《继电保护第6章线路的纵联保护》由会员分享，可在线阅读，更多相关《继电保护第6章线路的纵联保护（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第六章 线路的纵联保护第一节 纵联保护的基本原理根据电流、电压和阻抗原理构成的系统保护，都是从线路靠近电源的一侧测量各种状态下的电气量，由于测量误差等原因，它们不能准确判断发生在本线路末端和下一线路出口的故障，为了保证选择性，只能缩小保护范围，在此范围内，保护可以瞬时动作，如电流和距离段。为了切除全线范围内的故障，必须另外增设保护，如电流和距离段，同样由于误差的原因，保护范围必然延伸到下一线路，与下一线路保护的保护范围交叉重叠，为了保证选择性，只有延时保护动作，使切除全线路范围内故障的时间延长。对于电力系统的重要线路和大容量高电压以及超高压线路，为了保证系统并列运行的稳定性和减小故障的损害程度
2、，对保护的速动性提出了更高的要求，必须瞬时切除全线路范围内的故障。线路的纵联保护可以满足要求。纵联保护是同时比较线路两侧电气量的变化而进行工作的。因此，在被保护范围内任何地点发生短路时，纵联保护都能瞬时动作。根据两侧电气量传输方式的不同，纵联保护主要分为导引线纵联保护（简称导引线保护）、电力线载波保护（简称高频保护）、微波纵联保护（简称微波保护）、光纤纵联保护（简称光纤保护）。第二节 线路的导引线保护一、 导引线保护的基本原理导引线保护是通过比较被保护线路始端和末端电流幅值、相位进行工作的。为此，应在线路两侧装设变比、特性完全相同的差动保护专用电流互感器TA，将两侧电流互感器二次绕组的同极性端
3、子用辅助导引线纵向相连构成导引线保护的电流回路，差动继电器KD并接在电流互感器的二次端子上，使正常运行时电流互感器二次侧电流在该回路中环流，根据基尔霍夫电流定律，流入差动继电器KD的电流等于零，如图6-1（a）所示。通常称此连接方法为环流法，将环流法接线构成的保护称为导引线保护。根据以上接线原理，对图6-1所示导引线保护原理进行分析。当线路正常运行或外部k点短路时，通过差动继电器KD的电流为 （6-1）当线路内部任意一点k短路时，分以下两种情况分析。（1） 线路为两侧电源供电，若两侧电源向短路点k提供的短路电流分别为和，短路点的总电流为，则流入继电器KD的电流 （6-2） 当达到差动继电器KD
4、的动作电流时，差动继电器TA瞬时动作，断开线路两电源侧断路器QF。（2） 线路为单侧电源供电，且设，若电源向短路点k提供的短路电流为，则流入继电器KD的电流 （6-3）当达到差动继电器KD的动作电流时，差动继电器KD瞬时动作，断开线路电源侧断路器QF。由以上分析可见，线路两侧电流互感器TA之间所包括的范围，就是导引线保护的保护范围。导引线保护按环流法接线的三相原理如图6-2（a）所示，实际导引线保护为了减少所需导线的根数，通常采用电流综合器I，将三相电流综合成一单相电流，然后传送到线路对侧进行比较。线路两侧的电流综合器I合成的单相电流和经隔离变压器TV后变成电压和，再由导引线连接起来。隔离变压
5、器TV的作用是将保护装置回路与导引线回路隔离，防止导引线回路被高电压线路或雷电感应产生的过电压损坏保护装置，同时还可以监视导引线的完好性。另外，通过隔离变压器TV提高电压，减小长期正常运行状态下导引线中的电流和功率消耗。图6-2（a）所示的综合器I 的A相匝数为n+2，B相匝数为n+1，C相匝数为n，正常运行时系统的一次电流如图6-2（b）所示，则综合器I的磁流相量如图6-2（c）所示。可见，正常运行时，综合器I有一不平衡输出，但对侧的综合器I也有不平衡输出，而且方向相反，因此，理想情况下，差动继电器KD的输入量为零，不会动作。用环流法分析，结果相同。正常运行或2侧外部短路时，方向与图6-2（
6、a）所示方向相反，且等于，即 （6-4）理想情况下，流入差动继电器KD的电流为 （6-5）继电器KD不动作。内部k点短路时，如图6-2（a）所示，流入继电器KD的电流，继电器将动作。实际上，外部短路时，由于各种误差的影响以及线路两侧电流互感器TA的特性不可能完全相同，故会有一个不平衡电流流入继电器KD。若流入差动继电器KD的不平衡电流过大，差动继电器TA必须采用更高的动作值，才能使导引线保护不误动作，从而降低了保护在线路内部故障时的灵敏度。这也是所有按环流法接线的导引线保护共同存在的问题。因此，有必要分析不平衡电流产生的原因，并设法减小它。二、 导引线保护的不平衡电流1. 稳态情况下的不平衡电
7、流在导引线保护中，若电流互感器具有理想的特性，则在系统正常运行和外部短路时，差动继电器KD中不会有电流流过。但实际上，线路两侧电流互感器TA的励磁特性不可能完全相同，如图6-3所示。当电流互感器TA一次电流较小时，铁芯未饱和，两侧电流互感器TA特性曲线接近理想状态，相差很小。当电流互感器TA一次电流较大时，铁芯开始饱和，由于线路两侧电流互感器TA铁芯的饱和点不同，励磁电流差别增大。当电流互感器TA一次电流大到使铁芯严重饱和的程度，则会因励磁阻抗的下降而使线路两侧电流互感器TA的励磁电流剧烈增加，差别显著增大，导致线路两侧电流互感器TA二次电流有一个很大的差值，此电流差值称为不平衡电流。电流互感
8、器TA二次电流表达式为 （6-6）式中 、分别为线路两侧电流互感器TA的励磁电流。正常运行、保护范围外部k点短路时，流入差动继电器KD的电流为 （6-7） 因此，导引线保护的不平衡电流实际上就是线路两侧电流互感器TA励磁电流之差。 为了保持一定的准确度，导引线保护使用的电流互感器TA应按10%误差曲线选取负载，则可保证变比误差不超过10%，角度误差不超过7。当保护范围外部短路时，通过电流互感器TA一次侧的最大电流为，若一侧电流互感器TA的误差为零，另一侧误差为10%，即fi = 0.1，外部短路时的不平衡电流达到最大，为。由于导引线保护采用型号和特性完全相同、误差接近的D级电流互感器TA，故在
9、不平衡电流中引入同型系数KSS，KSS在两侧电流互感器TA型号相同时取0.5，不同时取1，因此，流入差动继电器KD的最大不平衡电流为 （6-8）2. 暂态过程中的不平衡电流 由于导引线保护的动作是瞬时性的，因此，必须考虑在保护范围外部短路时的暂态过程中，流入差动继电器KD的不平衡电流。此时，流过电流互感器TA一次侧的短路电流中，包含有周期分量和非周期分量，如图6-4所示。中由于非周期分量对时间的变化率远小于周期分量的变化率，因而很难传变到二次侧，大部分作为励磁电流进入励磁回路而使电流互感器TA的铁芯严重饱和。此外，电流互感器TA励磁回路以及二次回路的电感中的磁通不能突变，将在二次回路中引起自由
10、非周期分量电流，因此，暂态过程中的励磁电流将大大超过其稳态值，其中包含大量缓慢衰减的非周期分量电流，使励磁电流曲线偏于时间轴的一侧。由于励磁回路具有很大的电感，励磁电流不能很快上升，因此在短路后的几个周波才出现最大不平衡电流。考虑到非周期分量电流的影响，在式（6-8）中应引入非周期分量影响系数Kun，取1.52，当采取措施消除其影响时，取为1，则最大不平衡电流幅值的计算式为 （6-9）为了保证导引线保护在外部短路时的选择性，其动作电流必须躲过最大不平衡电流来整定；为了提高导引线保护在内部故障时的灵敏度，应采取措施减小不平衡电流。三、 减小导引线保护不平衡电流的主要措施（1） 减小稳态情况下的不
11、平衡电流的措施是导引线保护采用型号和特性完全相的D级电流互感器TA，并按10%误差曲线进行校验、选择负载。减小暂态过程中不平衡电流的主要措施通常是在差动回路中接入具有快速饱和特性的中间变流器TA，如图6-5（a）所示。也可以采用在二次回路和差动继电器KD之间串入电阻的方法，如图6-5（b）所示。接入电阻可以减小差动继电器TA中的不平衡电流并使其加速衰减，但效果不甚显著，一般用于小容量的变压器和发电机上。四、导引线保护的整定计算1. 导引线保护动作电流的整定按以下两种情况计算（1）躲过外部短路时的最大不平衡电流 （6-10）式中 可靠系数，一般取1.21.3； 非周期分量影响系数，当保护采用带有
12、速饱和变流器的差动继电器时取1。（2）躲过电流互感器二次回路断线时流入差动继电器KD的最大负荷电流 （6-11） 取式（6-9）和式（6-10）中较大者作为差动继电器的整定值。为了防止断线时又发生外部短路而引起导引线保护误动作，还应装设断线监视装置，二次回路断线时，在发出信号的同时将保护自动退出工作。2. 导引线保护灵敏度的校验导引线保护的灵敏度应按单侧电源供电线路保护范围末端短路时，流过保护的最小短路电流校验，要求灵敏系数Ksen1.52，即 （6-12）第三节 线路的高频保护一、 高频保护的基本原理 线路的导引线保护单从动作的速度来讲，可以满足系统的要求，但是，它必须敷设与被保护线路长度相
13、同的辅助导引线，对于较长线路而言，从经济和技术的角度是难以实现的，因此，导引线保护只能作为57km短线路的保护，在国外也只用于长度为30km左右的线路。为了从高电压距离输电线路两侧瞬时切除全线路任一点的故障，可以采用基于线路导引线保护原理基础上构成的高频保护。高频保护是将测量的线路两侧电气量的变化转化为高频信号，并利用输电线路构成的高频通道送到对侧，比较两侧电气量的变化，然后根据特定关系，判定内部或外部故障，以达到瞬时切除全线路范围内故障的目的。高频保护根据构成原理来分，主要有相差高频保护、方向高频保护和高频闭锁距离保护以及高频闭锁零序电流保护目前，我国220kv及以上的高压或超高压线路中广泛
14、采用方向高频保护和高频闭锁距离保护以及高频闭锁零序电流保护。高频保护主要由故障判别元件和高频通道以及高频收、发信机组成，如图6-6所示。故障判别元件即继电保护装置，利用输入电气量的变化，根据特定关系来区分正常运行、外部故障以及内部故障。高频收、发信机的作用是接收、发送高频信号。发信机必须对所发信号进行调制，以使通过高频通道传输到被保护线路对侧的信号荷载保护所需要的信息，收信机收到被保护线路两侧的信号后进行解调，然后提供给保护，作为故障判别的依据。高频通道的作用是将被保护线路一侧反应其运行特征的高频信号，传输的被保护线路的另一侧。在电力系统中，通常利用输电线路间作高频通道，同时传输工频电流和保护
15、所需信号，为了便于区分，继电保护所需要的信号一般采用高频信号。由于高频信号荷载保护所需信息，因此，高频信号被称为载波，高频保护又被称为载波保护。载波信号一般采用40kHz500kHz的高频电流，若频率低于40kHz，受工频电流的干扰太大，且通道设备构成困难，同时载波信号衰耗大为增加，频率过高，将与中波广播相互干扰。二、 高频通道（一） 高频通道的构成原理电力系统中工频输电线路同时兼作高频通道。因此，需要对输电线路进行加工，即把高频设备与工频高压线路隔离，以保证二次设备和人身安全。为了防止相邻保护间高频信号的的干扰，影响保证保护动作的选择性，还需要对通道中的高频信号进行阻波，将其限制在本保护范围内。通常将经高频加工的输电线路称为高频信号的载波通道，又称为“高频通道”或简称“通道”。高频信号是由载波机（收、发信机）将其
