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220kv线路保护配置方案 许继wxh 802 3a微机线路保护简介 引言 基本概念 1 电力系统 指由发电 输电 变电 配电 用电设备及相应的辅助系统组成的电能生产 输送 分配 使用的统一整体 2 输电线路 各个电压等级的输电线路是电力系统中联系发电系统和配电系统的纽带 线路故障则会直接导致系统失稳和停电 3 线路保护 当线路故障时能灵敏的 有选择的 可靠的并快速的切除故障的设备 线路保护配置要求随电压等级的升高而升高 引言 基本概念 4 故障特点 输电线路故障时 基本的电气特点 电流增大 电压降低 线路保护的配置方案都是以此为基础的 5 故障方向 目前国内线路保护的正方向 都是遵从从母线指向线路 正方向的确立线路保护能否保证其选择性的基础 6 故障类型 由于高压输电线路地理位置的原因 外力因素 雷击 树木 人力等等 导致的故障占多数 220kv线路保护配置 原则 1 在任何时刻 电力系统中任一设备 元件和线路都不能没有保护 而任一种保护装置都有其原理上的缺陷 都有损坏或失效的可能 从而不能保证一刻不停地提供绝对可靠和完善的保护 因此一个设备或一条线路必须有由几个保护装置组成的保护系统进行保护 组成保护系统的方案叫作保护配置方案 2 对于电网中担负电能输送的220kv及以上高压 超高压输电线路 对其进行合理的保护配置就尤为重要 220kv线路保护配置 原则 3 对于220kv及以上电压等级的输电线路保护配置系统 根据所起作用和性能要求的不同 分为三类 主保护 在线路全长内能以最快速度切除任何类型的故障 后备保护 作为主保护的后备 在主保护退出检查维修或拒动情况下能够切除故障 辅助保护 能弥补主保护或后备保护某些性能缺陷的保护装置 起辅助作用的保护 220kv线路保护配置 原则 4 220kv及以上电网的继电保护要求配置的速动保护 全线速动保护 相间及接地故障的速动段 在正常整定情况下 应快速切除本线路的金属性短路故障 相间及接地故障的延时段后备保护主要保证选择性及灵敏性的要求 5 为了保证可靠性 220kv及以上电网的继电保护都要求采用遵循相互独立原则的双重化 双主双后 配置方案 220kv线路保护配置 方案 1 我国110kv及以上电网均采用中性点直接接地的模式 在这种系统中 发生单相接地故障时接地短路电流很大 故习惯称之为大电流接地系统 2 大电流接地系统故障特点 输电线一般比较长 线路分布电容较大 且可能距离电厂较近 占总短路故障的70 都是单相接地短路 短路电流很大 电压降低很大 短路时电压有很大降低 使电能供应和消耗失去平衡 容易引起系统振荡 且多采用单重方式 重合过程中易出现非全相运行状态 线路输送功率减少可能引起非全相振荡 产生很大的负序和零序分量 220kv线路保护配置 方案 3 主保护配置方面 上世纪70年代以来 由于电力系统规模的发展 输电线路的增长 系统稳定问题逐渐严重 对继电保护切除故障速度的要求提高 要求在任何情况都有一套主保护在工作 因此采用两套主保护的配置方案 即两套能在线路全长范围内瞬时切除任何短路故障的纵联保护 由于每种保护原理都有一定的性能弱点 最好能采用两套原理不同的主保护 随着保护功能的不断完善 也可采用两套相同原理的主保护 许继的配置模式 wxh 802a 高频方向 wxh 803a 光差电流 wxh 803a 光差电流 wxh 803a 光差电流 220kv线路保护配置 方案 双母线接线 220kv线路保护配置 方案 4 后备保护配置方面 由于大电流接地系统的线路较长 远后备难以满足下一条线路末端短时的灵敏度 故一般采用近后备方式 后备保护一般采用相间距离保护和接地距离保护 如果灵敏度和动作速度满足要求 也可采用方向性零序电流保护 wxh 802 3a保护中后备保护的配置三段式接地距离和三段式相间距离 四段式零序方向电流保护 自动重合闸 选配三相不一致和零序反时限保护 许继220kv线路保护实现方案 综述 1 wxh 802a系列保护为微机实现的用于220kv及以上输电线路的数字式快速保护装置 用做主保护 以纵联综合距离保护和零序方向保护为主体 可用于收发信机专用通道或载波通道 光纤通道等复用通道 和后备保护 包含三段相间距离 三段接地距离和四段零序构成 还可选配自动重合闸 零序反时限和三相不一致 2 wxh 803a系列保护为微机实现的用于220kv及以上输电线路的数字式快速保护装置 用做主保护 以光纤电流差动保护为主体 和后备保护 包含三段相间距离 三段接地距离和四段零序构成 还可选配自动重合闸 零序反时限和三相不一致 许继220kv线路后备保护实现方案 1 后备保护的原理 后备距离或者零序保护只能反应输电线路单侧电气量 电流和电压 的变化 2 后备保护的构成 首先能识别故障 其次能区分故障点的远近 从而实现选择性动作 3 后备保护的缺点 不能区分本线路末端故障和相邻线路始端故障 为了保证在相邻线路始端故障时不越级跳闸 后备保护的瞬动段都只能保护本线路全长的一部分 不能构成全线速动 4 后备保护的特点 为了保护线路全长 后备保护一般都是按照多段式设置 相互配合 即可保护本线路全长 又可构成相邻线路的后备保护 许继220kv线路后备保护实现方案 4 后备保护的特点 为了保护线路全长 后备保护一般都是按照多段式设置 相互配合 短路点越近动作越快 既可保护本线路全长 又可构成相邻线路的后备保护 许继220kv线路保护实现方案 距离 1 距离保护的原理 距离保护是一种反应故障点至保护安装点之间的距离 阻抗 并根据距离的远近而确定动作时间的保护 2 距离保护的核心 欧姆定律为本的阻抗继电器 3 距离保护的特点 对于阻抗继电器 在线路运行时 zm zl un il 故障时zm zk umk ik 而un远大于umk il又远小于ik 所以zk远小于zl 即测量阻抗可区分正常运行和短路故障 如果k点发生的是金属性故障 则zm zk 即测量阻抗反应了短路点到保护安装处的阻抗 也就是反应了故障点的远近 许继220kv线路保护实现方案 距离 4 距离保护的优点 受运行方式变化的影响较小 特别是瞬动 段 只保护全长的一部分 基本不受运行方式变化的影响 对于距离 段由于保护范围扩展到相邻线路 在相邻线路发生故障时 短路点至保护安装处可能存在分支电流 所以在一定程度上受运行方式变化的影响 既能反应电压的降低又能反应短路电流的增大 灵敏度高 可以在多电源的复杂网络中保证动作的选择性 5 距离保护的缺点 不能全线速动 许继220kv线路保护实现方案 距离 6 距离保护的构成 测量部分 用于对短路点阻抗测量和方向的判别 启动部分 用于判别系统是否故障 振荡闭锁 用于防止系统振荡时距离保护误动 交流检测 防止pt二次断线时距离保护误动 逻辑部分 实现距离保护功能 许继220kv线路 接地距离保护实现 1 输电线路距离保护安装处单相电压降计算公式 是该相上正序 负序和零序电压降之和 k 零序电流补偿系数 短路点的该相电压 该相从短路点到保护安装处的压降 许继220kv线路 接地距离保护实现 1 接地距离保护 段的动作特性 多边形 许继220kv线路 接地距离保护实现 3 接地距离保护 段的动作特性 多边形 许继220kv线路 接地距离保护实现 4 接地距离保护动作特性说明 电抗线 上面的一条直线 沿r方向下倾10度左右 是为了防止经过渡电阻短路时若过渡电阻的附加阻抗是阻容性时避免超越 电阻线 右面的一条直线 用来躲过负荷时的最小负荷阻抗 方向线 下面的一条直线 是为了在正方向出口短路时即使过渡电阻的附加阻抗是阻容性时也没有死区 左倾线 保证测量阻抗在灵敏角上时可靠动作 同时角度不能太大 使系统振荡时落入测量阻抗继电器的时间不至于太长 许继220kv线路 相间距离保护实现 1 输电线路距离保护安装处相间电压降计算公式 短路点的相间电压 两相电流差 从短路点到保护安装处的两相压降之差 许继220kv线路 接地距离保护实现 1 相间距离保护 段的动作特性 极化圆 许继220kv线路 接地距离保护实现 3 相间距离保护 段的动作特性 极化圆 许继220kv线路 接地距离保护实现 4 相间距离保护动作特性说明 正序极化电压较高时 由正序电压极化的距离继电器由很好的方向性 当正序电压下降至20 以下时 有正序电压记忆量极化 为了保证正方向故障能可靠动作 反方向故障不动作 设置了偏移特性 在 段距离继电器暂态动作后 改用反偏阻抗继电器 保证继电器动作后能保持到故障切除 在 段距离继电器暂态不动作时 改用上抛阻抗继电器 保证母线及背后故障时不误动 对后加速则一直采用反偏阻抗继电器 许继220kv线路 距离保护的实现 1 距离保护功能的投入 接地距离保护和相间距离保护的投入公用一个距离保护硬压板和一个距离保护软压板 二者是与的关系 只有都投入 距离保护功能才投入 2 接地距离三段和相间距离三段的投入 要靠距离控制字中进行对应位置是否置1来控制 3 距离保护的启动公用突变量启动值和零序辅助启动值 4 接地距离保护所用定值 零序电抗 零序电阻补偿系数 正序阻抗角 负荷电阻 接地电抗 段定值 并非是阻抗定值z 而是x 接地 段延时 以上定值确定接地特性 许继220kv线路 距离保护的实现 5 相间距离保护所用定值 正序阻抗角 相间偏移角 负荷电阻 相间阻抗 段定值 是阻抗定值z 相间 段延时 以上定值确定圆特性 6 全相及非全相时配置三段式相间及接地距离 7 手合时固定投入加速阻抗 段功能 手合逻辑 跳位固定20s 有流 8 单重加速固定投入经振荡开放的加速接地 距离保护 9 三重加速 固定投入瞬时加速距离 段保护 但是可经控制字选择是否经振荡闭锁 并可经控制字选择是否投入瞬时加速距离 段保护 许继220kv线路 距离保护的实现 10 三重时 当加速 段不经振荡和加速 段都不投入时 自动投入经振荡闭锁的瞬时加速 段以及带延时的距离 段保护 11 距离保护在系统未振荡时一直投入突变量启动元件 但识别出系统振荡时则闭锁突变量启动元件 改由i0i2不对称开放元件和ucos 对称开放元件 i0i2非全相开放元件开放距离保护 保证振荡中发生区外故障不误动 发生区内故障不拒动 12 距离加速近受距离压板控制 13 pt断线时距离保护退出 许继220kv线路 距离保护的实现 14 接地距离 段动作时选相跳闸 若选相无效且动作元件不返回 则延时100ms三跳 15 相间距离和距离 段直接三跳 16 若多相故障永跳控制字投入 或者距离 段永跳控制字投入 则相间距离或者距离 段动作时直接三跳同时闭锁重合闸 17 ta断线时 仅保留距离 段 许继220kv线路 距离保护的实现 有关距离保护的几点注意 过渡电阻 金属性短路是一种比较理想的短路 常见的短路一般都含有过渡电阻 故障过渡电阻的存在使短路点的故障相或故障相间上的电压不再是零 相间短路时 过渡电阻就是电弧电阻 接地短路时过渡电阻除电弧电阻外还有杆塔电阻和大地电阻 所以接地和相间距离动作特性中一定要考虑过渡电阻的影响 现在各个电压等级的输电线路在接地短路时考虑的最大过渡电阻的数值为 220kv 100欧姆 330kv 150欧姆 500kv 300欧姆 许继220kv线路 距离保护的实现 有关距离保护的几点注意 系统振荡 并列运行的系统或发电厂由于静稳破坏 大机组失磁或者线路传输功率超过稳定极限 或者动稳破坏 短路故障时如果故障切除过慢 导致失去同步 破坏了稳定运行 于是出现了振荡 这是最为严重的一类系统事故 可能发展为电网大停电的起因 也可能发展为大停电事故过程中的一个环节 系统振荡时电流 电压做周期性的变化 测量阻抗很可能落入动作区内 因此距离保护对系统振荡要做专门的处理 当距离保护投入经振荡闭锁时 还可自动投入静稳破坏检测元件 3i1 ijw突变量启动元件不动作 延时30ms 许继220kv线路保护实现方案 零序 1 零序保护的原理 是一种反应输电线路一端零序电流的保护 并根据零序电流的大小而确定动作时间 2 零序保护的核心 带方向的过流保护 3 零序保护的特点 在线路正常运行时 没有零序电流 当发生接地故障时才有零序电流 所以零序保护可区分正常运行和接地故障 当接地点越靠近保护安装处 则零序电流越大 也就是说零序电流的大小也反应了故障点的远近 许继220kv线路保护实现方案 零序 4 零序保护的特点 简单 可靠 但是只能反应接地故障 对于两相短路或者三相短路不能保护 零序 段瞬动 要躲线路末端故障时的最大零序电流 且受运行方式的影响较大 所以不能保护线路全长 保护范围较小 起不到全线速动 零序 段 带短延时保证可靠切除线路范围内的故障 零序 段 带较长延时应能可靠保护全线路 零序 段 长延时 保护本线高阻接地短路 作为前三段的后备 很灵敏 许继220kv线路保护实现方案 零序 5 零序保护的构成 3i0部分 使用保护装置自产的3i0 3u0部分 使用保护装置自产的3u0 原理 根据大接地电流系统发生接地故障时出现较大的零序电流且故障线路的零序功率方向由线路流向母线的原理构成的一种保护 实现 过流 零序功率方向 许继220kv线路 零序保护的实现 1 零序保护的实现 零序保护功能的投入要零序保护硬压板和零序保护软压板共同投入才起作用 2 零序四段的投入要靠控制字中对应为是否置1来控制 3 零序保护 段固定经方向 灵敏角 110度 只有一个电流定值 4 零序保护 段固定经方向 灵敏角 110度 有一个电流定值和一个延时定值 5 零序保护 段可选择是否经方向 灵敏角 110度 有一个电流定值和一个延时定值 6 零序 段可选择是否经方向 灵敏角 110度 有一个电流定值和一个延时定值 许继220kv线路 零序保护的实现 7 全相时投入四段零序以及零序加速保护 8 非全相时只保留零序 段 当投入零序 段跳闸后加速时 零序 段延时为 段延时 500ms与500ms的最大值 9 手合加速无方向的零序加速段 延时100ms 10 单重加速无方向的零序加速段 延时60ms 11 三重加速无方向的零序加速 延时100ms 12 当tv断线时零序保护 自动退出 零序 段若不经方向控制 则变为过流保护 否则也自动退出 13 当距离或零序任一压板投入时 则tv断线时自动投入零序过流和相过流 经同一延时出口 许继220kv线路 零序保护的实现 14 零序 段经选相跳闸 若选相无效且动作元件不返回 则延时100ms三跳 15 零序 段和tv断线后过流 零流 保护动作后直接三跳闭锁重合闸 16 若零序 段永跳控制字投入 或零序 段永跳控制字投入 则零序 段保护动作后直接三跳闭锁重合闸 17 ta断线时零序保护自动退出 220kv线路重合闸配置原则 1 据统计 架空线路所发生的故障90 以上都是瞬时性的故障 雷击或鸟害等等 故障后线路保护动作跳开两侧的断路器 由于没有电源向短路点提供短路电流 电弧会自动熄灭 如果此时重合闸动作 对恢复系统安全稳定运行十分有利 即使重合到永久性故障上 线路保护还能再次动作跳开断路器 据统计重合闸成功率在80 以上 2 自动重合闸作用 对瞬时故障 可快速恢复正常运行 提高供电的可靠性 对由于保护误动 或者人工误操作等原因导致的断路器误跳闸可通过重合闸来纠正 220kv线路重合闸配置原则 提高系统并列运行的稳定性 重合成功后系统恢复成原先的网络结构 3 自动重合闸的缺点 如果重合到永久性故障的线路上 则系统则会再一次受到冲击 对系统的稳定运行不利 4 自动重合闸的配置 对于输电线路 瞬时性故障占比重很大 所以大多数220kv及以上线路都配置重合闸 对于变压器 发电机等站内设备 有金属外壳 不易受到外界因素侵害 所发生的故障大多为永久性故障 不易采用重合闸 对于母线 介于以上两者之间 也不配重合闸 220kv线路重合闸配置方案 1 220kv及以上电压等级的断路器都是分相操作机构 所以对应配置的重合闸也具有单重 三重 综重 停用等四种模式供选择 单重方式 保护动作单跳单重 三跳不重 三重方式 保护动作三跳三重 综重方式 保护动作单跳单重 三跳三重 停用方式 保护动作单跳或三跳不重 2 对于220kv常规接线方式 则采用线路保护中配置重合闸的模式 对于330kv及以上如果是采用3 2接线 则采用断路器保护中配置重合闸的模式 220kv线路重合闸配置方案 3 对于只有单侧电源的情况 电源侧线路保护重合闸可以采用无检定的方式 等重合闸延时时间到就重合 不存在同期问题 4 对于双侧电源的线路来说 如果发生单相故障 由于有两相一直相连 则故障相的重合也没有必要取检同期 但是如果是三相跳闸 在重合时则必须要考虑两侧同期的问题 如果两侧不同期合闸 合闸时会产生较大的冲击电流 影响电力设备的安全 甚至会引起系统的振荡 目前的常规方法是一侧投检无压 一侧投检同期 检无压侧先合开关 检同期侧在满足条件后才合 发电厂侧一般都是设置检同期方式 220kv线路重合闸配置方案 5 对于双侧电源的线路来说 检无压端为了在断路器偷跳时能够重合 则必须投入检同期功能才行 但是检同期端绝不能同时投入检无压功能 许继220kv线路 重合闸的实现 1 自动重合闸的启动 位置不对应启动 即偷跳启动 在hhj动作时 保护启动 包含本保护启动以及其它保护启动 2 自动重合闸的充电 开关合位 即分相twj不动作 无闭锁重合闸开入 重合闸投入 15秒充电 3 重合闸的闭锁 内部软件的闭锁 动作 软压板或控制字 外部开入的闭锁 开入 许继220kv线路 重合闸的实现 4 重合闸功能的投入 重合闸动作方式靠外部把手的开入或者内部把手的设置来控制 根据内把手有效控制字受否投入来选择 5 重合闸的相关定值 单重延时 三重延时 合闸同期角 以及控制字中相关偷跳启动重合闸 检无压 检同期 无检定和有压转检同期的整定 6 重合闸采用一次重合闸模式 7 停用方式下 不沟三 投入闭重三跳软压板时闭重且沟三 8 重合闸检定方式下 对于抽取的线路电压采用自适应的方式 即合闸状态下 加入抽取电压任意大小和相位 则保护默认并置之为标准 在检定 许继220kv线路 重合闸的实现 时 拿彼时的抽取电压和此标准比较 满足检无压 母线电压小于30v或线路电压小于0 3ux 或检同期 母线电压大于40v或线路电压大于0 7ux时满足同期角差 条件 则合闸 9 放电条件 永跳 单重方式下三跳 跳位动作持续24s 未充满电时启动重合闸 外部闭锁重合闸开入 同闭重沟三软压板功能相同 是或门的关系 停用 重合闸出口 合闸压力不足时 若重合闸未启动 延时200ms放电 当合闸压力不足时 在200ms内重合闸启动 则闭锁重合闸放电回路 第一部分结束 许继220kv线路主保护实现方案 1 主保护的产生 多段式的后备距离或者零序保护只能反应输电线路单侧电气量 电流和电压 的变化 其速动段从根本上说无法满足线路全长范围内对于任何故障速动的要求 要想满足 必须配置反应输电线路两侧电气量变化的纵联保护 2 纵联保护 是用某种通信通道将输电线路两端的保护装置纵向联结起来 将本端的电气量信息状态传送到对端进行比较 以判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外 从而实现全线速动切除区内故障 许继220kv线路主保护实现方案 3 纵联保护要想获得两侧的电气量变化信息 就必须把本侧的信息告诉对侧 然后从对侧读取信息 这就必须涉及到通信问题 通信离不开通道 目前常见的通道类型 电力线载波通道 分为专用收发信机或复用载波机 经济但是不可靠 微波通道 很少应用 光纤通道 专用或者复用 可靠 目前正大量应用于110kv及以上线路保护中 导引线 适用于10km内的线路 很少使用 许继220kv线路主保护实现方案 3 主保护的分类 靠传递允许或闭锁等逻辑命令的纵联距离或纵联方向保护 结合通道构成专用 收发信机 闭锁式 或者复用 载波机或光纤 允许式保护 靠直接传递电流电压等交流量 比较两侧电流大小和相位的 光纤电流差动保护 许继220kv线路主保护实现方案 4 主保护的分类 利用双端的信息确定故障位置 实现全线范围快速保护 线路保护的正方向规定如下 以母线流向电网 即流出的电流方向为规定的电流正方向 许继220kv线路主保护 光差部分 差动保护理论基础 基尔霍夫电流定律 许继220kv线路主保护 光差部分 动作电流 差动电流 为 制动电流为 差流元件基本动作方程 许继220kv线路主保护 光差部分 区内故障时 两侧实际短路电流都是由母线流向线路 和参考方向一致 都是正值 差动电流就很大id ir 满足差动方程 差流元件动作 凡是在线路内部有流出的电流 都成为动作电流 区内故障示意图 许继220kv线路主保护 光差部分 区外故障示意图 区外故障时 一侧电流由母线流向线路 为正值 另一侧电流由线路流向母线 为负值 两电流大小相同 方向相反 所以差动电流为零 差流元件不动作 凡是穿越性的电流不产生动作电流 只产生制动电流 正常运行时的电流分析同上 许继220kv线路主保护 光差部分 差动继电器构成 针对不同故障类型 配置不同特性的差动元件 实现快速性 灵敏度 可靠性的有效统一 采样点差动 严重性金属故障 动作速度快 增量差动 高阻故障及振荡中故障 灵敏度高 相量差动 金属性故障 弱馈故障 振荡中故障及重负荷下故障灵敏度较低 零序差动 缓慢爬升的高阻接地故障 许继220kv线路主保护 光差部分 稳态量差动 变区域 变算法 变延时的保护特性速动性及可靠性的统一 速动区 icd 1 8iopk 1瞬时动作灵敏段 icd iopk 0 75延时30ms出口 相差定值 1 整定时考虑最小方式下区内故障差流值有足够的灵敏度 2 整定值应大于1 5倍线路全长电容电流 线路两端应按一次电流相同折算到二次整定 许继220kv线路主保护 光差部分 稳态量差动 im im ifhin in ifhidm im in im in ifirm im in im in 2ifh 当发生重负荷大过渡电阻接地故障时 故障电流受负荷电流抵消而产生两端故障相电流反相的现象 ifh ifidm kirm保护拒动 稳态量相量差动 1 制动电流受穿越性负荷电流影响较大2 高阻故障 重负荷下故障 振荡中故障灵敏度低 可能拒动 许继220kv线路主保护 光差部分 增量差动 增量差动 增量差动作方程中都为故障量 不受负荷影响 灵敏度高 可实现高阻故障 振荡中故障快速出口要解决的问题 区外故障切除增量继电器动作解决办法 启动一段时间后增加相差门槛把关条件 许继220kv线路主保护 光差部分 瞬时值差动实际应用 当前有效n个采样点中如有m个点满足动作方程 采用11取6判据 每周波采样24点 快速段 按有效值两倍in进行折算 同时应满足大于差流定值 k 0 8灵敏段 按有效值1倍in进行折算 同时应满足大于差流定值 k 1 2瞬时值差动 基于采样点的差动 可实现差动在严重金属性故障快速出口wxh 803a在金属性故障16ms内出口 许继220kv线路主保护 光差部分 零序差动 icd0为零序差动电流定值 由用户整定 该元件满足条件后延时100ms动作 零序差动元件配合相差选相元件选择差流最大相出口 注意 零序电流差动保护只针对单相高阻故障 当任一相电流大于2in时零序差动被闭锁 1 防止短线路背后大电源门口三相短路出现一侧不正常零序电流时保护误动 2 延时100ms主要躲三相开关合闸不同期引起的不正常零序电流 许继220kv线路主保护 光差部分 线路差动保护关键技术问题 1 输电线路电容电流影响 模型方面 4 高阻 振荡中故障灵敏度问题 灵敏度方面 2 ta断线差动保护误动 差动原理方面 3 ta暂态饱和特性不一致 二次回路方面 5 两侧电流的采样同步及数据容错 处理方面 许继220kv线路主保护 光差部分 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 许继220kv光差保护之电容电流 不同电压等级下的分布电容及电容电流 每百公里 许继220kv光差保护之电容电流 稳态电容电流补偿 稳态补偿方法和线路等效模型有关 wxh 803a采用t型等效 单端补偿 许继220kv光差保护之电容电流 暂态电容电流 设计数字滤波器 滤除电容引起的高频分量 原始数据 滤波后数据 许继220kv光差保护之电容电流 解决方案 正常运行时进行稳态电容电流补偿对差动电流进行数字滤波提取有用工频量采样自适应的差动方程以躲电容电流影响 合闸期间抬高差动定值 设有并联电抗器投入硬开入 当保护线路有并联电抗器投入运行时将此开入投入 该端子直接影响差动保护的电容电流补偿量大小 许继220kv光差保护之电容电流 ta回路原理图 许继220kv光差保护之ta饱和 由磁通公式可以得出 故障电流越大 越容易饱和 二次负载越大 越容易饱和 有剩磁 更容易饱和 一次系统时间常数越大 越容易饱和 许继220kv光差保护之ta饱和 抗饱和方案 1 区内外判别 时差法 2 饱和开放 虚拟制动电流抗ta饱和判据 1用于故障初期识别饱和2用于区外饱和转区内故障时差动保护的开放 许继220kv光差保护之ta饱和 当线路一侧发生ta断线时 此时差动电流与制动电流相同 重负荷发生一侧ta断线 差动继电器会动作 许继220kv光差保护之ta断线 ta断线时满足以下特征 在不考虑两侧同时断线时仅有一侧电流存在变化 两侧电压均没有变化 为正常运行电压 仅有一侧有零序电流 但无零序电压 当有负荷电流存在时 两侧均在合闸位置 当差动元件动作且以上条件均满足延时10s判别为ta断线 ta断线时无流侧为断线侧 许继220kv光差保护之ta断线 当差动方程动作但不满足ta断线特征则允许差动保护动作 两侧均有电流突变量启动或零序电流启动 任一侧电压有变化 任一侧有零序电压 当对侧在三相跳闸位置时 当已经识别出ta断线后再满足以上条件则保护根据 ta断线闭锁差动 控制字的投入情况决定是否闭锁保护 许继220kv光差保护之ta断线 当装置应用于一个半开关接线形式时 当一个ct发生断线时 但装置对应相的电流不为零 或者由于线路两侧ta传递特性存在误差导致差流元件长期动作 为避免故障时保护误动作 当识别出差流元件动作10s后 装置发差流长期存在告警 立即闭锁差动保护 ta断线及差流长期存在均为分相识别 按相闭锁保护 许继220kv光差保护之ta断线 ta断线的解决方案 1 差流辅助启动增加电压条件 任一侧断线不会引起双端保护启动 2 ta断线识别判据 识别出ta断线后根据控制字实现是否按相闭锁 许继220kv光差保护之ta断线 启动灵敏度问题 在一侧为弱电源时发生故障 如果系统轻负荷在弱电源侧无法启动 弱电源侧电流变化量不能启动 但是存在电压变化量或者零序电压 因此满足差动方程和电压条件可以解决弱电源侧的灵敏度问题 许继220kv光差保护之灵敏度 引起两侧采样不同步的原因 1 两侧装置上电时刻的不一致 2 一侧数据传送到另一侧有通道时延和数据接收时延 3 两侧装置晶振存在固有偏差 电流差动保护在算法上要求参加比较的各端电流必须同步采样或采样同步化处理得到 这是实现差动保护的关键所在 差动保护采样同步方案 许继220kv光差保护之实现 电流差动保护在算法上要求参加比较的各端电流必须同步采样或采样同步化处理得到 这是实现差动保护的关键所在 同步计算示意图 许继220kv光差保护之实现 1 同步调整的理论基础 等腰梯形原则两个条件 a 光纤通道的收 发延时应该一致b 通道延时稳定2 同步方法 采样序号调整法 采样时刻调整法 相量调整法wxh 803a采用采样时刻调整法3 同步调整需要根据装置编码定值确定主从端 4 当两侧的采样偏差时刻超过一定程度时才进行采样时刻调整 因此正常运行时两侧的采样时刻最大有1 8度 100us 的同步误差 许继220kv光差保护之实现 收发延时不一致对差动影响 假如收发延时不一致 系统运行或区外故障时如上图 许继220kv光差保护之实现 由于两则同步调整误差 路由不一致导致 引起的线路差流为 制动电流为 当收发不一致延时引起 时 差动保护会误动作 wxh 803a中k值取0 75 当大于4 1ms 收发延时大于8 2ms时发生区外故障差动会误动作 许继220kv光差保护之实现 差动保护硬件配置 双通道冗余设计 两个通道完全独立 许继220kv光差保护之实现 许继220kv光差保护之实现 通道的连接方式 许继220kv光差保护之光纤通道 一 通信速率 2mb s二 通道类型 专用通道 50km以下 单模 光波长 1310nm 50km以下 1550nm 50 80km 光纤接收灵敏度 34dbm发送电平 5dbm光纤连接器类型 fc 许继220kv光差保护之光纤通道 光纤传输系统衰耗的计算公式 为一个中继段的传输总衰耗 为每公里光纤衰耗 单位db km 为中继段光纤长度 单位km 为光纤熔接接头衰耗 为光纤接头个数 为光纤连接器衰耗 为光纤连接器个数 收信裕度 发送电平 总衰耗 接收灵敏度 许继220kv光差保护之光纤通道 光纤通讯的通道监视数据 秒误码数与丢帧数是衡量通道当前状况的重要指标 如果显示秒误码数与丢帧数较大时 可以将通道直接使用尾纤自环然后观察这两个指标以判断引起误码的原因 如果自环后误码与丢帧依然较大 则查看通道时钟模式定值是否整定错误 应为内时钟方式 或者光纤插件的法兰盘是否有损坏处 如果自环后误码与丢帧数均降低至0 则可以确定引起通道误码或丢帧原因在外部通道 再逐级查找 许继220kv光差保护之光纤通道 光纤通讯的异常报告 以上报文第一二条需要查找通道的通断情况 其它均为通道连接错位置 开入设有a b通道试验压板 当需要保护装置在光纤通道自环状态下进行保护功能测试时 应将此压板投入 在保护装置正常投入运行时 应将此压板解除 如果光纤通道在自环状态下而没有投入对应的通道试验压板 装置将发出自环状态与压板不一致告警报文并闭锁保护 同时如果投入通道试验压板而没有将光纤通道自环 装置也将发出自环状态与压板不一致告警报文并闭锁保护 许继220kv光差保护之光纤通道 第二部分结束 方向比较式纵联保护 音频 高频 或微波通道 方向比较式载波保护原理示意图 许继220kv线路主保护 纵联距离 方向纵联保护基本原理为比较线路两端的功率方向 可采用载波通道 高频通道 光纤通道 与光纤差动不同的是方向比较式保护通道传输的是逻辑信号工作方式 专用闭锁式动作条件 正方向元件动作 反方向元件动作 先收到闭锁信号后收不到闭锁信号 专用闭锁式 相 地 式高频通道的构成原理 许继220kv线路主保护 纵联距离 工作方式 允许式正方向元件动作 反方向元件动作 且收到允许信号 高频通道中接合滤波器与耦合电容器共同组成带通滤波器 其作用为使输电线路和高频电缆的连接成为匹配连接 同时使高频收发讯机和高压线路隔离 复用 相 相 式通道的构成原理 许继220kv线路主保护 纵联距离 高频通道试验 高频通道通过定时或手动通道试验检查通道状况 本侧发信200ms后停信 对侧远方启信发10s 本侧收信确认5s后再远方启信发信给对侧10s 许继220kv线路主保护 纵联距离 专用闭锁式为什么要先收到8ms高频信号后才能停信 规定 高频通道传输延时不大于5msm侧停信等待的延时 考虑高频信号的通道传输延时 加上对侧发信机起动发信的延时再加上足够的裕度时间 取8ms 远方启信 许继220kv线路主保护 纵联距离 方向元件的要求 能反应所有故障类型不受负荷的影响不对称故障时非故障相不误判方向不受振荡影响两相运行时能起保护作用快速动作 方向元件的类型 突变量方向零序方向负序方向阻抗方向 许继220kv线路主保护 纵联距离 突变量方向原理 突变量方向的计算网络图 正方向故障 正方向时的测量阻抗 许继220kv线路主保护 纵联距离 突变量方向原理 突变量方向的计算网络图 反方向故障 反方向时的测量阻抗 许继220kv线路主保护 纵联距离 突变量方向元件特点 不反应负荷却能反应三相短路 单纯振荡不会误动 振荡中故障能正确测量 灵敏度高 能反应高阻接地故障 许继220kv线路主保护 纵联距离 突变量方向元件需要解决的问题 长线末端故障 电压的突变量小 该元件无法动作 受电侧为弱电源时 背后的正 负序阻抗很大时 该元件无法动作 对于复杂故障可能不正确反应 区内 外同时故障 跨线等 4 开关切除过程中 方向元件动作 5 缓慢爬升的故障 可能无法反应 实现上问题1 弱馈回授 2 功率倒向 许继220kv线路主保护 纵联距离 长线末端故障 电压的突变量小 该元件无法动作 原因 小 小 许继220kv线路主保护 纵联距离 解决方案 补偿 按照线路全相阻抗的一定比例进行补偿 许继220kv线路主保护 纵联距离 2 受电侧为弱电源时 背后的正 负序阻抗很大时 该元件无法动作 原因 小 许继220kv线路主保护 纵联距离 解决方案 1 中性点接地系统 对于区内发生的不对称接地故障可由零序方向元件动作 2 中性点接地系统时不接地故障及中性点不接的各种故障需增加 弱馈回授 逻辑 以实现纵联保护快速动作 许继220kv线路主保护 纵联距离