电力系统继电保护原理PPT 4纵联保护

电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)第四章输电线路纵联保护PilotProtectionforTransmissionLines电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)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，即只采集线路一侧的电气量缺陷：Ⅱ段有延时，无法实现全线速动，MN123≥220kV线路难以满足快速性要求。k1k2电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)2.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相量、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，即可以实现全线速动。纵联保护：又称为单元保护。PilotProtection或UnitProtection电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)二、输电线路纵联电流差动保护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。（1）当线路上没有内部故障或外部故障（K2）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；（2）当线路有内部故障（K1）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电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)输电线路纵联电流差动保护原理的特点1、保护范围明确。保护范围是线路两侧电流互感器之间的范围。2、动作速度快，可实现全线速动，即全线路瞬时切除区内故障。这是由于纵联电流差动保护不需与相邻元件的保护配合。3、不受系统振荡、系统运行方式变化的影响。电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)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（正方向：母线线路）电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)3.两端电流相位特征假设：两侧系统阻抗角、电势角相同，正方向：母线线路0MNk1MINI区内故障MNk2MINI区外故障1804.两端测量阻抗区内故障：两端距离Ⅱ段ZII均启动区外故障：近端距离Ⅱ段ZII不启动，远端启动。电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)四、纵联保护基本原理利用不同特征差异的电气量可以构成不同的纵联保护原理（1）纵联电流差动保护原理（两端电流相量的故障特征）正常运行和外部故障时（K2）：内部故障时（K1）：或0NMIIIkNMIIIIsetkNMIIII（2）方向比较式纵联保护原理（两端功率方向的故障特征）正常运行和外部故障时（K2）：一侧功率正方向，一侧负方向。内部故障时（K1）：两侧功率都为正方向。电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)（3）电流相位比较式纵联保护原理（两端电流相位的故障特征）正常运行和外部故障时（K2）：两侧电流相位相差约为180°。内部故障时（K1）：两侧电流相位相差约为0°。（4）距离纵联保护原理（两端测量阻抗的故障特征）正常运行和外部故障时（K2）：两端的距离Ⅱ段测量阻抗一侧为反方向，另一侧为正方向。内部故障时（K1）：两端的距离Ⅱ段测量阻抗都在正方向。电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)五、纵联保护基本原理的分类1.按原理分类（1）方向比较式纵联保护:功率方向、测量阻抗判断结果（2）纵联电流保护：电流相量、电流相位方向纵联保护距离纵联保护逻辑信号电流数据信号2.按通道分类导引线：≤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，近年来被广泛采用电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)第二节纵联保护两侧信息的交换一、导引线通信（PilotWireCommunication）导引线i制动线圈动作线圈i动作线圈制动线圈（a）环流式（b）均压式保护原理：电流差动原理制动线圈动作线圈制动线圈动作线圈适用于短线路电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)二、电力线载波通信（PowerLineCarrierCommunication）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开关电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)电力线载波通道又称为高频通道高频收发信机由继电保护装置控制发出预定频率的高频信号高频通道：“导线―大地”构成输电线载波通道。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。电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)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×纵联电流差动保护优点：缺点：信号：传递状态信号（功率方向、电流相位）原理：方向比较式、电流相位比较式纵联保护4.通道工作方式电力线载波通道的工作方式：2)正常有高频电流（长期发信方式）3)移频方式（f1f2）1)正常无高频电流（故障启动发信方式）电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)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！电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)2.高频通道工作方式故障启动发信方式—正常无高频电流方式信号移频方式故障时刻1f2f信号信号电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)5.载波信号的种类&保护元件闭锁信号跳闸脉冲&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闭锁式方向高频保护允许式方向高频保护闭锁信号允许信号跳闸信号电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)MNk1MINIMSNSMNk2MININSMS闭锁和允许信号有什么区别？（1）闭锁信号，不易拒动内部故障：两端保护都不发出闭锁信号，保护可动作于跳闸。外部故障：一侧保护发闭锁信号，将两侧的保护都闭锁。（2）允许信号，不易误动外部故障：近故障点侧不发允许信号，故对端保护不能跳闸；内部故障：两端高频保护同时向对侧发出允许信号，使保护动作于跳闸。电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)三、微波通信（MicrowaveCommunication）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：原理：纵联电流分相差动保护四、光纤通信（OpticalFiberCommunication）通信容量大、抗干扰、节省金属材料等需中继优点：缺点：原理：纵联电流分相差动保护电信号－光信号光纤电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)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。电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)第三节方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护原理（两端功率方向的故障特征）正常运行和外部故障时（K2）：一侧功率正方向，一侧负方向。内部故障时（K1）：两侧功率都为正方向。方向元件（或功率方向测量元件）是纵联保护中的关键。电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)故障附加状态图中各点的电压、电流称为电压、电流的故障分量。工频故障分量：电压、电流故障分量中的工频稳态成分。工频故障分量的基本概念)()()(cba]0[kkUE工频故障分量方向元件：用工频电压、电流的故障分量构成的方向元件。电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)正常运行和外部故障时：两侧的故障分量功率方向一侧是线路→母线（N侧），另外一侧是母线→线路（M侧）。内部故障时：两侧的突变量功率方向为线路→母线。内部故障故障附加状态图外部故障工频故障分量的方向元件的工作原理电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)故障分量（工频变化量）的方向继电器正向故障（1）正向短路（线路MN内部短路故障）有：上式中的、也可以为故障分量中的负序、零序分量。所以：smmZIUmUmI180)arg(argrsrmmZZZIU即正方向故障时功率方向为正的判据为：90arg270rmmZIU电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)反向故障以M侧保护为例来分析：（2）反向短路（线路MN外部故障）有：上式中的、也可以为故障分量中的负序、零序分量。所以：mNmIZUmUmI0)arg(argrsrmmZZZIU即正方向故障时功率方向为负的判据为：90arg90rmmZIU电气工程与自动化学院(SchoolofElectricalEngineering&Automation)k1IUsZIk2U'sZ'sZIUsZIU90arg270IZUr22IZUs000IZUs90arg270222IZUr90arg270000IZUr90arg90222IZUr90arg90000IZUr90arg90IZUr2'2IZUs0'00IZUs区内故障区外故障1）不受负荷状态影响；2）不受振荡影响；5）不受过渡电阻影响；3）无电压