500kV GIS升压站保护 配置及应用 二00九年八月

保护配置概述 线路保护 开关保护 短线保护 母线保护 线路保护通道 主要内容 保护配置概述 线路保护 开关保护 短线保护 母线保护 线路保护通道

保护配置概况 500kV 升压站一般采用3/2接线方式，华东电网中一般配置的保护如下： 线路保护：差动保护+距离保护+零序反时限保护 开关保护：重合闸+失灵保护 短线保护：适用于有出线闸刀的间隔 母线保护

保护配置概述 线路保护 开关保护 短线保护 母线保护 线路保护通道 主要内容 保护配置概述 线路保护 开关保护 短线保护 母线保护 线路保护通道

线路保护的配置目的 目的—在线路上发生各种类型的故障时，将故障隔离开来，使电网中的其他部分正常运行。 针对的故障类型：单相接地短路、两相接地短路、两相不接地短路、三相短路短路、跨线故障。 包括金属性短路、非金属性短路 包括瞬时性故障、永久故障、合于故障（手合或重合） 包括发展性故障（从单相发展到多相）、转换性故障（从区外转换到区内）

线路保护的配置目的 包括线路过负荷（电缆）、线路过电压（长线路，20km）等异常情况； 一般不包括断线故障，但包括断线后发展的接地故障 不包括线路振荡异常运行情况，也不包括发生振荡后发展为系统失步的运行情况。

功能配置 针对上述故障，对于大电流直接接地系统，根据220kV、500kV电网的不同特点，保护一般配置如下： 纵联保护 三段式距离保护 定/反时限零序方向过流保护 特殊要求下的保护

纵联保护 能够实现全线速断的带通道的线路保护。对整条线路上的任何一处故障，快速动作（不带时限动作、速动） 快速动作：整组动作时间满足系统稳定性要求（100ms，特殊情况下低至80ms）。其中断路器动作时间按50ms考虑，保护动作时间最慢不大于30ms，通道时间最慢不大于15ms，裕度5ms。或以保护整组动作时间来界定，不大于45ms（保护动作时间＋通道时间）。线路两侧的保护均要满足该要求。 主要类型：线路纵联距离保护、线路纵联方向保护、分相电流差动保护（目前最常用的3种类型）

纵联保护 通道方式：主要有载波、光纤、微波 目前浙江电网中主要采用分相电流差动保护，有少量纵联距离保护的应用（3+1配置方式）。通道主要采用光纤通道，包括复用通道与专用光纤方式，纵联距离保护采用相—相耦合的载波通道。

距离保护 一般三段即满足要求，有些保护具有四段、五段，一般情况下不投四段、五段（设定太繁）。但可作为特殊应用：如四段设为反方向故障检测，五段作为合于故障保护使用。 有时通称为三段式后备保护，其实这种称法不确切，距离I段为主保护，不为后备保护。1段又称为独立跳闸段，不依赖通道，不带时限。 I段为通道故障时所剩的主保护，作为通道故障情况下的主保护后备。

距离Ⅰ段 一般保护线路的85％，另留15％的裕度，以保证选择性要求。线路一侧的保护对85％以内的线路故障，快速动作。作为无通道或通道失去时主保护的后备（不能误称之为后备保护）。 对线路两侧的距离I段，相当于有70％的纵联保护作用，还有30％的区域不能代替纵联保护的作用。

距离Ⅱ段 保护本线路全长，即100％，另加20％的裕度（指本线路的20％，不是指下一级线路的20％），以保证全线灵敏性、可靠性要求；为满足选择性要求，带Ⅱ段时限。 整定范围：应大于本线路的20％，宜小于下一级线路的Ⅰ段。 时限：一般宜在0.3s~0.5s范围内。 与Ⅰ段不同的是，能保护线路全长；与纵联保护不同的是，不是速动，带时限；

距离Ⅲ段 保护下一级线路的全长，即100％，另加20％的裕度（指下一级线路的20％），作为下一级线路的后备保护，或整定为躲最大负荷。 为满足选择性要求，带3段时限。 整定范围：应大于下一级线路的20％，宜小于下一级线路的2段，或整定为躲最大负荷。 时限：下一级线路的2段时限＋0.5s（阶梯时限） 或作为最后的后备保护：整定为躲最大负荷，时限稍加长，方向性也不严格要求。

配合关系 距离I段要有15％的裕度，对短线路，如不能保证，则只能不投运I段。 对距离II段，与下一级线路的I段配合，对下一级短线路，如不能保证，只能与下一级线路的II段配合，相应的时间级差为：下一级线路的II段时限＋0.5s（阶梯时限）； 对距离III段，与下一级线路的II段配合，对下一级短线路，如不能保证，只能与下一级线路的III段配合，相应的时间级差为：下一级线路的III段进限＋0.5s（阶梯时限）； 或作为最后的后备保护：整定为躲最大负荷，时限稍加长，方向性也不严格要求。

距离保护特性 包括相间距离和接地距离，即ZA、ZB、ZC；ZAB、ZAC、ZBC； 主要有3类：园特性（mho）、四边形特性、以及园/四边形特性 园特性：构成简单，躲重负荷运行能力强，过渡电阻短路适应能力差。短线路、经较高过渡电阻短路时，保护可能拒动； 四边形特性：构成复杂，躲重负荷运行能力差，过渡电阻短路适应能力强。长线路、重负荷运行时，保护可能误动；

距离保护主要特点 出口金属性短路故障，要采用极化原理； I段要考虑暂态超越； PT断线要闭锁； 线路上发生振荡要闭锁； 双回线未端跨线故障，不能识别； 受过渡电阻的影响较大； 保护范围（即选择性）可由整定控制。

定/反时限零序方向过流保护 距离保护对过渡电阻不够灵敏。对相间短路，过渡电阻不大，所有的相间距离保护均能检测出；但对接地故障，过渡电阻较大，规程要求，对220kV，要有150欧的过渡电阻反映能力，对500kV，要有300欧的过渡电阻反映能力。 一般的接地距离保护仅能检测出50欧过渡电阻以内的故障，故需要另外的保护。定/反时限零序方向过流保护正是应这一要求而配置，它仅反映接地故障（零序过流）。

定/反时限零序方向过流保护 一般选择反时限，因其较宜与下一级线路配合。方向一般为零序电流方向，也可为负序方向，这是应称为负序方向零序过流保护。一般使用零序方向，故完整地称为：零序方向零序过流，简称为零序方向过流。对负序或零序方向，可统称为方向零序过流。 浙江电网中，采用零序反时限方向过流保护

特殊要求下的保护 过电压保护（长线路，至少大于120km，经一次计算后配置）。 电缆线路，配过负荷保护。      电缆线路，配过负荷保护。 远方跳闸保护，收到远跳信号后，通过低功率、过流等电气量的判别实现远方跳闸的就地判别，防止误动。

线路保护技术要求 配置双重化的线路纵联保护，每套纵联保护应包含完整的主保护和后备保护； 配置双重化的远方跳闸保护，采用一取一经就地判别方式。当系统需要配置过电压保护时，过电压保护应集成在远方跳闸保护装置中。以前，华东电网光纤通道线路无单独的远方跳闸保护，采用直跳方式。 双重化配置的继电保护装置应分别组在各自的保护屏（柜）内，保护装置退出、消缺或试验时，宜整屏（柜）退出；

线路保护技术要求 两套保护应使用独立的电流回路、独立的电压回路、独立的直流电源； 两套保护应独立的通道(尽量为不同的通道、不同的路由、不同的通道设备、不同的电源供电)； 两套保护的跳闸回路应与断路器的两个跳闸线圈分别一一对应；

线路保护典型应用 AREVA公司 P546+LFZR111—分相电流差动保护+后备距离保护，此种配置方式在浙江省电网中大量应用。 LFZR111+SEL351—高频距离+就地判别装置，目前500kV线路中高频保护较少采用，一般在3+1配置中才有使用。 P546+P443— 分相电流差动+后备距离保护，应用较少，P443作为LFZR111的替代品使用。 P546—主后一体线路保护，包括分相电流差动与后备保护功能。

线路保护典型应用 ABB公司 REL561—主后一体线路保护，包括分相电流差动与后备保护功能。 RED670—主后一体线路保护，包括分相电流差动与后备保护功能，ABB公司新一代保护产品，支持IEC61850。

线路保护典型应用 南瑞继保 RCS931—主后一体线路保护，包括分相电流差动与后备保护功能。 PCS931—主后一体线路保护，包括分相电流差动与后备保护功能，南瑞继保新一代保护产品，采用新平台，支持IEC61850。应用于200kV宣家变、500kV芝堰变。

线路保护典型应用 北京四方 CSC103A/B—主后一体线路保护，包括分相电流差动与后备保护功能。 CSC103AE—主后一体线路保护，包括分相电流差动与后备保护功能，支持IEC61850。应用于500kV芝堰变。

AREVA 21—LFZR111后备距离保护 87—P546分相电流差动保护 线路保护典型组屏 AREVA 21—LFZR111后备距离保护 87—P546分相电流差动保护

AREVA 21—LFZR111高频距离保护 37—SEL351就地判别装置 线路保护典型组屏 AREVA 21—LFZR111高频距离保护 37—SEL351就地判别装置

线路保护典型组屏 ABB REL561或RED670

线路保护典型组屏 南瑞继保

P546差动保护

LFZR距离保护 MHO圆阻抗特性 Directional阻抗方向线 Blinder负荷阻抗线

LFZR距离保护 五段独立的距离保护（Z1、Z1X、Z2、Z3、Z4）。一般，Z1X扩展I段整定时不投入；当LFZR作为后备距离保护时，Z4整定退出；当LFZR作为高频距离保护时，Z4整定投入，作为闭锁高频发信元件。 距离保护目前在浙江省500kV电网内应用的主要型号为LFZR111A5B1BM2C

REL561差动保护

REL561距离保护

RCS931差动保护

RCS931差动保护 稳态I段分相差动，定值采用高定值，瞬时动作。 稳态II段分相差动，采用低定值，延时40ms动作，为防止空充线路暂态电容电流等引起误动。 工频变化量差动，采用高定值来躲过电容电流的影响，用于解决重负荷情况下线路内部经高电阻接地短路。 零序差动，有选相功能，用于解决重负荷情况下线路内部经高电阻接地短路。

RCS931距离保护 正方向故障时的动作特性 反方向故障时的动作特性

保护配置概述 线路保护 开关保护 短线保护 母线保护 线路保护通道 主要内容 保护配置概述 线路保护 开关保护 短线保护 母线保护 线路保护通道

断路器失灵原因 气压或液压降低、直流电源消失及操作回路出现问题 危害 损坏主设备 扩大停电范围 严重时使系统瓦解 断路器失灵保护 断路器失灵原因 气压或液压降低、直流电源消失及操作回路出现问题 危害 损坏主设备 扩大停电范围 严重时使系统瓦解

失灵保护配置原则 为防止电力系统故障并伴随断路器失灵造成的严重后果，必须装设断路器失灵保护。 在220~500KV电力网中，以及110KV电力网的个别重要系统，应按规定设置断路器失灵保护 对 220k V-500k V分相操作的断路器，可仅考虑断路器单相拒动的情况。

失灵保护技术要求 3/2接线失灵保护 失灵保护由启动元件与判别元件组成 故 障线路或电力设备能瞬时复归的出口继电器动作后不返回(故障切除后，起动失灵的保护出口 返 回 时 间 应 不 大 于 30m s); 断 路器未断开的判别元件动作后不返回。 失灵保护的判别元件一般应为相电流元件;

失灵保护技术要求 3/2接线失灵保护 发电机变压器组或变压器断路器失灵保护的判别元件应采用零序电流元件或负序电流元件 判别元件的动作时间和返回时间均不应大于20 ms 不装设复压等闭锁元件

失灵保护动作行为 3/2接线失灵保护 瞬时重跳本断路器两组跳闸线圈，失灵后再次重跳本断路器并跳开相邻断路器 线路间隔，失灵后启动线路远跳并闭锁相邻开关重合闸 主变间隔，失灵后跳主变三侧 边开关失灵后跳母差

重合闸 作用 架空输电线路上有90%的故障是瞬时性的故障 ，采用自动重合闸可以迅速使线路恢复正常供电，提高供电可靠性。 由于继电保护误动、工作人员误碰断路器的操作机构、断路器操作机构失灵等原因导致的断路器的误跳闸可用自动重合闸补救。

重合闸 重合闸方式 单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸和重合闸停用 单相重合闸、三相重合闸、禁止重合闸和停用重合闸 禁止重合闸—仅放电，禁止本装置重合，不沟通三跳 停用重合闸—既放电，又闭锁重合闸，并沟通三跳 《线路保护及辅助装置标准化设计规范 》

重合闸启动方式 位置不对应启动 ，用于开关偷跳的情况 保护启动方式，用于故障发生时 对于500kV线路，华东电网目前不考虑位置不对应启动方式

重合闸 双侧电源重合闸时间 —最小重合闸整定时间。 —对侧保护对全线故障有足够灵敏度的延时段的动作时间。对有纵联保护的线路该值可取为零。对没有纵联保护的线路该值可取对侧对全线故障有足够灵敏度的保护的最长的整定时间。

重合闸 双侧电源重合闸时间 —断电时间。是短路点熄弧时间和短路点的去游离时间之和。在线路中的三相重合闸，取值不小于0.3秒。220KV线路中的单相重合闸，考虑潜供电流的影响后取值不小于0.5秒。线路单相重合闸，根据线路长短及有无辅助消弧措施（如在高压电抗器的中性点上带不带小电抗）而定。 —裕度时间。 —断路器的固有合闸时间。

重合闸 重合闸时间 华东电网中，变电所侧中开关重合闸时间为1S，边开关重合闸时间为0.7S。

AREVA： LFAA101—重合闸装置 P141—失灵保护 P142—失灵保护 P442—重合闸+失灵保护 开关保护典型应用 AREVA： LFAA101—重合闸装置 P141—失灵保护 P142—失灵保护 P442—重合闸+失灵保护

ABB： REB551—重合闸+失灵保护 REC670—重合闸+失灵保护 南瑞继保： RCS921—重合闸+失灵保护 开关保护典型应用 ABB： REB551—重合闸+失灵保护 REC670—重合闸+失灵保护 南瑞继保： RCS921—重合闸+失灵保护

短线保护 用于有出线闸刀的线路（主变）间隔，当线路（主变）退出运行而开关运行时，保护两个开关之间的部分。 出线闸刀的位置接点实现自动投退 电流为线路合电流，实际上可以看作差动保护。

母线保护 500kV升压站采用3/2断路器母线结构，实际上相当于单母线 母线保护主要的困难是CT饱和问题，即如何保证区外故障CT饱和时母线保护不误动 目前很多500kV母线采用中阻抗母线保护REB103，现在越来越多的采用微机型母线保护 中阻抗母差 —差流回路阻抗较大，抗CT饱和能力强，多用于500kV母线。

REB103

内部故障时 外部故障时 外部故障CT饱和时 内部故障CT饱和时 CT断线告警，5S后闭锁差动保护 REB103 内部故障时 外部故障时 外部故障CT饱和时 内部故障CT饱和时 CT断线告警，5S后闭锁差动保护

线路保护通道 目前主要应用为载波通道与光纤通道 载波通道：相—地耦合、相—相耦合 相—地耦合：一般用于闭锁式高频保护，采用继电保护专用收发信机，220kV系统中应用较多。投资较小，高频电流衰减较大，干扰较大 相—相耦合：一般用于允许式高频保护，采用载波机，500kV系统中应用较多。投资大，高频电流衰减小

载波通道

光纤通道 专用光纤通道与复用光纤通道 专用光纤通道：专用纤芯方式相对比较简单，运行的可靠性也比较高 ，220kV及以下线路光纤保护多采用专用纤芯方式 复用光纤通道：两地之间通过通信网（例如SDH传输网）通信。由于通信网是复用的，所以需要用通信设备进行信号的复接。 多用于500kV长距离输电线路。

专用光纤通道

复用光纤通道

64K接口

2M接口

光纤

光纤 单模光纤—传输一个基模，没有模间色散，传输带宽很宽，是高速长距离光纤通信系统的理想传输媒质 ，一般采用1310nm、1550nm波长。

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