第五章_输电线路的纵联保护.ppt

第五章 输电线路的纵联保护 Pilot Protection for Transmission Lines,华中科技大学文华学院机电学部 2009.10,1、了解纵联保护基本原理 2、了解什么是高频保护和它是怎样构成的 3、掌握构成高频载波通道的主要元件的名称及其应用 4、掌握方向高频保护的基本工作原理和基本组成元件 5、了解距离高频保护的基本概念本章基本要求,Chapter5 输电线路的纵联保护,问题的提出 电流保护、距离保护，I段只保护线路的80%～85%，对其余的15%～20%线路故障，只能靠带延时0.5s时间的II段来保护，对高压输电线路不能满足系统稳定性的要求，需要寻求新的能保护线路全长的保护 纵联保护：用某种通信信道将输电线路两端的保护装置纵向联结起来，将一端电气量（电流、功率方向等）传到对端进行比较，判断故障在本线路范围内还是范围之外，从而决定是否切除被保护线路 可以实现本线路全长范围内任意一点故障的零秒切除的保护 纵联保护没有后备保护功能基本概念,纵联保护信号传输方式： （1）以导引线作为通信通道：纵联差动保护 （2）电力线载波：高频保护（方向高频保护，相差高频保护），其中方向高频保护又包括高频闭锁方向保护，高频闭锁负序方向保护，高频闭锁距离保护； （3）微波：微波保护，长线路，需要中继站；,纵联保护按通道类型分类,5.1 输电线路的纵差保护(Current Comparison Pilot Protection),,,,纵联电流差动保护原理（Principle of Current Comparison Pilot Protection）,正常运行和外部故障（定义：正方向为从母线流向线路）,线路两侧电流，其电流互感器的二次电流为：,考虑励磁电流的影响,,流入差动电流元件的电流为,,正常时流入差动继电器的不平衡电流,继电器不动作，此时导引线内形成环流,纵差保护的不平衡电流,——两侧电流互感器二次阻抗及互感器本身励磁特性不一致，在正常运行及外部故障时，差回路中电流不为零，此电流称为不平衡电流。

稳态下的不平衡电流：励磁电流之差,暂态不平衡电流：电流互感器原次边回路对非周期分量衰减时间常数不同,综合得到最大不平衡电流,电流互感器10%误差系数,电流互感器的同型系数，同型号（0.5）,不同型号(1.0),非周期分量系数,当接有速饱和变流器时(1.0),否则(1.5～2),,当线路MN内部短路,,,纵差保护的基本原理,继电器动作，跳两侧的断路器MN线内部短路时流入差动电流元件KD的电流为故障点总故障电流的二次值，远远大于正常运行和外部短路时流入电差电流元件KD的不平衡电流问题：因要铺设多根导引线，这种单相原理接线方式可用于短线路，电力变压器、发电机、母线2 纵差保护的整定计算,纵差保护整定计算的基本原则是应保证正常运行和外部短路时保护装置不动作跳闸因此，纵差保护的一次动作电流按满足以下条件进行选择：,,（1）正常运行和区外短路时差回路流过最大不平衡电流时保护不动作，即躲开外部故障时的最大不平衡电流：,,（2）正常运行时电流互感器二次断线时保护不动作，即躲开电流互感器二次断线：,Ikmin——单侧电源作用时被保护线末端短路时，流过保护的最小短路电流,取两者的最大值灵敏度校验：,3 纵差保护的动作特性,,,,当外部短路时，,，,,当内部短路时，,，其值在正实轴上。

正好是圆的圆心,4 带制动特性的纵差保护,,,,式中，,为了减少不平衡电流对纵差保护的影响，常采用带制动特性的纵差保护带制动特性的差动电流测量元件的动作方程为：,纵联差动保护的评价及应用,优点： 全线速动 不受负荷及系统振荡的影响，灵敏度较高 缺点： 需敷设与被保护线路同长的辅助导线且要求电流互感器的二次负载阻抗满足电流互感器10%的误差 需敷设辅助导线断线与短路的监视装置 不能作相邻线路的后备保护,应用：在输电线路中，只有其他保护不能满足要求的短线路（一般不超过5-7km)5.2 高频保护概述,一、概述,在高压输电线路上，要求无延时地从线路两端切除被保护线路内部的故障此时，电流保护和距离保护都不能满足要求纵联差动保护可以瞬时动作切除保护范围内部任何地点的故障但纵联差动保护需敷设与被保护线路等长的辅助导线，这在经济上、技术上都有难以实现解决办法：,采用高频保护,高频保护：,是用高频载波代替二次导线，传送线路两侧电信号，所以高频保护的原理是反应被保护线路首末两端电流的差或功率方向信号，用高频载波将信号传输到对侧加以比较而决定保护是否动作高频保护与线路的纵联差动保护类似，正常运行及区外故障时，保护不动，区内故障全线速动。

以输电线载波通道作为通信通道的纵联保护，其中高频闭锁方向保护和相差高频保护已成为高压或超高压电网的主保护载波通道的分类,相-相制：在两相线路上均装设高频装置，构成回路； 相-地制：只在一相线路上均装设高频装置，以大地构成回路；,二、载波通道的工作原理,2.高频阻波器,3．结合电容器(通高频，阻工频）,4．连接滤波器（带通滤波器）,5．高频电缆,目前应用比较广泛的载波通道是相地制组成：,6．保护间隙,7．接地刀闸,8．高频收、发信机,2、高频阻波器,高频阻波器是由电感线圈和可调电容组成的并联谐振回路，当其谐振频率为选用的载波频率时，它所呈现的阻抗最大 对工频电流而言，高频阻波器的阻抗仅是电感线圈的阻抗，因而工频电流可畅通无阻，不会影响输电线路正常传输 作用:阻高频通工频.,3．结合电容器,它是一个高压电容器，电容很小，对工频电压呈现很大的阻抗，使收发信机与高压输电线路绝缘，载频信号顺利通过结合电容器3与连接滤波器4组成带通滤波器，对载频进行滤波 隔工频,通高频.,返回,4．连接滤波器,它是一个可调节的空心变压器，与结合电容器共同组成带通滤波器，连接滤波器起着阻抗匹配的作用，可以避免高频信号的电磁波在传输过程中发生反射，并减少高频信号的损耗，增加输出功率。

返回,5．高频电缆,用来连接户内的收发信机和装在户外的连接滤波器为屏蔽干扰信号，减少高频损耗，采用单芯同轴电缆，其波阻抗为100Ω返回,6．保护间隙,保护间隙是高频通道的辅助设备用它来保护高频电缆和高频收发信机免遭过电压的袭击返回,7．接地刀闸,接地刀闸也是高频通道的辅助设备在调整或检修高频收发信机和连接滤波器时，用它来进行安全接地，以保证人身和设备的安全返回,8．高频收、发信机,高频收发信机的作用是发送和接收高频信号发信机是将工频电量调制为高频信号,送入线路,它是由继电保护来控制高频收信机接收到由本端和对端所发送的高频信号经过比较判断之后，再动作于跳闸或将它闭锁返回,电力线载波通信通道的特点,优点: 无中继，通信距离长； 经济使用方便； 工程施工比较简单； 缺点： 载波通信易受一次设备操作的干扰； 通信速率低，一般用来传递状态信号三、高频信号的利用方式,按高频通道的工作方式分成,在这两种工作方式中，按传送的信号性质，又可以分为传送闭锁信号、允许信号和跳闸信号三种信号经常有高频电流,,（故障时发信,短时发讯）,（长期发信,长期发讯）,经常无高频电流,传送闭锁信号：收不到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件。

传送允许信号：收到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件传送跳闸信号：收到这种信号是保护动作于跳闸充分而必要条件的条件三、高频信号的利用方式,5.3 高频闭锁方向保护,高频闭锁方向保护是通过高频通道间接比较被保护线路两侧的功率方向，以判别是被保护范围内部故障还是外部故障 以高频通道经常无电流而在外部故障时发出闭锁信号的方式构成一、高频闭锁方向保护的基本原理,高频闭锁方向保护的基本原理,K1点短路,对AB线路为外部故障，2处功率方向为负，发闭锁信号，1、2保护被闭锁对BC线路为内部故障，3、4处功率方向均为正（母线到线路），不发闭锁信号，保护动作于跳闸当区外故障时，被保护线路近短路点一侧为负短路功率，向输电线路发高频波，两侧收信机收到高频波后将各自保护闭锁当区内故障时，线路两端的短路功率方向为正，发信机不向线路发送高频波，保护的起动元件不被闭锁，瞬时跳开两侧断路器高频闭锁方向保护的基本原理小结,,图5-14(c)为线路两侧各自的电流启动高频闭锁方向保护的原理框图图中，I为发讯机的电流启动元件（起讯元件）经记忆元件t1(瞬时动作延时t1秒返回) 和否门4启动发讯机.,电流启动的高频闭锁方向保护,电流启动的高频闭锁方向保护,（1）当内部故障时，KA、KA’和+KW元件均动作，在tt3，封闭与门4，发讯机G停止发讯，两侧收不到高频讯号，与门5开放，保护出口跳闸。

2）当外部故障时，两侧KA、KA’ 元件均动作，近故障侧Pk为负，与门2不开放，无讯号输送到非门6，与门4开放，两侧收讯机均收到高频信号，与门5不开放，两侧均不会跳闸电流启动的高频闭锁方向保护,为什么采用两个电流元件？,为了保证选择性解决方法：采用两个整定值不同的电流元件，用整定值小者启动发讯机 ，整定值大者去跳闸，从而A侧的KA’动作时，B侧的KA也一定动作，可以保证启动B侧的发讯机G有可能在外部故障时，近故障侧的启动元件KA拒动，发讯机G不发讯，两侧R均收不到高频讯号，那么A侧保护在tt3后，会误动电流启动的高频闭锁方向保护,为什么延时t3跳闸？,为了保证可靠性为什么延时t1返回？,为了保证选择性在外部故障时，A侧需等待对侧发送的闭锁信号，否则外部故障时，A侧保护可能误动作避免在外部故障切除后，B侧KA先返回，则A侧的KA’，+KW后返回时，保护会误动作远方启动的高频闭锁方向保护,第一，增加了收讯机驱动的时间元件t7和或门6，即增加了一种远方启动发讯机的方式当收到对侧发讯机的高频讯号时，t7（为长记忆的时间元件）开放，可以启动本侧的发讯机，故称远方启动高频闭锁方向保护；,第二，只用了一个电流启动元件，该电流启动元件既启动发讯机又启动保护；,下图与图5-14比的差别：,第三，增加了被保护线路本侧断路器的常闭辅助常闭接点QF1，当本侧断路器跳闸后，其辅助常闭接点QF1将闭锁本侧发讯机，不允许远方启动；,第四，t3的延时应考虑外部短路近故障侧启动元件因故拒动，需要等待远离故障侧发讯机在t3秒时间内传来的高频讯号远方启动近故障侧发讯机，然后由近故障侧再向两侧保护发送高频闭锁讯号.,故时间t3应比5-14中同一元件大些（一般取20ms）。

功率方向元件,在高频闭锁方向保护中，方向或功率方向元件是保护中的关键元件对于方向元件的主要要求有： (1)能反应所有类型的故障且无死区； (2)线路正常运行和系统振荡时不动作； (3)功率方向元件之间的灵敏度容易配合,故高频保护中使用的方向元件主要有负序功率方向元件，方向阻抗元件，工频突变量方向元件，相电压补偿方向元件等1、负序功率方向元件,负序功率方向元件有单相式和三相式两种所谓单相式负序功率方向元件是指输入为一个负序电压和一个负序电流的功率方向元件 功率方向元件包括在保护正方向短路时动作和在保护反方向短路时动作两种，前者称正向动作功率方向元件，后者称反向动作功率方向元件 这种负序功率方向元件动作速度快，三相短路时只要求不对称时间大于5～7ms保护即可动作它的主要问题是在超高压线上由于分布电容的影响，三相不同时合闸时可能会误动及在有串补的线路上也可能不正常动作2突变量方向元件,高频闭锁距离保护的原理框图,5.4 高频闭锁距离保护（距离高频保护）,,元件6为三段距离保护的启动元件，可用负序电压（电流）元件，阻抗元件等它兼作发讯机启动元件，一般无方向性阻抗测量元件ZI、ZII、ZIII为三段式距离保护中的第I、II、III段的方向阻抗测量元件；,延时元件tII、tIII为距离保护第II段、III段的时间元件。

元件1～5与高频闭锁方向保护中作用相同高频闭锁距离保护躲振荡问题,如图5-22，若线路A、B侧的阻抗测量元件均用四边形特性，而启动元件用全阻抗继电器图中，四边形aAcd为A侧的阻抗测量元件的动作特性，四边形Bfgh为B侧的阻抗测量元件动作特性，特性圆3为A、B两侧阻抗启动元件的特性，若OO’为振荡时A侧测量阻抗的轨迹.,。