继电保护-纵联保护

1、电力系统保护与控制天津大学电气与自动化工程学院天津大学电气与自动化工程学院纵联保护 TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY一一纵联保护的基本概念纵联保护的基本概念二二纵联保护的通道纵联保护的通道三三方向纵联保护方向纵联保护四四相差纵联保护相差纵联保护五五电流差动纵联保护电流差动纵联保护TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY一、纵联保护的基本概念纵联保护的基本概念问题的提出问题的提出 基于被保护线路一端的电气量构成的保护无法区分本线基于被保护线路一端的电气量构成的保护无法区分本线路末端故障和下条线路出口故障。高压和超高压线路上要

2、求路末端故障和下条线路出口故障。高压和超高压线路上要求保护在任一点发生故障时都能瞬时切除故障。保护在任一点发生故障时都能瞬时切除故障。要求要求: 全线速动全线速动TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY一一纵联保护的基本概念纵联保护的基本概念二二纵联保护的通道纵联保护的通道三三方向纵联保护方向纵联保护四四相差纵联保护相差纵联保护五五电流差动纵联保护电流差动纵联保护TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY二、纵联保护的通道纵联保护的通道纵联保护的通道:（1）电力线载波通道（高频保护）电力线载波通道（高频保护）（2）微波通道（微波保护

3、）微波通道（微波保护）（3）光纤通道（光纤保护）光纤通道（光纤保护）（4）导引线通道（导引线保护）导引线通道（导引线保护）TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY 1.电力线载波通道电力线载波通道 “电力线载波电力线载波”：指将频率在：指将频率在50300kHz频段频段上的高频信号迭加在工频电流上进行传送。上的高频信号迭加在工频电流上进行传送。 优点优点：投资少。只需在一相线路上装设高频设备：投资少。只需在一相线路上装设高频设备 缺点缺点：高频信号的衰耗和受到的干扰都比较大：高频信号的衰耗和受到的干扰都比较大二、纵联保护的通道TIANJIN TIANJIN UN

4、IVERSITYUNIVERSITY1-阻波器阻波器2-结合电容器结合电容器3-连接滤波器连接滤波器4-电缆电缆5-高频收、发信机高频收、发信机6-刀闸刀闸高频通道构成示意图高频通道构成示意图二、纵联保护的通道TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY（1）高频阻波器）高频阻波器 由一电感线圈与可调电容器并联构成由一电感线圈与可调电容器并联构成 并联谐振时，呈现的阻抗最大。选其谐振频率为载波并联谐振时，呈现的阻抗最大。选其谐振频率为载波 ，则高频信号被限制在被保护输电线路的范围以内；但不影响则高频信号被限制在被保护输电线路的范围以内；但不影响工频电流传输。工频电流

5、传输。（2）结合电容器和连接滤波器）结合电容器和连接滤波器 a.共同组成一个共同组成一个“带通滤波器带通滤波器”，使高频电流能够通过，使高频电流能够通过 b.实现了波阻抗的匹配。避免高频信号的电磁波在传送过实现了波阻抗的匹配。避免高频信号的电磁波在传送过程中发生反射，减小高频能量的附加衰耗。程中发生反射，减小高频能量的附加衰耗。二、纵联保护的通道TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY（3）高频电缆）高频电缆 其作用是连接室内（主控室的高频收发信机）、外（阻其作用是连接室内（主控室的高频收发信机）、外（阻波器、结合电容器和滤波器等）设备。波器、结合电容器和滤波器

6、等）设备。（4）高频机、发信机）高频机、发信机 发信机部分由继电保护控制。由发信机发出的信号，一发信机部分由继电保护控制。由发信机发出的信号，一方面通过高频通道送到对端的收信机中，另一方面也由自己方面通过高频通道送到对端的收信机中，另一方面也由自己的收信机所接收。的收信机所接收。（5）接地刀闸）接地刀闸 当检修连接滤波器时接地，以保证检修人员的人身安全。当检修连接滤波器时接地，以保证检修人员的人身安全。二、纵联保护的通道TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY1-收发信机收发信机2-连接天线连接天线3-方向性天线方向性天线两端之间的空间两端之间的空间2微波通道微

7、波通道 使用的频率段在使用的频率段在 300030000MHz 之间。频带较宽，可之间。频带较宽，可适应多路通信或传送较大容量信息的要求。适应多路通信或传送较大容量信息的要求。微波的频率很高，属于超短波，电离层已不能起反射作微波的频率很高，属于超短波，电离层已不能起反射作用，只能在用，只能在“视线视线”范围的自由空间中传播，传播距离较范围的自由空间中传播，传播距离较短，不会超过短，不会超过 4060km。超过上述距离时，需要装设微波中继站来增强微波信号超过上述距离时，需要装设微波中继站来增强微波信号二、纵联保护的通道TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY3光纤

8、通道光纤通道 光纤通讯是以光为载波、以光纤作为传输介质的一光纤通讯是以光为载波、以光纤作为传输介质的一种通信方式，用户信息需经调制和解调的处理。种通信方式，用户信息需经调制和解调的处理。 光纤通讯的频率范围是（光纤通讯的频率范围是（817）108MHz,是一是一种不可见光，是一种不能引起人的视觉的电磁波。种不可见光，是一种不能引起人的视觉的电磁波。二、纵联保护的通道TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY直接检测接收光纤通信系统直接检测接收光纤通信系统的构成示意图的构成示意图发信电端机：发信电端机：将保护的电信将保护的电信号进行调制成号进行调制成高频信号。高频信

9、号。发信光端机：发信光端机：将已调制好的将已调制好的电信号经过激电信号经过激光器再调制成光器再调制成光信号，发出光信号，发出去。去。收信光端机：收信光端机：对收到的光信对收到的光信号进行检测，号进行检测，并解调成高频并解调成高频电信号。电信号。收信电端机：收信电端机：将高频信号进将高频信号进一步解调成保一步解调成保护用的电信号护用的电信号二、纵联保护的通道TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY光纤通道具备以下光纤通道具备以下优点优点：（1）频带宽适合大信息量的传送。）频带宽适合大信息量的传送。（2）光纤的传输损耗小，中继间隔长，可达上百公里。）光纤的传输损耗小

10、，中继间隔长，可达上百公里。（3）光纤光缆尺寸小，重量轻，埋设管道比电缆占空间）光纤光缆尺寸小，重量轻，埋设管道比电缆占空间小，敷设方便。小，敷设方便。（4）光波能量传输局限在纤芯内部，不易被窃听，不引）光波能量传输局限在纤芯内部，不易被窃听，不引起噪声，不产生纤间干扰，不受外面电磁场干扰的影响。起噪声，不产生纤间干扰，不受外面电磁场干扰的影响。（5）此外光纤的原材料为）此外光纤的原材料为SiO2，自然界到处都有。，自然界到处都有。二、纵联保护的通道TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY4导引线通道导引线通道 导引线通道由二根或三根金属线与高压输电线路平行敷设

11、导引线通道由二根或三根金属线与高压输电线路平行敷设构成。构成。 存在问题：存在问题： （1）输电线路长，导引线就多长，经济性差）输电线路长，导引线就多长，经济性差 （2）短路电流和雷电可在导引线回路中产生过电压）短路电流和雷电可在导引线回路中产生过电压 （3）导引线自身的阻抗增大了电流互感器的负载，使其传）导引线自身的阻抗增大了电流互感器的负载，使其传送特性变差，影响纵联保护的正确工作。送特性变差，影响纵联保护的正确工作。 （4）导引线分布电容电流会对纵联保护的工作产生影响。）导引线分布电容电流会对纵联保护的工作产生影响。二、纵联保护的通道TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYU

12、NIVERSITY一一纵联保护的基本概念纵联保护的基本概念二二纵联保护的通道纵联保护的通道三三方向纵联保护方向纵联保护四四相差纵联保护相差纵联保护五五电流差动纵联保护电流差动纵联保护TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY 这些原理各有其优点和缺点。其中分相电流差动原这些原理各有其优点和缺点。其中分相电流差动原理具有明显的优越性。理具有明显的优越性。 输电线输电线纵联保护纵联保护比较线路两端功率方向的方向纵联保护比较线路两端功率方向的方向纵联保护比较线路两端电流相位的相位差动纵联保护比较线路两端电流相位的相位差动纵联保护比较两端全电流的电流差动纵联保护比较两端全

13、电流的电流差动纵联保护三、方向纵联保护TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY 方向纵联保护方向纵联保护 （高频闭锁信号）（高频闭锁信号）（1）原理：利用高频通道比较被保护线路两端的功率方向。）原理：利用高频通道比较被保护线路两端的功率方向。内部故障时：内部故障时：d点短路对线路点短路对线路 BC是内部故障，此时保护是内部故障，此时保护3和和4测到的功率方向均为正，两侧都不发闭锁信号，因此测到的功率方向均为正，两侧都不发闭锁信号，因此断路器断路器3和和4都跳闸都跳闸;三、方向纵联保护TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY外部故障

14、时外部故障时: d点短路对线路点短路对线路AB 是外部故障，近故障点一是外部故障，近故障点一端的功率方向为负端的功率方向为负 保护保护2启动本侧发讯机发出高频闭启动本侧发讯机发出高频闭锁信号锁信号 本侧的收信机接收本侧的收信机接收 经过高频通道被对端收讯机收到经过高频通道被对端收讯机收到 使得保护装置使得保护装置1、2闭锁。闭锁。优点：优点：内部故障使高频通道可能遭受破坏时不会影响保护装内部故障使高频通道可能遭受破坏时不会影响保护装置的正确动作，因为只在非故障线路上传送高频信号。置的正确动作，因为只在非故障线路上传送高频信号。三、方向纵联保护TIANJIN TIANJIN UNIVERSITY

15、UNIVERSITY（2）原理接线）原理接线t 作用作用: 外部故障切除后，近故障点发讯机多发讯外部故障切除后，近故障点发讯机多发讯 t 时间，以保证时间，以保证远故障点侧不会由于起动元件远故障点侧不会由于起动元件2和方向元件和方向元件 返回慢而造成误跳闸；返回慢而造成误跳闸； t 作用作用:避免外部故障，远故障点侧来不及收到对侧发来的闭锁信号避免外部故障，远故障点侧来不及收到对侧发来的闭锁信号而设置的。而设置的。高灵敏度起动元件高灵敏度起动元件1用来起动高频发信机发出闭锁信号用来起动高频发信机发出闭锁信号低灵敏度起动元件低灵敏度起动元件2则准备好跳闸的回路则准备好跳闸的回路功率方向元件功率方

16、向元件 GJ用以判别短路功率的方向用以判别短路功率的方向三、方向纵联保护TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY（3）动作情况分析）动作情况分析a.外部故障外部故障 以保护以保护1和和2为例为例 两侧的起动元件两侧的起动元件1均动作均动作 经过经过 &起动发信机发出起动发信机发出 闭锁信号闭锁信号 自己的收信机接收自己的收信机接收 经过高频通道被对端收讯机收到经过高频通道被对端收讯机收到 两侧保护先经两侧保护先经& 把各自闭锁起来把各自闭锁起来两侧的起动元件两侧的起动元件2也同时动作，经过也同时动作，经过 &准备了跳闸回路准备了跳闸回路三

17、、方向纵联保护TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY保护保护1方向元件方向元件 动作，经动作，经 t延时延时 通过通过 &停止本侧发信机发信停止本侧发信机发信 使使 &的一个输入变为高电平的一个输入变为高电平保护保护2方向元件不起动，这端的发信机继续发送闭锁信号方向元件不起动，这端的发信机继续发送闭锁信号结果：保护结果：保护1的的 &只有一个输入为高电平，而保护只有一个输入为高电平，而保护2的的 &二二个输入均为低电平个输入均为低电平 两侧保护就一定被闭锁两侧保护就一定被闭锁待外部故障切除，起动元件返回以后，保护即复归原状待外部

18、故障切除，起动元件返回以后，保护即复归原状三、方向纵联保护TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITYb.两端供电线路内部故障两端供电线路内部故障 两端的起动元件两端的起动元件1和和2均动作，其作用同上。均动作，其作用同上。 两端的方向元件也动作，经两端的方向元件也动作，经 延时延时t后停止了发信机工作后停止了发信机工作 解除了解除了 &的闭锁的闭锁 使使 &的输入变为高电平的输入变为高电平 立即动作分别使两端的断路器跳闸立即动作分别使两端的断路器跳闸三、方向纵联保护TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY缺点缺点：系

19、统振荡系统振荡时，当振荡中心位于保护范围以内时时，当振荡中心位于保护范围以内时，两端的功率方向均为正，保护将要，两端的功率方向均为正，保护将要误动误动，这，这是一个严重的缺点。是一个严重的缺点。三、方向纵联保护TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY一一纵联保护的基本概念纵联保护的基本概念二二纵联保护的通道纵联保护的通道三三方向纵联保护方向纵联保护四四相差纵联保护相差纵联保护五五电流差动纵联保护电流差动纵联保护TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY 相差高频保护相差高频保护 1原理原理（1）利用高频通道比较被保护线路两端的电流相

20、位）利用高频通道比较被保护线路两端的电流相位电流的规定正方向由母线流向电流的规定正方向由母线流向线路线路内部故障，理想情况下两端电内部故障，理想情况下两端电流相位相同，两端保护动作于流相位相同，两端保护动作于跳闸跳闸外部故障，两端电流相位相差外部故障，两端电流相位相差180，保护装置不应动作。保护装置不应动作。四、相差纵联保护TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY（2）如何让电流相位与高频信号联系起来）如何让电流相位与高频信号联系起来 当高频通道采用当高频通道采用“故障时发讯方式故障时发讯方式”构成时，可以在短路构成时，可以在短路电流的正半周操作高频发信机发出

21、高频电流；而在负半周则电流的正半周操作高频发信机发出高频电流；而在负半周则不发，如此不断地交替进行。不发，如此不断地交替进行。内部故障时，两端收信机所收内部故障时，两端收信机所收到的高频电流就是间断的到的高频电流就是间断的外部故障时，两端收信机中收外部故障时，两端收信机中收到的总信号是连续的到的总信号是连续的四、相差纵联保护TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY（3）闭锁信号）闭锁信号 对于相差高频保护来说，填满本端高频脉冲空隙的对端对于相差高频保护来说，填满本端高频脉冲空隙的对端高频脉冲就是一种闭锁信号。高频脉冲就是一种闭锁信号。（4）相位比较回路）相位比较

22、回路 把内、外部故障两侧的电流相位关系转化成了收信机中把内、外部故障两侧的电流相位关系转化成了收信机中间断或连续的高频电流。间断或连续的高频电流。 用来鉴别高频电流是连续的还是有间断的以及间断角度用来鉴别高频电流是连续的还是有间断的以及间断角度大小的回路称为相位比较回路。大小的回路称为相位比较回路。四、相差纵联保护TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY内部故障收信机收到间断的高频电流时，在间断期间收信机内部故障收信机收到间断的高频电流时，在间断期间收信机输出为零，输出为零， &门有输出。若间断时间大于门有输出。若间断时间大于定的角度时，延定的角度时，延

23、时时 t 的元件有输出，经展宽后出口跳闸。的元件有输出，经展宽后出口跳闸。四、相差纵联保护TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY2相位特性和相继动作区相位特性和相继动作区 在实际应用中，外部短路时，线路两端操作电流的相位差在实际应用中，外部短路时，线路两端操作电流的相位差不是不是 180；而内部短路时，两端操作电流不是同相位。而内部短路时，两端操作电流不是同相位。（1）保护范围外部故障）保护范围外部故障 LH角误差。当负载按角误差。当负载按 10%误差曲线选择时，取误差曲线选择时，取7。 保护装置的相位误差，取保护装置的相位误差，取15。 高频信号传送的延时，

24、高频信号传送的延时， 考虑裕度角考虑裕度角 15 。 因此，闭锁角应为：因此，闭锁角应为： 动作角为：动作角为：6100lL610037610015157llbbdz 180四、相差纵联保护TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY（2）在最不利的情况下保护范围内故障）在最不利的情况下保护范围内故障 超前超前 的相角差的相角差 ，考虑最不利情况取考虑最不利情况取 设短路点设短路点 靠近靠近 N侧侧, M系统阻抗角系统阻抗角 ;N系统系统 阻阻抗角抗角 , 则则 和和 相差的角度可达相差的角度可达 100。 LH误差角误差角 7 保护装置的误差角保护装置的误差角15

25、计及上述因素后计及上述因素后 和和 之间的最大之间的最大 相角差可达：相角差可达： 高频信号传送的延时，高频信号传送的延时， M侧（超前侧）：侧（超前侧）： N侧（滞后侧）：侧（滞后侧）： 70MENE 60d 90dMINIMINI1221571006100lL)122(L)122(L四、相差纵联保护TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY（3）相继动作）相继动作 当线路长度增加后当线路长度增加后 长度超过一定值后，可能出现长度超过一定值后，可能出现 的情况，的情况，M 端的保端的保护将不能动作。但必然出现护将不能动作。但必然出现 ，N 端的保护可靠动作端的保

26、护可靠动作解决方案：解决方案： 在在N 端保护跳闸的同时，停止自己发信机发送高频信号。端保护跳闸的同时，停止自己发信机发送高频信号。 这样，这样，M 端的收信机就只收到自己所发的信号，是间断的端的收信机就只收到自己所发的信号，是间断的，因此，因此，M端保护即可立即动作跳闸。端保护即可立即动作跳闸。 “相继动作相继动作”：保护装置必须一端保护先动作跳闸以后，另：保护装置必须一端保护先动作跳闸以后，另一端的保护才能动作跳闸的工作情况。一端的保护才能动作跳闸的工作情况。dzbdzMdzN四、相差纵联保护TIANJIN TIANJIN UNIVERSITYUNIVERSITY一一纵联保护的基本概念纵联保护的基本概念二二纵联保护的通道纵联保护的通道三三方向纵联