电网的纵联保护导学提示本章是从介绍反映双端电气量变化

第 7 章 电网的纵联保护导学提示本章是从介绍反映双端电气量变化的输电线路的纵差动保护入手， 引入各种保护原理的高频保护，并为今后学习发电机和变压器的差动保护打下基础。本章重点是输电线路的纵差动保护和高频保护的工作原理。难点是工频变化量方向元件动作特性分析。本章概要知识点：纵联保护通道；光纤差动保护；纵联方向保护；纵联距离、纵联零序方向。了解：纵联保护的类型；各种通道组成及各部分的作用。理解：纵联距离、纵联零序方向保护的工作原理及逻辑框图。掌握：工频变化量方向元件构成的纵联方向保护的工作原理；光纤差动保护的工作原理。学习建议与实践活动本章涉及内容较多，涉及保护、高频电子技术、光纤通信技术等领域，相对复杂，学习时注意以下几点： 首先掌握双侧测量原理，理解纵联差动保护、纵联方向保护工作原理。 建立载波通道、收发信机以及光纤通道、光电转换设备概念，了解其主要功能，进一步的学习需要在其他课程或实践教学环节中参考专门的相关技术资料。 纵联保护种类较多，学习时首先侧重目前应用较多的光纤分线差动、纵联方向、纵联距离零序保护部分相关内容。纵联方向保护学习时首先掌握短时发信、 “单频制” 、 “闭锁式”保护的基本原则。 纵联保护基本原则与原理框图学习时，首先明确基本原则，学习原理框图时注意对照基本原则。各框图学习时注意相互对照，如“闭锁式”纵联方向保护与“允许式”纵联方向保护；纵联方向保护与纵联距离零序保护，举一反三。关键知识高频信号 : 发生故障时线路两侧高频保护所传送的信息或命令。“闭锁式” 工作原理： 纵联方向保护的原理是通过通道判明两侧保护均起动且判为正向故障时，判定故障为线路内部故障，立即动作于跳闸。“允许式”工作原理： “允许式”纵联方向保护起动后若判明故障为正向故障，发出允许信号；反之则停止发信。重点讲解7.1 纵联保护的原理与分类7.1.1 全线速动保护与双侧测量原理(1) 全线速动保护在高压输电线路上，要求继电保护无时限地切除线路上任一点发生的故障。(2) 单侧测量保护无法实现全线速动所谓单侧测量保护是指保护仅测量线路某一侧的母线电压、 线路电流等电气量。 单侧测量保护有一个共同的缺点，就是无法快速切除本线路上的所有故障，最长切除时间为 0.5 秒左右。 (3) 双侧测量保护原理如何实现全线速动 为了实现全线速动保护， 保护判据由线路两侧的电气量或保护动作行为构成， 进行双侧测量。双侧测量时需要相应的保护通道进行信息交换。 双侧测量线路保护的 基本原理 主要有以下三种：(1)以基尔霍夫电流定律为基础的电流差动测量；(2)比较线路两侧电流相位关系的相位差动测量；(3)比较两侧线路保护故障方向判别结果，确定故障点的位置。正常运行及外部故障时， 流过线路的电流为“穿越性”的，相位差为1800;内部故障时,线路两侧电流的相位差较小。相位差动保护以线路两侧电流相位差小于整定值作为内部故障的判据，主要用于相差高频保护，由于该保护对通道、收发信机等设备要求较高，技术相对复杂，微机型线路保护已不采用相差高频保护原理。外部故障时远故障侧保护判别为正向故障，而近故障侧保护判别为反向故障；如果两侧保护均判别为正向故障， 则故障在本线路上。由于纵联方向保护仅需由通道传 输对侧保护的故障方向判别结果， 属于逻辑量，对通道的要求较低，目前广泛应用于高压线 路微机保护上。故障方向的判别既可以采用独立的方向元件(各种方向纵联保护)也可以利用零序电流保护、距离保护中的零序电流方向元件、方向阻抗元件完成(纵联零序、纵联距离保护)。7.1.2 纵联保护分类纵联保护按照通道类型、保护原理、信息含义等有多种分类方法。按保护原理分类有电流差动原理和纵联方向原理。7.2 纵联保护通道7.2.1 导引线导引线通道就是用二次电缆将线路两侧保护的电流回路联系起来，主要问题是导引线通道长度与输电线路相当，敷设困难；通道发生断线、短路时会导致保护误动，运行中检测、维护通道困难；导引线较长时电流互感器二次阻抗过大导致误差增大。导引线通道构成的纵联保护仅用于少数特殊的短线路上。7.2.2 载波通道(1)载波通道组成收发信机构成的一种有线通信通道，以载波载波通道是利用电力线路、结合加工设备、 通道构成的线路纵联保护也称为高频保护。“相地制”电力线载波高频通道结构如右图 所示。(2)收发信机发信机由信号源、前置放大、功放、线路滤 波、衰耗器等组成。7.2.3 微波通道微波通道为无线通信方式，采用频上2000MHz 60008000MHz主要用于电力系统为 信，由定向天线、连接电缆、收发信机组成。7.2.4 光纤通道光纤通道通信容量大，不受电磁干扰，随着 光纤通信技术的快速发展，使用光纤通道的纵联保护应用日益广泛。7.3 纵联差动保护7.3.1 导引线保护保护原理导引线保护又称纵联电流差动保护(简称纵差保护)，测量差动电流。当电流参考方向如上图中定义时，流入封闭面的总电流忽略了线路电容电流后为 i,故习惯称差动电流。为统一保护测量电流的参考方向，我们后面规定保护测量电流参考方向一律由母线指向线路，产八+葭仍使用差动电流的名称。线路正常运行及外部故障时，产。；线路内部故障时8=力，为短路点总的短路电流。纵差保护判据可以理解为 兑卜匕。7.3.2 光纤分相差动保护光纤分相差动保护采用光纤通道，电流差动原理，性能优越，目前广泛用于高压线路。 输电线路两侧电流采样信号通过编码变成码流形式后转换成光信号经光纤送至对侧保护，保护装置收到对侧传来的光信号先解调为电信号再与本侧保护的电流信号构成差动保差动电流元件动作特性护。光纤通道通信容量大，采用分相差动方式，即三相 电流各自构成差动保护。(1)光纤分相差动保护原理1)电流差动元件电流差动元件动作特性见图所示。图中差动电流为 以=历-储，即两侧电流相量和的幅值；制动电流 El-氏/皿，即两侧电流相量差的幅值。图中I set为整定电流，阴影部分为动作区，折线的斜率为制动系数&k (0.5-0.75 )。动 作方程为:两项条件“与”逻辑输出。判据不是简单的过电流判据Id>Iset,而是引入了 “制动特性”，即制动电流增大时抬高动作电流。制动特性广泛用于各种差动保护，防止外部故障穿越性电流形成的不平衡电流导致保护误动。2)保护总起动元件起动元件可以由反应相间工频变化量的过流继电器、反应全电流的零序过流继电器组 成，两者构成“或”逻辑，互相补充。有电流变化量起动元件和零序过流元件起动两种。7.4 纵联方向保护工作原理(1) “闭锁式”工作原理纵联方向保护的原理是通过通道判明两侧保护均起动且判为正向故障时，判定故障为线路内部故障，立即动作于跳闸。纵联方向保护通道传输的信号反映两侧保护方向元件的动作情况，为逻辑量，信号的“有”、“无”对应于“正向故障”、“反向故障”。纵联方向保护有独立的方向元件；既可以使用载波通道也可以使用光纤通道；既能构成“闭锁式”保护也能构成“允许式”保护。“闭锁式”纵联方向保护起动后若判故障为反向故障，发出闭锁信号；反之则停止发信号(称为保护停信)。外部故障时，近故障侧保护判明故障为反向故障，发出闭锁信号，由于采用“单频制”，两侧均收到闭锁信号，保护不动作。闭锁式保护原理见下图。内部故障时两侧均不发闭锁信号，保护动作。闭锁式氯联方向保护原理示意图(2) “允许式”工作原理“允许式”纵联方向保护起动后若判明故障为正向故障，发出允许信号；反之则停止发信。内部故障时两侧均发允许信号，保护动作条件为本侧判为正向故障且收到对侧允许信 号，两侧保护动作条件均满足，动作跳闸。外部故障时，近故障侧保护判明故障为反向故障，不发允许信号，两侧保护动作条件均不满足，保护不动作。补充材料与学习参考(1)不平衡电流形成原因线路正常运行及外部故障时，差动电流不为零，是一个较小的数值， 原因是存在不平衡电流以及线路电容电流。所谓不平衡电流是指一次侧差动电流严格为零时，二次侧流入保护的差动电流。由于存在励磁电流，电流互感器有误差，当线路两侧TA励磁特性不完全一致时，两侧TA的误差也就存在差异，二次侧就会有不平衡电流流入保护，外部故障导致TA饱和时情况尤为严重。(2)纵联方向保护基本原则以下讨论均以闭锁式纵联方向(短时发信，单频制)为例进行。1)起动元件设置：纵联保护设两套起动元件分别起动发信以及开放跳闸回路，低定值 元件起动发信回路。假设只设一个起动元件起动发信及开放跳闸回路，两侧起动定值一致，由于TA误差、保护误差等因素，两侧保护实际起动值略有差异，外部故障时电流正好介于两侧保护实际起动值之间。2)远方起动：以下讨论均以闭锁式纵联方向(短时发信，单频制)为例进行。远方起动是指收到对侧信号而本侧起动发信元件未起动时，由收信起动本侧发信回路。由于发信是因为收到了对侧信号而起动的，称远方起动。3)延时保护停信：保护正方向元件动作时，停止发出闭锁信号，这称为保护停信。4)其他保护停信：纵联保护无后备保护作用，线路上除纵联保护还配有零序电流方向 保护、距离保护，同时母线保护动作时也出口于线路断路器。5)断路器位置停信：本侧断路器跳开时，应该由断路器位置停止发信，称为断路器位 置停信。本章小结(1)电流保护、零序电流保护、距离保护等单侧测量保护不能快速切除本线路上的所以 故障。(2)纵联保护采用双侧测量方式，可以实现全线速动，但不具有后备保护作用。(3)纵联保护目前主要采用分相电流差动、纵联方向原理(“闭锁式” / “允许式”)；采用载波通道、光纤通道，广泛用于220kv、110kv线路主保护系统。(4)目前要求220kv线路保护实现主保护双重化，即配置两套不同原理的纵联保护。(5) 110kv线路采用距离、零序电流保护灵敏度不满足要求时，也可采用纵联保护。(6)纵联保护为全线速动保护，但动作也不是一点没有延时，动作时间为 20-50ms。(7)导引线通道的电流差动保护较少用于线路，但广泛用于变压器、发电机、母线保护。阶段测试在以下各题中，进行补充填空或正误判断。1 .纵联差动保护起动元件的作用是 。2 .高频闭锁方向保护的起动元件有两个任务，一是起动后解除保护的闭锁；二是,因此要求起动元件灵敏度足够高，以防止故障时不能起动发信。3 .相差高频保护只比较被保护线路 ,而不比较4 .双回线纵差保护是全线速动保护。()5 .双回线电流纵差保护存在出口动作死区。()6 .高频保护通道传送的信号按其作用不同，可分为跳闸信号、允许信号和闭锁信号三 类。()阶段测试简要解答1 .判断保护区内是否发生了短路故障2 .起动发信3.两侧电流的相位，电流大小4. X5, V6. V