4.3 方向比较式纵联保护

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的功KA能1, 替代了Z II 的功能。KA2
区外故障,功率方向为负的元件的动作情况
t II t III
t2 0
跳闸 &
TV
Y2
ZI
TA
Z II
Z III
0 t1
发收 信信
耦合电容器
给对端发出 闭锁信号
区外故障,功率方向为正的元件的动作情况
500ms t II t III
t2 0
跳闸 &
TV
Y2
故障电 流消失
Y1
Y2
t2 0
跳闸
&
&
TV
返回
不动作
KW+
KA2
KA1
闭锁
发收
TA
0 t1
信信
耦合电容器
闭锁信号
思考:t1延时的作用是什么?
4.3.2 闭锁式方向纵联保护
3.闭锁式方向纵联保护的不足之处
1 ~
A
2
3
B
4
5
C
6 ~
D
当保护3和保护4出现故障,不能正常跳闸时,应由保护1 和保护6来跳闸断开故障。但闭锁式方向纵联保护无法实现 这一功能。因为只要B-C段故障未切除,保护2和保护5就要 不停的发闭锁信号给保护1和保护6,使之无法动作,因而 无法实现远后备保护的功能。
外部短路时,功率方向为负的元件的动作情况分析
不动作
Y1
&
t2 0
Y2
跳闸 &
TV 不启动
启动
KW+
KA2
KA1
不动作
发收
TA
0 t1
信信
耦合电容器
闭锁 信号
不停信
外部短路时,功率方向为正的元件的动作情况分析
Y1 延时等待对侧信号
t2 0 &
Y2
跳闸 &
TV
启动
启动
KW+
KA2
KA1
停信
不跳闸
对端发送的 闭锁信号
可见,在空载合闸一侧将会发生正向方向元件误动 作,而线路的另一侧尚未合闸,因而无电流,保护不动 作,通道上没有闭锁信号,从而造成保护误动作。
当电压互感器位于母线上时,负序电压几乎为零, 方向元件一般不会误动作。
为了防止线路空载合闸时引起负序方向元件误动作, 通常对负序方向元件采取按躲过空载线路两相先闭合时 出现的稳态负序电容电流进行整定。或用方向阻抗元件 代替负序方向元件。
非全相运行方式并非故障状态,若系统没有再次发生故 障,则系统不应该跳闸。下面将分析在非全相运行状态下, 方向纵联保护的工作情况。
M
N
~
~
负序 电源
-+
✓母线电压U 2UMI2为2MM与线路侧U电2L压U 2L相位相反。 ✓✓为如 如I2果果M ,电电两压压者互互同感感相器器,接接方在 在向母线元线路件上上判,,定则则为方方负向向,元元发件件出电电闭压压锁为为信UU2号2LM。电电流流 为I2M ,两者反相,方向元件判定为正,不发出闭锁信号。
M
QF3
N
L1
QF4

~
闭锁信号
~
QF1
QF2
负正
L2
正负
当QF3跳闸、但QF4尚未跳闸时,QF1的功率方向由负变正,将 停发闭锁信号;与此同时,QF2的功率方向由正变负,将发出闭 锁信号闭锁QF1。但此时可能会出现这样一种情况,QF1已经停 发闭锁信号但QF2尚未发出闭锁信号,此时QF1的保护已启动同 时又没有闭锁信号,QF1就会误跳闸。更严重的是,若QF2的保 护返回慢而QF1动作快(“触点竞赛”),则QF1和QF2都会误 跳闸。
4.3.2 闭锁式方向纵联保护
2.闭锁式方向纵联保护的构成 在闭锁过程中,要注意闭锁信号的传输具有一定的延时,
所以要特别注意时间配合的问题,以防止误动作。
保护元件 保



闭锁信号 A
B
闭锁信号(有传输延时,假设为10ms)
思考:在0-10ms的时间内,若保护A的闭锁端没有收到 闭锁信号会怎么样?
线路电压作为测量电压。
4.3.4 影响正确工作的因素及应对措施
综上所述,要克服非全相运行期间负序、零序方向纵联保 护误动的措施是:
(1)负序、零序方向元件采用线路电压作为测量电压; (2)在两相运行期间,退出负序、零序方向元件,仅保留 使用工频突变量的元件。
4.3.4 影响正确工作的因素及应对措施
M
QF3
N
L1
QF4
~

闭锁信号

~
QF1
QF2

L2

当QF3和QF4尚未跳闸时,功率方向如图所示,此时L2的 QF1功率方向为负,QF1的发信机向QF2发出闭锁信号,L2的 两端保护都不动作。同时,QF3和QF4的功率方向都为正,准 备跳闸。
短路发生后,当QF3已跳闸但QF4尚未跳闸时的功率方向分析
90 arg( Zs ) 90 Zr
2 序分量的方向元件
由于零序、负序分量本身就是故障分量,因此可以将故 障分量电压、电流以及阻抗均用零序或负序分量代替,构成 序分量方向元件。
正方向故障时:
反方向故障时:
270
arg(
U2 Z2r I
2
)
90
270
arg(
U0 Z0r I
0
)
90
90
arg(
2、闭锁式距离纵联保护的基本组成部分
t II t III
t2 0
TV
跳闸 &
Y2
ZI
TA
Z II
Z III
0 t1
发收 信信
耦合电容器
4.3.3 闭锁式距离纵联保护
3.闭锁式距离纵联保护的工作原理 (1)I段保护 同第三章中的分析,当故障发生在距离保护I段的保护范
围内时,I段保护马上发出跳闸信号。
设Zr、Zs及Zs’的阻抗角相等,所以正方向短路时:
arg U arg( Zs ) 180
Zr I
Zr
所以,反方向短路时:
arg U arg( Zs ) 0
Zr I
Zr
考虑到各种因素的影响,正方向故障时对应的功率方向 判据为:
270 arg( Zs ) 90 Zr
所以,反方向故障时判据为:
2.功率倒向对方向比较式保护的影响及应对措施 如图所示的系统,假设故障发生在线路L1上靠近M侧
的k点,L1两侧保护跳开断路器QF3、QF4,切除故障。 下面就跳闸前后各保护的情况进行分析。
M
QF3
L1
~

QF1

L2
N
QF4

~
QF2

短路发生后,当QF3和QF4都未跳闸时的功率方向分析(假设短路点靠近QF3)
一是通过“与门”环节后发出跳闸信号(要求同时无闭锁 信号),这种方式的延时大概为4-16ms;二是通过延时环
节 后t I发I 出跳闸信号,这一延时大概为500ms。第三章中,
II段保护只有第二种工作方式。使用纵联保护后,在本段末 端短路时,II段保护不需要延时500ms后才能发出跳闸信 号,只需4-16ms即可发出跳闸信号,增加了快速性。
4.3 方向比较式纵联保护
——闭锁式方向纵联保护 ——闭锁式距离纵联保护
4.3.1 工频故障分量的方向元件
方向元件是方向比较纵联保护的关键元件,常用工频电 压、电流的故障分量构成。
方向元件作用是判别故障的方向,应满足以下要求: (1)正确反映所有类型故障且无死区; (2)不受负荷的影响,在正常负荷状态下不启动; (3)不受系统振荡影响,在振荡无故障时不误动,振荡 中再故障仍能正确判定故障方向; (4)在两相运行中又发生短路时仍能正确判定故障点的 方向。
U2 Z2r I
2
)
90
90
arg(
U0 Z0r I
0
)
90
4.3.2 闭锁式方向纵联保护
1.工作原理 目前在电力系统中广泛使用由电力线载波通道实现的闭
锁式方向纵联保护。采用正常无高频电流、区外故障时发 闭锁信号的方式构成。
闭锁信号由功率方向为负的一端发出,被两端的收信机 同时接收,闭锁两端的保护,因此称为闭锁式方向纵联保 护。
4.3.2 闭锁式方向纵联保护
现利用下图所示的系统具体说明其工作原理。
1 ~
A
2
3
B
4
5
C
6 ~
Dwk.baidu.com
(1)当B-C段发生短路时,所有的保护都要启动(注意:保护 启动不一定能跳闸)。
(2)保护2、5的功率方向为负,其余保护的功率方向为正。 (3)功率方向为负的保护向对端元件发出闭锁信号,使得对端
不能跳闸。(注意:功率方向为负的保护的收信机也收到 自身发出的闭锁信号)
ZI
TA
Z II
Z III
0 t1
对端发送的 闭锁信号
发收 信信
耦合电容器
对端发送的 闭锁信号
4.3.4 影响方向纵联保护正确工作的因素及应对措施
1.非全相运行对方向比较式纵联保护的影响及应对措施 在我国的超高压输电系统(220kV及以上)中,为保持
系统的稳定性,往往采用单相故障则单相跳闸的方式,保 留非故障的两相继续运行,这种运行状态称为非全相运行 状态。
1 工频故障分量的方向元件
根据3.8节对工频故障分量的分析,保护正方向短路时, 电流、电压的关系为:
U IZs
Zs ——保护安装处背侧等值电源阻抗。 保护正方向短路时,电流、电压的关系为:
U
IZ
' s
Z
' s
——线路阻抗和对侧等值电源阻抗之和。
可见,比较故障分量电压、电流的相位关系,可以明确 的判断故障的方向。为了便于实现,实际的方向比较的是 故障分量电压和故障分量电流在模拟阻抗Zr上产生的电压 之间的相位关系。
4.3.3 闭锁式距离纵联保护
1.闭锁式距离纵联保护的特点 (1)不仅可以反映区内故障,而且还可以作为下级线路
的远后备保护。 (2)具有方向特性的阻抗元件自身就能够判别功率方向
的正负,所以可以替代功率方向元件进行功率方向的判断。 当然也可以附加专门的功率方向元件。
(3)在区内故障时能够瞬时动作切除故障,而在区外故 障时则具有常规距离保护的阶段式配合特性,起到后备保护 的作用。
区内故障,在I段保护范围之外、II段保护范围之内时
500ms t II t III
t2 0 4-16ms
跳闸 &
TV
Y2
ZI
TA
Z II
Z III
0 t1
发收 信信
耦合电容器
4.3.3 闭锁式距离纵联保护
2.闭锁式距离纵联保护的工作原理 (3)区外故障 和闭锁式方向纵联保护的工作原理相同,只是 Z替III代了
发收
TA
0 t1
信信
耦合电容器
对端发送的 闭锁信号
思考:若没有t2延时,会出现什么情况?
故障消失后,功率方向为负的元件的动作情况分析
故障电 流消失
Y1
Y2
t2 0
跳闸
&
&
TV
返回
KW+
KA2
KA1
跳闸条件不 满足,不跳 闸
发收
TA
0 t1
信信
延时停信 耦合电容器
继续发 送闭锁 信号
故障消失后,功率方向为正的元件的动作情况分析
✓零序功率方向元件在非全相状态下与负序功率方向元件相同。
4.3.4 影响正确工作的因素及应对措施
1.非全相运行对方向比较式纵联保护的影响及应对措施 工频故障分量(突变量)方向元件能适应线路非全相运
行,在两相运行的负荷状态下不会动作。 当剩余的两相再次发生故障时,分析可知突变量方向元
件依然能够正确动作。 所以,突变量方向元件既可以采用母线电压也可以采用
功率导向引起的误动作解决办法
Y1
&
TV
增大延 时t1
KW+
KA2
KA1
t2 0
Y2
跳闸 &
发收
TA
0 t1
信信
耦合电容器
给发信元件 增加延时返 回环节。
4.3.4 影响正确工作的因素及应对措施
3.分布电容对方向比较式保护的影响及应对措施 在超高压长线路上,由于分布电容很大,使线路充电
电流增大,当线路一端断开,另一端进行三相合闸充电时, 由于断路器三相触头不同时闭合,出现一相或两相先合闸 的情况,会存在很大的零序、负序电流,可能引起方向元 件误动作。
故障发生在距离保护I段的保护范围内的工作情况
直接发出
TV
跳闸信号
t II t III
t2 0
跳闸 &
Y2
ZI
TA
Z II
Z III
0 t1
发收 信信
耦合电容器
4.3.3 闭锁式距离纵联保护
3.闭锁式距离纵联保护的工作原理 (2)区内故障(末端短路)的II段保护 和第三章分析不同,II段保护动作引起跳闸有两种方式,
下面以负序方向元件为例进行分析说明。
4.3.4 影响正确工作的因素及应对措施
IM2 M
△UY2
IY2 UM2'
-jXC2
空载线路三相不同时合闸的系统负序等值网络如图
所示,当互感器接在线路上时,可得:
U
' M
2
IY 2 (
jX C2 )
jIY 2 X C2
jIM 2 X C2
4.3.4 影响正确工作的因素及应对措施
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