超高压线路保护基础.pptx
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1、典型配置举例 保护类型LFP901(RCS901)RCS931APSL601ACSL101A全线速动主保护纵联变化量方向纵联零序方向纵联分相差动纵联零序差动能量积分方向、阻抗方向、零序方向纵联距离纵联零序快速独立主保护工频变化量阻抗工频变化量阻抗快速距离保护无相间距离保护三段式三段式三段式三段式接地距离保护三段式三段式三段式三段式零序保护两段零序两段零序四段式重合闸自动重合闸自动重合闸自动重合闸自动重合闸第1页/共30页500kv线路保护配置 500kv线路主后保护的配置基本同200kv线路保护,也按照双重化进行配置及整定。但由于500kv输送功率更大,距离长,安全稳定问题严重使得500kv线
2、路保护的配置要求更高,主要表现在对动作速度要求更高,对全线速度主保护的通道要求更高,对躲过渡电阻的能力要求更高。对于同塔双回线路当发生跨线异名相瞬时故障不允许双回线同时跳闸时,配置分相电流差动或其他具有跨线故障选相功能的全线速动保护,以减少同杆双回线路同时跳闸的可能性。对于装设串联补偿电容的线路采用特定型号的保护。500kv线路的重合闸及断路器失灵保护一般放在断路器保护中,采用单相重合闸。典型配置基本同220kv保护配置,不带重合闸。构成时,纵联保护往往采用允许式纵联保护及光纤纵差保护。由于500kv一般采用3/2接线,在保护二次回路上同双母线的方式有较大区别(如无电压切除,电流采用和电流等)
3、第2页/共30页超高压线路主保护 超高压线路主保护主要由全线速动主保护及快速独立主保护构成,全线速动主保护为了能够达到在本线路任何一点故障快速动作必须将线路两侧的电气量信息进行比较才能达到快速、正确区分区内外故障的目的。目前包括以下类型的全线速动主保护:A快速纵联保护:导引线保护(极少用)、高频保护、光纤纵联保护B光纤电流纵差保护第3页/共30页快速纵联保护 快速纵联保护是在故障时由线路两侧的纵联保护对本侧的电气量进行测量计算得到故障性质(如故障方向、位置等),并将判断结果(以某种信号的方式)通过某种通道(输电线、光纤等)传到对侧及接收对侧信号并和本侧判断结果进行比较,从而区分故障是否在本线路
4、,决定如何动作。根据信号的类型可分为闭锁式、允许式和直接跳闸式根据信号传送的通道类型可分为:导引线纵联、高频保护、光纤纵联保护等根据构成原理可分为:纵联方向、纵联距离、纵联零序方向、纵联差动等第4页/共30页高频载波通道 高频载波通道是高频保护的重要部分,直接关系着高频保护能否正确动作。高频通道由阻波器、耦合电容器、结合滤波器、高频电缆、收发讯机、及高压线路组成。高频信号可通过一相和大地或两相之间进行耦合形成“相地制”或“相相制”的工作方式。一般220kv线路采用相地耦合方式的专用载波通道,用单频制工作;而500kv大多采用相相制,且由于通道少只能和其它通信通道进行合用通道形成复用载波通道。高
5、频阻波器是一个由电感和电容构成的并联谐振回路,使工作频率的高频信号限定在本线路传输而不至于分流。阻波器的损坏将可能引起衰耗增大是通道不能正常工作。耦合电容器将高频信号耦合到高压线路上,隔离工频高电压。结合滤波器连接耦合电容器及通过高频电缆和收发信机连接,实现传输通道与电力线载波设备之间的阻抗匹配,实现高压设备与载波设备间的电气隔离。高频电缆连接载波设备和结合滤波器,目前广泛使用75的高频同轴电缆。高频通道对高频保护非常重要,关于高频通道的常见故障及异常处理见技能操作模块的相关部分。对复用载波通道:一般载波机提供保护装置2个快速命令(A、B)2个慢速命令(C、D)主保护利用A或B命令,远跳利用C
6、命令,稳定装置利用D命令第5页/共30页纵联方向保护原理 闭锁式纵联方向保护由启动元件、方向元件配合收发信机进行工作。在通道中传送的是闭锁信号,当两侧任一侧收到闭锁信号时闭锁保护动作于跳闸,因此闭锁式纵联保护若要动作出口的必要条件是收不到闭锁信号。传送闭锁信号的通道大多数是专用载波通道,也可用光纤通道来传送。第6页/共30页闭锁式工作的基本原理如下:正常时保护启动元件不启动,保护不动作;区外故障时(如NP线路故障),MN两侧保护首先同时发信(约10ms左右)防止误动,然后M侧保护方向元件判为正方向停止发信,N侧保护2判为反方向继续发信使M侧保护闭锁,从而不会误动;区内故障时(NP线路故障),N
7、P两侧保护仍然首先同时发信防止信号未及时送到对侧而误动,然后两侧方向元件均判为正方向而停信,两侧均判为正反向都收不到闭锁信号从而快速跳闸切除故障。实际构成时许多厂家的纵联方向保护同时设置了反方向元件并和正方向元件一起配合工作使保护装置更可靠,如图保护判为正方向需F+动作且F-不动作。在后面将专门介绍方向元件的要求和配合关系。第7页/共30页纵联方向保护的主要元件是方向元件,一般为专用的方向元件,典型方向元件包括工频变化量方向元件(LFP901),能量积分方向元件(PSL601),零序方向元件,负序方向元件等。这些方向元件都很灵敏,在检验时需在规定的范围内方向元件能动作,如LFP901检验按照1
8、.2倍距离II段检验。另由于均需要电压作参考量,所以在TV断线时这些元件均不能正常工作,纵联方向保护将退出,因此需及时处理。从工作原理可以看出,在区内发生故障时,即便同时发生通道故障导致通道中断而不会引起闭锁式纵联保护拒动,这是它的优点。但同时闭锁式纵联方向保护需要在区外故障时由反方向一侧发闭锁信号闭锁正方向一侧的保护,此时若通道由于各种原因未能正确传输信号将可能导致纵联保护误动,因此闭锁式的纵联保护更易误动,如区外故障时若方向元件未正确判方向、收发信机故障未正确发信或对侧未收到闭锁信号、高频通道故障使高频信号阻断等都将造成误动,这是它的缺点,在工作中应尽量避免上述情况出现。调试时对方向元件应
9、检验方向元件的灵敏性和正反方向出口的动作行为。第8页/共30页保护和收发信机配合在闭锁式纵联保护工作过程中,保护和收发信机需要进行配合,一般收发信机的收发信及通道检查等均由保护控制。主要包括下面几个内容:保护发信逻辑、远方起动发信逻辑、通道检查逻辑及停信逻辑。(1)保护发信:保护起动后在整组复归前将会发信,停信元件动作后才停止发信。(2)远方起动发信:为了提高被保护线路两侧闭锁式纵联保护装置配合工作的可靠性,防止保护误动及方便闭锁式通道的检查设置了远方起动发信逻辑。所谓远方起动发信指收发信机在收到信号后将自身的收发信机也起动起来并实现自保持,这样会造成远方起动发信后就一直发信,因此设置了10s
10、后自动解环的措施(解除发信自保持)。第9页/共30页保护和收发信机配合(3)通道检查逻辑:闭锁式高频通道由于正常时不发信所以不能时刻监视通道是否正常,为了能定时监视通道,保护装置往往设置了通道试验程序,通过按通道试验按钮进行检验。以LFP(RCS)900系列为例:对闭锁式通道,正常运行时进行通道信号交换,由人工在保护屏上按下通道试验按钮,本侧发讯,收讯后停止本侧发讯。对侧收到讯号后,由远方起动发讯回路向本侧发讯,因此,本侧连续收讯,经秒后,本侧发讯再次起动,连续秒后停止发讯。如由对侧人工进行通道试验,则本侧收讯后,立即由远方起讯回路向对侧发讯,秒后停止。第10页/共30页(4)停信逻辑:在闭锁
11、式纵联保护中有多种情况可以停信以满足故障时正确跳闸。包括正方向元件停信、其它保护动作停信、本保护动作停信、断路器位置停信和弱馈保护停信等方式。正方向元件动作停信:其作用是在区内故障时两侧保护正方向元件动作停信后快速切除故障;其它保护停信:一般是母差保护动作停信,作用是使对侧高频闭锁保护能加速动作跳闸。典型情况是当本侧断路器和电流互感器之间故障,母差保护正确动作跳开本侧断路器时,但故障并未切除;当母线故障,母差保护正确动作,但本侧断路器失灵拒动时。本保护动作停信:有两种情况,其一当本保护装置的后备动作而纵联保护正方向元件没有动作时,停信加速对侧纵联保护跳闸;其二在本线路上发生区内故障,对侧的纵联
12、保护正方向元件动作灵敏度不够,本侧跳开后停信可使对侧相继速动。三跳位置停信:其作用是在断路器跳开的情况下使收发信机处于停信状态,解除远方起动发信元件的作用。典型情况是手动充电合闸于故障时,对侧在三跳位置,停信解除远方起动使本侧能快速跳闸,否则将会被对侧的远方起动信号误闭锁。弱馈保护停信:所谓弱馈保护指线路的弱电源侧或无电源侧,在区内发生故障时,由于是弱电源或无电源则使正方向元件灵敏度不够,使纵联保护拒动,因此设置弱馈保护解决上述问题。在区内发生故障时,对闭锁式纵联保护,弱馈可以快速停信,给强电侧一个回馈信号使强电侧能跳闸,并通过控制字选择弱侧是否跳闸。弱馈在弱电源侧反方向时不应动作,且在强电源
13、侧反方向故障时也不应误动,因此弱馈需采取相应措施解决。对专用闭锁式的弱馈保护,在线路两侧只能投入一侧。第11页/共30页其它另在平行双回线当一回线路故障被切除后将引起功率倒向,纵联方向保护通过正反方向元件的配合及相关软件逻辑来保证在功率倒向时不会使另一回线路被误跳。纵联方向保护的收发信由收发信机来完成,所以收发信机和保护的接口便非常重要。收发信机的原理请参看厂家技术文档,尤其对保护和收发信机的接口应重视。收发信机和保护的接口有单接点和双接点方式。单接点方式保护只有发信接点控制收发信机的发信和停信,不发信即停信;双接点方式则需通过发信和停信两个接点控制,停信需发信和停信均有信号才停信,一般采用单
14、接点方式。另对光纤通道的远方信号传输装置也存在类似的接口。第12页/共30页纵联距离保护原理 下边以闭锁式纵联距离保护为例说明其工作原理闭锁式纵联距离保护的基本原理及绝大多数逻辑同纵联方向保护类似,如保护启动发信逻辑、远方启动发信逻辑、通道检查逻辑、正方向停信逻辑、其它保护停信逻辑、功率倒向逻辑等均相同。主要区别在于判断故障方向的元件由具有方向性的阻抗继电器构成,而阻抗继电器同时又具有保护范围较稳定的优点,所以闭锁式纵联距离充分利用了阻抗继电器的这两个优点而构成,通过设定阻抗继电器的保护动作范围便构成了所谓的超范围和欠范围纵联距离保护。闭锁式的纵联距离保护仍然应防止区外误动。同时应保证阻抗继电
15、器的方向性、灵敏性、及躲过渡电阻能力。第13页/共30页允许式纵联保护允许式纵联保护的工作原理同闭锁式类似,国内的允许式纵联保护均使用超范围式纵联保护。允许式纵联保护是由线路两侧的方向元件分别对故障的方向作出判断,然后通过通道允许信号作出综合的判断,即对两侧的故障方向进行比较以决定是否跳闸。允许式纵联保护在区内故障时两侧互发允许信号,区外故障时反方向侧不发允许信号,工作逻辑正好和闭锁式相反。但需注意的是,在向对侧发允许信号时,本侧只能接收对侧的允许信号,不能接收本侧自身的允许信号,这点和闭锁式不同,所以允许式的纵联保护其通道一般采用复用载波通道和光纤通道,为双频制,闭锁式则为单频制。允许式的方
16、向元件可以采用和闭锁式一样的方向元件,工作逻辑中让保护跳闸的元件则变为发信元件(闭锁式为停信元件),对应的也有正方向元件动作发信、其它保护动作发信(主要是母差)、本保护动作发信(后备保护动作发信、三跳位置发信等)、弱馈保护发信。允许式纵联保护仍需采取相关措施防止在功率倒向时误动。第14页/共30页光纤电流纵差保护 随着光纤通信技术的发展,光纤电流纵差保护由于有比传统纵联保护更多的优点而得到了广泛的应用成为超高压线路保护的发展趋势。光纤电流差动保护的工作原理不同于方向纵联保护,它并不是通过判断故障方向来进行本线路的选择,而是利用流入线路和流出线路的电流相量和进行选择(即基尔霍夫电流定理),因此光
17、纤电流纵差保护和变压器的差动保护类似,通过光纤通道将两侧TA连接在了一起,从而将整个线路当成了象变压器或发电机一样的元件来完成差动保护,自然具有差动保护的各种优点。第15页/共30页光纤电流差动保护优点相比于纵联方向保护有如下优点:(1)基于基尔霍夫电流定理,其原理简单,整定简单、保护可靠(2)采用分相电流计算差电流,具有天然的选相功能。(3)不需要振荡闭锁,任何时候发生故障均能快速切除故障。(4)不需要考虑功率倒向。(5)不受TV断线影响,而方向保护均要受TV断线影响。(6)躲过渡电阻能力强。(7)特别适用于短线路、串补线路和T形接线。(8)自带弱馈保护、自适应于系统运行方式的变化。(9)通
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