电力系统继电保护第四章

第四章输电线路纵联保护,仉志华中国石油大学（华东）信息与控制工程学院电气工程系,电力系统继电保护,本章主要内容,一、输电线路纵联保护概述二、输电线路纵联保护两侧信息的交换三、方向比较式纵联保护四、纵联电流差动保护,第一节输电线路纵联保护概述,4.1.1输电线纵联保护概述,为此，设法将被保护元件两端(或多端)的电气量进行同时比较,以便判断故障在区内？还是区外？将两端保护装置的信号纵向联结起来，构成纵联保护。,仅利用线路一侧的电气量所构成的继电保护（单端电气量），无法区分本线路末端与相邻线路（或元件）的出口故障，如：电流保护、阻抗保护。,单端电气量保护：仅利用被保护元件的一侧电气量，可以作为后备保护或出口故障的第二种保护。（通常设计为三段式）纵联保护：利用被保护元件的各侧电气量，可以识别：内部和外部的故障，可作为主保护，不能作为后备保护。,输电线路纵联保护结构框图,在设备的“纵向”之间，进行信号交换,纵联保护有多种分类方法，可以按照通道类型或动作原理进行分类。,1）通道类型：导引线电力线载波微波光纤,2）动作原理：比较方向比较相位基尔霍夫电流定律（电流差动）,还可以将通道类型与动作原理结合起来进行称呼。如：光纤电流差动（简称：光差），高频距离。,通道(信号交换手段),分析、讨论特征的目的：寻找内部故障与其他工况（正常运行、外部故障）的特征区别和差异提取判据，构成继电保护原理。,4.1.2两侧电气量的特征,构成原理后，再分析影响因素；并研究消除影响因素的对策、措施（需要权衡利弊）。,一、两侧电流相量和(或瞬时值和)的故障特征基尔霍夫电流定律：在一个节点中，流入的电流等于流出的电流。按照继电保护规定的正方向：指向被保护元件。则基尔霍夫电流定律可以修改为：在任何一个节点中，流入的电流之和等于0。下面，用图例说明。,基尔霍夫电流定律：,此式表明：流入节点的电流之和等于0。,按照继电保护规定的正方向,，得：,，就构成了继电保护原理电流差动保护。广泛应用于各种设备的保护。,基尔霍夫电流定律的拓展：将节点拓展为一个封闭区域。,二者区别很大,被保护设备,设计区别的门槛,从负荷(或外部短路)电流的特征看：,“电流差动”名称的来历(与规定方向有关),即电流差0,若有电流差，就动作。,二、两侧功率方向的故障特征,1、正常运行,2、外部短路,3、内部短路,（为正）,（为负）,假定M为送端，N为受端,三、两侧电流相位的故障特征,1、正常运行,2、区外故障类似,3、区内故障,三、两侧电流相位的故障特征,四、两侧测量阻抗的故障特征,1、正常和区外故障,一侧阻抗可能动作，另一侧阻抗不动作。,2、区内故障,两侧阻抗均动作。,归纳：,正常运行或外部故障,内部故障,方向元件,两侧均为正,阻抗元件,一侧为正一侧为负,一侧动作一侧不动作,两侧均动作,（希望动作）,（希望不动）,特征分界,如何应用这些特征？后面陆续予以介绍。,电流相位,相位差,接近同相,4.1.3纵联保护的基本原理,一、纵联电流差动保护依据两侧电流相量和（瞬时值和）的故障特征，即，基尔霍夫电流定律。,动作门槛,一、纵联电流差动保护依据两侧电流相量和（瞬时值和）的故障特征，即，基尔霍夫电流定律。,基本思路仍然适用,动作门槛,分相电流差动保护的优点：1）具有选择性好、可靠、灵敏、快速的优点；2）具有明确区分内部和外部故障的能力；3）具有自然选相的功能；4）不受运行方式、非全相、串补电容、转换性故障、同杆并架线路的跨线故障、振荡及振荡中再故障等因素的影响（受振荡的影响很小）；5）内部短路电流通常都大于差动电流的启动值。原理最好的保护,缺点：1）增加两侧信息交换的通道增加了复杂性。2）几乎不反映同一相内部的纵向短路。,3）采用导线实现线路两侧的信号交换时，导线（导引线）太长，更容易出现故障，容易烧毁（一次短路后，感应电流太大）。主要应用于：发电机、变压器、母线、电抗器等就近连接TA的保护中。,4）不能作为后备（所有纵联保护的缺点）。,漏电保安器原理类似于差动保护（供了解）。,时,漏电保安器动作跳闸,被反应出来,安全电流的标准：30mA,漏电保安器原理类似于差动保护（供了解）。,漏电保安器几乎不保护火线对零线的短路,几乎不动作！,空气开关（最简单的继电保护）,反映短路电流，或过负荷,二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）,M侧保护,N侧保护,阻抗动作信息的交换,二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）,M侧保护,N侧保护,1）区内故障,启动Z均动作两侧无延时跳闸,：简述信号交换与逻辑的过程,阻抗动作信息的交换,二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）,M侧保护,N侧保护,1）区内故障,启动Z均动作两侧无延时跳闸,：简述信号交换与逻辑的过程,阻抗动作信息的交换,至少一侧的Z不动两侧均不跳闸,二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）,M侧保护,N侧保护,阻抗动作信息的交换,2）区外故障,：简述信号交换与逻辑的过程,上述方式利用了距离II段（或III段等全线路有灵敏度）的测量元件，实现短路位置、方向的判别构成：距离纵联保护。,也可以将Z元件更换为方向元件构成：方向纵联保护。,距离纵联、方向纵联保护中，对方向元件的要求：1）具有明确的单一方向性；2）能覆盖线路全长。,信号线上“有1出1”,并闭锁两侧保护,M侧保护,N侧保护,还可以利用这样的特征：区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。,上述结构称为：闭锁式。仅传输一个信号。,集电极开路,信号线上“有1出1”,并闭锁两侧保护,区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。,集电极开路,1）上图所示的区外故障,闭锁两侧保护！,M侧Z不动，持续发闭锁信号，两侧均不跳。,N侧Z动也无效,信号线上“有1出1”,并闭锁两侧保护,区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。,2）区内故障,信号线上“有1出1”,并闭锁两侧保护,区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。,2）区内故障,信号线上“有1出1”,并闭锁两侧保护,区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。,2）区内故障,通道上，无闭锁信号,两侧均满足跳闸条件,三、电流相位比较式纵联保护,区内故障,似乎可以设计为：动作区域,正常运行,三、电流相位比较式纵联保护,区内故障,动作区域,称为：相差保护,考虑误差后,第二节输电线路纵联保护两侧信息的交换,信号交换的途径（通道）：1、导引线通信。2、电力线载波。3、微波通信。4、光纤通信。,1）导引线方式主要应用于：发电机、母线、变压器、电抗器等保护中。用于就近的TA连接方式2）电力线载波仅传输“有”、“无”高频信号。主要应用于传输：方向或相位信息。3）光纤通信可以传输较多的数字信息。如：传输三相电流、电压的采样值、相量、跳闸信息、断路器状态信息等，并且有校验码，可靠性很高。,4）微波通信也可以传输数字信息。但衰减受气候影响较大，且属于“视距传输”，传输距离受限制。,视距,地球半径r约6360km,设h=100m时，,微波通信、光纤通信部分自学（重点：基本原理、特点）,光纤与电流差动原理的结合，构成了目前最好的保护方式光纤差动保护（简称：光差）。其优缺点在前面已经说明了。,下面，简单地说明：在电力线载波方式中，各主要模块的功能或作用。,“相-地”制高频通道示意图,电力线载波,输电线(传输信号),“相-地”制高频通道示意图,电力线载波,对高频呈现开路，对工频呈现也是故障的特征。,如果不同步，会误动。2007年7月1日，河南西部较大范围的停电。,跳闸,下面用实例说明：思考、对策和演变过程。,措施1：增加差流与启动元件同时动作的条件。这样，不同步时，误动的概率降低了很多。但是，在一定负荷电流情况下，TA断线时，还可能会满足“既有启动，又有差流”的条件，从而导致误动。,跳闸,于是，考虑采用两侧电流均启动的逻辑：,跳闸,还有问题：有一侧为负荷侧，又出现轻载会出现拒动。,跳闸,无流时，电压也会降低,仅用电压,又不安全(PT断线),比较完善的逻辑：,跳闸,另一种同步方法：GPS同步法（了解）。,GPS能够提供：秒脉冲，以及标准时间代码（年、月、日、时、分、秒）。平时的同步误差,但是，应当注意到：GPS是美国的设备，在特殊情况下，可能无法准确使用。我国也在完善“北斗星”系统。,影响电流差动保护的因素及其对策：,影响因素,同步问题,互感器误差,分布电容,负荷电流的制动,不平衡电流,主要对策,设法同步（修正）,定值考虑