第四章输电线路纵联保护精选PPT.ppt

第四章输电线路纵联保护第1页，此课件共48页哦4.1 输电线路纵联保护基本原理和分类输电线路纵联保护基本原理和分类n一、纵联保护及其构成一、纵联保护及其构成输电线路的纵联保护，就是用某种通信通道输电线路的纵联保护，就是用某种通信通道(简称通道简称通道)将输电线两端或各端将输电线两端或各端(对于多端线路对于多端线路)的保护装置纵向连接起来，将各端的电气量的保护装置纵向连接起来，将各端的电气量(电流、功率的方向等电流、功率的方向等)传送到对端，将各端的传送到对端，将各端的电气量进行比较，以判断故障在本线路范围内电气量进行比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外，从而决定是否切断被保还是在线路范围之外，从而决定是否切断被保护线路。护线路。第2页，此课件共48页哦n二、纵联保护的基本原理二、纵联保护的基本原理输电线路的纵联保护就是利用线路两端的电输电线路的纵联保护就是利用线路两端的电气量在故障与非故障时的特征差异构成的。当线气量在故障与非故障时的特征差异构成的。当线路发生区内故障、区外故障时，电力线两端电流路发生区内故障、区外故障时，电力线两端电流波形、功率、电流相位以及两端的测量阻抗都有波形、功率、电流相位以及两端的测量阻抗都有明显的差异，利用这些差异就可以构成不同原理明显的差异，利用这些差异就可以构成不同原理的纵联保护。的纵联保护。第3页，此课件共48页哦l1.两侧电流量特征双端电源线路区内、外故障示意图(a)内部故障；(b)外部故障如图所示，有如图所示，有 ，在故障点有较大短路电流流出，在故障点有较大短路电流流出;如图所示，线路两端电流相量关系为如图所示，线路两端电流相量关系为 。当线路发生内部故障时，当线路发生内部故障时，当线路发生区外短路故障或正常运行时，当线路发生区外短路故障或正常运行时，第4页，此课件共48页哦l2两侧电流相位特征两端输电线路，若全系统阻抗角均匀，且两端输电线路，若全系统阻抗角均匀，且两端电动势角相等，则当线路两端电动势角相等，则当线路MN发生区内发生区内短路故障时，两侧电流同相位，即、相位差短路故障时，两侧电流同相位，即、相位差为为0；而当正常运行或发生区外短路故障时，；而当正常运行或发生区外短路故障时，两侧电流反相，即电流、相位差为两侧电流反相，即电流、相位差为180。第5页，此课件共48页哦3两侧功率方向特征两侧功率方向特征当线路上发生区内故障和区外故障时，输电当线路上发生区内故障和区外故障时，输电线两端的功率方向也有很大差别。则线路发生线两端的功率方向也有很大差别。则线路发生区内故障时，两端功率方向都由母线流向线路，区内故障时，两端功率方向都由母线流向线路，两端功率方向相同，同为正方向；而发生区外两端功率方向相同，同为正方向；而发生区外故障时，远故障点端功率由母线流向线路，功故障时，远故障点端功率由母线流向线路，功率方向为正，近故障点端功率由线路流向母线，率方向为正，近故障点端功率由线路流向母线，功率方向为负，两端功率方向相反。功率方向为负，两端功率方向相反。第6页，此课件共48页哦4两侧测量阻抗值特征两侧测量阻抗值特征当线路区内短路时，输电线路两端的测量阻当线路区内短路时，输电线路两端的测量阻抗都是短路阻抗，一定位于距离保护抗都是短路阻抗，一定位于距离保护段的动段的动作区内，两侧的作区内，两侧的段同时启动；当正常运行时，段同时启动；当正常运行时，两侧的测量阻抗是负荷阻抗，距离保护两侧的测量阻抗是负荷阻抗，距离保护段不段不会启动；当发生外部短路时，两侧测量阻抗也会启动；当发生外部短路时，两侧测量阻抗也是短路阻抗，但一侧为反方向，若采用方向特是短路阻抗，但一侧为反方向，若采用方向特性的阻抗继电器，则至少有一侧的距离性的阻抗继电器，则至少有一侧的距离段不段不会启动。会启动。第7页，此课件共48页哦n三、纵联保护的分类三、纵联保护的分类纵联保护按照所利用信息通道的纵联保护按照所利用信息通道的不同类型可以分为不同类型可以分为导引线纵联保护导引线纵联保护、电力电力线载波纵联保护线载波纵联保护、微波纵联保护微波纵联保护和和光纤纵光纤纵联保护联保护四种。四种。纵联保护按照保护动作原理，可纵联保护按照保护动作原理，可以分为以分为方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护和和纵联电流差纵联电流差动保护动保护两类。两类。第8页，此课件共48页哦4.2 输电线路纵联保护的通信通道输电线路纵联保护的通信通道 n一、通信通道的构成和特点一、通信通道的构成和特点1导引线通道导引线通道导引线通道是纵联保护最早使用的通导引线通道是纵联保护最早使用的通信通道，是由和被保护线路平行敷设的信通道，是由和被保护线路平行敷设的金属导线构成，用来传递被保护线路各金属导线构成，用来传递被保护线路各侧信息的通信通道。侧信息的通信通道。2电力线载波（高频）通道电力线载波（高频）通道 第9页，此课件共48页哦电力线载波通道构成示意图1阻波器；2结合电容器；3连接滤波器；4电缆；5高频收发信;6刀闸第10页，此课件共48页哦n阻波器：阻波器是由一个电感线圈与可变电容器并联组成的回阻波器：阻波器是由一个电感线圈与可变电容器并联组成的回路。路。n结合电容器：结合电容器与连接滤过器共同配合将载波信结合电容器：结合电容器与连接滤过器共同配合将载波信号传递至输电线路，同时使高频收发信机与工频高压线路绝号传递至输电线路，同时使高频收发信机与工频高压线路绝缘。缘。n连接滤波器：连接滤波器由一个可调节的空心变压器及连接连接滤波器：连接滤波器由一个可调节的空心变压器及连接至高频电缆一侧的电容器组成。至高频电缆一侧的电容器组成。n高频收、发信机：发信机部分系由继电保护装置控制，通常高频收、发信机：发信机部分系由继电保护装置控制，通常都是在电力系统发生故障时，保护起动之后它才发出信号。都是在电力系统发生故障时，保护起动之后它才发出信号。第11页，此课件共48页哦3微波通道：利用微波通道：利用150MHz20GHz间间的电磁波进行无线通信的电磁波进行无线通信n微波通道作为电力系统继电保护通道的优点微波通道作为电力系统继电保护通道的优点n(1)微波通道具有较宽的频带，可传送多微波通道具有较宽的频带，可传送多路信号，这为超高压输电线路实现分相的相位路信号，这为超高压输电线路实现分相的相位比较提供了有利条件。比较提供了有利条件。n(2)由于微波通道频率很高，与输电线路由于微波通道频率很高，与输电线路没有任何联系，当输电线路或微波设备检修没有任何联系，当输电线路或微波设备检修时，因此受到的干扰小，可靠性高。时，因此受到的干扰小，可靠性高。n第12页，此课件共48页哦n(3)由于内部故障时无需通过故障线路由于内部故障时无需通过故障线路传递两端的信号，因此，它可以采用传传递两端的信号，因此，它可以采用传送多种信号送多种信号(如闭锁、允许、直接跳闸等如闭锁、允许、直接跳闸等)的方法来工作，也可以附加在现有的保的方法来工作，也可以附加在现有的保护装置上来提高保护的连动性和灵敏性。护装置上来提高保护的连动性和灵敏性。n(4)不需要装设与输电线路直接相连不需要装设与输电线路直接相连的高频加工设备，在检修有关高压电器的高频加工设备，在检修有关高压电器(如高压开关如高压开关)时，无需将保护退出运行，在时，无需将保护退出运行，在检修微波通道时也不影响输电线路的正常检修微波通道时也不影响输电线路的正常运行。运行。第13页，此课件共48页哦n微波通道存在以下问题需要解决：微波通道存在以下问题需要解决：n(1)当变电所之间的距离超过当变电所之间的距离超过4060km左左右时，需设置微波中继站，增加了成本；又由右时，需设置微波中继站，增加了成本；又由于微波站和变电站不在一起，也增加了维护的于微波站和变电站不在一起，也增加了维护的困难。困难。n(2)由于电磁波在大气中传播时，存在着由于电磁波在大气中传播时，存在着折射和反射，这就使信号可能产生衰落现象。折射和反射，这就使信号可能产生衰落现象。当工作频率很高，线路较短时，衰落现象不当工作频率很高，线路较短时，衰落现象不太严重。太严重。n(3)价格较高。价格较高。第14页，此课件共48页哦n 在实际运用中，只有当电力系统的在实际运用中，只有当电力系统的继电保护、通信、自动化和远动化综合继电保护、通信、自动化和远动化综合在一起考虑，需要解决多通道的问题时，在一起考虑，需要解决多通道的问题时，应用微波保护才有显著的优点。在国外应用微波保护才有显著的优点。在国外微波保护的使用已较为广泛，在我国也微波保护的使用已较为广泛，在我国也已开始了应用。已开始了应用。第15页，此课件共48页哦4光纤通道光纤通道n光纤通道是将电信号调制在激光纤通道是将电信号调制在激光信号上，以光纤作为信号传递媒光信号上，以光纤作为信号传递媒介。介。n 光纤通信有两大优点：一是抗光纤通信有两大优点：一是抗干扰性能强：二是传输容量大。干扰性能强：二是传输容量大。n 光纤通信网正在成为电力通信网光纤通信网正在成为电力通信网的主干网。的主干网。第16页，此课件共48页哦n二、高频信号的分类二、高频信号的分类按照信号的性质或作用，可以将其分为闭锁信号、允许信按照信号的性质或作用，可以将其分为闭锁信号、允许信号和跳闸信号。这三种信号可用以上任一中种通信通道产生和号和跳闸信号。这三种信号可用以上任一中种通信通道产生和传送。传送。1闭锁信号。即无闭锁信号是保护作用于跳闸的必要条闭锁信号。即无闭锁信号是保护作用于跳闸的必要条件，或者说闭锁信号是阻止保护动作于跳闸的信号。件，或者说闭锁信号是阻止保护动作于跳闸的信号。2允许信号。允许信号是允许保护作用于跳闸的信号，或者允许信号。允许信号是允许保护作用于跳闸的信号，或者说有允许信号是保护动作于跳闸的必要条件。说有允许信号是保护动作于跳闸的必要条件。3跳闸信号。跳闸信号是直接引起跳闸的信号，或者说跳闸信号。跳闸信号是直接引起跳闸的信号，或者说收到跳闸信号是跳闸的充要条件。收到跳闸信号是跳闸的充要条件。第17页，此课件共48页哦高频保护信号逻辑图高频保护信号逻辑图(a)闭锁信号；闭锁信号；(b)允许信号；允许信号；(c)跳闸信号跳闸信号第18页，此课件共48页哦4.3输电线路的导引线纵联差动保护输电线路的导引线纵联差动保护n 输电线路的导引线纵联差动保护是输电线路的导引线纵联差动保护是利用金属导线作为通信通道的输电线纵利用金属导线作为通信通道的输电线纵联电流差动保护。联电流差动保护。n 电流差动保护是反应从被保护元件电流差动保护是反应从被保护元件各对外端口流入该元件的电流之和的一各对外端口流入该元件的电流之和的一种保护。种保护。第19页，此课件共48页哦n 纵联电流差动保护是最理想的保护原纵联电流差动保护是最理想的保护原理，有绝对选择性的快速保护原理。理，有绝对选择性的快速保护原理。n 第20页，此课件共48页哦n不平衡电流不平衡电流n不带制动特性的差动继电器特性不带制动特性的差动继电器特性n带制动线圈的差动继电器特性带制动线圈的差动继电器特性第21页，此课件共48页哦4.4方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护n 闭锁式方向纵联保护是通过比较被保闭锁式方向纵联保护是通过比较被保护线路两端的功率方向，以判断是保护范护线路两端的功率方向，以判断是保护范围内部故障还是外部故障。围内部故障还是外部故障。n 保护采用故障时发信。保护采用故障时发信。第22页，此课件共48页哦一、闭锁式方向纵联保护一、闭锁式方向纵联保护1闭锁式方向纵联保护的基本原理闭锁式方向纵联保护作原理第23页，此课件共48页哦n 闭锁信号由功率方向为负的一闭锁信号由功率方向为负的一侧发出。侧发出。n 在区内故障伴随有通道破坏时，在区内故障伴随有通道破坏时，两端保护仍能可靠跳闸。两端保护仍能可靠跳闸。n 最大优点最大优点第24页，此课件共48页哦闭锁式方向纵联保护的原理接线图区外短路故障；两端供电线路区内短路故障；单电源供电线路区内短路故障。第25页，此课件共48页哦n 对于高频闭锁方向保护若振荡中心位对于高频闭锁方向保护若振荡中心位于被保护线路内，由于两端功率方向为正，于被保护线路内，由于两端功率方向为正，保护会误动。保护会误动。n 采用反应负序或零序功率方向的继采用反应负序或零序功率方向的继电器来防止振荡的影响。电器来防止振荡的影响。第26页，此课件共48页哦3影响方向比较式纵联保护正确动作的因影响方向比较式纵联保护正确动作的因素素n系统非全相运行的影响系统非全相运行的影响n 采用单相重合闸的高压线路，采用单相重合闸的高压线路，在重合闸过程中会出现非全相运行，在重合闸过程中会出现非全相运行，此时负序功率高频闭锁方向保护情此时负序功率高频闭锁方向保护情况与保护用电压互感器的安装位置况与保护用电压互感器的安装位置有关。有关。第27页，此课件共48页哦负序功率高频闭锁方向保护负序功率高频闭锁方向保护n系统在保护系统在保护1处有一相断开处有一相断开nA、A、B点的负序电压、负序电流、点的负序电压、负序电流、负序功率方向负序功率方向n在输电线路两端在输电线路两端A、B负序功率方向负序功率方向同时为负，这和区内短路的情况一同时为负，这和区内短路的情况一样，保护将会误动。样，保护将会误动。第28页，此课件共48页哦负序功率高频闭锁方向保护负序功率高频闭锁方向保护n 将保护用电压互感器的装设位将保护用电压互感器的装设位置移到断相点的线路侧即置移到断相点的线路侧即A点，此时点，此时两端两端A、B负序功率方向一正一负，负序功率方向一正一负，保护不会误动作。保护不会误动作。第29页，此课件共48页哦实际非全相运行状态是一相在两侧同时断开实际非全相运行状态是一相在两侧同时断开的状态，特别是考虑分布电容的影响后，需要分的状态，特别是考虑分布电容的影响后，需要分析有两个断线端口的复杂故障下负序电压、电流析有两个断线端口的复杂故障下负序电压、电流的相位关系，结论同样是：当使用线路侧电压时，的相位关系，结论同样是：当使用线路侧电压时，受电侧功率方向为负，送电侧的负序功率方向为受电侧功率方向为负，送电侧的负序功率方向为正，发出闭锁信号，保护不会误动作；如果使用正，发出闭锁信号，保护不会误动作；如果使用母线电压，两侧的负序功率方向同时为负，保护母线电压，两侧的负序功率方向同时为负，保护将误动作。零序功率方向在非全相运行期间与负将误动作。零序功率方向在非全相运行期间与负序功率方向的特点一致。序功率方向的特点一致。第30页，此课件共48页哦 克服非全相运行期间负序、零序方向纵克服非全相运行期间负序、零序方向纵联保护误动的措施一般是：使用线路侧联保护误动的措施一般是：使用线路侧电压，这也是超高压线路电压互感器装电压，这也是超高压线路电压互感器装于线路侧的主要原因；在两相运行期间于线路侧的主要原因；在两相运行期间退出负序、零序方向元件，仅保留使用退出负序、零序方向元件，仅保留使用工频突变量的方向元件。工频突变量的方向元件。第31页，此课件共48页哦功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对措施功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对措施功率导向电网示意图系统中假设故障发生在线路系统中假设故障发生在线路L1上靠近上靠近M侧侧k点，断路器点，断路器QF3先于先于断路器断路器QF4跳闸。在断路器跳闸。在断路器QF3跳闸之前，线路跳闸之前，线路L2中短路功率由中短路功率由N侧流向侧流向M侧，线路侧，线路L2中中N侧功率方向为负，方向元件不动作，向侧功率方向为负，方向元件不动作，向M侧侧发送闭锁信号。发送闭锁信号。第32页，此课件共48页哦 在断路器在断路器QF3跳闸后跳闸后QF4跳闸前，跳闸前，线路线路L2中的短路功率突然倒转方向，中的短路功率突然倒转方向，由由M侧流向侧流向N侧，这一现象称为功率侧，这一现象称为功率倒向。反应负序、零序和故障分量倒向。反应负序、零序和故障分量的方向元件在短路功率倒向时如果的方向元件在短路功率倒向时如果动作不协调会出现误动作。动作不协调会出现误动作。第33页，此课件共48页哦n 在断路器在断路器QF3跳闸后跳闸后QF4跳闸前，跳闸前，M侧功率方向由负变为正，功率方向元件侧功率方向由负变为正，功率方向元件动作，停止发信并准备跳闸；此时动作，停止发信并准备跳闸；此时N侧的侧的功率方向由正变负，方向元件应立即返功率方向由正变负，方向元件应立即返回并向回并向M侧发闭锁信号，但是可能侧发闭锁信号，但是可能M侧的侧的方向元件动作快，方向元件动作快，N侧的方向元件返回慢，侧的方向元件返回慢，这被称为这被称为“触点竞赛触点竞赛”。第34页，此课件共48页哦 由于这个原因，会有一段时间由于这个原因，会有一段时间两侧方向元件均处于动作状态，两侧方向元件均处于动作状态，M侧没有闭锁信号，造成线路两端的侧没有闭锁信号，造成线路两端的保护误动。如果增加延时返回时间保护误动。如果增加延时返回时间元件元件t1，使发信元件动作后经时间，使发信元件动作后经时间t1延时返回，就可以解决这个问题。延时返回，就可以解决这个问题。时间时间t1要大于两侧方向元件动作与要大于两侧方向元件动作与返回的最大时间差，再加一个适当返回的最大时间差，再加一个适当裕度时间。裕度时间。第35页，此课件共48页哦二、闭锁式距离纵联保护简介二、闭锁式距离纵联保护简介闭锁式距离纵联保护实际上是由两端完整的三段式距离保护附加闭锁式距离纵联保护实际上是由两端完整的三段式距离保护附加高频通信部分组成。高频通信部分组成。第36页，此课件共48页哦n 闭锁式距离纵联保护在被保护闭锁式距离纵联保护在被保护线路内部故障时，具有高频闭锁方线路内部故障时，具有高频闭锁方向保护的特性，能快速切除全线故向保护的特性，能快速切除全线故障；而在相邻线路故障时，又具有障；而在相邻线路故障时，又具有距离保护的特性，能起到后备作用距离保护的特性，能起到后备作用。第37页，此课件共48页哦4.5相位比较式纵联保护相位比较式纵联保护一、工作原理一、工作原理相差高频保护工作原理(a)网络图(b)内部故障时两端电流波形(c)外部故障时两端电流波形第38页，此课件共48页哦第39页，此课件共48页哦二、相差高频保护的构成二、相差高频保护的构成故障启动发信元件故障启动发信元件启动跳闸元件启动跳闸元件发信操作元件发信操作元件收信比较时间元件收信比较时间元件闭锁式纵联电流相位差动保护的原理框图第40页，此课件共48页哦n1、低定值启动发信、低定值启动发信n2、高定值启动比相、高定值启动比相n3、用于控制发信机工作的操作元件：、用于控制发信机工作的操作元件：操作电流经方波形成器去操作发信机，操作电流经方波形成器去操作发信机，在工频电流正半周时发高频方波信号在工频电流正半周时发高频方波信号第41页，此课件共48页哦n4、相差高频保护的比相元件相差高频保护的比相元件n 比相元件实现对间断角和闭锁比相元件实现对间断角和闭锁角的比较角的比较n 它采用积分时间电路，将角度的它采用积分时间电路，将角度的比较转换成时间的比较比较转换成时间的比较第42页，此课件共48页哦n 考虑短路前两侧电动势的相角考虑短路前两侧电动势的相角差、分布电容的影响及高频信号传差、分布电容的影响及高频信号传输延迟等，在区外短路时收到的高输延迟等，在区外短路时收到的高频信号也有一定的时间间隔不连续，频信号也有一定的时间间隔不连续，在区内短路时收到的高频信号不连在区内短路时收到的高频信号不连续的时间间隔也会小于半周波。续的时间间隔也会小于半周波。第43页，此课件共48页哦n5、相位特性和闭锁角、相位特性和闭锁角 n 闭锁角要大于区外短路时的最大闭锁角要大于区外短路时的最大间断角。间断角。n 闭锁角确定后，还需校验区内闭锁角确定后，还需校验区内短路保护动作的灵敏性。短路保护动作的灵敏性。第44页，此课件共48页哦三、相差高频保护的相位特性和相继动作三、相差高频保护的相位特性和相继动作线路内部对称故障时的矢量图这种一侧保护随着另一侧保护动作这种一侧保护随着另一侧保护动作而动作的情况被称为保护的而动作的情况被称为保护的“相继相继动作动作”，保护相继动作的一侧故障，保护相继动作的一侧故障切除时间变慢切除时间变慢。第45页，此课件共48页哦相位特性曲线和闭锁角的选择第46页，此课件共48页哦四、长距离输电线路的分布电容对相差高频保护的影响四、长距离输电线路的分布电容对相差高频保护的影响长距离输电线路的型等值电路由于线路具有分布电容，正常运行和外部短路时线路两端由于线路具有分布电容，正常运行和外部短路时线路两端电流之和不为零，而为线路电容电流，对较短的高压架空线路，电流之和不为零，而为线路电容电流，对较短的高压架空线路，电容电流不大，线路两侧电流之和不大，纵联电流差动保护可电容电流不大，线路两侧电流之和不大，纵联电流差动保护可用不平衡电流的门限值躲过它。对于高压长距离架空输电线路用不平衡电流的门限值躲过它。对于高压长距离架空输电线路或电缆线路，充电电容电流很大，若用门限值躲电容电流，将或电缆线路，充电电容电流很大，若用门限值躲电容电流，将极大的降低灵敏度，所以通常采用电压测量来补偿电容电流。极大的降低灵敏度，所以通常采用电压测量来补偿电容电流。对于一般长度的输电线路，可以将分布参数等值为集中参数。对于一般长度的输电线路，可以将分布参数等值为集中参数。第47页，此课件共48页哦五、对相差高频保护的评价五、对相差高频保护的评价相差高频保护有一系列重要优点，在输电线路相差高频保护有一系列重要优点，在输电线路纵联保护发展过程中起了重要作用，目前在国外仍有纵联保护发展过程中起了重要作用，目前在国外仍有应用。我国实现保护微机化后，因相差高频保护比相应用。我国实现保护微机化后，因相差高频保护比相的分辨率决定于采样率，在采样率为每周期的分辨率决定于采样率，在采样率为每周期20次时，次时，两次采样之间的间隔为两次采样之间的间隔为18，亦即比相的分辨率为，亦即比相的分辨率为18。这大大影响了相差高频保护的性能，因而没有得到应这大大影响了相差高频保护的性能，因而没有得到应用。随着微机保护技术的发展，高采样率硬件在性价用。随着微机保护技术的发展，高采样率硬件在性价比逐渐提高后，微机相差高频保护必将重新得到广泛比逐渐提高后，微机相差高频保护必将重新得到广泛应用。应用。第48页，此课件共48页哦