纵联保护的原理及通道课件

纵联保护的原理及通道线路纵联保护

原理：比较线路两端电气量构成纵联保护，可保护线路全长。分类：（1）比较线路两端电流－电流纵差保护（2）比较线路两端故障功率方向－纵联方向保护（3）比较线路两端距离元件－纵联距离保护纵联保护线路纵联保护的通道一般有4种：纵联保护通道传送的信号按其作用的不同,可分为三种信号：跳闸信号、允许信号、闭锁信号纵联保护闭锁式纵联保护：闭锁式纵联保护跳闸的必要条件是：正方向元件动作，反方向元件不动作，收到闭锁信号而后信号又消失。纵联保护允许式纵联保护：允许式纵联保护跳闸的必要条件是：正方向元件动作，反方向元件不动作，收到本侧及对侧允许信号。纵联保护高频闭锁式纵联保护的收发讯机采用远方启动发信（1）采用远方启动发信，可使值班运行人员检查高频通道时单独进行，而不必与对侧保护的运行人员同时联合检查通道。（2）最主要的原因是为了保证在区外故障时，近故障侧（反方向侧）能确保启动发信，从而使二侧保护均收到高频闭锁信号而将保护闭锁起来。防止了高频闭锁式纵联保护在区外近故障侧因某种原因拒绝启动发信，远故障侧在测量到正方向故障停信后，因收不到闭锁信号而误动。纵联保护在具有远方起动的高频闭锁式保护中要设置断路器三跳停信回路（1）在发生区内故障时，一侧断路器先跳闸，如果不立即停信，由于无操作电流，发信机将发生连续的高频信号，对侧收信机也收到连续的高频信号，则闭锁保护出口，不能跳闸。（2）当手动或自动重合于永久性故障时，由于对侧没有合闸，于是经远方起动回路，发出高频连续波，使先合闸的一侧被闭锁，保护拒动。为了保证在上述情况下两侧装置可靠动作，必须设置断路器三跳停信回路。纵联保护纵联方向保护主要包括：启动元件、方向判别元件、故障测量元件。纵联方向保护原理简单，关键问题是测量方向的方向继电器，目前微机保护中多用基于暂态分量测量和工频故障分量测量的能量积分方向元件、工频变化量方向元件，方向判别可靠，不受系统振荡和负荷电流的影响。纵联保护纵联差动保护采用光纤通道按相传送两侧电流量，本身具有选相能力，不受系统振荡影响，在非全相运行中有选择地快速动作，不受TV断线影响。由于带有制动特性，可防止区外故障误动，不受失压影响，不反应负荷电流，抗过渡电阻能力强。在短线路上使用，不需要电容电流补偿功能。在同杆并架线路上应用广泛。纵联保护纵联距离保护主要包括：启动元件、阻抗测量元件。纵联距离保护是通过两侧距离保护信息交换，补充距离保护功能的不足，多用超范围纵联距离保护。即，一侧距离保护中全线有灵敏度段（Ⅱ段或Ⅲ段）测量元件动作时，如果对侧的距离测量元件也动作，则加速该侧距离保护相应段的动作。纵联保护采用闭锁式和允许式信号的纵联距离保护，有一侧保护是一直发信的（1）使用闭锁信号时应该由阻抗继电器不动作的一侧（至少是近故障点的一侧）是一直发信的。这样非故障线路一直有闭锁信号，保护不会误动。在故障线路上由于两侧阻抗继电器都动作，所以最后两侧都不发信。该线路上没有闭锁信号，所以可以跳闸。（2）使用允许信号时是由阻抗继电器动作的一侧是一直发信的。因而故障线路上由于两侧阻抗继电器都动作，两侧都向对侧发允许信号，故而故障线路两侧都能跳闸。非故障线路上阻抗继电器动作的一侧可以向对侧发允许信号，但是由于对侧阻抗继电器不动作，因此收不到对侧的允许信号而保护不会误动。阻抗继电器不动作的一侧虽然可能能收到允许信号（如果对侧阻抗继电器动作的话），但是由于本侧阻抗继电器不动作，保护也不会误动。纵联保护高频保护中母差跳闸和跳闸位置停信的作用当母线故障发生在断路器与电流互感器之间时，母差保护虽然能够正常动作，但故障点依然存在，此时只有停止该线路高频发信，才能让对侧保护切除故障。跳闸位置停信是考虑本侧出口发生故障，有可能零序、距离保护快速动作跳闸，而高频保护还未动作，此发生连续高频波，闭锁了对侧的高频保护，只能依靠带延时的保护跳闸，不能实现快速切除故障。因此由跳闸位置继电器停信，让对侧无延时跳闸。（1）差动元件直接比较两侧电气量判断故障（2）通过通道交换两侧电流量的波形（采样点）和相量，通道将两侧交流回路联系起来电流差动保护的原理

纵联差动保护基本原理

差动保护判据差动保护基本判据比例制动差动保护判据Icd:应躲过正常运行不平衡电流采样误差、同步误差、输电线路对地电容电流等原理介绍----差动保护原理介绍----差动保护区内故障时区外故障时动作量Id制动量Ir|Im＋In|＝02|IF|线路内部流出电流只成为动作电流穿越性的电流只成为制动电流|Im＋In|＝IF|Im－In|Id>IrId<<Ir关系

稳态量相量差动Im=△Im+Ifh,In=△In-IfhIdm=|Im＋In|=|△Im＋△In|=IF Irm=|Im-In|=|△Im-△In+2Ifh|

当发生重负荷大过渡电阻接地故障时，故障电流受负荷电流抵消而产生两端故障相电流反相的现象;Ifh>>IFIdm<kIrm保护拒动.

稳态量相量差动：

1)负荷电流受穿越性负荷电流影响较大；

2)高阻故障、重负荷下故障、振荡中故障灵敏度低。启动灵敏度问题在一侧为弱电源时发生故障，如果系统轻负荷在弱电源侧无法启动

弱电源侧电流变化量不能启动，但是存在电压变化量或者零序电压，因此满足差动方程和电压条件可以解决弱电源侧的灵敏度问题。当一侧在跳闸位置时，线路上发生故障，强电侧可能因为电压灵敏度不足而不能启动

由于N侧处于三相跳闸位置，因此可以通过N侧跳位回授功能使M侧能够启动跳闸。远跳信号（WXH-803A为例）

发生死区故障时，母差保护动作跳本侧开关，或者母线故障时，1#断路器失灵，需要切除对侧开关，通过操作箱永跳接点发远跳信号至M侧803A，传输至对侧803A去跳N开关。装置后端子有远跳开入接点，通过此接点传输至对侧跳闸。光纤通道220kV线路的主保护的光纤通道示意图

专用通道方式

专用方式需为继电保护敷设专用的光纤通道，在专用光纤通道中只传输继电保护的信息。由于受光端机的工作距离（主要由光头的光发送功率和接收灵敏度决定）的限制和敷设光缆费用的制约，专用方式的通信距离一般在60km(1310nm),80km(1550nm)以内。专用方式的优点是光缆的纤芯经熔纤后由光缆终端箱直接接入保护设备的光端机，不需附加其它设备，可靠性高而且由于不涉及通信调度，管理也较方便。

复用通道方式

复用方式则是利用数字PCM复接技术，借助现有的光纤通道和微波通道，对继电保护的信息进行传输。复用方式利用64kbit/s或2M的数字接口接入现有数字用户网络系统，不需再敷设光缆，同时传输距离也大大提高，可延伸到数字用户网络的每一个通信接点。继电保护利用复用方式传输数据信息时，需在通信室内增加数字复用接口设备和数字复用设备相连接。复用方式满足长距离输电线路的保护要求。实际工程应用中，安装在继电保护室的保护装置与安装在通信室的PCM数字复用接口设备的距离较远（电气距离超过50m），为保证保护数据通信的可靠性，其间的通信媒介采用光缆。复用方式不但节省了光缆及施工费用，而且利用了SDH自愈环的高可靠性，在电力系统中的应用正逐渐增多。点对点通道举例保护屏保护屏1个光缆端子盒装于屏上3根尾纤1根（每根4芯）250米长金属铠装光缆经过避雷线上OPGW复用PCM通道举例保护屏通信机房P591/2/3接口装置PCMSDH光缆端子盒数字信号接口装置64kbit/s电信号64kbit/s光信号2Mbit/s电信号155Mbit/s光信号常用光缆单模：只传输单一波长传输距离远（>20km）多模：传输多个波长，传输距离<2kmST单模SC单模ST多模2M同轴电缆光缆连接FC-STFC-FC光缆熔接熔接盒FSD耦接方式熔接方式装置光纤通道自环同一装置内，若本侧识别码与对侧识别码整定相同时，认为装置处于自环试验状态，当实际通道自环连接时允许差动动作。

光发射器功率测试光发射器功率测试目的：测试发射器功率是否满足要求。发射器功率测试接线如图所示。发射器功率＝测量值＋接头衰耗（2×1db）光接收灵敏度测试光接收灵敏度测试目的：测试接收器灵敏度是否满足要求。接收灵敏度=发射功率-光衰耗仪值-4dB（两根跳线光纤接头衰耗1dB×4个）。需要注意的一些问题1、通道状态的查看2、如何检查通道是否良好3、保护定值的整定与容抗的整定4、接口设备的注意事项5、运行中的注意事项通道状态的检查通道状态的监视有以下几个方面：通道延时失步次数误码总数 报文异常数报文间超时检查通道是否良好一、与通道相关的三个控制字主机方式：指装置运行在主机还是从机方式，两侧保护装置必须一侧为主机，另一侧为从机。专用光纤：采用专用光纤时，置1，与PCM复接时置0。通道自环：通道自环试验时置1，正常运行时置0。检查通道是否良好第一步：检查保护装置发出的光功率电平是否满足要求，一般应该在-16dbm左右，若采用专用光纤且线路比较长导致对侧接收光功率不满足接收灵敏度要求时，可以通过跳线增加保护装置的发送功率。第二步：检查保护接收的光功率是否满足要求，一般应在－40dbm以上，若不满足应检查光纤是否均连接好，光纤头是否清洁，光纤的衰耗是否与实际线路长度相符（尾纤的衰耗是很小的)检查通道是否良好二、测试光功率及自环试验第三步：将保护装置自环，若复用则在接口设备的电接口处自环，将“专用光纤”、“通道自环试验”控制字置1，经一段时间观察，保护不能报通道异常告警信号，同时通道状态中的各个状态计数器均不能增加。第四步：利用误码仪测试复用的通讯通道是否良好。检查通道是否良好三、测试光功率及自环试验第五步：将远端保护装置的尾纤通过珐琅盘自环，若复用则在远端接口设备的电接口处自环，将“专用光纤”控制字置0、“通道自环试验”控制字置1，经一段时间观察，保护不能报通道异常告警信号，同时通道状态中的各个状态计数器可能偶尔会增加。第六步：恢复正常运行时的定值，同时将通道恢复正常运行时的连接，投入差动压板，保护装置应该通道异常灯不亮，无通道异常信号。通道状态中的各个状态计数器可能偶尔会增加运行中的注意事项1.经常记录通道状态中的数据,以便前后比较,监视通道的运行状态。2.新程序在打印报告中增加了通道自检项，若装置报通道异常时，将其打印出来以便日后分析问题。3.经常观察差动电流是否异常闭锁式高频纵联保护

1、高频方向保护是以高频通道经常无流，而在外部故障时发出闭锁信号的方式构成的。此闭锁信号由短路功率为负的一侧发出，这个信号被两端的收信机所接收，而把保护闭锁。

2、故障线路特征：两侧F+均动作，两侧F-均不动作。（在非故障线路是不具备的）。

3、非故障线路特征：两侧中至少有一侧（近故障点一侧）F+不动，F-动作。（在故障线路是不存在的）

F+：正方向方向元件，保护方向为正方向。正方向短路动作，反方向短路不动作。

F-：反方向方向元件，保护方向为反方向。反方向短路动作，正方向短路不动作。

EsMTATA1ER23NTA4PTAF+：√F-：×F+：×F-：√F+：√F-：×F+：√F-：×闭锁的实现1、让F+不动作，F-动作的这一侧（即近故障点侧）一直发闭锁信号。从而使非故障线路一直存在闭锁信号。2、故障线路不存在F+不动作，F-动作这一侧，所以两侧最后均不发闭锁信号。从而使故障线路跳闸。发跳闸命令的条件按照微机保护检查顺序：1.高定值启动元件动作；2.F_元件不动作；（先判断反方向方向元件，F-动作说明本线路为非故障线路，体现反方向方向元件动作闭锁保护优先）3.曾经连续收到过8ms的高频信号；4.F+元件动作；同时满足上述四个条件时去停信。5.收信机收不到（闭锁信号）；上述五个条件同时满足，8ms后则发跳闸令。

区内故障MEsNER1TATA21、M侧保护1启动发信8ms，M侧判断为正方向，M侧停信；

2、N侧保护2启动发信8ms，N侧判断为正方向，N侧停信；3、通道无高频信号，两侧都收不到对侧的闭锁信号保护跳闸。区外故障MEsNER1TATA21、M侧保护1启动发信8ms，M侧判断为正方向，M侧停信；2、N侧保护2启动发信8ms，N侧判断为反方向，N侧继续发信；3、M侧收到N侧的闭锁信号保护不动作，N侧因反方向故障不动作。关于闭锁式的两个关键元件的说明1.启动元件（1）高定值启动元件起动后，终止主程序，执行故障处理程序，开放保护。（2）低定值启动元件动作，控制收发信机启动发信。（3）启动元件无方向性，灵敏度高。

2.方向元件（通过方向元件来确定是故障线路还是非故障线路）（1）有明确的方向性。（2）F+元件可靠保护本线路全长。（3）F_元件比F＋元件动作得更快、更加灵敏。F_元件比F＋元件优先原则，即反方向元件动作则闭锁正方向元件。（4）正方向元件动作则停止收发信机发信任何时候，只要F-元件一动作，马上发信闭锁保护。即F-元件一动作，说明是非故障线路，马上闭锁保护。充分说明F-元件动作闭锁保护优先原则。闭锁式纵联保护若干原则规定说明（1）功率倒向问题（在平行线路或环网中存在）故障发生时刻：1234I1I2I3I41是正向故障，停信；2是反向故障，长发信。N故障切除时刻：由于4号开关先跳闸，引发的功率倒向；134I2I42I1I3MN若近故障点的保护4开关先断开，则保护1由正向故障变为反向故障，保护2是反向故障变为正向故障。保护2侧由反向变成正向时，由发信变成停信；保护1由正向变成反向，即由停信变成发信。如果保护2在保护1反向之前停信，若不加延时，就有两侧都收不到对侧信号的可能，造成保护误动。解决功率倒向的方法1、反方向元件闭锁保护优先原则F_元件比F＋元件动作得更快、更加灵敏，反方向元件一动作则立即发信闭锁保护。分析：1保护F_元件比2保护F＋元件更灵敏快速，所以先动作，立即发信闭锁两端保护，此时无论2保护何种方向元件动作，均已收到闭锁信号，对防止功率倒向时的误动起了一定作用。解决功率倒向的方法2、用延时来解决功率倒向时保护误动的方法：如果纵联方向保护在35ms内一直不动作（收信时间满35ms），那么纵联方向保护再要动作另加25ms的延时。前一个35ms的延时用来判断发生了区外故障。用25ms延时来躲过两端方向元件动作竞赛带来的影响。弱馈保护停信弱电端：当输电线路两端有一端的背后没有电源或是一个小电源时，把这一端称作弱电端。MEsNT1TATA2弱馈保护停信

1、如果受电端（即弱馈端）高定值元件不起动，低定值起动元件也不起动，受电端收到电源端的高频信号后将立即远方起信10S，M侧保护被闭锁造成保护拒动。解决措施：保护整定为弱电端时，如果高定值起动元件没有起动，当检查到任意一相电压或相间电压低于0.6倍额定电压时，将起动发信推迟100-120ms，保证对端可靠跳闸。MEsNT1TATA2弱馈保护停信2、如果受电端（即弱馈端）高定值起动元件起动了，此时低定值起动元件也一定起动。若此时在故障量不太大的情况下有些原理的方向元件可能不动作而不能停信，造成两端纵联方向保护拒动。为此在保护整定为弱电端时可以采取以下措施：A、所有正、反方向的方向继电器不动作，即无法停信；B、检查到任意一个相电压或相间电压低于0.6倍额定电压；C、收到闭锁信号5—8ms。满足上面几个条件则立即停信，对端的纵联方向保护就可以跳闸，而弱电端本身只要再检查有一段时间收不到信号也可跳闸。因发信启动回路故障而造成的保护不正确动作EsMTATA1ER23NTA4PTA如图所示，如M侧启动，发信，F＋动作，停信，而N侧由于种种原因未启动，M侧收不到对侧的闭锁信号，造成保护误动作。通道检查5s

5s

5s

200ms

dB

t

远方启信的条件:1、低定值起动元件未起动2、收信机收到对端的高频信号。满足这两个条件后发信10s本侧发信200ms后停信，对侧远方启信发10s，本侧收信确认5s后再远方启信发信给对侧10s。为什么要先收到8ms高频信号后才允许停信如图所示，M端判断F-元件不动，F+元件动作以后如果就立即停信，此时对端N端发的闭锁信号还可能未到达M端，尤其是在N端是远方启信的情况下，所以M端保护匆忙停信后由于收信机收不到信号将造成保护误动。所以M端停信等待的延时应包括高频信号往返一次的延时，加上对端发信机起动发信的延时再加上足够的裕度时间。这时间一般为5－8ms。其他保护停信F点故障属M侧母差故障，M侧线路保护的反向故障，N侧的正向故障高频保护不动作。母差保护动作后，M侧断路器跳开，但故障点未消失。对策：母差保护动作后，将M侧停信展宽150ms，N侧收不到对侧信号，保护动作通道联调试验1、仅在M侧保护1模拟区内故障（两侧断路器在合位，收发信机在“本机—通道”位置。两侧高频保护均在投入位置）MEsNER1TATA2（1）M侧保护1加故障量，保护启动发信8ms，M侧判断为正方向，M侧停信；（2）N侧未加故障量，保护不启动发信，但收到M侧信号后，由于远方启信的作用，N侧收发信机发信10s；（3）通道有10S的信号，M侧收到对侧的闭锁信号保护不跳闸。2、仅在M侧保护1模拟区内故障（M侧断路器在合位，N侧断路器在分位，收发信机在“本机—通道”位置。两侧高频保护均在投入位置）MEsNER1TATA2（1）M侧保护1加故障量，保护启动发信8ms，M侧判断为正方向，M侧停信；（2）N侧保护2未加故障量，保护不启动发信，但收到M侧信号后，由于远方启信的作用，N侧收发信机本应发信10s，但N侧断路器在分位，将该侧发信延时了100ms，即在100ms内通道上无高频信号。（3）M侧保护1在停信后100ms范围内收不到对侧的闭锁信号保护跳闸。自动重合闸瞬时性故障：MN12k永久性故障：绝缘子表面闪络（雷电）短时碰线（大风）鸟类（或树枝）放电。（60－90％）倒杆、断线、绝缘子击穿（10％）自动重合闸（ARC）装置：将因故障跳开后的断路器按需要自动投入的一种自动装置。自动重合闸的作用利：弊：在重合到永久性故障后：1.使系统再次遭受故障电流的冲击；2.断路器工作情况更加恶劣（短时间内两次切断）。应用：≥1KV架空线路或混合线路，只要装断路器。MN12k1.瞬时性故障可迅速恢复供电，提高供电的可靠性；2.提高并列运行稳定性、线路输送容量；3.纠正断路器偷跳、保护误动、人为误碰引起的误跳闸；重合闸分类按重合闸控制断路器的相数不同，分为：单相重合闸三相重合闸综合重合闸三相一次重合闸线路上故障=>跳开三相=>重合闸起动,合三相：

瞬时故障，成功；永久故障，再次跳开三相，不再重合

单相重合闸单相接地故障=>保护动，跳故障相=>单相重合成功，恢复三相供电。