4.继电保护纵联保护

电力系统继电保护
4.2.1 导引线通信
导引线保护常采用电流差动原理：环流式和均压式。
环流式：动作线圈：和电流 制动线圈：循环电流
均压式：动作线圈：差电流 制动线圈：和电流
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4.2.1 导引线通信
– 缺点：
环流式：
受导引线线芯电容影响小，容易实现两侧保护同时跳闸 导引线开路故障时，误动；短路时，拒动
外部短路：两侧测量阻抗也是短路阻抗，但一侧为反方向，至少有一侧的 距离保护II段不启动。
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4.1.3 纵联保护的基本原理
1.纵联电流差动保护
利用两端电流波形或电流相Biblioteka Baidu和的特征构成。
动作判据：
I M I N I set
Iset：动作门槛值
（4.1）
2.方向比较式纵联保护
– 高压线路配备距离保护作为后备保护，距离II段作为方向元件
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电 力 系 统 继 电 保 护
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的 交换
南京信息工程大学
电气工程与自动化系
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
– 常用的通信方式：
导引线通信 电力线载波通信 微波通信 光纤通信
远故障端收不到允许信号，也不能动作于跳闸
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4.2.2 电力线载波通信
电力载波信号的种类
– 跳闸信号：
直接引起跳闸的信号
– 跳闸的条件（或） 本端保护元件动作
有跳闸信号
– 本端保护元件动作即作用于跳闸，与有无跳闸信号无关 – 收到跳闸信号即作用于跳闸，与本端保护元件动作与否无关
U 2 L与I 2 M 符合功率方向为负的关系 闭锁，保护不误动
U 2 M 与I 2 M 符合功率方向为正的关系 停发闭锁信号，误跳闸
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4.3.4 影响方向比较式纵联保护的因素
– 实际中，一相在两侧断开，有两个断线端口
可得到同样的结论：
使用线路侧电压时，受电侧功率方向为正，送电侧功率方向为负，发 出闭锁信号，保护不误动 如果使用母线电压，两侧的负序功率方向都为正，保护将误动作
均压式：
受导引线线芯电容影响大 导引线开路故障时，拒动；短路时，误动
– 优点：
不受振荡及非全相运行的影响，简单可靠，维护工作量少
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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，经高频耦合
设备加载到输电线路上，传输到对侧后经高频耦合器将高频信号接收，实
3.两端电流相位特征
区内故障：两侧电流同相位 正常运行或区外故障：两侧电流相位相差180˚
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4.1.2 短路时线路两侧电气量的故障特征分析
4.两端测量阻抗的特征
区内短路时，两端测量阻抗都是短路阻抗，位于距离保护II段动作区内， 两侧II段同时启动。
正常运行：两侧测量阻抗都是负荷阻抗，距离II段不启动。
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4.2.2 电力线载波通信
电力载波信号的种类
– 闭锁信号：
阻止保护动作于跳闸的信号
– 同时满足以下两个条件保护作用于跳闸： 本端保护元件动作
无闭锁信号
– 外部故障时，近故障端发出闭锁信号，另一端收到闭锁信号，尽管保护元 件动作，但不作用于跳闸
– 内部故障时，任一端都不发送闭锁信号，两端保护元件动作后即作用于跳
t1：大于两侧方向元件动作与返回的最大时间差再加裕度
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4.3.4 影响方向比较式纵联保护的因素
分布电容的影响
空载线路上，一侧断路器一相或两相先闭合 系统空载，负序电流只能通过分布电容形成 回路 电压互感器接于线路上
' UM IY 2 ( jX C 2 ) jIY 2 X C 2 2
I M 2 IY 2
空载合闸一侧正方向误动， 另一侧保护不启动，误闭锁 信号，两侧保护误动
BC线路故障 2、5功率方向为负，发闭锁信号，闭锁1、2，闭锁5、6，非故障线路都 不跳闸
3、4功率方向为正，不发闭锁信号，保护3、4跳闸
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4.3.2 闭锁式方向纵联保护
KW＋：功率正方向元件 KA2：高定值电流启动停信 元件 KA1：低定值电流启动发信 元件
t1：瞬时动作延时返回
现电流相位或功率方向的比较，即高频保护或载波保护。 – 按照通道的构成： “相－相”式：使用两相线路 “相－地”式：使用一相一地
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4.2.2 电力线载波通信
输电线路：传输信号 阻波器：并联谐振回路，使 载波信号不穿越到相邻线路 耦合电容器：阻隔工频信号 连接滤波器：与耦合电容器 构成带通滤波器 高频收发信机：发送信号到 对端，接受本侧和对侧的信 号
– 零序功率方向与负序功率方向的特点一致。 – 工频突变量方向元件能正确动作。 – 措施：
使用线路侧电压 非全相运行时，退出负序、零序方向元件
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4.3.4 影响方向比较式纵联保护的因素
功率倒向
QF3跳闸后，功率倒向 QF3跳闸后，QF4跳闸前，配合不当，误动
解决措施：加延时返回t1元件
– 本侧和对侧保护元件都具有直接区分区内故障和区外故障的能力
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4.2.3 微波通信
构成：保护装置部分和微波通信部分，发送端口、接收端口
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4.2.3 微波通信
– 特点
有独立于输电线路的通信通道，不受输电线路的干扰 扩展了通信频段，可以传递的信息容量增加、速率加快，可以实现纵
闸
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4.2.2 电力线载波通信
电力载波信号的种类
– 允许信号：
允许保护动作于跳闸的信号
– 同时满足以下两个条件保护作用于跳闸： 本端保护元件动作
有允许信号
– 内部故障时，两端都互送允许信号，保护元件动作后即作用于跳闸 – 外部故障时，
近故障端不发允许信号，保护元件也不动作，不能跳闸
t2：延时动作瞬时返回
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4.3.2 闭锁式方向纵联保护
区外故障时存在的问题 近故障侧发出闭锁信号实现远故障侧不跳闸
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4.3.3 闭锁式距离纵联保护
由两端完整的三段式距离保护附加高频通信部分组成。
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4.3.3 闭锁式距离纵联保护
III段继电器作为故障启动发信 元件 II段为方向判别元件和停信元 件 I段：两端各自独立跳闸段
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4.1 输电线路纵联保护概述
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电气工程与自动化系
4.1.1 引言
– 电流保护、距离保护的缺点：
I段不能保护线路的全长
线路末端故障需II段延时切除 在220kV及以上电压等级的电网中不能满足快速性的要求
– 反应线路两侧的电气量可以快速、可靠地区分本线路任意点
– 光纤纵联保护：不受干扰，近年来短线路纵联保护的主要通 道形式。
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4.1.1 引言
纵联保护按照保护原理分为：
– 方向比较式纵联保护
传送功率方向是否在规定的方向、测量阻抗是否在区段内等判别结果 到对侧，每侧保护装置根据两侧的判别结果区分是区内故障还是区外 故障。 传送的信息量较少，对信息的可靠性要求高
联电流分相差动原理
受外界干扰小，误码率低，可靠性高 输电线路故障不会使通道工作被破坏，可以传送内部故障时的允许信
号和跳闸信号
传输距离超过40～60km，需装设微波中继站
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4.2.4 光纤通信
以光纤作为信号传递媒介的通信称为光纤通信。
构成：光发射机、光纤、中继器、光接收机。
– 电力线载波通道的工作方式
正常无高频电流方式：故障启动发信的方式
需定期检查高频通道 正常有高频电流方式：长期发信方式
通道经常处于监视的状态，可靠性较高
无需收、发信机启动元件，使装置简化 干扰及抗干扰要求高 移频方式 正常时发出频率为f1的高频电流，故障时改发频率为f2的高频电流 可靠性高，抗干扰能力强，但占用的频带宽，通道利用率低
II段增加瞬时动作的与门元件， 收不到闭锁信号跳闸，瞬时切 除全线任意点短路
III段启动元件：无方向性 缺点：后备保护检修时，主保 护也停运，运行灵活性不够。
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4.3.4 影响方向比较式纵联保护的因素
系统非全相运行
分析：系统在一侧断开，有一个断 线端口M、L
断线点两侧负序电压 U 2 L 与 U 2 M 相位相反
光发射机：电调制器和光调制器，把电信号转变为光信号
光接收机：光探测器和电解调器，把光信号转变为电信号
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4.2.4 光纤通信
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4.2.4 光纤通信
– 光纤通信的特点：
通信容量大
节约金属材料 保密性好，不受干扰、抗腐蚀
无感应性能，可靠性高
– 缺点：
通信距离不够长，若用于长距离通信，要用中继器及附加设备 光纤断裂时不易找寻或连接，可用备用光纤替换
4.1.1 引言
纵联保护按照信息通道的不同分为：
– 导引线纵联保护：经济性、安全性不好，一般用于较短的线
路，采用差动保护原理。 – 电力线载波纵联保护：利用输电线路构成通道，在故障时通 道可能遭到破坏，要求信号中断时保护仍能正确动作。 – 微波纵联保护：多路通信通道，可以传送交流电波形，更适
合于数字式保护。不经济，一般与电力信息系统统一考虑。
短路与外部短路，称为纵联保护。 – 线路两端的保护装置组成一个保护单元，又称为单元保护。 – 输电线路的纵联保护两端比较的电气量可以是：
流过两端的电流、电流的相位、功率的方向
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4.1.1 引言
电压互感器TV、电流互感器TA：获取电压、电流量 通信设备：传送、接收电气量特征
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利用两端功率方向相同或相反的特征构成 功率方向为负时发出闭锁信号：闭锁式方向纵联保护 功率方向为正式发出允许信号：允许式方向纵联保护
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4.1.3 纵联保护的基本原理
3.电流相位比较式纵联保护
比较两端电流的相位关系构
成。 区内短路：两端电流相角差
为0˚，保护动作
正常运行或区外短路：两端 电流相角差180˚，保护不动
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4.3 方向比较式纵联保护
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4.3.1 工频故障分量的方向元件
– 方向比较式纵联保护中，方向元件或功率方向测量元件是保护中的关键元
件，常用工频电压、电流的故障分量构成方向元件。
– 方向元件的作用是判断故障的方向，要求： 正确反映所有类型故障时故障点的方向且无死区
接地开关：检修时用
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4.2.2 电力线载波通信
– 电力线载波的信号频率范围：50～400kHz
– 电力线载波的优点：
无中继通信距离长 经济、使用方便 工程施工简单
– 缺点：
高压输电线路上的干扰直接进入载波通道 通讯速率低，一般传递状态信号
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4.2.2 电力线载波通信
作
考虑电流、电压互感器的误 差及线路分布电容的影响， 动作区如图所示
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4.1.3 纵联保护的基本原理
4.距离纵联保护
– 与方向比较式纵联保护相似，只是用相应的方向阻抗元件替代功率方向元 件 – 优点： 故障发生在保护II段范围内，相应的方向阻抗元件才启动 减少了启动次数，提高了可靠性
不受负荷的影响，在正常负荷状态下不启动
不受系统振荡的影响，在振荡无故障时不误动，振荡中再故障仍能正 确判定故障点的方向
两相运行又发生故障时仍能正确判定故障点的方向
– 反映工频故障分量的方向元件能满足以上要求。
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4.3.2 闭锁式方向纵联保护
闭锁式方向纵联保护
闭锁信号由功率方向为负的一侧发出，被两端接收机接收，闭锁两端保护
正常运行或外部故障：两端电流相量和为零 内部故障：两端电流相量和为流入故障点的电流
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4.1.2 短路时线路两侧电气量的故障特征分析
2.两端功率方向的故障特征
区内故障：两端功率方向相同 区外故障：远故障点功率方向为正，近故障点功率方向为负，两端相反
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4.1.2 短路时线路两侧电气量的故障特征分析
– 纵联电流差动保护
传送电流的波形或相位到对侧，每侧保护根据两侧电流幅值、相位的 比较区分是区内故障还是区外故障
信息传输量大，两侧信息同步采集
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4.1.2 短路时线路两侧电气量的故障特征分析
纵联保护利用两端的电气量在故障与非故障时的特征差异构成保护。
1.两端电流相量和的故障特征