第四章输电线路纵联保护

1、JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院电力系统继电保护电力系统继电保护Power System Relay Protection张今朝张今朝嘉兴学院嘉兴学院 机电工程学院机电工程学院JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院第四章第四章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学

2、院嘉兴学院机电工程学院220KV及以上电压等级的电力系统中难于满足系统稳定性对及以上电压等级的电力系统中难于满足系统稳定性对快速切除故障的要求快速切除故障的要求JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院国外又称输电线路的单元保护国外又称输电线路的单元保护JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院10Km以上就不经济了以上就不经济了中性点接地系统中绝缘水中性点

3、接地系统中绝缘水平要求较高平要求较高最为广泛最为广泛多路通信通道；频带较宽；采用脉多路通信通道；频带较宽；采用脉冲编码调制；虽理想，但不经济冲编码调制；虽理想，但不经济采用脉冲编码调制方式；近年来光采用脉冲编码调制方式；近年来光纤通道成为纤通道成为短线路短线路纵联保护的主要纵联保护的主要通道形式通道形式JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电

4、工程学院嘉兴学院机电工程学院4.1.24.1.2输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析1.1.两端电流相量和的故障特征两端电流相量和的故障特征图图4.24.2双端电源线路区内外故障示意图双端电源线路区内外故障示意图(a)(a)内部故障内部故障内部故障内部故障JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院图图4.24.2双端电源线路区内外故障示意图双端电源线路区内外故障示意图(b)(b)外部故障外部故障外部故障或正常运行外部故障或正常运行JiaXing UniversityEnjoy Innova

5、tion嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院2.2.两端功率方向的故障特征两端功率方向的故障特征图图4.34.3双端电源线路区内、外故障功率方向双端电源线路区内、外故障功率方向（a a）内部故障功率方向）内部故障功率方向两边同向（母线流向线路）两边同向（母线流向线路）JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院图图4.34.3双端电源线路区内、外故障功率方向双端电源线路区内、外故障功率方向（a a）外部故障功率方向）外部故障功率方向外部故障或正常运行时，两端功率方向相反外部故障或正常运行时，两端功率方向相反（按母线流向线路方向

6、为正按母线流向线路方向为正）JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院3.3.两侧电流相位特征两侧电流相位特征正常运行和发生区外短路时正常运行和发生区外短路时,两侧电流相位差为两侧电流相位差为180度度4.4.两端测量阻抗的特征两端测量阻抗的特征1 1）短路时）短路时, ,两端测量阻抗都是两端测量阻抗都是短路阻抗短路阻抗, ,一定位于距离保护一定位于距离保护IIII段的动作区段的动作区 域内域内. .两侧的两侧的IIII段段同时动作同时动作；2 2）正常运行时，两侧的测量阻抗是）正常运行时，两侧的测量阻抗是负荷阻抗负荷阻抗，距离

7、保护，距离保护IIII段段不启动不启动；3 3）发生外部短路时，两侧的测量阻抗也是）发生外部短路时，两侧的测量阻抗也是短路阻抗短路阻抗，但一侧为反方向，但一侧为反方向，至少有一侧的距离保护至少有一侧的距离保护IIII段不动作。段不动作。区内短路时区内短路时,两侧电流同相位两侧电流同相位JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院4.1.3 4.1.3 纵联保护基本原理纵联保护基本原理1.1.纵联电流差动保护纵联电流差动保护内部故障内部故障外部故障或正常运行外部故障或正常运行差动保护判据差动保护判据门槛值门槛值JiaXing Uni

8、versityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院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允许式方向纵联保护两端功率方向是正两端功率方向是正( (允允许两端跳闸许两端跳闸) )是负是负( (闭锁闭锁两端保护两端保护) )来决定是否来决定是否发出闭锁或允许信号发出闭锁或允许信号3.3.电流相位比较式纵联保护电流相位比较式纵联保护内部故障内部故障外部故障或正常运行外部故障或正常运行JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院4.4.距离纵联保护距离纵联保护 原理与方向比较式纵联

9、保护相似，只是用原理与方向比较式纵联保护相似，只是用方向阻抗元件替代功率方向阻抗元件替代功率方向元件。方向元件。优点优点: :当故障发生在当故障发生在保护保护IIII段范围内时段范围内时相应的方向阻抗元件相应的方向阻抗元件才启动，当故障发生在距离保护才启动，当故障发生在距离保护II段以外时相应的方向阻抗段以外时相应的方向阻抗不启动，不启动，减少了方向元件的启动次数，提高了保护可靠性。减少了方向元件的启动次数，提高了保护可靠性。 一般的高压线路配备距离保护作为后备保护，距离保护的一般的高压线路配备距离保护作为后备保护，距离保护的IIII段作为方向元件，简化了纵联保护（主保护）段作为方向元件，简化

10、了纵联保护（主保护）缺点缺点：后备保护检查维修时，主保护被迫停运之不足。后备保护检查维修时，主保护被迫停运之不足。JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院4.24.2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导引线通信导引线通信电力线载波通信电力线载波通信微波通信微波通信光纤通信光纤通信JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院4.2.1 4.2.1 导引线通信导引线通信JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学

11、院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院 两侧导引线线芯间电压大小相等方向相反，处在电压平衡状态，两侧导引线线芯间电压大小相等方向相反，处在电压平衡状态，这种模式也称为这种模式也称为电压平衡原理电压平衡原理JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院4.2.2 4.2.2 电力线载波通信电力线载波通信构成构成相相-相式相式 相相-地式地式JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学

12、院机电工程学院当载阻波器谐振频率等于高频载波信号的频率时，对载波电流呈现当载阻波器谐振频率等于高频载波信号的频率时，对载波电流呈现极高的阻抗（极高的阻抗（1000 1000 ）JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院2.电力线载波通道的特点电力线载波通道的特点50-400KHz 低于低于40KHz受工频干扰大受工频干扰大(1)无中继通信距离长无中继通信距离长 ；(2) 经济、使用方便；经济、使用方便；(3)工程施工比较简

13、单；工程施工比较简单；JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院(1)正常无高频电流方式（正常无高频电流方式（我国主要采用我国主要采用） ；(2) 正常有高频电流方式；正常有高频电流方式； 优点优点: 使高频保护中的高频通道部分经常处于被监视使高频保护中的高频通道部分经常处于被监视 状态状态; 缺点缺点:增加了对其他通信设备的干扰时间增加了对其他通信设备的干扰时间;也要求收信也要求收信机自身有更高的抗干扰能力。机自身有更高的抗干扰能力。 (3)移频方式；移频方式；正常时，向对端发送正常时，向对端发送f1； 故障时，故障时，向对端

14、发送向对端发送f2（国外用得多）（国外用得多）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JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院4电力线载波信号的种类电力线载波信号的种类（P125图图4.8）(1)闭锁信号闭锁信号 ； 闭锁式方向比较高频保护闭锁式方向比较高频保护(2) 允许信号；允许信号； 本端保护元件动作本端保护元件动作 有允许信号有允许信号 允许式方向比较高频保护允许式方向比较高频保护(3)跳闸信号；跳闸信号；JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工

15、程学院5 微波通信微波通信电力系统使用的微波通信频率段一般在电力系统使用的微波通信频率段一般在30030000MHz，比电，比电力线载波的力线载波的50400kHz频段，频带要宽得多，信息传输量要频段，频带要宽得多，信息传输量要大得多。大得多。微波通信纵联保护使用的频段属于微波通信纵联保护使用的频段属于超短波的无线电波，超短波的无线电波，大气电大气电离层已不能起反射作用，只能在离层已不能起反射作用，只能在“视线视线”范围内传播，范围内传播，传输传输距离不超过距离不超过4060Km跳闸信号；跳闸信号；1.微波通信纵联保护的构成（微波通信纵联保护的构成（P127图图4.9）；2.微波通信纵联保护的

16、优点；微波通信纵联保护的优点；JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院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JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院2.光纤通信的特点光纤通信的特点（1）通信容量大，理论上光作载波可以传输）通信容量大，理论上光作载波可以传输100亿个话路；亿个话路；（2）可以节约大量的金属材料；）可以节约大量的金属材料；（3）光纤通信还有保密性好，敷设方便，不怕雷击，不受）光纤通信还有保密性好，敷设方便，不怕雷击，不受外界

17、电磁干扰，抗腐蚀和不怕潮等优点；外界电磁干扰，抗腐蚀和不怕潮等优点；（4）光纤最重要的特性之一是无感应性能，因此利用光纤）光纤最重要的特性之一是无感应性能，因此利用光纤可以构成可以构成无电磁感应无电磁感应的可靠通道。的可靠通道。JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院3.光纤通信的缺点；光纤通信的缺点；通信距离还不够长，长距离通信时，通信距离还不够长，长距离通信时，需要中继器需要中继器及其附加设备；及其附加设备；光纤断裂时不易找寻或修复光纤断裂时不易找寻或修复，但可迅速用备用光纤代替；，但可迅速用备用光纤代替；JiaXing

18、UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院图图4.13 闭锁式方向纵联保护作用原理闭锁式方向纵联保护作用原理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JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院4.14 闭锁式方向纵联保护的原理接线图闭锁式方向纵联保护的原理接线图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JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学

19、院4.3.3 闭锁式距离纵联保护闭锁式距离纵联保护图图4.15 闭锁式距离纵联保护所用的阻抗元件的动作范围和时限闭锁式距离纵联保护所用的阻抗元件的动作范围和时限JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院图图4.14 闭锁式距离纵联保护的原理接线图闭锁式距离纵联保护的原理接线图JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院4.44.4纵联电流差动保护纵联电流差动保护JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学

20、院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1.1. 纵联电流差动保护的工作原理纵联电流差动保护的工作原理JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院动作电流动作电流JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院相量差相量差标量和标量和

21、标量积标量积JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院电流差动保护的动作方程电流差动保护的动作方程（线路、变压器、发电机等线路、变压器、发电机等）JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院制动电流的不同计算方法在内部故障灵敏度不同制动电流的不同计算方法在内部故障灵敏度不同resI注注: :对制动电流对制动电流 的最基本要求是区外短路时的最基本要求是区外短路时, ,计算得到的制动电流计算得到的制动电流应等于穿过线路的故障电流应等于穿过线路的故障电流相量差相量差标量和

22、标量和标量积标量积比率制动方式比率制动方式标积制动方式标积制动方式JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院2.2. 输电线路纵联电流差动保护特性分析输电线路纵联电流差动保护特性分析(1)(1)不带制动特性的差动继电器特性不带制动特性的差动继电器特性动作方程动作方程JiaXing UniversityEnjoy In

23、novation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院灵敏度要求灵敏度要求JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院(2)(2)带有制动线圈的差动继电器特性带有制动线圈的差动继电器特性JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院JiaXing Univ

24、ersityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院K-K-制动系数制动系数, ,可在可在0101之间选之间选择择;I;Iop0op0很小的门限很小的门限, ,克服继电器的动克服继电器的动作机械摩擦或保证电路状态发生翻作机械摩擦或保证电路状态发生翻转需要的值转需要的值, ,很小很小JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院JiaXing UniversityEnjoy Innovation嘉兴学院机电工程学院嘉兴学院机电工程学院JiaXing Univers