第四章_输电线路的纵联保护

1、第四章第四章 输电线路的纵联保护输电线路的纵联保护Pilot Protection for Transmission Lines4.1.1 引言在在220kV220kV及以上系统中，为满足稳定性要求，及以上系统中，为满足稳定性要求，在线路上发生故障时，要求在线路上发生故障时，要求全线速动全线速动( (即无即无时限切除任意一点故障时限切除任意一点故障) )，快速切除故障，快速切除故障，以满足系统稳定性要求。以满足系统稳定性要求。4.1.1 引言反应单侧电源电气量的保护（电流、电压和距离保护）无法实现全线速动！反应单侧电源电气量的保护（电流、电压和距离保护）无法实现全线速动！无法识别线路末端和下条

2、线路始端的故障，为保证选择性，就必须延时。如何保证瞬时切除高压输电线路故障？如何保证瞬时切除高压输电线路故障？解决办法：获取对侧的电气量信息，判断故障是否在保护区内。4.1.1 引言 采用线路纵联保护！采用线路纵联保护！4.1.1 引言线路纵联保护是利用某种通信通道将线路两侧的电气量（电流、功率方向、测量阻抗、电流的相位等）纵向联系起来，将线路一侧的电气量信息传到另一侧去，将两侧的电气量同时比较形成的保护，国外又称为线路的单元保护。理论上纵联保护具有线路内部短路时动作的绝对选择性。基本概念A. 按通信通道分：(1) 导引线通道导引线通道需要沿线铺设导引线电缆传送电气量信息，其投资随线路的需要沿

3、线铺设导引线电缆传送电气量信息，其投资随线路的长度而增加。此外，导引线越长，其自身安全性越低。用于长度而增加。此外，导引线越长，其自身安全性越低。用于短线路。短线路。(2) 电力线载波通道电力线载波通道利用输电线路本身作为通信通道，不需专门架设通信通道，利用输电线路本身作为通信通道，不需专门架设通信通道，应用广泛。应用广泛。需注意的问题：线路发生故障时通道可能遭到破坏。需注意的问题：线路发生故障时通道可能遭到破坏。4.1.1 引言纵联保护的分类：A. 按通信通道分：(3) 微波通道微波通道是一种多路通信通道，频带宽，可传送交流电的波形。是理是一种多路通信通道，频带宽，可传送交流电的波形。是理想

4、的通道，但保护专用微波通道是不经济的。想的通道，但保护专用微波通道是不经济的。(4) 光纤通道光纤通道采用光纤作为通信通道，目前超高压线路在架线时已同时架采用光纤作为通信通道，目前超高压线路在架线时已同时架设光纤通道，所以，已被越来越多的超高压线路采用。设光纤通道，所以，已被越来越多的超高压线路采用。4.1.1 引言4.1 4.1 输电线路的纵差保护输电线路的纵差保护 1.纵联电流差动保护原理纵联电流差动保护原理u正常运行和外部故障正常运行和外部故障（定义：正方向为从母线（定义：正方向为从母线流向线路）流向线路）NMII线路两侧电流，其电流互感器的二次电流为：考虑励磁电流的影响考虑励磁电流的影

5、响TAMMMnIIITANNNnIIIunbTANMrInIII TANNTAMMrnIInIII流入差动电流元件的电流为流入差动电流元件的电流为 0NMII正常时流入差动继电器的正常时流入差动继电器的不平衡电流不平衡电流继电器不动作，此时导引线内形成环流继电器不动作，此时导引线内形成环流纵差保护的不平衡电流纵差保护的不平衡电流两侧电流互感器二次阻抗及互感器本身励磁特性不一致，在正常运行及外部故障时，差回路中电流不为零，此电流称为不平衡电流。TAksterunbnIKKImax稳态下的不平衡电流：励磁电流之差暂态不平衡电流：电流互感器原次边回路对非周期分量衰减时间常数不同,综合得到最大不平衡电

6、流TAksternpunbnIKKKImaxmax.电流互感器电流互感器10%误差系数误差系数电流互感器的同型系电流互感器的同型系数，同型号（数，同型号（0.5）,不同型号不同型号(1.0)非周期分量系数非周期分量系数,当接有速饱和当接有速饱和变流器时变流器时(1.0),否则否则(1.52)当线路当线路MN内部短路内部短路 TANN1KTAMM1KrnIInIIITANMTA1KnIInI1.纵差保护的基本原理纵差保护的基本原理继电器动作，继电器动作，跳两侧的断路器。跳两侧的断路器。MN线内部短路时流线内部短路时流入差动电流元件入差动电流元件KD的电流为故障点总故的电流为故障点总故障电流的二次

7、值，远障电流的二次值，远远大于正常运行和外远大于正常运行和外部短路时流入电差电部短路时流入电差电流元件流元件KD的不平衡的不平衡电流。电流。问题：问题：因要铺设多根导引线，这种单相原理因要铺设多根导引线，这种单相原理接线方式接线方式可用于短线路，电力变压器、发电可用于短线路，电力变压器、发电机、母线。机、母线。2 纵差保护的整定计算 纵差保护整定计算的基本原则是应保证正常运纵差保护整定计算的基本原则是应保证正常运行和外部短路时保护装置不动作跳闸。因此，行和外部短路时保护装置不动作跳闸。因此，纵差保护的一次动作电流按满足以下条件进行纵差保护的一次动作电流按满足以下条件进行选择：选择：maxmax

8、ksternprelunbrelopIKKKKIKI（1）正常运行和区外短路时差回路流过最大不）正常运行和区外短路时差回路流过最大不平衡电流时保护不动作，即平衡电流时保护不动作，即躲开外部故障时的躲开外部故障时的最大不平衡电流最大不平衡电流： （2）正常运行时电流互感器二次断线时保护）正常运行时电流互感器二次断线时保护不动作，即不动作，即躲开电流互感器二次断线躲开电流互感器二次断线：max1lreopIKI2minopKsenIIKIkmin单侧电源作用时被保护线末端短路时，流单侧电源作用时被保护线末端短路时，流过保护的最小短路电流过保护的最小短路电流取两者的最大值。取两者的最大值。u灵敏度校

9、验：灵敏度校验：4 4 带制动特性的纵差保护带制动特性的纵差保护oprNMNMIIIkII流纵差保护的二次动作电oprI10而小于制动系数，其值大于k式中，式中，为了减少不平衡电流对纵差保护的影响，常为了减少不平衡电流对纵差保护的影响，常采用带制动特性的纵差保护。带制动特性的采用带制动特性的纵差保护。带制动特性的差动电流测量元件的动作方程为：差动电流测量元件的动作方程为： 差电流，它将制止测量元件动作，故称为制动电流和电流，使测量元件动作的电流NMNMIIII纵联差动保护的评价及应用纵联差动保护的评价及应用 优点： 全线速动 不受负荷的影响，灵敏度较高 缺点： 需敷设与被保护线路同长的辅助导线

10、且要求电流互感器的二次负载阻抗满足电流互感器10%的误差。 需敷设辅助导线断线与短路的监视装置 不能作相邻线路的后备保护 应用：在输电线路中，只有其他保护不能满足要求的短线路（一般不超过5-7km)。 高频闭锁方向保护高频闭锁方向保护高频闭锁方向保护是通过高频通道间接高频闭锁方向保护是通过高频通道间接比较被保护线路两侧的功率方向，以判别是比较被保护线路两侧的功率方向，以判别是被保护范围内部故障还是外部故障。被保护范围内部故障还是外部故障。以高频通道以高频通道经常无电流经常无电流而在而在外部故障时外部故障时发出闭锁信号发出闭锁信号的方式构成。的方式构成。一、高频闭锁方向保护的基本原理一、高频闭锁

11、方向保护的基本原理高频闭锁方向保护的基本原理高频闭锁方向保护的基本原理K1点短路 对对AB线路为外部故障，线路为外部故障，2处功率方向为负，处功率方向为负，发闭锁信号，发闭锁信号，1、2保护被闭锁。保护被闭锁。 对对BC线路为内部故障，线路为内部故障，3、4处功率方向均处功率方向均为正（母线到线路），不发闭锁信号，保护为正（母线到线路），不发闭锁信号，保护动作于跳闸。动作于跳闸。 当区外故障时，被保护线路近短路点一侧当区外故障时，被保护线路近短路点一侧为负短路功率，向输电线路发高频波，两侧收为负短路功率，向输电线路发高频波，两侧收信机收到高频波后将各自保护闭锁。信机收到高频波后将各自保护闭锁。

12、 当区内故障时，线路两端的短路功率方当区内故障时，线路两端的短路功率方向为正，发信机不向线路发送高频波，保护向为正，发信机不向线路发送高频波，保护的起动元件不被闭锁，瞬时跳开两侧断路器。的起动元件不被闭锁，瞬时跳开两侧断路器。高频闭锁方向保护的基本原理小结高频闭锁方向保护的基本原理小结4.3.2 闭锁式方向比较式纵联保护1、闭锁式方向纵联保护的工作原理1M23456闭锁信号闭锁信号 当区内故障并伴有通道破坏时，保护是否会正确动作？ 对于故障线路，两侧的功率方向均为正，都不会发信号，因此，此时通道破坏，两端的保护仍能正确跳闸。4.3.2 闭锁式方向比较式纵联保护2、闭锁式方向纵联保护的构成KW+

13、：功率正方向元件&0t1t20&收信停启Y2Y1KA1KW+KA2TVTA结合电容器跳闸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，延时返回元件t2：延时动作，瞬时返回元件4.3.2 闭锁式方向比较式纵联保护&0t1t20&收信停启Y2Y1KA1KW+KA2TVTA结合电容器跳闸 由于被保护线路两侧的TA 有误差（最大达10 %）和两侧电流启动元件的动作电流可能有士5的误差。如果只用一个电流启动元件，则在外部短路时，可能出现近短路侧的电流元件拒动、而远离短路侧的启动元件动作的情况。于是，近短路侧的发信机不发信，远离短路侧的收信机收

14、不到高频闭锁信号，从而会使该侧断路器误跳闸。 采用两个灵敏度不同的电流启动元件的原因：采用两个灵敏度不同的电流启动元件的原因：为了保证选择性。为了保证选择性。 采用两个动作电流不等的电流启动元件；用较小的电流启动元件去启动发信机，较大的准备跳闸。这样就可保证在外部短路一侧的KA1动作时，对侧的KA1也一定动作，从而可保证发信机发信，避免上述的误动作。 问题的解决：问题的解决： 电流启动的高频闭锁方向保护电流启动的高频闭锁方向保护为什么延时为什么延时t2跳闸？跳闸？ 为了保证可靠性。为了保证可靠性。 为什么延时为什么延时t1返回？返回？ 为了保证选择性。为了保证选择性。 在外部故障时，在外部故障

15、时，A侧需等待对侧发送的闭锁信号，侧需等待对侧发送的闭锁信号，否则外部故障时，否则外部故障时，A侧保护可能误动作。侧保护可能误动作。避免在外部故障切除后，避免在外部故障切除后，B侧侧KA先返回，则先返回，则A侧侧的的KA2，+KW后返回时，保护会误动作。后返回时，保护会误动作。4.3.2 闭锁式方向比较式纵联保护&0t1t20&收信停启Y2Y1KA1KW+KA2TVTA结合电容器跳闸(3) 单端供电线路区内短路单端供电线路区内短路如果如果 D母线停运，则变为单端供电线路。母线停运，则变为单端供电线路。K点故障，对线路点故障，对线路BC来来说是区内短路说是区内短路1A23456闭

16、锁信号闭锁信号BCDKB端保护端保护3的的KA1动作，启动发信机发出闭锁信号，动作，启动发信机发出闭锁信号， 随之，随之，KA2和和KW+动作动作 ，Y1有输出，立即停信。有输出，立即停信。C端保护端保护4不启动，不发出闭锁信号不启动，不发出闭锁信号。B侧保护接收不到闭锁信号，经侧保护接收不到闭锁信号，经t2延延时后跳闸，切除故障。时后跳闸，切除故障。功率方向元件功率方向元件 在高频闭锁方向保护中，方向或功率方向元件是保在高频闭锁方向保护中，方向或功率方向元件是保护中的关键元件。对于方向元件的主要要求有：护中的关键元件。对于方向元件的主要要求有：(1)能反应所有类型的故障且无死区；能反应所有类

17、型的故障且无死区；(2)线路正常运行和系统振荡时不动作；线路正常运行和系统振荡时不动作；(3)功率方向元件之间的灵敏度容易配合功率方向元件之间的灵敏度容易配合4.3.2 闭锁式方向比较式纵联保护(1) 相电压、相电流组成的功率方向元件方向元件分析：当系统发生振荡时，振荡中心位于被保护线路上时，会产生 误动。(2) 方向阻抗元件等组成的方向元件振荡中心位于被保护线路上时，也会产生误动。4.3.2 闭锁式方向比较式纵联保护(3) 负序方向元件、零序方向元件 负序方向元件、零序方向元件不受系统振荡的影响，可以反应各种不对称短路或接地短路。三相短路一般在短路开始瞬间，总有负序或零序分量，因此对三相短路

18、也能反应。基本不受短路点过渡电阻的影响。 受非全相运行的影响较大，在系统非全相运行时可能误动。解决方法：在非全相运行期间退出负序方向元件、零序方向元件。4.3.2 闭锁式方向比较式纵联保护(4) 工频突变量方向元件 工频突变量方向元件能正确反应所有类型的故障，方向性明确，无动作死区。不受负荷电流、系统振荡和短路点过渡电阻的影响。 突变量只能在故障初期有效!4.3.3 闭锁式距离纵联保护 方向比较式纵联保护全线速动，但不能作为变电站母线和下级线路的后备。 距离保护可以作为变电站母线和下级线路的后备，而且其中的主要元件(启动元件、方向阻抗元件等)也可作为实现闭锁式纵联保护的元件，但距离保护无法实现全线速动。能不能把两者结合起来，取两者的优点？可以。做成闭锁式距离纵联保护可以。做成闭锁式距离纵联保护(又称为高频闭锁距离保又称为高频闭锁距离保护护)，使得内部故障时能够瞬时动作，而在外部故障时具使得内部故障时能够瞬时动作，而在外部故障时具有不同的时限特性，起到后备保护的作用。有不同的时限特性，起到后备保护的作用。 二、闭锁式距离纵联保护简介二、闭锁式距离纵联保护简介 闭锁式距离纵联保护实际上是由两端完整的三段式距离闭锁式距离纵联保护实际上是由两端完整的三段式距离保护附加高频通信部分组成。