02 输电线路保护

第二章输电线路保护随着电网的不断发展，传统的阶段式保护逐渐不能满足继电保护的速动性要求，距离保护一段能够保护线路全长的80〜85%，但是仍然有一段线路不能实现0秒掉闸，这对于大的电网是一个很大的威胁。因此220kV及以上线路采用加强主保护简化后备保护的基本原则配置和整定。加强主保护是指全线速动保护的双重化配置，同时，要求每一套全线速动保护的功能完整，对全线路内发生的各种类型故障，均能快速动作切除故障。对于要求实现单相重合闸的线路，每套全线速动保护应具有选相功能。当线路在正常运行中发生不大于100Q电阻的单相接地故障时，全线速动保护应有尽可能强的选相能力，并能正确动作跳闸。简化后备保护是指主保护双重化配置，同时，在每一套全线速动保护的功能完整的条件下，带延时的相间和接地ILIII段保护（包括相间和接地距离保护、零序电流保护），允许与相邻线路和变压器的主保护配合，从而简化动作时间的配合整定。如双重化配置的主保护均有完善的距离后备保护，则可以不使用零序电流1，11段保护，仅保留用于切除经不大于100Q电阻接地故障的一段定时限和/或反时限零序电流保护。全线速动保护对全线路内发生的各种类型故障均有完整的保护功能，两套全线速动保护可以互为近后备保护。线路II段保护是全线速动保护的近后备保护。通常情况下，在线路保护I段范围外发生故障时，如其中一套全线速动保护拒动，应由另一套全线速动保护切除故障，特殊情况下，当两套全线速动保护均拒动时，如果可能，则由线路I段保护切除故障，此时，允许相邻线路保护11段失去选择性。线路III段保护是本线路的延时近后备保护，同时尽可能作为相邻线路的远后备保护。在当前电网全线速动保护由纵联保护来实现，能够保护线路全长，实现近0秒掉闸，两端同时投退。一般有纵联方向、纵联距离、纵联差动等保护原理，通过通道来实现。第一节纵联保护的通道纵联保护的通道介质一般包括载波通道、微波通道、光纤通道和导引线，导引线只用于及短线路，现代220kV及以上线路主要使用前三种通道形式。1载波通道载波通道的构成有：1.1输电线路尽管我们平时并不注意，其实输电线路是高频信号传输的必由通道。我们常见的情况是线路检修时，如果线路上挂有地线，则高频信号的传输就会产生极大的衰耗，基本上不能在两侧间传输。1.2高频阻波器它是一个高频谐振回路，对高频信号呈高阻抗，可以有效的将高频信号限值在两侧阻波器之间，一来防止高频信号流到其它线路造成对其它设备的干扰，二来可以减少高频信号的分流衰耗。阻波器损坏，常见现象就是高频对试时收讯电平的降低。对工频信号呈低阻性，保证电能传输不受阻碍。1.3耦合电容器和结合滤波器两者共同组成滤波器，允许高频信号流过，阻止工频信号侵入收发讯机。同时还实现高频电缆和输电线路的阻抗匹配，保证高频信号的可靠高效传输。1.4高频电缆将收发讯机和结合滤波器结合起来。我局常用的高频电缆的特性阻抗为75欧。1.5保护间隙位于结合滤波器和耦合电容器之间。防止过电压造成收发讯机和高频电缆的损坏。1.6接地刀闸在高频通道上工作时，应将其合入以保证人身安全。但一定要注意的是运行中不能合入，否则高频信号会被直接导入地，无法在保护间传送，从而造成保护错误动作。1.7高频收发讯机用来发出和接收高频信号，与保护装置进行逻辑上的配合当输电线路被冰、霜、雪覆盖时，高频通道的衰耗就会增加，有冰层时衰耗最大，经研究表明介质损耗和冰的介质损失角正切与覆盖物的厚度及信号频率成反比，即冰层越厚，信号频率越低，信号衰减就越大。闭锁式保护采用电力系统正常时高频通道无高频电流的工作方式。由于高频通道涉及两个厂站的设备，其中输电线路跨越几千米至几百千米的地区，经受着自然界气候的变化和风、霜、雨、雪、雷电的考验。高频通道上各加工设备和收发信机元件的老化和故障都会引起衰耗；高频通道上任何一个环节出问题，都会影响高额保护的正常运行。系统正常运行时，高频通道无高频电流，高频通道上的设备有问题也不易发现，因此每日由运行人员用启动按钮启动高频发信机向对侧发送高频信号，通过检测相应的电流、电压和收发信机上相应的指示灯来检查高频通道，以确保故障时保护装置的高频部分能可靠工作。高频通道对试的过程一般为：启动对试侧启动发讯200毫秒（一般不能被我们注意到，可以不考虑）然后停讯，对侧收到信号后连续发讯10秒，本侧在连续收到对侧信号5秒后开始再次发讯10秒。因此一个高频通道对试过程约为15秒。简示如下表：0——5秒510秒10

15秒收到对侧信号15秒收到对侧信号本侧信号与对侧信号叠加，表现为表头指示不稳收到本侧信号2微波通道微波通信示意图微波的频率是从300MHz到300000MHz，对应电磁波波长为1米到1毫米，继电保护通过音频接口与微波通道相连，微波通道由终端站和中继站构成，微波信号在空间电离层通过反射传播，其通道与被保护高压设备完全独立。具有可靠性高，可容纳较多话路的特点。微波通信示意图3光纤通道光纤通信技术(opticalfibercommunications)从光通信中脱颖而出，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。光纤通信作为一门新兴技术，其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的，也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看，构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外，在应用中，光纤常按用途进行分类，可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤又分为通用与专用两种，而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤，并常以某种功能器件的形式出现。光纤通信之所以发展迅猛，主要缘于它具有以下特点：通信容量大、传输距离远；一根光纤的潜在带宽可达20THz。采用这样的带宽，只需一秒钟左右，即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。日前400Gbit/s系统已经投入商业使用。光纤的损耗极低，在光波长为1.55Mm附近，石英光纤损耗可低于0.2dB/km，这比日前任何传输媒质的损耗都低。因此，无中继传输距离可达几十、甚至上百公里。信号串扰小、保密性能好；抗电磁干扰、传输质量佳，电通信不能解决各种电磁干扰问题，唯有光纤通信不受各种电磁干扰。光纤尺寸小、重量轻，便于敷设和运输；材料来源丰富，环境保护好，有利于节约有色金属铜。无辐射，难于窃听,因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外。光缆适应性强，寿命长。质地脆，机械强度差。光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术。分路、耦合不灵活。光纤光缆的弯曲半径不能过小(>20cm)有供电困难问题。利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式.由于激光具有高方向性、高相干性、高单色性等显著优点，光纤通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光一光纤通信。新建500kV线路保护基本采用光纤通道，220kV短线路保护也逐步采用光纤通道。第二节纵联方向保护闭锁式纵联方向保护是由线路两侧的方向元件分别对故障的方向进行判断，当判为正方向时停讯，判为反方向时不仅本侧保护不跳闸，而且发闭锁信号闭锁对侧。一般规定从母线流向线路为止方向，线路流向母线为反方向。在外部故障时，近故障侧的方向元件判断为反方向故障，D一动作，该侧不会跳闸，远故障侧虽然D+动作，但收到对侧的闭锁信号，也不会跳闸。在区内故障时，两侧方向元件都判断为止方向，都不发闭锁信号，故两侧保护均跳闸。跳闸b)逻辑图跳闸b)逻辑图保护动作逻辑要求:起动后收不到高频信号，而且收到的高频信号持续时间达5〜7ms。收信机在收到信号后又收不到信号本侧判断短路功率正方向并已停信以上条件同时满足并经过延时确认后才发跳闸脉冲纵联方向保护也可以选用允许式通道，两者无优劣之分，当纵联通道发生故障时，允许式通道会因收不到信号拒动，闭锁式通道会因收不到信号误动，所以大多数纵联方向保护采用闭锁式通道，近年来，纵联方向保护也有采用光纤通道的，可靠性高，也有选用允许式的。典型纵联方向保护LFP-901A型超高压线路成套快速保护装置介绍LFP-901A型超高压线路成套快速保护装置1装置的应用本装置为由微机实现的数字式超高压线路成套快速保护装置。本装置包括以工频变化量方向元件和零序方向元件为主体的快速主保护，由工频变化量距离元件构成的快速I段保护，有三段式相间和接地距离及二个延时段零序方向过流作为后备的全套后备保护。保护有分相出口，用作220KV及以上的输电线路的主保护及后备保护。装置设有重合闸出口。根据需要，实现单相重合，三相重合和综合重合闸方式。2装置的性能特征2.1本装置有三个独立的单片机CPU1为装置的主保护，由工频变化量方向继电器和零序方向继电器经通道配合构成全线路快速跳闸保护，由I段工频变化量距离继电器构成快速独立跳闸段；由二个延时零序方向过流段构成接地后备保护。CPU2为三阶段式相间和接地距离保护，以及重合闸逻辑。CPU3为起动和管理机，内设整机总起动元件，该起动元件与方向和距离保护在电子电路上(包括数据采集系统)完全独立，动作后开放保护出口电源。另外，CPU3还作为人机对话的通讯接口。保护跳闸，整组复归后，CPU3接收CPU2来的电压电流信号，进行测距计算。2.2由工频变化量方向继电器和零序方向继电器构成的主保护全线路跳闸时间小于25ms。由工频变化量距离继电器实现了近处故障跳闸时间小于10ms，线路中间故障小于15ms。由三段式相间和接地距离保护和二延时段零序保护构成了完整的阶段式后备功能。2.3CPU1和CPU2分别作为主保护及后备保护，功能独立，又互相补充CPU1强调快速性，采样率为每周波20点，主要继电器采用积分算法，速度快且安全性高°CPU2作为后备保护强调准确性，采样率为每周12点，主要继电器采用付氏算法，计算精度得以提高。CPU1、CPU2功能上互相补充，CPU1先选择故障相然后对故障相进行测量；CPU2则先对各相进行测量，判为区内故障时再由选相程序选择跳闸相别，因此，在任何复杂的故障形式下，均不可能因选相的错误而导致测量错误。CPU1中工频变化量方向元件有非常高的灵敏度，可测量很大的故障过渡电阻；CPU2则强调后备功能的齐全，在各种复杂故障形式下不失去保护。d）CPU1内保护以反应故障分量的继电器为主体，而CPU2内的主要继电器则全部工作在全电流全电压方式。2.4装置除设置了独立的总起动元件外，方向保护和距离保护内均设有本保护的起动元件，构成独立完整的保护功能。起动元件的主体以反应工频变化量的过流继电器实现，同时又配以反应全电流的零序过流继电器，互相补充。2.5装置中反应工频变化量的起动元件和CPU1中的选相元件及方向元件均采用浮动门坎，正常运行及系统振荡时变化量输出回路的不平衡输出均自动构成自适应式的门坎；浮动门坎电压始终略高于不平衡电压，在一般运行情况下由于不平衡分量很小而装置有很高的灵敏度。当系统振荡时，自动降低灵敏度，不需要设置专门的振荡闭锁回路。因此，装置有很高的安全性，起动元件有很高的灵敏度而又不会频繁起动，测量元件则不会误测量。LFP-901A型的异常交流电压断线：三相电压向量和大于6伏、零序电流大于O.lln，延时10秒发PT断线报警信号三相电压向量和大于6伏，无零序电流时AF+元件的补偿阻抗退出，零序方向退出。延时10秒发PT断线三相电压向量和小于6伏，绝对值和小于0.5Un，相电流元件低定值动作（开关在运行位置），同时相电流又小于最大负荷电流（非振荡）时，AF+元件补偿阻抗退出，零序方向退出，延时10秒发PT断线。第三节纵联距离保护1.发允许信号跳闸b）逻辑图允许式纵联距离保护用方向距离继电器作方向判别元件，一般无反方向元件。一般规定从母线流向线路为止方向，线路流向母线为反方向。如图a）所示，在功率方向为止的一端向对端发送允许信号，此时每端的收发信机只能接收对端的信号而不能接收自身的信号。每端的保护必须在方向元件动作，同时又收到对端的允许信号之后，才能动作于跳闸。显然只有故障线路两侧的保护才符合这个条件。对非故障线路而言，一端是方向元件动作，但收不到允许信号，而另一端是收到了允许信号但方向元件不动作，因此都不能跳闸。允许式纵联距离保护通常采用复用载波通道构成。也有复用微波和复用光纤通道的。允许式纵联距离保护在区内故障时，必须要求收到对端的允许信号才能跳闸，因此就会遇到高频信号通过故障点时衰耗增大的问题，只是它的一个主要缺点。最严重的情况是区内故障伴随有通道破坏，例如发生三相接地短路等，造成允许信号衰减过大甚至完全送不过去，此时将造成保护拒动。允许式纵联距离保护通常采用超范围工作方式，即由距离II或III段监控发讯。第四节纵联差动保护纵联差动保护采用基尔霍夫原理，当系统外部故障时£i=0,当系统内部故障时Ei。0。现代纵联差动保护，采用比率制动原理，MJJN以母线流向被保护线路方向为一正方向动作电流（差动电流）为ICD制动电流为1/JM-i、它采用了比率制动特性以躲正常不平衡电流和区外故障时的穿越性短路电流。图中Idiff=I1-I2；Ibias=（I1+I2）/2；斜率K1、K2可以整定。Iminop为最小差动动作电流，IMinSat为最小饱和电流检测定值动作电流与制动电流对应的工作点位于比率制动特性曲线上方，继电器动作。IMinSatILvL1/2CrossIdiffCT饱和时工作特性Iminop为最小差动动作电流，IMinSat为最小饱和电流检测定值动作电流与制动电流对应的工作点位于比率制动特性曲线上方，继电器动作。IMinSatILvL1/2CrossIdiffCT饱和时工作特性IbiasIDiffLvL1IDiffLvL12正常条件下工作特性IMinop当前流行的纵联差动保护装置有REL561\RCS931、CSC103、L90、MCD-H、P546等形式，下面以RCS931保护装置为例简介差动保护装置1当前流行差动保护装置RCS931保护装置RCS-931系列保护包括以分相电流差动和零序电流差动为主体的快速主保护，由工频变化量距离元件构成的快速I段保护，由三段式相间和接地距离及多个零序方向过流构成的全套后备保护，RCS-931系列保护有分相出口，配有自动重合闸功能，对单或双母线接线的开关实现单相重合、三相重合和综合重合闸。RCS-931系列纵联差动保护装置可采用“专用光纤”或“复用通道”。在纤芯数量及传输距离允许范围内，优先采用“专用光纤”作为传输通道。当功率不满足条件，可采用“复用通道”。专用光纤的连接方式如图所示：装置总起动元件起动元件的主体以反应相间工频变化量的过流继电器实现，同时又配以反应全电流的零序过流继电器互相补充。具备电流变化量起动零序过流元件起动位置不对应起动纵联差动或远跳起动过流跳闸起动多种启动形式。1.1.工频变化量距离继电器电力系统发生短路故障时，其短路电流、电压可分解为故障前负荷状态的电流电压分量和故障分量，反应工频变化量的继电器只考虑故障分量，不受负荷状态的影响。正、反方向故障时，工频变化量距离继电器动作特性如下图；

正方向短路动作特性i反方向短路动作特性止方向故障时，测量阻抗ZK-在阻抗复数平面上的动作特性是以矢量ZS-为圆心，以ZDSZZ+为半径的圆，如上左图所示，当ZK矢量末端落于圆内时动作，可见这种阻抗继电器有大的允许过渡电阻能力。当过渡电阻受对侧电源助增时，由于NIA一般与IA是同相位，过渡电阻上的压降始终与IA同相位，过渡电阻始终呈电阻性，与R轴平行，因此，不存在由于对侧电流助增所引起的超越问题。对反方向短路，测量阻抗ZK在阻抗复数平面上的动作特性是以矢量ZS'为圆心，以ZDSZZ-'为半径的圆，动作圆在第一象限，而因为Z-K总是在第三象限，因此，阻抗元件有明确的方向性。工频变化量阻抗元件由距离保护压板投退。1.2.电流差动继电器电流差动继电器由三部分组成：变化量相差动继电器、稳态相差动继电器和零序差动继电器。TA断线TA断线瞬间，断线侧的起动元件和差动继电器可能动作，但对侧的起动元件不动作，不会向本侧发差动保护动作信号，从而保证纵联差动不会误动。非断线侧经延时后报“长期有差流”，与TA断线作同样处理。TA断线时发生故障或系统扰动导致起动元件动作，若控制字“TA断线闭锁差动”整定为“1”，则闭锁电流差动保护；若控制字“TA断线闭锁差动”整定为“0”，且该相差流大于“丁人断线差流定值”（整定值），仍开放电流差动保护。1.3.TA断线TA断线瞬间，断线侧的起动元件和差动继电器可能动作，但对侧的起动元件不动作，不会向本侧发差动保护动作信号，从而保证纵联差动不会误动。非断线侧经延时后报“长期有差流”，与TA断线作同样处理。TA断线时发生故障或系统扰动导致起动元件动作，若控制字“TA断线闭锁差动”整定为“1”，则闭锁电流差动保护；若控制字“TA断线闭锁差动”整定为“0”，且该相差流大于“丁人断线差流定值”（整定值），仍开放电流差动保护。1.4.TA饱和当发生区外故障时，TA可能会暂态饱和，装置中由于采用了较高的制动系数和自适应浮动制动门槛，从而保证了在较严重的饱和情况下不会误动。L5.采样同步两侧装置一侧作为参考端3空制字“主机方式”置“1”侧或纵联码大的一侧），另一侧作为同步端3空制字“主机方式”为“0”侧或纵联码小的一侧）。以同步方式交换两侧信息，参考端采样间隔固定，并在每一采样间隔中固定向对侧发送一帧信息。同步端随时调整采样间隔，如果满足同步条件，就向对侧传输三相电流采样值；否则，启动同步过程，直到满足同步条件为止。两侧装置采样同步的前提条件为：

1、通道单向最大传输时延＜15ms,2、通道的收发路由一致（即：两个方向的传输延时相等）。1.6.通信时钟1.6.通信时钟数字差动保护的关键是线路两侧装置之间的数据交换。差动保护装置发送和接收数据采用各自的时钟，分别为发送时钟和接收时钟。保护装置的接收时钟固定从接收码流中提取，保证接收过程中没有误码和滑码产生。发送时钟可以有两种方式，1、采用内部晶振时钟；2、采用接收时钟作为发送时钟。采用内部晶振时钟作为发送时钟常称为内时钟（主时钟）方式，采用接收时钟作为发送时钟常称为外时钟（从时钟）方式。两侧装置的运行方式可以有三种方式：1、两侧装置均采用从时钟方式；2、两侧装置均采用内时钟方式；3、一侧装置采用内时钟，另一侧装置采用从时钟（这种方式会使整定定值更复杂，故不推荐采用）。L7.选相元件本装置采用工作电压变化量选相元件、差动选相元件和I0与IA2比相的选相元件进行选相，保护有六个测量选相元件，比较三个相工作电压变化量，取最大相电压工频变化量，与另两相的相间工作电压变化量比较，大于一定的倍数即判为最大相单相故障；若不满足则判为多相故障，取相间电压工频变化量中最大的为多相故障的测量相。在选相元件动作后非全相运行状态下，退出与断开相相关的相、相间变化量距离继电器，RCS-931A将零序过流保护II段退出，111段不经方向元件控制.本装置重合闸为一次重合闸方式，可实现单相重合闸、三相重合闸或综合重合闸；可根据故障的严重程度引入闭锁重合闸的方式。重合闸的起动方式可以由保护动作起动或开关位置不对应起动方式；当与本公司其它产品一起使用有二套重合闸时，二套装置的重合闸可以同时投入，不会出现二次重合，与其它装置的重合闸配合时，可考虑用压板仅投入一套重合闸。三相重合时，可采用检线路无压重合闸或检同期重合闸，也可采用快速直接重合闸方式，检无压时，检查线路电压或母线电压小于30V；检同期时，检查线路电压和母线电压大于40V，且线路和母线电压间相位差在整定范围内。交流电压断线三相电压向量和大于8伏，保护不起动，延时1.25秒发TV断线异常信号；三相电压向量和小于8伏，但正序电压小于33.3V时，若采用母线TV则延时1.25秒发TV断线异常信号；若采用线路TV，则当任一相有流元件动作或TWJ不动作时，延时1.25秒发TV断线异常信号。TV断线信号动作的同时，保留工频变化量阻抗元件，将其门坎增加至5.1UN，退出距离保护，自动投入TV断线相过流和TV断线零序过流保护。三相电压正常后，经10秒延时TV断线信号复归。交流电流断线（始终计算）自产零序电流小于0.75倍的外接零序电流，或外接零序电流小于0.75倍的自产零序电流，延时200ms发TA断线异