1、本科毕业论文（20 届）线路保护 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 哈尔滨理工大学学士学位论文- I -线路保护摘要本文针对我国电网的情况阐述了我国线路继电保护的发展历史，介绍了线路保护的线路纵联保护、线路距离保护、线路接地保护、线路自动重合闸等几种基本类型的概念。在论述了这些概念的基础上逐个对其原理进行分析、讨论。讨论了一种基于分相复合阻抗的输电线路纵联保护新原理，它根据线路两端电压、电流故障分量差的比值引入分相阻抗，并以查找资料得到的阻抗数值判断故障是否发生在区内。该原理不仅易于整定、具有自选相功能，而且性能可靠、动作灵敏、适应性强。
2、此外，讨论了基于贝瑞隆模型的输电线路纵联保护的新原理，与传统的分相电流差动保护原理不受电容电流的影响，特别适用于超高压和特高压长线路。从原理上详细分析了它能更准确地区分线路内、外故障的原因。为了解决现代电力系统日趋复杂性，电压等级的升高，所带来的运行过程中可靠性降低的情况，本文讨论了自适应性应自动重合闸装置作为电力系统继电保护装置的重要组成部分。最后，结合近年来的研究动态和最新进展，展望了线路保护的发展趋势。关键词 线路保护；输电线路；继电保护哈尔滨理工大学学士学位论文- II -Line ProtectionAbstractIn this paper the power grid this
3、line relay protection in China, the development history of the line of line protection introduced the league protection, line distance protection, line ground protection, line automatic reclosing of several basic types of concept. This article discusses the concept of one of its theory based on anal
4、ysis and discussion. A novel transmission line pilot protection principle based on the composite impedance of individual phase is proposed. The impedance is calculated from the fault component of the voltages and currents at both terminals of the line, and then used for judging whether the fault is
5、occurred at the line. The proposed protection has the characteristics of ease-setting, independent phase selection, and possesses identity of reliable performance, sensitive operation, and strong adaptation. A novel principle of pilot differential relay protection of especial high voltage and ultra
6、high voltage transmission lines based on a Bergeron model is proposed. As compared with traditional current differential protection, the new principle can endure the distributed capacitive current of the line. So it is especially suitable for the long distance especial high voltage and ultra high vo
7、ltage transmission lines. The theoretical analysis is presented to show how the new principle is of high sensitivity in discriminating between the internal and the external faults of the line. In order to solve the problem of power system reliability reduction caused by the increasing complexity and
8、 rising voltage of the modern power system, a self-adaptive automatic reclosing device was taken as an important part of the relay protection equipment for the whole power system, and the reclosing 哈尔滨理工大学学士学位论文- III -start loop was designed by utilizing the discorrespondence principle of control sw
9、itch and circuit breaker to realize the front acceleration and rear acceleration protection of the whole power net. The auto reclosing device plays an important role insecurity, stability and economical running of power equipments. Finally, combined with the research trend in recent years and the la
10、test progress, and looks forward to the development trend of the line protection.Keywords Line protection；Transmission line; Protective relaying哈尔滨理工大学学士学位论文- IV -目录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 国产线路保护装置的发展史 .11.2.1 电磁型、机电型 .11.2.2 晶体管型、整流型 .21.2.3 高压线路保护的“四统一”设计 .21.2.4 集成电路和微机保护 .21.3
11、线路保护的基本类型 .31.3.1 线路纵联保护概念 .31.3.2 线路距离保护概念 .41.3.3 线路接地保护概念 .41.3.4 线路自动重合闸概念 .41.3.5 微机型线路保护概念 .5第 2 章 线路保护的基本原则 .62.1 线路纵联保护 .62.1.1 基本原理 .62.1.2 高频通道 .82.1.3 光纤通道 .92.1.4 输电线路分相复合阻抗纵联保护新原理 .92.2 线路距离保护 .142.2.1 基本原理 .142.2.2 距离保护躲过渡电阻能力研究 .162.3 线路接地保护 .162.3.1 基本原理 .162.3.2 架空混联线路接地保护 .172.3.3
12、自适应接地距离保护新方案 .192.4 线路自动重合闸 .202.4.1 基本原理 .202.4.2 三相自动重合闸 .202.4.3 线路发生故障三相跳闸后的暂态过程分析 .222.4.4 单相自动重合闸 .23哈尔滨理工大学学士学位论文- V -2.4.5 220KV 输电线路自动重合闸装置应用研究 .242.5 微机型线路保护 .272.5.1 基本原理 .272.5.2 从一次保护动作情况看线路保护微机化的优势 .292.5.3 有关微机成套保护装置应用的考虑 .292.5.4 微机型线路保护装置在电网的应用 .30第 3 章 线路保护的展望 .333.1 线路继电保护装置可靠性选择性
13、灵敏性和速动性的要求 .333.2 线路继电保护发展趋势 .333.2.1 光纤差动、光纤距离为线路保护主保护 .343.2.2 适用于光互感器的保护 .353.2.3 保护系统网络化 .353.3 研究展望 .35结论 .37致谢 .38参考文献 .39附录 A.42附录 B.48哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 课题背景线路继电保护原理及技术是基于电力系统发展要求逐渐发展，随着电子、计算机技术、通信技术的发展逐步走向成熟。19 世纪 90 年代出现的电磁型过电流继电器及 1908 年提出的电流差动保护原理，20 世纪 20 年代初出现了距离保护，1927 年出现了
14、高频保护，20 世纪 50 年代出现了微波保护，于此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继电保护。我国继电保护技术是建国后从仿照苏联的测绘、仿制、消化、吸收逐渐到自主研发制作，从电磁型、机电型、晶体管型、集成电路型到微机型。1987 年推出了第一套 8 位机 WXH-800 微机线路保护，1994 年推出 16 位机 LFP-901 微机线路保护，2000 年推出 32 位机 WXH-800 微机线路保护。我国的线路继电保护从无到有，从最初的电磁型、机电型、整流型、晶体管型、集成电路型到现在广泛采用的微机型，安装机构也从凸出式到嵌入式。微机型保护装置已
15、经从最初的 8 位机到 16 位机发展到目前的 32位机，电压等级也从 220kv 发展到 500kv 高压线路，甚至到 750kv 的特高压线路，适用于我国各种电压等级的要求。随着光纤技术、计算机技术、网络技术的发展，以及光互感技术的采用，线路保护逐步向计算机化、光纤化、系统网络化发展。1.2 国产线路保护装置的发展史1.2.1 电磁型、机电型建国后，由东北抗联的军工厂改成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，派出技术人才到苏联继电器厂进行学习，引进苏联
16、的技术，按图制作出苏式机电型继电器。1957 年，苏联专家来厂指导，培训线路保护并在专家指导下研制了仿苏 3152、153、157 的干硬性GH01、GH02GH11 距离保护和仿苏 31 型电子管式 GCH1 型高频相差保护，并与 1958 年投入批量生产，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，建立了我国机电保护制造业，生产仿苏凸出式成套电磁感应型继电器和继电保护装置。哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -1.2.2 晶体管型、整流型20 世纪 70 年代初，许昌继电器厂生产出嵌入式结构的新一代继电器，摆脱苏联一代凸出结构继电器的影响。1973 年，许昌
17、继电器厂开发出包括ZJH-1 型距离保护、ZLL-1 型零序电流保护、ZGC-1 型高频相差保护和 SF5型收发信机、ZZC-3 型综合重合闸成套晶体管型的保护在清华大学通过动模拟实验；1972 年在湖北 220kv 锅顶山马路口线路上试运行。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征的阻抗元件。测距装置按过零测电抗的原理构成，派出了受过渡电阻的影响，精度达到百分之二。1964 年，上海继电器厂首先试着制作出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
18、华通过动模实验。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、ZZC-4 综合重合闸、 ZFA-1 型分相断路器操作箱。1976 年 2 月，到四川 220kv 豆渝线制作人工短路实验，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意原理的线路保护由南京自动化研究所提供。1983 年 10 月顺利的通过人工短路实验，保护正确快速动作跳闸，一次实验投运成功。198
19、4 年 1 月正式投入运行，使我国列入世界先进保护制作厂行列，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。1.2.3 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，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
20、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 1。1990 年该项目获国家科技进步奖二等奖。1.2.4 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、 CKJ 工频变化量方向、距离保护。东北电力学院 1984 年推出第一套微机线路保护在 110kv 线路上试运行。1987 年，第一套 8 位机 WXH-1 型哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -微机线路保护在东北 220kv 线路投运成功。有雨调试方便简单，过去一套线路保护的调试要一个月，型微机线路保护从安排到整定实验，仅一天时间，且有强的自检功能，收到现场运行人
21、员欢迎，很快得到推广，从此我国进入微机保护时代。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入微机型。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
22、护所取代。集成地阿奴的线路保护发展的构成则更短，约 19841994 年就逐步让位于微机型的线路保护。2000 年初。国内许多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了大容量 RAM、FLASH 2。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。并且保护专职可靠性高，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 动模实验，国产微
23、机保护已适用于特高压线路，进入世界领先行列。1.3 线路保护的基本类型1.3.1 线路纵联保护概念纵联保护是利用某种通信通道将输电线路两端的保护纵向连接起来将各端的电气量传达到对策，将两端的电气两比较，以判断障碍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。（2）微波纵联保护。（3）光纤纵联保护。（4）导引线纵联保护。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，即无闭锁信号哈尔滨理工大学学士学
24、位论文- 4 -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候，保护才动作于跳闸。（2） 允许信号。它是如需保护动作于跳闸的信号，即有允许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，远方跳闸形式的保护就是利用跳闸信号。1.3.2 线路距离保护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与设定的被保护区参数的比较结果，而阻抗、电抗又与输电线的长度成正比，所以叫做距
25、离保护、距离保护主要用于输电线的保护，一般是三段或者四段式。第一、第二段带方向性，作本线路的保护，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 3。第三段带方向或不带方向，有的还没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，有的还配有震荡闭锁等基本环节，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。1.3.3 线路接地保护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
26、 PE 线、电器设备的外露到点部分或打的间的短路却难以察觉。例如 PE线，PEN 连接松动，灯照样亮，如 PEN 线进发火花，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，防止人身点击伤亡，电器火灾和线路损坏。1.3.4 线路自动重合闸概念自动重合闸技术是保证系统安全供电的一种有效措施在高压输电线上获得广泛应用。但是迄今所采用的重合闸都是在故障线路断开后不管线路故障是否存在都将进行重合，若重合于带有故障的线路不仅可能对系统稳定造成不利影响，同时会对设备带来冲击和危害。为克服传统自动重合闸的这一缺点可以采用自适应自动重合闸。自适应自动重合闸具有实时判定断开线路上是否有故障存在的功能因此可防止重合于带有故障的线路。自适应单相重合闸的原理和判据已经提出并研制出相应的装置对超高压输电线运行情况的统计结果表明，两相和三相短路(包括接地在内)约占输电线故
