继电保护第4章电网的纵联保护课件.ppt

第第 四四 章章 输电线路纵联保护Pilot Protection for Transmission Lines Pilot Protection for Transmission Lines 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 引言（纵联保护的提出）1.1.电流、距离保护的缺陷电流、距离保护的缺陷反映：一侧电气量，即只采集线路一侧的电气量反映：一侧电气量，即只采集线路一侧的电气量缺陷：缺陷：段有延时，无法实现全线速动，段有延时，无法实现全线速动，MN123220kV220kV线路线路 难以满足快速性要求难以满足快速性要求k1k22 2、线路纵联保护线路纵联保护:是利用某种通信通道将线路两侧的电气量（电流、电流的相位、功率方向等）纵向联系，将线路一侧的电气量信息传到另一侧去，将两侧的电气量同时比较形成的保护,国外又称为线路的单元保护根据比较不同电气量的差别可构成不同原理的纵联保护，根据不同的信息传送通道，采用不同的传输技术一套完整的纵联保护包括一套完整的纵联保护包括两端继电保护装置、通信两端继电保护装置、通信设备和通信通道设备和通信通道优点：1.无时限切除被保护线路上任意点的故障（绝对选择性）2.不受系统振荡、系统运行方式变化的影响。

缺点：1.需要通道；2.不具备保护相邻线路的功能线路纵联保护的适用情况：线路纵联保护的适用情况：适用于220kv及以上线路，用作线路的主保护3、线路纵联保护的特点、线路纵联保护的特点A.按通信通道分：(1)导引线通道导引线通道需要沿线铺设导引线电缆传送电气量信息，其投资随线路的长需要沿线铺设导引线电缆传送电气量信息，其投资随线路的长度而增加此外，导引线越长，其自身安全性越低用于短线度而增加此外，导引线越长，其自身安全性越低用于短线路2)电力线载波通道电力线载波通道（50400kHz)将线路两端的电流相位（或功率方向）信息转变为高频信号，将线路两端的电流相位（或功率方向）信息转变为高频信号，经过高频耦合设备将高频信号经过高频耦合设备将高频信号加载加载到输电线路上到输电线路上,输电线路本输电线路本身作为高频信号的通道将高频载波信号传输到对侧，称为身作为高频信号的通道将高频载波信号传输到对侧，称为高频高频保护4、纵联保护的分类：、纵联保护的分类：(3)微波通道微波通道(300MHz 300GHz)是一种多路通信通道，频带宽，可传送交流电的波形是理想是一种多路通信通道，频带宽，可传送交流电的波形。

是理想的通道，但保护专用微波通道是不经济的的通道，但保护专用微波通道是不经济的4)光纤通道光纤通道（不受电磁干扰）采用光纤作为通信通道，目前超高压线路在架线时已同时架设采用光纤作为通信通道，目前超高压线路在架线时已同时架设光纤通道，所以，已被越来越多的超高压线路采用光纤通道，所以，已被越来越多的超高压线路采用1）方向比较式纵联保护:功率方向、测量阻抗（2）纵联电流差动保护：电流相量、电流相位方向纵联保护距离纵联保护逻辑信号(故障判别结果)电流数据信号（本侧电流的波形本侧电流的波形或代表电流相位的信号或代表电流相位的信号）B.按保护动作原理分：纵联电流差动保护纵联电流相位差动保护4.1.2 输电线路短路时的故障特征分析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正常运行或区外故障时：正常运行或区外故障时：根据基尔霍夫定律（根据基尔霍夫定律（KCL），并忽），并忽略分布电容和电导的影响，有：略分布电容和电导的影响，有：区内故障时：区内故障时：2、两端功率方向的故障特征、两端功率方向的故障特征正常运行或区外故障时：正常运行或区外故障时：远故障点的功率方向是从母线流向远故障点的功率方向是从母线流向线路，功率方向为正；近故障点的功率方向是由线路流向母线路，功率方向为正；近故障点的功率方向是由线路流向母线，功率方向为负。

线，功率方向为负两端功率方向相反两端功率方向相反区内故障时：区内故障时：两端的功率方向都是从母线流向线路，两端的功率方向都是从母线流向线路，同为正同为正3、两端电流相位特征、两端电流相位特征正常运行或区外故障时：正常运行或区外故障时：两侧电流相位相差两侧电流相位相差180区内故障时：区内故障时：两侧电流相位相同两侧电流相位相同假定全系统阻抗角相同，两侧电势角相同4、两端测量阻抗的特征、两端测量阻抗的特征正常运行时：正常运行时：两侧的测量阻抗都是负荷阻抗，两侧的测量阻抗都是负荷阻抗，距离距离段都不启动段都不启动区内故障时：区内故障时：两侧的距离两侧的距离段同时启动段同时启动外部故障时：外部故障时：至少有一侧的距离至少有一侧的距离段不启动（反方向）段不启动（反方向）4.1.3 纵联保护的基本原理1、纵联电流差动保护、纵联电流差动保护基本原理：基本原理：利用输电线路两端电流波形和或电流相量和的特征利用输电线路两端电流波形和或电流相量和的特征由于由于TA误差或线路分布电容的影响，正常运行或外部误差或线路分布电容的影响，正常运行或外部 发生故障时两侧的电流相量和实际上不为零发生故障时两侧的电流相量和实际上不为零。

则动作判据为：则动作判据为：Iset门槛值2、方向比较式纵联保护、方向比较式纵联保护基本原理：基本原理：利用输电线路两侧的功率方向相同或相反的特征利用输电线路两侧的功率方向相同或相反的特征可构成可构成闭锁式方向纵联闭锁式方向纵联和和允许式方向纵联保护允许式方向纵联保护当发生故障时，两端保护的功率方向元件判别流过本端的功率方当发生故障时，两端保护的功率方向元件判别流过本端的功率方向，功率方向为向，功率方向为负负者发出闭锁信号，闭锁两端的保护，称为者发出闭锁信号，闭锁两端的保护，称为闭锁闭锁式方向纵联保护式方向纵联保护功率方向为功率方向为正正者发出允许信号，允许两端保护跳闸，称为者发出允许信号，允许两端保护跳闸，称为允许式允许式方向纵联保护方向纵联保护正正负负正正正正正正负负NL3、电流相位比较式纵联保护、电流相位比较式纵联保护基本原理：基本原理：利用输电线路两侧的电流相位特征利用输电线路两侧的电流相位特征两侧保护各将本两侧保护各将本侧电流的正、负半波信息转换为表示电流相位并利于传送的信号，侧电流的正、负半波信息转换为表示电流相位并利于传送的信号，送往对端，同时接收对端送来的电流相位信号用于比较。

送往对端，同时接收对端送来的电流相位信号用于比较根据前面分析，当线路内部故障时，线路两侧的电流相位差为根据前面分析，当线路内部故障时，线路两侧的电流相位差为0；在外部发生故障时，电流两侧的相位差为；在外部发生故障时，电流两侧的相位差为180考虑互感器误差考虑互感器误差及输电线路分布及输电线路分布电容的影响后：电容的影响后：4、距离纵联保护、距离纵联保护基本原理：基本原理：利用输电线路两侧距离元件的特征利用输电线路两侧距离元件的特征与方向比较式纵联保护基本原理类似，只是用阻抗元件代替功率与方向比较式纵联保护基本原理类似，只是用阻抗元件代替功率方向元件方向元件相比方向比较式纵联保护，相比方向比较式纵联保护，优点在于：优点在于：故障发生在故障发生在II段范围内时段范围内时相应的方向阻抗元件才起动，其他情况下不起动，减少了方向元相应的方向阻抗元件才起动，其他情况下不起动，减少了方向元件起动次数，从而提高了保护的可靠性件起动次数，从而提高了保护的可靠性4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换 输电线路纵联保护需要通过通信设备和通信通道快速地进行信息传递目前常用的通信方式有：l 导引线通信l 电力线载波通信l 微波通信l 光纤通信 4.2.1 导引线通信利用铺设在输电线路两端变电站之间的二次电缆传递被保护线路各侧信息的通信方式称之为导引线通信，以导引线为通道的纵联保护称为导引线纵联保护。

优点：优点：不受系统振荡的影响，不受非全相的影响，简单可靠不受系统振荡的影响，不受非全相的影响，简单可靠缺点：缺点：导引线不能太长导引线不能太长4.2.2 电力线载波通信将线路两端的电流相位（或功率方向）信息转变为高频信号，经过高频耦合设备将高频信号加载到输电线路上，输电线路本身作为高频信号的通道将高频载波信号传输到对侧，对端再经过高频耦合设备将高频信号接收，以实现各端电流相位（或功率方向）的比较，称为高频保护根据通道的构成，电力线载波通信分为：l“相-相”式u 连接在两相导线之间l“相-地”式（衰耗和受干扰都比较大，但较经济，常用）u 连接在输电线一相导线和大地之间 1.电力线载波通信的构成(1)阻波器：阻波器是由一电感线圈与可变电容器并联组成的回路当并联谐振时，它所呈现的阻抗最大（1000以上），利用这一特性，使其谐振频率为所用的载波频率这样的高频信号就被限制在被保护输电线路的范围以内，而不能穿越到相邻线路上去但对工频电流而言，阻波器仅呈现电感线圈的阻抗，数值很小（约为0.04左右），并不影响它的传输2)耦合电容器（滤波、隔工频）耦合电容器与连接滤波器共同配合，将载波信号传递至输电线路，同时使高频收发信机与工频高压线路绝缘。

由于耦合电容器对于工频电流呈现极大的阻抗，故由它所导致的工频泄漏电流极小3)连接滤波器 连接滤波器由一个可调节的空心变压器及连接至高频电缆一侧的电容器组成耦合电容器与连接滤波器共同组成一个四端网络的“带通滤波器”，使所需频带的高频电流能够通过空心变压器进一步使收、发信机与输电线路高压部分隔离，提高了安全性4)保护间隙：高频通道的辅助设备，用它保护高频收发信机和高频电缆免受过电压的冲击5)接地开关：也是高频通道的辅助设备，在调整或维修高频收发信机和连接滤波器时，将它接地，以保证人身安全6)高频电缆：将位于主控室的高频收发信机与户外变电站的连接滤波器连接起来7)高频收、发信机 发信机部分系由继电保护来控制，通常都是在电力系统发生故障时，保护部分启动之后它才发出信号由发信机发出的信号，通过高频通道送到对端的收信机中，也为自己的收信机所接收高频收信机接收本端和对端所发送的高频信号，经过比较判断之后，再动作于继电保护，使之跳闸或将它闭锁2.电力线载波通道的特点优点：a.无中继，通信距离长（几百公里）；b.经济、使用方便；c.工程施工比较简单；缺点：a.受高压输电线路的电晕、短路、开关操作的干扰;b.传输速度不高、实时性差;c.频带受限（50-400kHz）。

l 一般用于传递状态信号，常用于构成方向比较式纵联保护和电流相位比较式纵联保护1)故障启动发信方式故障启动发信方式正常无高频电流方式正常无高频电流方式信号信号故障时刻故障时刻正常时无高频电流，又称“故障启动发信方式”优点：发信机寿命长；对邻近通道干扰小缺点：必须有启动元件，而且要定期起动发信机来检查通道的完好性3.高频通道的工作方式2)长期发信方式正常有高频电流方式也是信号信号平时故障时1是信号，0也是信号！正常时有高频电流，又称“长期发信方式”优点：无须发信启动元件，装置简单；通道工作状态可得到经常监视缺点：通道间干扰大，并降低收发信机的使用寿命3)移频方式移频方式信号信号 信号信号优点：能监视通道工作情况，提高可靠性，抗干扰能力强缺点：占用的频带宽，通道利用率低注意区别“高频信号”和“高频电流”两个不同概念高频信号：指线路一端的高频保护在故障时向线路另一端的高频保护所发出的讯息或命令例如：故障时发讯方式中高频电流的出现，就是高频信号长期发讯方式中高频电流的消失，也是高频信号保护元件闭锁信号跳闸脉冲&保护元件允许信号跳闸脉冲保护元件跳闸信号跳闸脉冲MNk1MNk2闭锁信号闭锁信号允许信号允许信号跳闸信号跳闸信号收不到高频电流信号是保收不到高频电流信号是保护作用于跳闸的护作用于跳闸的必要条件必要条件。

收到高频电流信号是本端保收到高频电流信号是本端保护作用于跳闸的护作用于跳闸的必要条件必要条件收到这种信号是保护动作于收到这种信号是保护动作于跳闸跳闸充分而必要条。