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1、1/91,第四章 输电线路纵联保护,2/91,4.1.1 输电线纵联保护概述,为此,设法将被保护元件两端(或多端)的电气量进行同时比较,以便判断故障在区内?还是区外?将两端保护装置的信号纵向联结起来,构成纵联保护。与横向故障的称谓进行对应比较(后面再用图例说明“纵、横”的区别)。,仅利用线路一侧的电气量所构成的继电保护(单端电气量),无法区分本线路末端与相邻线路(或元件)的出口故障,如:电流保护、阻抗保护。,3/91,单端电气量保护:仅利用被保护元件的一侧电气量,无法区分线路末端和相邻线路的出口短路,可以作为后备保护或出口故障的第二种保护。(通常设计为:三段式)。纵联保护:利用被保护元件的各侧
2、电气量,可以识别:内部和外部的故障,但是,不能作为后备保护。,4/91,输电线路纵联保护结构框图,在设备的“纵向”之间,进行信号交换,横向关系,(如:横向故障),5/91,纵联保护有多种分类方法,可以按照通道类型或动作原理进行分类。,1)通道类型:导引线电力线载波微波光纤,2)动作原理:比较方向比较相位基尔霍夫电流定律(差电流),还可以将通道类型与动作原理结合起来进行称呼。如:光纤电流差动(简称:光差),高频距离。,通道(信号交换手段),6/91,分析、讨论特征的目的:寻找内部故障与其他工况(正常运行、外部故障 )的特征区别和差异 提取判据,构成继电保 护原理。,4.1.2 两侧电气量的特征,
3、当然,构成原理后,再分析影响因素;并研究消除影响因素的对策、措施(需要权衡利弊)。,7/91,一、两侧电流相量和(瞬时值和)的故障特征基尔霍夫电流定律:在一个节点中,流入的电流等于流出的电流。按照继电保护规定的正方向: 指向被保护元件。那么,基尔霍夫电流定律可以修改为:在任何一个节点中,流入的电流之和等于0。下面,用图例说明。,8/91,基尔霍夫电流定律:,此式表明:流入节点的电流之和等于0。,按照继电保护规定的正方向,,得:,9/91,,就构成了继电保护原理 电流差动保护。广泛应用于各种设备的保护。,基尔霍夫电流定律的拓展:将节点拓展为一个封闭区域。,二者区别很大,被保护设备,设计区别的门槛
4、,10/91,,应当是:电流和保护。即:,从负荷(或外部短路)电流的特征看:,“电流差动”名称的来历(与规定方向有关):,即电流差0,按继电保护规定的正方向(或计算原理),但是,习惯成俗,仍然称为:差动保护。,若有电流差,就动作。,11/91,二、两侧功率方向的故障特征,1、正常运行,2、外部短路,3、内部短路,(为正),(为负),12/91,三、两侧电流相位的故障特征,1、正常运行,2、区外故障类似,13/91,3、区内故障,三、两侧电流相位的故障特征,14/91,四、两侧测量阻抗的故障特征,1、正常和区外故障,一侧阻抗可能动作,另一侧阻抗不动作。,2、区内故障,两侧阻抗均动作。,15/91
5、,归纳:,正常运行 或外部故障,内部故障,方向元件,两侧均为正,阻抗元件,一侧为正 一侧为负,一侧动作 一侧不动作,两侧均动作,(希望动作),(希望不动),特征分界,如何应用这些特征?后面陆续予以介绍。,电流相位,相位差,接近同相,16/91,4.1.3 纵联保护的基本原理,一、纵联电流差动保护依据两侧电流相量和(瞬时值和)的故障特征,即,基尔霍夫电流定律。, 动作门槛,17/91,4.1.3 纵联保护的基本原理,一、纵联电流差动保护依据两侧电流相量和(瞬时值和)的故障特征,即,基尔霍夫电流定律。,基本思路仍然适用, 动作门槛,18/91,分相电流差动保护的优点: 1)具有选择性好、可靠、灵敏
6、、快速的优点; 2)具有明确区分内部和外部故障的能力; 3)具有自然选相的功能; 4)不受运行方式、非全相、串补电容、转换性故障、同杆并架线路的跨线故障、振荡及振荡中再故障等因素的影响(受振荡的影响很小); 5)内部短路电流通常都大于差动电流的启动值。原理最好的保护,19/91,缺点:1)增加两侧信息交换的通道增加了复杂性。2)几乎不反映纵向短路。,3)采用导线实现线路两侧的信号交换时,导线(导引线)太长,更容易出现故障,容易烧毁(一次短路后,感应电流太大)。,因此,主要应用于:发电机、变压器、母线、电抗器等就近连接TA的保护中。,4)不能作为后备(所有纵联保护的缺点)。,20/91,漏电保安
7、器原理类似于差动保护(供了解)。,时,漏电保安器动作跳闸,被反应出来,安全电流的标准: 30mA,21/91,漏电保安器原理类似于差动保护(供了解)。,漏电保安器几乎不保护火线对零线的短路,几乎不动作!,22/91,空气开关(最简单的继电保护),反映短路电流,或过负荷,23/91,二、距离纵联保护(方向比较式纵联保护),M侧保护,N侧保护,阻抗动作 信息的交换,利用这样的特征(回顾):区内短路,两侧Z均动作。,需要2个独立的信号交换。,上述结构称为:允许式。,24/91,二、距离纵联保护(方向比较式纵联保护),M侧保护,N侧保护,1)区内故障,启动Z均动作两侧无延时跳闸,:简述信号交换与逻辑的
8、过程,阻抗动作 信息的交换,25/91,二、距离纵联保护(方向比较式纵联保护),M侧保护,N侧保护,1)区内故障,启动Z均动作两侧无延时跳闸,:简述信号交换与逻辑的过程,阻抗动作 信息的交换,26/91,至少一侧的Z不动两侧均不跳闸,二、距离纵联保护(方向比较式纵联保护),M侧保护,N侧保护,阻抗动作 信息的交换,2)区外故障,:简述信号交换与逻辑的过程,27/91,上述方式利用了距离II段(或III段等全线路有灵敏度)的测量元件,实现短路位置、方向的判别 构成:距离纵联保护。,也可以将 Z 元件更换为方向元件 构成:方向纵联保护。,距离纵联、方向纵联保护中,对方向元件的要求:1)具有明确的单
9、一方向性;2)能覆盖线路全长。,28/91,信号线上“有1出1”, 并闭锁两侧保护,M侧保护,N侧保护,还可以利用这样的特征:区外短路时,至少有一侧为负(或不动)。,上述结构称为:闭锁式。仅传输一个信号。,集电极 开路,29/91,信号线上“有1出1”, 并闭锁两侧保护,区外短路时,至少有一侧为负(或不动)。,集电极 开路,1)上图所示的区外故障,闭锁两侧保护!,M侧Z不动,持续发闭锁信号,两侧均不跳。,N侧Z动也无效,30/91,信号线上“有1出1”, 并闭锁两侧保护,区外短路时,至少有一侧为负(或不动)。,2)区内故障,31/91,信号线上“有1出1”, 并闭锁两侧保护,区外短路时,至少有
10、一侧为负(或不动)。,2)区内故障,32/91,信号线上“有1出1”, 并闭锁两侧保护,区外短路时,至少有一侧为负(或不动)。,2)区内故障,通道上, 无闭锁信号,两侧均满足跳闸条件,33/91,三、电流相位比较式纵联保护,区内故障,似乎可以设计为: 动作区域,正常运行,34/91,三、电流相位比较式纵联保护,区内故障,动 作 区 域,称为:相差保护,考虑误差后,35/91,4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换,信号交换的途径(通道):1、导引线通信。2、电力线载波。3、微波通信。4、光纤通信。,36/91,1)导引线方式主要应用于:发电机、母线、变压器、电抗器等保护中。仅应用于就近的TA连
11、接方式。 2)电力线载波仅传输“有”、“无”高频信号。主要应用于传输:方向或相位信息。 3)光纤通信可以传输较多的数字信息。如:传输三相电流、电压的采样值、相量、跳闸信息、断路器状态信息等,并且有校验码,可靠性很高。将光纤安置在架空地线中,构成:地线复合光缆OPGW。,37/91,4)微波通信也可以传输数字信息。但衰减受气候影响较大,且属于“视距传输”,传输距离受限制。,视距,地球半径r 约6360km,设h=100m时,,38/91,微波通信、光纤通信部分自学(重点:基本原理、特点),光纤与电流差动原理的结合,构成了目前最好的保护方式光纤差动保护(简称:光差)。其优缺点在前面已经说明了。,下
12、面,简单地说明:在电力线载波方式中,各主要模块的功能或作用。,39/91,“相-地”制高频通道示意图,电力线载波,输电线 (传输信号),40/91,“相-地”制高频通道示意图,电力线载波,对高频呈现开路, 对工频呈现 0.04欧,41/91,结合电容器,对高频呈现小阻抗, 对工频呈现开路,“相-地”制高频通道示意图,电力线载波,42/91,“相-地”制高频通道示意图,连接滤波器,电力线载波,43/91,“相-地”制高频通道示意图,高频电缆,电力线载波,44/91,“相-地”制高频通道示意图,保护间隙,电力线载波,45/91,“相-地”制高频通道示意图,接地刀闸,电力线载波,46/91,“相-地
13、”制高频通道示意图,高频收发信机,电力线载波,47/91,1)长期发信方式 正常有高频电流方式,2、高频通道工作方式,也是信号,信号,平时,故障时,高频载波只能体现“有高频”和“无高频”2个信息,1是信号,0也是信号!,48/91,2.高频通道工作方式,2)故障启动发信方式 正常无高频电流方式,3)移频方式,故障时刻,49/91,3、高频信号的应用,(1)跳闸信号,(2)允许信号,(3)闭锁信号,高频信号是跳闸的充分条件,高频信号是跳闸的必要 条件,但不是充分条件,收不到高频信号 是跳闸的必要条件,50/91,4. 3 闭锁式距离纵联保护 方向判别: 1)超范围的方向阻抗元件。 2)超范围的功
14、率方向元件。,称为:闭锁式纵联距离。 称为:闭锁式纵联方向。,重点介绍常用的闭锁式纵联距离。,51/91,时间元件的表示方法:,52/91,启动元件与阻抗之间的灵敏度配合:,53/91,一般t2为416ms (等对侧信号发过来),高频闭锁距离保护的原理接线图,t1100ms(确保两侧阻抗 元件返回后,才撤销高频),三个时间的作用,54/91,高频闭锁距离的逻辑工作过程,以M侧为例说明工作过程,适当地方再指出N侧的不同之处。红色表示:动作,或逻辑为1。,55/91,1)区外故障,以M侧为例说明工作过程,N侧类似,56/91,1)区外故障,以M侧为例说明工作过程,N侧类似,57/91,1)区外故障
15、,以M侧为例说明工作过程,先闭锁,防误动;同时,测试收信回路的完好性。,58/91,1)区外故障,以M侧为例说明工作过程,59/91,1)区外故障,以M侧为例说明工作过程,60/91,1)区外故障,以M侧为例说明工作过程,如果对侧高频信号没有传过来,会出现无闭锁信号。,61/91,1)区外故障,以M侧为例说明工作过程,如果对侧高频信号没有传过来,会出现无闭锁信号。没有t2延时 ,则立即满足动作条件。,62/91,区外故障逻辑过程的简单归纳: 1)故障时,两侧先启动,并且都发信。 2)正方向元件动作仅停止本侧发信。 3)反方向侧继续发信闭锁两侧保护。利用的特征:任一侧为负,就闭锁保护。,63/91,2)区内故障,以M侧为例说明工作过程,启动和发信的过程与前面是一致的,64/91,2)区内故障,以M侧为例说明工作过程,65/91,以M侧为例说明工作过程,两侧都 停发高频,2)区内故障,66/91,2)区内故障,以M侧为例说明工作过程,两侧都是如图标识的逻辑,跳闸,67/91,区内故障逻辑过程的简单归纳: 1)故障时,两侧先启动,并且都发信。 2)正方向元件动作仅停止本侧发信。 3)两侧都停信两侧保护立即跳闸。利用的特征:两侧阻抗均动作,就发跳令。,68/91,3)需要防止“功率倒向”的影响,