第4章 输电线纵联保护.

1、1. 1. 按通道分类按通道分类纵联保护的分类 2. 2. 按原理分类按原理分类导引线导引线：10km10km，TA二次电流，电流差动保护二次电流，电流差动保护电力线载波电力线载波：最广泛，输电线路，要求线路故障时能动：最广泛，输电线路，要求线路故障时能动微波微波：信息量大信息量大光纤光纤：信息量大，抗干扰，近年信息量大，抗干扰，近年 短线路保护短线路保护（1 1）方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护: : 功率方向、测量阻抗判断结果功率方向、测量阻抗判断结果（2 2）纵联电流差动保护纵联电流差动保护：电流波形、相位：电流波形、相位方向纵联保护距离纵联保护逻辑信号电气量MNk1信息同步采集信息

2、同步采集一、电流、距离保护的缺陷反映：反映：缺陷：缺陷：MN123220kV 220kV 难以满足稳定性要求。难以满足稳定性要求。k1一侧电气量一侧电气量无法实现全线速动，无法实现全线速动，k2二段有延时，二段有延时，问题：保护切除时间和系统稳定性的关系？问题：保护切除时间和系统稳定性的关系？ PeIIPeIIImPTPeI0P Pt tm0PeIIPeIPT0P PPeIIIt t0二、输电线路两侧电气量的故障特征 1. 1. 两端电流相量和两端电流相量和二、输电线路两侧电气量的故障特征 1KNMIIII0NMIIIMNk1MINI区内故障MNk2MINI区外故障（正方向：母线线路）（正方向

3、：母线线路）2. 2. 两端功率方向两端功率方向MNk1MINI区内故障区外故障MNk2MINIMSNSMSNS两侧功率方向均为正两侧功率方向均为正一侧功率方向为负一侧功率方向为负3. 3. 两端电流相位特征两端电流相位特征0MNk1MINI区内故障MNk2MINI区外故障1804. 4. 两端测量阻抗两端测量阻抗区内故障：区内故障：区外故障：区外故障：两端两端 Z ZII II （短路阻抗）（短路阻抗）均启动均启动近端近端 Z ZII II （短路阻抗）（短路阻抗）不启动不启动。假设：电源电势相角相等无分布电容、TA、TV无误差Unit Protection通信设备通信设备通道特点：特点：三

4、、反映线路两侧电气量的纵联保护MNk1k2保护装置保护装置绝对选择性绝对选择性无时限跳闸无时限跳闸定义：定义： 通信通道、通信通道、两侧保护纵向连接、两侧保护纵向连接、 电气量特征对传、电气量特征对传、同时比较、联合工作。同时比较、联合工作。电流、功率方向、电流相位（反映两（反映两TATA间任意点故障）间任意点故障）四、纵联保护基本原理 四、纵联保护基本原理 1. 1. 纵联电流差动纵联电流差动两端电流相量和特征两端电流相量和特征2. 2. 方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护1KNMIIII0NMIIIsetNMIII两端功率方向两端功率方向功率方向元件判断本端功率方向，功率方向为负者发出功

5、率方向元件判断本端功率方向，功率方向为负者发出闭锁信号，闭锁两端保护闭锁信号，闭锁两端保护 闭锁式方向纵联保护闭锁式方向纵联保护3. 3. 电流相位比较式纵联保护电流相位比较式纵联保护两端电流相位特征两端电流相位特征4. 4. 距离纵联保护距离纵联保护两端测量阻抗两端测量阻抗MNk1k2第二节 纵联保护两侧信息的交换一、导引线通信（Pilot Wire Communication） （a）环流式（b）均压式保护原理：电流差动原理保护原理：电流差动原理适用于短线路二、电力线载波通信（Power Line Carrier Communication） 1. 1. 原理原理电流相位（功率方向）电流相

6、位（功率方向）高频信号高频信号（50400kHz）通道：输电线路（相相，通道：输电线路（相相，相地相地）2. 2. 构成构成输电线路输电线路阻波器阻波器耦合电容器耦合电容器连接滤波器连接滤波器高频收发信机高频收发信机接地开关接地开关3. 3. 通道特点及适用保护原理通道特点及适用保护原理无中继、无中继、经济、经济、施工简单施工简单干扰影响大、实时性差干扰影响大、实时性差纵联电流差动纵联电流差动优点：优点：缺点：缺点：原理：原理：4. 4. 通道工作方式通道工作方式1) 正常无高频电流（故障启动发信方式）正常无高频电流（故障启动发信方式）2) 正常有高频电流（长期发信方式）正常有高频电流（长期发

7、信方式）3) 移频方式（移频方式（f1、f2）方向高频保护方向高频保护相差高频保护相差高频保护5. 5. 载波信号的种类载波信号的种类&保护元件闭锁信号跳闸脉冲&保护元件允许信号跳闸脉冲1保护元件跳闸信号跳闸脉冲MNk1MINIMSNSMNk2MININSMS闭锁式方向高频保护同时满足以下两个条件才作用于跳闸：1.本端保护元件动作；2.无闭锁信号允许式方向高频保护同时满足以下两个条件才作用于跳闸：1.本端保护元件动作；2.有允许信号允许信号允许信号跳闸信号跳闸信号要求：两侧 I 段有重叠区闭锁信号闭锁信号阻止保护动作于跳闸的信号允许保护动作于跳闸的信号直接引起跳闸的信号三、微波

8、通信（Microwave Communication） 频带宽频带宽（30030000MHz）、）、抗干扰、抗干扰、不受线路故障影响（允许不受线路故障影响（允许/ /跳闸信号）跳闸信号）需中继需中继（4060km）优点：优点：缺点：缺点：原理：纵联电流分相差动保护原理：纵联电流分相差动保护四、光纤通信（Optical Fiber Communication） 通信容量大通信容量大、抗干扰、节省金属材料等抗干扰、节省金属材料等需中继需中继优点：优点：缺点：缺点：原理：纵联电流分相差动保护原理：纵联电流分相差动保护电信号光信号电信号光信号光纤第三节 方向比较式纵联保护一、闭锁式方向纵联保护1. 1

9、. 工作原理工作原理kBCAD123456闭锁信号闭锁信号故障线路：非故障线路：正常时正常时: : 无高频电流无高频电流; ;第三节 方向比较式纵联保护两端功率方向均为正，无闭锁信号，保护动作。功率方向为负的一侧发闭锁信号，将两侧保护闭锁。故障时：功率方向为负侧发送高频闭锁信号；故障时：功率方向为负侧发送高频闭锁信号；功率方向为正侧不发高频信号。功率方向为正侧不发高频信号。kBCAD123456闭锁信号闭锁信号区内故障伴有通道损坏时，保护能否正确动作？区内故障伴有通道损坏时，保护能否正确动作？&保护元件允许信号跳闸脉冲闭锁信号： 故障线路的保护不受通道损坏的影响能够可靠 动作，不会拒动

10、； 非故障线路的保护受通道损坏的影响会误动。如果传送的是允许信号呢？如果传送的是允许信号呢？答：受通道损坏的影响保护会拒动。2. 2. 闭锁式方向纵联保护的构成闭锁式方向纵联保护的构成跳闸停启收信&t20t10Y2&Y1KA2KA1KW+TVTA结合电容器KW+: 功率方向元件KA2: 高定值电流元件 停信KA1: 低定值电流元件 起动发信kBCAD123456闭锁信号闭锁信号跳闸停启收信&t20t10Y2&Y1KA2KA1KW+TVTA结合电容器4 4）单电源区内短路）单电源区内短路1 1）正常运行）正常运行3 3）区外短路）区外短路kBCAD123456闭锁

11、信号闭锁信号3. 3. 故障时保护动作行为分析故障时保护动作行为分析KA1、KA2 不起动2 2）区内短路）区内短路KA1启信KW+ KA2停信跳闸KA1启信KW+ 不停信闭锁2本本 节节 课课 内内 容容 总总 结结1. 两侧电气量故障特征2. 纵联保护的概念及优点4. 纵联保护的信息通道载波通道的构成、工作方式、信号性质5. 闭锁式方向纵联保护工作原理3. 纵联保护的分类（通道、原理）思考题：为何设思考题：为何设KA1、KA2两个启动元件？两个启动元件？ 为何设为何设t1、t2两个延时？两个延时？跳闸停启收信&t20t10Y2&Y1KA2KA1KW+TVTA结合电容器kBC

12、AD123456闭锁信号闭锁信号3. 3. 工频故障分量的方向元件工频故障分量的方向元件MNk1MINIMSNS1) 1) 不受故障类型影响、无死区；不受故障类型影响、无死区；要求：要求：2) 2) 不受负荷影响；不受负荷影响；3) 3) 不受振荡影响；不受振荡影响；4) 4) 非全相运行中发生短路正确判定。非全相运行中发生短路正确判定。功率方向元件的输入量：工频故障分量功率方向元件的输入量：工频故障分量区内故障区外故障Ik2UsZk1IUsZsZIUsZIU90arg270IZUr22IZUs000IZUs90arg270222IZUr90arg270000IZUr90arg90222IZU

13、r90arg90000IZUr90arg90IZUr22IZUs000IZUs1）不受负荷状态影响；）不受负荷状态影响；2）不受振荡影响；）不受振荡影响；3）不受过渡电阻影响；）不受过渡电阻影响；4）无电压死区；）无电压死区；5）有明确的方向性。）有明确的方向性。采用工频故障分量的方向元件有如下特点：采用工频故障分量的方向元件有如下特点：三、闭锁式距离(零序)纵联保护跳闸停启收信&t20t10ZITVTA结合电容器ZIIZIIItIItIIIBCAD123456k故障启动发信元件: ZIII方向判别、停信元件: ZII独立跳闸元件: ZI特点：区内故障瞬时动作，区外故障作为后备。一、纵

14、联电流差动保护原理MNk1k2KDMINImInIrI0NMIIKNMIII正常、外部故障：内部故障：1. 1. 工作原理工作原理基尔霍夫定律2. 2. 保护特性保护特性1 1）无制动作用）无制动作用NNTAnMMTAmIInIIInI11NMTAnmunbIInIII1setnmrIIIImax. ksternprelsetIKKKKImax.LrelsetIKI2min.setksetrsenIIIIK不平衡电流：躲过外部短路最大不平衡电流:躲过最大负荷电流（一侧CT断线）: 整定：校验：（单侧电源最小方式最小短路电流）MNk1k2KDMINImInIrIMNk1k2KDMINImInIr

15、I2 2）有制动作用）有制动作用nmII动作线圈：制动线圈：nmII正常、外部故障：正常、外部故障：内部故障：内部故障：动作作用强，制动作用弱动作作用强，制动作用弱制动作用强，动作作用弱制动作用强，动作作用弱制动特性：制动特性：动作电流不是定值，而是随制动电流变化的特性。动作电流不是定值，而是随制动电流变化的特性。动作方程：动作方程：0opnmnmIIIkII动作区I rI resI op0mInImInInmII特点：特点： 内部短路时提高了灵敏性；外部短路时提高了可靠性。内部短路时提高了灵敏性；外部短路时提高了可靠性。3. 3. 两侧电流的同步测量两侧电流的同步测量“同步数据同步数据”：

16、同步采样、同步采样、同时刻采样点计算同时刻采样点计算1）基于数据通道的同步方法）基于数据通道的同步方法2）基于）基于GPS的同步方法的同步方法采样时刻调整法采样时刻调整法同步采样：秒脉冲同步采样：秒脉冲相同时标：标准时间相同时标：标准时间采样数据修正法采样数据修正法时钟校正法时钟校正法纵联电流差动保护主要用在发电机、变压器、母线等集中参数元件上；超短距离输电线导引线保护中有所采用。MNk1k2二、纵联电流相位差动保护原理区内短路：两侧电流几乎同相；区内短路：两侧电流几乎同相；措施：措施：正半周发信，负半周停发。正半周发信，负半周停发。区内区内: : 高频电流是间断的；高频电流是间断的；wt0i

17、minwt0imin区外短路：两侧电流相位几乎反相。区外短路：两侧电流相位几乎反相。区外区外: : 高频电流是连续的。高频电流是连续的。MNk1k2wt0180360wt0180360理想情况区内短路间断角大，区内短路间断角大，区外短路间断角小。区外短路间断角小。间断角间断角整定闭锁角整定闭锁角 ：b确定区外短路的最大间断角。确定区外短路的最大间断角。wtwtylbhTAbbb180180yl6100157yl61002201800bb动 作区时保护不动。时保护不动。整定：校验：线路长度的增加，使得闭锁角整定值增大，动作角减小。线路长度的增加，使得闭锁角整定值增大，动作角减小。ybl610022区内短路最不利情况下保护可能拒动。区内短路最不利情况下保护可能拒动。01800bb动 作区7060MINEMEMNk2MININI610022100lIINMN N端保护先动作跳闸端保护先动作跳闸, ,停止本侧