电网的纵联保护.ppt

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1、2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,1,第4章 电网的纵联保护,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,2,要求:掌握电网纵联保护工作原理,知识点:掌握全线速动保护概念与双侧测量保护原理了解各种通道组成掌握纵联保护分类及相应保护的工作原理了解新型方向元件判据及特点学习微机型纵联保护原理框图,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,3,4.1纵联保护的原理与分类,全线速动保护与双侧测量原理,纵联保护分类,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,4,全线速动保护与双侧测量原理,全线速动保护：,继电保护无时限地切除线路上任一点发生的故障,在高压输电线路上，为了保证电力系统运行的稳

2、定性，需要配置全线速动保护,前面学习的电流保护、方向电流保护、零序电流保护、距离保护均为“单侧测量”保护。即保护判据均来自线路一侧的电流、电压。,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,5,“单侧测量”保护无法实现全线速动,因为“单侧测量”保护不利用动作时间则无法区分本线末与下线始端故障,k1、k2故障时保护P测量的电流、电压几乎一样,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,6,“双侧测量”保护工作原理,a.以基尔霍夫电流定律为基础的电流差动保护,忽略了线路电容电流,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,7,b.比较线路两侧电流相位关系的相位差动保护,线路两侧电流相位相近,内部故

3、障,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,8,c.比较两侧线路保护故障方向判别结果，纵联方向保护,线路两侧保护均判为正向故障,内部故障,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,9,纵联保护特点：,两侧保护需要通道联系,两侧保护必须双侧同时工作,纵联保护判据具有“绝对选择性”，区内、外故障时保护判据有明显差异,纵联保护在区外故障时不动作，没有远后备作用,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,10,4.1.2 纵联保护分类,（1）按通道类型分类,（a）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。,敷设、维护困难，仅用于特殊的10km以下短线路上，实际使用较少。,（

4、b）载波通道：使用电力线路构成载波通道，用于高频保护。,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,11,（c）微波通道：,（d）光纤通道：采用光纤数字通信技术，技术先进，信息传输量大，抗干扰性能好。,技术复杂，成本昂贵，较少采用。,用于微波保护。,目前迅速发展，正大量取代载波通道,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,12,（2）按保护原理分类,目前实际应用的纵联保护有3种：,纵联方向保护,方向原理,纵联距离、零序保护,电流差动原理,纵联差动保护,两侧保护均判为正向故障内部故障,纵联保护采用专用的方向元件判别故障方向,纵联保护利用距离中的方向阻抗元件及零序电流保护中的零序方向元件判别故

5、障方向,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,13,（3）按通道传送信息含义分类,闭锁信号,N侧保护判断故障为反向故障，闭锁本侧纵联保护,同时发出信号闭锁对侧（M侧）保护，纵联保护收到信号即闭锁，信号的含义为“闭锁”。,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,14,允许信号,两侧保护判断故障为正向故障后，同时向对侧保护发出允许信号。,本侧保护判断故障为正向后还必须收到对侧保护发的允许信号，信号的含义为“允许”。,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,15,跳闸信号,两侧保护段动作跳开本侧断路器，同时向对侧保护发出跳闸信号。,收到对侧信号立即跳闸，信号的含义为“跳闸”。,只要两侧

6、保护段动作区均超过50线路全长，即可构成远跳式全线速动保护。,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,16,4.2 纵联保护通道,1.导引线,二次电缆联系线路两侧保护的电流回路,敷设困难；检测、维护通道困难；电流互感器二次阻抗过大导致误差增大。,问题：,导引线为通道的电流差动保护较少用于线路保护，广泛用于变压器、发电机、母线等元件保护。本书第9、10、11章将详细讨论。,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,17,2.载波通道,有线通信，50-400kHz,1.阻波器,6.接地刀闸,5.保护间隙,4.电缆,2.耦合电容器,3.结合滤波器,相地制载波（高频）通道,2023/9/27,第

7、4章 电网的纵联保护,18,收发信机原理框图,发信机,产生基准频率fb如1024kHz,获得载波频率fo,获得基准频率如0.25kHz,调制,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,19,收信机,96kHz100kHz104kHz,收到若干信号，例如：,本机f0100kHzfM12kHz，f1112kHz,与112kHz混频,16kHz、208kHz,12kHz、212kHz,8kHz、216kHz,12kHz滤波,12kHz,混频后得到f1f，f1f，f12f，,此信号对应收信频率100kHz,f,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,20,“短时发信”与“长期发信”方式,短时发信

8、：继电保护不启动时，发信机功放电源不投入 发信机工作轻松。需要人工定期检查通道完好,长期发信：发信机始终投入，对发信机质量要求高 长期监视，容易发现通道问题,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,21,“单频制”与“双频制”,“单频制”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,“双频制”两侧发信机和收信机均使用两个频率，收信机仅收到对侧发信机的信号,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,22,调幅与移频键控（FSK）,调幅以“有”、“无”方式传递高频信号,FSK以改变频率的方式传递高频信号,专用方式：高频保护单独使用一台收发信机。国产220kV保护

9、常采用,专用方式与复用方式,复用方式：采用音频接口接至通信载波机，与远动通信复用收发信机。进口500kV保护常采用,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,23,电平的概念,输入43dBm,增益-3dB,输出43-340(dBm),乘除计算,加减计算,电平是高频信号传输中广泛使用的一种衡量信号强度的计量单位,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,24,微波通道容量大，不存在通道拥挤问题，不受线路故障影响,3.微波通道,无线通信方式采用频率为2000MHz、6000 8000MHz,设备昂贵，每隔4060km需加设微波中继站，维护困难，仅在个别载波通道应用确实困难的线路上用于纵联保护。

10、,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,25,3.光纤通道,01,暗亮,暗亮,01,通道通信容量大，不受电磁干扰,除了用于纵联保护，更为广泛地用于电力系统通信领域,若条件许可，纵联保护首选光纤通道,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,26,专用光纤方式连接：保护单独使用一个光纤通道,数字复接方式连接：保护与通信复用光纤通道,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,27,4.3 纵联差动保护,导引线保护,差动保护原理,判据为差动电流,difference,按“差动”定义理解,按“基尔霍夫电流定律”理解,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,28,线路正常运行及外部故障时，

11、若忽略误差,线路内部故障时，,纵差保护判据：,为故障点电流，,差动保护关键问题：不平衡电流,什么是不平衡电流？,一次电流相等，二次电流之差不为零,不平衡电流如何产生？,两侧TA误差不一致,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,29,TA励磁电流,TA误差,TA励磁电流差异,差动保护不平衡电流,不平衡电流经验公式,同型系数,TA误差,一次电流,TA变比,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,30,光纤分相差动保护,使用光纤通道,采用差动保护原理,采用“比率制动”特性难点，关键,线路较长时考虑电容电流补偿,首先讨论制动问题及电容电流问题,再介绍光纤分相差动保护组成及原理框图,2023/

12、9/27,第4章 电网的纵联保护,31,问题1：什么是“比率制动”特性？,动作电流不是固定值,动作方程：,制动电流,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,32,外部故障情况,短路电流穿越M、N侧保护,0.5,10,只要Kres0.025，动作电流比不平衡电流增长快,始终有IdIact，不会误动,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,33,内部故障情况,只要IdIset，保护即可动作,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,34,采用“比率制动”优点,同样保证外部故障不误动情况下，内部故障时动作电流小，灵敏度高,外部故障,无制动特性时整定电流KrelIunb.max,有制动特性时

13、整定电流Iset,内部故障,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,35,比率制动特性广泛用于各种差动原理保护：,线路纵联差动保护（纵差保护）；,变压器纵差保护；第7章,发电机纵差保护；第7章,母线差动保护（母差保护）；第7章,学习时注意比较,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,36,问题2：电容电流如何考虑？,线路电容电流对于差动保护属于不平衡电流，整定时应躲过实测线路电容电流值。电容电流较大时可以进行电容电流补偿，,补偿时从差动电流中扣除电容电流,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,37,光纤分相差动保护基本构成,保护总起动元件：起动后开放保护出口电源7秒,变化量,相间

14、电流,浮动门坎,固定门坎,反应相间工频变化量,反应零序电流,或,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,38,保护差动元件组成：,零序电流差动元件；线路两侧零序电流差动,稳态分相差动元件；线路两侧相电流差动,变化量分相差动元件，取相电流的工频变化量进行计算。,差动元件之间逻辑关系为“或”,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,39,差动保护原理框图,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,40,起动,动作,动作,收信,内部故障，以A相接地为例,动作,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,41,TA断线，闭锁差动保护(以A相断线为例）,动作,闭锁,D5关闭,对侧保护不动作,闭

15、锁,动作,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,42,通道异常情况，闭锁差动保护,动作,闭锁,D5关闭,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,43,本侧三相跳闸时,如果发生故障，例如对侧手合于故障线路,保护不起动，不向对侧保护发“差动保护动作信号”,收不到对侧保护发“差动保护动作信号“，保护无法跳闸,专门设置回路解决此问题,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,44,本侧三相跳闸情况,以A相接地为例,本侧三跳,动作,不起动,动作,向对侧发差动动作信号使对侧保护能跳闸,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,45,4.4 纵联方向保护,基本原理：两侧保护均判为正向故障即为内

16、部故障,实现方式：“闭锁式”或“允许式”,新型方向元件工作原理,纵联方向保护基本原则,纵联方向保护原理框图,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,46,“闭锁式”工作原理,保护起动，判为反向故障,发信,单频制,收信为两侧发信叠加,收信,闭锁两侧保护,外部故障，近故障侧发闭锁信号,内部故障，两侧均不发闭锁信号,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,47,“允许式”工作原理,保护起动，判为正向故障,发信,双频制,仅能收到对侧信号,本侧判正向故障且收到对侧信号,内部故障，跳闸,M侧判正向，但无N侧允许信号N侧收到M侧允许信号，但本侧判反向,内部故障，两侧均发允许信号,2023/9/27,

17、第4章 电网的纵联保护,48,基于变化量原理的方向元件,新型方向元件工作原理,以电压、电流变化量构成判据,与第6章工频变化量阻抗继电器分析一样，电路模型为故障后状态减去故障前状态,（a）（b）有,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,49,研究故障附加状态中正序量,800,800,得到动作方程：,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,50,系统、线路负序阻抗与正序阻抗近似相等，负序变化量也可利用,正向故障时,Zs较小时U较小，应当进行补偿,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,51,当最大运行方式下ZS/ZL0.5时，ZCOM0,引入补偿阻抗ZCOM,当最大运行方式下ZS/Z

18、L0.5时，ZCOM0.5Zset,正方向元件F+的测量相角为：,正向故障时接近1800，,反向故障时接近00。,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,52,反方向元件F-的测量相角为：,反向故障,Zs较小对反向元件无影响，不需要补偿,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,53,工频变化量方向元件小结,反方向元件F-,正方向元件F,正向故障,反向故障,1800,00,00,1800,动作,动作,不动作,不动作,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,54,基于暂态分量能量积分的方向元件,能量函数,基于暂态分量能量积分的方向元件与基于变化量原理的方向元件 工作原理是一致的，算法不

19、同,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,55,纵联方向保护基本原则,起动元件设置,设两套起动元件分别起动发信以及开放跳闸回路，低定值元件起动发信回路；高定值元件开放跳闸回路，,单套起动元件存在的问题,M侧保护单侧工作，误动,纵联保护不能单侧工作,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,56,当外部故障切除后低定值元件应该延时返回，继续发信一段时间。,M侧保护失去闭锁，误动,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,57,远方起动,收到对侧信号而本侧起动发信元件未起动时，由收信起动本侧发信回路。,（2）方便手动检查通道,远方起动有如下作用：,（1）更加可靠地防止纵联保护单侧工作,当

20、一侧纵联保护低定值元件损坏时仍能依靠远方起动回路起动发信。,可以由线路任一侧变电所运行人员单独进行通道检查,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,58,延时保护停信,保护停信：闭锁式保护正方向元件动作时，停止发出闭锁信号。,纵联保护起动后无论正反向故障，连续发信8ms用于远方起动。,8ms后根据方向元件动作情况决定是否停信。,闭锁式纵联保护收信示意图,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,59,纵联方向保护原理框图,以闭锁式为例,程序流程图,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,60,正常运行程序框图,收信,远方起动,发信,当本侧断路器打开或处于弱电源侧时延时100ms远方起

21、动,防止本侧保护不判别为正向故障时误发闭锁信号，闭锁对侧保护,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,61,手动检查通道情况,检查收信电平,检查是否有拍频,检查发信电平,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,62,故障测量程序原理框图,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,63,（b）其他保护停信（T5、D16）：当其它保护动作，跳闸时，立即停止发信。,停信有三种情况：,（c）断路器位置停信（D17、D16）：断路器为跳闸位置时始终停信。,（a）保护停信（D7）：收信8ms（T1）后才允许正方向元件投入工作，当正方向元件动作且反向元件不动作时停信。,动作条件为本侧保护起动&本侧

22、保护停信&收信8ms后无收信闭锁,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,64,“功率倒向”问题,外部故障切除过程会发生“功率倒向”，闭锁信号可能出现小的缺口,设置T2防止“功率倒向”影响,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,65,*允许式纵联方向保护原理框图,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,66,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,67,7.5 纵联距离、零序方向保护,纵联距离、零序方向保护不设置专门的方向元件,“借用”方向阻抗继电器及零序方向元件,动作,故障为正方向,动作,故障为正方向,正常运行程序，与纵联方向完全相同,故障测量程序与纵联方向保护装置类似，只是保护停信部分有所不同,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,68,闭锁式纵联距离零序保护故障测量程序框图,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,69,允许式纵联距离零序保护故障测量程序框图,2023/9/27,第4章 电网的纵联保护,70,小结,I,3I0,Z均为单侧测量保护,全线速动,无法区分本线末故障与下线始端故障,快速切除故障保证系统稳定,纵联保护：双侧测量保护,判据具有“绝对选择性”,可以实现,差动原理,方向原理,纵联方向,纵联距离、零序方向,光纤差动,光纤通道,光纤通道或载波通道,