输电线路全线速动保护.

输电线路的全线速动保护输电线路全线速动保护1、全线速动保护的基本概念2、纵联方向保护的原理及特点（闭锁式、允许式）3、纵联差动保护的基本原理4、比率制动式纵联差动保护的原理及动作特性5、纵联保护的通信通道种类及各自特点6、影响纵联差动保护正确动作的因素7、闭锁式纵联方向保护需考虑的一些特殊问题8、功率倒向概念、对方向保护的影响及解决措施9、工频变化量方向元件基本原理及特点10、各种纵联保护的逻辑框图第一节输电线路纵联保护概述一、引言（纵联保护的提出）1.电流、距离保护的缺陷反映：一侧电气量缺陷：二段有延时，无法实现全线速动，MN123≥220kV难以满足快速性要求。k1k22.反映线路两侧电气量的纵联保护纵联保护：将线路一侧电气量信息传到另一侧去，两侧电气量同时比较、联合工作的保护。即线路两侧之间有纵向的联系的保护。纵联保护两端比较的电气量可以是流过两端的电流、电流相位和两端功率方向等，比较两端不同电气量的差别构成不同原理的纵联保护。纵联保护特点：可以快速、可靠地区分本线路内部任意点短路与外部短路，达到有选择、快速地切除全线路任意点短路的目的。第一节输电线路纵联保护概述3.输电线路的纵联保护反映：两侧（M、N）电气量12MNk1k2定义：通信通道、纵向连接、电气量特征对传、比较、判断、跳闸。通信设备通信设备通道特点：绝对选择性、无时限跳闸第一节输电线路纵联保护概述二、输电线路纵联电流差动保护基本原理根据基尔霍夫电流定律，线路两侧电流参考方向如上图所示。当线路上没有内部故障时，线路两侧的电流之和为零，即流入线路元件的电流之和为零；当线路有内部故障时，线路两侧电流之和不为零。输电线路纵联电流差动保护的工作原理：当差动电流时，认为是内部故障，保护动作。0NMrIII第一节输电线路纵联保护概述1.两端电流相量和三、输电线路两侧电气量的故障特征1KNMIIII0NMIIIMNk1MINI区内故障MNk2MINI区外故障（正方向：母线－线路）2.两端功率方向MNk1MINI区内故障区外故障MNk2MINIMSNSMSNS两侧功率方向均为正一侧功率方向为负第一节输电线路纵联保护概述3.两端电流相位特征假设：阻抗角、电势角相同0MNk1MINI区内故障MNk2MINI区外故障1804.两端测量阻抗区内故障：两端ZII（短路阻抗）均启动区外故障：近端ZII（短路阻抗）不启动。第一节输电线路纵联保护概述四、纵联保护基本原理1.纵联电流差动－两端电流相量和特征2.方向比较式纵联保护1KNMIIII0NMIIIsetNMIII－两端功率方向功率方向元件判断本端功率方向，功率方向为负者发出闭锁信号，闭锁两端保护－闭锁式方向纵联保护3.电流相位比较式纵联保护－两端电流相位特征4.距离纵联保护－两端测量阻抗MNk1k2第一节输电线路纵联保护概述1.按通道分类2.按原理分类导引线：≤10km，二次电气量，电流差动保护电力线载波：最广泛，输电线路，要求线路故障时能动微波：信息量大光纤：信息量大，抗干扰，近年短线路保护（1）方向比较式纵联保护:功率方向、测量阻抗判断结果（2）纵联电流差动保护：电流波形/相量、相位方向纵联保护距离纵联保护逻辑信号五、纵联保护基本原理的分类第一节输电线路纵联保护概述一、导引线通信保护原理：电流差动原理适用于短线路导引线KDi第二节纵联保护通道二、电力线载波通信1.原理功率方向（电流相位）高频信号（50－400kHz）通道：输电线路（相－相，相－地）2.构成输电线路阻波器耦合电容器连接滤波器高频收发信机接地刀闸第二节纵联保护通道保护装置保护装置电力线载波通道又称为高频通道高频通道：“导线―大地”构成输电力线载波通道。优点：最经济，可以只在一相线路上装设。缺点：高频信号的衰耗和受到的干扰都比较大。第二节纵联保护通道阻波器高频阻波器：将高频信号限制在本线路内传输。它对高频电流呈现很大的阻抗，对于工频电流，阻波器呈现的阻抗很小。连接滤波器：带通滤波器，使信号频带的高频电流能够顺利通过。阻抗匹配器，避免高频信号在传送过程中发生反射而引起高频能量的附加衰耗耦合电容器（结合电容器）：与连接滤波器共同配合，将高频信号传递到输电线路上，同时使高频收发信机与工频高压输电线路隔离。高频电缆：连接高频收发信机与连接滤波器一般采用同轴电缆高频收发信机：发送和接收高频信号的装置放电间隙（或避雷器）：对高频收发信机起过电压保护作用接地刀闸：在调整或检修高频收发信机、连接滤波器时，用它来进行安全接地。3.通道特点及适用保护原理无中继、经济、施工简单干扰影响大、实时性差×纵联电流差动优点：缺点：信号：传递状态信号（功率方向、电流相位）应用：方向比较式、电流相位比较式纵联保护4.通道工作方式1)正常无高频电流（故障启动发信方式）2)正常有高频电流（长期发信方式）3)移频方式（f1、f2）第二节纵联保护通道5.载波信号的种类&保护元件允许信号跳闸脉冲1保护元件跳闸信号跳闸脉冲MNk1MINIMSNSMNk2MININSMS允许式方向高频保护闭锁式方向高频保护允许信号跳闸信号要求：两侧I段有重叠区第二节纵联保护通道闭锁信号&保护元件闭锁信号跳闸脉冲三、微波通信频带宽（300－30000MHz）、抗干扰、不受线路故障影响（允许/跳闸信号）需中继（40－60km）、价格贵优点：缺点：应用：纵联电流分相差动保护四、光纤通信通信容量大、抗干扰、节省金属材料等需中继优点：缺点：应用：纵联电流分相差动保护电信号－光信号光纤第二节纵联保护通道3.微波通道把需要传送的信息调制成微波信号后，经过空间传播送到对端接收。微波信号的传送距离在50KM左右，超过这个距离需要设微波中继站来转送。微波保护。ABC光信号在光导纤维内传输具有衰耗低、抗干扰能力强、通信容量大、比微波通信提高10万倍以上等优点。目前光纤通信使用的波长为0.85um、1.31um、1.55um。光纤分多模光纤和单模光纤，后者比前者特性好，衰减小、频带宽适用于大容量远距离的通信系统。光纤通信光纤具有宽带、远距离传输能力强、保密性好、抗干扰能力强等优点,是未来通信网的主要实现技术。第二节纵联保护通道输电线路的光纤纵差保护一、光纤通信的特点1．通信容量大2．抗干扰能力强3．原料资源丰富4．线路架设方便二、光纤通道1．调制器将要传输的各路信息，调制成适合在光纤信道中传输的脉冲信号。2．光源把调制器输出的脉冲电信号调制成光信号。光源中继器光检测器光纤光纤调制器解调器激光器驱动电路原理图UBLD－UReVT2RcVT1103．光纤与光缆用来传送光信号，完成信息传输的任务。由玻璃纤芯、玻璃包层和护套组成。当n2＞n1，且光束的入射角度θ大于入射临界角时，光波在芯线和包层交界面发生全反射，光束在光纤线中沿Z字形路线前进，不会穿出包层而受到损失。图6－11光纤结构示意图包层n1护套纤芯n2θ光缆结构示意图电力特种光缆：全介质自承式光缆ADSS、架空地线复合光缆OPGW、缠绕式光缆GWWOP、捆绑式光缆AL－Lash、相线复合光缆OPPC等。加强芯塑料包皮缆芯填充物护套4．光检测器光检测器用来接收光信号，并将其转换成脉冲电信号。光检测器的主要元件为光电二极管。光电二极管由P型区、N型区、本征区三部分构成。本征区－－－－＋＋＋＋PN5．解调器对接收信号进行解码和分路处理。同步电路通过检测对侧发送的同步码，使发送与接收侧的信号时钟保持同步。6．光中继器对衰减的光波信号进行放大，并对失真的信号波形进行矫正，使光波信号得到再生。三、光纤纵联电流差动保护的原理MNM侧电流差动保护N侧电流差动保护光纤通道第三节纵联电流差动保护一、纵联电流差动保护原理MNk1k2KDMINImInIrI0NMIIKNMIII正常、外部故障：内部故障：1.工作原理基尔霍夫定律2.保护特性1）无制动作用NNTAnMMTAmIInIIInI11NMTAnmunbIInIII1setnmrIIIImax.kerssaperrelsetIKKKKImax.LrelsetIKI2min.setksetrsenIIIIK不平衡电流：躲过外部短路最大不平衡电流:躲过最大负荷电流（一侧CT断线）:整定：校验：（单侧电源最小方式最小短路电流）MNk1k2KDMINImInIrI第三节纵联电流差动保护MNk1k2KDMINImInIrI2）有制动作用nmII动作线圈：制动线圈：nmII正常、外部故障：内部故障：动作作用强，制动作用弱制动作用强，动作作用弱制动特性：动作电流不是定值，而是随制动电流变化的特性。动作方程：0opnmnmIIIkII动作区IdIbrkIop0mInImInInmII特点：内部短路时提高了灵敏性；外部短路时提高了可靠性。第三节纵联电流差动保护光纤分相差动保护运用电流差动原理，采用光纤通信作为通信手段构成的保护，性能优越，应用十分广泛。1、光纤差动的原理（1）电流差动元件差动电流制动电流nmbrkIIInmdIIIMNMIk1k2NImInI保护M保护N光纤通道二、光纤分相差动保护第三节纵联电流差动保护动作方程其中：Iset必须躲过正常运行时的最大不平衡电流（1）式为电流差动判据，（2）为比率差动判据采用制动特性的原因？动作特性（两段式））－（2,0.brkbrkbrkbrkdIIIKI）（1,0.0.brkbrksetdIIIIdI0.setIbrkIbrksetKI0.O第三节纵联电流差动保护分析内外部故障时保护的动作情况1）内部故障能可靠动作，有绝对的选择性kIMNMINIknmdIIII＝KnmbrkIIII）～＝（10dI0.setIbrkIbrksetKIO第三节纵联电流差动保护分析内外部故障时保护的动作情况2）外部故障可靠的不动作unbnmdIIII＝KnmbrkIIII2＝kIMNMINIdI0.setIbrkIbrksetKIO第三节纵联电流差动保护（2）电容电流对光纤差动的影响线路电容电流属不平衡电流，整定时应躲过其实测值。电容电流较大时可以进行补偿，方法如下：（3）保护的总启动元件①电流变化量启动元件②零序过流启动元件cIMNMINIcdCdIII第三节纵联电流差动保护（4）两侧电流的同步测量“同步数据”：同步采样、同时刻采样点计算1）基于数据通道的同步方法2）基于GPS的同步方法光纤分相差动保护主要用在110KV及以上的电压等级上作主保护使用。MNk1k2第三节纵联电流差动保护2、光纤分相差动的逻辑框图第三节纵联电流差动保护（1）内部故障情况（2）外部故障情况（3）TA断线情况（4）通道异常情况（5）本侧三跳情况第三节纵联电流差动保护二、纵联电流相位差动保护原理区内短路：两侧电流几乎同相；措施：正半周发信，负半周停发。区内:高频电流是间断的；wt0iminwt0imin区外短路：两侧电流相位几乎反相。区外:高频电流是连续的。MNk1k2wt0180360wt0180360理想情况第三节纵联电流差动保护区内短路间断角大，区外短路间断角小。间断角整定闭锁角：b确定区外短路的最大间断角。wtwtylbhTAbbb180180yl6100157yl61002201800bb动作区时保护不动。整定：第三节纵联电流差动保护校验：线路长度的增加，使得闭锁角整定值增大，动作角减小。ybl610022区内短路最不利情况下保护可能拒动。01800bb动作区7060MINEMEMNk2