第四章 输电线路纵联保护

第四章输电线路纵联保护4.1输电线路纵联保护的基本原理和分类4.2输电线路纵联保护的通信通道4.3输电线路的导引线纵联差动保护4.4方向比较式纵联保护4.5相位比较式纵联保护4.1输电线路纵联保护基本原理和分类一、纵联保护及其构成输电线路的纵联保护，就是用某种通信通道(简称通道)将输电线两端或各端(对于多端线路)的保护装置纵向连接起来，将各端的电气量(电流、功率的方向等)传送到对端，将各端的电气量进行比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外，从而决定是否切断被保护线路。二、纵联保护的基本原理保护原理的本质是甄别系统正常和故障状态下电气量或非电气量之间的差别，纵联保护也不例外。输电线路的纵联保护就是利用线路两端的电气量在故障与非故障时的特征差异构成的。当线路发生区内故障、区外故障时，电力线两端电流波形、功率、电流相位以及两端的测量阻抗都有明显的差异，利用这些差异就可以构成不同原理的纵联保护。1.两侧电流量特征双端电源线路区内、外故障示意图(a)内部故障；(b)外部故障如图所示，有，在故障点有较大短路电流流出;MNk1IIII当线路发生内部故障时，2．两侧电流相位特征两端输电线路，若全系统阻抗角均匀，且两端电动势角相等，则当线路MN发生区内短路故障时，两侧电流同相位，即、相位差为0°；而当正常运行或发生区外短路故障时，两侧电流反相，即电流、相位差为180°。3．两侧功率方向特征当线路上发生区内故障和区外故障时，输电线两端的功率方向也有很大差别。令功率正方向由母线指向线路，则线路发生区内故障时，两端功率方向都由母线流向线路，两端功率方向相同，同为正方向；而发生区外故障时，远故障点端功率由母线流向线路，功率方向为正，近故障点端功率由线路流向母线，功率方向为负，两端功率方向相反。4．两侧测量阻抗值特征当线路区内短路时，输电线路两端的测量阻抗都是短路阻抗，一定位于距离保护Ⅱ段的动作区内，两侧的Ⅱ段同时启动；当正常运行时，两侧的测量阻抗是负荷阻抗，距离保护Ⅱ段不会启动；当发生外部短路时，两侧测量阻抗也是短路阻抗，但一侧为反方向，若采用方向特性的阻抗继电器，则至少有一侧的距离Ⅱ段不会启动。三、纵联保护的分类纵联保护按照所利用信息通道的不同类型可以分为导引线纵联保护、电力线载波纵联保护、微波纵联保护和光纤纵联保护四种。纵联保护按照保护动作原理，可以分为方向比较式纵联保护和纵联电流差动保护两类。4.2输电线路纵联保护的通信通道一、通信通道的构成和特点1．导引线通道导引线通道是纵联保护最早使用的通信通道，是由和被保护线路平行敷设的金属导线构成，用来传递被保护线路各侧信息的通信通道。2．电力线载波（高频）通道3．微波通道4．光纤通道电力线载波通道构成示意图1—阻波器；2—结合电容器；3—连接滤波器；4—电缆；5—高频收发信;6—刀闸⑴阻波器：阻波器是由一个电感线圈与可变电容器并联组成的回路。⑵结合电容器：结合电容器与连接滤过器共同配合将载波信号传递至输电线路，同时使高频收发信机与工频高压线路绝缘。⑶连接滤波器：连接滤波器由一个可调节的空心变压器及连接至高频电缆一侧的电容器组成。⑷高频收、发信机：发信机部分系由继电保护装置控制，通常都是在电力系统发生故障时，保护起动之后它才发出信号。二、高频信号的分类按照信号的性质或作用，可以将其分为闭锁信号、允许信号和跳闸信号。这三种信号可用以上任一中种通信通道产生和传送。1．闭锁信号。即无闭锁信号是保护作用于跳闸的必要条件，或者说闭锁信号是阻止保护动作于跳闸的信号。2．允许信号。允许信号是允许保护作用于跳闸的信号，或者说有允许信号是保护动作于跳闸的必要条件。3．跳闸信号。跳闸信号是直接引起跳闸的信号，或者说收到跳闸信号是跳闸的充要条件。高频保护信号逻辑图(a)闭锁信号；(b)允许信号；(c)跳闸信号4.3输电线路的导引线纵联差动保护4.4方向比较式纵联保护一、闭锁式方向纵联保护1．闭锁式方向纵联保护的基本原理闭锁式方向纵联保护作原理2．闭锁式方向纵联保护的基本构成纵联距离保护（1）基本原理纵联距离保护与纵联方向保护相同，作为220kV线路的主保护。一般由专用载波通道和三（四）段式相间和接地距离保护构成，而且采用闭锁式的形式较多。当被保护线路发生区内故障时，线路两侧保护中的起动元件（由负序、零序或正序电流突变量元件构成）立即起动本侧发信机发信（称为闭锁信号），然后由主保护中带方向的阻抗元件（一般按大于1.3倍线路阻抗整定）动作后立即停信，两侧都停信后收信回路即有输出，与带方向的距离阻抗元件构成“与”门，发出跳闸脉冲。当发生区外故障时，虽然远故障点侧方向阻抗能够停信，但近故障点侧处于反向，阻抗元件不动作、不停信，始终发闭锁信号，两侧保护均不跳闸。（2）主要功能和技术要求a.保护装置的起动逻辑由反映突变量的零序和负序元件构成。突变量元件起动后开放保护装置的动作出口回路，正常运行和系统振荡时不会起动，受外界影响小，抗干扰能力较强。此外，反映零序和负序突变量的元件在线路故障时起动速度快，有助于缩短保护固有动作时间，达到快速切除故障的目的。b.相间距离和接地距离保护中的阻抗元件整定阻抗应大于被保护线路全长的50%，一般情况下相间距离的一段阻抗整定在85%左右。接地距离因考虑接地电阻的影响，可适当缩小范围。c.在纵联距离保护装置中，应设置PT断线闭锁和振荡闭锁元件。当发生PT断线或系统振荡时闭锁保护。振荡闭锁应闭锁距离保护的一、二段阻抗。d.对载波通道的技术要求与纵联方向保护相同。线路正常运行时，应有对载波通道进行长期监视的手段，对专用载波通道，每天均应进行通道对试，以保证通道的完好。5.对线路纵联保护的评价(1)无论是纵联方向还是纵联距离保护，均能满足继电保护选择性、灵敏性、快速性、可靠性的要求。因此，两种保护目前仍然得到广泛的使用。(2)设备质量良好，性能稳定。因装置原因造成误动的情况虽有，但不是很多。(3)由于使用高频载波作为信号的传输工具，所以，载波通道受环境影响较大，因天气不好，会造成通道的衰耗增大，甚至有可能使保护短时退出运行。(4)高频通道设备应定期检验。增加了继电保护专业人员的维护工作量。4.5相位比较式纵联保护一、工作原理相差高频保护工作原理(a)网络图(b)内部故障时两端电流波形(c)外部故障时两端电流波形五、对相差高频保护的评价相差高频保护有一系列重要优点，在输电线路纵联保护发展过程中起了重要作用，目前在国外仍有应用。我国实现保护微机化后，因相差高频保护比相的分辨率决定于采样率，在采样率为每周期20次时，两次采样之间的间隔为18°，亦即比相的分辨率为18°。这大大影响了相差高频保护的性能，因而没有得到应用。随着微机保护技术的发展，高采样率硬件在性价比逐渐提高后，微机相差高频保护必将重新得到广泛应用。