输电线路全线速动保护

2. 构成
输电线路 阻波器 耦合电容器 连接滤波器 高频收发信机 接地刀闸 2021/7/13
保护 装置
保护 装置
2021/7/13
第二节 纵联保护通道
电力线载波通道又称为高频通道
高频通道：“导线―大地” 构成输电力线载波通道。 优点：最经济，可以只在一相线路上 装设。 缺点：高频信号的衰耗和受到的干扰都比较大。
• 光检测器用来接收光信号，并将其转换成脉 冲电信号。
• 光检测器的主要元件为光电二极管。光电二 极管由P型区、N型区、本征区三部分构成。
本征区
－
＋
－
＋
N
＋ －
P
－
＋
2021/7/13
• 5．解调器 • 对接收信号进行解码和分路处理。 • 同步电路通过检测对侧发送的同步码，
使发送与接收侧的信号时钟保持同步。 • 6．光中继器 • 对衰减的光波信号进行放大，并对失真
躲过最大负荷电流（一侧CT断线）: Ise t KreIlL.max
K I I 2 校验： sen I I 2021/7/13
r set
k.m in set
（单侧电源最小方式最小短路电流）
第三节 纵联电流差动保护
2）有制动作用
M IM
k1
动作线圈： Im In 制动线圈： Im In
IImm
Im KD
M
k1 N k2
1
2
通信
通道
通信
设备
设备
反映：两侧（M、N）电气量 定义：通信通道、纵向连接、电气量特征对传、 比较、判断、跳闸。
2021/7/13特点：绝对选择性、无时限跳闸
第一节 输电线路纵联保护概述
二、输电线路纵联电流差动保护基本原理
根据基尔霍夫电流定律，线路两侧电流参考方向如上图所示。 当线路上没有内部故障时，线路两侧的电流之和为零，即流入 线路元件的电流之和为零；当线路有内部故障时，线路两侧电 流之和不为零。 输电线路纵联电流差动保护的工作原理： 当差动电流 Ir IM时IN ， 认0为是内部故障，保护动作。
方向纵联保护
距离纵联保护
逻辑信号
（2）纵联电流差动保护：电流波形/相量、相位 2021/7/13
第二节 纵联保护通道
一、导引线通信
保护原理：电流差动原理
适用于短线路
2021/7/13
i
导引线
KD
第二节 纵联保护通道
二、电力线载波通信 1. 原理
功率方向（电流相位） 高频信号（50－400kHz） 通道：输电线路（相－相，相－地）
纵联保护两端比较的电气量可以是流过两端的电流、电流相 位和两端功率方向等，比较两端不同电气量的差别构成不同 原理的纵联保护。
纵联保护特点：可以快速、 可靠地区分本线路内部任 意点短路与外部短路，达 到有选择、快速地切除全 线路任意点短路的目的。
2021/7/13
第一节 输电线路纵联保护概述
3.输电线路的纵联保护
Im In
Ir In
内部故障： 动作作用强，制动作用弱 正常、外部故障： 制动作用强，动作作用弱
IN NIn kIm InIo0p
动作区
I op0
I brk
制动特性：动作电流不是定值，而是随制动电流变化的特性。
特点：内部短路时提高了灵敏性；外部短路时提高了可靠性。 2021/7/13
2021/7/13
阻波器
2021/7/13
高频阻波器：
• 将高频信号限制在本线路内传输。 • 它对高频电流呈现很大的阻抗，对
于工频电流，阻波器呈现的阻抗很 小。
2021/7/13
连接滤波器： 带通滤波器， 使信号频带的 高频电流能够 顺利通过。 阻抗匹配器， 避免高频信号 在传送过程中 发生反射而引 起高频能量的 附加衰耗
的信号波形进行矫正，使光波信号得到 再生。
2021/7/13
三、光纤纵联电流差动保护的原理
M
N
M侧电流 差动保护
光纤通道
2021/7/13
N侧电流 差动保护
第三节 纵联电流差动保护
一、纵联电流差动保护原理
1. 工作原理
基尔霍夫定律
M IM
k1 IN N k2
Im
KD Ir
In
正常、外部故障： IMIN0 内部故障： IMINIK
护套
θ
纤芯n2
包层n1
2021/7/13
图6－11 光纤结构示意图
光缆结构示意图
• 电力特种光缆：
• 全介质自承式光 缆ADSS、架空 地线复合光缆 OPGW、缠绕式 光缆GWWOP、 捆绑式光缆AL －Lash、相线 复合光缆OPPC 等。
加强芯 塑料包皮 缆芯 填充物 护套
2021/7/13
4．光检测器
2021/7/13
输电线路全线速动保护
1、全线速动保护的基本概念 2、纵联方向保护的原理及特点（闭锁式、允许式） 3、纵联差动保护的基本原理 4、比率制动式纵联差动保护的原理及动作特性 5、纵联保护的通信通道种类及各自特点 6、影响纵联差动保护正确动作的因素 7、闭锁式纵联方向保护需考虑的一些特殊问题 8、功率倒向概念、对方向保护的影响及解决措施 9、工频变化量方向元件基本原理及特点 10、各种纵联保护的逻辑框图
•
Ic
线路电容电流属不平衡电流，整定时应躲过其实测值。 电容电流较大时可以进行补偿，方法如下：
Id•CIdIc
（3）保护的总启动元件
输电线路的光纤纵差保护
• 一、光纤通信的特点 • 1．通信容量大 • 2．抗干扰能力强 • 3．原料资源丰富 • 4．线路架设方便
2021/7/13
二、光纤通道
调制器
光源
光纤
中继器 光纤
光检测器
解调器
• 1．调制器 将要传输的各路信息，调制成适合在光纤信道中 传输的脉冲信号。
• 2．光源 把调制器输出的脉冲电信号调制成光信号。
M IM SM
区外故障
IN N k2
SN
一侧功率方向为负
第一节 输电线路纵联保护概述
3. 两端电流相位特征
假设：阻抗角、电势角相同
M IM
k1
IN N
M IM
区内故障
0
IN N k2
区外故障
180
4. 两端测量阻抗
区内故障：两端 ZII （短路阻抗）均启动
区外故障：近端
2021/7/13
ZII
（短路阻抗）不启动。
• 接地刀闸： 在调整或检修高频收发信机、连接滤波器时，用它来进行 安全接地。
2021/7/13
第二节 纵联保护通道
3. 通道特点及适用保护原理
优点：无中继、经济、施工简单 缺点：干扰影响大、实时性差 ×纵联电流差动 信号：传递状态信号（功率方向、电流相位） 应用：方向比较式、电流相位比较式纵联保护
第一节 输电线路纵联保护概述
四、纵联保护基本原理 M
k1 N k2
1. 纵联电流差动 －两端电流相量和特征
IIM INIK 1 IIMIN0
IMIN Iset
2. 方向比较式纵联保护 －两端功率方向
功率方向元件判断本端功率方向，功率方向为负者发出 闭锁信号，闭锁两端保护 －闭锁式方向纵联保护
3. 电流相位比较式纵联保护－两端电流相位特征
动作方程 Id Is.e 0 ,t Ibr k Ib.0 r （ k1 ）
Id K bI rb k,rIk br k Ib.r 0 － k 2 ） （ 其中：Iset必须躲过正常运行时的最大不平衡电流 （1）式为电流差动判据，（2）为比率差动判据
采用制动特性的原因？ I d
动作特性（两段式）
2021/7/13
42.021距/7/13离纵联保护 －两端测量阻抗
第一节 输电线路纵联保护概述
五、纵联保护基本原理的分类
1. 按通道分类
导引线：≤10km，二次电气量，电流差动保护 电力线载波：最广泛，输电线路，要求线路故障时能动 微波：信息量大 光纤：信息量大，抗干扰，近年 短线路保护
2. 按原理分类
（1）方向比较式纵联保护: 功率方向、测量阻抗判断结果
2021/7/13
第三节 纵联电流差动保护
2. 保护特性 1）无制动作用
M IM
k1 IN N k2
IrImIn Iset
Im
KD
Ir
In
Im
1 nTA
IM IM
In
1 nTA
IN IN
不平衡电流：
Iun b Im Inn 1 TA IM IN
整定：躲过外部短路最大不平衡电流: Ise tK re K a l p K s eK s reIr k.max
2021/7/13
第一节 输电线路纵联保护概述
一、引言（ 纵联保护的提出 ） 1. 电流、距离保护的缺陷
M1
2 N3
k1
k2
反映：一侧电气量
缺陷：二段有延时，无法实现全线速动，
≥220kV 难以满足快速性要求。
2021/7/13
第一节 输电线路纵联保护概述
2.反映线路两侧电气量的纵联保护
纵联保护：将线路一侧电气量信息传到另一侧去，两侧电气 量同时比较、联合工作的保护。即线路两侧之间有纵向的联 系的保护。
I set .0
O Ise.0t Kbrk
I brk
第三节 纵联电流差动保护
分析内外部故障时保护的动作情况
1）内部故障
M IM
IN N
•
Ik
Id Id ImIn＝ Ik
Ibr kImIn＝ 0 ～ （ 1 ） IK Iset.0
能可靠动作，有绝对的选择性 O Iset Kbrk
I brk
2021/7/13
2021/7/13
第一节 输电线路纵联保护概述
三、输电线路两侧电气量的故障特征
1. 两端电流相量和 （正方向：母线－线路）
M IM
k1
IN N
M IM
IN N k2
区内故障
IIM INIK 1
区外故障
IIMIN0
2. 两端功率方向
M IM
k1
IN N
SM 区内故障 S N
2021/7两/13 侧功率方向均为正
第三节 纵联电流差动保护
二、光纤分相差动保护
光纤分相差动保护运用电流差动原理，采用光
纤通信作为通信手段构成的保护，性能优越，应
用十分广泛。
1、光纤差动的原理
M IM Im
k1 IN N k2
In
（1）电流差动元件
差动电流
Id ImIn
制动电流
IbrkImIn
2021/7/13
保护
保护
M
N
光纤通道
第三节 纵联电流差动保护
B C
A
2021/7/13
第二节 纵联保护通道
光纤通信
光纤具有宽带、远距离传输能力强、保密性好、抗干扰能力 强等优点,是未来通信网的主要实现技术。
光信号在光导纤维内传输具有衰耗低、抗干扰能力强、通信容 量大、比微波通信提高10 万倍以上等优点。目前光纤通信使 用的波长为0.85 um、 1.31 um、1.55 um 。光纤分多模光纤 和单模光纤，后者比前者特性好，衰减小、频带宽适用于大容 量2远021距/7/13离的通信系统。
第三节 纵联电流差动保护
分析内外部故障时保护的动作情况
2）外部故障
M IM
IN N
Id ImIn＝ Iu n b
•
Ik
Id
Ibr k ImIn＝ 2IK Iset.0
可靠的不动作
2021/7/13
O Iset Kbrk
I brk
第三节 纵联电流差动保护
（2）电容电流对光纤差动的影响
M IM
IN N
2021/7/13
耦合电容器（结合电容器）：
• 与连接滤波器共同配合，将高频信号传递到输电 线路上，同时使高频收发信机与工频高压输电线 路隔离。
• 高频电缆： 连接高频收发信机与连接滤波器 一般采用同轴电缆
• 高频收发信机： 发送和接收高频信号的装置
• 放电间隙（或避雷器）： 对高频收发信机起过电压保护作用
4. 通道工作方式
1) 正常无高频电流（故障启动发信方式） 2) 正常有高频电流（长期发信方式） 20231/7)/1移3 频方式（f1、f2）
第二节 纵联保护通道
5.载波信号的种类
M IM SM
闭锁信号
k1 IN N
SN
M IM SM
IN N k2
SN
保护元件
闭锁信号 &
跳闸 脉冲
闭锁式方向高频保护
允许信号
保护元件
允许信号 &
跳闸 脉冲
允许式方向高频保护
跳闸信号
2021/7/13
保护元件
跳闸信号 1
跳闸 脉冲
要求：两侧 I 段有重叠区
第二节 纵联保护通道
三、微波通信
优点：频带宽（300－30000MHz）、抗干扰、 不受线路故障影响（允许/跳闸信号）
缺点：需中继（40－60km）、价格贵 应用：纵联电流分相差动保护
四、光纤通信
电信号－光信号 光纤 优点：通信容量大、抗干扰、节省金属材料等 缺点：需中继 2021/7/1应3 用：纵联电流分相差动保护
• 3.微波通道 • 把需要传送的信息调制成微波信号后，
经过空间传播送到对端接收。 • 微波信号的传送距离在50KM左右，超
过这个距离需要设微波中继站来转送。 • 微波保护。
2021/7/13
激光器驱动电路原理图
1
2021/7/13
Rc 0
VT1
LD UB
VT2
Re －U
3．光纤与光缆
• 用来传送光信号，完成信息传输的任务。 由玻璃纤芯、玻璃包层和护套组成。
• 当n2＞n1，且光束的入射角度θ大于入射临界 角时，光波在芯线和包层交界面发生全反射 ，光束在光纤线中沿Z字形路线前进，不会穿 出包层而受到损失。