第4章-输电线路纵联保护课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,4,章 输电线路纵联保护,电流保护、距离保护：,仅利用被保护元件一侧的电气量构成保护判据。,不可能快速区分本线末端和对侧母线（或相邻线首端）故障。,导致,II,段延时切除，在高压系统中难以满足稳定性对快速切除故障的要求。,4.1,输电线路纵联保护概述,4.1.1,引言,纵联保护：,利用某种通信通道同时比较被保护元件两侧电气量（即在,线路两侧之间发生纵向的联系）,在正常运行与故障时差异的保护。,4.1,输电线路纵联保护概述,4.1.1,引言,1,纵联保护的一般构成框图,TA,TV,2,分类 ：,1),导引线纵联保护,（简称导引线保护）,2),电力线载波纵联保护,（简称载波保护 ）,3),微波纵联保护,（简称微波保护）,4),光纤纵联保护,（简称光纤保护）,按照所利用信息通道的不同，纵联保护分为：,按照保护动作原理，纵联保护分为：,1),方向比较式纵联保护,2),纵联电流差动保护,通道中传送的是,逻辑信号,，而不是电气量本身。依据所利用电气量的不同又可分为,方向纵联保护,与,距离纵联保护,。,通道中传送的是电流波形或代表电流相位的信号。,分为,纵联电流差动保护,和,纵联电流相位差动保护,。,4.1.2,输电线路短路时两侧电气量的故障特征,1,两端电流相量和的故障特征,规定：电流的正方向为由母线流向线路,两侧电流相量和：,1,）区内短路时：,2,）区外短路时：,1,）区内短路时：,2,两端功率方向的故障特征,规定：功率正方向为母线流向线路,此时线路两侧功率方向相同，均与正方向一致,此时线路两侧功率方向相反,2,）区外短路时：,3,）正常运行时：,线路两侧功率方向相反,4.1.2,输电线路短路时两侧电气量的故障特征,3,两端电流相位特征,区外短路和正常运行时，两侧电流相位差,180,。,区内短路时，两侧电流同相位。,假定全系统阻抗角相同，两侧电势相位一致,4.1.2,输电线路短路时两侧电气量的故障特征,4,两端测量阻抗的特征,区内短路时：短路阻抗，两侧,距离,段,同时启动,正常运行时：负荷阻抗，,距离,段,不启动,外部短路时：短路阻抗，但一侧为反方向，该侧的,距离,段,不启动,4.1.2,输电线路短路时两侧电气量的故障特征,4.1.3,纵联保护的基本原理,1.,纵联电流差动保护,故障判别量：,两侧电流相量和,内部故障特征：,其值很大，为短路点电流,动作条件：,2.,方向比较式纵联保护,故障判别量：,内部故障特征：,动作条件：,线路两侧功率方向的异同,线路两侧功率方向相同,当线路两侧功率方向相同时，保护动作；否则不动作,3,电流相位比较式纵联保护,故障判别量：两侧电流相位差,内部故障特征：相位差为,动作条件：,内部短路时两侧电流不能完全同相位，保护的动作区一般如下图所示：,4.1.3,纵联保护的基本原理,4,距离纵联保护,构成原理和方向比较式纵联保护相似，只是用阻抗元件替代功率方向元件。,优点：减少了方向元件的启动次数，提高了保护,的可靠性,缺点：后备保护检修时主保护被迫停运,4.1.3,纵联保护的基本原理,（,1,）环流式,正常运行或外部故障时,4.2.1,导引线通信,4.2,输电线路纵联保护两侧信息的传送,导引线开路：误动,导引线短路：拒动,（,2,）均压式,(,电压平衡原理,),正常运行或外部故障时,导引线开路：拒动,导引线短路：误动,4.2.1,导引线通信,优点：,不受系统振荡、非全相运行的影响。,简单可靠，维修工作量极少。,不足：,保护装置的性能受导引线参数和长度影响。,4.2.1,导引线通信,阻波器,耦合电容器,连接滤波器,接地开关,电缆,高频收、发信机,4.2.2,电力线载波通信,1,电力线载波通信的构成,“,相一地”式载波通道比较经济,(2),阻波器,(1),输电线路,作用：“阻高频，通工频”,4.2.2,电力线载波通信,载波信号频率,阻波器,4.2.2,电力线载波通信,(3),耦合电容器,(4),连接滤波器,作用：“通高频，阻工频”,起到,阻抗匹配,的作用，从而减少高频能量的附加衰耗。还起到,隔离,的作用。,(5),高频收、发信机,两种方式：故障后发信,正常时发信，故障时停信或改变频率,(6),接地开关,检修连接滤波器时接通开关,4.2.2,电力线载波通信,耦合电容器,连接滤波器,连接滤波器,耦合电容器,4.2.2,电力线载波通信,2.,电力线载波通道的特点,(1),无中继通信距离长,(2),经济、使用方便,(3),工程施工比较简单,可以和输变电工程同期建成,3.,电力线载波通道的工作方式,(1),正常无高频电流方式,（故障启动发信的方式），,我国主要采用这种方式,(2),正常有高频电流方式,（长期发信方式）,(3),移频方式,4.2.2,电力线载波通信,4.,电力线载波信号的种类,（,1,）闭锁信号,（,2,）允许信号,（,3,）跳闸信号,4.2.2,电力线载波通信,（来自对端）,（来自对端）,（来自对端）,4.2.3,微波通信,1,构成,2,微波通信纵联保护的优点（与电力线高频载波保护相比）,(1),独立的信道，输电线路的干扰不影响通信,系统；通道的检修不影响线路运行。,(2),传递的信息容量增加、速率加快。,(3),受外界干扰的影响小，可靠性高。,(4),输电线路的任何故障都不会使通道工作破坏。,缺点：微波通道价格较贵（视线距离内传送，需微波中继站）。,4.2.4,光纤通信,1.,光纤通信的构成,4.2.4,光纤通信,2,光纤通信的特点,(1),通信容量大,(2),节约大量金属材料,(3),保密性好，敷设方便，不怕雷击，无感应性能，不受外界电磁干扰，抗腐蚀和不怕潮。,不足：长距离通信时，要用中继器及其附加设备；当光纤断裂时不易找寻或连接。,4.2.4,光纤通信,4.3.2,闭锁式方向纵联保护,1,闭锁式方向纵联保护的工作原理,闭锁信号,闭锁信号,4.3,方向比较式纵联保护,4.3.1,工频故障分量的方向元件,要点：功率方向为负的保护向本线路另一侧的保护发闭锁信号。,功率方向为正且未收到闭锁信号的保护跳闸。,2,闭锁式方向纵联保护的构成,功率正方向元件,高电流定值电流启动,停信,元件,低电流定值电流启动,发信,元件,BC,段短路,保护,3,、,4,的,KA1,启动发信，但,KW+,输出,1,，,KA2,输出也为,1,，,Y1,输出,1,，,t,2,后跳闸并停止发信,1,1,1,1,1,对端闭锁信号传输需要一定时间到达本端，防止本端因收不到闭锁信号导致误动。,功率方向为正且未收到闭锁信号的保护跳闸。,2,闭锁式方向纵联保护的构成,功率正方向元件,高电流定值电流启动,停信,元件,低电流定值电流启动,发信,元件,BC,段短路,保护,2,的,KA1,启动发信，但,KW+,输出,0,，,Y1,输出,0,，发信机不停信，且不跳闸,1,0,1,0,0,功率方向为正且未收到闭锁信号的保护跳闸。,2,闭锁式方向纵联保护的构成,功率正方向元件,高电流定值电流启动,停信,元件,低电流定值电流启动,发信,元件,BC,段短路,保护,1,的,KA1,、,KA2,、,KW+,均启动，,Y1,输出,1,，停止发信，是否跳闸取决于是否收到,2,的闭锁信号（,t,2,时间内）。,1,1,1,1,1,功率方向为正且未收到闭锁信号的保护跳闸。,4.3.3,闭锁式距离纵联保护,方向比较式纵联保护不能作为变电站母线和下级相邻线路的后备。因此可将其和距离保护结合。,距离段,距离,II,段,距离,III,段,4.3.4,影响方向纵联保护正确工作的因素及应对措施,1,非全相运行对负序方向纵联保护的影响及应对,措施,负序方向元件的动作条件：,防止其误动的措施：采用线路侧电压,2,功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对措施,最不利情况：,QF3,先于,QF4,跳闸。,QF3,跳闸前：,线路,L2,：,M,侧功率负，,N,侧功率正。,1,向,2,发闭锁信号，,QF1,和,QF2,不跳闸,1,2,4.3.4,影响方向纵联保护正确工作的因素及应对措施,QF3,跳闸后：,线路,L2,：,M,侧功率正，,N,侧功率负，功率倒向。,2,向,1,发闭锁信号，但信号有延时，在,M,侧未收到闭锁信号前可能误动作跳开,QF1,。,1,2,2,功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对措施,4.3.4,影响方向纵联保护正确工作的因素及应对措施,应对措施：发信元件动作后延时,t,1,返回。,即保护,1,功率反向后不是立即停止发信，而是,t,1,后停止发信，保护,1,、,2,均收到此信号，从而不会误动作。,1,2,2,功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对措施,4.3.4,影响方向纵联保护正确工作的因素及应对措施,3,分布电容对负序方向纵联保护的影响及应对措施,影响：,当,TV,接于线路上时，由于电容电流的影响会使负序方向纵联保护误动,措施：,增大定值或增加延时；在保护装置中加进消除分布电容影响的补偿措施,4.4.1,纵联电流差动保护原理,4.4,纵联电流差动保护,1,工作原理,电流差动保护,正常或外部短路,内部短路,电流相位差动保护,正常或外部,反相,内部短路,同相,正常运行及外部故障时，差动继电器,KD,中的电流为不平衡电流,工程上,电流互感器二次侧电流,差动保护判据,电流互感,器同型系数,非周期分,量系数,2,纵联电流差动保护的整定计算,采用不带制动特性的差动继电器时,1,）,2,）,取,1,、,2,中大者,灵敏度：,躲过外部短路时最大不平衡电流,躲过最大负荷电流,动作方程：,带有制动特性的差动继电器,采用不带制动特性的差动继电器，区内故障时灵敏度低。,可以采用浮动门坎（制动特性）。,1,）,2,）,3,）,制动电流的选取：,带有制动特性的差动继电器,动作方程：,动作特性：,不带制动特性时,灵敏度低,灵敏度高,4.4.2,两侧电流的同步测量,数据同步的含义,(1),两侧的,采样时刻同步,。,(2),使用两侧,相同时刻的采样数据,计算差动电流。,难题：如何保证两个异地时钟时间的统一和采样时刻的同步。,常用方法：,(1),基于,数据通道,的同步方法,(2),基于,GPS,同步时钟,的同步方法。,4.4.2,两侧电流的同步测量,1,基于数据通道的同步方法,采样时刻调整法,(1),通道延时的测定,（正式采样同步前）,(2),主站时标与从站时标的核对,延时测得后，从站根据主站时标修改自己的时标。,t,m1,：主站发送信息,t,r2,：主站收到返回信息,主站采样时刻点,从站采样时刻点,(3),采样时刻的调整,:,为使两侧采样保持同步，常采用的稳定调整方式：,2,基于具有统一时钟的同步方法,4.4.3,纵联电流相位差动保护,1,工作原理,利用被保护元件两侧电流在,区内,短路时,几乎同相,、,区外,短路时,几乎反相,的差异，构成电流相位差动保护。,分析时，假定全系统,阻抗角相同，两侧电势相位一致。,规定电流正方向为,母线指向线路。,M,侧,N,侧,M,侧,N,侧,M,侧,N,侧,M,侧,N,侧,区外故障,输电线上高频信号连续,输电线上高频信号不连续,区外故障,正半周启动发信,正半周启动发信,单频制闭锁式电流相位差动保护原理框图,反应对称故障,反应不对称故障,4.4.3,纵联电流相位差动保护,正半波时，发出连续高频电流，负半波时不发高频电流。,2,纵联电流相位差动保护的动作特性与相继动作,区外短路时，两侧收到的高频电流之间相差 时，,保护不应动作,。,（,1,）动作特性 闭锁角及其整定,选择保护的闭锁角为：,传感器二次电流,最大误差,收发信操作产生,的误差,传输线路的,工频角延迟,2,纵联电流相位差动保护的动作特性与相继动作,2,纵联电流相位差动保护的动作特性与相继动作,动作特性图,（,2,）相继动作,k,点短路时，,M,侧收到的两侧高频信号的相位差：,此时，,N,侧收到的两侧高频信号的相位差：,当输电线路较长时，,M,侧保护可能不动作,N,侧保护能动作,最终线路会出现相继动作的现象,3,负序滤过器,（,1,） 负序电压滤过器,当输入量为正序分量时：,当输入量为负序分量时：,（,2,） 负序电流滤过器,当输入量为正序分量时：,当输入量为零序分量时：,当输入量为负序分量时：,2,输电线路的分布电容电流及其补偿措施,3,负荷电流对纵联电流差动保护的影响,4.4.4,影响纵联电流差动保护正确动作的因素,1,电流互感器的误差和不平衡电流,