高压线路保护.

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1、 高压线路保护原理介绍 2005.2.20 n n 相关基本知识 n n 高压线路保护要求及实现高压线路保护要求及实现 n n 主保护主保护 n n 后备保护后备保护 n n 辅助元件辅助元件 高压线路保护原理介绍高压线路保护原理介绍 相关基本知识 1. 1. 输电线路输电线路 电力系统: 生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在 一起而形成的整体成为电力系统； 电力网：电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网（升、降 变压器，各电压等级的输电线路）。 相关基本知识 2. 2. 输电线路的物理参数输电线路的物理参数 r C g L r r 反应线路通过电流时产反应线路通过电流时产 生有功

2、功率损失效应的电阻生有功功率损失效应的电阻 L L 反应截流导体产生磁场反应截流导体产生磁场 效应的电感效应的电感 g g 反应线路带电时绝缘介质中泄漏电流的电导反应线路带电时绝缘介质中泄漏电流的电导 C C 反应带电导线周围电场效应的电容反应带电导线周围电场效应的电容 包括架空线和电缆包括架空线和电缆 相关基本知识 电压等级划分电压等级划分: : 6666kVkV110110kV kV 中高压中高压 220kV 220kV 高压高压 330kV500kV 330kV500kV 超高压超高压 750kV 750kV 特高压特高压 单位长度输电线路电压等级越高单位长度输电线路电压等级越高 r/L

3、 r/L 小，小，C C大大 相关基本知识 3. 3. 输电线路故障的几个重要特征输电线路故障的几个重要特征 a.a.分析故障的一种基本方法：对称分量法分析故障的一种基本方法：对称分量法 将一种不对称的三相量分解为正序、负序、零序三相将一种不对称的三相量分解为正序、负序、零序三相 对称的三相量。对称的三相量。 . .故障类型：故障类型： 单相接地（、），两相接地（单相接地（、），两相接地（ 、），两相故障（、）、），两相故障（、） ，三相故障（）；及断线和转换性故障，三相故障（）；及断线和转换性故障 相关基本知识 单相接地（）单相接地（） ， ， 两相接地（） 两相接地（） ， ， 两相接地（

4、） 两相接地（） ， ， 三相故障（） 三相故障（） ， ， ， 相关基本知识 . . 距离测量问题距离测量问题 以相接地故障为例以相接地故障为例 电压方程：电压方程： 零序补偿系数零序补偿系数 K M 保护安装处到故障点的阻抗值保护安装处到故障点的阻抗值 高压线路保护的要求及实现高压线路保护的要求及实现 高压线路保护的设计要求高压线路保护的设计要求 满足可靠性、选择性、快速性和灵敏性。满足可靠性、选择性、快速性和灵敏性。 高压线路保护的配置原则高压线路保护的配置原则 a.a.除具备全相速动的纵联保护，还至少具有三段式相除具备全相速动的纵联保护，还至少具有三段式相 间、接地距离保护，反时限零序

5、或定时限零序方向电间、接地距离保护，反时限零序或定时限零序方向电 流保护的后备保护；流保护的后备保护； . .能适应用于弱电源系统；能适应用于弱电源系统； . .失压情况下，自动投入后备保护功能，允许失去失压情况下，自动投入后备保护功能，允许失去 选择性；选择性； 高压线路保护的要求及实现高压线路保护的要求及实现 高压线路保护的实现保护原理高压线路保护的实现保护原理 根本在于如何根据线路保护安装处的电流、根本在于如何根据线路保护安装处的电流、 电压找到故障特征，以准确区分各种状态，通电压找到故障特征，以准确区分各种状态，通 过这种区分达到保护的选择性，灵敏性，也就过这种区分达到保护的选择性，灵

6、敏性，也就 易于达到快速性。易于达到快速性。 高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护 1 .纵联保护的实现 按动作原理纵联保护可分为： 纵联方向（801）、纵联距离（802）：两侧保护仅判 别本侧电气量，利用通道将保护的方向元件的判别结果 传输到对侧，每侧分别根据两侧保护的动作判别结果, 以区分线路区内、外故障；按方向元件所用的原理可分 为纵联方向保护、纵联距离保护。 纵联差动（803）：两侧保护利用通道将本侧电流的 数据或电流的相量传送到对侧，每侧保护根据两侧电流 量进行判别，从而区分线路区内、外故障； 高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护 纵联方向、纵联距离按照其所利用通道的类型可以

7、分为 ： 电力线载波纵联保护专用通道和复用通道 专用通道：采用专用收发信机与保护配合，一般为闭 锁式； 复用通道：通过音频接口设备与载波机配合，一般为 允许式，也可构成闭锁式； 微波纵联保护微波通道 光纤纵联保护光纤通道 高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护 纵联差动保护通道连接方式： 纵联差动是利用专用的光纤通道或复用现有的数字 通信网络构成分相电流差动保护； 专用光纤通道方式： 需敷设专用的光纤通道，通道中仅传保护信号； 复用光纤通道方式： 复用现有的数字通信网络(微波或光纤)； 高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护( (纵联方向保护) 2. 纵联方向保护 a.保护的构成 主要采用

8、正序故障分量元件及零序方向元件， 经通道配合构成全线速动保护的纵联方向保护.以 负序分量及反映三相对称故障的判别元件（Ucos ）构成快速后备纵联保护。主保护根据故障不同时 段，投入不同的方向元件，使主保护完整、独立且 全过程投入。非全相运行主保护投入反映健全相的 工频变化量方向元件。 高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护( (纵联方向保护) b.保护的功能实现 可以与载波通道、光纤通道、微波通道等 连接构成闭锁式或允许式保护。 高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护( (纵联方向保护) 区内故障 区内故障 A B线保护启动后立即发闭锁信号；正方向元件动作，反 方向元件不动作，同时收信经

9、6ms延时确认，两侧保护停止发信。正 方向元件动作，反方向元件不动作，连续确认8ms无收信，保护选相 跳闸。 区外故障 A A线A 侧保护保护启动后立即发闭锁信号，正方向 元件不动作时一直发闭锁信号直到保护判无故障后整组复归。 区外故障 区外故障 Ia Ib B A A B 闭锁信号 闭锁信号 c.闭锁式 高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护( (纵联方向保护) d.允许式 区内故障 区内故障 A B线保护启动5ms后反方向元件不动作，正方向元件动 作，向对侧发允许信号，本侧收到允许信号经5ms确认，保护选相跳 闸。 区外故障 A A线A侧保护启动5ms后反方向元件不动作，正方 向元件动作

10、向对侧发允许信号，A 侧保护启动5ms后反方向元件动作 ，不发信，保护不动作。 区外故障 区外故障 IaIb B A A B 允许信号 允许信号 高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护( (纵联方向保护) e.正序故障分量方向元件 由于输电线路发生各种对称和不对称短路时都会出现正 序故障分量，而在消除正常负荷状态分量后，正序故障分 量就成为一个比负序、零序分量更为完善的新的故障特征 ； 内部故障正序故障分量等效网图 高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护( (纵联方向保护) f.纵联保护的弱馈功能 纵联弱馈逻辑： 1) 弱馈端正，反方向元件均不动作 2) 有一相或相间低电压 3) 弱馈投入

11、（控制字） 满足以上条件，对专用收发信机闭锁式，弱电源端在收到闭锁信号 8ms时快速停信，保证强电源侧快速跳闸。弱电源侧在确认收不到对侧 闭锁信号30ms后，弱馈端选相跳闸。 N F Im In=0或较小,电流故障分量小 弱电源,或负荷端 M 高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护( (纵联距离保护) 主方向元件采用综合阻抗方向元件,其它同纵联方向. 3. 纵联距离保护 综合阻抗元件：由多边形阻抗元件复合正序故障分量元件构成； 高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护( (纵联差动保护) 4. 纵联差动保护 a.保护的构成 由分相故障分量差动元件、稳态量差动元件构成全线 速动的主保护。由零序

12、差动元件延时100ms选跳构成后 备全线动作的主保护。每隔5ms向对侧传送一帧信息， 包括模拟量、保护投退情况、模拟量及调位等开关量监 视逻辑、远跳及远传信息等。 高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护( (纵联差动保护) b.保护的基本原理 Id = Ia + Ib 0 Id: 故障电流 A 正常运行、区外故障 Ia Ib B Ia Ib B 区内故障 A Id = Ia + Ib = 0 (基尔霍夫定律) 高压线路保护的主保护高压线路保护的主保护( (纵联差动保护) c.保护的动作方程 差流电流的门槛 比率制动系数 高压线路保护的后备保护高压线路保护的后备保护 1.距离保护 a.保护的构

13、成 三段式相间距离及三段式接地距离。相间距离保护 采用躲过负荷能力强的圆特性阻抗继电器，接地距离保 护采用耐过渡电阻能力强四边形特性阻抗继电器。 启动后循环计算阻抗，任一元件动作后，根据自适 应选相元件的选相结果选相跳闸。 具有完善的振荡闭锁功能，对于振荡中的故障还可 以自适应的采用不同的开放元件快速开放距离保护。 高压线路保护的后备保护高压线路保护的后备保护 b.保护的实现 相间距离 相间距离元件采用动作方程判别式，即圆特性的阻抗元件 。其阻抗元件由ZAB、ZBC、ZCA构成，相间阻抗元件是为 保护二相、三相故障而设置。 动作方程为： 高压线路保护的后备保护高压线路保护的后备保护 接地距离

14、采用测量阻抗方式，利用测量出故障相阻抗的电抗、电阻 分量实现多边形特性原理的单相距离元件； 测量方程为： 其中：U、I为相电压、相电流 I0为零序电流 从以上得出X、R，从而判别是否落入多边形的动作区； 零序电抗分量补偿系数 零序电阻分量补偿系数 线路正序电阻与正序电抗之比 高压线路保护的后备保护高压线路保护的后备保护 2.零序保护 设置了六段零序方向电流保护即零序电流-段 及零序不灵敏、段。全相运行及非全相运行时 各段保护的投退由压板控制，每段都各由控制字选 择经方向或不经方向元件闭锁。此外，还设置了带 延时的过流保护段及过流保护段，仅在TV断线 时由控制字选择投退； 高压线路保护的后备保护

15、高压线路保护的后备保护 对于高压输电线路发生接地故障时，将产生零序故障 分量，其不反应负荷及系统振荡，有较高的灵敏度。 零序元件实现： 零序过流 正向动作判据F0+ 高压线路保护的辅助元件高压线路保护的辅助元件 1.启动元件 2.选相元件 3.TV断线检测元件 4.纵联保护的通道自检及远方启信 5.自动重合闸 高压线路保护的辅助元件高压线路保护的辅助元件 纵联保护的通道自检及远方启信 通道试验自检通道试验自检：对闭锁式通道，正常运行时需进行通道信号交换 ，由人工在保护屏上按下通道试验按钮或按整定时间定时自检，本 侧发信，收信200ms 后停止发信；收对侧信号达5s 后本侧再次发 信，10s 后停止发信；本侧在15s内如收信回路有间断或3dB告警开 入则报通道异常; 200ms （本