或者向所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令，以終止這些事件發(fā)展的一種自動化措施和設(shè)備。實現(xiàn)這種自動化措施的成套硬件設(shè)備，用于保護(hù)電力元件的一般稱為繼電保護(hù)裝置。第3頁,共122頁，2024年2月25日，星期天安全自動裝置當(dāng)電力系統(tǒng)本身發(fā)生故障或危及其安全運行的事件時，向運行值班人員及時發(fā)出警告信號，或者向所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令，以終止這些事件發(fā)展的一種自動化措施和設(shè)備。實現(xiàn)這種自動化措施的成套硬件設(shè)備，用于保護(hù)電力系統(tǒng)的通稱為電力系統(tǒng)安全自動裝置。

第4頁,共122頁，2024年2月25日，星期天功率瞬時功率：電阻、電感和電容的瞬時功率。有功功率：用電設(shè)備真實消耗掉的功率稱為有功功率。有功與頻率相關(guān)；無功功率：在完成電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的過程中，建立電、磁場需要的功率稱為無功功率，無功與電壓相關(guān)。頻率、電壓和諧波是反映電能質(zhì)量的三大指標(biāo)，頻率和電壓又是保持電網(wǎng)穩(wěn)定最重要的電氣量?，F(xiàn)在有人加供電的可靠性。視在功率：瞬時功率：第5頁,共122頁，2024年2月25日，星期天功率一次，以母線流向線路為電流正方向；母線對地為電壓正方向。二次，極性端流入繼電保護(hù)裝置為電流正方向；極性端對地為電壓正方向。只有這樣規(guī)定，才有：當(dāng)接入R時，發(fā)電機(jī)發(fā)出P，P>0；負(fù)荷受入P。Q=0。電壓電流同相。當(dāng)接入L時，發(fā)電機(jī)發(fā)出Q，Q>0；負(fù)荷受入Q。P=0。電壓超前電流900。當(dāng)接入C時，發(fā)電機(jī)受入Q，Q<0；負(fù)荷發(fā)出Q。P=0。電壓滯后電流900。第6頁,共122頁，2024年2月25日，星期天功率UIP>0Q>0P>0Q<0P<0Q>0P<0Q<0

第7頁,共122頁，2024年2月25日，星期天功率

第8頁,共122頁，2024年2月25日，星期天功率第9頁,共122頁，2024年2月25日，星期天功率第10頁,共122頁，2024年2月25日，星期天功率從上可見，雖然儲能元件電感、電容的瞬時功率可正、可負(fù)，它在一段時間內(nèi)（t1至t2時刻）吸收的能量可正、可負(fù)，但是，在零狀態(tài)響應(yīng)時，吸收的能量恒大于零。零狀態(tài)響應(yīng)吸收的能量恒大于零的物理意義是：耗能元件功率為正，u（t）i（t）永遠(yuǎn)同極性；儲能元件初始無儲存能量，初始階段吸收能量功率為正，u（t）i（t）同極性，開始儲存能量。隨后，進(jìn)行能量交換，吸收、釋放。釋放能量的前提是儲存有能量，所以儲存能量永遠(yuǎn)為正。

第11頁,共122頁，2024年2月25日，星期天頻率穩(wěn)定同步穩(wěn)定——靜態(tài)穩(wěn)定、動態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定。電力系統(tǒng)受到擾動后恢復(fù)同步運行的能力。靜態(tài)穩(wěn)定——如果在任一小擾動后達(dá)到和擾動前運行情況一樣和接近。暫態(tài)穩(wěn)定——如果在該擾動后達(dá)到允許的靜態(tài)運行情況。動態(tài)穩(wěn)定——不因受小、大擾動后，系統(tǒng)電源間電勢角差的周期性振蕩發(fā)散，導(dǎo)致同步運行穩(wěn)定性的破壞。1982年IEEE取消動態(tài)穩(wěn)定的概念。第12頁,共122頁，2024年2月25日，星期天同步穩(wěn)定第13頁,共122頁，2024年2月25日，星期天振蕩及振蕩閉鎖無故障全相振蕩的電壓軌跡和阻抗軌跡靜穩(wěn)破壞——突變量電流不啟動，電流緩慢增加，當(dāng)超過靜穩(wěn)電流時閉鎖距離保護(hù)。暫穩(wěn)破壞——突變量電流啟動，靜穩(wěn)電流不動作，開放距離保護(hù)160ms左右，之后閉鎖距離保護(hù)。時間上躲振蕩周期（1.5s）。振蕩時測量阻抗周期性動作、返回。第14頁,共122頁，2024年2月25日，星期天振蕩及振蕩閉鎖不對稱開放——δ與Z協(xié)同工作。δ大時，閉鎖Z；δ小時，開放Z。利用電流不對稱度開放Z，無故障時，電流對稱閉鎖Z。振中附近故障，δ大時電流不對稱度低；δ小時電流不對稱度高。遠(yuǎn)離振中故障，電流不對稱度對δ敏感度降低。但是利用分支系數(shù)，遠(yuǎn)端故障，電流不對稱度低；近端故障，電流不對稱度高；第15頁,共122頁，2024年2月25日，星期天振蕩及振蕩閉鎖對稱開放——利用振蕩中心電壓隨δ變化而變化；短路點電壓基本不變化（約0.05pu）。UCOSφ——無故障時是振蕩中心電壓；三相短路時是短路點電壓。帶短延時區(qū)分振蕩和三相短路。第16頁,共122頁，2024年2月25日，星期天躲負(fù)荷抗振蕩及過渡電阻線路保護(hù)避開最大事故過負(fù)荷、系統(tǒng)振蕩不誤動和可切除振蕩中故障是線路保護(hù)一個原則。對超高壓線路主要針對的是距離保護(hù)，避開最大事故過負(fù)荷和耐過渡電阻能力是一對矛盾，一致認(rèn)為相間距離耐過渡電阻的能力不低于20Ω/相（相間40Ω）便可，恰當(dāng)?shù)卣ㄈ菀妆荛_最大事故過負(fù)荷。接地短路可能有大的接地電阻，但接地距離也只能對付不太大的過渡電阻（如小于80Ω/相），對于大接地過渡電阻（如300Ω/相）只有靠零序電流切除。

第17頁,共122頁，2024年2月25日，星期天躲負(fù)荷抗振蕩及過渡電阻以500kVLGJQ-400×4的導(dǎo)線為例，比較最小事故過負(fù)荷阻抗、熱穩(wěn)定阻抗和線路阻抗之間的大小1.87+j28.5(Ω/100km)IR=845×4(A)第18頁,共122頁，2024年2月25日，星期天躲負(fù)荷抗振蕩及過渡電阻500kVLGJQ-400×4的導(dǎo)線的熱穩(wěn)定阻抗、2500MW的阻抗負(fù)荷和它的300KM線路阻抗都是85Ω，基本上決定了接地距離耐過渡電阻的能力。系統(tǒng)振蕩負(fù)荷按周期性變化，某一瞬間（δ=180）完全具有振蕩中心三相短路特征，對于反映系統(tǒng)振蕩阻抗變化規(guī)律原理構(gòu)成的振蕩閉鎖如大圓套小圓，整定計算大圓必須躲過最小事故過負(fù)荷阻抗，大圓和小圓的半徑差由最小振蕩周期和鑒別時間決定，小圓大大削弱了距離保護(hù)耐過渡電阻的能力。對重負(fù)荷長線路不能使用這種原理的振蕩閉鎖。接地距離保護(hù)經(jīng)零序電流監(jiān)控也是重要的輔助手段。第19頁,共122頁，2024年2月25日，星期天電壓穩(wěn)定當(dāng)P恒定，它是二次函數(shù)，同一Q有兩個U，右邊是穩(wěn)定運行點。有極值，最低電壓運行點。有功大，最低穩(wěn)定運行電壓高。切負(fù)荷是保電壓穩(wěn)定十分有效的措施。第20頁,共122頁，2024年2月25日，星期天電壓穩(wěn)定第21頁,共122頁，2024年2月25日，星期天三道防線1常見的普通故障，要求系統(tǒng)在承受此類故障時能保持穩(wěn)定運行和正常供電；2為出現(xiàn)概率較低的較嚴(yán)重的故障，要求系統(tǒng)在承受此類故障時能保持穩(wěn)定運行，但允許損失部分負(fù)荷；3為罕見的嚴(yán)重復(fù)雜故障，電力系統(tǒng)在承受此類故障時，如不能保持系統(tǒng)穩(wěn)定運行，則必須防止系統(tǒng)崩潰并盡量減少負(fù)荷損失。1合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電源布局，保護(hù)重合閘和開關(guān)正確動作，必須保持穩(wěn)定和正常供電；2保護(hù)重合閘和開關(guān)正確動作，必須保持穩(wěn)定，但允許損失部分負(fù)荷（切機(jī)、切負(fù)荷、解列）；3振蕩解列、低周低壓減載等。第22頁,共122頁，2024年2月25日，星期天符號法正弦量三要素，振幅、頻率和初相角，在研究穩(wěn)態(tài)工頻量時，頻率是常數(shù)，由歐拉公式，可以將同頻率的正弦量轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)運算。第23頁,共122頁，2024年2月25日，星期天三相制中的高次諧波三相對稱，波形不是正弦波，可以把它們分解為許多正弦分量。其中：正、負(fù)、零序?qū)ΨQ組1,4,7……;2,58……3,6,9……。三相不對稱，波形正弦波，可以把它們分解為正、負(fù)、零序。三相既非正弦，又不對稱，它們的各同次諧波分量，將組成不對稱的三相。其中每一三相又可以分解為正、負(fù)、零序。第24頁,共122頁，2024年2月25日，星期天對稱分量法其中：

三相量可分解為。

可以用三相線路電壓方程引入概念。

第25頁,共122頁，2024年2月25日，星期天對稱分量法第26頁,共122頁，2024年2月25日，星期天對稱分量法第27頁,共122頁，2024年2月25日，星期天對稱分量法特點：1三序網(wǎng)相互獨立。將相量的滿陣轉(zhuǎn)換為對角陣。2正常運行和對稱故障只有正序。不接地兩相短路有正序和負(fù)序。接地短路和不對稱斷線有正、負(fù)、零序。3負(fù)序和零序?qū)俟收戏至?，其對?yīng)的序網(wǎng)絡(luò)是無源網(wǎng)絡(luò)，外加源在故障點。正序定則序網(wǎng)（略）

第28頁,共122頁，2024年2月25日，星期天αβ0分量

主要特征是所有變換系數(shù)是實數(shù)。在實現(xiàn)上運算速度快。疊加原理（略）。突變量保護(hù)。

第29頁,共122頁，2024年2月25日，星期天電力系統(tǒng)對繼電保護(hù)的要求“四性”：可靠性（可信賴性和安全性）選擇性快速性靈敏性第30頁,共122頁，2024年2月25日，星期天“四性”可靠性（可信賴性和安全性）可信賴性：要求繼電保護(hù)在設(shè)計要求它動作的異常或故障狀態(tài)下，能準(zhǔn)確地完成動作，即要求不拒動。安全性：要求繼電保護(hù)在非設(shè)計要求它動作的其他所有情況下，能夠可靠不動作，即要求不誤動。可信賴性與安全性是一對矛盾。實際應(yīng)用中它與接線方式與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)有關(guān)。對于220kV電網(wǎng)以可信賴性為主，重點防止保護(hù)拒動。對于500kV電網(wǎng)以安全性為主，重點防止保護(hù)誤動。

第31頁,共122頁，2024年2月25日，星期天“四性”繼電保護(hù)選擇性選擇性是指期望能在電力元件發(fā)生故障時，由最靠近故障元件的繼電保護(hù)裝置動作斷開故障。繼電保護(hù)選擇性是通過合理的動作值整定來完成。選擇性整定原則：越靠近故障點的保護(hù)裝置的動作靈敏度越大，動作時間應(yīng)越短。

第32頁,共122頁，2024年2月25日，星期天“四性”繼電保護(hù)快速性繼電保護(hù)快速性是指繼電保護(hù)裝置應(yīng)以允許的可能最快速度動作切除故障。繼電保護(hù)快速跳閘，一方面可以減輕故障設(shè)備的損壞程度，另一方面是提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的重要手段。

第33頁,共122頁，2024年2月25日，星期天“四性”注意兩點：

1）快速性與可靠性之間存在矛盾—只有在繼電保護(hù)裝置可靠動作前提下的快速性才有實際意義。

2）快速性并不是愈快愈好---只有在系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定需要的前提下才是合理的。繼電保護(hù)快速性對通道傳輸時間有規(guī)定要求。華中電網(wǎng)500kV線路保護(hù)切除故障時間變化：110ms→90ms→70ms，對電網(wǎng)穩(wěn)定貢獻(xiàn)巨大！

第34頁,共122頁，2024年2月25日，星期天“四性”繼電保護(hù)靈敏性繼電保護(hù)靈敏性是指繼電保護(hù)裝置對設(shè)計規(guī)定要求動作的故障及異常狀態(tài)能夠可靠地動作能力。在規(guī)程中規(guī)定每種保護(hù)元件的具體靈敏系數(shù)。繼電保護(hù)對動作的靈敏性是出于保護(hù)裝置可靠動作需要。

第35頁,共122頁，2024年2月25日，星期天“四性”注意：正確處理靈敏性與選擇性之間矛盾。愈靈敏愈能可靠反應(yīng)要求動作的故障或異常狀態(tài)，但同時愈易于在非要求動作的其他情況下產(chǎn)生誤動。

第36頁,共122頁，2024年2月25日，星期天繼電保護(hù)系統(tǒng)作用1）斷開電力故障元件，最大限度地減少對電力元件本身的損壞。2）反應(yīng)電力元件不正常工作狀態(tài)，便于監(jiān)視與調(diào)整。3）支持電力系統(tǒng)安全運行。特別是保護(hù)快速動作對提高電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定的特殊作用，其他穩(wěn)定措施是不能與其相比擬。第37頁,共122頁，2024年2月25日，星期天繼電保護(hù)的配置原則超高壓（220kV及以上），雙重化原則，近后備+斷路器失靈。高壓（220kV以下），主、備獨立，遠(yuǎn)后備。主保護(hù)是滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度有選擇性地切除被保護(hù)設(shè)備和線路故障的保護(hù)。第38頁,共122頁，2024年2月25日，星期天繼電保護(hù)的配置原則后備保護(hù)是主保護(hù)或斷路器拒動時，用來切除故障的保護(hù)。遠(yuǎn)后備保護(hù)是當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動時，由相鄰電力設(shè)備或線路的保護(hù)來實現(xiàn)的后備保護(hù)。近后備保護(hù)當(dāng)主保護(hù)拒動時，由本電力設(shè)備或線路的另一套保護(hù)來實現(xiàn)的后備保護(hù)。當(dāng)斷路器拒動時，由斷路器失靈保護(hù)來實現(xiàn)后備保護(hù)。第39頁,共122頁，2024年2月25日，星期天繼電保護(hù)的配置原則輔助保護(hù)是為補充主保護(hù)和后備保護(hù)的性能或當(dāng)主保護(hù)和后備保護(hù)退出運行而增設(shè)的簡單保護(hù)。異常運行的保護(hù)是反應(yīng)被保護(hù)電力設(shè)備或線路異常運行狀態(tài)的保護(hù)。

第40頁,共122頁，2024年2月25日，星期天超高壓線路保護(hù)保護(hù)的范圍由PT和CT的安裝位置（PT確定縱向故障；CT確定橫向故障）及原理和通道信號決定。主保護(hù)（縱聯(lián)保護(hù)）——分相電流縱差、高頻方向、高頻距離。

第41頁,共122頁，2024年2月25日，星期天分相電流縱差利用基爾霍夫電流定律，需要線路兩側(cè)電流進(jìn)行運算，判別線路內(nèi)部、外部短路，決定是否跳閘。因此，要求通道傳送對側(cè)電流（模擬量）。特點是容量大、同步要求高（同時刻兩側(cè)電流進(jìn)行運算），通常只能通過光纖或微波通道傳送（64k或2M）。第42頁,共122頁，2024年2月25日，星期天高頻方向、高頻距離方向或距離只是原理不同，都是判別正、反向故障。方向只是超范圍；距離又分超范圍或欠范圍。高頻方向、高頻距離的通道命令分為閉鎖命令或允許命令。無論如何，都是接受對側(cè)命令加上本側(cè)的方向元件一并判別線路內(nèi)部、外部短路，決定是否跳閘。

當(dāng)然，對側(cè)是否發(fā)送命令是由對側(cè)的方向元件判別后決策的。這種命令我們稱為快速命令，對允許式保護(hù)10~15ms，對閉鎖式保護(hù)小于10ms。速度快安全性差，復(fù)用載波機(jī)多采用移頻鍵控。對允許式保護(hù)存在線路內(nèi)部偶合相故障，載波通道阻塞的特殊問題，要求載波機(jī)給出載波通道阻塞信息即UNBLOCK，來替代允許信號。第43頁,共122頁，2024年2月25日，星期天高頻方向、高頻距離由于復(fù)用載波機(jī)通常采用相相偶合，保護(hù)中只有相間故障才采用該措施，即使采用也是短時間窗70ms左右。華中網(wǎng)多次發(fā)生誤動，主要是由于區(qū)外故障時，信噪比降低，載波機(jī)收不到導(dǎo)頻信號又無跳頻信號誤給出UNBLOCK命令，導(dǎo)致保護(hù)誤動。華中網(wǎng)現(xiàn)在已取消該措施（退出UNBLOCK）。閉鎖式保護(hù)無此問題。第44頁,共122頁，2024年2月25日，星期天直跳命令這是保護(hù)原理上的叫法，主要應(yīng)用過電壓、失靈和電抗器保護(hù)，從原理上講接受命令就可以跳閘，但對通道的安全性要求極高，為防誤動對載波命令要加就地閉鎖，有些地區(qū)對光纖命令取消就地閉鎖。直跳命令把安全性放在重要位置，復(fù)用載波機(jī)多采用編碼命令，因而犧牲速度稱為慢速命令25~35ms。第45頁,共122頁，2024年2月25日，星期天突變量（零序、負(fù)序）保護(hù)突變量保護(hù)分析按無源網(wǎng)絡(luò)，外加源在故障點。以TV、TA為界，正向故障（橫向或縱向）電壓和電流的關(guān)系（歐姆定律）決定于反向阻抗；反向故障（橫向或縱向）電壓和電流的關(guān)系（歐姆定律）決定于正向阻抗。第46頁,共122頁，2024年2月25日，星期天TV、TA的安裝位置與保護(hù)范圍的關(guān)系

一般橫向故障由TA的安裝位置決定保護(hù)范圍，這是因為TA兩邊故障的電流方向不同，而TV兩邊故障的電壓相同；縱向故障由TV的安裝位置決定保護(hù)范圍，這是因為TV兩邊故障的電壓方向不同，而TA兩邊故障的電流相同。第47頁,共122頁，2024年2月25日，星期天利用突變量構(gòu)成的行波方向，突變量方向，能量方向的演變過程

行波方向原理是，利用反向故障初始階段功率為正，Δu（t）Δi（t）同極性；反之，正向故障初始階段功率為負(fù)，Δu（t）Δi（t）異極性。初始階段的長短取決于短路角，隨后，極性的異同交替出現(xiàn)。所以安全性極差。突變量方向原理是利用歐姆定律。反向故障：；正向故障：?？朔诵胁ǚ较蚪惶娓淖兊娜秉c。所以安全強(qiáng)。能量方向原理是，利用反向故障儲存能量永遠(yuǎn)為正；反之，正向故障儲存能量永遠(yuǎn)為負(fù)。顯然，必須是t0時刻為故障時刻，這一點至關(guān)重要。另外，為了防止大電源背側(cè)阻抗太小，突變量電壓太小，通常加補償。第48頁,共122頁，2024年2月25日，星期天補償電壓已知TV安裝點的電壓和TV安裝點至補償點（如：整定點Y）間流過的電流，只要這兩點間無分支（流過同一電流），就可以計算出補償點電壓，我們把這個電壓稱為補償電壓。顯然，外部故障，補償電壓等于整定點電壓。內(nèi)部故障，補償電壓不等于整定點電壓，其實它也不等于任意點電壓，是一個計算出來的虛擬電壓。它的值分析如下：第49頁,共122頁，2024年2月25日，星期天補償電壓UFU’ZFIΔZIΔU’ΔUFZFΔIΔZΔIΔUZY=ZF+ΔZ=kZFk>1

第50頁,共122頁，2024年2月25日，星期天極化電壓極化電壓（參考電壓）。距離保護(hù)通常是補償電壓落在電壓平面的某區(qū)域內(nèi)動作，極化電壓就是用來劃分動作區(qū)域的。例如：方向阻抗繼電器，測量電壓就是極化電壓。當(dāng)然也可以用電流作極化量。對距離保護(hù)的研究歸根結(jié)底是對極化量的研究。第51頁,共122頁，2024年2月25日，星期天極化電壓電壓極化為圓特性電流極化為直線特性第52頁,共122頁，2024年2月25日，星期天記憶消除死區(qū)將極化電壓改為故障前的電壓（通過記憶得到）。根據(jù)負(fù)荷分析故障前的電壓和電勢的關(guān)系。用故障后電壓、電流用補償?shù)霓k法表示電勢（認(rèn)為電勢故障前后不變），這樣正、反向故障的表示式不同，所以動作特性也就不同。正向消除了死區(qū)，反向又不失方向性。第53頁,共122頁，2024年2月25日，星期天計算機(jī)故障計算

基爾霍夫電壓定理回路中一支路電壓等于支路兩端節(jié)點電壓之差。基爾霍夫電流定理，接入節(jié)點的支路流出電流的代數(shù)和等于節(jié)點的注入電流。

第54頁,共122頁，2024年2月25日，星期天計算機(jī)故障計算顯然，的物理意義是基爾霍夫電流定理。只要網(wǎng)絡(luò)是連通的，有非零元素，就無零元素。但是只要是無源節(jié)點對應(yīng)的零元素，有源節(jié)點對應(yīng)的非零元素。在實際電網(wǎng)中，可以把（電源）看成激勵，看成響應(yīng)。必須求解方程。第55頁,共122頁，2024年2月25日，星期天計算機(jī)故障計算利用疊加原理，將激勵分為兩部分，一部分是電網(wǎng)電源（正常運行），一部分是外部注入電流（故障點電流）。因此，，其物理意義是戴維南定理，—開路電壓，—入端阻抗。當(dāng)然，也可以表示為諾頓定理。第56頁,共122頁，2024年2月25日，星期天計算機(jī)故障計算

第57頁,共122頁，2024年2月25日，星期天計算機(jī)故障計算第58頁,共122頁，2024年2月25日，星期天故障點非故障相電流為零

第59頁,共122頁，2024年2月25日，星期天非故障相故障電流分量

第60頁,共122頁，2024年2月25日，星期天電壓相量圖1.

戴維南定理將故障點斷開，從故障點往系統(tǒng)看，根據(jù)戴維南定理，總可以把系統(tǒng)等值成一個發(fā)電機(jī)和一個阻抗第61頁,共122頁，2024年2月25日，星期天電壓相量圖1.

相似比串聯(lián)阻抗上的電壓比等于阻抗比。例如：2.

電源電勢不變，已知電源電勢和故障點電壓軌跡，便知這兩點間任意點電壓軌跡，它通過電壓比等于阻抗比求得的。

第62頁,共122頁，2024年2月25日，星期天線路保護(hù)整定計算中的一些概念

繼電保護(hù)裝置是通過安裝處采集的電壓、電流，根據(jù)動作判據(jù)認(rèn)定是否動作、何時動作。整定計算就是計算動作判據(jù)的整定值和動作時間，以保證故障發(fā)生在保護(hù)范圍內(nèi)，按配合時間的要求可靠地動作（靈敏性）；在保護(hù)范圍外可靠地不動作（選擇性）。為此目的，必須劃分保護(hù)范圍、設(shè)置故障點、設(shè)置故障類型、選擇運行方式。

第63頁,共122頁，2024年2月25日，星期天劃分保護(hù)范圍保護(hù)范圍分為兩類：一類是保護(hù)范圍固定不受運行方式影響，如：被保護(hù)的線路、被配合的相鄰線路的縱聯(lián)保護(hù)和距離保護(hù)Ⅰ段、相鄰變壓器的差動保護(hù)、變壓器另一側(cè)出線的縱聯(lián)保護(hù)和距離保護(hù)Ⅰ段。另一類是保護(hù)范圍不固定受運行方式影響，如：被配合的電流保護(hù)、距離保護(hù)高段。這類保護(hù)要找到保護(hù)范圍很不容易，尤其當(dāng)保護(hù)范圍伸出本線路，對側(cè)母線接有多分支，對每一個分支都存在一個保護(hù)范圍。但是，這些保護(hù)范圍是由一個保護(hù)定值決定的。因此，同原理保護(hù)配合往往是定值上的配合，即用配合定值乘以助增系數(shù)或分支系數(shù)。不同原理保護(hù)配合就不能在定值上取得配合，這是因為各序網(wǎng)絡(luò)獨立，存在不同的電流分配系數(shù)，兩類保護(hù)定值沒有固定的關(guān)系。第64頁,共122頁，2024年2月25日，星期天設(shè)置故障點在計算靈敏性時，故障點設(shè)在保護(hù)范圍內(nèi)靈敏度最低處；在計算選擇性時，故障點設(shè)在保護(hù)范圍外靈敏度最高處。對無零序互感線路，離保護(hù)安裝點愈近故障靈敏度愈高，因此故障點設(shè)在保護(hù)范圍末端。它是保護(hù)范圍內(nèi)靈敏度最低處，又是保護(hù)范圍外靈敏度最高處。對零序互感線路則不然，由于互感的取磁作用，零序電流隨故障點遠(yuǎn)去有可能單調(diào)減后又單調(diào)升，但不會單調(diào)升后又單調(diào)減。故障點可設(shè)在非故障線路的出口或末端。對于環(huán)網(wǎng)的助增系數(shù)或分支系數(shù)，也隨故障點不同而不同，但容易失去配合點往往在保護(hù)范圍末端。故障點可設(shè)在保護(hù)范圍末端。

第65頁,共122頁，2024年2月25日，星期天設(shè)置故障類型由被保護(hù)的故障對象（相間、接地）決定。

第66頁,共122頁，2024年2月25日，星期天設(shè)置故障類型由計算目的（最大、最?。╇妷?、電流、分支系數(shù)等決定。值得注意的是，環(huán)網(wǎng)中的解環(huán)線路、相繼動作、零序互感等問題。第67頁,共122頁，2024年2月25日，星期天后備保護(hù)配置的意義和目的后備保護(hù)是主保護(hù)或斷路器拒動時，用來切除故障的保護(hù)。超高壓線路按近后備原則，斷路器拒動由失靈保護(hù)切除故障。主保護(hù)拒動由本線路后備保護(hù)切除故障，因此，對近后備保護(hù)提出兩點基本要求：1硬件——主保護(hù)硬件損壞（包括通道故障）時，后備保護(hù)能保持正常工作；2軟件——主保護(hù)原理上存在缺陷或靈敏度不足。兩點中任何一點都是后備保護(hù)存在的理由。

第68頁,共122頁，2024年2月25日，星期天逐級配合的定義階段式保護(hù)逐級配合是指，在兩維平面（橫坐標(biāo)保護(hù)范圍，縱坐標(biāo)動作時間）上，整定定值多折線與配合定值多折線不相交，其間的空隙是配合系數(shù)。即定值和時間均取得配合，否則失配。

第69頁,共122頁，2024年2月25日，星期天后備保護(hù)的整定理想原則主保護(hù)拒動是后備保護(hù)整定計算的前提被配合保護(hù)正確動作是后備保護(hù)整定計算的基礎(chǔ)主保護(hù)拒動應(yīng)由故障線路的后備保護(hù)切除故障，不應(yīng)由相鄰線路的后備保護(hù)切除故障。前者講的是靈敏度，后者講的是選擇性。

第70頁,共122頁，2024年2月25日，星期天后備保護(hù)的整定理想原則選擇性——根據(jù)前提條件，后備保護(hù)應(yīng)該與相鄰線路的后備保護(hù)配合，不應(yīng)與相鄰線路的主保護(hù)配合。靈敏性——根據(jù)基本要求，后備保護(hù)對本線路有足夠的靈敏度。速動性——在滿足配合的條件下，縮短動作時間。在整定計算中，常常遇到選擇性與靈敏性的矛盾，整定計算的多數(shù)工作是協(xié)調(diào)該矛盾作取舍。因此，上述理想原則，實際很難做到。

第71頁,共122頁，2024年2月25日，星期天后備保護(hù)的整定實際原則本著加強(qiáng)主保護(hù)、簡化后備保護(hù)的思想。整定計算也允許作相應(yīng)的簡化，簡化整定計算就是默認(rèn)某些失配。距離保護(hù)不帶時延的一段將選擇性放在首位、靈敏度次位。帶時延的二段將靈敏度放在首位、速動性次位、選擇性末位。帶時延的三段將靈敏度放在首位、選擇性次位、速動性末位。零序電流保護(hù)它用作距離保護(hù)的補充，僅用作切除高電阻接地故障。起始時間長于距離三段，可以用反時限或定時限。

第72頁,共122頁，2024年2月25日，星期天最小負(fù)荷阻抗的確定相間短路電阻只有弧光電阻，其弧光電壓5%，可按10~15Ω/相，相間20~30Ω/相。相間距離電阻分量可按50Ω整定。5002×0.8/4000=50；2202×0.8/770=50。其功率都在自然功率的4倍以上。接地距離電阻分量按80Ω整定，5002×0.8/2500=80；2202×0.8/484=80。其功率都在自然功率的兩倍以上。

接地距離也可以精確計算最小事故負(fù)荷阻抗，它是一個相量，在阻抗平面上相量末端是一個點，動作特性必須可靠躲過該點，可靠系數(shù)為0.7。

第73頁,共122頁，2024年2月25日，星期天500kV與220kV線路的運行參數(shù)第74頁,共122頁，2024年2月25日，星期天定時限零序電流保護(hù)整定只使用最末段和次末端，最末段整定300A/4s；次末端500A/3.5s。線路零序電流保護(hù)定位于切高電阻接地故障，最高靈敏度要求是，按無窮大系統(tǒng)經(jīng)RF短路流經(jīng)RF的電流1kA對應(yīng)的電阻：500kV/300Ω；330kV/150Ω；220kV/100Ω。電流整定（1000/2）/1.6=300A。考慮縱續(xù)動作，后跳側(cè)電流為短路點電流1000/500=2兩倍靈敏度。實際上出口短路接地距離耐過渡電阻的能力會大大增強(qiáng)。

第75頁,共122頁，2024年2月25日，星期天整定計算中的感受量通常用兩種方法作整定計算，一種是同原理保護(hù)作配合整定，即用配合定值乘以助增系數(shù)或分支系數(shù)。另一種是設(shè)置故障點計算保護(hù)安裝點的感受量。前一種方法適應(yīng)單一助增系數(shù)或分支系數(shù)的同原理保護(hù)作配合整定。如：零序電流保護(hù)間的配合整定、相間距離保護(hù)間的配合整定。后一種方法適應(yīng)保護(hù)范圍固定的保護(hù)整定計算和配合整定。如：獨立Ⅰ段、與相鄰線路的縱聯(lián)保護(hù)和距離保護(hù)Ⅰ段配合、與相鄰變壓器的差動保護(hù)、變壓器另一側(cè)出線的縱聯(lián)保護(hù)和距離保護(hù)Ⅰ段配合。第76頁,共122頁，2024年2月25日，星期天整定計算中的感受量如：接地距離保護(hù)與相鄰線路的縱聯(lián)保護(hù)配合，故障點設(shè)在相鄰線路對端母線，改變運行方式，計算保護(hù)安裝點的感受阻抗，選取最小阻抗值乘以可靠系數(shù)便得到整定值。這樣做是科學(xué)的，可提高保護(hù)的靈敏度，編制程序也簡單、統(tǒng)一。以往選用正序助增系數(shù)與零序助增系數(shù)兩者中的較小者，第一，正序助增系數(shù)與零序助增系數(shù)兩者中的較小者不在同一方式，第二，選用正序助增系數(shù)與零序助增系數(shù)兩者中的較小者是一種保選擇性的近似計算方法。這樣計算有時靈敏度不能滿足。

第77頁,共122頁，2024年2月25日，星期天測量阻抗整定線路的距離保護(hù)與配合設(shè)備的保護(hù)作配合計算時，通常采用下列公式

——整定阻抗

——保護(hù)安裝處至配合設(shè)備首端母線間的測量阻抗

——配合阻抗

——助增系數(shù)

——可靠系數(shù)1，2（1）第78頁,共122頁，2024年2月25日，星期天測量阻抗整定阻抗的物理意義是，在配合保護(hù)范圍末端發(fā)生金屬性短路，保護(hù)安裝處的測量阻抗乘以可靠系數(shù)。 假設(shè)在配合保護(hù)范圍末端設(shè)置金屬性短路，則保護(hù)安裝處的測量阻抗；；其中：（2）第79頁,共122頁，2024年2月25日，星期天測量阻抗配合阻抗就是配合設(shè)備的測量阻抗。比較（1）式和（2）式僅相差可靠系數(shù)。 得出（2）式的前提條件是在配合保護(hù)范圍末端設(shè)置金屬性短路。許多情況不易確定配合保護(hù)范圍末端，為了避免此問題，作如下假設(shè)：保護(hù)范圍末端短路與配合設(shè)備末端母線短路的助增系數(shù)相同。這個假設(shè)對放射型網(wǎng)絡(luò)是成立的，對環(huán)網(wǎng)存在誤差，這個誤差在工程上普遍被接受。因此，將故障點由配合保護(hù)范圍末端移至配合設(shè)備末端母線，計算

第80頁,共122頁，2024年2月25日，星期天測量阻抗

（3）其中

——配合設(shè)備阻抗。此時的配合阻抗就是配合設(shè)備阻抗。將（3）式代入（1）式若令則（4）第81頁,共122頁，2024年2月25日，星期天測量阻抗對（4）式進(jìn)行討論：

1）當(dāng)與配合設(shè)備主保護(hù)（縱聯(lián)或差動）配合時，；2）當(dāng)與配合設(shè)備Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段配合時，3）是配合設(shè)備末端母線短路的計算值4）若配合設(shè)備是線路就是配合線路正序阻抗；是變壓器就是配合變壓器正序阻抗，通常與變壓器配合時采用1的方法第82頁,共122頁，2024年2月25日，星期天測量阻抗5）

零序補償系數(shù)，整定線路整定的零序補償系數(shù)和配合線路整定的零序補償系數(shù)或變壓器的零序補償系數(shù)（通常為0）6）

公式（4）里不含整定設(shè)備阻抗，意味著可以是整定線路，也可以是部分網(wǎng)絡(luò)。因而適用于配合設(shè)備是相鄰設(shè)備，同樣適用于配合設(shè)備是非相鄰設(shè)備。第83頁,共122頁，2024年2月25日，星期天測量阻抗7）

零序互感問題，接地距離保護(hù)一般不引入其他互感線路電流，因而按互感線路掛地線檢修的情況計算零序補償系數(shù)K，才有了58）

相間距離計算三相短路，只有正序可簡化公式（4）9）

多回互感線路零序補償系數(shù)K的計算第84頁,共122頁，2024年2月25日，星期天多回互感線路零序補償系數(shù)K的計算

第85頁,共122頁，2024年2月25日，星期天整定計算中標(biāo)幺值折算標(biāo)幺值折算的平衡方程是同電壓等級或同側(cè)的有名值相等。標(biāo)幺值無相、線；無側(cè)（高低壓，一二次）的概念，標(biāo)幺值乘什么基準(zhǔn)值就是什么的有名值。主設(shè)備標(biāo)幺值折算至TV、TA的標(biāo)幺值

第86頁,共122頁，2024年2月25日，星期天整定計算中標(biāo)幺值折算以發(fā)電機(jī)為例（注意：發(fā)電機(jī)和TV、TA基準(zhǔn)值的一致性：相、線和側(cè)的一致性）

第87頁,共122頁，2024年2月25日，星期天整定計算中標(biāo)幺值折算TV、TA的標(biāo)幺值乘一、二次基準(zhǔn)值就是一、二次的有名值。系統(tǒng)標(biāo)幺值折算至TV、YA的標(biāo)幺值，方法同上，只是系統(tǒng)的基準(zhǔn)值給出的S和U。在整定計算時完全可以全部用標(biāo)幺值計算，只是需要用有名值是作換算。方法是：視計算的方便程度選擇某一基準(zhǔn)值，計算完畢后轉(zhuǎn)換為TV、TA的標(biāo)幺值，如有必要計算TV、TA的二次值。

第88頁,共122頁，2024年2月25日，星期天整定計算中標(biāo)幺值折算舉例計算阻抗二次值第89頁,共122頁，2024年2月25日，星期天整定計算中標(biāo)幺值折算為了使主設(shè)備標(biāo)幺值與TV、YA的標(biāo)幺值相等，制造商可以在主TV、TA二次側(cè)乘以系數(shù)等效于改變TV、TA變比。值得注意的是：以TA為例第90頁,共122頁，2024年2月25日，星期天《整定規(guī)程》接地距離中公式推導(dǎo)

第91頁,共122頁，2024年2月25日，星期天《整定規(guī)程》接地距離中公式推導(dǎo)

第92頁,共122頁，2024年2月25日，星期天《整定規(guī)程》接地距離中公式推導(dǎo)第93頁,共122頁，2024年2月25日，星期天雙變比電流互感器這種互感器有兩個一次繞組。一次繞組并聯(lián)，一次繞組匝數(shù)少，變比大，容量小。一次繞組串聯(lián)，一次繞組匝數(shù)多，變比小，容量大。第94頁,共122頁，2024年2月25日，星期天兩臺變比相同的電流互感器單臺接線，變比為K，容量為S。兩臺串聯(lián)，變比為K，容量為2S。兩臺并聯(lián)，變比為K/2，容量為S/2。第95頁,共122頁，2024年2月25日，星期天微機(jī)保護(hù)基礎(chǔ)硬件——物質(zhì)軟件——思想第96頁,共122頁，2024年2月25日，星期天硬件數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（模擬量輸入系統(tǒng)）主機(jī)系統(tǒng)開關(guān)量（數(shù)字量）輸入/輸出系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)基礎(chǔ)第97頁,共122頁，2024年2月25日，星期天電抗變換器與電流變換器比較電抗變換器：阻止直流、放大高頻、不易飽和、移相。電流變換器：不飽和不失真、易飽和、動態(tài)范圍小。第98頁,共122頁，2024年2月25日，星期天A/D與VFC比較A/D較貴，通常多個模擬通道共一個A/DVFC實現(xiàn)多微機(jī)共享。每個微機(jī)設(shè)置各自的計數(shù)器，從公共一套VFC獲得脈沖數(shù)。由于各微機(jī)獨立讀數(shù)，便可獨立運行。第99頁,共122頁，2024年2月25日，星期天開關(guān)量輸入用于識別運行方式、條件等，以便控制程序流程。如：重合閘方式、同期方式、收信狀態(tài)和定值區(qū)號等。分為兩大類：面板接點和端子接點。第100頁,共122頁，2024年2月25日，星期天開關(guān)量輸出主要包括跳閘出口、本地和中央信號以及通信接口、打印機(jī)接口等。第101頁,共122頁，2024年2月25日，星期天DSPDSP有著強(qiáng)大快速的數(shù)據(jù)處理能力和定點、浮點計算功能。提高保護(hù)對原始采樣數(shù)據(jù)的預(yù)處理和計算能力。如：一個Ts內(nèi)完成所有阻抗、電壓、電流等計算和濾波處理。第102頁,共122頁，2024年2月25日，星期天單DSP應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DSP保護(hù)CPU第103頁,共122頁，2024年2月25日，星期天多DSP應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DSPDSPDSP保護(hù)CPU第104頁,共122頁，2024年2月25日，星期天與模擬保護(hù)比較TVTA