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1、电力系统继电保护电力系统继电保护输电线纵联保护输电线纵联保护你现在浏览的是第一页，共60页4 输电线纵联保护4.1 输电线纵联保护的基本原理4.2 输电线纵联保护的通信通道4.3 方向高频保护4.4 输电线纵联差动保护4.5 相差高频保护你现在浏览的是第二页，共60页4.1 输电线纵联保护的基本原理输电线纵联保护的基本原理你现在浏览的是第三页，共60页1.反应单侧量保护的缺陷反应单侧量保护的缺陷无法实现全线速动，不能满足高压线路的稳定要求只需要将线路一端的电流、电压引入保护装置，容易实现会把本线路末端故障误判为对端母线上故障或母线所连接的其它线路出口处故障，只能靠增加保护动作延时来保证选择性你
2、现在浏览的是第四页，共60页 2.反应两侧量的纵联保护反应两侧量的纵联保护概念概念利用通信通道将两端保护装置纵向联结起来，将两端的电气量比较，以判断故障是在本线路范围内还是本线路范围外理论上具有绝对的选择性，能够实现全线速动你现在浏览的是第五页，共60页 3.纵联保护的基本原理（纵联保护的基本原理（1）差动保护差动保护两侧电流量特征 差动保护区内故障时：正常运行或区外故障时：你现在浏览的是第六页，共60页差动保护补充概念差动保护补充概念差动的含义：正常运行或者外部故障时，两个电流相减，有“差”的概念，实际上是两侧电流的相量之和；差动保护的优点：有选择性地快速切除故障对于短线路比较容易实现；对于
3、长线路，目前采用的方法有2种：一种是高频保护，还有一种是基于光缆的纵差保护，目前广泛使用。你现在浏览的是第七页，共60页 3.纵联保护的基本原理纵联保护的基本原理其他电量的特征其他电量的特征两侧电流相位特征 高频相差保护假定两端系统阻抗角相等，且两端电势相角相等区内故障：两侧电流同相位正常运行或区外故障：两侧电流反相位两侧功率方向特征 高频方向保护设定功率正方向由母线指向线路区内故障：两端功率方向都为正方向区外故障：远故障点端功率方向为正方向，近故障点端功率方向为反方向正常运行：总是一端为正方向，另一端为反方向你现在浏览的是第八页，共60页 3.纵联保护的基本原理纵联保护的基本原理-其他电量特
4、征其他电量特征两侧测量阻抗特征 高频距离保护区内故障：两端测量阻抗都是短路阻抗，两侧距离段同时起动区外故障：若采用方向特性阻抗继电器，近故障点端的距离段不会起动正常运行：两侧的测量阻抗都是负荷阻抗，两侧距离段都不会起动你现在浏览的是第九页，共60页4.2 输电线纵联保护的通信通道输电线纵联保护的通信通道你现在浏览的是第十页，共60页1.通信通道的类型通信通道的类型导引线通道导引线纵联保护是与输电线路平行的金属导线线路较长时，既不经济，也不安全电力线载波通道（高频通道）高频保护利用输电线路传输高频信号，应用最广，超高压输电线路的主保护需解决线路故障时高频信号的有效传输问题载波频率：50300kh
5、z不等微波通道、光纤通道微波保护和光纤保护与输电线路没有直接联系，线路故障不会影响信道带宽高，抗干扰能力强你现在浏览的是第十一页，共60页高频保护的基本概念高频保护的基本概念作用原理将线路两侧的电流相位（功率方向）转换成高频信号，利用输电线路本身作为高频通道，将信号传送至对侧然后进行比较的保护。特点：只反映区内故障；整定时，不需要考虑与相邻线路保护；无时限全线速动。载波频率：50300khz不等分类：方向高频保护和高频相差保护你现在浏览的是第十二页，共60页2.高频通道的构成高频通道的构成1阻波器；2结合电容器；3连接滤波器；4电缆；5高频收发信;6刀闸你现在浏览的是第十三页，共60页阻波器阻
6、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。其谐振频率为所用的载波频率 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50周的工频电流而言，阻波器仅呈现电感线圈阻抗，数值很小（约为0.04左右），并不影响它的传输。你现在浏览的是第十四页，共60页结合电容器和连接滤波器结合电容器和连接滤波器结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。由于结合电容器对于工频信号呈现极大的阻抗，故由它所导致的工频泄漏电流极小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。结合
7、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。你现在浏览的是第十五页，共60页高频收、发信机高频收、发信机发信机部分由继电保护来控制，通常是在电力系统发生故障时，保护部分起动之后它才发出信号，但有时也可以采用长期发信故障时停信或改变信号频率的方式。由发信机发出的信号，通过高频通道送到对端的收信机中，也可为自己的收信机所接收，高频收信机接收由本端和对端所发送的高频信号，经过比较判断之后，再动作于继电保护，使之跳闸或将它闭锁。你现在浏览的是第十六页，共60页3.高频通道的工作方式高频通道的工作方式长期发信方式在正常运行情况下，收、发信机一直处于收信和发信状态
8、，高频通道中始终有高频电流通过故障时停信或改变信号频率 你现在浏览的是第十七页，共60页3.高频通道的工作方式高频通道的工作方式故障时发信方式在正常运行情况下，收、发信机一直处于不工作状态，高频通道中没有高频电流通过。只有在发生故障时，发信机才由起动元件起动，高频通道中才有高频电流通过。你现在浏览的是第十八页，共60页4.高频信号的分类高频信号的分类闭锁信号：是阻止保护动作于跳闸的信号。允许信号：是允许保护动作于跳闸的信号。跳闸信号：是直接引起跳闸的信号。你现在浏览的是第十九页，共60页4.3 高频保护高频保护你现在浏览的是第二十页，共60页1.高频保护高频保护高频保护：以输电线载波通道为通信
9、通道的纵联保护，广泛应用于高压和超高压输电线不反应于被保护输电线范围以外的故障定值无需与下一条线路配合，可不带延时动作与纵联差动保护相比，信道传递的是高频信号，不是与对端构成电流回路高频保护包括：方向高频保护：比较被保护线路两端的功率方向相差高频保护：比较被保护线路两端电流的相位你现在浏览的是第二十一页，共60页 2.高频闭锁方向保护的动作原理高频闭锁方向保护的动作原理动作原理保护3和4的功率方向为正，不发出闭锁信号保护2和5的功率方向为负，发出闭锁信号，被本端和对端收信机接收，闭锁保护1、2、5、6构成方式：高频通道经常无电流；外部故障时由短路功率方向为负的一端发出闭锁信号可以保证内部故障并
10、伴随通道破坏时，保护仍然能够正确动作你现在浏览的是第二十二页，共60页 3.高频闭锁方向保护的原理接线高频闭锁方向保护的原理接线 高灵敏度起动元件KA1用来起动发信机发出闭锁信号低灵敏度起动元件KA2用来准备好跳闸回路Y1用于内部故障时停止发信Y3这个与门是否动作，取决于收信机是否收到高频信号。如果收到高频信号，则Y3被闭锁，保护不动作；如果收不到信号，则Y3开放，准备跳闸。你现在浏览的是第二十三页，共60页4.工作情况分析工作情况分析外部故障外部故障保护1：KW和KA2动作，准备好跳闸回路；可是，保护2的KW功率方向为负，发出闭锁信号，该信号被两侧的保护的收信机收到，Y3被闭锁，两侧保护均不
11、能动作。注意：保护2的发信机必须起动，以保证外部故障时不误动你现在浏览的是第二十四页，共60页4.工作情况分析工作情况分析两端供电内部故障两端供电内部故障保护3和保护4的动作情况一致。两个保护的KW都动作，使得发信机停止发信，Y3被开放；同时，KW和KA2都动作，Y3有输出，保护跳闸，切除故障。你现在浏览的是第二十五页，共60页4.工作情况分析工作情况分析单端供电内部故障单端供电内部故障受电端的保护（保护4）不起动，也不会发出闭锁信号；供电端保护（保护3），此时KW和KA2均动作，Y3有输出，保护跳闸，切除故障你现在浏览的是第二十六页，共60页4.工作情况分析工作情况分析单端供电外部故障单端供
12、电外部故障保护1和2的动作情况，与双侧电源的输电线路的情况相同。你现在浏览的是第二十七页，共60页4.工作情况分析工作情况分析系统振荡系统振荡功率方向元件采用相电流和相电压（或线电压）振荡中心位于保护范围内时，保护会误动你现在浏览的是第二十八页，共60页5.两端起动元件灵敏度不配合两端起动元件灵敏度不配合假定每端只有一个起动元件，整定值为100A起动元件的实际起动电流允许误差范围为5%当外部故障且短路电流为95AIk105A时，保护1起动，而保护2不起动，因为保护2没有启动，所以，保护2这一端就不会发出闭锁信号，则保护1会因为没有收到闭锁信号而误动你现在浏览的是第二十九页，共60页6.高频闭锁
13、方向保护的缺点高频闭锁方向保护的缺点容易受系统振荡的影响解决方法：采用负序功率方向元件构成高频闭锁负序方向保护需要两套起动元件（适于所有闭锁式保护）内部故障时，必须低灵敏起动元件动作后才能跳闸，降低了整套保护的灵敏度；低灵敏起动元件的动作时间应大于高灵敏起动元件的动作时间，降低了整套保护的动作速度不能作为母线和下一条线路的后备解决方法：利用三段阻抗继电器构成高频闭锁距离保护，或者利用三段零序电流继电器构成高频闭锁零序方向保护你现在浏览的是第三十页，共60页7.高频闭锁负序方向保护的原理接线高频闭锁负序方向保护的原理接线区内发生不对称短路时，肯定有负序分量的存在。该方法不受系统振荡影响；GJ2为
14、双方向动作的负序功率方向元件，即正方向判别和负方向判别。正方向元件如果动作，则闭锁与门1，停止发信，开放跳闸回路；反方向判别元件如果动作，则启动发信机，发出闭锁信号。你现在浏览的是第三十一页，共60页7.高频闭锁负序方向保护的原理接线高频闭锁负序方向保护的原理接线区内发生三相短路时，在故障初始瞬间一般短时出现负序分量，GJ2的正向判别回路会有短时间输出。只要该输出时间大于t2（几毫秒）延时，则记忆元件t2（4060毫秒）就可以将这一短时间的输出固定下来，以保证两侧保护的跳闸。延时t2，展开t2你现在浏览的是第三十二页，共60页8.高频闭锁距离保护的原理接线高频闭锁距离保护的原理接线距离段阻抗元
15、件作为高灵敏起动元件，用于起动发信距离段阻抗元件作为低灵敏起动元件，用于停止发信主要缺点：主保护（高频保护）和后备保护（距离或零序保护）互相连在一起，不便于运行和检修应该采用方向阻抗继电器还是偏移特性的阻抗继电器？你现在浏览的是第三十三页，共60页8.高频闭锁距离保护的原理接线高频闭锁距离保护的原理接线万一通信通道损坏，动作情况如何？请讨论你现在浏览的是第三十四页，共60页4.4 输电线纵联差动保护输电线纵联差动保护光纤纵差保护你现在浏览的是第三十五页，共60页1.动作原理动作原理(1)正常运行或区外故障时正常运行或区外故障时不动作不动作你现在浏览的是第三十六页，共60页1.动作原理动作原理(
16、2)区内故障时区内故障时动作动作你现在浏览的是第三十七页，共60页 2.影响纵联差动保护正确工作的因素影响纵联差动保护正确工作的因素(1)电流互感器的误差和不平衡电流稳态情况分析使不平衡电流Iunb增大的主要原因导致励磁电流增加的各种因素两个电流互感器励磁特性的差别你现在浏览的是第三十八页，共60页 2.影响纵联差动保护正确工作的因素影响纵联差动保护正确工作的因素(1)电流互感器的误差和不平衡电流稳态情况分析二次负载Z2越大，一次电流越大，铁心就越容易饱和，二次电流的误差也越大电流互感器的10%误差曲线：在流过故障电流时，二次电流的幅值误差小于10%，角度误差不大于70外部故障最大短路电流同型
17、系数你现在浏览的是第三十九页，共60页 2.影响纵联差动保护正确工作的因素影响纵联差动保护正确工作的因素(1)电流互感器的误差和不平衡电流暂态情况分析(a)外部短路电流(b)(c)两侧电流互感器励磁电流(d)两个励磁电流之差(e)实验录取的不平衡电流暂态不平衡电流可能超过稳态电流好几倍，且含有非周期分量你现在浏览的是第四十页，共60页 2.影响纵联差动保护正确工作的因素影响纵联差动保护正确工作的因素(1)电流互感器的误差和不平衡电流分析为保证选择性，纵联差动保护继电器的起动电流必须按躲开最大不平衡电流来整定最大不平衡电流越小，保护的灵敏度就越高应采用型号相同、磁化特性一致，铁心截面较大的高精度
18、电流互感器必要时，可采用铁心磁路中有小气隙的电流互感器你现在浏览的是第四十一页，共60页 3.差动电流保护的整定差动电流保护的整定-躲开最大不平衡电流躲开最大不平衡电流1躲过外部短路时的最大不平衡电流区外短路时差动回路流过最大不平衡电流时保护不动作，则有：式中，可靠系数，取1.31.5 非周期分量系数，主要考虑暂态过程中的非周期分量的影响，当差动回路采用速饱和变流器时，为1；当差动回路是用串联电阻降低不平衡电流时，为1.52；电流互感器的10%误差系数；电流互感器的同型系数，两侧线路电流互感器同型系数取0.5，不同型号取1，主要考虑两侧电流互感器不同型号时地特性差异额影响。外部短路时流过电流互
19、感器的最大短路电流你现在浏览的是第四十二页，共60页3.差动电流保护的整定差动电流保护的整定-躲开电流互感器二次回路断线躲开电流互感器二次回路断线正常运行时电流互感器二次断线时不动作正常运行时电流互感器二次断线时差动电流元件中将流过线路负荷的二次值，这时保护不动作，即：式中，可靠系数，取1.51.8；线路正常运行时的最大负荷电流。你现在浏览的是第四十三页，共60页3.差动电流保护的整定差动电流保护的整定灵敏度校验灵敏度校验保护灵敏度的校验：式中，单侧电源作用且被保护线路末端短路时，流过保护的最小短路电流。若纵差保护不满足灵敏度要求，则可采用灵敏度更高的纵差保护，如带制动特性的纵差保护等。你现在
20、浏览的是第四十四页，共60页4.带制动特性的电流差动保护带制动特性的电流差动保护综合三相电流纵联差动保护 动作条件为其中，线路两侧电流，以自母线流向 线 路为正方向；动系数，；最小起动电流。你现在浏览的是第四十五页，共60页 4.讨论讨论-如何实现制动，如何提高灵敏度如何实现制动，如何提高灵敏度动作方程为：区外短路时，保护被可靠制动。启动电流 不需要很大的值。区内短路时（假设短路前空载，全系统阻抗角相等），尽量不制动，保护可以可靠动作。此时保护的动作电流随着制动电流的变化而变化的。最小的启动电流为无制动时的动作电流，比较小，保护的灵敏度比较高。你现在浏览的是第四十六页，共60页4.带制动特性的
21、电流差动保护带制动特性的电流差动保护分相式电流纵联差动保护 动作条件为 其中，。光纤通道不需要在输电线路上加装高压设备，而且频带较宽，能传送多路信号，从而使同时比较输电线路两端三相电流和中线上零序电流的分相式纵联差动保护得到越来越广泛的应用。你现在浏览的是第四十七页，共60页4.5 相差高频保护相差高频保护你现在浏览的是第四十八页，共60页 1.相差高频保护的基本原理相差高频保护的基本原理电流相位特征电流相位特征基本原理：比较被保护线路两端短路电流相位理想情况下：内部故障时两端电流相位相同；外部故障时相位相反你现在浏览的是第四十九页，共60页 2.相差高频保护的动作原理相差高频保护的动作原理方
22、波的形成机制方波的形成机制对端高频脉冲是一种闭锁信号你现在浏览的是第五十页，共60页 3.相差高频保护的动作原理相差高频保护的动作原理比相原理比相原理收信机同时接收本端和对端的信号区外短路时，收信机收到连续的信号，收信机的输出为1，永不跳闸；区内短路时，收信机收到间断的信号，开放与门2，如果高定值启动元件动作，可以出口跳闸。比相元件！你现在浏览的是第五十一页，共60页 4.最不利情况下内部故障时相位分析最不利情况下内部故障时相位分析-对称故障对称故障短路点靠近N侧，内部三相短路，复合过滤器输出只有正序电流电流互感器误差：保护装置误差：信号传输延迟：你现在浏览的是第五十二页，共60页 4.最不利
23、情况下内部故障时相位分析最不利情况下内部故障时相位分析-对称故障对称故障M侧的收信机收到的两个信号的相角差为间隙角为N侧的收信机收到的两个信号的相角差为间隙角为间隙角就是两侧电流相位差值你现在浏览的是第五十三页，共60页 最不利情况下外部故障时相位分析最不利情况下外部故障时相位分析不考虑线路分布电容所引起的两端电流相位差，外部故障时两端电流相位差为1800考虑电流互感器、保护装置以及信号传输延迟，在最不利情况下，两侧电流相位差可达你现在浏览的是第五十四页，共60页 4.最不利情况下内部故障时相位分析最不利情况下内部故障时相位分析-不对称故障不对称故障为输电线路两侧的等值阻抗的相角差，一般不会超
24、过30不对称故障时，可以利用负序电流进行比相。此时，两侧电流共有一个负序电压源，所以，三相短路时的电源电势角就不存在了。这个时候，两侧的收信机收到的两个信号的相角差为：此间隙角非常大，有利于保护的动作！实际的比相电流：你现在浏览的是第五十五页，共60页 5.最不利情况下外部故障时相位分析最不利情况下外部故障时相位分析区外故障时，两侧电流大小相等，方向相反。两侧的收信机收到的两个信号的相角差为：此角就是闭锁角，与比相元件有关！用延时来实现的。你现在浏览的是第五十六页，共60页6.相差高频保护的相位特性和闭锁角相差高频保护的相位特性和闭锁角闭锁区：为闭锁角闭锁角的整定原则：在外部故障时必须保证选择
25、性为裕度角，一般取15度内部故障时校验灵敏度你现在浏览的是第五十七页，共60页7.相差高频保护的原理接线相差高频保护的原理接线操作互感器的输出电压控制发信机，使它在正半周发出高频信号，负半周时不发信号比相元件判断来自收信机的高频电流是否连续。比相的电流实际为复合过滤器合成的电流，K为68你现在浏览的是第五十八页，共60页8.相继动作相继动作你现在浏览的是第五十九页，共60页内容提要和要求内容提要和要求关键概念：纵联保护、纵联差动保护、方向高频保护、相差高频保护、闭锁信号、允许信号、跳闸信号、相继速动各种纵联保护的原理接线及工作过程通信通道的类型以及高频通道的基本结构、工作方式影响纵联差动保护正确动作的因素影响两端电流相位差的因素及最大相位差的计算你现在浏览的是第六十页，共60页