纵联保护第1讲new

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1、,第四章 输电线路纵联保护,4.1 输电线路纵联保护概述,4.1.1 纵联保护基本原理 （一）高压输电线路对保护的要求 高压输电线路故障的快速切除，对于维持同步稳定，防止元件故障发展为系统事故具有特殊意义。 （二）反映单端电气量保护的不足 距离、电流保护等反映单端电气量的保护无法识别线路末端、对侧母线、下级线路出口故障。因而无法实现全线速动，其根本原因是其动作判据本身不具备绝对的选择性。,PROBLEM：如何实现全线速动,4.1 输电线路纵联保护概述,4.1.1 纵联保护基本原理 单元保护（Unit Protection）,4.1 输电线路纵联保护概述,输电线路的纵联保护将线路一侧电气量信息传

2、到另一侧去，两侧的电气量同时比较、联合工作，也就是说在线路两侧之间发生纵向的联系，以这种方式构成的保护称之为输电线路的纵联保护。,以两端输电线路为例，一套完整的纵联保护其一般构成如右图所示： TV 电压互感器 TA 电流互感器,4.1 输电线路纵联保护概述,纵联保护的基本构成 双端保护 实现被保护元件两端电气量的采集处理。计算本端的电气量信息，如：电流，功率方向，电流相位，故障距离等 通信设备 将上述信息发送至对端的保护设备，同时接收对端保护发送的信息并送至本端保护单元 通信信道 信息传输的媒介,4.1 输电线路纵联保护概述,一般纵联保护可以按照所利用通道类型或保护动作原理进行分类：,导引线保

3、护：保护利用导引线传递两侧电流。,4.1 输电线路纵联保护概述,电力线载波保护：保护利用电力线本身传递两端特征信息。,4.1 输电线路纵联保护概述,微波保护：保护利用微波通信传递两侧保护特征量。,4.1 输电线路纵联保护概述,光纤保护：保护利用光纤通信传递两侧保护特征信息。,4.1 输电线路纵联保护概述,一般纵联保护按照保护动作原理进行分类： 方向比较式纵联保护两侧保护装置将本侧的功率方向、测量阻抗是否在区段内的“判别结果”等逻辑信息传送到对侧，每侧保护装置根据两侧的判别结果，区分是区内还是区外故障。 这类保护在通道中传送的是逻辑信号，不需要两端采样同步，而不是电气量本身，传送的信息量较少，但

4、对信息可靠性要求很高。按照保护判别方向所用的原理可分为方向纵联保护与距离纵联保护。,4.1 输电线路纵联保护概述,纵联电流差动保护利用通道将本侧电流的波形或代表电流相位的信号传送到对侧,每侧保护根据对两侧电流的幅值和相位比较的结果区分是区内还是区外故障。 这类保护在每侧都直接比较两侧的电气量，并且要求两侧信息采集的同步，信息传输量大，实现技术要求较高。,4.1.2 线路短路时两侧电气量的故障特征,纵联保护需要利用线路两端的电气量在故障与非故障时的特征差异构成保护。,4.1.3 纵联保护的基本原理,1 纵联电流差动保护 考虑CT误差、线路分布电容等因素的影响，动作判据实际上应为： 2 方向比较式

5、纵联保护 利用线路两端功率方向相同或相异的特征构成方向比较式纵联保护。,4.1.3 纵联保护的基本原理,3 电流相位比较式纵联保护 两端保护各将本侧电流的正、负半波 信息转换为表示电流相位并利于传送 的信号，送往对端，同时接收对端送 来的电流相位信号与本侧相位信号比较。 4 距离纵联保护 其基本原理构成和方向比较式纵联保护基本原理相似，只是用阻抗元件替代功率方向元件。 优点： 只有当故障发生在II段范围内时相应方向阻抗元件才起动，提高了保护的可靠性；一般高压线路配备距离保护为后备保护，距离保护的II段为方向元件，简化了纵联保护（主保护）的实现。 不足：后备保护检修时主保护被迫停运的。,（图4-

6、4：电流相位比较式纵联保护动作区示意图）,4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换 4.2.1 导引线通信,导引线通信-利用专门敷设在输电线路两端变电所之间的二次电缆传递被保护线路各侧信息的通信方式； 导引线纵联保护-以导引线为通道的纵联保护，常采用电流差动原理，其接线可分为环流式和均压式两种。,两侧电流互感器的同极性端子经导引线相连，在正常运行或外部故障时，两侧电流互感器的同极性端子的输出电流大小相等而方向相反，电流在两侧制动线圈及TA二次侧流过，动作线圈中没有电流流过，即处在电流平衡状态，此时导引线流过两端循环电流，故称环流式。,4.2.1 导引线通信,导引线纵差保护的突出优点-不受电力系统

7、振荡的影响，不受非全相运行的影响，在单侧电源运行时仍能正确工作。,两侧电流互感器的反极性端子经导引线相连。正常运行或外部故障时，导引线及动作线圈中均没有电流通过，二次电流只能分别在各自制动线圈及互感器二次绕组中流过，两侧导引线线芯间电压大小相等方向相反，处在电压平衡状态，这种工作模式也称为电压平衡原理。,同名端标识：一次电流由同名端流入，二次电流由同名端流出。,4.2.1 导引线通信,优点： 不受电力系统振荡的影响，不受非全相运行的影响，在单侧电源运行时仍能正确工作。,缺点： 需铺设专门的导引线，投资高，互感器二次负载较大。 导引线本身的故障，会引起保护的拒动或误动。 应用： 高压电网超短线路

8、（几公里或十几公里）。,4.2.2 电力线载波通信,1 电力线载波通道的构成 电力线载波通道又可分为使用两相线路的“相相”式和使用一相一地的“相地”式两种。“相地”式载波通道如下图所示。,（图4-7：阻波器特性） 阻波器的阻抗与频率的关系如图47所示。当其谐振频率为载波信号所选定的载波频率时呈现极高的阻抗（1000以上）从而使高频电流被阻挡在本线路以内。而对工频电流，阻波器仅呈现电感线圈的阻抗（约0.04），工频电流畅通无阻。,4.2.2 电力线载波通信,1 电力线载波阻波器,4.2.2 电力线载波通信,2 耦合电容器,耦合电容器的电容量极小，对工频信号呈现非常大的阻抗，同时可以防止工频电压侵

9、入高频收、发信机。 对高频载波电流则阻抗很小，与连接滤波器共同组成带通滤波器，只允许此通带频率内的高频电流通过。,4.2.2 电力线载波通信,3 连接滤波器,它是一个可调电感的空芯变压器和一个接在副边的电容。连接滤波器与耦合电容器共同组成“四端口网络”带通滤波器，使所需频带的电流能够顺利通过。 为使高频信号在收、发信机与输电线路间传递时不发生反射，减少高频能量附加衰耗，需要“四端口网络”使两侧的阻抗相匹配。同时空芯变压器的使用进一步使收、发信机与输电线路的高压部分相隔离，提高了安全性。,4.2.2 电力线载波通信,4 高频电缆、5 收发信机,电缆专门用来传输高频（被载波）信号，其波阻抗与收发信

10、机匹配。 发信机用来发出被载波的高频信号，发生故障、保护起动后发出信号（选定的频率、不大于24V电平），但也有采用长期发信故障起动后停信或改变信号的频率的工作方式。 收信机既接收来自本侧的高频信号又接收来自对侧的高频信号，两个信号经比较判断后，作用于继电保护的输出部分。 三相输电线路任意一相与大地之间都可以组成“相地”回路，任意两相间组成相相回路。,4.2.2 电力线载波通信,2 电力线载波通道的特点 优点： （）工作带宽窄：50400kHz。过低易受工频干扰，过高衰耗太大。 （）经济、使用方便，无中继通信距离长（几百公里）。 （）工程施工比较简单。 缺点：由于输电线载波通道是直接通过高压输电

11、线路传送高频载波电流的，因此高压输电线路上的干扰直接进入载波通道，高压输电线路的电晕、短路、开关操作等都会在不同程度上对载波通信造成干扰。 应用：高频载波通信速率低，仅适合传送逻辑信号。用于构成方向比较式纵联和电流相位比较式纵联保护。输电线载波通信还被用于调度自动化信息的传递、电力系统内部的载波电话等。,4.2.2 电力线载波通信,3 电力线载波通道的工作方式,4.2.2 电力线载波通信,4 电力线载波信号的种类 闭锁信号阻止保护动作于跳闸的信号。 只有同时满足以下两条件时保护才作用于跳闸： (1) 本端保护元件动作； (2) 无闭锁信号。 在闭锁式方向比较高频保护中：,4.2.2 电力线载波

12、通信,4 电力线载波信号的种类 允许信号允许保护动作于跳闸的信号。 只有同时满足以下两条件时保护才作用于跳闸： (1) 本端保护元件动作； (2) 有允许信号。 在允许式方向比较高频保护中：,4.2.2 电力线载波通信,4 电力线载波信号的种类 跳闸信号直接引起跳闸的信号。 跳闸的条件本端保护元件动作，或者对端传来跳闸信号。只要本端保护元件动作即作用于跳闸，与有无对端信号无关； 只要收到跳闸信号即作用于跳闸，与本端保护元件动作与否无关。,4.2.3 微波通信,1 微波纵联保护的构成 微波信号的调制可以采取频率调制（FM）方式和脉冲编码调制（PCM）方式，可以传送模拟信号，也可以传送数字信号。,

13、4.2.3 微波通信,2 微波纵联保护的特点 （1） 有一条独立于输电线路的通信通道，输电线路上产生的干扰如故障点电弧、开关操作、冲击过电压、电晕等，对通信系统没有影响。通道的检修不影响输电线路运行。 （2） 扩展了通信频段（30030000MHz），可以传递的信息容量增加、速率加快，可以实现纵联电流分相差动原理的保护。 （3） 受外界干扰的影响小，工业、雷电等干扰频谱基本上不在微波频段内，通信误码率低，可靠性高。 （4） 输电线路的任何故障都不会使通道工作破坏，因此可以传送内部故障时的允许信号和跳闸信号。 （5） 需要专门的微波设备及中继设备。,4.2.4 光纤通信,前图将微波设备换成光纤设

14、备，组成光纤保护。多为数字信号传输。 光调制器的作用是把电调制信号转换为适合光纤信道传输的光信号，如直接调制激光器的光强，如图4.11所示，或通过外调制器调制激光器的相位。 光探测器的作用是把经光纤传输后的微弱光信号转变为电信号。 电解调器的作用是把电信号放大，恢复出原信号。,图4.11 激光器的光强度调制,4.2.4 光纤通信,光信号在光纤中的传播过程如图4-12所示，由玻璃或硅材料制成的光纤为细圆筒空芯状，假定光线对着光纤射入，进入光纤内的光线按照入射方向前进，当光线射到芯和皮的交界面时会发生反射，如此不断向前传播。为了让光线在芯和皮的界面上发生全反射，而不折射到光纤外面去，需要采用适当的材料和保持光纤为一定的形状。,（图解：光纤棕榈树）,4.2.4 光纤通信,2 光纤通信的特点 优点： （）通信容量大。 （）可以节约大量金属材料。 （）光纤通信还有保密性好，不怕雷击，不受外界电磁干扰，抗腐蚀和不怕潮等优点。 （）利用光纤可以构成无电磁感应的、极为可靠的通道。 光纤通道成为当前电网的主要通信方式。 缺点： 通信距离还不够长， 100km需加装中继器及其附加设备；此外当光纤断裂时不易找寻或修复。,（图解：光纤圣诞树）,