输电线路全线速动保护.ppt

输电线路的全线速动保护 输电线路全线速动保护 1 全线速动保护的基本概念 2 纵联方向保护的原理及特点 闭锁式 允许式 3 纵联差动保护的基本原理 4 比率制动式纵联差动保护的原理及动作特性 5 纵联保护的通信通道种类及各自特点 6 影响纵联差动保护正确动作的因素 7 闭锁式纵联方向保护需考虑的一些特殊问题 8 功率倒向概念 对方向保护的影响及解决措施 9 工频变化量方向元件基本原理及特点 10 各种纵联保护的逻辑框图 第一节输电线路纵联保护概述 一 引言 纵联保护的提出 1 电流 距离保护的缺陷 反映 一侧电气量 缺陷 二段有延时 无法实现全线速动 220kV难以满足快速性要求 2 反映线路两侧电气量的纵联保护 纵联保护 将线路一侧电气量信息传到另一侧去 两侧电气量同时比较 联合工作的保护 即线路两侧之间有纵向的联系的保护 纵联保护两端比较的电气量可以是流过两端的电流 电流相位和两端功率方向等 比较两端不同电气量的差别构成不同原理的纵联保护 纵联保护特点 可以快速 可靠地区分本线路内部任意点短路与外部短路 达到有选择 快速地切除全线路任意点短路的目的 第一节输电线路纵联保护概述 3 输电线路的纵联保护 反映 两侧 M N 电气量 定义 通信通道 纵向连接 电气量特征对传 比较 判断 跳闸 特点 绝对选择性 无时限跳闸 第一节输电线路纵联保护概述 二 输电线路纵联电流差动保护基本原理 根据基尔霍夫电流定律 线路两侧电流参考方向如上图所示 当线路上没有内部故障时 线路两侧的电流之和为零 即流入线路元件的电流之和为零 当线路有内部故障时 线路两侧电流之和不为零 输电线路纵联电流差动保护的工作原理 当差动电流时 认为是内部故障 保护动作 第一节输电线路纵联保护概述 1 两端电流相量和 三 输电线路两侧电气量的故障特征 正方向 母线 线路 2 两端功率方向 第一节输电线路纵联保护概述 3 两端电流相位特征 假设 阻抗角 电势角相同 4 两端测量阻抗 区内故障 两端ZII 短路阻抗 均启动 区外故障 近端ZII 短路阻抗 不启动 第一节输电线路纵联保护概述 四 纵联保护基本原理 1 纵联电流差动 两端电流相量和特征 2 方向比较式纵联保护 两端功率方向 功率方向元件判断本端功率方向 功率方向为负者发出闭锁信号 闭锁两端保护 闭锁式方向纵联保护 3 电流相位比较式纵联保护 两端电流相位特征 4 距离纵联保护 两端测量阻抗 第一节输电线路纵联保护概述 1 按通道分类 2 按原理分类 导引线 10km 二次电气量 电流差动保护 电力线载波 最广泛 输电线路 要求线路故障时能动 微波 信息量大 光纤 信息量大 抗干扰 近年短线路保护 1 方向比较式纵联保护 功率方向 测量阻抗判断结果 2 纵联电流差动保护 电流波形 相量 相位 方向纵联保护 距离纵联保护 逻辑信号 五 纵联保护基本原理的分类 第一节输电线路纵联保护概述 一 导引线通信 保护原理 电流差动原理 第二节纵联保护通道 二 电力线载波通信 1 原理 功率方向 电流相位 高频信号 50 400kHz 通道 输电线路 相 相 相 地 2 构成 输电线路 阻波器 耦合电容器 连接滤波器 高频收发信机 接地刀闸 第二节纵联保护通道 电力线载波通道又称为高频通道 高频通道 导线 大地 构成输电力线载波通道 优点 最经济 可以只在一相线路上装设 缺点 高频信号的衰耗和受到的干扰都比较大 第二节纵联保护通道 阻波器 高频阻波器 将高频信号限制在本线路内传输 它对高频电流呈现很大的阻抗 对于工频电流 阻波器呈现的阻抗很小 连接滤波器 带通滤波器 使信号频带的高频电流能够顺利通过 阻抗匹配器 避免高频信号在传送过程中发生反射而引起高频能量的附加衰耗 耦合电容器 结合电容器 与连接滤波器共同配合 将高频信号传递到输电线路上 同时使高频收发信机与工频高压输电线路隔离 高频电缆 连接高频收发信机与连接滤波器一般采用同轴电缆高频收发信机 发送和接收高频信号的装置放电间隙 或避雷器 对高频收发信机起过电压保护作用接地刀闸 在调整或检修高频收发信机 连接滤波器时 用它来进行安全接地 3 通道特点及适用保护原理 干扰影响大 实时性差 纵联电流差动 优点 缺点 信号 传递状态信号 功率方向 电流相位 应用 方向比较式 电流相位比较式纵联保护 4 通道工作方式 1 正常无高频电流 故障启动发信方式 2 正常有高频电流 长期发信方式 3 移频方式 f1 f2 第二节纵联保护通道 5 载波信号的种类 允许式方向高频保护 闭锁式方向高频保护 要求 两侧I段有重叠区 第二节纵联保护通道 三 微波通信 频带宽 300 30000MHz 抗干扰 不受线路故障影响 允许 跳闸信号 需中继 40 60km 价格贵 优点 缺点 应用 纵联电流分相差动保护 四 光纤通信 通信容量大 抗干扰 节省金属材料等 需中继 优点 缺点 应用 纵联电流分相差动保护 光纤 第二节纵联保护通道 3 微波通道把需要传送的信息调制成微波信号后 经过空间传播送到对端接收 微波信号的传送距离在50KM左右 超过这个距离需要设微波中继站来转送 微波保护 光信号在光导纤维内传输具有衰耗低 抗干扰能力强 通信容量大 比微波通信提高10万倍以上等优点 目前光纤通信使用的波长为0 85um 1 31um 1 55um 光纤分多模光纤和单模光纤 后者比前者特性好 衰减小 频带宽适用于大容量远距离的通信系统 光纤通信 光纤具有宽带 远距离传输能力强 保密性好 抗干扰能力强等优点 是未来通信网的主要实现技术 第二节纵联保护通道 输电线路的光纤纵差保护 一 光纤通信的特点1 通信容量大2 抗干扰能力强3 原料资源丰富4 线路架设方便 二 光纤通道 1 调制器将要传输的各路信息 调制成适合在光纤信道中传输的脉冲信号 2 光源把调制器输出的脉冲电信号调制成光信号 激光器驱动电路原理图 3 光纤与光缆 用来传送光信号 完成信息传输的任务 由玻璃纤芯 玻璃包层和护套组成 当n2 n1 且光束的入射角度 大于入射临界角时 光波在芯线和包层交界面发生全反射 光束在光纤线中沿Z字形路线前进 不会穿出包层而受到损失 图6 11光纤结构示意图 光缆结构示意图 电力特种光缆 全介质自承式光缆ADSS 架空地线复合光缆OPGW 缠绕式光缆GWWOP 捆绑式光缆AL Lash 相线复合光缆OPPC等 4 光检测器 光检测器用来接收光信号 并将其转换成脉冲电信号 光检测器的主要元件为光电二极管 光电二极管由P型区 N型区 本征区三部分构成 5 解调器对接收信号进行解码和分路处理 同步电路通过检测对侧发送的同步码 使发送与接收侧的信号时钟保持同步 6 光中继器对衰减的光波信号进行放大 并对失真的信号波形进行矫正 使光波信号得到再生 三 光纤纵联电流差动保护的原理 第三节纵联电流差动保护 一 纵联电流差动保护原理 正常 外部故障 内部故障 1 工作原理 基尔霍夫定律 2 保护特性 1 无制动作用 不平衡电流 躲过外部短路最大不平衡电流 躲过最大负荷电流 一侧CT断线 整定 校验 单侧电源最小方式最小短路电流 第三节纵联电流差动保护 2 有制动作用 动作线圈 制动线圈 正常 外部故障 内部故障 动作作用强 制动作用弱 制动作用强 动作作用弱 制动特性 动作电流不是定值 而是随制动电流变化的特性 动作方程 特点 内部短路时提高了灵敏性 外部短路时提高了可靠性 第三节纵联电流差动保护 光纤分相差动保护运用电流差动原理 采用光纤通信作为通信手段构成的保护 性能优越 应用十分广泛 1 光纤差动的原理 1 电流差动元件差动电流制动电流 二 光纤分相差动保护 第三节纵联电流差动保护 动作方程其中 Iset必须躲过正常运行时的最大不平衡电流 1 式为电流差动判据 2 为比率差动判据采用制动特性的原因 动作特性 两段式 第三节纵联电流差动保护 分析内外部故障时保护的动作情况1 内部故障能可靠动作 有绝对的选择性 第三节纵联电流差动保护 分析内外部故障时保护的动作情况2 外部故障可靠的不动作 第三节纵联电流差动保护 2 电容电流对光纤差动的影响线路电容电流属不平衡电流 整定时应躲过其实测值 电容电流较大时可以进行补偿 方法如下 3 保护的总启动元件 电流变化量启动元件 零序过流启动元件 第三节纵联电流差动保护 4 两侧电流的同步测量 同步数据 同步采样 同时刻采样点计算 1 基于数据通道的同步方法 2 基于GPS的同步方法 光纤分相差动保护主要用在110KV及以上的电压等级上作主保护使用 M N 第三节纵联电流差动保护 2 光纤分相差动的逻辑框图 第三节纵联电流差动保护 1 内部故障情况 2 外部故障情况 3 TA断线情况 4 通道异常情况 5 本侧三跳情况 第三节纵联电流差动保护 二 纵联电流相位差动保护原理 区内短路 两侧电流几乎同相 措施 正半周发信 负半周停发 区内 高频电流是间断的 im in im in 区外短路 两侧电流相位几乎反相 区外 高频电流是连续的 理想情况 第三节纵联电流差动保护 区内短路间断角大 区外短路间断角小 间断角 整定闭锁角 确定区外短路的最大间断角 时保护不动 整定 第三节纵联电流差动保护 校验 线路长度的增加 使得闭锁角整定值增大 动作角减小 区内短路最不利情况下保护可能拒动 N端保护先动作跳闸 停止本侧发信 M端保护再动作跳闸 相继动作 M端保护可能不动 第三节纵联电流差动保护 三 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 2 输电线路分布电容的影响 3 过渡电阻的影响 故障分量电流与负荷电流相差不大 负荷电流为穿越性质 降低保护动作灵敏度 线路两端电流之和不为零 为线路电容电流 第三节纵联电流差动保护 1 闭锁式工作原理 闭锁信号 闭锁信号 故障线路 两端功率方向均为正 无闭锁信号 保护动作 非故障线路 功率方向为负的一侧发闭锁信号 将保护闭锁 区内故障伴有通道损坏时 保护能否正确动作 Y 工作方式 正常时无高频电流 区外故障时发闭锁信号 一 纵联方向保护的基本原理 第四节纵联方向保护 2 允许式方向高频保护基本原理 允许式方向高频保护 允许式特点 通道破坏时内部故障保护会拒动 而外部故障不会误动 第四节纵联方向保护 0 0 二 工频故障分量的方向元件 第四节纵联方向保护 正常运行和外部故障时 两侧的突变量功率方向一侧是线路 母线 N侧 另外一侧是母线 线路 M侧 内部故障时 两侧的突变量功率方向为线路 母线 内部故障 外部故障 工频故障分量的方向元件的工作原理 第四节纵联方向保护 故障分量 工频变化量 的方向继电器 内部故障 以M侧保护为例来分析 1 正向短路 线路MN内部故障 有 上式中的 也可以为故障分量中的序分量 所以 第四节纵联方向保护 外部故障 2 反向短路 线路MN外部故障 有 上式中的 也可以为故障分量中的序分量 所以 第四节纵联方向保护 则可推出 正方向元件的动作方程为 反方向元件的动作方程为 引入模拟阻抗ZD 模值为1 角度为系统阻抗角 则有 正向短路时 第四节纵联方向保护 反方向短路时 引入模拟阻抗ZD 动作方程可改写为 正向元件动作方程 反向元件动作方程 第四节纵联方向保护 k1 区内故障 区外故障 1 不受负荷状态影响 2 不受振荡影响 3 不受过渡电阻影响 4 无电压死区 5 有明确的方向性 采用工频故障分量的方向元件有如下特点 第四节纵联方向保护 1 启动元件的设置 微机保护中 启动元件如下 思考 1 设置两个启动元件的原因 第四节纵联方向保护 三 纵联方向保护中的特殊问题 2 先收讯后停讯的原则 延时保护停信 作用 区外故障时 防止启动元件 发讯 与正方向元件动作时间的不配合而造成误动 措施 先收讯10ms才允许正方向停讯 逻辑 参见下图 第四节纵联方向保护 启动元件动作首先发信 此时门7未动作 可经门9发讯 停讯必须满足2个条件 D 不动 D 动作 与门3有输出 表示正向故障 收讯10ms后 与门4有输出两个条件满足 与门7有输出 经反向器闭锁门9 停止发讯 区内故障a D 不动 D 动作 与门3有输出 表示正向故障 b 先收讯10ms后 无闭锁信号 与门5有输出 满足这2个条件 判为内部故障 与门8有输出 可以跳闸 第四节纵联方向保护 3 远方启动 作用 防止靠近故障侧的启动元件由于某种原因拒动而使正方向保护误动 方便手动检查通信通道 措施 发信机既可以由启动元件启动 也可以由接受到的运方信号启动参见上图 T1 与1 4 其它保护停信 5 开关位置停信和弱馈线路 6 功率倒方向 基本概念 环网外部故障时 短路功率的方向可能发生转换 简称功率倒向 参见下图说明 第四节纵联方向保护 收信 对保护影响 可能误动 要求 倒向过程中不应失去闭锁信号 措施 增设功率倒向判别回路 如下图 第四节纵联方向保护 四 闭锁式纵联保护原理框图 1 保护程序流程图 第四节纵联方向保护 2 保护未启动时的逻辑框图 主要实现通道试验 远方起信逻辑 进行通道试验时就可把两侧保护 收发信机和通道一起进行检查 逻辑如下图 第四节纵联方向保护 3 保护启动后的逻辑框图 第四节纵联方向保护 1 保护启动后逻辑动作行为分析 正常运行时 区内故障时 区外故障时 本装置其它保护动作或外部保护动作时 三相跳闸固定回路动作或三相TWJ均动作且无流时 第四节纵联方向保护 2 允许式纵联方向保护逻辑 补充 允许式纵联的基本原理参见下图 在功率方向为正的一端向对端发送允许信号 此时每端的收信机只能接收对端的信号而不能接收自身的信号 每端的保护只有在正方向元件动作并且接收到允许信号后才能动作于跳闸 第四节纵联方向保护 基本逻辑 说明 通