电力系统继电保护原理4

1、4 4 输电线路纵联保护输电线路纵联保护 学习目的：学习目的： 1 1、掌握输电线路的纵联保护的基本原理、通信通、掌握输电线路的纵联保护的基本原理、通信通道的分类。道的分类。2 2、掌握高频保护的概念，掌握其、掌握高频保护的概念，掌握其信号的转换、信信号的转换、信号的传输以及信号的比较。号的传输以及信号的比较。3 3、掌握方向比较式纵联保护的工作原理。、掌握方向比较式纵联保护的工作原理。4 4、掌握差动纵联保护的工作原理。、掌握差动纵联保护的工作原理。 4.1 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 4.1.1 引言引言 1 1、问题的提出：、问题的提出：三段式电流、距离

2、保护：不能实现全线速动；三段式电流、距离保护：不能实现全线速动；三段式保护：从线路一侧检测电气量，并反应三段式保护：从线路一侧检测电气量，并反应于其变化而动作；于其变化而动作； 重要线路（高电压等级线路）重要线路（高电压等级线路）要求全线速要求全线速动。动。 全线速动：必须同时检测两侧的电气参数。全线速动：必须同时检测两侧的电气参数。 反应线路两侧电量的保护称为输电线路纵联保护。反应线路两侧电量的保护称为输电线路纵联保护。2 2、输电线路纵联保护框图：、输电线路纵联保护框图：3、纵联保护的分类、纵联保护的分类 1 1）导引线纵联差动保护）导引线纵联差动保护导引线差动保护一般用于短线路上（导引线

3、差动保护一般用于短线路上（5km5km及以下）。及以下）。 2 2）输电线路载波保护（高频保护）输电线路载波保护（高频保护）由于利用输电线路作为信号传送的通道，其可靠性较高由于利用输电线路作为信号传送的通道，其可靠性较高 3 3）微波保护）微波保护 信号的传送不依赖高压输电线路，而直接用微波通道信号的传送不依赖高压输电线路，而直接用微波通道构成。必须沿线路建设微波站或微波中继站。微波通道是构成。必须沿线路建设微波站或微波中继站。微波通道是一种多路通信系统，可以提供足够的通道，解决了载波保一种多路通信系统，可以提供足够的通道，解决了载波保护通道拥挤的问题。护通道拥挤的问题。 4 4）光纤纵差保护

4、）光纤纵差保护 将每侧的电信号经光电转换接口转换为光信号，用光将每侧的电信号经光电转换接口转换为光信号，用光纤将两侧信号联系的保护。纤将两侧信号联系的保护。 按照实现纵联保护的原理划分，纵联保护可分为两类。按照实现纵联保护的原理划分，纵联保护可分为两类。第一类是纵联方向保护第一类是纵联方向保护方向元件主要有：方向阻抗元件、负序功率方向元件、零方向元件主要有：方向阻抗元件、负序功率方向元件、零序功率方向元件、突变量方向元件。序功率方向元件、突变量方向元件。 高频距离（闭锁允许）保护、高频负序方向（闭锁允高频距离（闭锁允许）保护、高频负序方向（闭锁允许）保护、高频零序方向（闭锁允许）保护、高频突变

5、许）保护、高频零序方向（闭锁允许）保护、高频突变量方向（闭锁允许）保护。量方向（闭锁允许）保护。第二类是差动纵联保护第二类是差动纵联保护每侧保护对两侧电流的相位进行比较，从而判断出区内外每侧保护对两侧电流的相位进行比较，从而判断出区内外故障。故障。这类保护有高频相差保护、导引线差动保护、光纤纵差保这类保护有高频相差保护、导引线差动保护、光纤纵差保护、微波电流分相差动保护。护、微波电流分相差动保护。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、两侧电流向量和、两侧电流向量和正常、正常、K K外时外时：0 IK K内时内时：内内kII M Mk k外外N N.

6、k k内内IM.IN.2、两侧功率方向、两侧功率方向K K内时：内时：两端都为母线流向线路两端都为母线流向线路 K K外时：外时：近故障点侧线路流向母线，远故障点侧母线近故障点侧线路流向母线，远故障点侧母线流向线路。流向线路。3 3、两端电流相位、两端电流相位K K内时：内时：两侧电流同相位两侧电流同相位 K K外时：外时：两侧电流反相位两侧电流反相位 4 4、两端测量阻抗、两端测量阻抗K K内时：内时：两侧距离两侧距离段同时启动段同时启动正常时：正常时：两侧距离两侧距离段不启动段不启动K K外时：外时：至少有一侧距离至少有一侧距离段因反方向不启动段因反方向不启动4.1.3 4.1.3 纵联保

7、护的纵联保护的基本原理基本原理 1 1、纵联电流差动保护、纵联电流差动保护 M Mk k外外N NI-II-I.k k内内IM.IN.Im.In.Ir.setNMIII 动作判剧：动作判剧：保护范围：两侧保护范围：两侧TATA之间之间原理原理上：有选择性，可实现全线速动。上：有选择性，可实现全线速动。2 2、方向比较式纵联保护、方向比较式纵联保护 闭锁式方向纵联保护闭锁式方向纵联保护（反方向短路发闭锁信号）（反方向短路发闭锁信号）允许式方向纵联保护允许式方向纵联保护（正方向短路发允许信号）（正方向短路发允许信号）3 3、电流相位比较式纵联保护、电流相位比较式纵联保护 对比两侧电流相位差为对比两

8、侧电流相位差为0 0保护动作；保护动作；对比两侧电流相位差为对比两侧电流相位差为180180保护不动作；保护不动作；4 4、距离纵联保护、距离纵联保护 距离距离段作为方向元件。段作为方向元件。该保护的优点：既具有纵联保护的优点，又具有距离该保护的优点：既具有纵联保护的优点，又具有距离保护的优点。保护的优点。4.2 4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换输电线路纵联保护两侧信息的交换4.2.1 4.2.1 导引线通信（见导引线通信（见P132P132图图4.54.5）4.2.2 4.2.2 电力线载波通信（见电力线载波通信（见P134P134图图4.64.6）“高频保护高频保护 ” ”（1 1一

9、阻波器；一阻波器；2 2一结一结合电容器；合电容器；3 3一连接滤一连接滤波器；波器；4 4一高频电缆；一高频电缆；5 5一高频收、发信机；一高频收、发信机；6 6一刀闸）一刀闸）1 1、高频通道的构成：、高频通道的构成： 1 1）分类：）分类：相相- -相式构成相式构成 相相- -地式构成（我国以此为主）地式构成（我国以此为主）2 2）构成：）构成： 相相- -地式构成见地式构成见P134P134图图4.64.6阻波器（高频阻波器）阻波器（高频阻波器） L L、C C并联谐振回路，谐振于载波频率。并联谐振回路，谐振于载波频率。 载频电流：大阻抗（载频电流：大阻抗（10001000以上）以上）

10、 工频：小阻抗（工频：小阻抗（0.040.04以下）以下） “ “阻高频、通工频阻高频、通工频”结合电容器（耦合电容器）结合电容器（耦合电容器）连接滤波器：连接滤波器： 形成阻抗匹配形成阻抗匹配 “ “通高频、阻工频通高频、阻工频”高频电缆高频电缆 将位于主控制室的高频收、发信机与户外变电站的带通滤将位于主控制室的高频收、发信机与户外变电站的带通滤波器连接起来。波器连接起来。 收发信机控制保护起动。收发信机控制保护起动。 刀闸（接地刀闸）便于检修、调试。刀闸（接地刀闸）便于检修、调试。 继电保护部分、高频收、发信机和高频通道。继电保护部分、高频收、发信机和高频通道。2 2、高频通道工作方式、高

11、频通道工作方式故障时发讯故障时发讯故障时起动发讯，正常时无高频故障时起动发讯，正常时无高频电流。电流。 长期发讯长期发讯正常时有高频电流，故障时停讯。正常时有高频电流，故障时停讯。移频（跳频）移频（跳频）正常时有一种频率的高频电流，正常时有一种频率的高频电流，在发生故障时将其改为另一种频率的高频电流。在发生故障时将其改为另一种频率的高频电流。protectprotectGSXGSX跳闸跳闸protectprotectGSXGSX跳闸跳闸3 3、高频、高频讯讯号应用方式：号应用方式：闭锁讯号方式：高频讯号本身对保护闭锁闭锁讯号方式：高频讯号本身对保护闭锁 允许讯号方式：高频讯号本身对保护开放允许

12、讯号方式：高频讯号本身对保护开放跳闸讯号方式：高频讯号本身可直接使断路器跳闸跳闸讯号方式：高频讯号本身可直接使断路器跳闸protectprotectGSXGSX跳闸跳闸114.2.3 4.2.3 微波通道微波通道利用利用150mHz150mHz到到20gHz20gHz间的电磁波进行无线通信称为微波通间的电磁波进行无线通信称为微波通信。信。优点：优点：微波通道频带宽。微波通道频带宽。微波通道独立于输电线之外，可靠。微波通道独立于输电线之外，可靠。因而用微波通道可实现传送允许信号和直接跳闸信号的因而用微波通道可实现传送允许信号和直接跳闸信号的保护方式。保护方式。缺点：缺点：微波信号的衰耗与天气有关

13、。微波信号的衰耗与天气有关。必须沿线路建设微波中继站。必须沿线路建设微波中继站。微波通道的组成原理示意微波通道的组成原理示意 4.2.4 光纤通道光纤通道光缆的结构和光纤通道的组成示意图光缆的结构和光纤通道的组成示意图 4.3 4.3 方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护 4.3.1 4.3.1 工频故障分量的方向元件工频故障分量的方向元件 方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护 方向保护方向保护+ +纵联保护纵联保护特点：特点：1)1)正确反映方向，无死区；正确反映方向，无死区； 2 2）正常负荷下不启动；）正常负荷下不启动； 3 3）不受振荡影响；）不受振荡影响； 4 4）在非全相运行时也能

14、正确动作；）在非全相运行时也能正确动作； 5 5）不受过渡电阻的影响。）不受过渡电阻的影响。基本原理：基本原理：正方向短路：正方向短路：反方向短路：反方向短路： 引入模拟阻抗：引入模拟阻抗： 与与 及及 同相位。同相位。sZIU sZIU rZsZsZ正方向短路：正方向短路：sZIU sZIU 180)arg(argrsrZZIZU反方向短路：反方向短路： 270arg90IZUr 0)arg(argrsrZZIZU 90arg90IZUr同理：同理：正方向短路：正方向短路：反方向短路：反方向短路： 270arg90222IZUr 270arg90000IZUr 90arg90222IZUr

15、90arg90000IZUr4.3.2 4.3.2 闭锁式方向纵联保护闭锁式方向纵联保护 1 1、工作原理、工作原理由短路功率为负由短路功率为负S S-的一侧发出高频闭锁信号，该信的一侧发出高频闭锁信号，该信号被两端的收信机所接收，而把保护闭锁。号被两端的收信机所接收，而把保护闭锁。 方向高频保护方向高频保护方向保护方向保护+ +高频装置高频装置2 2、高频闭锁方向保护原理接线、高频闭锁方向保护原理接线4.3.3 4.3.3 闭锁式距离纵联保护闭锁式距离纵联保护 高频距离保护高频距离保护三段式距离保护三段式距离保护+ +高频装置高频装置4.3.4 4.3.4 影响方向比较式纵联保护正确工作的因

16、素影响方向比较式纵联保护正确工作的因素 1.1.非全相运行对高频闭锁方向保护的影响非全相运行对高频闭锁方向保护的影响 当方向元件所使用的电压为母线电压时保护会当方向元件所使用的电压为母线电压时保护会误动。误动。解决办法：解决办法：1 1）利用工频故障分量方向元件）利用工频故障分量方向元件 2 2）使用线路侧电压）使用线路侧电压2 2、功率倒向对方向高频保护的影响、功率倒向对方向高频保护的影响在环网或双回线路上，当一回线发生故障时，由于故障线在环网或双回线路上，当一回线发生故障时，由于故障线路两侧的断路器相继动作。造成非故障线路的短路功率改路两侧的断路器相继动作。造成非故障线路的短路功率改变方向

17、，从而有可能使得非故障线路的方向高频保护误动。变方向，从而有可能使得非故障线路的方向高频保护误动。为防止在功率倒向中保护误动，采取的措施是：为防止在功率倒向中保护误动，采取的措施是：一是反方向功率方向元件优先的原则。即一旦反方向元件一是反方向功率方向元件优先的原则。即一旦反方向元件动作，立即闭锁正方向元件。动作，立即闭锁正方向元件。二是当故障发生后经过一段时间（大于本保护动作时间，二是当故障发生后经过一段时间（大于本保护动作时间，小于相邻线路断路器跳闸时间），尚未判为内部故障，则小于相邻线路断路器跳闸时间），尚未判为内部故障，则认为是外部故障，程序转入另一模块。认为是外部故障，程序转入另一模块

18、。3 3、分布电容对方向高频保护的影响、分布电容对方向高频保护的影响当方向元件所使用的电压为线路电压时保护会误当方向元件所使用的电压为线路电压时保护会误动。当方向元件所使用的电压为母线电压时保护动。当方向元件所使用的电压为母线电压时保护不会误动。不会误动。解决办法：解决办法：1 1）延时）延时 2 2）用方向阻抗元件代替负序方向元件）用方向阻抗元件代替负序方向元件4.4 4.4 纵联电流差动保护纵联电流差动保护 4.4.1 4.4.1 纵联电流差动保护原理纵联电流差动保护原理 M Mk k外外N NKD.k k内内IM1.IN1.IM2.IN2.Ir.Ir.= IM2.+ IN2.Ir.= I

19、M2.- - IN2.d d内：内：正常、正常、k k外外：线路两侧装有相同变比的线路两侧装有相同变比的TATA保护动作特性：保护动作特性：1 1）不带制动特性）不带制动特性max.ksternprelsetIKKKKI 2 2）带制动特性）带制动特性0opnmnmIIIKII 动作方程：动作方程：动作区动作区0opIresIropI.4.4.2 4.4.2 两侧电流的同步测量两侧电流的同步测量 比较两侧比较两侧“同时刻同时刻”的电流的电流1 1、基于数据通道的同步方法、基于数据通道的同步方法 采样时刻调整采样时刻调整 采样数据修正采样数据修正 时钟校正时钟校正2 2、基于、基于GPSGPS和

20、和UTCUTC的同步方法的同步方法4.4.3 4.4.3 相差高频保护相差高频保护1 1、基本原理：、基本原理： 比较线路两端电流相位。比较线路两端电流相位。 理想情况：理想情况： 忽略两端电源电势的相位差；忽略两端电源电势的相位差； 故障点到两侧系统阻抗角故障点到两侧系统阻抗角相同。相同。Im.In.E Em.E En.E Em.E En.In.Im.- -In.= =内部短路：内部短路：外部短路：外部短路：2 2、相差高频保护的构成：相差高频保护的构成： 操作元件操作元件 、起动元件起动元件 、比相元件比相元件 起动元件起动元件-故障检测元件故障检测元件 操作元件操作元件-将三相工频电流转

21、为单一工频电流将三相工频电流转为单一工频电流 比相元件：比相元件：根据线路两侧电流根据线路两侧电流的相位判断内外故障。的相位判断内外故障。 M M侧侧( (发发) )N N侧侧( (发发) )M M侧侧( (发发) )d d外外: :M M、N(N(收收) )N N侧侧( (发发) )d d内内: :im mM M侧侧( (收收) )N N侧侧( (收收) )in nim min n3 3、相位特性：、相位特性：理想：理想：区外区外d d，两侧电流的相位差两侧电流的相位差=180=180，GSXGSX收到的总讯号为无间断的收到的总讯号为无间断的连续连续高频讯号。高频讯号。 区内区内d d，两侧电流的相位差两侧电流的相位差=0=0，GSXGSX收到收到总讯号为总讯号为间断角为间断角为的断续的断续高频信号。高频信号。实际上实际上 ：=+ +n -mIm.In.E Em.E En.mn实际特性：实际特性： N(N(发发) )M(M