第7-8章 电网差动保护高频保护20140420

1、第七章第七章 输电线路的差动保护输电线路的差动保护电流保护和阻抗保护用于输电线路时，只需将线路一端的电流、电压经互感器引入保护装置，比较容易实现，但瞬时动作的保护I段只能保护线路的全长的80%85%，对于其余的15%20%线路段上的故障，只能由第段的时限切除，这对很多重要的高压网络线是不允许的。为保证全线速动的要求，只能采用纵联保护。纵联保护弥补了电流保护、距离保护的不足而广泛用于重要的高压及超高压输电线路上，以实现线路全长范围内故障的无时限切除。(全线速动动)l纵联保护的定义：纵联保护的定义：所谓纵联保护，就是利用某所谓纵联保护，就是利用某种通信通道（简称通道）将输电线两端的保护种通信通道（

2、简称通道）将输电线两端的保护装置纵向联结起来，将各端的电气量（电流、装置纵向联结起来，将各端的电气量（电流、功率的方向等）传送到对端，进行比较，以判功率的方向等）传送到对端，进行比较，以判断故障在本线路范围内还是在本线路范围之外，断故障在本线路范围内还是在本线路范围之外，从而决定是否切断被保护线路。从而决定是否切断被保护线路。l从理论上讲，纵联保护具有绝对的选择性。从理论上讲，纵联保护具有绝对的选择性。l输电线的纵联保护随着采用的通道的不同，输电线的纵联保护随着采用的通道的不同，在装置原理、结构、性能和适用范围等方面在装置原理、结构、性能和适用范围等方面具有很大的差别，具有很大的差别，如如纵差

3、保护、高频保护、纵差保护、高频保护、微波保护就是分别使用辅助导线（导引线）、微波保护就是分别使用辅助导线（导引线）、经过加工的输电线、微波等作为通道而实现经过加工的输电线、微波等作为通道而实现的。的。 纵联保护信号传输方式纵联保护信号传输方式l(1)辅助导引线（导引线）辅助导引线（导引线）-纵差保护纵差保护l(2)电力线载波电力线载波-高频保护高频保护l载波频率为：载波频率为：50300kHzl(3)微波通讯微波通讯-微波保护微波保护l频率为频率为: 30030000MHzl(4)光纤通讯光纤通讯-光纤保护光纤保护线路纵差线路纵差1212=0rTAIIIIIK正常时：1212=0rTAIIII

4、IK保护范围外部故障时：OPr11KDIKDQFrTAIIIK。保护范围内部故障时：，当大于的动作电流时，立即动作，断开两侧。OPrk12+IKDQF。保护范围内部故障时：，当时，立即动作，断开两侧。rTAIIIIK120,runbIIIIunb在理想情况下，在正常运行和外部故障时，流入差动继电器中的电流为 ，实际上由于线路两端电流互感器特性不完全相同，将导致在二次回路中电流不相等，继电器中流过不平衡电流ID10%减少不平衡电流方法是选用型号、特性完全相同的 级电流互感器，并按误差曲线进行校验。.max.max,0.5110sterkunbTAsterK K IIKKTAK最大不平衡电流：是同

5、型系数，当采用同型号时，取，否则取。 减少暂态过程最大不平衡电流的方法减少暂态过程最大不平衡电流的方法(a)在差回路中接入速饱和变流器在差回路中接入速饱和变流器UA(b)接入电阻接入电阻R。（用于小容量变压器和发电。（用于小容量变压器和发电机的差动保护上）机的差动保护上）优优点：点：区内故障时，流入KD的故障电流远大于继电器的起动电流，故差动保护灵敏度很高，且不受过负荷及系统振荡的影响。纵差保护的保护范围为被保护线路两侧TA之间的区域，保护范围稳定。纵差保护在外部故障时是不能动作的，故就不需要和相邻保护在动作值和动作时限上配合，所以可以实现全线速动，但不能作为相邻元件的后备保护。纵差保护在原理

6、上区分了线路内部与外部的故障，故不必采用逻辑延时元件就可无延时地切除线路两侧TA内任何地方的故障。l缺点：缺点：需用与输电线同等长度的辅助导线向对侧传输线路两侧的电流信号，这在技术上有困难，经济上也不合理；要装设专门的监视辅助导线是否完好的装置；装设专门的后备保护。l应用场合：应用场合：故纵差保护一般用于8-10km的重要的短线路，以及发电机、母线和变压器等重要元件作为主保护。v平行双回线的作用平行双回线的作用v为了提高电力系统并联运行的稳定性和增为了提高电力系统并联运行的稳定性和增加线路的传输容量，电力系统中对于重要加线路的传输容量，电力系统中对于重要的负荷用户常采用平行双回线运行方式，的负

7、荷用户常采用平行双回线运行方式，这种方式在每回线的两侧都装有断路器，这种方式在每回线的两侧都装有断路器，任一回路发生故障，只需切除故障线路，任一回路发生故障，只需切除故障线路，无故障线路继续运行。平行双回线路一般无故障线路继续运行。平行双回线路一般采用横联差动保护（横差保护），它装设采用横联差动保护（横差保护），它装设于平行线路的两侧。其保护范围为双回线于平行线路的两侧。其保护范围为双回线的全长。的全长。v相继动作是由于发生故障一端保护的启动元相继动作是由于发生故障一端保护的启动元件不能动作而引起的件不能动作而引起的;v相继动作并非无选择性动作相继动作并非无选择性动作,而是导致保护动而是导致保

8、护动作切除故障的时间延长一倍。作切除故障的时间延长一倍。v相继动作相继动作 区总是在保护安装处的对端区总是在保护安装处的对端,双端双端有电源的平行线上有电源的平行线上,横差保护同样存在相继动横差保护同样存在相继动作区。作区。 v优点：能迅速而有选择性切除平行线路上的优点：能迅速而有选择性切除平行线路上的故障，在相继动作区外的内部故障可瞬时切故障，在相继动作区外的内部故障可瞬时切除故障。实现起来简单、经济，不受系统振除故障。实现起来简单、经济，不受系统振荡的影响。荡的影响。v缺点：存在相继动作区，当故障发生在相继缺点：存在相继动作区，当故障发生在相继动作区时，切除故障时间增加动作区时，切除故障时

9、间增加1倍，由于采用倍，由于采用功率方向继电器，保护还存在死区。在单回功率方向继电器，保护还存在死区。在单回线运行时，横差保护要退出工作，为此需加线运行时，横差保护要退出工作，为此需加装单回线运行时线路的主保护和后备保护。装单回线运行时线路的主保护和后备保护。v横差电流方向保护适用于横差电流方向保护适用于66KV及以下的平行及以下的平行线路上线路上.v高频保护用电力线路上输送载波高频信号的高频通道和微波通道来代替辅助导线，构成高频保护和微波保护，传送线路两侧电信号，所以高频保护是将被保护线路首末两端的电流相位或功率方向转变为高频信号，然后利用输电线路本身构成高频电流的通道或微波通道将此信息传送

10、到对端加以比较而决定保护是否动作。v高频保护（载频50-300kHz）与线路的纵差保护类似，正常运行及区外故障时，保护不动作，区内故障全线速动。 v按反应工频电气量和非工频电气量分两大类。反应工频电气量的有方向高频保护、相差高频保护、距离高频保护。v方向高频保护：比较被保护线路两侧的功方向高频保护：比较被保护线路两侧的功率方向。率方向。v相差高频保护：比较被保护线路两侧的电相差高频保护：比较被保护线路两侧的电流相位。流相位。v反应非工频电气量的有高频电流保护、脉冲数字式高频保护。v按通道工作频率分为电力载波(50300kHz)、v微波保护(300030000MHz)。v按高频信号作用分为闭锁信

11、号、允许信号、跳闸信号；v按高频通道工作方式分为线路正常运行时长期发信工作方式及只有在线路故障时才启动发信的故障启动发信方式。v按对高频信号的调制方式可分为幅度调制和频率调制；v按两端高频信号的频率的异同分为单频制和双频制。v自20世纪的20年代末和30年代初，高频闭锁方向保护和电流相位差动高频保护相继问世。从20世纪50年代起，这两种高频保护得到不断改进和发展。v目前，高频闭锁方向保护和电流相位差动高频保护（其中包括高频距离保护）已成为220KV及以上电网的主保护，在110-220kv输电线路上高频保护的动作时间为50ms左右，在330kv及以上线路为40ms以下。它们对于电力系统的稳定运行

12、和安全可靠的工作起了十分重要作用。v高频通道有三种：有电力输电线路的载波高频通道有三种：有电力输电线路的载波通道，微波通道及光纤通道。通道，微波通道及光纤通道。v采用经加工后的输电线作为高频信号的传采用经加工后的输电线作为高频信号的传输途径（高频通道）的方法一般有输途径（高频通道）的方法一般有“相相地制地制”和和“相相相制相制”两种。两种。v“相相地制地制”是用经加工的一相输电线和是用经加工的一相输电线和大地作为高频通道的方法大地作为高频通道的方法;v“相相相制相制”是用两相经加工的输电线作为是用两相经加工的输电线作为高频通道的方法。高频通道的方法。v目前，目前，各国多采用各国多采用“相相地制

13、地制”高频通道高频通道。 高频阻波器高频阻波器v阻波器：阻波器：L、C并联谐振回路，谐振于载波频率。并联谐振回路，谐振于载波频率。v 对载波电流：对载波电流：Z1000限制在本线路。限制在本线路。v 对工频电流：对工频电流：Z0.04畅流无阻。畅流无阻。v结合电容器结合电容器 通高频、阻工频通高频、阻工频v连接滤波器连接滤波器 阻抗匹配阻抗匹配v高频电缆：将位于主控制室的高频收、发信机与户高频电缆：将位于主控制室的高频收、发信机与户外变电站的带通滤波器连接起来。外变电站的带通滤波器连接起来。v高频收、发信机高频收、发信机带通滤波器带通滤波器v两种： v长期发信方式：正常运行时，始终收发信（经常

14、有高频电流）。无高频电流是信号无高频电流是信号 v故障时发信方式：正常运行时，收发信机不工作。当系统故障时，发信机由启动元件启动通道中才有高频电流（经常无高频电流）。有高频电流是信号有高频电流是信号 v另：改变频率也是一种信号。v在短时发信和长期发信两种工作方式中，按接受到的高频信号的作用分三类：跳闸信号、允许信号、闭锁信号。v“高频信号”和“高频电流”是两个不同的概念。 v随着电力系统继电保护、通信及远动技术的日益发展，输电线路载波通道的容量已不能满足要求。因此微波通道在继电保护中得到应用。v微波就是超短波中的分米波、厘米波和毫米波。v我国继电保护的微波通道所用的微波频率一般为2000MHz

15、，6000MHz8000MHz。v利用微波通道传送微波信号以比较线路两端电气量构成的保护，称为微波保护。v微波保护是以微波通道传输线路两端电流相位，并比较两端电流相位动作的输电线路纵联保护。v微波通道是解决高频通道日益拥挤问题的一种有效办法。它能传送大量信息而且工作可靠。v(1) 大大扩大了可用频段，解决了电力线路载波通道频率不够分配的问题。v(2) 干扰小，可靠性高。线路故障、操作、电晕、雷电等，对微波通道基本上没有影响。v(3) 微波通道与输电线路没有直接的电的联系。因此线路故障、检修都不会影响通道的工作。而且试验、检修微波通道时不存在高压危险，人身和设备安全得到保证。v(4) 采用微波通

16、道的主要问题是投资大。 微波信号传送的距离不超过4060km，对于长线路要增设微波中继站，投资更大。通常只有在通信、保护、远动、自动技术等综合利用微波通道时，经济上才是合理的。v（5）由于电磁波在大气中传播时，存在折射和反射，这就使信号可能产生衰减，在使用中用考虑这点。 v由光纤通道传送信号构成的保护，称为光纤继电保护。由光发送器、光纤和光接收器等部分构成。v光发送器将电信号转换为光信号，经光纤传送至对侧，被对侧的光接收器接收并转换为电信号输出。 光纤v光发送器光发送器的作用是将电信号转变为光信号输出，一般由砷化镓或稼铝发光二极管或钕铝石榴石激光器构成。发光二极管的寿命可达百万小时，它是一种简

17、单而又可靠的电光转换元件。v光接收器光接收器的作用是将接受的光信号转变为电信号输出，通常由光电二极管构成。v光纤：光纤：用来传递光信号，它是一种很细的空心石英丝或玻璃丝，直径仅为100200um。光在光纤中传播。v光纤通道容量大，可以节约大量有色金属材料，敷设方便，抗腐蚀不受潮，不怕雷击，不受外界电磁干扰，可以构成无线电磁感应和很可靠的通道。但不足的是，通信距离不够长，用于长距离时，需要用中继器及其附加设备。高频方向保护高频方向保护l高频闭锁方向保护通过高频通道间接比高频闭锁方向保护通过高频通道间接比较被保护线路两端的功率方向，以判断较被保护线路两端的功率方向，以判断是保护范围内部故障还是外部

18、故障。是保护范围内部故障还是外部故障。l保护采用故障时发信方式保护采用故障时发信方式，并规定，并规定线路线路两端功率从母线流向线路时为正方向，两端功率从母线流向线路时为正方向，由线路流向母线为负方向。由线路流向母线为负方向。l当系统发生故障时，若功率方向为正，则高频发信机不发信，高频方向保护高频方向保护v电力系统继电保护装置是安装在系统主要元件发电机、变压器、输电线路、母线和电动机上的具有特殊功能的自动装置。当被保护的任一元件发生故障或处于不正常工作状态时，司职于保护该元件的自动装置，立刻作用于该元件的断路器跳闸切除故障或发出异常信号。v(4) 可靠性：当故障发生在保护范围内时，继电保护装置应可靠动作，不应拒绝动作；而在正常运行或故障发生保护范围外部的情况下，它应可靠不动作，不应发生误动作。v对继电保护装置的四个基本要求，最重要的是可靠性，也是电力系统作保护配置时应首先考虑的因素。v对于35kV以下的小电流接地系统输电线路保护，要求发生任何类型的相间短路时跳三相，并进行三相一次自动重合闸，一般配置电流速断、过电流保护及三相一次自动重合闸装置；对于单相接地故