电力系统110KV-线路的继电保护方式进行保护配置及整定计算 (一)

第一章绪论

第L1节继电保护的作用

电力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源。电力系统的运行要求平安可靠、

电能质量高、经济性好。但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，

覆盖的地域辽阔。因此，受自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正

常运行状态。故障中最常见，危害最大的是各种型式的短路。为此，还应设置以各级计算

机为中心，用分层控制方式实施的平安监控系统，它能对包括正常运行在内的各种运行状

态实施控制。这样才能更进一步地确保电力系统的平安运行。

第L2节对电力系统继电保护的根本要求

动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个根本要求，即选择性、速动性、灵

敏性和可靠性。

1.2.1选择性：

是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保

证系统中的无故障局部仍能继续平安运行。

L2.2速动性：

是指快速地切除故障，以提高电力系统并列运行稳定，减少用户在电压降低的情况下

工作的时间，以及小故障元件的损坏程度。因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速

动作，切除故障。

L2.3灵敏度：

是指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，他不应该拒绝动作,

而在任何具他该保护不应该动作的情况下，那么不应该误动作。

1.2.4可靠性：

是指在保护装置规定的保护范围内发生了它应该反响的故障时，保护装置应可靠地动

作（即不拒动）。而在不属于该保护动作的其它任何情况下，那么不应该动作（即不误动）。

可靠性取决于保护装置本身的设计、制造、安装、运行维护等因素。一般来说，保护

装置的组成元件质量越好、接线越简单、回路中继电器的触点和接插件数越少，保护装置

就越可靠。同时，保护装置的恰当的配置与选用、正确地安装与调试、良好的运行维护。

对于提高保护的可靠性也具有重要的作用。

保护的误动和拒动都会给电力系统造成严重的危害，在保护方案的构成中，防止保护

误动与防止其拒动的措施常常是互相矛盾的。由于电力系统的结构和负荷性质不同，误动

和拒动的危害程度有所不同，因而提高保护装置的可靠性的着重点在很多情况下也应有所

不同。例如，系统有充足的旋转备用容量、各元件之间联系十分紧密的情况下，由于某一

元件的保护装置误动而给系统造成的影响较小；但保护装置的拒动给系统在成的危害却可

能很大。此时，应着重强调提高不误动的可靠性。又如对于大容量发电机保护，应考虑同

时提高不拒动的可靠性和不误动的可靠性。

在某些文献中称不误动的可靠性为“平安性”，称不拒动和不会非选择动作的可靠性为

“可信赖性”。

对继电保护装置的四项根本要求是分析研究继电保护的根底。与此同时，电子计算机

特别是微型计算机技术的开展，各种微机型继电保护装置也应运而生，由于微机保护装置

具有一系列独特的优点，这些产品问世后深受用户青眠电流。

第L3节微机继电保护装置具有以下特点

1.3.1维护调试方便：

目前国内大量使用的整流型或晶体管型继电保护装置的调试工作量很大，尤其是一些

复杂保护，例如距离保护，调试一套常常需要一周，甚至更长的时间。究其原因，这类保

护装置是布线逻辑的，保护的每一种功能都有相应的硬件器件和连线来实现。为确认保护

装置是否完好，就需要把所具备的各种功能通过模拟试验来校核一遍。微机保护那么不同，

它的硬件是一台计算机，各种复杂的功能是由相应的软件来实现的。换言之，它是一个只

会做几种单调的、简单操作的硬件，配以软件，把许多简单操作组合完成各种复杂功能的。

因而只要用几个简单的操作就可以检验微机的硬件是否完好。或者说如果微机硬件有故

隆，将会立即表现出来，如果硬件完好，对于以成熟的软件，只要程序和设计时一样（这

很容易检查），就必然会到达设计的要求，用不着涿台作各种模拟试验来检验每一种功能是

否正确。实际上如果经检查，程序和设计时的完全一样，就相当于布线逻辑的保护装置的

各种功能已被检查完毕。一般微机保护装置都具有自检功能，对硬件各局部和存放在EPROM

中的程序不段进行自动检测，一旦发现异常会发出警报。通常只要接上电源后没有警报，

就可确认装置完好。所以对微机保护装置可以说几乎不用调试，从而大大减轻了运行维护

的工作量。

1.3.2可靠性高：

计算机在程序指挥下，有极强的综合分析和判断能力，因而它可以实现常规保护很难

办到的自动纠错，即自动地识别和排除干扰，防止由于干扰而造成的误动作。另外，它有

自诊断能力，能够自动检测出本身硬件的异常局部，配合多重化可以有效地防止拒动，因

此可靠性很高。

1.3.3易于获得附加功能：

应用微型计算机后，如果配置一个打印机，或者其它显示设备，可以在系统发生故障

后提供多种信息。例如保护各局部的动作顺序和动作时间记录，故障类型和相别及故障前

后电压和电流的波形记录等。还可以提供故障点的位置。这将有助于运行部门对事故的分

析和处理。

1.3.4灵活性大：

由于计算机保护的特性主要有软件决定，因此，只要改变软件就可以改变保护的特性

和功能.从而可灵活地适应电力系统运行方式的变化。

1.3.5保护性能得到很好改善：

由于计算机的应用，使很多原有型式的继电保护中存在的技术问题，可找到新的解决

方法。例如对接地距离的允许过度电阻的能力，距离保护如何区别振荡和短路等问题都以

提出许多新的原理和解决方法。

1.3.6保护装置体积缩小：

一套微机保护装置，可以实现多种保护功能，例如一套LFP-901A微机保护装置有3个

独立的CPU可以实现距离保护、零序保护、自动重合闸等功能。因此在组屏时，体积要缩

小，便于现场的按装维护。

第L4节LFP-901A微机继电保护装置的介绍

1.4.1LFP-901A型超高压线路成套快速保护装置的应用

本装置为由微机实现的数字式超高压线路成套快速保护装置。包括以工频变化量方向

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I段保护，有三段式相间和

接地距离及二个延时段零序方向过流作为后备的全套后备保护。保护有分相出口，用作22KV

及以上的输电线路的主保护及后备保护。

装置设有重合闸出口，根据需要，实现单相重合，三相重合和综合重合闸方式。

1.4.2装置的性能特征：

(1)本装置有三个独立的单片机：

A)：CPU1为装置的主把喷壶，有工频变化量方向继电器和零序方向继电器经通道配合构成

全线路快速跳闸保护，由I段工频变化量距离继电器构成快速独立跳闸段；由二个延时零

序方向过流段构成接地后备保护.

B)：CPU2为三阶段式相间和接地距离保护，以及重合闸逻辑。

O：CPU3为起动和管理机，内设整机总起动元件，该起动元件与方向和距离保护在电子电

路上(包括数据采集系统)完全独立，动作后开放保护出口电源，另外，CPU3还作为人机

对话的通讯接口，保护跳闸，整组复归后，CPU3接收CPU2来的电压电流信号，进行测距

计算。

(2)由工频变化量方向继电器和零序方向继电器构成的主保护仝线路跳河时间小于25mso

由工频变化量距离继电器实现了近处故障跳闸时间小于10ms,线路中间故障小于

15ms,由三段式相间和接地距离保护和二延时段零序俣护构成了完整的阶段式后备功能。

(3)CPU1和CPU2分别作为主保护及后备保护，功能独立，有互相补充。

A)CPU1强调快速性，采样率为每周波20点，主要继电器采用积分算法，速度快且平安性

氤

CPU2作为后备保护强调准确性，采样率为每周12点;，主耍继电器采用付氏算法，计算

精度得以提高。

B)CPU1、CPU2功能上互相补充，CPU1先选择故障相然后对故障相进行测量；CPU2那么先

对各相进行测量，判为区内故障时再由选相程序选择跳闸相别，因此，在任何复杂的故

障形式下，均不可能因选相的错误而导致测量错误。

C)CPU1中工频变化量方向元件有非常高的灵敏度，可测量很大的故障过渡电阻：CPU2那

么强调后备功能的齐全，在各种复杂故障形式下不失去保护。

以上四个局部结合，保证了距离保护在各种故障情况下的快速开放。

(8)H动重合闸局部

自动重合闸用于单或双母线方式，可选用单相重合，三相重合或综合重合的方式，可

根据故障的严重程度引入闭锁重合闸的方式。

重合闸的起动有保护起动和开关位置不对应起动二种，当与本公司其他产品一起使用，

有二套重合闸时，二套装置的重合闸可以同时投入，不会出现二次重合，与其他装置的重

合闸配合时，可考虑用压板仅投入一套重合闸装置。

⑼键盘操作简单，采用菜单式工作方式，仅有+、-、上、下、左、右等共九个按键，非常

易于掌握。

(10)配有液晶信号显示，正常运行时，可显示所测量的电流，电压幅值和相位，线路故障

时那么显示跳闸相别，跳闸类型和测距结果。

(11)装置背后端子有一个串行口，可与打印机相连，另有一个串行口作为对外通讯用。

1.4.3技术数据

(1)额定数据

①直流电压：220V或J0V(定货注明)允许偏差+15%,-20%

②交流电压：

相电压：100/VL,

③交流电流：5A或1A

④频率：50Hz

⑵功耗：

直流电源功耗：正常：35W

跳闸：50W

交流电压回路相

交流电流回路：相

相(1A)

〈1VA/相(5A)

⑶电源

工作电源：士12V,允许偏差±0.2V

±5V,允许偏差±0.15

光耦隔离电源：24V允许偏差±5V

1.4.4主要技术指标:

(1)整组动作时间：

距离保护I段：Q20nls

工频变化量距离元件：近处4-10ms

末端＜20ms

方向保护全线路跳闸时用：＜25vms

⑵起动元件：

士△△△△1起动，起动值0。2In

零序过流起动元件，0.1,0.2,0.2Tn可整定.

(3)方向保护局部：I)相电流差突变量选相元件起动值：0.2In±15%

II)工频变化量方向元件：

最小动作电流2In

最小动作电压5V

III)工频变化量距离元件：

动作速度：＜101ns(ZXUopVUz时)

IV)零序方向元件：

最小动作电压：〉0.5丫＜1V

V)零序过流元件定值误差：＜5%

vi)n\in段零序跳闸延迟时间：o—ios

1.4.5距离保护局部：

(1)整定范围：

0.0125c

(2)装置的构成：

1)装置的整体构成见图：

输入电流电压首先经隔离互感器传变至二次侧，成为小信号电压，一组进

VFC插件，将电压信号经压频变换器转换成频率信号，供CPU1、CPU2作保护测量信号,

另一组经低通滤波器后进入管理机内部A/D,采样值作为起动元件判别量。

CPU3内设装置总起动元件，起动后开放出口继电器正电源。

CPU1内是一套完整的主保护。

CPU2内是一套完整的后备保护及自动重合闸。

二套保护输出至出口继电器。

CPU3还作为通讯管理机，负责三个CPU之间通讯及人机对话。

2）输出接点

装置共输出6组跳闸接点，可用于切除二个开关，第1。2二组跳闸接点T1..>T

,2至开关跳闸线圈，每相输出均由二对接点并实现，其中一对为快速接点，另一对为

慢速ClOms）小中间继电器，小中间继电器作为后备保证了保护跳闸的可靠性，第

3-6组跳闸接点T.3-T.fi,分别送至断路器保护及运动装置。

当保护使用外部重合闸装置时，可输出二组给重合闸装置的接点，每组分别有单

相跳闸（实际为任何跳闸，包括三相跳闸），三相跳闸和闭锁重合闸三对接点。

装置输出一组起动切机切负荷接点，其三对接点与起动重合闸的三对接点相同。

起动收发讯机的接点对闭锁式通道有起动发讯和起动停讯二对接点，当起动停讯

的接点动作时，起动发讯的接点瞬时返回，因此，如收发讯机本身有起动发讯时瞬时

发讯而起动发讯接点返回时又立即停止发讯的功能，可不用停讯接点，当采用允许式

通道时，由停讯接点起动（起动发讯接点不用）。

另有二组接点分别至中央信号和远动装置，跳闸中央信号和报警中央信号，电源

可分开，其中XJ为磁保护的跳闸信号继电器，BSJ-1为方向保护（CPU1）报警被闭

锁，BSJ—2为距离保护（CPU2）报警被闭锁的输出信号接点，BJJ为装置异常信号，

当CPU1-CPU3检查到有异常情况时，BJJ动作，闭锁掉与该异常情况相关的局部保

护，但不闭锁保护整体并通知值班人员尽快处理，

装置输出两队重合闸接点，HJ-1至重合闸回路，HJ—2是当一条线路上有二套

重合闸装置时，由HJ-2作闭锁重合闸接点街道另一套重合闸装置的闭锁重合闸入

口。

3）装置的输入输出端子

装置的电压及接点的输入输出采用30线转插件，其长处一那么是为了解决装置小

型化而输出端子太密的矛盾，另那么采用转插件减少接线有利于调试自动化创造条件。

图中A、B二插头是输出接点，C为输入交流电压或开关量，DD为电流端子及直流

电源端子，EE为RS232川行接口，FF为串行打印机。

4）结构与安装：

装置为单层4U标准机箱，用嵌入式安装于保护屏上。

第二章继电保护的整定原那么

第2.1节设计原那么和一般规定

电网继电保护和平安自动装置是电力系统的重要组成局部，对保证电力系统的正

常运行，防止事故发生或扩大起了重要作用。

应根据审定的电力系统设计〔二次局部)原那么或审定的系统接线及要求进行电

网继电保护和平安自动装置设计。设计应满足《继电保护和平安自动装置技术规程

(SDJ6-83)》、《110~220kV电网继电保护与平安自动装置运行条例》等有关专业技术规

程的要求。

要合理处理好继电保护和平安自动装置与其保护对象一电网局部的关系，二次局

部应满足《电力系统技术导那么》、《电力系统平安稳定导那么》等有关技术规程的要

求，这是电力系统平安经济的根底。在确定电网结构、厂站主接线和运行方式，必须

统筹考虑继电保护和平安自动装置配置的合理性与可能性。在此根底上，继电保护和

平安自动装置的设计应能满足电网结构和帮站主接线的要求，适应电网和变电站运行

灵活性的需求。

电网继电保护和平安自动装置应符合可靠性、平安性、灵敏性、速动性的要求。

要结合具体条件和要求，从装置的选型、配置、整定、实验等方面采取综合措施，突

出重点，统筹兼顾，妥善处理，以到达保证电网平安经济运行的目的。

2.2.1标幺值

参数计算需要用到标幺值或有名值，在实际的电力系统中，各元件的电抗表示方法不

统一，基值也不一样。如发电机电抗，厂家给出的是以发电机额定容量又和额定电压为

基值的标幺电抗Xd(%);而输电线路电抗，通常是用有名值。

在标幺制中，单个物理量均用标幺值来表示，标幺值的定义如下：

标幺值=实际有名值(任意单位)/基准值(与有名值同单位)

显然，同一个实际值，当所选的基准值不同是，其标幺值也不同。所以当诉说一个物理量

的标幺值是，必须同时说明起基准值多大，否那么仅有一个标幺值是没意义的。

中选定电压、电流、阻抗、和功率的基准值分别为UQ5、Zs和工时，相应的标幺

值为

Ut=U/Us(2-1)

h=IUB(2-2)

Z*=Z/ZB(2-3)

S.=S/S8(2-4)

使用标幺值,首先必须选定基准值.电力系统的各电气量基准值的选择，在符合电路根

本关系的前提下,原那么上可以任意选取。

四个物理量的基准值都要分别满足以上的公式。因此，四个基准值只能任选两个，其

余两个那么由上述关系式决定。至于先选定哪两个基准值，原那么上没有限制；但习惯上

多先选定乙和品。这样电力系统主要涉及三相短路的〃，ZB可得：

(2—5J

ZB=UB“B=U"SB（2-6）

Us和枭原那么上选任何值都可以，但应根据计算的内容及计算方便来选择。通常UB多

项选择为额定电压或平均额定电压。SJ可选系统的或某发电机的总功率；有时也可取一整

数，如100、1000MVA等。

标幺值的归算

①精确的计算法，再标幺值归算中，不仅将各电压级参数归算到根本级，而且还需选取同

样的基准值来计算标幺值。

1）将各电压级参数的有名他按有名制的精确计算法归算到根本级，再根本级选取统一的电

压基值和功率基值。

2〕各电压级参数的有名值不归算到根本值而是再根本级选取电压基值和功率基值后将电压

基值向各被归算级归算，然后救灾各电压级用归算得到的基准电压和基准功率计算各元件

的标幺值。

②近似计算：标幺值计算的近似归算也是用平均额定电行计算。标幺值的近似计算可以就

在各电压级用选定的功率基准值和各平均额定电压作为电压基准来计算标幺值即可。

结合本网络采用近似计算法。选取基准值：SB=10CMVA

U产220KVUB2=11KVUB^115KV

干算结果见下表：（详细过程见《计算书》第1章）

（4）电力系统设备参数表：

①发电机参数：（表2-1）

发电机额定容量额定电压功率因数次暂态电归算到基归算到基

/MVA/KV抗（标么准容量的准容量的

cos。

值）等值电抗等值电抗

/Q（有名（标么

值）值：

A厂发电4310

机

B厂发电7510

机

C厂发电

机

②变压器参数：（表2-2）

变压器编号额定容量绕组型式短路电压归算到基准归算到基准

/MVA容量的等值容量的等值

uj/。电抗/。（有电抗〔标么

名值）值）

40三相双绕组

20三相双绕组

20三相双绕组

三相双绕组10.5

笃

n10三相双绕组

15三相双绕组

Ts

③线路参数：（表2-3）

线路名称线路长度正、负序阻抗正、负序阻抗零序阻抗（有零序阻抗（标

［有名值）（标么值）名值）么值）

305.1+J1215.3+j42

6010.2+j2430.6+jl32

LBC

305.1+J1215.3+J42

LBD

305.l+jl215.3+J42

L；）卜

第2.3节变压器中性点的选择原那么以及PT,CT的选择

系统中变压器的中性点是否接地运行原那么是：应尽量保持变电所零序阻抗根本不变,

以保持系统中零序电流的分布不变，并使零序电流电压保护有足够的灵敏度和变压器不致

于产生过电压危险，般变压器中性点接地有如下原那么：

1）电源端的变电所只有一台变压器时，其变压器的中性点应直接接地运行。

2）变电所有两台及以上变压器时，应只将一台变压加中性点直接接地运行，当该变压器

停运时，再将另一台中性点不接地变压器改为中性点直接接地运行。假设由于某些原因，

变电所正常情况下必须有两台变压器中性点直接接地运行，那么当其中一台中性点直接接

地变压器停运时，应将第三台变压器改为中性点直接接地的运行。

3）双母线运行的变电所有三台及以上变压器时，应按两台变压器中性点直接接地的方式

运行，并把它们分别接于不同的母线上，当其中一台中性点直接接地变压器停运时，应将

另一台中性点不接地变压器改为中性点直接接地运行。

4）低电压侧无电源的变压滞的中性点应不接地运行，以提高保护的灵敏度和简化保护接

线。

5）对于其他由于特殊原因的不满足上述规定者，应按特殊情况临时处理，例如，可采用

改变保护定值，停用保护或增加变压器接地运行台数等方法进行处理，以保证保护和系统

的正常运行。

根据以上原那么：

1）A厂只有一台变压器，所以应中性点接地。

2）B厂有两台变压器，只将其中一台中性点直接接地，假设该变压器停运时，那么将另

一台中性点不接地的变压器改为中性点直接接地。

3）C厂一台变压器，中性点接地。

4)变电站D线路比拟长，应中性点直接接地。

5)中央变电站，中性点直接接地。

输电线路CTPT的选择

(1)电流互感器

①电流互感器的作用：

1)电流互感器将高压回路中的电流变换为低压回路中的小电流，并将高压回路与

低压回路隔离，使他们之间不存在电的直接关系。

2)额定的情况下，电流互感器的二次侧电流取为5A,这样可使继电保护装置和其

它二次回路的设计制造标准化。

3)电保护装置和其它二次回路设备工作于低电压和小电流，不仅使造价降低，维

护方便，而且也保证了运行人员的平安。

电流互感器二次回路必须有一点接地，否那么当一，二次击穿时，造成威胁人身和

设备的平安。

②电流互感器的选择和配置

1)型号：电流互感器的型号应根据作用环境条件与产品情况选择。

2)一次电压：Ug=Un

Ug—-电流互感器安装处一次回路工作电压

Un--电流互感器的额定电压

3)一次回路电流：HnNIgmax

Igmax-电流互感器安装处一次回路最大电流

Iln-电流互感器一次侧额定电流。

4)准确等级：

用于保护装置为0.5级，用于仪表可适当提高。

5)二次负荷：S2WSn

S2-—电流互感器二次负荷

Sn---电流互感器额定负荷少

6)输电线路上CT的选择：

根据输电线路的极限传输功率计算。对于110KV线路有

L=30KMP产40MW,P,

L=60MWP=40MW

认为是近似线性变化的。

所以结果参见《计算书》第2章

(2)电压互感器

①电压互感器的作用

1)电压互感器的作用是将一次侧高电压成比例的变换为较低的电压，实现了二次

系统与一次系统的隔离，保证了工作人员的平安。

2)电压互感器二次侧电压通常为100V,这样可以做到测量仪表及继电器的小型化

和标准化。

②电压互感器的配置原那么：

1)型式：电压互感器的型式应根据使用条件选择，在需要检查与监视一次回路单

相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有三绕组的单相互感器组。

3）二次电压：100V

4）准确等级：1

电压互感器应在哪一准确度等级下工作，需根据接入的测量仪表.继电器与自动

装置及设备对准确等级的要求来确定。

5）二次负荷:SzWSn

③输电线路上PT变比的选择

线路电均为110KV,应选用三相屋外的PT。由《发电厂电气局部课设参考资料》查得变比

比为11烂/贵可用三个单相的PT组合而成。

PT、CT选择结果见下表:

①线路输送最大工作电流及电流互感器的变比表2-4）

线路名称电流互感器变比

最大工作电流（max/A

200/5

LAB

200/5

LBC

200/5

L”

150/5

LDE

②电流互感器参数：（表2-5）

型号额定电流比级次组合准确级二次负荷10%倍数

/C

LCWD-110(50-100)-D/11二次负倍数

(300-600)荷/C

/515

③电压互感器参数：（表2-6）

型号准确级额定容量最大容量额定电压比连接组

/VA

JCC-110150020001/1/1/-12-12

曙/詈⑼

第2.4节系统运行方式确定原那么

计算短路电流时，运行方式确实定北常重要，因为它关系到所选的保护是否经济合理、

简单可靠，以及是否能满足灵敏度要求等一系列问题。

俣护的运行方式是以通过保护装置的短路电流的大小来区分的。

2.4.1

根据系统最大负荷的需要，电力系统中的发电设备都投入运行（或大局部投入运行）

以及选定的接地中性点全部接地的系统运行方式称为最大运行方式。对继电保护来说，是

短路时通过保护的短路电流最大的运行方式。

2.4.2

根据系统最小负荷，投入行之相适应的发电设备且系统中性点只有少局部接地的运行

方式称为最小运行方式。对继电保护来说，是短路时通过保护的短路电流最小的运行方式。

对过量保护来说，通常都是根据系统最大运行方式来确定保护的整定值，以保证选择

性，因为只要在最大运行方式下能保证选择性，在其他运行方式下也一定能保证选择性；

灵敏度的校验应根据最小运行方式来进行，因为只要在最小运行方式下，灵敏度符合要求,

在其他运行方式下，灵敏度也一定，灵敏度也一定能满足要求。

对某些保护〔例如电流电压连锁速断保护和电流速断保护），在整定计算时，还要按正

常运行方式来决定动作值或计算灵敏度。根据系统正常负荷的需要，投入与之相适应数量

的发电机、变压器和线路的运行方式称为正常运行方式。

确定最大运行方式和最小运行方式的结果为:。（详细过程见《计算书》第3章）

零序保护系统运行方式计算结果表（表2-7）

断路器运行方式正方向15%处短路电流值

双回运行S为最大

1

双回线路单回运行，S为最大，

双回运行S为最大

2

双回线路单回运行，S为最大，

双回线路单回运行S为最小

3

双回运行，S为最小。

双回线路单回运行S为最大

4

双回运行，S为最大

第2・5节短路计算原那么

（1）首先去掉系统中的所有负荷分支线路电容，发电机电抗用次暂态电抗。

（2）选取基准容量和基准电压

（3）将各元件电抗换算为同一基准值的标幺电抗

（4）绘出等值网络图，并将各元件阻抗统一编号

2.5.3化简等值网络：

计算不同的短路电流值，需将等值网络分别化简以短路点为中心的辐射形等值网络,

并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗。

2.5.4绘制短路电流计算结果表。（详细过程见《计算书》第3章）

单相接地短路零序电流计算结果表（表2-8）

短路点编号断路器编号最大运行方式最小运行方式

51

62

91

102

113

124

135

193

两相接地短路零序电流计算结果表（表2-9）

短路点编号断路器编号最大运行方式最小运行方式

11

22

33

73

44

84

173

181

204

三相短路电流计算结果表（表2-10）

短路点编号断路器编号最大运行方式最小运行方式

141

153

164

第三章电力网相间继电保护方式选择与整定计算

第3.1节概述

3.1.1距离保护原理

本保护包括三段式相间距离和三段式接地距离，分别用以切除相间故障和单相接地故

随。阻抗算法采用微分方程算法，阻抗特性采用多边形特性。保护起动后，首先执行选相

程序，当判断为相间故障时，执行相间距离逻辑；当判断为单相故障时，执行接地距离逻

辑。保护逻辑完全符合“四统一”要求。

(1)方向判别

①当系统发生第一次故障时，利用电压记忆，保护准确判断I〜川段任何故障类型的

方向。在振荡闭锁期间，如再发生故障，考虑到系统可能在振荡中记忆不可靠，故对各种

不对称故障均采用负序方向元件把关。当故障为三相短路时，振荡闭锁中的DZI段采用偏

移特性，其偏移特性可由控制字选择内偏或外偏，而对振荡闭锁中的III段距离继电器，其

偏移特性固定为内偏。

阻抗特性偏移度如下：

X方向：X定值＞1QQ

X定值＜1。时,取1/2X定值

R方向：取R定值/4与X偏移量之小者。

(2)手合逻辑

当手合到故障线路时，如阻抗继电器在偏移IV内，那么立即发永跳令。

(3)非全相逻辑

当发生单相故障时，保护那么同时不断计算二个健全相对地及二健全相间的阻抗，在

任一阻抗有突变，且突变后的阻抗值在II段范围内(此时II段特性带偏移)，确认健全相

又发生了故障。如故障转换发生在发出单跳令后，那么立即三跳；如在发出单跳令前，

且故障在H段，那么转至相间距离逻辑。

(4)振荡闭锁逻辑

①本保护振荡闭锁逻辑除设有常规保护所具有的短时开放I、n段及延时Ui段外，还

增设了按dz/dt原理构成的区分振荡中短路的逻辑，该原理动作条件如下：

a感受阻抗先有一个突变

I段范围内

当满足上述三个条件后，保护出口跳三相。

②距离【段和距离II段可以通过控制字选择不经振荡闭锁。

(5)交流电压断线和电流回路自检

①电压断线有两种情况；不对称断线和三相完全断线。

1)不对称断线的判据为：

Ua+Ub+Uc-3Uo＞7V

2)三相完全断线的判据为:

a各相电压均小于8v

bA相电流大于0.2A（5A制）

当保护判断出PT断线后，突变量方向及负序方向高频保护自动退出，但零序方向高

频保护仍保存工作，只是将3U0自动切换为外接开口3U0o

②电流回路出错的判据为

I:I+Ih+L-3Io>7A

电流回路出错后，闭锁本保护。

③为了在正常运行状态下，检查电流回路可能出现的分流情况（如大电流端子顶不

开），保护还设置了另一判据，即

1）当L+Ib+L>L/4时为无电流定值）

装置发呼唤信号，尹打印“DLBPH”，但并不闭锁保护。

2）在PT断线情况下，高频距离自动退出，但高频零序仍保存工作，只是将自产3U。自

动切换为外接3U0o

3）在交流回路出错时，距离保护自动退出。

（6）整组复归

保护整组复归的条件为：

1）A相电流小于静稳破坏电流，即

2）ZAB,ZK，ZCA三个阻抗继电器在偏移IV外

③零序电流连续12s动作不返回时，保护将呼唤打印“CTDX”并先闭锁1元件再整组复

归。在零序电流消失后，卜元件自动投入。

（7）跳闸逻辑

1）当保护判断出故障为区内单相故障时，那么进入选跳回路，如重合方式允许单跳那

么发单跳令，驱动相应分相跳闸继电器和跳闸重动继电器TZDJ。如不允许单跳，那么发

三跳令驱动三个分相跳闸继电器和三跳重动继电器3TZDJ。

2）如故障为相间故障，保护那么发三跳令。

3）当单跳令发出后，开关未跳开前.，又发生转换性故障那么立即补发三跳令，并打

印“DEVCK”。

4）当单跳令发出0.2s后,开关仍未跳开，那么补发三跳令，并打印“HB3TCK”。

5）在非全相运行过程中，如健全相又发生了故障，那么由方向保护发三跳令，并打印

“DEVCK”。

6）当三跳令发出0.25s后，开关仍未跳开，保护那么补发永跳令，驱动永跳继电器

CKJR,并打印“HB3TCK”。

7）当水跳令发出5s后，开关仍未跳开，保护那么收回跳闸令，告警并打印“HBRTSB”。

8）当开关重合后，那么由距离加速发永跳令，单相永久故障打印“GBJSCK”，其它永

久故障JSCKo

（8）后加速逻辑

本保护设有如下加速功能：

1）瞬时加速II段

2）瞬时加速HI段

IV段

4）重合后故障相电抗分量同第一次故障相近，且R分量在区内，瞬时加速以上

加速功能可通过挖制字投入或退出。

（9）距离保护和重合闸：

距离保护和重合闸由CPU2实现。

1）起动

有三个局部起动CPU2进入故障测量程序

A）反响正负序综合电流工频变化量的过流继电器。

其中

IE=I,-KI2

△。为浮动门褴

B）零序过流继电器

定值范围0.11—

C）开关不对应起动，有操作开关KK在合后位置而跳闸位置继电器TWJ动作时进故

障测量程序。

2）正常运行程序

3）检查开关位置状态

4）交流电压断线

5）轻负荷确认

正常运行时，假设负荷电流小于0.11,那么确认为轻负荷，置轻负荷标志，作为重合

闸的一项判据。

6）故障测量程序

1）低压距离

当正序电压小于15%Un时，进低压距离程序，这时只可能有三相短路和系统振荡二种

情况。系统振荡由振荡闭锁回路区分，这里只需考虑三相短路，三相短路时，三个相阻抗

和三个相间阻抗性能一样，因此，仅测量相阻抗。

一般情况下个阻抗一样，但为了保证母线故障转换至线路构成三相故障时仍能快速切

除故障，对三相阻抗进行计算，任一相动作跳闸时选为三相故障。

低压距离继电器比拟工作电压和极化电压相位：

工作电压：Uom)=U-

极化电压：uP(t)=

这里：中二A、B、C

下标工作电压

P：极化电压

ZzD：为整定阻抗

M为记忆故障前电压

U1为正序电压

正方向故障时，如图

IN

在记忆清失皤：几；=%叱——>N

「

其中EMB=।〜J7c

因此U°岫=(Zk-Zzd)I®

继电器的电相方程为*-90。<ArgUont/U^<90°^

Bzs_-900<Arg(Zk-Zzd)/(^srZk)ej(s<90°

设故障前母线电压与'系统电势同相形8二0,其暂态4作特性：如图：

Zzd

测量阻抗Zk在复平面上的一~g以Z至-Zs连线为直径的圆。当6不为零时，将

是以Zzd至卜Zs连线为弓或第H象限偏移。

Zk

图中动作后包含E空过渡电把1故障时都能正确动作，并不表示

争性必须服方向故障为前提导出。

反方向故障时会误动作

上图是反方向故障E障时:

在记忆消失前：U

其中%中二一(Z's+Zfc),

因此

代入式中并整理：一90°<A叩[(次一ZzJ)/(Z's+7k)e*]<90°

-Zk的动作边界位以Zzd与Z连线为直径的圆，当-Zk在圆内动作，可见，继电器有

明确的方向性，不可能误判方向。

以上结论是在记忆电压消失以前，即继电器的暂态特性，当记忆电压消失后。

正方向故障时：UgM=1gZk

反方向故障时：UgM=-16Zk

于是正方向故障时：U°p=l中(Zk-Zzd)

反方向故障：UOP=I^-Zk)-Zzd]

正方向故障时，Zk的动作边界如图，而反方向故障时.，-Zk的动作边界也如图，继电

器的动作边界经过原点，因此，母线和出口故障时，继电器处在动作边界。

为了保证母线故障，特别是经弧光电阻三相故障时不会误动作，因此，对T,TT段距

离继电器设置了门褴电压，其幅值取最大弧光压降，同时，I、II段距离继电器暂态动作

后，将继电器的门蓝倒置相当于将特性圆包含原点，以保证继电器动作后能保持到故障切

除。为了保证III段距离继电器的后备性能，HI段距离元件的门蓝电压总是倒置，因此,

其特性包含原点。

3.1.2距离保护的根本特性和特点

(1)距离保护的根本构成

距离保护是以反映从故獐点到保护安装处之间阻抗大小(距离大小)的阻抗继电器为

主要元件(测量元件)，动作时间具有阶梯性的相间保护装置。当故障点至保护安装处之间

的实际阻抗大雨预定值时，表示故障点在保护范围之外，保护不动作当上述阻抗小于预定

值时，表示故障点在保护范围之内，保护动作。当再配以方向元件(方向特性)及时间元

件，即组成了具有阶梯特性的距离保护装置。

(2)距离保护的应用

距离保护可以应用在任何结构复杂、运行方式多变的电力系统中，能有选择性的、较

快的切除相间故障。当线路发生单相接地故障时，距离保护在有些情况下也能动作；当发

生两相短路接地故障时，它可与零序电流保护同时动作，切除故障。因此，在电网结构复

杂，运行方式多变，采用一般的电流、电压保护不能满足运行要求时，那么应考虑采用距

离保护装置。

(3)距离保护各段动作特性

距离保护一般装设三段，必要时也可采用四段。其中第I段可以保护全线路的

80%~85%,其动作时间一般不大于0.032.1s(保护装置的固有动作时间),前者为晶体管

俣护的动作时间，后者为机电型保护的动作时间。第H段按阶梯性与相邻保护相配合，动

作时间一般为0.51.5s,通常能够灵敏而较快速地切除全线路范围内的故障。由I、H段

构成线路的主要保护。第HI(IV)段，其动作时间一般在2s以上，作为后备保护段。

(4)距离保护装置特点

①由于距离保护主耍反映限抗值，一般说其灵敏度较高，受电力系统运行方式变化

的影响较小，运行中躲开负荷电流的能力强。在本线路故障时，装置第I段的性能根本上

不受电力系统运行方式变化的影响(只要流过装置的故障电流不小于阻抗元件所允许的精

确工作电流)。当故障点在相邻线路上时，由于可能有助增作用，对于地n、iii段，保护

的实际动作区可能随运行方式的变化而有所变化，但一般情况下，均能满足系统运行的要

求。

②由于保护性能受电力系统运行方式的影响较小，因而装置运行灵活、动作可靠、

性能稳定.特别是在保护定值整定计算和各级保护段相互配合上较为简单灵活，是保护电

力系统相间故障的主要阶段式保护装置。

第3.2节相间距离保护装置各保护段定值配合的原那么

和助增系数计算原那么

3.2.1距离保护定值配合的根本原那么

距离保护定值配合的根本原那么如下：

(1)距离保护装置具有阶梯式特性时，起相邻上、下级保护段之间应该逐级配合，即

两配合段之间应在动作时间及保护范围上互相配合。

距离保护也应与上、下相邻的其他保护装置在动作时间及保护范围上相配合，例如：

当相邻为发电机变压器组时，应与其过电流保护相配合；当相邻为变压器或线路时，假设

装设电流、电流保护，那么应与电流、电压保护之动作时间及保护范围相配合。

(2)在某些特殊情况下，为了提高保护某段的灵敏度，或为了加速某段保护切除故障

的时间，采用所谓“非选择性动作，再由重合闸加以纠正”的措施。例如：当某一较长线

路的中间接有分支变压器时，线路距离保护装置第I段可允许按伸入至分支变压器内部整

定，即可仍按所保护线路总阻抗的80嬉85%计算，但应躲开分支变压器低压母线故障；当

变压器内部发生故障时，线路距高保护第I段可能与变压器差动保护同时动作(因变压器

差动保护设有出口跳闸自保护回路)，而由线路自动重合闸加以纠正，使供电线路恢复正常

供电。

(3)采用重合闸后加速方式，到达保护配合的目的。采用重合闸后加速方式，除了加

速故障切除，以减小对电力设备的破坏程度外，还可借以保证保护动作的选择性。这可在

下述情况下实现：当线路发生永久性故障时，故障线路由距离保护断开，线路重合闸动作,

进行重合。此时，线路上、下相邻各距离保护的1、II段可能均由其振荡闭锁装置所闭锁,

而未经振荡闭锁装置闭锁的第III段，在有些情况下往往在时限上不能互相配合(因有时

距离保护III段与相邻保护的第II段配合)，故重合闸后将会造成越级动作。其解决方法

是采用重合闸后加速距离保护111段，一般只要重合闸后加速距离保护111段在1.b~2s,

即可躲开系统振荡周期，故只要线路距离保护IIT段的动作时间人于2~2.5s,即可满足在

重合闸后仍能互相配合的要求。

3.2.2距离保护定值计算中所用助增系数(或分支系数)的选择及计算

(1)对于辐射状结构电网的线路保护配合时

这种系统，其助增系数与故障点之位置无关。计算时故障点可取在线路的末端，主电

源侧采取大运行方式，分支电源采用小运行方式。

(2)环形电力网中线路保护间助增系数的计算

(3)单回线路对双回线路的保护配合时应按双回线路并行运行的方式下求取。

(4)双回线路对单回线路配合时，按双回线路单回运行的方式下考虑。

应该指出，上述原那么无论对于辐射状电网内，还是环形电网内的双回线与单回线间

的助增系数的计算都是适用的。

第3.3节距离保护装置阻抗继电器的接线方式和整定阻抗

3.3.1阻抗继电器的接线方式

阻抗继电器的电流及电压回路的介入，有各种不同的接线方式，譬如：有接入相电压和

相电流的；有接入相间电压和相电流之差的；有接入相间电压和相电流的等等。对于不同

的接线方式，在各种类型的短路故障情况下，继电器端子上所测得的阻抗值是不同的。

3.3.2阻抗继电器的整定阻抗

在进行距离保护装置的定值计算时，首先按照计算原那么及要求，算出各保护段的一

次整定阻抗值。计算的结果用线路的一次正序相阻抗表示。这样就可给出距离保护定值配

置图，并根据实际情况和习惯可以按以下几种不同方式给出调试用定值。

第一种方式：根据所计算出的距离保护各段的一次定值，直接给出距离保护各段的“整

定阻抗"Z,“。该定值为当线路三相短路时，从保护区末端至保护安装处每相线路正序阻抗

的一次欧姆值。至于考虑由该一次“整定阻抗”换算至电流互感器及电压互感器二次侧的

“整定阻抗”以及继电器接线系数等因素影响时的计算工作，均由实验部门根据实际情况

确定。这种方式给出保护定值的优点是，概念清楚、不易发生过失；其缺点是，要求调试

者熟悉一、二次定值的换兑关系，给调试单位增加了一些工作量。

第二种方式：根据电流互感器及电压互感器的变化，结合继电器的接线系数，按下式

算出在三相短路故障方式下，阻抗继电器的二次“整定阻抗”值，并依次给出各保护

段的整定值,

(3-1)

式中Z*——阻抗继电器的二次整定阻抗相）；

Zw一—距离保护的一次整定阻抗（Q/相）；

〃山、〃阳——分别为流互感器和电压互感器的变比；

K——三相短路时，阻抗继电器的接线系数，对于［/、//、的O。接线方式，当三相短

路时，Kjx=1；对。.\/八的+30"接线，那么K八=6/'30"。

第三种方式：按照已选的电流互感器及电压互感器变比，给出从保护赶为末端至保护

安装处之间线路正序相阻抗的二次值（即换算至电流互感器及电压互感器二次侧的正序相

阻抗），可按下式计算为

Zss=X（3-2）

nyh

式中7———距离保护的一次整定阻抗（Q/相）：

Zw一—距离保护的一次整定阻抗（。/相）；

〃、“一一分别为电压互感器，电流互感器的变化。

，卬，A47,H

上式中的整定阻抗为从保护范围末端至保护安装处之间的一个假想的二次正序相阻

抗，它不考虑继电器的接线系数（即继电器的接线方式），在其整定值的通知单中应加以说

明。根据通知单中的“整定值”，调试单位在调试时应结合继电器的具体接线方式及实验方

法进行。

根据LFP-901A型微机保护的特点，采用第三种方法计算。

第3.4节距离保护整定计算

3.4.1整定计算

（1）距离保护I段整定计算

躲过本线路的末端相间故障。

ZL=K*Z,（3-3）

式中，zL一线路本侧断路器处距离保护I段的整定阻抗,旦整定阻抗角与线路阻抗角相同;

左辑一距离保护第I段的可靠系数，取0.8-0.85;

乙一线路的正序阻抗.

距离保护第【段动作时间为：

“Rs（3-4）

距离保护第1段灵敏度用保护范围表示，即为被保护线路全长的80%—85%

（2）距离保护第II段的整定：

1）与相邻变压器的纵差保护配合，有：

Z2=K〉Z/+K〉K/,nMn.Z7（3一5）

式中，

K2一一0.86;

右；一距离保护第段的可靠系数，<^<0.7;

ZT一相邻变压器的正序阻抗

之强一相邻变压器另侧母线短路时流过变压器的短路电流与被保护线电流之比的最小值•

2）与相邻线路距离保护第I段整定值配合,有

2:二理-乙+<_>《,2：,（3-6）

K〃min一分支系数最小值,为相邻线第I段距离保护范围末端短路时流过故障线电流与保护

线电流之比的最小值.

取之中最小值

距离保护第II段灵敏度：

71

AT"=^->1.3-1.5(3-7)

""Z,

（3）相间距离保护第in段的整定：

1）被保护线路的最小负荷阻抗，有

当采用方向阻