第2单元-输电线的全线速动保护

1、 主讲人：肖仕武主讲人：肖仕武 华北电力大学（北京）电力工程系华北电力大学（北京）电力工程系电子信箱：电子信箱：North China Electric Power University第 2 2 单元 输电线的全线速动保护第第3单元单元 输电线的全线速动保护输电线的全线速动保护第一节第一节 线路的差动保护线路的差动保护1. 反映一侧电气量保护的缺陷反映一侧电气量保护的缺陷 无法区分本线路末端无法区分本线路末端d1短路与相邻线路出口短路与相邻线路出口d2短路。短路。 无法实现全线速动。无法实现全线速动。 电流保护、阻抗保护都是反映一侧电气量的保护。为了保证电力系统稳定运行，要求高压线路主保护必

2、须要实现全线速动，即瞬时切除全线路范围以内故障。反映线路两侧电气量的纵联保护纵联保护：将线路一侧电气量信息传到另一侧去，两侧电气量同时比较、联合工作的保护。即线路两侧之间有纵向联系的保护。纵联保护特点：可以快速、可靠地区分本线路内部任意点短路与外部短路，实现全线速动。线路两侧之间有通信。对于220kV及以上高压线路，要求必须配置全线速动的纵联保护，把它作为主保护，对全线路内发生的各种类型故障，均能快速动作切除故障。输电线路纵联电流差动保护原理根据基尔霍夫电流定律，线路两侧电流参考方向如上图所示。当线路上没有内部故障时，线路两侧的电流之和为零，即流入线路元件的电流之和为零；当线路有内部故障时，线

3、路两侧电流之和不为零。 即： 正常运行或外部故障时(F2): 或 内部故障时（F1）： 或0NMII0NMcdIII差动电流dNMIII0dNMcdIIII差动电流输电线路纵联电流差动保护的工作原理：当差动电流 时，认为是内部故障，保护动作。0NMcdIII输电线路纵联电流差动保护原理的优点1、保护范围明确，即是线路两侧电流互感器之间的范围。2、动作速度快，可以实现全线路瞬时切除区内故障。这是由于纵联电流差动保护不需与相邻元件的保护配合。3、不受系统振荡、系统运行方式变化的影响。2、 输电线路纵联保护的基本原理的分类（1）两端电流相量的故障特征（纵联电流差动保护原理） 正常运行和外部故障时（F

4、2）： 内部故障时（F1）：0NMcdIII0dNMcdIIII（2）两端功率方向的故障特征（方向纵联保护原理） 假设正功率方向为：母线线路 正常运行和外部故障时（F2）：一端功率为正，一端为负 内部故障时（F1）：两端功率都为正2、 输电线路纵联保护的基本原理（3）两端电流相位的特征（相差纵联保护原理）正常运行和外部故障时（F2）： 和 的相位相差180。 内部故障时（F1）： 和 的相位相同。 MINI（4）两端测量阻抗的特征（距离纵联保护原理） 正常运行和外部故障时（F2）：两端的距离段测量阻抗一侧为反方向，另一侧为正方向。 内部故障时（F1）：两端的距离段测量阻抗都在正方向MINI从线

5、路两侧传输信息量的大小进行分类（1）电流纵联保护。线路两侧需要传输电流的相量或相位，两侧传输信息的数据量较大。 （纵联电流差动保护、相差纵联保护）（2）方向比较式纵联保护。线路两侧需要传输短路功率方向、测量阻抗方向，两侧传输信息的数据量小。逻辑开关量信息 （方向纵联保护、距离纵联保护） 通通 信信 通通 道道 保保 护护 辅助导线或导引线辅助导线或导引线 导引线差动保护导引线差动保护 输电线载波通道输电线载波通道 高频保护高频保护 微波微波 微波保护微波保护 光纤光纤 光纤保护光纤保护3、 输电线路纵联保护的按照通信通道分类输电线路纵联保护的保护原理分类和按照通信通道的分类是不同的分类方法。两

6、种分类方法可以重叠应用。目前导引线在线路纵联保护中的应用越来越少，基本上都是采用输电线载波通道、微波和光纤作为通信通道。在后三种通信通道中，光纤的通信质量是最好的。输电线载波通道的通信质量最差。LNMnmJnIIIII/ )(1122保护不动，正常及外部故障：0JI时动作，内部故障：JdzJLdJIInII.0/导引线纵联电流差动保护原理导引线纵联电流差动保护原理缺点：要求沿线路敷设流过CT二次电流的多根导引线，这在技术上是不可能的，经济上也是不合理的。只能用于57公里的短线路，更广泛地则用于变压器、发电机等电力设备和母线，不能用于长距离线路。第二节第二节 高频保护的基本原理高频保护的基本原理

7、一、高频保护概述一、高频保护概述 1. 定义定义 高频保护是利用输电线载波通道作为通信通道的纵联保护纵联保护。 工作原理：将功率方向（或距离方向、电流相位）转化为高频信号，利用输电线本身构成的高频电流通道将信号送至对端进行比较，判别故障是否在本线路。保护动作无需延时。 2.2. 分类分类（1 1）方向方向/ /距离高频保护距离高频保护：比较被保护线路两侧功率：比较被保护线路两侧功率/距离方向。距离方向。（2 2）相差高频保护相差高频保护：比较被保护线路两侧电流相位。：比较被保护线路两侧电流相位。二、高频通道的构成二、高频通道的构成高频通道高频通道：“导线大地” 构成输电线 载波通道。 优点：优

8、点：最经济，可以只在一相线路上 装设构成通道的设备。 缺点缺点：高频信号的衰耗和受到 的干扰都比较大。 1. 1. 阻波器阻波器 通工频、阻高频通工频、阻高频2. 2. 结合电容器结合电容器3. 3. 连接滤波器连接滤波器 通高频、阻低频；绝缘通高频、阻低频；绝缘4 4电缆电缆5 5高频收、发信机高频收、发信机继电保护装置与收发信机的接口继电保护装置与收发信机的接口收发信机接入继电保护装置的发信触点，继电保护接入收发信机的收信输出和告警触点。三、高频通道的工作方式三、高频通道的工作方式1. 1. 经常无高频电流（故障时发信）经常无高频电流（故障时发信）2. 2. 经常有高频电流（长期发信）经常

9、有高频电流（长期发信） 四、高频信号的分类和应用四、高频信号的分类和应用1.1.闭锁信号闭锁信号 阻止保护动作于跳闸的信号 同时满足以下条件时才跳闸：a）本端保护元件动作； b）无闭锁信号。2.2.允许信号允许信号 允许保护动作于跳闸的信号 同时满足以下条件时才跳闸：a）本端保护元件动作； b）有允许信号。3. 3. 跳闸信号跳闸信号 直接引起跳闸的信号 跳闸的条件是本端保护动作，或对端传来跳闸信号。高频信号的分类和应用高频信号的分类和应用（1）闭锁信号，不易拒动 外部故障：一侧保护发闭锁信号，将两侧的保护都闭锁。 内部故障：两端保护都不发出闭锁信号，保护可动作于跳闸。 （2）允许信号，不易误

10、动外部故障：近故障点侧不发允许信号，故对端保护不能跳闸；内部故障：两端高频保护同时向对侧发出允许信号，使保护动作于跳闸。 （3）跳闸信号 利用装设在每一端的电流速断、距离一段、零序电流速断等保护，当其保护范围内部故障而动作于跳闸的同时，还向对端发出跳闸信号，不经其它控制元件而直接使对端的断路器跳闸。 1. 1. 高频闭锁方向保护的基本原理高频闭锁方向保护的基本原理高频通道经常无电流，而在外部故障时由短路功率为负的一 端发出闭锁信号，两侧收信机接受到此信号将两侧保护闭锁。 第三节第三节 高频闭锁方向保护高频闭锁方向保护1、区内故障（F1），线路两侧（M侧、N侧）流过的短路功率方向都为正方向，即为

11、母线线路。两侧高频闭锁方向保护不发闭锁信号，两侧保护动作跳闸。2、区外故障（F2），线路两侧（M侧、N侧）流过的短路功率方向一侧为正方向（M侧） ，另一侧为反方向（N侧） 。功率方向为负方向的保护发闭锁信号，闭锁两侧保护。光信号在光导纤维内传输具有衰耗低、抗干扰能力强、通信容量大、比微波通信提高10 万倍以上等优点。目前光纤通信使用的波长为0.85 um、 1.31 um、1.55 um 。光纤分多模光纤和单模光纤，后者比前者特性好，衰减小、频带宽适用于大容量远距离的通信系统。 光纤保护光纤具有宽带、远距离传输能力强、保密性好、抗干扰能力强等优点,是未来通信网的主要实现技术。光纤保护的基本原理

12、 光纤保护目前已在国内部分地区得到较为广泛的使用 ,对已投入运行的光纤保护 ,按原理划分主要有2大类。（1）光纤电流差动保护；（2）光纤闭锁式、允许式纵联保护，包括方向纵联和距离纵 联保护原理。 光纤电流差动保护是在电流差动保护的基础上演化而来的 ,比较线路两侧电流的幅值和相位实现纵联电流差动保护原理。它能够理想地使保护实现单元化 ,原理简单 ,不受运行方式变化的影响 ,而且由于两侧的保护装置没有电联系 ,提高了运行的可靠性。时间同步和误码校验问题是光纤电流差动保护面临的主要技术问题。 光纤闭锁式、允许式纵联保护是在目前高频闭锁式、允许式纵联保护的基础上演化而来 ,以稳定可靠的光纤通道代替高频通道从而提高保护动作的可靠性。光纤继电保护装置与远方信号传输装置之间的接口分相式电流差动保护原理光纤分相式电流差动保护利用光纤通道可以实现线路两侧电流相量数据的互传，实现纵联电流差动保护原理。ezdcdezdezdcdIIIIIIIIkII,),(00其中： 是差动电流。nmcdIII其中： 是制动电流。nmzdIIIcdIzdI0INI高压线路保护对发电厂的影响电厂通过双回高压线路L1、L2向电网送电。高压线路L1、L2两端都配置有纵联保护、距离保护和零序保护。当线路L1内部短路故障时，线路L1两端纵联保护快速动作，切除故障线路L1。这时，发电厂只能通过一回线路L2向电