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1、2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,1,第3章 电网保护原理,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,2,220kV及以上线路的保护要求： “加强主保护、简化后备保护”; 全线速动； 纵联保护； 近后备保护。,知识点: 掌握全线速动保护概念与双侧测量保护原理 了解各种通道组成 掌握纵联保护分类及相应保护的工作原理 了解新型方向元件判据及特点 学习微机型纵联保护原理框图,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,3,3.3.1纵联保护概述,1.全线速动保护与双侧测量原理,
2、2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,4,1.全线速动保护与双侧测量原理,（1）全线速动保护,继电保护无时限地切除线路上任一点发生的故障。,在高压输电线路上，为了保证电力系统运行的稳定性，需要配置全线速动保护。,前面学习的电流保护、方向电流保护、零序电流保护、距离保护均为“单侧测量”保护。即保护判据均来自线路一侧的电流、电压。,3.3.1纵联保护概述,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,5,（2）“单侧测量”保护无法实现全线速动？,因为“单侧测量”保护不利用动作时间则无法区分本线末与下线始端故障。,K1、k2故障时保护P测量的电流、电压
3、几乎一样,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,6,（3）“双侧测量”保护（纵联保护）如何实现全线速动？,a.以基尔霍夫电流定律为基础的电流差动保护,忽略了线路电容电流,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,7,b.比较线路两侧电流相位关系的相位差动保护,线路两侧电流相位相近,内部故障,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,8,c.比较两侧线路保护故障方向判别结果，纵联方向保护,线路两侧保护均判为正向故障,内部故障,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,9,纵联保护特点：,两侧保护需
4、要通道联系,两侧保护必须双侧同时工作,纵联保护判据具有“绝对选择性”， 区内、外故障时保护判据有明显差异,纵联保护在区外故障时不动作，没有远后备作用,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,10,2.纵联保护分类,（1）按通道类型分类,（a）导引线 两侧保护电流回路由二次电缆连接起来，用于线路纵差保护。,敷设、维护困难，仅用于特殊的10km以下短线路上，实际使用较少。,（b）载波通道 使用电力线路构成载波通道，用于高频保护。,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,11,（c）微波通道：,（d）光纤通道： 采用光纤数字通信技术，技术先进，信息
5、传输量大， 抗干扰性能好。,技术复杂，成本昂贵，较少采用。,用于微波保护。,目前迅速发展，正大量取代载波通道,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,12,（2）按保护原理分类,目前实际应用的纵联保护有3种：,纵联方向保护,方向原理,纵联距离、零序保护,电流差动原理,纵联差动保护,两侧保护均判为正向故障内部故障,纵联保护采用专用的方向元件判别故障方向,纵联保护利用距离中的方向阻抗元件及零序电流保护中的零序方向元件判别故障方向,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,13,（3）按通道传送信息含义分类,闭锁信号,N侧保护判断故障为反向故障，闭锁
6、本侧纵联保护,同时发出信号闭锁对侧（M侧）保护， 纵联保护收到信号即闭锁，信号的含义为“闭锁”。,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,14,允许信号,两侧保护判断故障为正向故障后，同时向对侧保护发出允许信号。,本侧保护判断故障为正向后还必须收到对侧保护发的允许信号，信号的含义为“允许”。,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,15,跳闸信号,两侧保护段动作跳开本侧断路器，同时向对侧保护发出跳闸信号。,收到对侧信号立即跳闸，信号的含义为“跳闸”。,只要两侧保护段动作区均超过50线路全长，即可构成远跳式全线速动保护。,2019/5/22,3
7、.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,16,3. 纵联保护通道,（1）导引线,二次电缆联系线路两侧保护的电流回路,敷设困难； 检测、维护通道困难； 电流互感器二次阻抗过大导致误差增大。,问题：,导引线为通道的电流差动保护较少用于线路保护， 广泛用于变压器、发电机、母线等元件保护。,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,17,（2）载波通道,有线通信，50-400kHz,1.阻波器,6.接地 刀闸,5.保护 间隙,4.电缆,2.耦合 电容器,3.结合滤波器,相地制载波（高频）通道,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,18,收发信机原
8、理框图,发信机,产生基准频率 fb如 1024kHz,获得载波频率 fo,获得基准频率 如0.25kHz,调制,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,19,收信机,96kHz 100kHz 104kHz,收到若干信号，例如：,本机f0100kHz fM12kHz，f1112kHz,与112kHz 混频,16kHz、208kHz,12kHz、212kHz,8kHz、216kHz,12kHz 滤波,12kHz,混频后得到f1f，f1f，f12f，,此信号 对应收信频率100kHz,f,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,20,“短时发信”与
9、“长期发信”方式,短时发信： 继电保护不启动时，发信机功放电源不投入 发信机工作轻松。需要人工定期检查通道完好,长期发信： 发信机始终投入，对发信机质量要求高 长期监视，容易发现通道问题,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,21,“单频制”与“双频制”,“单频制” 两侧发信机和收信机均使用同一个频率， 收信机收到的信号为两侧发信机信号的叠加,“双频制” 两侧发信机和收信机均使用两个频率， 收信机仅收到对侧发信机的信号,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,22,调幅与移频键控（FSK）,调幅以“有”、“无”方式传递高频信号,FSK以改变
10、频率的方式传递高频信号,专用方式：高频保护单独使用一台收发信机。 国产220kV保护常采用,专用方式与复用方式,复用方式：采用音频接口接至通信载波机， 与远动通信复用收发信机。 进口500kV保护常采用,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,23,微波通道容量大，不存在通道拥挤问题， 不受线路故障影响,（3）微波通道,无线通信方式 采用频率为2000MHz、6000 8000MHz,设备昂贵，每隔4060km需加设微波中继站，维护困难， 仅在个别载波通道应用确实困难的线路上用于纵联保护。,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,24,（4）
11、光纤通道,0 1,暗 亮,暗 亮,0 1,通道通信容量大，不受电磁干扰,除了用于纵联保护，更为广泛地用于电力系统通信领域,若条件许可，纵联保护首选光纤通道,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,25,专用光纤方式连接：保护单独使用一个光纤通道,数字复接方式连接：保护与通信复用光纤通道,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,26,3.3.2分相电流差动纵联保护,1.导引线保护,差动保护原理,判据为差动电流,difference,按“差动”定义理解,按“基尔霍夫电流定律”理解,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,
12、27,线路正常运行及外部故障时，若忽略误差,线路内部故障时，,纵差保护判据：,为故障点电流，,差动保护关键问题：不平衡电流,什么是不平衡电流？,一次电流相等， 二次电流之差不为零,不平衡电流如何产生？,两侧TA误差不一致,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,28,TA励磁电流,TA误差,TA励磁电流差异,差动保护不平衡电流,不平衡电流经验公式,同型 系数,TA 误差,一次 电流,TA 变比,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,29,2.光纤分相差动保护,使用光纤通道,采用差动保护原理,采用“比率制动”特性难点，关键,线路较长时考虑电容
13、电流补偿,首先讨论制动问题及电容电流问题,再介绍光纤分相差动保护组成及原理框图,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,30,（1）光纤分相差动保护原理,动作电流不是固定值,动作方程：,制动电流,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,31,外部故障情况,短路电流穿越M、N侧保护,0.5,10,只要Kres0.025， 动作电流比不平衡电流增长快,始终有IdIset， 不会误动,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,32,内部故障情况,只要IdIset， 保护即可动作,2019/5/22,3.3 220kV及以上电
14、压等级输电线路保护,33,采用“比率制动”优点,同样保证外部故障不误动情况下， 内部故障时动作电流小，灵敏度高,外部故障,无制动特性 时整定电流 KrelIunb.max,有制动特性 时整定电流 Iset,内部故障,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,34,*电容电流如何考虑？,线路电容电流对于差动保护属于不平衡电流， 整定时应躲过实测线路电容电流值。 电容电流较大时可以进行电容电流补偿，,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,35,（2）分相电流差动保护原理框图,保护总起动元件：起动后开放保护出口电源7秒,变化量,相间电流,浮动门坎,
15、固定门坎,反应相间 工频变化量,反应零序电流,或,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,36,保护差动元件组成：,零序电流差动元件；线路两侧零序电流差动,稳态分相差动元件；线路两侧相电流差动,变化量分相差动元件，取相电流的工频变化量进行计算。,差动元件之间逻辑关系为“或”,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,37,差动保护原理框图,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,38,起动,动作,动作,收信,内部故障，以A相接地为例,动作,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,39,TA断线
16、，闭锁差动保护(以A相断线为例）,动作,闭锁,D5关闭,对侧保护 不动作,闭锁,动作,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,40,通道异常情况，闭锁差动保护,动作,闭锁,D5关闭,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,41,3.3.3方向比较式纵联保护,基本原理：两侧保护均判为正向故障即为内部故障,实现方式：“闭锁式”或“允许式”,新型方向元件工作原理,纵联方向保护基本原则,纵联方向保护原理框图,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,42,1纵联方向保护工作原理 (1)“闭锁式” 工作原理,保护起动，判为反向故障,发信,单频制,收信为两侧发信叠加,收信,闭锁两侧保护,外部故障， 近故障侧发闭锁信号,内部故障， 两侧均不发闭锁信号,2019/5/22,3.3 220kV及以上电压等级输电线路保护,43,(2)“允许式” 工作原理
