（电气工程专业论文）500kv线路微机保护现场应用的比较和分析.pdf

a b s t r a c t a b s t i 己a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ee l e c t r i c a li n d u s t r y ，5 0 0 k ve x t r ah i g h v o l t a g ep o w e rg r i dh a sb e e nt h em a i nn e t w o r ki nc h i n as t a t eg r i d t h es a f e t y o ft h ew h o l ep o w e rn e t w o r ki sd e t e r m i n e db yt h eq u a li t ya n da p p li c a t i o no f5 0 0 k v e l e c t r i c a lp o w e rl i n ep r o t e c t i o ne q u i p m e n t a c c o r d i n g l y ，h i g hr e q u e s ta b o u tt h e e q u i p m e n tq u a li t ya n dt h ep e r s o n n e l ss k i l l e do p e r a t i o na r ep u to u t t h et h e o r ya n dc h a r a c t e r i s t i co ft h ee x t r ah i g hv o l t a g el i n em i c r o c o m p u t e r p r o t e c t i o nu s e do ne a s tc h i n ag r i da r ei n t r o d u c e di nt h i st h e s i s i ti sc o m p a r e d a n da n a l y z e do nt h eb a s i ct h e o r y ，m a i ne q u i p m e n ta n dc h a r a c t e r i s t i co f m a i n t e n a n c e ，w h i c ha r et h ed o m e s t i cr c s 一9 3 1 de l e c t r i c a ll i n ep r o t e c t i o n m a n u f a c t u r e db yn a r ic o m p a n ya n dt h ei m p o s e dr e l5 3 1 5 6 1e l e c t r i c a ll i n e p r o t e c t i o nm a n u f a c t u r e db ya b bc o m p a n y w h i l e ，c o m b i n e dw i t hp r a c t i c a l p r o d u c t i o n ，t h em a i n t e n a n c ee x p e r i e n c ei sc o n c l u d e d ，t h em a i n t e n a n c ea t t e n t i o n i sd i s c u s s e d ，a n dt h ei m p r o v e m e n ti sa d v i s e d t h a ti s i nt h ei n t e r e s to f e l e v a t i n gt h ee n g i n e e r i n gl e v e la n dm a s t e r yo fe n g i n e e r a l s o ，i tm a y b eu s e d a sar e f e r e n c eo nt h eh i g he l e c t r i cl i n em i c r o c o m p u t e rp r o t e c t i o nd e s i g n o u r u l t i m a t eg o a li st op r o t e c to u re l e c t r i c a lp o w e rg r i ds a f e l y f i n a l l y ，t h ep a p e rp o i n t so u tt h ed i r e c t i o no ft h ee x t r ah i g hv o l t a g el i n e m i c r o c o m p u t e rp r o t e c t i o nd e v e l o p m e n t ，a n d b r i n g s f o r w a r dt h e s p e c i f i c r e q u i r e m e n t sa b o u tp r a c t i c a la p p l i c a t i o n k e y w o r d s ：5 0 0 k vh i g he l e c t r i cl i n ep r o t e c t i o n ；m i c r o c o m p u t e rp r o t e c t i o n ；i m p o s e d p r o t e c t i o n ；d o m e s t i cp r o t e c t i o n i i 东南大学学位论文独创性声明 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，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名：e t 期：地。7 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 丝翌：墨：刁 第一章绪论 第一章绪论 1 - 1 引言 国家地域经济发展的不均衡性以及国家能源发展战略，都需要全国电力网互联，这也是国家电 网发展的必然趋势。电力系统的飞速发展、全国联网等电网的发展都对继电保护技术的发展不断提 出新的要求。电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护原理和装置的发展创新注 入了新的活力。作为电网安全稳定运行的前沿哨兵，继电保护装置及系统所承担的任务和责任将变 得尤为重要。综观全国电网，以2 2 0 k v 电压等级为电力运输主干网的国家电网正在向5 0 0 k v 电压等 级的超高压电网过渡。为了保证超高压电网继电保护装置特别是超高压联络线路继电保护装置的安 全可靠运行，提高各级继电保护人员的现场维护水平、确保正确选择运行稳定的继电保护装置，这 将对整个电力系统的安全乃至对社会的稳定都将具有重要的现实意义。新的科学发展形势要求继电 保护人员通过不段学习、广泛交流的方法，必须熟悉各种现场保护装置的原理和维护技术，才能熟 练运用，更好的发挥先进装置的优良品质，保证电网安全、可靠、稳定地运行。 1 2 课题研究背景 继电保护原理和装置的发展走过了建国初期的电磁型、机电型到粒流型，到目前广泛采用的微 机型。微机型保护装置的处理器也己从最初的8 位机到1 6 位机并发展到目前的3 2 位机，以满足适 用于我国超高压保护微机技术分析的需要。 1 2 1 继电保护原理的发展 继电保护原理及技术是由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。1 9 世纪9 0 年代出现电磁型过流继电器及1 9 0 1 年出现感应型过流继电 器均为过电流原理，1 9 0 8 年提出电流差动保护原理，2 0 世纪2 0 年代初出现距离保护，1 9 2 7 年出现 了高频保护，2 0 世纪5 0 年代出现了微波保护，同时出现了行波保护的设想，1 9 8 3 年南京电力自动 化研究院提出工频变化量原理的保护“1 。 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、集成电路本! 到微机型，其中微机型保护于1 9 8 7 年推出第一 套8 位机w x h 一1 璋! 微机线路保护，1 9 9 4 年推出1 6 位机l f 卜_ 9 叭微机线路保护，2 0 0 0 年推出3 2 位 机1 r ) ( 卜_ 8 0 0 微机线路保护。经过我国继电保护科研工作人员的努力，目前我国的继电保护原理及技 术已走在世界先进行列。 1 2 。2 国产线路保护装置的发展 继电保护技术在4 0 余年的时间里完成了发展的4 个历史阶段。 1 电磁型，机电型 建国后，我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有， 在大约1 0 年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。5 0 年代，我国工程技术人员创造性地吸 收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术，建成了一支具有深厚继电保护理论造 诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。由 东北抗联的某军工厂改为生产仪表和继电器，定名为阿城仪表厂。当时仅能部分生产单个仿苏电磁 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1 9 5 6 年改为专业生产继 电保护装置，并派出技术人员剑前苏联继电器工厂学习，引进原苏联的技术，按图制造仿苏式机电 型继电器：1 9 5 7 年原苏联专家来厂指导，培训线路保护并在专家指导下试制了仿苏h 3 1 5 2 、1 5 3 、1 5 7 的感应型g h 0 1 、g h 0 2 、g h l l 距离保护和仿苏_ 3 1 型的电子管式g c h l 型高频相差保护，并于1 9 5 8 年 投入批量生产，它也具备了阻抗选相单相自动重合闸功能”1 。阿城继电器厂引进消化了当时国外先 i 东南大学丁程硕士学位论文 进的继电器制造技术，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。因而在6 0 年代中我国己建成了继电保护研究、设计、制造、运行和教学的完整体系。这是机 电式继电保护繁荣的时代，为我国以后继电保护技术的发展奠定了坚实基础。 2 晶体管型、整流型 自5 0 年代末，晶体管继电保护已在开始研究。1 9 6 4 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1 l o k v 线路。2 0 世纪7 0 年代初许昌继电器厂生产出嵌入式结构的新一代继电器，摆 脱原苏联一代凸出式结构继电器的影响。1 9 7 4 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：其包括z g c 一1 1 型整流高频相差保护、s f l a 犁电子管式收发信机、l h 一1 5 型整流 式距离保护( 取消了助磁) 及z l l - 2 型整流式零序电流保护，同时附带完成低功耗的l l 一7 型电流继 电器、z z c 一4 综合重合闸、z f z l 型分相断路器操作箱。1 9 7 6 年2 月，四) t 1 2 2 0 k v 豆渝线做人工短路 试验成功，成为国内2 2 0 k v 线路保护的主导产品。其后又开发出用于电气化铁道的1 l o k v 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l o s 内无保护的问题。 6 0 年代中到8 0 年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。其中天津火学与南京电力 自动化设备厂合作研究的5 0 0 k v 晶体管方向高频保护和南京电力自动化研究院研制的晶体管高频闭 锁距离保护，运行于葛洲坝5 0 0 k v 线路上，成为我国自行设计、全部为国产设备的第一套5 0 0 k v 成套 整流型线路保护，结束了5 0 0 k v 线路保护完全依靠从国外进口的时代。该套设备于1 9 8 3 年1 0 月顺利地 通过人：r 短路试验，保护正确快速动作跳闸，一次试验成功，1 9 8 4 年l o 月止式投入运行。这为以后 东北建设的5 0 0 k v 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5 0 0 k v 超高压线 路保护的空白，使我国列入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。1 9 8 6 年成 套5 0 0 k v 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”1 1 9 8 3 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、两北、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 联合组成四个统一设计工作组。四个统一即保护的结线原理统一、技术要求统一、图形符号统一、 端子排统一，1 9 8 5 年完成“四统一”工作。由于“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，带来很丈的经济效益和社会效益。1 9 9 0 年该项目获国家科 技进步二等奖。 4 集成电路和微机保护”。 从7 0 年代中期，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究，到8 0 年代末集成电路保护就 已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到9 0 年代初集成电路保护的研制、生产、应_ 【f j 即处于主导 地位，已是集成电路保护的时代。在这方面南京电力自动化研究院研制的集成电路工频变化量方向 高频保护起了重要作用。1 9 8 0 年南京自动化研究院推出8 0 1 l 集成电路式距离保护，开发了c k f 、c k j 工频变化量方向、距离保护。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的集成电路相电压补偿式 方向高频保护也在多条2 2 0 k v 藕1 5 0 0 k v 线路上运行使用”1 。 我国从7 0 年代末开始的计算机继电保护研究，高等院校和科研院所起着先导作用。华中理工大 学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学、上海交通大学、重庆大学和南京电力自 动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。 1 9 8 4 年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置第一套微机线路保护在l l o k v 线路上试运 行后首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的 推广开辟了道路。1 9 8 7 年第一套8 位机w x h 一1 型微机线路保护在东j b 2 2 0 k v 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，现在的微机线路保护从安装剑整定试验，仅一天时 间，并且还有较强的自检功能，受到现场运行人员欢迎，便很快得到推广。东南大学和华中理工大 学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机变压器组保护也相继于1 9 8 9 、1 9 9 4 年通过鉴定投入 运行。南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1 9 9 1 年通过鉴定，1 9 9 4 年南京自动化研 究院在集成电路线路保护的基础上将1 6 位机的l f p 9 0 0 系列微机线路保护推向市场实用，其采用工频 2 第一章绪论 变化量原理代替了相差原理。北京四方继保自动化有限公司于1 9 9 6 年也推出1 6 位机c s l l 0 0 系列微机 线路保护。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护，西安交 通大学与许吕继电器厂合作研制的j e 序故障分量方向高频保护也相继于1 9 9 3 、1 9 9 6 年通过鉴定。至 此，1 6 位微机保护装置成为我国微机保护主流，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具 特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。随着微机保 护装置的深入研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。 整流璎、晶体管型线路保护从2 0 世纪7 0 年代开始取代5 0 年代仿苏感应、电磁型线路保护，约持 续至t j 9 0 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，约从1 9 8 5 年蛰j 1 9 9 4 年就逐步让位于微机犁的线路保护。1 9 9 0 年研制完成的多c p u 的麟 卜一1 1 型线路保护，标志着线路保 护从集成电路型转入微机型，我国就已经进入到微机保护的一个新时代。 2 0 0 0 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3 2 位机的微机保护。由于3 2 位机保护除了具备保护功能 外，采用了大容鼍r a m 、f l a s h 与强大的网络技术、高级语言编程，从而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强大的通信功能，保护装置具有了与保护控制、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，同时能 满足变电站综合自动化的需要。2 0 0 4 年6 月国内的3 2 位微机保护在中国电力科学研究院通过了7 5 0 k v 动模试验，国产微机保护已适用于特高压线路，进入世界领先行列”1 。 1 3 课题研究现状 i 3 i 华东电网5 0 0 k v 线路保护配置的基本原则 1 华东电网5 0 0 k v 系统电网简介。” 华东区域电网与包括上海市、江苏、浙江、安徽、福建省电网部分，至2 0 0 6 年底，共含5 0 0 k v 系统厂站8 0 座、5 0 0 k v 线路1 7 1 条。已经形成以5 0 0 k v 为骨干的主电力输送网。随着国民经济的发展以 及大型发电机组和更高电压等级( 7 5 0 k v ) 电网的逐步应用”1 ，几个大区域的联合电网必然出现。对 此，对基于保证网络设备的安全、稳定、优质、经济运行的继电保护装置、原理以及与调度系统配 合都必然进行深入细致的研究。 2 华东电网5 0 0 k v 线路保护系统配置的基本技术原则 ( 1 ) 5 0 0 k v 线路保护装设两套完整的、独立的全线速动数字式主保护，并独立组屏。 ( 2 ) 每套线路主保护除全线速动的纵联保护外，还应具有分相跳闸的兰段式接地、相间距离及反时 限零序方向电流保护作为后备保护。 ( 3 ) 对应于不同类的一次主接线方式，线路保护均采用线路c v t 的电压输入。 ( 4 ) 对具有o p g w 或其它数字通信通道的线路，应优先考虑采用分相电流差动保护作为线路主保护。 ( 5 ) 鉴于o p g w 通道较p l c 通道有较强的抗干扰能力，为尽量减少由于通道原因而引起的保护设备拒 动、误动的情况，5 0 0 k v 线路应优先考虑采用o p g w 作为线路保护的通道。 ( 6 ) 对以o p g w 作为保护通道的线路，保护设备可直接接光纤芯或复用p o i 终端。 ( 7 ) 一条线路的两套分相电流差动保护复用通讯专业光端机时应考虑双重化配置，即配置两套独立 的光通信设备( 其供电电源也应完全独立) ，以避免光通信设备故障或同时检修时造成全部保护通道 失却。 ( 8 ) 以p l c 作为线路保护通道，若为同杆双同线，线路保护及载波通道均应能够收发三个或四个快 速命令，分别表示a 、b 、c 相或a 、b 、c 单相及多相故障；若不是同杆双同线，线路保护及载波通道 均应至少能收发两个快速命令，分别表示单相及多相故障。 ( 9 ) p l c 通道在通道阻塞时，载波机应能给出u n b l o c k i n g 信号，保护装置在判断为相问故障时， u n b l o c k i n g 才有效。 ( 1 0 ) p l c 通道的两台载波机快速通道与保护接口的收、发讯回路采用对应的线路主保护直流电源。 3 东南大学工程硕t 学位论文 ( 1 1 ) 布置在通信机房设备( 如光电转换器、保护信号传输设备等) ，应采用通信机房设备电源；不 同设备电源应双重化；电源回路均有监视及告警同路。 ( 1 2 ) 保护装置在电压二次同路断线或短路时应闭锁有可能误动的保护，并发出信号；保护装置在 电流二次回路断线时应能够发出告警信号。 ( 1 3 ) 每一套线路主保护都应带有自身故障录波、测距及事件记录功能，并提供相应的远方通讯和 分析软件。 一 ( 1 4 ) 线路分相电流差动保护应对刚奇性无特殊要求，并应允许使用两侧不同的c t 变比。线路分相 电流差动保护在发生区内和区外故障c t 饱和时应均能正确动作。 ( 1 5 ) 线路主保护应有不少于四组可切换的定值组，切换开关安装在保护屏上。 ( 1 6 ) 线路保护屏应装设单跳或三跳方式选择开关。 ( 1 7 ) 线路配置的过电压保护动作条件是本侧线路断路器在断开位置，过电压保护动作后通过远方 跳闸回路跳线路对侧的断路器。 ( 0pgw ，即光纤复合架空地线。它由光纤单元与铠装层组成，既有光纤通信的各种优点，又 在输电线路中起地线作用，避免了传统的电力通信系统无法避免的雷击、短路电流引起的对地电压 升高所导致的通信线路故障，避免了电磁干扰。0p gw 技术的发展经历了紧包缓冲型、铝骨架p bt 管、铝管松套、不锈钢松套光纤、不锈钢内塑管松套光纤五个阶段。目前，新代不锈钢内塑 管松套光纤0p g w ，以其优越的性能在电力光纤通信网络建设中得到较为广泛的应用。) 由以上华东网调对辖区内继电保护的配置原则可见，现场继电保护专业除对于继电保护装置必 须的重要功能要求以外，还对保护装置的外围设备( 如流变、压变、直流系统) 质量要求很高，对 于通道、通讯设备的要求也是非常苛刻的。所以，这些设备系统稳定安全的运行，是现场继电保护 装置正确动作的前提条件。 3 双重化全线速动线路保护 单套全线速动保护可以选择采用分相电流差动保护”、高频距离保护或者方向高频保护构成。 在华东电网中，依据备变电所安装设计的时间和理念不同，各所中各种保护选型义有着一定的区别。 分相电流筹动有a b b 公司的r e l 5 6 1 。、r e d 6 7 0 型，g e 公司的l 9 0 型，a r e v a 公司的l f c b l 0 2 、p 5 4 4 和p 5 4 6 型，n a r i 公司的r c s 一9 3 l d ( m ) 型。 高频距离保护有a b b 公司的r e l 5 2 1 “和r e l 5 3 1 型，g e 公司的d l p 、a l p 和t l s 型，a r e v a 公司的 l f z p l l l 、l f z r l l l 和p 4 4 3 型，s e l 公司的s e l 一3 2 1 型，三菱公司的m d f 型。 方向高频保护只有n a r i 公司的l f p 一9 0 1 d 和r c s 一9 0 1 d 型。 4 双重化阶段式后备距离保护或零序保护“ 阶段式后备距离保护采用相间距离和接地距离保护构成，应各配置三段，分别动作于不同短路 故障时不同时间切除故障的需要；同样，阶段式零序保护采厢零序电流幅值按照反时限原理，也是 采用三段式动作于跳闸。 5 过电压保护和短线保护“” 过电压保护一般短线路不需要配置，只有在线路长度较长，一般达到1 5 0 公里以上长度的线路才 会需要过电压保护。过电压保护不需要双重化配置。 短线保护是为了防止在特殊停运线路上的闸刀间故障而设置的临时性保护“。由于以前电网联 络薄弱的缘故和强调输电的可靠性，一般在一个半开关接线方式的老站或发电厂装配出线刀，并配 置双套短线保护，正常运行时短线保护停用或放信号位置，当线路或主变停役时，要求合环运行， 有增强联络的意义。安装有短线保护的有瓶窑变电站、兰亭变电站、秦山核电站变电站等。 由于5 0 0 k v 电网已较以前有很大的发展，网络联络大大加强，特别是上海地区5 0 0 k v 系统已实现 了双环网，所以可以不再安装线刀，不配置短线保护，线路或主变停役时，不要求合环运行。不安 装有短线保护的天一变电站、乔司变电站、台南变电站、河姆变电站。而且现在华东网调也要求逐 步拆除线路闸刀和短线保护。 4 第一章绪论 1 3 2 目前华东电网5 0 0 k v 线路保护应用及发展的特点 i 继电保护在构筑电力系统安全稳定运行的三道防线中发挥着重要的作用 继电保护作为保障电力系统安全的屏障，一直担当着电力系统安全卫士的重要角色，历史和现 实的经验、教训都证明了搞好继电保护工作是保证电网安全稳定运行必不可少的重要手段。当前， 在我国电力工业持续、快速发展，市场化改革在探索中前进，西电东送、南北互供、全国联网大格 局正在形成的过程中，继电保护和电力系统自动化更加成为保证电力系统安全运行、提高供电质量、 减少事故损失的最直接、最有效的手段，只有它能保证在电力系统发生故障时，快速、可靠和有选 择地自动切除故障和终止电网异常状态；具有在电网失稳运行时，缩小事故范围，防止发展成为电 网崩溃和大面积停电事故的能力“。 继电保护在构筑电力系统安全稳定运行的“三道防线”中发挥着重要的作用 1 7 a 自1 9 8 1 年以 来，按照三道防线要求，进行电网安全控制建设，开发和推广应用稳定控制系统，成功地阻止了多 次可能造成电网崩溃瓦解的大扰动。到2 0 0 4 年为止，已经连续8 年未发生电网稳定破坏、瓦解事故， 很重要的一个原因是得益于三道防线的建设，而继电保护技术的进步和保护装置的正确、快速动作 是最重要的因素。从2 0 0 1 年以来，全国2 2 0 k v 及以上系统的继电保护正确动作率一直保持在9 9 以 上。 2 继电保护特别是线路保护的微机化率大大提高 继电保护特别是线路保护的止确动作率之所以如此之高，重要原因是在线路保护中大量采用了 微机保护。和其他类型的保护装置相比较，微机保护以其特有的正确动作率高、动作速度快，自检 能力强、运行维护方便等优点，受到了生产现场、运行部门的欢迎。2 0 0 0 年前2 2 0 k v 及以上系统的微 机保护率为4 3 9 9 ，线路保护微机保护占8 6 ，至i 2 0 0 3 年底，2 2 0 k v 以上系统的微机保护已占到7 0 2 9 ，线路的微机化率达 j 9 7 6 。实际运行中，微机保护的正确动作率要明显高于其他保护，一般 比平均正常动作率高0 2 0 3 个百分点”。 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t a 、光t v ) 的采用，5 0 0 k v 线路保护逐步向计算机化、光纡化、系统网络化发展。 3 光纤差动、光纤距离为线路保护主保护 线路保护主保护1 9 9 4 年前主要采用高频相差、高频距离保护，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。由于高频相差保护对通道要求很严、调试需两侧配 合不方便等原因，1 9 9 4 年推出l f p 9 0 1 、w ) ( i l 一1 5 高频方向原理技术，逐渐运行成熟，线路保护的主 保护采用高频方向、高频距离原理为主，高频相差原理逐渐退出运行的舞台。随着电力系统逐步 采用光纤通道o p g w 的普及) ，2 0 0 0 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的主流。 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，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，不需同步调携，且对通道也可实时自检。光纤距离可按采用不同原 理的元件分命令传输，不需要反向元件闭锁正向元件，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。 4 适用于光互感器的保护 5 0 0 k v 线路保护基本采用允许式，各类保护对c t 有较苛刻的要求。为减少暂态过程的影响，提高 测龉精度，线路保护应采_ h j t p y 级次级( 带小气隙剩磁较小) 。母线保护要求外部故障不受c t 饱和的 影响，内部故障动作快，可接用p 级次级。断路器失灵保护对其动作安全性要求较高，故障切除后要 求电流元件快速返同，因此接用p 级次级。 随着技术革新、光互感器( 光t a 、光t v ) 的研究采用，保护装置课题研究也向着应用光互感器 的方向发展研究。除应满足以上保护要求外，光互感器输出应有模拟量、数字量两种模式，保护装 东南大学工程硕士学位论文 置开始应适选择采用这两种模式，不过最终还是会采_ h j 光互感器输出数字量的模式，不仅省去采样 元件，同时也大大提高了装置的精度。 5 保护系统网络化”“ 传统的保护装置反映的是本保护安装侧的电气量，纵联保护也仅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入，信息有限且要接大量电缆，对保护装置来说也要设计很多开 关龄输入、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、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烈光纤以太网技术，可把执行单元 的信息采集上传到保护的公共单元，公共单元根据上传的采集信息，综合处理”“。如判断出有故障， 下发跳闸命令到送采集信息单元的执行元件。采集单元仅仅负责数据采集及执行公共保护单元下传 的跳闸命令，保护公共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，这将是今后继电保护发展研究的一个主要方向。 1 4 本论文研究的主要内容 本论文研究华东网区现在运行的主要超高压线路保护装置的原理和运行特点，主要针对投入运 行的a b b 公司的r e l 5 6 1 和南瑞继保r c s 一9 x x d ”4 1 超高压线路保护装置的原理和运行维护特点进行阐述 和比较，结合电力公司生产实际情况总结维护经验，探讨运行维护的注意事项并提出改进建议，以 求提高基层运行维护人员的理论与实际水平，进而达到保证电网安全稳定运行的最终目的。论文具 体由以下六章构成： 第一章，绪论，阐述继电保护装置及系统的基本概念、论文的选题背景、课题研究的内容、文 章的组织结构等。 第二章，国内5 0 0 k v 线路保护的原理特点及应用，介绍了华东电网国产5 0 0 k v 线路保护的应用， 着重介绍了南瑞继保的线路保护的基本原理，分析了国内5 0 0 k v 线路保护的突出特点。 第三章，进口5 0 0 k v 线路保护的原理特点及应用，介绍了华东地区5 0 0 k v 进口线路保护的应用状 况和基本原理，同时通过王店变电站5 0 0 k v 线路保护展示了5 0 0 k v 变电所保护配置及保护逻辑配合的 特点及困难。 第四章，a b b 公司r e l 5 6 1 微机线路保护的原理特点及应用，具体分析了a b b 公司r e l 5 6 1 微机线 路保护的原理特点及应用，同时介绍了其后备保护距离，方向零序的构成以及其它应用功能 第五章，a b b 公司r e l 5 3 1 微机线路保护的原理特点及应用，本章介绍了a b b 公司的r e l 5 3 1 距离保 护的原理特点和基本应用。 第六章，对5 0 0 k v 线路主保护现场应用的比较和分析，通过现场实际的应用经验对进口和国产保 护进行了原理和应用方面的比较，得出其在个方面备有优缺点。 第七章，结论与展望，对论文已完成的- 亡作做出总结，预见性的描述了高压线路保护技术的发 展方向，并对整篇论文做简短回顾和评价。 6 第二章周内5 0 0 k v 线路保护的原理特点及应用 第二章国内5 0 0 k v 线路保护的原理特点及应用 2 1 国 勾5 0 0 k vr c s ( l f p ) 一9 ) ( 】( 系列成套线路保护的原理特点及应用 5 0 0 k v 系统对于装置的要求更高。国内线路保护装置从原理上已经成熟。早期5 0 0 k v 系统线路保 护采用烈套进口保护，而目前配备一般是一套国产保护与一套进口保护实现双重化配制的方法。例 如江苏扬州的江都变早期采_ f 3 两套高频距离为主保护的a s e a 公司的r a z f e 保护，而近儿年新安装的保 护已经用a b b 公司的r e l 5 3 1 与南瑞公司的r c s 一9 3 1 d 配合使用。 整个华东地区，国产保护主要配置了南瑞继保的r c s 一9 3 1 d 、r c s 一9 0 1 9 和l f p 一9 0 1 d 保护。以下着 重来介绍南瑞继保的线路保护装置。它们完全可以作为国内线路保护的主要代表。 2 1 1 南瑞公司r c s - 9 3 1 1 ) 型成套线路保护 r c s - 9 3 1 成套线路保护包括以分相电流筹动和零序电流莠动为主体的快速主保护。由丁频变化量 距离元件”构成的快速i 段保护，由三段式相间和接地距离”1 及多个零序方向过流构成的全套后备 保护。r c s 一9 3 1 系列保护有分相出口，配有a 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”。d 系列的区别在于其零序方向过流是以一个延时段零序方向过流和一个零 序反时限方向过流构成。 装置可通过专用光纤或经p c m 机复接，与对侧交换数据。光纤接口位于c p u 板背面，光接头采用 f c p c 刑式。其通信速率为6 4 k b s 。 1 性能特征 ( 1 ) 设有分相电流差动和零序电流差动继电器全线速动功能。 ( 2 ) 6 4 k b s 或2 0 4 8 k b s 高速数据通信接口，线路两侧数据同步采样，两侧电流互感器变比可以不 一致。 ( 3 ) 利用双端数据进行测距。 ( 4 ) 通道自动监测，通信误码率在线显示，通道故障自动闭锁差动保护。 ( 5 ) 动作速度快，线路近处故障跳闸时间小于l o m s ，线路中间故障跳闸时间小于1 5 m s ，线路远处故 障跳闸时间小于2 5 m s 。 ( 6 ) 反应工频变化量的测量元件采用了具有白适应能力的浮动门槛，对系统不平衡和干扰具有极强 的预防能力，因而测量元件能在保证安全性的基础上达剑特高速，起动元件有很高的灵敏度而不会 频繁起动。 ( 7 ) 先进可靠的振荡闭锁功能”1 ，保证距离保护在系统振荡加区外故障时能可靠闭锁，而在振荡加 区内故障时能可靠切除故障。 ( 8 ) 灵活的自动重合闸方式。 ( 9 ) 装置采用整体面板、全封闭机箱，强弱电严格分开，取消传统背板配线方式，同时在软件设计 上也采取相应的抗干扰措施，装置的抗干扰能力大大提高对外的电磁辐射也满足相关标准。 ( 1 0 ) 完善的事件报文处理，可保存最新1 2 8 次动作报告，2 4 次故障录波报告”1 。 ( 1 1 ) 友好的人机界面、汉字显示、中文报告打印。 ( 1 2 ) 后台通信方式灵活，配有r s - 4 8 5 通信接口( 可选双绞线、光纤) 或以太网。 ( 1 3 ) 支持电力行业标准d l t 6 6 7 1 9 9 9 ( i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 标准) 的通信规约。 ( 1 4 ) 与c o m t r a d e 兼容的故障录波。 2 硬件模块图 7 东南大学工程硕上学位论文 3 硬件与系统接线图 a 8 c 图2 1 硬件模块图 外部 歼入 ， 一l i | ，1 ) l lik y p k 蛰2纠藕 r 1r 1 。 il r i 勰 缈 匝 呻- r jl 7 w 一l 羹 氟 型江 十j i 魈 峰毽 攮 r j 黛 巍 件 赫 2 廿 莹匝 二丁 峰l 吾盯 图2 2 硬件与系统接线图 4 c p u 插件 c p u 插件是装置核心部分，由单片机( c p u ) 和数字信号处理器( d s p ) 组成，c p u 完成装置的总 起动元件和人机界面及后台通信功能，d s p 完成所有的保护算法和逻辑功能。装置采样率为每周波2 4 点，在每个采样点对所有保护算法和逻辑进行并行实时计算，使得装置具有很高的l 刮有可靠性及安 全性。 起动c p u 内设总起动元件，起动后开放出口继电器的正电源，同时完成事件记录及打印、保护部 分的后台通信及与面板通信；另外还具有完整的故障录波功能，录波格式与c o m t r a d e 格式兼容，录 波数据可单独串口输出或打印输出。c p u 插件还带有光端机，它通过6 4 k b s 高速数据通道( 专用光 纤或复用p c m 设备) ，用同步通信方式与对侧交换电流采样值和信号。 2 1 2r c s 一9 3 1 d 型成套线路保护软件基本原理“1 该保护装置在出厂时，软件逻辑被固化在芯片中，在现场只能以更换预先写好程序的芯片来达 到更改逻辑的目的。 保护主程序按同定的采样周期接受采样中断进入采样程序，在采样程序中进行模拟量采集与滤 波、开关量的采集、装置硬件自检、交流电流断线和起动判据的计算，判断是否需要进入故障计算 8 第二章国内5 0 0 k v 线路保护的原理特点及应用 程序。 在故障计算程序中进行各种保护的算法计算、跳闸逻辑判断及事件报告，故障报告及波形的整 理。 1 装置的总起动元件。1 装置的总起动元件与保护起动元件一致，包括电流变化量起动、零序过流元件起动、位置不对 应起动和纵联差动或远跳起动。主体以反应相间工频变化量的过流继电器实现，同时又配以反应全 电流的零序过流继电器互相补充。反应工频变化鼍的起动元件采用浮动fj 坎”1 。正常运行及系统振 荡时变化量的不平衡输出均自动构成自适应式的门坎，浮动门坎始终略高于不平衡输出。正常运行 时由于不平衡变化营很小，装置有很高的灵敏度；当系统振荡时，自动抬高浮动门坎而减低灵敏度， 不需要设置专门的振荡闭锁回路。因此，起动元件有很高的灵敏度而又不会频繁起动，装置具有很 高的安全性。 电流变化量起动公式：，m 御 1 2 5 + j z d ( 2 1 ) 式中：一相间电流的半波积分最大值； ，一浮动门坎，随变化量的变化而自动调整。取1 2 5 倍可保证门坎始终略高于不平衡 输出： ，7 n 一可整定的固定门坎。 2 工频变化量距离继电器 电力系统发生短路故障时，其短路电流、电压可分解为故障前负荷状态的电流电压分量和故障 分鼍，如图2 3 的短路状态( a ) 可分解为图( b ) 、( c ) 两种状态下电流电压的迭加，反应工频变化 量的继电器不受负荷状态的影响，因此可以只考虑图( c ) 的故障分量。 工频变化量距离继电器测量工作电压的工频变化量的幅值，判断其是否大于动作门坎( 故障前 工作电压的记忆量) 。 对于相问故障：u o e = 一如x z z o( 钐= a b 、b c 、c a ) 对于接地故障：u o e # = u 一也+ k 3 1 0 ) z z o( 妒= a 、b 、c ) 式中：z z d 一整定阻抗，一般取0 8 珈8 5 倍的线路阻抗。 ( 2 - 2 ) ( 2 3 ) 图2 4 为保护区内外各点金属性短路时的电压分布，设故障前系统各点电压一致，即各故障点故 障前的电压为u z ，则l 衄f _ a e f 2 l = i e f 3 i = u z ；对反应工频变化量的继电器，系统电势为零， 因而仅需考虑故障点附加电势e f 。 区内故障时，如图2 4 ( b ) ，厶在本侧系统至a _ 1 的连线的延长线上，可见，u d p 1 ， 继电器动作。 反方向故障时，如图2 4 ( c ) ，a u n p 在a 配2 与对侧系统的连线上，显然，a u n 尸 z s + z k i 址m = 0a = 0 ( 2 - 8 ) ( 2 9 ) ( 2 - 1 0 ) 图2 8 反方向经过渡电阻故障计算用图 测量阻抗一z k 在阻抗平面上的动作特性是以矢量z s 为圆心，以l z s z ：。l 为半径的圆，如图 2 7 ，动作圆在第一象限，而因为一z ，总是在第三象限，因此，阻抗元件有明显的方向性。 3 电流差动继电器 电流筹动继电器由三部分组成：变化量相差动继电器、稳态相差动继电器和零序差动继电器。 ( 1 ) 变化量相差动继电器 变化量相差动继电器动作方程为： 出c d 0 7 5 x 出h ，c d - i v ( 妒= 彳、b 、c ) 式中： ( 2 - 1 1 ) ( 2 - 1 2 ) a ，c d # - - 工频变化量差动电流，a i c d # = l + 即为两侧电流变化量矢量和的幅值 叫工频变化量制动电流；= i ，。+ ，w i 即为两侧电流变化量的标量和； i h 一“差动电流高定值”( 整定值) 、4 倍实测电容电流和( 4 c ，x