继电保护—纵联课件.ppt

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1、1,第四章 输电线路纵联保护,2,4.1.1 输电线纵联保护概述,为此，设法将被保护元件两端(或多端)的电气量进行同时比较,以便判断故障在区内？还是区外？ 将两端保护装置的信号纵向联结起来，构成纵联保护。与横向故障的称谓进行对应比较（后面再用图例说明“纵、横”的区别）。,仅利用线路一侧的电气量所构成的继电保护（单端电气量），无法区分本线路末端与相邻线路（或元件）的出口故障，如：电流保护、阻抗保护。,3,单端电气量保护： 仅利用被保护元件的一侧电气量，无法区分线路末端和相邻线路的出口短路，可以作为后备保护或出口故障的第二种保护。 （通常设计为：三段式）。纵联保护： 利用被保护元件的各侧电气量，可

2、以识别：内部和外部的故障，但是，不能作为后备保护。,4,输电线路纵联保护结构框图,在设备的“纵向”之间，进行信号交换,横向关系,(如：横向故障),5,纵联保护有多种分类方法，可以按照通道类型或动作原理进行分类。,1）通道类型： 导引线 电力线载波 微波 光纤,2）动作原理： 比较方向 比较相位 基尔霍夫电流定律 （差电流）,还可以将通道类型与动作原理结合起来进行称呼。如：光纤电流差动（简称：光差），高频距离。,通道(信号交换手段),6,分析、讨论特征的目的： 寻找内部故障与其他工况（正常运行、外部故障）的特征区别和差异 提取判据，构成继电保护原理。,4.1.2 两侧电气量的特征,当然，构成原理

3、后，再分析影响因素；并研究消除影响因素的对策、措施（需要权衡利弊）。,7,一、两侧电流相量和(瞬时值和)的故障特征基尔霍夫电流定律： 在一个节点中，流入的电流等于流出的电流。 按照继电保护规定的正方向： 指向被保护元件。 那么，基尔霍夫电流定律可以修改为：在任何一个节点中，流入的电流之和等于0。 下面，用图例说明。,8,基尔霍夫电流定律：,此式表明：流入节点的电流之和等于0。,按照继电保护规定的正方向,，得：,9,，就构成了继电保护原理 电流差动保护。 广泛应用于各种设备的保护。,基尔霍夫电流定律的拓展： 将节点拓展为一个封闭区域。,二者区别很大,被保护设备,设计区别的门槛,10,，应当是：电

4、流和保护。即：,从负荷(或外部短路)电流的特征看：,“电流差动”名称的来历(与规定方向有关)：,即电流差0,按继电保护规定的正方向（或计算原理）,但是，习惯成俗，仍然称为：差动保护。,若有电流差，就动作。,11,二、两侧功率方向的故障特征,1、正常运行,2、外部短路,3、内部短路,（为正）,（为负）,12,三、两侧电流相位的故障特征,1、正常运行,2、区外故障类似,13,3、区内故障,三、两侧电流相位的故障特征,14,四、两侧测量阻抗的故障特征,1、正常和区外故障,一侧阻抗可能动作，另一侧阻抗不动作。,2、区内故障,两侧阻抗均动作。,15,归纳：,正常运行或外部故障,内部故障,方向元件,两侧均

5、为正,阻抗元件,一侧为正一侧为负,一侧动作一侧不动作,两侧均动作,（希望动作）,（希望不动）,特征分界,如何应用这些特征？后面陆续予以介绍。,电流相位,相位差,接近同相,16,4.1.3 纵联保护的基本原理,一、纵联电流差动保护 依据两侧电流相量和（瞬时值和）的故障特征，即，基尔霍夫电流定律。, 动作门槛,17,4.1.3 纵联保护的基本原理,一、纵联电流差动保护 依据两侧电流相量和（瞬时值和）的故障特征，即，基尔霍夫电流定律。,基本思路仍然适用, 动作门槛,18,分相电流差动保护的优点：1）具有选择性好、可靠、灵敏、快速的优点；2）具有明确区分内部和外部故障的能力；3）具有自然选相的功能；4

6、）不受运行方式、非全相、串补电容、转换性故 障、同杆并架线路的跨线故障、振荡及振荡中 再故障等因素的影响（受振荡的影响很小）； 5）内部短路电流通常都大于差动电流的启动值。 原理最好的保护,19,缺点： 1）增加两侧信息交换的通道增加了复杂性。 2）几乎不反映纵向短路。,3）采用导线实现线路两侧的信号交换时，导线（导引线）太长，更容易出现故障，容易烧毁（一次短路后，感应电流太大）。,因此，主要应用于：发电机、变压器、母线、电抗器等就近连接TA的保护中。,4）不能作为后备（所有纵联保护的缺点）。,20,漏电保安器原理类似于差动保护（供了解）。,时,漏电保安器动作跳闸,被反应出来,安全电流的标准：

7、 30mA,21,漏电保安器原理类似于差动保护（供了解）。,漏电保安器几乎不保护火线对零线的短路,几乎不动作！,22,空气开关（最简单的继电保护）,反映短路电流，或过负荷,23,二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）,M侧保护,N侧保护,阻抗动作信息的交换,利用这样的特征(回顾)：区内短路，两侧Z均动作。,需要2个独立的信号交换。,上述结构称为:允许式。,24,二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）,M侧保护,N侧保护,1）区内故障,启动Z均动作两侧无延时跳闸,：简述信号交换与逻辑的过程,阻抗动作信息的交换,25,二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）,M侧保护,N侧保护,1）区内故障,启动Z

8、均动作两侧无延时跳闸,：简述信号交换与逻辑的过程,阻抗动作信息的交换,26,至少一侧的Z不动两侧均不跳闸,二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）,M侧保护,N侧保护,阻抗动作信息的交换,2）区外故障,：简述信号交换与逻辑的过程,27,上述方式利用了距离II段（或III段等全线路有灵敏度）的测量元件，实现短路位置、方向的判别 构成：距离纵联保护。,也可以将 Z 元件更换为方向元件 构成：方向纵联保护。,距离纵联、方向纵联保护中，对方向元件的要求： 1）具有明确的单一方向性； 2）能覆盖线路全长。,28,信号线上“有1出1”,并闭锁两侧保护,M侧保护,N侧保护,还可以利用这样的特征： 区外短路时，

9、至少有一侧为负（或不动）。,上述结构称为：闭锁式。仅传输一个信号。,集电极开路,29,信号线上“有1出1”,并闭锁两侧保护,区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。,集电极开路,1）上图所示的区外故障,闭锁两侧保护！,M侧Z不动，持续发闭锁信号，两侧均不跳。,N侧Z动也无效,30,信号线上“有1出1”,并闭锁两侧保护,区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。,2）区内故障,31,信号线上“有1出1”,并闭锁两侧保护,区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。,2）区内故障,32,信号线上“有1出1”,并闭锁两侧保护,区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。,2）区内故障,通道上，无闭锁信号,两侧均满足跳

10、闸条件,33,三、电流相位比较式纵联保护,区内故障,似乎可以设计为：动作区域,正常运行,34,三、电流相位比较式纵联保护,区内故障,动作区域,称为：相差保护,考虑误差后,35,4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换,信号交换的途径（通道）： 1、导引线通信。 2、电力线载波。 3、微波通信。 4、光纤通信。,36,1）导引线方式主要应用于：发电机、母线、变压 器、电抗器等保护中。 仅应用于就近的TA连接方式。2）电力线载波仅传输“有”、“无”高频信号。 主要应用于传输：方向或相位信息。3）光纤通信可以传输较多的数字信息。 如：传输三相电流、电压的采样值、相量、 跳闸信息、断路器状态信息等，并且

11、有 校验码，可靠性很高。 将光纤安置在架空地线中，构成： 地线复合光缆OPGW。,37,4）微波通信也可以传输数字信息。 但衰减受气候影响较大，且属于“视距传输”，传输距离受限制。,视距,地球半径r约6360km,设h=100m时，,38,微波通信、光纤通信部分 自学（重点：基本原理、特点）,光纤与电流差动原理的结合，构成了目前最好的保护方式光纤差动保护（简称：光差）。其优缺点在前面已经说明了。,下面，简单地说明：在电力线载波方式中，各主要模块的功能或作用。,39,“相-地”制高频通道示意图,电力线载波,输电线(传输信号),40,“相-地”制高频通道示意图,电力线载波,对高频呈现开路，对工频呈

12、现 0.04欧,41,结合电容器,对高频呈现小阻抗，对工频呈现开路,“相-地”制高频通道示意图,电力线载波,42,“相-地”制高频通道示意图,连接滤波器,电力线载波,43,“相-地”制高频通道示意图,高频电缆,电力线载波,44,“相-地”制高频通道示意图,保护间隙,电力线载波,45,“相-地”制高频通道示意图,接地刀闸,电力线载波,46,“相-地”制高频通道示意图,高频收发信机,电力线载波,47,1）长期发信方式 正常有高频电流方式,2、高频通道工作方式,也是信号,信号,平时,故障时,高频载波只能体现“有高频”和“无高频”2个信息,1是信号，0也是信号！,48,2.高频通道工作方式,2）故障启

13、动发信方式 正常无高频电流方式,3）移频方式,故障时刻,49,3、高频信号的应用,(1)跳闸信号,(2)允许信号,(3)闭锁信号,高频信号是跳闸的充分条件,高频信号是跳闸的必要条件，但不是充分条件,收不到高频信号是跳闸的必要条件,50,4. 3 闭锁式距离纵联保护方向判别： 1）超范围的方向阻抗元件。 2）超范围的功率方向元件。,称为：闭锁式纵联距离。 称为：闭锁式纵联方向。,重点介绍常用的闭锁式纵联距离。,51,时间元件的表示方法：,52,启动元件与阻抗之间的灵敏度配合：,53,一般t2为416ms(等对侧信号发过来),高频闭锁距离保护的原理接线图,t1100ms(确保两侧阻抗元件返回后,才

14、撤销高频),三个时间的作用,54,高频闭锁距离的逻辑工作过程,以M侧为例说明工作过程，适当地方再指出N侧的不同之处。 红色表示：动作，或逻辑为1。,55,1）区外故障,以M侧为例说明工作过程,N侧类似,56,1）区外故障,以M侧为例说明工作过程,N侧类似,57,1）区外故障,以M侧为例说明工作过程,先闭锁，防误动；同时，测试收信回路的完好性。,58,1）区外故障,以M侧为例说明工作过程,59,1）区外故障,以M侧为例说明工作过程,60,1）区外故障,以M侧为例说明工作过程,如果对侧高频信号没有传过来，会出现无闭锁信号。,61,1）区外故障,以M侧为例说明工作过程,如果对侧高频信号没有传过来，会

15、出现无闭锁信号。 没有t2延时，则立即满足动作条件。,62,区外故障逻辑过程的简单归纳：1）故障时，两侧先启动，并且都发信。2）正方向元件动作仅停止本侧发信。3）反方向侧继续发信闭锁两侧保护。利用的特征：任一侧为负，就闭锁保护。,63,2）区内故障,以M侧为例说明工作过程,启动和发信的过程与前面是一致的,64,2）区内故障,以M侧为例说明工作过程,65,以M侧为例说明工作过程,两侧都停发高频,2）区内故障,66,2）区内故障,以M侧为例说明工作过程,两侧都是如图标识的逻辑,跳闸,67,区内故障逻辑过程的简单归纳：1）故障时，两侧先启动，并且都发信。2）正方向元件动作仅停止本侧发信。3）两侧都停

16、信两侧保护立即跳闸。利用的特征：两侧阻抗均动作，就发跳令。,68,3）需要防止“功率倒向”的影响,非故障线 #1为负 #2为正,如果先跳开,#1为正 #2为负,再如果保护2识别“由正变负(功率倒向)”过程慢一些，就可能短时出现：两侧均为正的情况导致误动。,故障30ms以后，才可能出现“功率倒向”。解决办法： 故障30ms以后，如果再满足动作条件，需要延时确认。,“功率倒向”,69,4）防振荡影响的对策,防功率倒向影响的对策,确认40ms,与距离I、II段类似，短时开放150ms。,70,相差高频保护 利用高频载波信号传输两侧电流的半周信号。 目前，基本上不采用了。其优点几乎都被光纤电流差动保护

17、所涵盖，另外，光差还有其他更多的优点。 相差高频有一个优点优于光差：不必同步采样。 介绍的目的：了解特征的利用。,71,调制过程可以理解为（仅作为理解）：,高频信号,高频,72,区内故障时,调制,高频信号与电流幅值无关。 如图，红色的高频信号(对侧发过来)是经过了传输的衰减所致。,将正半周方波调制成高频信号,出现断续(大于闭锁角)的高频信号，满足动作条件,73,外部故障时,调制,两侧高频信号衔接起来(高频信号是连续的)，无高频间断，不满足动作条件。,74,4. 4 纵联电流差动保护,动作门槛。考虑TA误差、分布电容等影 响因素，并躲不平衡电流、非周期分量。,75,外部短路最大电流(二次值),非

18、周期分量系数,TA同型系数(同型取0.5,不同型取1),10%误差,二次电流,一次电流,理想,饱和曲线,10%误差,76,外部短路最大电流(二次值),非周期分量系数,TA同型系数(同型取0.5,不同型取1),10%误差,二次电流,一次电流,理想,饱和曲线,10%误差,1)不同型时，最大误差：10%,2)同型时,考虑都有误差,最大为：0.510% =5%,77,考虑到：电流互感器的传变误差是随着电流的大 小而变化的。,为此，更科学的方案是：制动量为浮动的。,动作量,制动量,在所有电流差动保护中，研究内容之一：制动量如何选择？,常用的制动量为：,78,常用动作方程修改为：,进一步考虑到：电流较小时

19、，误差会使得上式误动。因此，再加入一个最小电流的限定：,动作区,79,4.4.2 两侧异地电流的同步测量1、基于数据通道（光纤通信）的同步方法,假设M侧为主站(基准侧)、N侧为从站(需要调整同步),失步状态,主站,从站,80,4.4.2 两侧异地电流的同步测量1、基于数据通道（光纤通信）的同步方法,假设M侧为主站(基准侧)、N侧为从站(需要调整同步),失步状态,主站,从站,81,失步状态,主站,从站,在来回路径(路由)一样的条件下，有：,于是,82,两侧同步的步骤：1）从站将 发给主站；2）主站利用已知的 ，求出 ，再发给从站；3）从站根据 进行采用时刻的跳整，实现同步。,失步状态,主站,从站

20、,83,主站,从站,不同步时间差,84,上述方案是光纤差动保护中最常用的同步方法。应用的前提是：来回路由一样（路径一致）。,如果来回路由不一致，那么，光纤差动保护在正常运行时将出现差电流，这是最大的担忧。解决措施之一：差电流与电流启动同时出现才开放保护。,1）仅有差电流失步或其他原因告警。2）差电流与电流启动同时出现故障或TA断线。 差电流与两侧电流均启动故障特征。 差电流与一侧电流启动、另一侧电压低 也是故障的特征。,85,如果不同步，会误动。2007年7月1日，河南西部较大范围的停电。,跳闸,下面用实例说明：思考、对策和演变过程。,86,措施1：增加差流与启动元件同时动作的条件。 这样，不

21、同步时，误动的概率降低了很多。 但是，在一定负荷电流情况下，TA断线时，还可能会满足“既有启动，又有差流”的条件，从而导致误动。,跳闸,87,于是，考虑采用两侧电流均启动的逻辑：,跳闸,88,还有问题：有一侧为负荷侧，又出现轻载 会出现拒动。,跳闸,无流时，电压也会降低,仅用电压,又不安全(PT断线),89,比较完善的逻辑：,跳闸,90,另一种同步方法：GPS同步法（了解）。,GPS能够提供：秒脉冲，以及标准时间代码（年、月、日、时、分、秒）。 平时的同步误差,但是，应当注意到：GPS是美国的设备，在特殊情况下，可能无法准确使用。 我国也在完善“北斗星”系统。,91,影响电流差动保护的因素及其对策：,影响因素,同步问题,互感器误差,分布电容,负荷电流的制动,不平衡电流,主要对策,设法同步（修正）,定值考虑,定值考虑,补偿(利用电压),增加故障电流差动,识别,饱和,92,电容电流的补偿方法：,另一侧类似,93,线路纵联保护的重点：1）何种保护利用何种特征？ 区内故障什么特征？其他情况又是什么特征？2）信号交换的通道方式。3）逻辑关系、信号方式(跳闸、允许、闭锁)。4）闭锁式高频距离保护中，两个时间元件的作用？ 大约是多少？5）影响因素及其对策。6）电流差动保护中，不平衡电流、动作特性。7）各模块或器件的作用。,