第4章输电线路纵联保护

1、第第4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护 (Pilot Protection for Transmission Line ) 纵联保护：纵联保护：利用某种通信通道同时比较被保护元利用某种通信通道同时比较被保护元 件两侧电气量（即在件两侧电气量（即在线路两侧之间发生纵向的联线路两侧之间发生纵向的联 系）系）在正常运行与故障时差异的保护。在正常运行与故障时差异的保护。 4.1 输电线路纵联保护概述输电线路纵联保护概述 4.1.1 引言引言 1 纵联保护的一般构成框图纵联保护的一般构成框图 TA TV 2 分类分类 ： 1) 1) 导引线纵联保护导引线纵联保护 (简称导引线保护简称导引线保护)

2、2) 2) 电力线载波纵联保护电力线载波纵联保护 （简称载波保护（简称载波保护 ) 3) 3) 微波纵联保护微波纵联保护 (简称微波保护简称微波保护) 4) 4) 光纤纵联保护光纤纵联保护 (简称光纤保护简称光纤保护) 按照所利用信息通道的不同，纵联保护分为：按照所利用信息通道的不同，纵联保护分为： 按照保护动作原理，纵联保护分为：按照保护动作原理，纵联保护分为： 1)1) 方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护 2)2) 纵联电流差动保护纵联电流差动保护 通道中传送的是通道中传送的是逻辑信号逻辑信号，而不是电气量，而不是电气量 本身。依据所利用电气量的不同又可分为本身。依据所利用电气量的不同又

3、可分为方方 向纵联保护向纵联保护与与距离纵联保护距离纵联保护。 通道中传送的是电流波形或代表电流相位通道中传送的是电流波形或代表电流相位 的信号。分为的信号。分为纵联电流差动保护纵联电流差动保护和和纵联电流相纵联电流相 位差动保护位差动保护 。 4. .1. .2 输电线路短路时两侧电气量的故障特征输电线路短路时两侧电气量的故障特征 1两端电流相量和的故障特征两端电流相量和的故障特征 规定：电流的正方向为由母线流向线路规定：电流的正方向为由母线流向线路 M I N I 两侧电流相量和：两侧电流相量和： 1MNk III 区内短路： 1k I 1）区内短路时：）区内短路时： 2）区外短路时：）区

4、外短路时： M I N I 0 MN II 区外短路： 1）区内短路时：）区内短路时： 2 两端功率方向的故障特征两端功率方向的故障特征 M I N I 规定：功率正方向为母线流向线路规定：功率正方向为母线流向线路 M S N S 此时线路两侧功率方向相同，均与正方向一致此时线路两侧功率方向相同，均与正方向一致 M I N I M S N S 此时线路两侧功率方向相反此时线路两侧功率方向相反 2）区外短路时：）区外短路时： 3）正常运行时：）正常运行时： 线路两侧功率方向相反线路两侧功率方向相反 3两端电流相位特征两端电流相位特征 M I N I M I N I 区外短路和正常运行时，两侧电流

5、相位差区外短路和正常运行时，两侧电流相位差180 区内短路时，两侧电流同相位区内短路时，两侧电流同相位 假定全系统阻抗角相同，两侧电势相位一致假定全系统阻抗角相同，两侧电势相位一致 4两端测量阻抗的特征两端测量阻抗的特征 区内短路时：短路阻抗，两侧距离区内短路时：短路阻抗，两侧距离段同时启动段同时启动 正常运行时：负荷阻抗，距离正常运行时：负荷阻抗，距离段不启动段不启动 外部短路时：短路阻抗，但一侧为反方向，该侧外部短路时：短路阻抗，但一侧为反方向，该侧 的距离的距离段不启动段不启动 4.1.3 纵联保护的基本原理纵联保护的基本原理 1.纵联电流差动保护纵联电流差动保护 故障判别量：故障判别量

6、：两侧电流相量和两侧电流相量和 内部故障特征：内部故障特征：其值很大，为短路点电流其值很大，为短路点电流 动作条件：动作条件： MNset III 2. .方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护 故障判别量：故障判别量： 内部故障特征：内部故障特征： 动作条件：动作条件： 线路两侧功率方向的异同线路两侧功率方向的异同 线路两侧功率方向相同线路两侧功率方向相同 当线路两侧功率方向相同时，保护当线路两侧功率方向相同时，保护 动作；否则不动作动作；否则不动作 180 3电流相位比较式纵联保护电流相位比较式纵联保护 故障判别量：两侧电流相位差故障判别量：两侧电流相位差 内部故障特征：相位差为内部故障特征

7、：相位差为 动作条件：动作条件： 0 内部短路时两侧电流不能完全同相位，内部短路时两侧电流不能完全同相位， 保护的动作区一般如下图所示：保护的动作区一般如下图所示： 4距离纵联保护距离纵联保护 构成原理和方向比较式纵联保护相似，只是用构成原理和方向比较式纵联保护相似，只是用 阻抗元件替代功率方向元件。阻抗元件替代功率方向元件。 优点：减少了方向元件的启动次数，提高了保护优点：减少了方向元件的启动次数，提高了保护 的可靠性的可靠性 缺点：后备保护检修时主保护被迫停运缺点：后备保护检修时主保护被迫停运 （1）环流式）环流式 正常运行或外部故障时正常运行或外部故障时 4. .2. .1 导引线通信导

8、引线通信 4.2 输电线路纵联保护两侧信息的传送输电线路纵联保护两侧信息的传送 （2）均压式）均压式(电压平衡原理电压平衡原理) 正常运行或外部故障时正常运行或外部故障时 优点：优点：不受系统振荡、非全相运行的影响不受系统振荡、非全相运行的影响 简单可靠，维修工作量极少简单可靠，维修工作量极少 不足：不足： 保护装置的性能受导引线参数和长度影响保护装置的性能受导引线参数和长度影响 阻波器 耦合电容器 连接滤波器 接地开关 电缆 高频收、发信机 4. .2. .2 电力线载波通信电力线载波通信 1电力线载波通信的构成电力线载波通信的构成 “相一地相一地”式载波通道比较经济式载波通道比较经济 (2

9、)(2) 阻波器阻波器 (1)(1) 输电线路输电线路 作用：作用：“阻高频，通工频阻高频，通工频” 阻波器阻波器 (3) (3) 耦合电容器耦合电容器 (4)(4) 连接滤波器连接滤波器 作用：作用：“通高频，阻工频通高频，阻工频” 起到起到阻抗匹配阻抗匹配的作用，从而减的作用，从而减 少高频能量的附加衰耗少高频能量的附加衰耗 高频收、发信机高频收、发信机 (6)(6) 接地开关接地开关 耦合电容器耦合电容器 连接滤波器 连接滤波器 耦合电容器 2. .电力线载波通道的特点电力线载波通道的特点 (1) (1) 无中继通信距离长无中继通信距离长 (2) (2) 经济、使用方便经济、使用方便 (

10、3) (3) 工程施工比较简单工程施工比较简单 3. .电力线载波通道的工作方式电力线载波通道的工作方式 (1) (1) 正常无高频电流方式正常无高频电流方式 （故障启动发信的方（故障启动发信的方式）式） （2 2）正常有高频电流方式（长期发信方式）正常有高频电流方式（长期发信方式） （3 3）移频方式）移频方式 4. .电力线载波信号的种类电力线载波信号的种类 （1 1）闭锁信号）闭锁信号 （2 2）允许信号）允许信号 （3 3）跳闸信号）跳闸信号 4.2.3 微波通信微波通信 1 构成构成 2 微波通信纵联保护的优点微波通信纵联保护的优点 （与电力线高频载波保护相比）（与电力线高频载波保护

11、相比） (1) 独立的信道，输电线路的干扰不影响通信独立的信道，输电线路的干扰不影响通信 系统；通道的检修不影响线路运行。系统；通道的检修不影响线路运行。 (2) 传递的信息容量增加、速率加快。传递的信息容量增加、速率加快。 (3) 受外界干扰的影响小，可靠性高。受外界干扰的影响小，可靠性高。 (4) 输电线路的任何故障都不会使通道工作破坏。输电线路的任何故障都不会使通道工作破坏。 缺点：微波通道价格较贵（微波中继站）。缺点：微波通道价格较贵（微波中继站）。 4.2.4 光纤通信光纤通信 1.光纤通信的构成光纤通信的构成 2光纤通信的特点光纤通信的特点 (1)通信容量大通信容量大 (2)节约大

12、量金属材料节约大量金属材料 (3)保密性好，敷设方便，不怕雷击，保密性好，敷设方便，不怕雷击，无感应性无感应性 能，能，不受外界电磁干扰，抗腐蚀和不怕潮。不受外界电磁干扰，抗腐蚀和不怕潮。 不足：长距离通信时，要用中继器及其附加设不足：长距离通信时，要用中继器及其附加设 备；当光纤断裂时不易找寻或连接。备；当光纤断裂时不易找寻或连接。 4. .3. .2 闭锁式方向纵联保护闭锁式方向纵联保护 1闭锁式方向纵联保护的工作原理闭锁式方向纵联保护的工作原理 闭锁信号闭锁信号 闭锁信号闭锁信号 1k I 1k I 4.3 方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护 4. .3. .1 工频故障分量的方向元件

13、工频故障分量的方向元件 2闭锁式方向纵联保护的构成闭锁式方向纵联保护的构成 4. .3. .3 闭锁式距离纵联保护闭锁式距离纵联保护 4.3.4 影响方向纵联保护正确工作的因素及影响方向纵联保护正确工作的因素及 应对措施应对措施 1 非全相运行对负序方向纵联保护的影响及应对非全相运行对负序方向纵联保护的影响及应对 措施措施 2222 () LMLN UIZZ 2L U 2M I 2M I 222MMM UIZ 2M U 2 2 90arg270 r r U I 负序方向元件的动作条件：负序方向元件的动作条件： 防止其误动的措施：采用线路侧电压防止其误动的措施：采用线路侧电压 2M I 2 功率

14、倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对 措施措施 应对措施：发应对措施：发 信元件动作后信元件动作后 延时延时t1返回返回 3 分布电容对负序方向纵联保护的影响及应对措施分布电容对负序方向纵联保护的影响及应对措施 影响：影响：当 当TV接于线路上时，由于电容电流的影接于线路上时，由于电容电流的影 响会使负序方向纵联保护误动响会使负序方向纵联保护误动 措施：措施： 增大定值或增加延时；在保护装置中加增大定值或增加延时；在保护装置中加 进消除分布电容影响的补偿措施进消除分布电容影响的补偿措施 4.4.1 纵联电流差动保护纵联电流差动保护 4.4 纵联电流差动保

15、护纵联电流差动保护 1 工作原理工作原理 M I N I m I n I r I M I N I 正常运行及外部故障时，差动继电器中的电流为正常运行及外部故障时，差动继电器中的电流为 不平衡电流不平衡电流 unbmn III 1 () MN TA II n .max 0.1 unbstk IK I 最大暂态不平衡电流：最大暂态不平衡电流： 最大稳态不平衡电流：最大稳态不平衡电流： .max 0.1 unbstnpk IK K I 2 纵联电流差动保护的整定计算纵联电流差动保护的整定计算 采用不带制动特性的差动继电器时采用不带制动特性的差动继电器时 .maxrelerstnpk KK K K I

16、 .maxsetrelunb IKI .maxsetrelL IKI 1） 2） 取取1、2中大者中大者 灵敏度：灵敏度： 2 min. set k sen I I K 带有制动特性的差动继电器带有制动特性的差动继电器 0rresresop IKII 动作方程：动作方程： 动作特性：动作特性： res K ：制动系数 0op I：门限 当采用具有制动特性的差动继电器时，制动电流当采用具有制动特性的差动继电器时，制动电流 的选取：的选取： 0.5 resmn III 0.5() resmn III cos(180)cos(180) 0 0cos(180) 0 mnmnmn res mn II I

17、 1） 2） 3） 4.4.2 两侧电流的同步测量两侧电流的同步测量 1 基于数据通道的同步方法基于数据通道的同步方法 21 2 rmm d ttt t (1)(1)通道延时的测定通道延时的测定 (2)(2) 主站时标与从站时标的核对主站时标与从站时标的核对 3 () sird tttt simj tt 00tt 主站采样超前从站；主站采样滞后从站 (3)(3)采样时刻的调整采样时刻的调整: 为使两侧采样保持同步，常采用的稳定调整方式：为使两侧采样保持同步，常采用的稳定调整方式： (1) () 2 s isis n t ttT 2 基于具有统一时钟的同步方法基于具有统一时钟的同步方法 4.4.

18、3 纵联电流相位差动保护纵联电流相位差动保护 1 工作原理工作原理 利用被保护元件两侧电流在区利用被保护元件两侧电流在区内内短路时短路时几乎几乎 同相同相、区、区外外短路时短路时几乎反相几乎反相的差异，构成电流的差异，构成电流 相位差动保护相位差动保护 分析问题时，假定全系统阻抗角相同，两侧电分析问题时，假定全系统阻抗角相同，两侧电 势相位一致势相位一致 规定电流正方向为母线指向线路规定电流正方向为母线指向线路 M I N I M I N I M侧侧 N侧侧 M侧侧 N侧侧 M侧侧 N侧侧 M侧侧 N侧侧 单频制闭锁式电流相位差动保护原理框图单频制闭锁式电流相位差动保护原理框图 2 纵联电流相

19、位差动保护的动作特性与相继动作纵联电流相位差动保护的动作特性与相继动作 7 TA Lkm单位取 15 BH 0.06 L L 7150.06 L 区外短路时，两侧收到的高频电流之间相区外短路时，两侧收到的高频电流之间相 差差 时，与理想情况偏差最大。时，与理想情况偏差最大。 180 （1）动作特性）动作特性 选择保护的闭锁角为：选择保护的闭锁角为： 7150.06 by L 15 y 7150.06 by L r I OP I （2）相继动作）相继动作 M I N I M E N E M I N I k点短路时，点短路时，M侧收到的两侧高频信号的相位差：侧收到的两侧高频信号的相位差： 60 7

20、0 90 100220.06 L 1220.06 L 此时，此时，N侧收到的两侧高频信号侧收到的两侧高频信号 的相位差：的相位差： 1220.06 L 当输电线路较长时，当输电线路较长时，M侧保护可能不动作侧保护可能不动作 N侧保护能动作侧保护能动作 最终线路会出现相最终线路会出现相 继动作的现象继动作的现象 3 负序滤过器负序滤过器 （1） 负序电压滤过器负序电压滤过器 11 22 1 3 3 XR XR 12 mnRX UUU 当输入量当输入量 为正序分为正序分 量时：量时： 1ab U 1bc U 1ca U 1ab I 1R U 1X U 1bc I 2R U 2X U 30 60 1

21、2 1mnRX UUU 0 11 22 1 3 3 XR XR 当输入量为负序分量时：当输入量为负序分量时： 2ab U 2ca U 2bc U 2ab I 1R U 1X U 2bc I 2R U 2X U 30 60 12 2mnRX UUU 3030 22 33 22 jj abbc UeUe 3090 2 3 () 2 jj ab Uee 60 2 3 2 j ab Ue 2mn U 11 22 1 3 3 XR XR 30 2 3 3 2 j a U e 0 1 ()() mnaURbc UA UIIRjKII n （2） 负序电流滤过器负序电流滤过器 () URbc jKII 0 1 () a UA IIR n mn U 当输入量为正当输入量为正 序分量时：序分量时： 1a I 11bc II 1b I 1c I 11 () URbc jKII 1a UA I R n 1111 1 () mnaURbc UA UI RjKII n 1 1 (3) aUR UA IRK n 3 UR UA R K n 令 1 0 mn U 则 0 1 ()() mnaURbc UA UII RjKII n 00000 1 ()() mnaURbc UA UIIRjKII n 当输入量为零序分量时：当输入量为零序分量时： 0000abc IIII 0 0 mn U 0 1 ()()