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1、高压线路保护授课人v 继电保护任务v 故障v 故障特征主要内容重合闸零序方向保护接地距离保护相间距离保护光纤分相电流差动光纤分相差动保护v 光纤分相差动保护采用光纤通道，电流差动原理，性能优越，目前广泛用于高压线路。线路纵联v1.全线速动保护 在高压输电线路上，要求继电保护无时限地切除线路上任一点发生的故障。v2.单侧测量保护无法实现全线速动 所谓单侧测量保护是指保护仅测量线路某一侧的母线电压、线路电流等电气量。单侧测量保护有一个共同的缺点，就是无法快速切除本线路上的所有故障。线路纵联线路纵联v 由上图可以看出本线路末端故障k1 与下线路始端故障k2 两种情况下，保护测量到的电流、电压几乎是相
2、同的。如果为了保证选择性，k2 故障时保护不能无时限切除，则本线路末端k1 故障时也就无法无时限切除。可见单侧测量保护无法实现全线速动的根本原因是考虑到互感器、保护均存在误差，不能有效地区分本线路末端故障与下线路始端故障。线路纵联v3.双侧测量保护原理如何实现全线速动 为了实现全线速动保护，保护判据由线路两侧的电气量或保护动作行为构成，进行双侧测量。双侧测量时需要相应的保护通道进行信息交换。双侧测量线路保护的基本原理主要有以下三种：（1）以基尔霍夫电流定律为基础的电流差动保护；（2）比较线路两侧电流相位关系的相位差动保护；（3）比较线路两侧保护对故障方向判别结果的纵联方向保护。差动保护构成（环
3、流法）：v1.线路两侧性能和变比完全相同的TAv2.二次回路用电缆相连，构成环路v3.差动继电器并联在环路上，构成差动回路v 正常情况下，环路中形成环流；故障情况下，差动回路中产生电流。电流差动保护电流纵联差动保护的示意图(a)外部短路(b)内部短路电流差动保护电流差动v 上图为电流差动保护原理示意图，保护测量电流为线路两侧电流相量和，也称差动电流。v 忽略了线路电容电流后，在下线路始端发生故障时，差动电流为零；在本线末端发生故障时，差动电流为故障点短路电流，有明显的区别，可以实现全线速动保护。电流差动原理用于线路纵联差动保护、线路光纤分相差动保护以及变压器、发电机、母线等元件保护上。相位差动
4、相位差动v 上图为相位差动保护（简称“相差保护”）原理示意图，保护测量的电气量为线路两侧电流的相位差。正常运行及外部故障时，流过线路的电流为“穿越性“的，相位差为1800；内部故障时，线路两侧电流的相位差较小。相位差动保护以线路两侧电流相位差小于整定值作为内部故障的判据，主要用于相差高频保护，由于该保 护对通道、收发信机等设备要求较高，技术相对复杂，微机型线路保护已不采用相差高频保护原理。纵联方向保护纵联方向保护v 上图为比较线路两侧保护对故障方向判别结果的纵联方向保护原理示意图。外部故障时远故障侧保护判别为正向故障，而近故障侧保护判别为反向故障；如果两侧保护均判别为正向故障，则故障在本线路上
5、。由于纵联方向保护仅需由通道传输对侧保护的故障方向判别结果，属于逻辑量，对通道的要求较低，目前广泛应用于高压线路微机保护上。故障方向的判别既可以采用独立的方向元件（各种方向纵联保护）也可以利用零序电流保护、距离保护中的零序电流方向元件、方向阻抗元件完成纵联零序、纵联距离保护。线路纵联v1.按通道类型分类（1）导引线：两侧保护电流回路由二次电缆连接起来，用于线路纵差保护；（2）载波通道：使用电力线路构成载波通道，用于高频保护；（4-500KHZ)（3）微波通道：用于微波保护；(2000MHZ)（4）光纤通道：用于光纤分相差动保护。(HZ)线路纵联保护通道类型光纤通道微波通道导引线载波通道线路纵联
6、电流差动原理2.按保护原理分类纵联方向原理线路纵联v3.按高频信号类型分类v 图A：跳闸信号v 图B：允许信号v 图C：闭锁信号 图（a）约定线路两侧的段保护动作后跳开本侧断路器，同时向对侧保护发出”跳闸信号“，对侧保护收到跳闸信号后立即跳闸。称为“跳闸式”纵联保护。v 图（b）约定保护判明为正向故障时向对侧发出“允许信号”，保护启动后本侧判别为正向故障且收到对侧保护的允许信号时说明两侧保护均判别故障为正方向，动作于跳闸出口，这种方案为“允许式”纵联保护。图（c）约定保护判明故障为反方向时，发出“闭锁信号”闭锁两侧保护，称为“闭锁式”纵联保护；纵联保护通道v 导引线 导引线通道就是用二次电缆将
7、线路两侧保护的电流回路联系起来，主要问题是导引线通道长度与输电线路相当，敷设困难；通道发生断线、短路时会导致保护误动，运行中检测、维护通道困难；导引线较长时电流互感器二次阻抗过大导致误差增大。导引线通道构成的纵联保护仅用于少数特殊的短线路上。纵联保护通道v 载波通道 载波通道是利用电力线路、结合加工设备、收发信机构成的一种有线通信通道，以载波通道构成的线路纵联保护也称为高频保护。“相地制”电力线载波高频通道结构如下图所示。载波通道组成载波通道组成v（1）阻波器 阻波器为一个LC 并联电路，载波频率下并联谐振，呈现高阻抗，阻止高频电流流出母线以减小衰耗和防止与相邻线路的纵联保护形成相互干扰。对于
8、50Hz 工频阻波器则呈现低阻抗（0.04），不影响工频电流的传输。v（2）耦合电容器 耦合电容器为高压小容量电容，与结合滤波器串联谐振于载波频率，允许高频电流流过，而对工频电流呈现高阻抗，阻止其流过。v（3）结合滤波器 结合滤波器作用是电气隔离与阻抗匹配。结合滤波器将高压部分与低压的二次设备隔离，同时与两侧的通道阻抗匹配以减小反射衰耗。载波通道组成v（4）电缆 高频电缆一般为同轴电缆，电缆芯外有屏蔽层，为减小干扰，屏蔽层应可靠接地。v（5）保护间隙 当高压侵入时，保护间隙击穿并限制了结合滤波器上的电压，起到过压保护的作用。v（6）接地刀闸 检修时合上接地刀闸，保证人身安全，检修完毕通道投入运
9、行前必须打开接地刀闸。线路纵联v 高频通道工作方式：1.短时发信方式 收发信机在系统正常情况下不发信，系统扰动时继电保护起动，发信机投入工作。又称为故障发信。v 优点：干扰少，寿命长。v 缺点：需启动元件，延长了保护时间；另外需定期起动发信机检查通道。v2.长期发信方式 发信机始终投入工作，又称长期发信方式。对功放、电源等电路要求较高。v 优点：通道监视方便、能迅速发现通道缺陷。无起动元件，保护简化。v 缺点：使用年限减少，干扰多。线路纵联v“单频制”与“双频制”单频制是指两侧发信机和收信机均使用同一个频率，收信机收到的信号为两侧发信机信号的叠加，见下图（a），单频制用于“闭锁式”保护。v线路
10、纵联v 双频制则是一侧的发信机与收信机使用不同的频率，收信机只能收到对侧发信机的信号而收不到本侧发信机的信号，如上图（b）所示，允许式保护需要采用双频制。线路纵联v 调制方式 收发信机调制方式有调幅与移频键控（FSK）两种。调幅方式以高频电流的“有”、“无”传送信息；FSK 方式则以不同的频率传送信息，即正常运行式发出功率较小的监频fG 信号监视通道，系统故障时改发功率较大的跳频fT 信号。线路纵联v 专用方式与复用方式 高频保护单独使用一台收发信机为专用方式。高频保护也可以采用音频接口接至通信载波机，与远动通信复用收发信机，称复用方式。线路纵联v 微波通道 微波通道为无线通信方式，采用频率为
11、2000MHz、6000 8000MHz，主要用于电力系统通信，由定向天线、连接电缆、收发信机组成。线路纵联v 光纤通道 光纤通道通信容量大，不受电磁干扰，随着光纤通信技术的快速发展，使用光纤通道的纵联保护应用日益广泛。光纤通信的原理是将电气量编码后送入光发送机控制发光的强弱，光在光纤中传送，光接收机则将收到的光信号的强弱变化转为电信号，见图。线路纵联线路纵联v 光缆由多股光纤制成，光纤结构如图所示。纤芯由高折射率的高纯度二氧化硅材料制成，直径仅100 200m，用于传送光信号。包层为掺有杂质的二氧化硅，作用是使光信号能在纤芯中产生全反射传输。涂覆层及套塑用来加强光纤机械强度。线路纵联v 光缆
12、由多根光纤绞制而成，为了提高机械强度，采用多股钢丝起加固作用，光缆中还可以绞制铜线用于电源线或传输电信号。光缆可以埋入地下，也可以固定在杆塔上，或置于空心的架空地线中（复合地线式光缆OPGW）。线路纵联v 下图为两种光纤通道连接方式，采用专用光纤方式时两台纵联保护通过光纤直接相连；采用数字复接方式时在通信机房增加一台数字复接接口设备。线路纵联光纤分相差动保护v 输电线路两侧电流采样信号通过编码变成码流形式后转换成光信号经光纤送至对侧保护，保护装置收到对侧传来的光信号先解调为电信号再与本侧保护的电流信号构成差动保护。光纤通道通信容量大，采用分相差动方式，即三相电流各自构成差动保护。光纤分相差动保
13、护v 电流差动元件动作特性见图所示光纤分相差动保护v 图中差动电流为Id，即两侧电流相量和的幅值；制动电流Ibrk，即两侧电流相量差的幅值。图中Iset 为整定电流，阴影部分为动作区，折线的斜率为制动系数Kbrk（0.5-0.75）。动作方程为：Id IsetId KbrkIbrk 两项条件“与”逻辑输出。判据不是简单的过电流判据Id Iset，而是引入了“制动特性”，即制动电流增大时抬高动作电流。选择稳压管的击穿电压，可以得到所需的制动特性曲线的转折点。制动特性广泛用于各种差动保护，防止外部故障穿越性电流形成的不平衡电流导致保护误动。光纤分相差动保护光纤分相差动保护v 如上图所示，外部故障时
14、，Id=Iunb=0.05 Ik，Ibrk=2 Ik，Id/Ibrk=0.025 Ik，Ik为“穿越性”的外部故障电流。差动电流不会进入动作区，保护不动作。光纤分相差动保护光纤分相差动保护v 内部故障情况如上图所示，Id=Ik，Ibrk=(0 1)Ik，Id/Ibrk=(1)Ik，Id(Ibrk)在图中标注的区间内，保护可靠动作。Ik为故障点总的短路电流，制动电流大小与短路电流的分布有关，注意制动系数Kbrk 应小于1。光纤分相差动保护光纤分相差动保护v 对于轻微故障及经大电阻的故障线路，上述分相电流差动灵敏度可能不够，而零序电流差动通常作为后备要求延时，为了进一步提高保护灵敏度，加快保护动作
15、速度，可采用工频变化量分相差动保护。问题v 投入或经更改的电流回路应利用负荷电流进行哪些检验？v 检验项目测量每相及零序回路的电流值；测量各相电流的极性及相序是否正确；定（核）相；对接有差动保护或电流保护相序滤过器的回路，测量有关不平衡值。问题v 差动保护用CT 在最大穿越性电流时其误差超过10%，可以采取什么措施防止误动作？v 措施1）适当增大CT 变比；2）将两组同型号CT 二次串联使用；3）减少CT 二次回路负载；4）对新型差动继电器可提高比率制动系数等等。距离保护原理v 距离保护是由阻抗继电器完成电压电流比值测量，根据比值的大小来判断故障的远近，并利用故障的远近确定动作时间的一种保护装
16、置。v 通常将该比值称为阻抗继电器的测量阻抗ZK=K/K距离保护原理v 下图中k点短路时，加在阻抗继电器上的电压为母线的残压mK，电流为短路电流K，阻抗继电器的一次测量阻抗就是短路阻抗：vZK=mK/K=ZLK距离保护原理距离保护原理v 由于UmkIL，因此ZKZL。故利用阻抗继电器的测量阻抗可以区分故障与正常运行，并且能够判断出故障的远近。故障距离越远，测量阻抗越大。因此测量阻抗越大，保护动作时间应当越长，并采用三段式距离保护来满足继电保护的基本要求。三段式距离保护的动作原则与电流保护类似。距离保护阶梯型时限特性参见下图。距离保护原理距离保护原理v（1）I 段瞬时动作，为保证选择性，保护区不
17、能伸出本线路，即测量阻抗小于本线路阻抗时动作。如图所示，引入可靠系数（0.8 0.85)v（2）II 段延时动作，为保证选择性，保护区不能伸出相邻线路I 段保护区，即测量阻抗小于本线路阻抗与相邻线路I 段动作阻抗之和时动作。引入可靠系数（一般取0.8）v（3）III 段除了作为本线路的近后备保护外，还要作为相邻线路的远后备保护。其测量阻抗小于负荷阻抗时起动，故动作阻抗小于最小的负荷阻抗。动作时间与电流保护III 段时间有相同的配置原则，即大于相邻线路最长的动作时间。距离保护原理距离保护原理v 距离保护如上图所示，由起动元件、测量元件与逻辑回路三部分组成。（1）起动元件 起动元件的主要作用是在被
18、保护线路发生故障时起动保护装置或进入故障计算程序。采用负序电流及电流突变量元件作为起动元件。（2）测量元件 测量元件完成保护安装处到故障点阻抗或距离的测量，并与事先确定好的整定值进行比较，当保护区内部故障时动作，外部故障时不动作。测量元件由I、II、III 段的阻抗继电器1KR、2KR、3KR 来完成。（3）逻辑回路 逻辑回路一般由一些逻辑门与时间元件组成，用于判断保护区内部或外部故障，并在不同保护区内部故障时以相应的动作延时控制断路器的跳闸。距离保护原理v 阻抗继电器是距离保护的核心元件，它的作用是用来测量保护安装处故障点到故障点的阻抗（距离），并与整定值进行比较，以确定是保护区内部故障还是
19、保护区外故障。距离保护原理v 1.相间距离保护0o接线 根据上面的分析，反应相间故障的阻抗继电器接线应当以相间电压作为继电器电压，以相间电流差为继电器电流。由于在负荷电流下（cos=1）继电器电压电流为0o，所以这种接线称为相间距离保护0o接线。接线如下表所示。距离保护原理距离保护原理v2.接地距离保护零序补偿接线 在中性点直接接地电网中，当零序电流保护不能满足要求时，一般考虑采用接地距离保护，它的主要任务是反应电网的接地故障。反应接地故障的阻抗继电器接线应当以相电压作为继电器电压，以相电流vK+3K0为继电器电流，此接线方式称为零序补偿接线。接线如表所示。距离保护原理问题v 距离保护在失去电
20、压或总闭锁元件动作的情况下，应怎样进行处理？v（1）停用接入该电压互感器的所有距离保护总连接片。（2）若同时出现直流接地时，在距离保护连接片未断开前，不允许拉合直流电源来查找直流接地点。（3）立即去开关场恢复电压互感器二次回路中被断开的熔断器，或消除其他原因造成的失压，使电压互感器二次恢复正常。（4）在确保电压互感器二次恢复正常，并经电压表测量各相电压正常后，才允许解除距离保护的闭锁，按规定程序投入各套被停用的距离保护总连接片。零序电流保护v 接地故障产生零序分量是最显著的特点。正常运行和三相短路及两相短路都不产生零序分量(分析省略)。v 取出零序分量用以构成专门的接地保护，称为零序保护。v
21、零序分量的取得方法:(1)零序电流滤过器(2)零序电流互感器零序电流保护v 零序电压的取得方法：（a）由三个单相电压互感器组成；（b）由三相五柱式电压互感器组成；（c）由发电机中性点电压互感器（零序电压互感器）取得零序电压。零序电流保护v 零序电流保护一般配置三段式或四段式零序电流保护。（1）零序电流段为速动段保护；（2）零序电流段为带时限零序电流速段保护；（3）零序电流段为零序过电流保护。零序电流保护v1.零序电流速断保护（零序电流I 段）无时限零序电流速断保护工作原理，与无时限电流速断保护相似，靠整定零序电流的大小来获得选择性。零序电流保护零序电流保护v 当在被保护线路MN 上发生单相或两
22、相接地短路时，故障点沿线路MN 移动时，流过M处保护的最大零序电流变化曲线如图(b)所示，为保证保护的动作选择性，零序电流I段保护区不能超出本线路.2.带时限零序电流速段保护（零序电流II 段）零序电流保护v 带时限零序电流速断保护动作电流的整定原则与相间短路的限时电流速断保护相同。整定时应注意将零序电流的分流因素考虑在内。零序电流保护v3.零序过电流保护（零序电流III 段）零序过电流保护在正常时应当不起动，故障切除后应当返回，为保证选择性，动作时间应当与相邻线路III 段按照阶梯原则配合。零序电流III 段的动作电流应躲过下一线路始端（即本线路末端）三相短路时流过本保护的最大不平衡电流Iu
23、b.max。零序方向保护的原理和实现零序方向保护v 图中k点发生接地故障时，对于保护2 而言是反方向故障，如果t02t03，则零序电流保护2 先于零序电流保护3 动作，无选择性切除故障，扩大事故范围。在这种多电源大接地电流系统中的零序电流保护，需加设零序方向元件构成零序方向电流保护，方能保证有选择地切除故障线路。零序功率方向继电器v 如上图所示：正方向接地短路故障时，零序电压滞后零序电流110o。零序方向保护v 如图所示：反方向接地短路故障时，零序电压超前零序电流。零序方向保护零序方向保护v 零序功率方向继电器的内角，内角一般取=-80o，最灵敏角sen=-，即80o。v 要使得零序功率方向继电器最灵敏，零序电压与零序电流需有一个反极性接入。下图为零序功率方向继电器KW0 的实际接线。零序方向保护零序方向保护v3.零序方向保护框图 下图为110kV 线路零序方向保护逻辑框图零序方向保护