继电保护新原理与新技术.pptx
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1、线路保护部份线路保护部份1.光纤电流纵差保护原理光纤电流纵差保护原理2.工频变化量阻抗继电器工频变化量阻抗继电器3.工频变化量方向继电器工频变化量方向继电器4.以正序电压作为极化量的阻抗继电器和电抗继电器构成的距离保护以正序电压作为极化量的阻抗继电器和电抗继电器构成的距离保护5.振荡闭锁新原理振荡闭锁新原理6.单侧电源线路上发生短路防止纵联保护拒动的措施单侧电源线路上发生短路防止纵联保护拒动的措施7.在有串联补偿电容线路上线路保护的对策在有串联补偿电容线路上线路保护的对策第1页/共133页光纤电流纵差保护原理以母线流向被保护线路方向为正方向动作电流(差动电流)为制动电流为动作电流与制动电流对应
2、的工作点位于比率制动特性曲线上方,继电器动作。第2页/共133页输电线路电流纵差保护原理线路内部短路动作电流 制动电流因为 继电器动作。凡是在线路内部有流出的电流,都成为动作电流。第3页/共133页输电线路电流纵差保护原理线路外部短路 动作电流制动电流因为 继电器不动。凡是穿越性的电流不产生动作电流,只产生制动电流。第4页/共133页输电线路电流纵差保护的主要问题 电容电流的影响 电容电流是从线路内部流出的电流,因此它构成动作电流。由于负荷电流是穿越性的电流,它只产生制动电流。所以在空载或轻载下电容电流最容易造成保护误动。解决方法:提高起动电流定值 必要时进行电容电流补偿第5页/共133页输电
3、线路电流纵差保护的主要问题 重负荷情况下线路内部经高电阻接地短路,灵敏度可能不够。负荷电流是穿越性的电流,它只产生制动电流而不产生动作电流。经高电阻短路,短路电流 很小,因此动作电流很小 因而灵敏度可能不够。解决方法:采用工频变化量比率差动继电器和零序差动继电器第6页/共133页输电线路电流纵差保护的主要问题 TA断线,差动保护会误动。为了在单侧电源线路内部短路时电流纵差保护能够动作,因此差动继电器在动作电流等于制动电流时应能保证动作。这样在一侧TA断线时差动保护会误动。解决方法:采取措施防止TA断线时差动继电器误动。第7页/共133页输电线路电流纵差保护的主要问题 由于两侧TA暂态特性和饱和
4、程度的差异、二次回路时间常数的差异在区外故障或区外故障切除时出现差动电流(动作电流),容易造成差动继电器误动。解决方法:提高比率制动特性的起动电流和制动系数。在制动量上增加浮动门槛。第8页/共133页输电线路电流纵差保护的主要问题 两侧采样不同步,造成不平衡电流的加大。线路纵差保护与元件保护中用的纵差保护不同,线路纵差保护两侧电流是由不同装置采样的。两侧电流采样时间不一致,使动作电流不是同一时刻的两侧电流的相量和,最大的误差是相隔一个采样周期(931保护是0.833ms,折合工频电角度为 )。这将加大区外故障时的不平衡电流。解决方法:使两侧采样同步,或进行相位补偿。第9页/共133页931保护
5、中差动继电器的种类和特点工频变化量分相差动继电器的构成 动作电流 制动电流 取为定值单中差动电流高定值、4倍实测电容电流和 中的最大值。由于 大于电容电流,依靠定值躲电容电流影响.第10页/共133页931保护中差动继电器的种类和特点 工频变化量差动继电器的特点不受负荷电流的影响。因此负荷电流不会产生制动电流。受过渡电阻的影响也较小。在单侧电源线路上发生短路,只要短路前有负荷电流,短路后无电源侧的工频变化量电流也会形成动作电流。由于上述原因该继电器很灵敏。提高了重负荷线路上发生经高电阻短路时的灵敏度。第11页/共133页931保护中差动继电器的种类和特点稳态段分相差动继电器的构成 动作电流 制
6、动电流 取为定值单中差动电流高定值、4倍实测电容电流和 中的最大值。依靠 定值躲电容电流。第12页/共133页931保护中差动继电器的种类和特点稳态段分相差动继电器的构成 动作电流 制动电流 取为定值单中差动电流低定值、1.5倍实测电容电流和 中的最大值。依靠定 值躲电容电流。经40ms延时动作。第13页/共133页931保护中差动继电器的种类和特点零序差动继电器的构成 动作电流 制动电流 为定值单中零序起动电流定值。经100ms延时动作。零序差动继电器本身无选相功能,所以再另外用稳态分相差动继电器选相。两者构成与门。第14页/共133页931保护中差动继电器的种类和特点 零序差动继电器的特点
7、由于不反应负荷电流,所以负荷电流不产生制动电流。受过渡电阻的影响较小。因此在重负荷线路上发生经高电阻短路时灵敏度较高。第15页/共133页931保护中差动继电器的种类和特点与零序差动继电器配合使用作为选相用的稳态分相差动继电器的构成 动作电流 为经过电容电流补偿后的差动电流。制动电流 为 、0.6倍实测电容电流和 中的最大值。制动 系数仅取为0.15。第16页/共133页931保护中差动继电器的种类和特点 选相用稳态分相差动继电器特点由于 值和制动系数值都取得很小,所以该继电器很灵敏。不会影响零序差动继电器的灵敏度。由于 比电容电流小,故动作电流要经电容电流补偿。当计算电容电流与实测电容电流相
8、差较大时、判断TV断线时、判断电容电流很小时,动作电流不再进行电容电流的补偿。为防止电容电流的影响,将初始动作电流由 抬高到 。因为电容电流的补偿要用到TV的电压和线路容抗的定值,而这些值现在可能是不正确的。第17页/共133页931保护中差动继电器的种类和特点 选相用稳态分相差动继电器特点判别计算电容电流与实测电容电流相差较大的条件 或 式中 为实测电容电流。上式说明可能整定 的 值有错。或 式中 为TA二次额定电流。该式说明电容电 流还比较大。与式构成与 门。满足条件,不进行电容电流的补偿,而通过抬高起动电流定值来躲过电容电流的影响。第18页/共133页931保护中差动继电器的种类和特点
9、选相用稳态分相差动继电器特点判别电容电流很小的判据 及 满足上两判据说明电容电流很小,不需进行电容电流的补偿。但为了在空载电容电流作用下该继电器不误动,将起始动作电流由 抬高到 。因为电容电流很小,该 值也不是很大,不会影响线路内部短路灵敏度。第19页/共133页电容电流的补偿 其中故而第20页/共133页在64kb/s通信接口的条件下,实现了每周12点采样数据的传输,而其他差动保护每周仅传输46点。每周12点的采样数据保证了差动继电器工作的正确性和工频变化量差动继电器的实现。在2Mb/s通信接口的条件下,实现了每周24点采样数据的传输及差动计算。采样数据的传输第21页/共133页经差动开放的
10、远方跳闸 装置接收到对侧的分相跳闸信号,用本侧的高灵敏度的差动继电器作为就地判据跳对应相。高灵敏度的差动继电器就用零差中的选相用的经电容电流补偿的分相差动继电器。第22页/共133页防止TA断线误动的措施差动保护部分的计算,包括:差动继电器的计算、逻辑程序和出口程序都在故障计算程序中进行。也可以说只有起动元件起动后才投入差动保护。起动元件如果不起动,在正常运行程序中差动保护根本没有计算,相当于差动保护没有投入。第23页/共133页防止TA断线误动的措施 防止TA断线误动的措施是:只有在两侧起动元件均起 动,两侧差动继电器都动作的条件下才能发出跳闸命令。为此,每一侧差动继电器动作后都要向对侧发一
11、个允许 信号。差动保护要发跳闸命令必须满足如下条件:本侧起动元件起动 本侧差动继电器动作 收到对侧差动动作的允许信号 这样当一侧TA断线,由于电流有突变或者有零序电流,起动元件可能起动,差动继电器也可能动作。但对侧没 有断线,起动元件没有起动。差动继电器没有进行计算,不能向本侧发差动动作的允许信号。所以本侧不误动。第24页/共133页长期有差流的装置异常信号 在TA断线时应发长期有差流的装置异常信号。为此在 正常运行程序中加一个有压差流元件。该差流元件就用 选相用的稳态分相差动继电器,该继电器十分灵敏。可 有效地检测出出现差电流的异常情况。有压差流元件的动作条件:差流元件动作 差流元件的动作相
12、或动作相间电压 、上两条件与门经10秒延时发长期有差流信号。第一个条件说明有差电流,第二个条件说明系统无故 障,满足这两个条件说明可能是TA断线,也可能是电 流的数据采集通道有故障。第25页/共133页长期有差流的装置异常信号在TA断线侧如果起动元件没有起动(例如空载情况下发生断线),在正常运行运行程序中有压差流元件动作,10秒后发长期有差流信号。如果起动元件起动了,程序进入故障计算程序。在该程序中,由于收不到对侧允许信号保护不会误动。起动元件连续7秒不动作,返还正常运行程序。再经10秒后发长期有差流信号。在TA未断线侧在正常运行程序中10秒后也可发出长期有差流信号。第26页/共133页长期有
13、差流的装置异常信号 装置发了长期有差流的信号后如果TA断线闭锁差动控制字 则闭锁差动保护。如果TA断线闭锁差动控制字 则不闭锁差动保护。但是将差动继电器的定值抬高到 TA断线差流定值。第27页/共133页弱电侧电流纵差保护存在的问题当有一侧是弱电源侧或无电源侧,在线路内部短路时,无电源侧起动元件可能不起动。例如无电源侧变压器中性点不接地,短路前线路空载,短路后由于既无电流突变量又无零序电流,起动元件不动作。起动元件不动作,程序在正常运行程序。此时无电源侧差动继电器没有进行计算,不会向对侧发允许信号。导致电源侧电流纵差保护拒动。为解决该问题,931保护中增加一个低压差流起动元件。第28页/共13
14、3页低压差流起动元件除两相电流差突变量起动元件、零序电流起动元件和不对应起动元件外,931保护再增加一个低压差流起动元件。低压差流起动元件起动条件 差流元件动作。该差流元件就是选相用的 稳态分相差动继电器。差流元件的动作相或动作相间电压 、。收到对侧的允许信号。第29页/共133页低压差流起动元件这样在空载线路上发生短路时,如果无电源侧变压器中性点又不接地,使电流突变量和零序起动元件没有起动。但无电源侧由于:差流元件动作。差流元件动作相和动作相间的电压就是短 路点的电压。该电压低于0.6倍额定电压。电源侧短路后起动元件能起动,差动继电 器动作,向无电源侧发允许信号。所以无 电源侧能收到允许信号
15、。满足上述三个条件无电源侧差流起动元件起动,在故障计算程序中差动继电器动作。向电源侧发允许信号。所以电源侧电流纵差保护可以动作发跳闸命令。第30页/共133页在N侧断路器处于三相跳闸状态下线路上发生短路。N侧所有起动元件都不会起动,故而N侧无法向M侧发允许信号,导致M侧电流纵差保护拒动。为此采取当三相 时发允许信号的措施。这样当线路上发生短路时,对侧电流纵差保护就可以动作。三相 发允许信号的作用第31页/共133页对付两侧TA特性不一致的措施如果两侧TA的暂态特性不相同、两侧TA饱和特性不同以及两侧二次回路时间常数不同将可能导致区外短路或区外短路切除时电流纵差保护误动。解决的措施是 所有差动继
16、电器(除选相用的差动继电器外)均采用较高的制动系数0.75。差动继电器的动作方程中均采用自适应的浮 动制动门槛。第32页/共133页同步采样线路两侧两套装置采样时刻不可能完全相同。最大的采样时刻误差为一个采样周期。931保护的采样频率为 ,采样周期为 ,折合工频电角度 。区外短路时两个相差 的相量相减将产生不平衡电流。解决的办法是:使两侧装置同步采样。求出两侧采样时刻差对应的工频电角度,然 后进行相位补偿。931保护采用同步采样方法。第33页/共133页同步采样装置刚上电时,或测得的两侧采样时间差 超过规定值时,启动一次同步过程。在同步过程中测量信号传输延时 ,并计算两侧采样时间差 。然后由从
17、机将采样时刻作多次的小步幅调整,直到两侧采样同步为止。在同步过程中两侧电流纵联差动保护自动退出。但由于每次仅作小步幅调整,所以其它保护仍旧能正常工作,不必退出。第34页/共133页同步采样在正常运行中一直在测量两侧采样时间差 。当测得的 大于步幅调整的时间时,从机立即将采样时刻作小步幅调整。由于此时 的值很小,对保护没有影响,故作这种调整时电流纵差保护仍然是投入的。第35页/共133页工频变化量阻抗继电器工频变化量阻抗继电器重叠原理的应用重叠原理的应用第36页/共133页工频变化量继电器的基本关系式工频变化量继电器的基本关系式正向短路基本关系式正向短路基本关系式第37页/共133页工频变化量继
18、电器的基本关系式工频变化量继电器的基本关系式反向短路基本关系式反向短路基本关系式第38页/共133页工频变化量阻抗继电器的构成工频变化量阻抗继电器的构成用于构成快速的距离用于构成快速的距离段段其动作方程为:其动作方程为:UopUop为保护范围末端电压为保护范围末端电压,代表保护范围代表保护范围末端电压变化量大于末端电压变化量大于 时继电器动作时继电器动作,否则不动作。否则不动作。对相间阻抗继电器对相间阻抗继电器对接地阻抗继电器对接地阻抗继电器 为动作门槛,取故障前工作电压的记忆为动作门槛,取故障前工作电压的记忆量。量。第39页/共133页工频变化量阻抗继电器工作原理工频变化量阻抗继电器工作原理
19、正向短路正向短路正向区内短路正向区内短路正向区外短路正向区外短路第40页/共133页工频变化量阻抗继电器工作原理工频变化量阻抗继电器工作原理反向短路反向短路第41页/共133页工频变化量阻抗继电器工作原理工频变化量阻抗继电器工作原理工频变化量阻抗继电器动作方程为工频变化量阻抗继电器动作方程为用用 代替代替 故动作方程为故动作方程为第42页/共133页正向短路动作特性正向短路动作特性正向短路时正向短路时姑且把从短路点到保护安装处的阻抗姑且把从短路点到保护安装处的阻抗 (含过含过渡电阻附加阻抗在内渡电阻附加阻抗在内)称做工频变化量阻抗继电称做工频变化量阻抗继电器的测量阻抗器的测量阻抗 ,上两式成为
20、,上两式成为:第43页/共133页正向短路动作特性正向短路动作特性代入动作方程得到代入动作方程得到转换成相位比较动作方程转换成相位比较动作方程该方程对应的动作特性是以该方程对应的动作特性是以 和和 两点连线为直径的圆两点连线为直径的圆。第44页/共133页正向短路动作特性正向短路动作特性当当 落在圆内继电器动作落在圆内继电器动作保护过渡电阻的能力很强,保护过渡电阻的能力很强,该能力有很强的自适应功能。该能力有很强的自适应功能。由于由于 与与 相位相位相同,所以过渡电阻附加阻相同,所以过渡电阻附加阻抗是纯阻性的。因此区外短抗是纯阻性的。因此区外短路不会超越。路不会超越。正向出口短路没有死区。正向
21、出口短路没有死区。正向出口短路动作速度很快。正向出口短路动作速度很快。保护背后运行方式越大保护背后运行方式越大,本,本线路越长,动作速度越快。线路越长,动作速度越快。系统振荡时不会误动,不必系统振荡时不会误动,不必经振荡闭锁控制。经振荡闭锁控制。适用于串补线路。适用于串补线路。第45页/共133页 正向出口短路动作速度很快正向出口短路动作速度很快 图中图中 为保护背后电源阻抗,为保护背后电源阻抗,为继电为继电器整定阻抗。正向出口发生短路,短路点电压变化器整定阻抗。正向出口发生短路,短路点电压变化 。连接。连接 线并引长交线并引长交 点垂线于点垂线于 点。则点。则 线为保护范围末端电压变化量线为
22、保护范围末端电压变化量 。显见,短。显见,短路点越近保护安装处、路点越近保护安装处、越短、越短、线越长,动线越长,动作量作量 比制动量比制动量 大得越多。大得越多。,继电器动作越快。最快可达到,继电器动作越快。最快可达到 。现现场曾有场曾有 动作于出口的记录。动作于出口的记录。第46页/共133页反向短路动作特性反向短路动作特性反向短路时反向短路时反方向短路时反方向短路时,姑且把从短路点到保护安装处的阻抗姑且把从短路点到保护安装处的阻抗 (含过渡电阻附加阻抗在内含过渡电阻附加阻抗在内)称做工频变化量阻抗继称做工频变化量阻抗继电器的测量阻抗的负值电器的测量阻抗的负值 ,即,即 则上两则上两式成为
23、式成为:第47页/共133页反向短路动作特性反向短路动作特性代入动作方程代入动作方程转换成相位比较动作方程转换成相位比较动作方程该动作方程对应的动作特性是以该动作方程对应的动作特性是以 和和 两两点连线为直径的圆点连线为直径的圆。第48页/共133页反向短路动作特性反向短路动作特性反向短路时反向短路时 落在第落在第象限,进入不象限,进入不了圆内。因而继电器不了圆内。因而继电器不会误动。而有良好的方会误动。而有良好的方向性。向性。第49页/共133页工频变化量方向继电器工频变化量方向继电器(RCS-901)工频变化量方向继电器测量电压、电流故障分量的相位。正方向元件的测量相角为:反方向元件的测量
24、相角为:动作方程为:第50页/共133页正方向故障时:反方向故障时:工频变化量方向继电器工频变化量方向继电器第51页/共133页工频变化量方向继电器工频变化量方向继电器在正方向方向元件中引入补偿阻抗在正方向方向元件中引入补偿阻抗 ,其值为:,其值为:引入补偿阻抗引入补偿阻抗 是为了在保护背后运行方式很大时是为了在保护背后运行方式很大时,在正方向长线路末端短路在正方向长线路末端短路,正方,正方向方向元件能可靠动作。向方向元件能可靠动作。第52页/共133页工频变化量方向继电器特点工频变化量方向继电器特点 在RCS-901中构成纵联方向保护。测量的角度与故障类型无关,与运行方式无关,只与故障方向有
25、关。即使非全相运行,该性能也 不变。在负荷端方向继电器动作行为也正确。测量的角度只与短路方向相反一侧的电源等值阻 抗的阻抗角有关。因而与过渡电阻大小无关。与 负荷电流大小无关。不反映系统振荡,灵敏度高。因而用它构成的纵联保护可始终投入,而不是仅投入20-30ms 正、反方向元件相配合,提高安全性 适用于串补线路 动作速度510ms第53页/共133页三段式距离保护三段式距离保护阻抗继电器由正序电压极化阻抗继电器由正序电压极化,因而对不对称短路有较大的保护过渡电阻的能,因而对不对称短路有较大的保护过渡电阻的能力;力;接地阻抗继电器接地阻抗继电器相间阻抗继电器相间阻抗继电器低压距离低压距离 当正序
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