电力系统继电保

1、电力系统继电保护 电流保护、距离保护的缺点： I段不能保护线路的全长 线路末端故障需II段延时切除 在220kV及以上电压等级的电网中不能满足快速性的要求 反应线路两侧的电气量可以快速、可靠地区分本线路任意点短路与外部短路，称为纵联保护纵联保护。 线路两端的保护装置组成一个保护单元，又称为单元保护单元保护。 输电线路的纵联保护两端比较的电气量可以是： 流过两端的电流、电流的相位、功率的方向电力系统继电保护电压互感器TV、电流互感器TA：获取电压、电流量通信设备：传送、接收电气量特征电力系统继电保护纵联保护按照信息通道的不同分为： 导引线纵联保护导引线纵联保护：经济性、安全性不好，一般用于较短的

2、线路，采用差动保护原理。 电力线载波纵联保护电力线载波纵联保护：利用输电线路构成通道，在故障时通道可能遭到破坏，要求信号中断时保护仍能正确动作。 微波纵联保护微波纵联保护：多路通信通道，可以传送交流电波形，更适合于数字式保护。不经济，一般与电力信息系统统一考虑。 光纤纵联保护光纤纵联保护：不受干扰，近年来短线路纵联保护的主要通道形式。电力系统继电保护纵联保护按照保护原理分为： 方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护 传送功率方向是否在规定的方向、测量阻抗是否在区段内等判别结果到对侧，每侧保护装置根据两侧的判别结果区分是区内故障还是区外故障。 传送的信息量较少，对信息的可靠性要求高 纵联电流差动保

3、护纵联电流差动保护 传送电流的波形或相位到对侧，每侧保护根据两侧电流幅值、相位的比较区分是区内故障还是区外故障 信息传输量大，两侧信息同步采集电力系统继电保护1.两端电流相量和的故障特征 正常运行或外部故障：两端电流相量和为零 内部故障：两端电流相量和为流入故障点的电流纵联保护纵联保护利用两端的电气量在故障与非故障时的特征差异构成保护。电力系统继电保护2.两端功率方向的故障特征 区内故障：两端功率方向相同 区外故障：远故障点功率方向为正，近故障点功率方向为负，两端相反电力系统继电保护3.两端电流相位特征 区内故障：两侧电流同相位 正常运行或区外故障：两侧电流相位相差180电力系统继电保护4.两

4、端测量阻抗的特征 区内短路时，两端测量阻抗都是短路阻抗，位于距离保护II段动作区内，两侧II段同时启动。 正常运行：两侧测量阻抗都是负荷阻抗，距离II段不启动。 外部短路：两侧测量阻抗也是短路阻抗，但一侧为反方向，至少有一侧的距离保护II段不启动。电力系统继电保护1.纵联电流差动保护 利用两端电流波形或电流相量和的特征构成。 动作判据：（4.1） Iset：动作门槛值2.方向比较式纵联保护 利用两端功率方向相同或相反的特征构成 功率方向为负时发出闭锁信号：闭锁式方向纵联保护 功率方向为正式发出允许信号：允许式方向纵联保护MNsetIII电力系统继电保护3.电流相位比较式纵联保护 比较两端电流的

5、相位关系构成。 区内短路：两端电流相角差为0，保护动作 正常运行或区外短路：两端电流相角差180，保护不动作 考虑电流、电压互感器的误差及线路分布电容的影响，动作区如图所示电力系统继电保护4.距离纵联保护 与方向比较式纵联保护相似，只是用相应的方向阻抗元件替代功率方向元件 优点： 故障发生在保护II段范围内，相应的方向阻抗元件才启动 减少了启动次数，提高了可靠性 高压线路配备距离保护作为后备保护，距离II段作为方向元件电力系统继电保护 常用的通信方式： 导引线通信 电力线载波通信 微波通信 光纤通信电力系统继电保护导引线保护常采用电流差动原理：环流式和均压式。环流式：环流式：动作线圈：和电流

6、制动线圈：循环电流均压式：均压式：动作线圈：差电流 制动线圈：和电流电力系统继电保护 缺点： 环流式：受导引线线芯电容影响小，容易实现两侧保护同时跳闸导引线开路故障时，误动；短路时，拒动 均压式：受导引线线芯电容影响大导引线开路故障时，拒动；短路时，误动 优点： 不受振荡及非全相运行的影响，简单可靠，维护工作量少电力系统继电保护 将线路两端的电流相位（或功率方向）信息转变为高频信号，经高频耦合设备加载到输电线路上，传输到对侧后经高频耦合器将高频信号接收，实现电流相位或功率方向的比较，即高频保护高频保护或载波保护载波保护。 按照通道的构成： “相相”式：使用两相线路 “相地”式：使用一相一地电力

7、系统继电保护输电线路：传输信号阻波器：并联谐振回路，使载波信号不穿越到相邻线路耦合电容器：阻隔工频信号连接滤波器：与耦合电容器构成带通滤波器高频收发信机：发送信号到对端，接受本侧和对侧的信号接地开关：检修时用电力系统继电保护 电力线载波的信号频率范围：50400kHz 电力线载波的优点： 无中继通信距离长 经济、使用方便 工程施工简单 缺点： 高压输电线路上的干扰直接进入载波通道 通讯速率低，一般传递状态信号电力系统继电保护 电力线载波通道的工作方式 正常无高频电流方式正常无高频电流方式：故障启动发信的方式 需定期检查高频通道 正常有高频电流方式正常有高频电流方式：长期发信方式 通道经常处于监

8、视的状态，可靠性较高 无需收、发信机启动元件，使装置简化 干扰及抗干扰要求高 移频方式移频方式 正常时发出频率为f1的高频电流，故障时改发频率为f2的高频电流 可靠性高，抗干扰能力强，但占用的频带宽，通道利用率低电力系统继电保护 闭锁信号：闭锁信号： 阻止保护动作于跳闸的信号 同时满足以下两个条件保护作用于跳闸： 本端保护元件动作 无闭锁信号 外部故障时，近故障端发出闭锁信号，另一端收到闭锁信号，尽管保护元件动作，但不作用于跳闸 内部故障时，任一端都不发送闭锁信号，两端保护元件动作后即作用于跳闸电力载波信号的种类电力载波信号的种类电力系统继电保护 允许信号：允许信号： 允许保护动作于跳闸的信号

9、 同时满足以下两个条件保护作用于跳闸： 本端保护元件动作 有允许信号 内部故障时，两端都互送允许信号，保护元件动作后即作用于跳闸 外部故障时， 近故障端不发允许信号，保护元件也不动作，不能跳闸 远故障端收不到允许信号，也不能动作于跳闸电力载波信号的种类电力载波信号的种类电力系统继电保护 跳闸信号：跳闸信号： 直接引起跳闸的信号 跳闸的条件（或） 本端保护元件动作 有跳闸信号 本端保护元件动作即作用于跳闸，与有无跳闸信号无关 收到跳闸信号即作用于跳闸，与本端保护元件动作与否无关 本侧和对侧保护元件都具有直接区分区内故障和区外故障的能力电力载波信号的种类电力载波信号的种类电力系统继电保护构成：保护

10、装置部分和微波通信部分，发送端口、接收端口电力系统继电保护 特点 有独立于输电线路的通信通道，不受输电线路的干扰 扩展了通信频段，可以传递的信息容量增加、速率加快，可以实现纵联电流分相差动原理 受外界干扰小，误码率低，可靠性高 输电线路故障不会使通道工作被破坏，可以传送内部故障时的允许信号和跳闸信号 传输距离超过4060km，需装设微波中继站电力系统继电保护以光纤作为信号传递媒介的通信称为光纤通信光纤通信。构成：光发射机、光纤、中继器、光接收机。光发射机：电调制器和光调制器，把电信号转变为光信号光接收机：光探测器和电解调器，把光信号转变为电信号电力系统继电保护电力系统继电保护 光纤通信的特点：

11、 通信容量大 节约金属材料 保密性好，不受干扰、抗腐蚀 无感应性能，可靠性高 缺点： 通信距离不够长，若用于长距离通信，要用中继器及附加设备 光纤断裂时不易找寻或连接，可用备用光纤替换电力系统继电保护 方向比较式纵联保护中，方向元件或功率方向测量元件是保护中的关键元件，常用工频电压、电流的故障分量构成方向元件。 方向元件的作用是判断故障的方向，要求： 正确反映所有类型故障时故障点的方向且无死区 不受负荷的影响，在正常负荷状态下不启动 不受系统振荡的影响，在振荡无故障时不误动，振荡中再故障仍能正确判定故障点的方向 两相运行又发生故障时仍能正确判定故障点的方向 反映工频故障分量的方向元件能满足以上

12、要求。电力系统继电保护闭锁式方向纵联保护闭锁式方向纵联保护闭锁信号由功率方向为负的一侧发出，被两端接收机接收，闭锁两端保护BC线路故障线路故障2、5功率方向为负，发闭锁信号，闭锁1、2，闭锁5、6，非故障线路都不跳闸3、4功率方向为正，不发闭锁信号，保护3、4跳闸电力系统继电保护KW：功率正方向元件KA2：高定值电流启动停信元件KA1：低定值电流启动发信元件t1：瞬时动作延时返回t2：延时动作瞬时返回电力系统继电保护区外故障时存在的问题区外故障时存在的问题近故障侧发出闭锁信号实现远故障侧不跳闸电力系统继电保护由两端完整的三段式距离保护附加高频通信部分组成。电力系统继电保护III段继电器作为故障

13、启动发信元件II段为方向判别元件和停信元件I段：两端各自独立跳闸段II段增加瞬时动作的与门元件，收不到闭锁信号跳闸，瞬时切除全线任意点短路III段启动元件：无方向性缺点：后备保护检修时，主保护也停运，运行灵活性不够。电力系统继电保护22LMUI与符合功率方向为负的关系 闭锁，保护不误动22LMUU断线点两侧负序电压 与 相位相反22MMUI与符合功率方向为正的关系 停发闭锁信号，误跳闸分析：系统在一侧断开，有一个断线端口M、L系统非全相运行系统非全相运行电力系统继电保护 实际中，一相在两侧断开，有两个断线端口可得到同样的结论： 使用线路侧电压时，受电侧功率方向为正，送电侧功率方向为负，发出闭锁

14、信号，保护不误动 如果使用母线电压，两侧的负序功率方向都为正，保护将误动作 零序功率方向与负序功率方向的特点一致。 工频突变量方向元件能正确动作。 措施： 使用线路侧电压 非全相运行时，退出负序、零序方向元件电力系统继电保护QF3跳闸后，功率倒向QF3跳闸后，QF4跳闸前，配合不当，误动解决措施：加延时返回t1元件t1：大于两侧方向元件动作与返回的最大时间差再加裕度功率倒向功率倒向电力系统继电保护分布电容的影响分布电容的影响空载线路上，一侧断路器一相或两相先闭合系统空载，负序电流只能通过分布电容形成回路2222222()MYCYCMYUIjXjIXII 电压互感器接于线路上电压互感器接于线路上

15、空载合闸一侧正方向误动，另一侧保护不启动，误闭锁信号，两侧保护误动电力系统继电保护 电压互感器接于母线上 负序电压几乎为零，负序方向元件不动作 不误动 措施： 对负序方向元件采取按躲过空载线路两相先闭合时出现的稳态负序电容电流整定 空载过渡过程，很难由整定值躲开，可增大保护启动时间，或用方向阻抗元件代替负序方向元件电力系统继电保护K2点短路（区外）：M侧电流为正，N侧电流为负K1点短路（区内）：两侧电流均为正方向0NMIIKNMIII电力系统继电保护差动保护判据： 躲过最大不平衡电流 带制动特性的差动保护unbNMrIIIIresresNMrIKIII电力系统继电保护nmresIII5 .0)

16、(5 .0nmresIII0)180cos(, 00)180cos(, )180cos(mnmnmnnmresIII（4.18）（4.19）比率制动方式（4.20）标积制动方式 区外短路或正常运行时，（4.18）（4.19）（4.20）效果相同 单侧电源内部短路，（4.18）与（4.19）效果相同，（4.20）更灵敏 双侧电源内部短路，（4.18）比（4.19）更灵敏，（4.20）最灵敏电力系统继电保护整定：1.躲过外部短路时的最大不平衡电流2.躲过最大负荷电流二者取较大者灵敏度：单侧电源运行内部短路时maxLrelsetIKImaxksternprelsetIKKKKI2minsetkset

17、rsenIIIIK不带制动特性不带制动特性unbNMrIIII电力系统继电保护动作线圈动作线圈：取和电流制动线圈制动线圈：取循环电流动作方程动作方程：制动特性制动特性：动作电流不是定值，而是随制动电流变化，称为制动特性。nmIInmII0opnmnmIIIkII带制动线圈带制动线圈resresNMrIKIII电力系统继电保护基于数据通道的同步方法基于数据通道的同步方法电力系统继电保护基于统一时钟的同步方法基于统一时钟的同步方法电力系统继电保护电力系统继电保护电力系统继电保护负序电压滤过器负序电压滤过器bcabmnUjXRjXUjXRRU222111电力系统继电保护负序电流滤过器负序电流滤过器电

18、力系统继电保护1.电流互感器的误差和不平衡电流，为减小不平衡电流，两端采用型号相同、磁化特性一致、铁芯截面较大的高精度电流互感器。2.输电线路的分布电容电流及其补偿措施电力系统继电保护3.负荷电流对纵联电流差动保护的影响电力系统继电保护4.2 纵联保护与阶段式保护的根本差别是什么？陈述纵联保护纵联保护与阶段式保护的根本差别是什么？陈述纵联保护的优缺点。的优缺点。 根本差别：阶段式保护仅反应保护安装处一端的电气量；而纵联保护同时反应被保护线路两端的电气量。 纵联保护的优点：可以可靠地区分本线路内部任意点短路与外部短路，达到有选择性、快速地切除全线路任意点短路的目的。 纵联保护的缺点：构成较为复杂，投资较大；在通信故障的情况下，可能出现误动或拒动的情况。电力系统继电保护4.9 闭锁式纵联保护为什么需要高、低定值的两个启动元件闭锁式纵联保护为什么需要高、低定值的两个启动元件? 主要是防止区外故障保护误动。 低定值用于启动发信;高定值启动故障计算。假如只设一个启动元件，两侧保护的整定值相同，若因某种原因(如：保护采样误差)反方向侧保护不能启动发信，那么将造成正方向侧保护误动跳闸。所以要设置两个启动元件。电力系统继电保护4.10 图图4.31所示系统，线路全部