电力系统继电保护应用技术05输电线路快速纵联保护

所谓快速纵联保护就是用某种通信手段将输电线路两端的保护装置纵向联系起来，以实现区内故障的全线快切。

全线故障快切是电力系统稳定运行必要条件之一；纵联保护又是实现全线故障快切的一种必要手段。第5章输电线路快速纵联保护5.1220KV及以上超高压线路的特点及保护配置〔1〕超高压线路特点1〕220kV及以上超高压线路是高压电网的骨干，线路联系紧密，传输的电能大，传输距离远，发生短路时，会严重破坏电力系统的稳定性；2〕采用大截面分裂导线、不完全换位；长线路、重负荷，电流互感器变比大；线路分布电容电流明显增大，电抗器补偿；交直流混合电网。〔2〕继电保护保护根本配置1〕根本原那么“加强主保护、简化后备保护〞

2〕根本配置双重全线速动主保护加断路器失灵保护，双重〔或单套〕阶段式距离、零序电流〔接地距离〕等后备保护和辅助保护。5.2线路纵联保护根本概念〔1〕输电线路纵联保护的组成图5.2输电线路纵联保护的结构框图〔2〕输电线路纵联保护的种类1〕按所用通道的分类①导引线纵联②电力线载波纵联③微波纵联④光纤纵联2〕按保护原理分类①纵联电流差动保护图5.3电流差动保护原理②方向比较式纵联保护允许方向、闭锁方向图5.6闭锁式、允许式、远跳式纵联保护

图5.5相位差动保护原理③相差保护5.3线路的光纤差动保护5.3.1无制动特性的线路纵差保护〔1〕线路纵差保护的根本原理图5.7环流法接线的纵差保护单相原理接线图〔2〕线路纵差保护的不平衡电流图5.8外部短路暂态过程中的外部短路电流和不平衡电流3〕无制动特性的线路纵差保护的整定计算灵敏度校验：5.3.2线路的光纤纵联差动保护(1)光纤通道1〕光纤与光缆①光纤的结构与分类图5.13光纤结构与光缆结构②光缆结构2〕光纤通信的原理与连接方式图5.14光纤通信原理图5.15光纤通道的两种连接方式3〕光纤通信的特点①频带宽，通信容量大。②传输损耗低，传输距离远。③制造光纤、光缆的原材料资源丰富，节省有色金属。④光缆具有体积小、重量轻，便于敷设和运输。光缆的适应性强,寿命长。⑤光纤通信抗电磁干扰，使用平安。(2)光纤保护(3)光纤分相电流差动保护1〕光纤分相差动保护原理电流整个方向规定由母线流向线路为正。①电流差动元件图5.16光纤保护的组成框图

差动电流为：制动电流为：最小差动电流电流：最小制动电流：

图5.17电流差动元件动作特性图中制动折线斜率〔或称制动系数〕：

比率制动差动保护动作方程为：图5.19内部故障图5.18外部故障图5.20分相电流差动保护原理逻辑框图2〕分相电流差动保护原理逻辑框图：3〕光纤分相电流纵差保护的评价动作速度快，整组动作时间不大于20ms；具有有完全选择性，可靠性高，可用于同杆双回线等。5.3.3无制动特性的线路横差保护〔1〕平行线路内部故障的特点图5.9平行线路供电网电流差是否为O可作为平行线路有无故障的依据，而要判断哪条线路短路，那么需要判断电流差的方向，根据这一原理实现的差动保护称为横联差动方向保护，简称横差保护。平行线路内部短路时，利用母线电压降低、平行线路电流不等的特点，同样也可判别故障线路。〔2〕横联差动方向保护1〕单相横联差动方向保护的构成图5.10单相横联差动方向保护2〕横联差动方向保护的工作原理3〕横联差动方向保护的相继动作区和死区图5.11横联差动方向保护相继动作区示意图4〕无制动特性横联差动方向保护的整定①躲过单回线路运行时的最大负荷电流。考虑单回线运行外部故障切除后，在最大负荷电流情况下可靠返回，那么动作电流为：②躲过平行线路外部短路时流过保护的最大不平衡电流。③躲过在相继动作区内发生接地短路故障时，流过本侧非故障相的最大短路电流：④灵敏度校验。不应小于1.5。5〕横联差动方向保护的评价〔3〕电流平衡保护原理图5.12电流平衡保护的原理图优点：只有电流相继动作区而没有死区，而且相继动作区比横联差动方向保护小。此外，动作迅速、灵敏放度足够高并且接线简单。本卷须知是在电源侧才能采用电流平衡保护。

5.4线路高频电流保护(1)高频保护的定义高频保护是以输电线载波通道作为通信通道的纵联保护。(2)高频保护的分类。方向高频保护和相差高频保护两大类。

5.4.2高频通道的构成原理最简单、经济的“相地制〞载波通道。

图2-2阻波器阻抗与频率的关系图5.21“相地制〞电力线载波高频通道的结构示意图

(1)高频阻波器(2)耦合/结合电容器〔滤波、隔工频〕〔3〕连接滤波器连接滤波器用来实现阻抗匹配。所谓匹配即信号源电阻与负载电阻相等。设线路侧线圈匝数为N1,，电缆侧线圈匝数为N2，假设线路阻抗为Zc1，电缆阻抗为Zc2那么匹配方成为：(4)高频电缆(5)保护间隙(6)接地开关/刀闸〔7〕收发信机完成信息的接收、加工〔调制、解调或信道编码〕、和发送。

图5.22发信机原理框图图5.23收信机原理框图5.4.3高频通道的工作方式和高频信号的种类(1)电力线载波高频通道的工作方式经常无高频电流(即所谓故障时发高频)、经常有高频电流(长期发高频)和移频等三种方式。

(2)电力线载波信号的种类闭锁信号就是指：“收不到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件〞。所谓允许跳闸信号那么是指：“收到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件〞。无条件跳闸信号，是指“收到这种信号是保护动作于跳闸的充分而必要的条件〞。(3)高频电流频率和收发信机调制方式图5.24高频保护信号逻辑图

图5.25单频制与双频制

5.4.4高频闭锁方向保护和相差高频保护的基本原理

高频闭锁方向保护，是以高频通道经常无电流而在外部故障时发出闭锁信号的方式构成。闭锁信号由短路功率方向为负的一端发出，这个信号被两端的收信机所接收，而把保护闭锁。利用非故障端发出闭锁路两端保护的高频信号，而对故障线路两端那么不需要发出高频信号。图4-3高频闭锁方向保护的作用原理系统发生振荡且振荡中心位于保护范围以内时，由于两端的功率方向均为正，保护将要误动；同时如果两端起动元件的灵敏度不相配合时，也可能发生误动作。(2)相差高频保护的根本原理

5.6影响线路保护性能的因数及对策5.6.1短路点过渡电阻对距离保护的影响(1)短路点过渡电阻的性质(2)单侧电源线路上过渡电阻的影响

图5.29单侧电源过渡电阻的影响

(3)双侧电源线路上过渡电阻的影响

图5.30双侧电源通过短路的接线图保护1和2的测量阻抗为：〔4〕过渡电阻对不同动作特性阻抗元件的影响图5.31过渡电阻对不同动作特性阻抗元件影响的比较〔5〕目前防止过渡电阻影响的方法有：1〕采用能容许较大的过渡电阻而不致拒动的阻抗继电器。2)过渡电阻大约经过0.1~0.15s后才迅速增大。通常距离保护的第Ⅱ段与第1段同时启动，将短路瞬间的测量阻抗值固定保持下来〔此时的阻抗受过渡电阻影响小〕，但经延时出口〔只适用于相间故障〕。

3)采用瞬态保护〔小波算法，故障分量算法等〕5.6.2电力系统振荡对保护的影响(1)电力系统振荡时电压、电流及阻抗变化

图5.33系统及振荡时的综合电势

假设，超前，角度。M侧振荡电流：M侧振荡电压：振荡时M侧的视在阻抗：(2)应对振荡的措施1〕电力系统发生振荡和短路的主要区别：振荡时，电流和各点电压的幅值均作周期性变化；而短路后，短路电流和各点电压的值是不变的；振荡时电流和各点电压幅值的变化速度较慢，而短路时电流是突然变化，速度很快。振荡时，任一点电流与电压之间的相位关系都随的变化而改变；而短路时，电流和电压之间的相位不变。