华北电力大学精品课程-电力系统继电保护(黄少锋教授)—纵联(4)

1/91第四章输电线路纵联保护2/914.1.1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通信设备通信设备通信通道继电保护装置继电保护装置TATATVTV(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：53241IIIII053241IIIII改写为：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0IIIII543211I1I2I2I3I3I4I4I5I5I53241IIIII；流出：流入：，得：0Ij简写为：0tij）（更一般为：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。00）（或，仍然有：时，在正常运行和外部短路tiIjjKjII内部短路时，存在：二者区别很大被保护设备KI1I2I3I4I5I设计区别的门槛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：0'N'MII“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）00NMjIII但是，习惯成俗，仍然称为：差动保护。被保护设备LI'MIMN'NI——若有电流差，就动作。MINI11/91MNMN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MNKMPMPNPNPKMPNPLI（为正）（为负）12/91三、两侧电流相位的故障特征1、正常运行MNLiLMii＝LNii的相位相反与nmii2、区外故障类似LIMINI13/913、区内故障mini接近于同相位与nmii三、两侧电流相位的故障特征MNMINIK与两侧电势角度相关联14/91M侧阻抗区域M侧阻抗区域MNK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。MININ侧阻抗区域MNKMININ侧阻抗区域15/91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18016/914.1.3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。setnmjIII0I，得：由影响。误差、分布电容等因素考虑TAIsetMNR.mIR.nInmII反映了——动作门槛ImInI17/914.1.3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。setnmjIII0I，得：由影响。误差、分布电容等因素考虑TAIsetMNR.mIR.nInmII反映了ImInI发电机、变压器、母线等基本思路仍然适用——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、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。0IInm仍然存在：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）。mInI20/91漏电保安器——原理类似于差动保护（供了解）。1I2I火线零线漏电保安器）反映（21IIKI时,漏电保安器动作跳闸30mAII211I2I被反应出来安全电流的标准：≤30mAKI＝21/91漏电保安器——原理类似于差动保护（供了解）。1I2I火线零线漏电保安器很大KI漏电保安器几乎不保护火线对零线的短路1I2I!!!0——几乎不动作！）反映（21II22/91空气开关（最简单的继电保护）1I2I火线零线——反映短路电流，或过负荷电流继电器1I2I23/91跳闸&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IIIIMZIINZ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。MN需要2个独立的信号交换。上述结构称为:允许式。24/91跳闸&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IIIIMZIINZ1）区内故障MN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25/91跳闸&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IIIIMZIINZ1）区内故障MN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——两侧均不跳闸跳闸&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IIIIMZIINZMN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”,并闭锁两侧保护跳闸&跳闸&&&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。IIIMZIIINZ集电极开路MN29/91信号线上“有1出1”,并闭锁两侧保护跳闸&跳闸&&&区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。IIIMZIIINZ集电极开路MN1）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”,并闭锁两侧保护跳闸&跳闸&&&区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。IIIMZIIINZMN2）区内故障先发闭锁信号；闭锁两侧保护阻抗动作31/91信号线上“有1出1”,并闭锁两侧保护跳闸&跳闸&&&区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。IIIMZIIINZMN停本侧信号停本侧信号2）区内故障32/91信号线上“有1出1”,并闭锁两侧保护跳闸&跳闸&&&区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。IIIMZIIINZMN2）区内故障停本侧信号停本侧信号通道上，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000180区内故障似乎可以设计为：动作区域正常运行。相同的相位接近与区内故障：；相反的相位与正常运行或区外故障：nmnmiiii34/91三、电流相位比较式纵联保护影响，确定如下特性：的变化以及信号传输的考虑到000180区内故障动作区域称为：相差保护考虑误差后。相同的相位接近与区内故障：；相反的相位与正常运行或区外故障：nmnmiiii考虑电势角度差、延时等不动作区域（闭锁角）35/914.2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。36/911）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。37/914）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。l视距塔高hrhrhrl222222263600.171.3lkm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。39/91123572367123456723475收信发信保护收信发信保护88“相-地”制高频通道示意图电力线载波输电线(传输信号)40/91123572367123456723475收信发信保护收信发信保护88“相-地”制高频通道示意图电力线载波阻波器fZ1f对高频呈现开路，对工频呈现0.04欧41/91123572367123456723475收信发信保护收信发信保护88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42/91123572367123456723475收信发信保护收信发信保护88“相-地”制高频通道示意图连接滤波器电力线载波43/91123572367123456723475收信发信保护收信发信保护88“相-地”制高频通道示意图高频电缆电力线载波44/91123572367123456723475收信发信保护收信发信保护88“相-地”制高频通道示意图保护间隙电力线载波45/91123572367123456723475收信发信保护收信发信保护88“相-地”制高频通道示意图接地刀闸电力线载波46/91123572367123456723475收信发信保护收信发信保护88“相-地”制高频通道示意图高频收发信机收信发信电力线载波47/911）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！48/912.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信号3）移频方式故障时刻1f2f信号信号信号49/913、高频信号的应用(1)