继电保护原理第四章

第四章输电线纵联保护第一节输电线纵联差动保护第二节输电线的高频保护第四节输电线纵联保护的发展趋势反应单侧电气量保护的缺陷∵无法区分本线路末端短路与相邻线路出口短路。∴无法实现全线速动。原因：（1）电气距离接近相等。（2）继电器本身测量误差。（3）线路参数不准确。（4）LH、YH有误差。（5）短路类型不同。（6）运行方式变化等。对于超高压线路，一般要求采用能够瞬时切除本线路全线任一点故障的全线速动保护---输电线纵联保护。第一节输电线纵联差动保护输电线纵联差动保护的概念所谓输电线的纵联保护，就是利用某种通信通道（简称通道）将输电线两端的保护装置纵向联接起来，将各端的电气量（电流、功率方向）传送到对端，将两端的电气量比较，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。从理论上讲纵联保护具有决定的选择性。4.1.1输电线路纵联差动保护的基本原理纵联差动保护是最简单的一种利用辅助导线或称导引线作为通道的纵联保护。一、基本工作原理1、简单原理接线图1''()JMNMNlIIIIIn2、正常运行及保护范围外故障时11''()()0JMNMNddllIIIIIIInn()MNfdIIII或理论上，继电器上无电流流过，保护不动作；实际上，即使同型号的两台电流互感器，由于励磁电流的存在，其二次侧电流无法做到完全相互抵消。0MNJbpIIII由于电流互感器的误差和励磁电流的影响，在正常运行和外部短路时，仍有部分电流流入差动回路，此电流称为不平衡电流。3、保护范围内故障时11''()JMNMNdllIIIIIInnMNdIII在保护范围内部故障时，差点保护反应故障点的总电流。当时，继电器跳闸。.JdzJII二、输电线纵联差动保护实际接线原理分析按实际接线方式分为：环流法和均压法1、环流法（1）正常及外部故障时180MmmmnNnnJIIUUUIIUU与大小相等，相位相差相当于短路状态小继电器不动作（2）内部故障时.0MmmmnNnnJJdzJIIUUUIIUUII与不相等，相位相差相当于负荷状态大保护动作2、均压法（1）正常及外部故障时0MmmmnNnnmnIIUUUIIUII与大小相等，相位相差相当于开路状态和均较小继电器不动作2、均压法（1）内部故障时0MmmmnNnnmnIIUUUIIUII与不相等，相位相差18相当于负荷状态和较大继电器动作三、小结1、选择性：保护范围是两侧电流互感器之间所包括的范围，不需要与相邻元件的保护在整定值及动作时间上配合2、速动性：不需要与相邻元件的保护在动作时间上配合，可以迅速判断故障，实现全线速动；3、灵敏性：不需要与相邻元件的保护在整定值相配合，灵敏性较好；4、可靠性：需要辅助导引线等由于要求沿线布置辅助导引线，纵联差动保护只适用于在较短而重要的线路上。4.1.3影响输电线纵联差动保护正确工作的因素影响输电线纵联差动保护正确工作的因素主要有：1、电流互感器的误差和不平衡电流2、导引线的阻抗和分布电容3、导引线的故障和感应过电压一、电流互感器的误差和不平衡电流1、正常运行及保护范围外故障时A、不平衡电流是由于两端电流互感器的磁化特性不一致、励磁电流不相等导致的。B、继电器的起动值必须躲过最大的不平衡电流C、不平衡电流分为两种：稳态不平衡电流和暂态不平衡电流0JbpII()MNfdIIII或2、稳态情况下的不平衡电流（1）分析11()()JbpmnMLMNLNLMLNllIIIIIIIIIInn()MNfdIIII或不平衡电流实际上是两个电流互感器励磁电流之差；导致励磁电流增加的各种因素，以及两个电流互感器特性的差别，是使不平衡电流增大的主要因素。''''2211''22LLLLZZIIIIZZZZ（2）影响电流互感器误差的主要因素a、当一次侧电流一定时，二次侧的负载越大，则要求二次侧的感应电动势越大，因而要求铁芯中的磁通密度越大，铁芯就容易饱和；b、当二次侧负载已经确定后，一次侧电流的升高也将引起铁芯中磁通密度增大。因此，一次侧电流越大时，二次侧的误差也增大。（3）稳态不平衡电流的计算在考虑一次电流最大倍数时，应采用外部故障时，流过电流互感器的最大短路电流，并保证在这种最大的一次电流情况下，二次电流的误差不大于10%。.max0.1/bptxdlIKIn二、导引线的故障及感应过电压对保护的影响1、导引线的故障对保护的影响2、感应过电压对保护的影响（1）产生感应过电压的原因在输电线短路时，短路电流在导引线回路中感应产生过电压雷电在导引线中感应而产生过电压（2）影响：过电压仍有可能进入保护回路，造成保护装置中元器件的损坏。导引线故障环流法均压法断线可能误动可能拒动短路可能拒动可能误动第二节输电线的高频保护4.2.1高频保护的基本概念一、高频保护的定义应用载波技术，以输电线路本身作为通道，将线路两侧工频电气量（或两侧阶段式保护中测量元件的判别结果）调制在频率为AC40V--500kHz的高频电波上，沿通道互相传送；两侧保护接收到此高频电波后，再将其还原为工频电气量（或判别结果）并在各自的保护中比较这些量，以判别是区内故障还是区外故障。目前，高频保护是220kV及以上电压等级复杂电网的主要保护方式，可以实现无时限快速保护。电气量二、高频保护的构成高频保护由继电保护部分、高频收、发信机和高频通道构成。继电保护收信机发信机收信机发信机继电保护电气量通道三、高频保护的分类：按照工作原理分两大类，方向高频保护和相差高频保护。方向高频保护：比较被保护线路两侧的功率方向。相差高频保护：比较被保护线路两侧的电流相位。按比较方式分：直接比较方式和间接比较方式按两侧发信机工作频率的异同：单频制和双频制按高频通道的工作方式：长期发信方式、故障起动发信方式和移频发信方式。4.2.2高频通道的构成原理高频通道分为“相-相”和“相-地”两种连接方式，我国广泛运用“相-地”制。（一）高频通道组成1、阻波器（1）原理：L、C并联谐振回路，谐振于载波频率。对载波电流：Z1500Ω——限制在本线路。对工频电流：Z0.04Ω——畅流无阻。2、结合电容器（1）原理：结合电容器的电容量很小，对工频电流呈现很大的阻抗，对高频电流呈现很小的阻抗。（2）作用：低压工频线路耦合到高压设备上，通高频，阻工频---可防止工频高压侵入高频收发信机。（2）作用：通工频，阻高频高频信号被限制在被保护输电线路的范围以内，而不能穿越到相邻线路上去。3、连接滤波器（1）原理一个绕组匝数可以调节的空心变压器和一电容器组成滤波器。（2）作用A、与结合电容器组成带通滤波器，减少其他高频信号的干扰B、阻抗匹配C、使高频收发信机进一步与高压设备隔离。4、高频电缆将位于主控制室的高频收、发信机与户外变电站的带通滤波器连接起来。5、高频收发信机作用：向本端及对侧发送高频信号接收本端或对侧的高频信号4.2.3高频通道工作方式及高频信号的应用一、高频通道工作方式高频通道工作方式有经常无高频电流方式（即所谓故障时发信）和经常有高频电流方式（即所谓长期发信）。1、经常无高频电流方式正常情况下发信机不发信，通道中无高频电流流过；当系统故障时，发信机由起动元件起动发信，通道中才有高频电流出现。优点：对邻近通道的影响小，可以延长收发信机的寿命。缺点：必须要有起动元件，无法实时监测通道是否完好。我国目前电力系统广泛采用这一方式。2、正常有高频电流方式正常情况下，发信机连续发信，通道中经常有高频电流通过、优点：通道的工作状态可以得到经常监视，可靠性较高；无需发信起动元件，使保护简化，并可提高保护的灵敏度缺点：增大了通道间的相互干扰，并降低了收发信机的使用年限高频保护的信号应在系统故障情况下起作用，当线路内部故障时，将保护开放，允许保护跳闸；当线路外部故障时，将保护闭锁。二、高频信号的作用按高频信号的应用分三类：跳闸信号、允许信号、闭锁信号BHGSX或门1、跳闸信号---高频信号是跳闸的充分条件3、闭锁信号---收不到高频信号是跳闸的必要条件·跳闸2、允许信号---收到高频信号是跳闸的必要条件BHGSX与门跳闸BHGSX与门跳闸高频信号4.2.4方向高频保护一、高频闭锁方向保护的基本原理内部接地时：保护3、4：正方向故障，两侧都不发高频信号，保护动作跳3、4DL；外部接地时：保护2、5：反方向故障，它们发出高频闭锁信号，送至保护1、6、2、5。AB，BC线路均保持不动它是以由短路功率为负的一侧发出高频闭锁信号，这个信号被两端的收信机所接收，而把保护闭锁。故称高频闭锁方向保护。二、方向高频保护的组成由起动元件、功率方向元件、记忆元件KT1、时间元件KT2、与门、禁止门1、2及收发信机组成三、高频方向保护动作情况分析（1）正常运行时（2）内部故障时（两端供电及单端供电时）外部故障时2、两个灵敏度不同的起动元件I2/I1=1.6~2防止区外故障误跳闸若采用一个起动元件，当区外接地时，由于LH误差，起动元件误差。S+侧起动元件动作，S-侧起动元件未动。S+侧误动。采用两个起动元件I1I2，S+侧I2动作时，S-侧I1一定动作，故可防止误动。时间配合延时元件的作用：等待对端高频信号的到来，防止区外故障造成保护的误动作。在具有远方起动发信的高频闭锁保护中，延时时间一般取10ms。记忆元件的作用：防止外部故障切除后，近故障点端的保护起动元件先返回停止发信，而远故障点的起动元件和功率方向元件后返回，造成保护误动作；二、高频闭锁负序方向保护的构成原理1、对方向元件的要求：①能反映所有类型的故障②没有死区③正常负荷状态下不动作④系统震荡时不会误动作⑤线路两端在灵敏度上容易配合高频闭锁方向保护中，广泛采用负序功率方向继电器作为方向元件，构成高频闭锁负序方向保护。正方向时触点向下闭合；反方向时触点向上闭合；B、具有工作线圈和制动线圈的极化继电器2ZJC、串接于起动发信机回路的带延时返回的中间继电器1ZJ；出口跳闸继电器3ZJ2、保护的构成A、双方向动作的负序功率方向元件GJ2;3、保护动作分析A、正常运行时由于没有负序功率，所以不会动作；B、内部故障时两侧高频机均不发信，两侧极化继电器工作线圈带电，保护动作C、外部故障时反方向故障侧（靠近故障点的一侧）发信机起动一、相差动高频保护的基本原理1、基本工作原理相差动高频保护是利用高频电流信号，比较输电线路两侧电流相位，从而决定是否动作的一种保护。规定电流正方向从母线→线路；在内部故障时，两端电流相位相同，保护装置动作；当外部故障时，两端电流相位相差180°，保护装置不应动作。4.2.5相差动高频保护2、相差动高频保护的动作原理理想：区内故障：φ=0°停信间隙γ=180°区外故障：φ=180°停信间隙γ=0°180可见实际：区内故障：φ0°停信间隙γ180°区外故障：φ180°相差动高频保护实际上就是要找出外部故障可能出现的最大间隙角以及内部故障出现的最小间隙角，并由此确定闭锁角。.max.minwbn3、保护装置的构成（1）起动元件：故障检测元件（区分正常运行和故障）（2）操作元件：将输电线上的三相工频电流转综合为单一工频电流（只用一个通道）。并对GFX的高频电流进行调制。（3）比相元件：根据线路两侧的电流相位判断内外故障。