第三讲输电线纵联差动保护

第三讲输电线纵联差动保护1第1页，共51页，2023年，2月20日，星期三主要内容一、输电线路的纵联差动保护二、平行双回线路的横联保护三、高频保护概述四、相差高频保护五、方向高频保护第2页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护1.电流保护和距离保护的缺陷第3页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护1.电流保护和距离保护的缺陷互感器传变的误差、线路参数值的不精确性以及继电器本身的测量误差等原因，可能将被保护线路对端所连结的母线上的故障，或母线所连接的其它线路出口处的故障，误判断为本线路末端的故障而将被保护线路切断。第4页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护1.电流保护和距离保护的缺陷改进措施保护的I段定值整定为线路全长的80%~85%；带时限的第II段切除对于其余的15%~20%线路段上的故障；对于某些重要线路采用纵联保护；第5页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护2.纵联差动保护的基本原理纵联差动保护的基本原理是同时比较被保护线路始端和末端电流的电气量，判断故障是否在本线路范围之内。导引线纵联差动保护是最简单的一种用辅助导线或称导引线作为通道的纵联保护。第6页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护3.元件的环流法纵联差动保护一次侧电流的正方向为从母线流向被保护的线路；两侧电流互感器一次回路的正极性均置于靠近母线的一端，二次回路的同极性端子相联接；差动继电器并联联接；第7页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护正常运行差动回路电流：继电器不动作。第8页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护外部故障差动回路电流：继电器不动作。第9页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护内部故障差动回路电流：单电源：1)2)双电源：当，继电器动作于跳闸。第10页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护元件环流法纵联差动保护的特点：正常运行时导引线中存在环流；继电器反应于电流而动作；适用于变压器、发电机和母线。第11页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护4.输电线的环流法纵联差动保护正常运行或外部故障继电器端电压较小，不动作第12页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护4.输电线的环流法纵联差动保护正常运行或外部故障继电器端电压较大，动作第13页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护环流法的特点正常运行时导引线中存在环流；当导引线发生开路故障时，保护要误动；当导引线发生短路故障时，保护要拒动。第14页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护5.输电线的均压法纵联差动保护接线图：第15页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护均压法的特点正常运行时导引线两端电压相等，方向相反；导引线开路，保护拒动；导引线短路，保护误动。第16页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护环流法和均压法的比较在导引线发生故障的情况下，导引线纵联差动保护不能正确工作；装有导引线监视和电力系统故障检测元件时，仅导引线发生故障是不会误跳闸的；当被保护线路与导引线几乎同时发生故障时，保护装置不正确工作是不可避免的；如果被保护线路先发生故障，由于导引线纵联差动保护的动作时间很快，一般在导引线故障前能可靠发出跳闸脉冲，保护不会拒动；如果导引线先发生故障，由于这类事故常由外力破坏引起，导引线大多属于开路故障，因此环流式的保护不受影响，能正确跳闸，而均压式的保护将拒绝动作。因此，通常多采用环流式接线的导引线纵联差动保护。第17页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护6.输电线纵差动保护的动作特性理论上，纵差保护动作是个突变的过程，既流过继电器的电流要么为零，要么大于动作电流；实际存在不平衡电流；动作特性：在电流特性图上划分动作与不动作区域。第18页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护6.输电线纵差动保护的动作特性幅值特性第19页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护6.输电线纵差动保护的动作特性相位特性当电流增大时，使保护误动作的相位差减小；电流幅值大的时候可靠性高。第20页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护6.输电线纵差动保护的动作特性复数比特性两端电流的复数比描述保护动作特性；保护的动作量=使保护动作的方程圆外为动作区第21页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护7.影响输电线纵差动保护正确工作的因素电流互感器的误差和不平衡电流；导引线的阻抗和分布电容；导引线的故障和感应过电压；

第22页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护CT误差和不平衡电流的影响故障的特征量包含在一次电流中；动作的判断依据是二次电流；一切导致一次电流到二次电流错误变换的因素都会引起继电器误动作；一切导致一次电流到二次电流错误变换的表现就是不平衡电流的存在。第23页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护环流法的稳态不平衡电流分析不平衡电流主要受励磁电流影响CT铁芯越饱和，励磁电流越大，随之增加二次电流的误差；一次电流确定时，二次负荷越大，铁芯越饱和；二次负荷确定时，一次电流越大，铁芯越饱和；第24页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护对CT的要求纵差保护的二次负荷一定，铁芯饱和程度主要受一次电流影响；当发生故障时，一次电流较大，铁芯饱和；内部故障时，继电器必须动作，无需考虑不平衡电流的影响；因此，只需考虑外部故障时，出现不平衡电流的问题。CT容量满足10%误差曲线时，不平衡电流的稳态值计算第25页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护暂态不平衡电流故障发生后，电网会经过短暂的过渡过程到达稳态运行；暂态过程中存在幅值衰减的周期分量和缓慢衰减的非周期分量；CT主要针对工频设计，几乎不能将缓慢变化的非周期分量变换到二次侧，而成为励磁电流；二次侧也存在非周期分量，增加了励磁电流；暂态过程中，励磁电流、不平衡电流大大超过稳态；第26页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护短路电流示例第27页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护CT的选型为了保证纵差动保护的选择性，差动继电器的起动电流必须躲开最大不平衡电流Ibp.max；因此，Ibp.max越小，保护的灵敏性就越好，故如何减小不平衡电流就成为一切差动保护的中心问题；为减小不平衡电流，对于输电线纵差动保护以及其它纵差动保护应采用型号相同、磁化特性一致、铁心截面较大的高精度的电流互感器，在必要时，还可采用铁心磁路中有小气隙的电流互感器。第28页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护导引线的阻抗和分布电容对保护的影响当纵差动保护用于较长的输电线时，导引线的阻抗增大，使隔离变压器GB的二次负载增大，因而使GB的传变误差增大。为了减小其二次负载，可以提高GB的变压比，但将使导引线上的分布电容电流和漏电流增大，同样增大GB的传变误差；GB二次电压过高时，将出现设备和人身安全，以及设备的管理体制等问题。纵差动保护只适于用在较短（一般应在20km以下）而且重要的输电线上。第29页，共51页，2023年，2月20日，星期三一、输电线路的纵联差动保护导引线的故障及感应过电压对保护的影响对于环流法接线，导引线断线将造成保护误动作，导引线短路将造成输电线内部短路时保护拒动；对于均压法接线，导引线断线将造成保护拒动，导引线短路将造成输电线内部短路时保护误动；短路电流、雷电可在导引线中感应产生过电压，应采取过电压保护措施。第30页，共51页，2023年，2月20日，星期三二、平行双回线路的横联保护1.横联方向差动保护的原理通过比较两回线路短路电流大小和方向，从而有选择地切除故障线路。装设在平行线路的两侧，每一侧将两回线路电流互感器的二次侧用差接方式连接，并将继电器的电流线圈接入差电流回路中。第31页，共51页，2023年，2月20日，星期三二、平行双回线路的横联保护2.横联方向差动保护原理分析正常运行或外部故障第32页，共51页，2023年，2月20日，星期三二、平行双回线路的横联保护2.横联方向差动保护原理分析线路1内部故障第33页，共51页，2023年，2月20日，星期三二、平行双回线路的横联保护2.横联方向差动保护原理分析线路2内部故障第34页，共51页，2023年，2月20日，星期三二、平行双回线路的横联保护相继的动作区在平行双回线路中，当短路点靠近对侧母线时，流过该侧保护的差电流很小，以致起动元件和方向元件都不动作；但流过对侧保护的差电流实际上为两回线路短路电流之和，所以差电流很大，对端保护动作，跳开断路器，之后全部短路电流将沿故障线路流向故障点，流入本侧继电器的差电流明显增大，保护动作。这种情况称为相继动作，此区域称为相继动作区。第35页，共51页，2023年，2月20日，星期三三、高频保护概述1.高频保护基本原理将线路两端的电流相位或功率方向转化为高频信号，然后，利用输电线路本身构成的高频（载波）电流通道，将此信号送至对端，以比较两端电流的相位或功率方向的一种保护。第36页，共51页，2023年，2月20日，星期三三、高频保护概述2.高频保护的分类按照工作原理的不同，可以分为两大类：①方向高频保护：比较被保护线路两侧的功率方向②相差高频保护：比较被保护线路两侧的电流相位第37页，共51页，2023年，2月20日，星期三三、高频保护概述3.高频保护的构成①继电保护部分②高频收、发信机③高频通道组成第38页，共51页，2023年，2月20日，星期三三、高频保护概述4.高频通道的构成原理相-地制高频通道的构成示意图。第39页，共51页，2023年，2月20日，星期三三、高频保护概述5.高频通道的工作方式（1）“长时发信”方式在正常运行情况下，收、发信机一直处于发信和收信工作状态，高频通道中始终有高频信号通过。（2）“短时发信”方式在正常运行情况下，收、发信机一直处于不工作状态，高频通道中没有高频信号通过。只有在系统中发生故障时，发信机才由起动元件起动，高频通道中才有高频信号通过。（3）“移频”方式在正常运行情况下，发信机向对侧传送频率为f1的高频电流；其作用是闭锁保护和对通道进行连续检查。当发生故障时，继电保护装置控制发信机移频，停止发送频率为f1的高频电流，而发出频率为f2的高频电流。第40页，共51页，2023年，2月20日，星期三三、高频保护概述6.高频信号的作用（1）跳闸信号高频信号是跳闸的充要条件（2）允许信号高频信号是跳闸的必要条件，但不是充分（3）闭锁信号收不到高频信号是跳闸的必要条件第41页，共51页，2023年，2月20日，星期三四、相差高频保护1.相差高频保护工作原理比较被保护线路两侧电流的相位—即利用高频信号将电流的相位传送到对侧去进行比较，这种保护称为相差高频保护。第42页，共51页，2023年，2月20日，星期三四、相差高频保护2.相差高频保护的构成相差高频保护主要部分包括起动元件，操作元件和比相元件。第43页，共51页，2023年，2月20日，星期三四、相差高频保护3.相差高频保护的工作原理当被保护线路外部故障时，两端电流相位差180°，两端发信机交替发信，通道中有连续的高频电流通过，收信机的接收端收到连续高频电流，输出解调为连续直流信号，闭锁比相元件，保护不动作。当被保护线路内部故障时，两端电流同相位，两端发信机同时发信，同时停信，所以通道流通着断续的高频电流，收信机也收到断续的高频电流，输出时有时无的方波脉冲，在无方波脉冲输出地半个周波里，开放比相电路，保护动作切除故障。由于动作时间只有半个周波（10ms），不足以保证跳闸的可靠性。因此增加脉冲展宽元件，把短脉冲展宽，以保证有足够的跳闸时间。第44页，共51页，2023年，2月20日，星期三四、相差高频保护4.闭锁角的整定两端电流最大误差角由最大误差角便可得到最大间隙角，因此闭锁角可由确定，一般取45°~60°。闭锁角在保证外部故障可靠不动作时，还应保证在内部故障时可靠动作，因此需要对闭锁角进行校验。第45页，共51页，2023年，2月20日，星期三四、相差高频保护5.闭锁角的校验按三相对称短路时可能造成的最大电流相位差校验假设n侧发生三相对称故障m侧相位角，间隙角n侧相位角