大学课件 电力系统继电保护 方向比较式纵联保护

•4.3方向比较式纵联保护•4.3.1工频故障分量的方向元件方向元件的作用是判断故障的方向，应满足以下要求：（1）正确反映所有类型故障时故障点的方向且无死区；（2）不受负荷的影响，正常负荷状态下不起动；（3）不受系统振荡影响，振荡无故障时不误动，振荡中再故障时仍能正确判定故障点的方向；（4）在两相运行中又发生短路时仍能正确判定故障点的方向。•1故障分量判据根据3.8节对工频故障分量的分析，对于双端电源的输电线路，按照规定的电压、电流正方向，在保护的正方向短路时，保护安装处电压、电流关系为：SUIZSUIZargarg()180SrrZUZIZargarg()0SrrZUZIZ270arg90(45)rUZI90arg90(47)rUZI反向短路时，有：设Zr、ZS及Z’S的阻抗角相等实际使用的正向故障判据为：实际使用的反向故障判据为：△U、△I----保护安装处工频故障分量电压、电流；ZS----保护安装处母线上等效电源的阻抗；Z’S----线路阻抗和对侧母线上等效电源阻抗之和；Zr----模拟阻抗；•2负序、零序分量故障判据对于负序、零序分量，正方向故障时，有：反方向故障时，有：正向故障判据为：反向故障判据为：22000SSUZIUZI22000SSUZIUZIZS、Z0S----分别为保护安装处母线上等效电源的负序及零序阻抗；Z’S、Z’0S----分别为线路和对侧母线上等效电源的负序及零序阻抗之和。Z2r、Z0.r----元件中的模拟阻抗，其相角分别与电源的负序及零序阻抗角相等。22.200.0270arg90270arg90rrUZIUZI22.200.090arg9090arg90rrUZIUZI(48)(49)(410)(411)•4.3.2闭锁式方向纵联保护•1闭锁式方向纵联保护的工作原理闭锁式方向纵联保护----此闭锁信号由功率方向为负的一侧发出，被两端的收信机接收，闭锁两端的保护，其工作原理如下图所示：这种保护的优点----利用了非故障线路一端的闭锁信号，闭锁非故障线路不跳闸。而对于故障线路跳闸则不需要闭锁信号，这样在内部故障伴随有通道破坏（例如通道相接地或断线）时，两端保护仍能可靠跳闸。这是这种保护得到广泛应用的主要原因。•2闭锁式方向纵联保护的构成下图保护动作逻辑图为线路一侧的装置原理框图，另一侧与此完全相同。KW+----功率正方向元件KA2----高定值电流起动停信元件KA1----低定值电流起动发信元件t1----瞬时动作延时返回元件；t2----延时动作瞬时返回元件。区外短路：A端保护1：B端保护2：区内短路：两端供电线路内部短路（以保护3、4为例）：单端供电线路内部短路（设D母线电源停运，以保护3、4为例）KA1启动发闭锁信号KW+、KA2随后启动Y1有输出停止发信KA1启动发闭锁信号KW+不启动Y1不动作发信机不停信保护2不跳闸保护1一直收到保护2送来的闭锁信号保护1的Y2不动作，保护1不跳闸两端KA1都起动发信两侧KW+随后启动准备了跳闸回路并停止发信经t2延时两侧跳闸保护4不起动不发闭锁信号保护3收不到闭锁信号且本侧跳闸条件满足保护3跳闸t1、t2的作用：t2——大于对侧信号传送至本侧所需的时间，保证外部故障时，功率方向为正的一侧保护不误动。t1——当区外故障切除后，防止功率方向为正一侧方向元件延迟返回，同时又收不到闭锁信号而误动，此时要求对侧在KA2返回后再延时100ms，即对侧再发100ms信号，这样该侧保护不会误动。•需要延时•需要一个启动发信元件（KA1）和一个停信元件（KA2），而且要求KA1的灵敏度比两侧的KA2的灵敏度高，近故障点侧KA1一定不能拒动。这样两侧的KA1都不能拒动，否则会引起区外故障的误动。•对于利用故障分量构成的功率方向元件在振荡中不会误动作。•4.3.3闭锁式距离纵联保护的原理闭锁式距离纵联保护----把方向比较式纵联保护和距离保护结合起来构成闭锁式纵联保护，可使内部故障时能够瞬时动作，外部故障时则具有不同的时限特性，起到后备保护的作用，从而兼有两种保护的优点，并且能够简化整个保护的接线。图4-15：闭锁式距离纵联保护所用的阻抗元件的动作范围和时限闭锁式距离纵联保护实际上是由两端完整的三段式距离保护附加高频通信部分组成，其一端保护的工作原理框图如下图所示。在被保护线路内、外部分短路时的工作过程请按照上述的原理结合上图自行分析。ZⅢ----以两端的距离Ⅲ段继电器作为故障起动发信元件（也可增加负序电流加零序电流的专门起动元件）；ZⅡ----以两端的距离Ⅱ段为方向判别元件和停信元件；ZⅠ----以两端的Ⅰ段作为各自的独立跳闸段。闭锁式距离纵联保护的主要缺点----当后备保护检修时，主保护也被迫停运，运行检修灵活性不够。闭锁式零序方向纵联保护的实现原理与上相同，只需用三段式零序方向保护代替三段式距离保护元件并与收、发信机部分相配合即可。•4.3.4影响方向比较式纵联保护工作的因素及克服措施•1非全相运行对方向纵联保护的影响及应对措施非全相运行状态----在我国的220kV及以上输电系统中，为提高电力系统的稳定性，经常采用单相故障跳开故障单相的方式（详见第五章单相重合闸内容），保留非故障的两相继续运行的运行状态。下面示出线路一相仅在M侧断开时的负序电压分布图和相量图，其中下标M代表母线侧，下标L代表线路侧，负序电压源接在M、L间的端口间（纵向不对称故障）。非全相运行状态期间保护应该正确动作保护应该不动作若被保护线路再次发生内部故障若被保护线路未再发生内部故障结论----使用线路侧电压，受电侧功率方向为正，送电侧负序功率方向为负，发出闭锁信号，保护不误动；若使用母线电压，两侧负序功率方向同为正，保护误动。零序功率方向在非全相运行期间与负序功率方向的特点一致。由左图可见：断线点两侧负序电压U2L与U2M的相位相反。若电压互感器接在线路上：M端负序方向元件取U2L、U2M，符合式（4-11）功率方向为负关系，M侧方向元件判为反向短路，发出闭锁信号，保护就不会误动作。若电压互感器接在母线上：即取U2M、I2M，符合（4-10），功率方向为正关系，M侧方向元件停发闭锁信号，保护误动作。工频故障分量（突变量）方向元件能适应线路非全相运行：负荷状态----将非全相运行视为非故障状态，在两相运行的负荷状态不会动作。两相运行的线路上若再次发生故障----其故障附加网络是两相运行时的等值网络在故障点叠加一个故障电源，判别区内、外短路的式（4-2）、式（4-3）仍然成立，突变量方向元件无论使用母线电压还是线路电压，仍能正确动作。克服非全相运行期间方向纵联保护误动的措施：1、使用线路侧电压，这也是超高压线路电压互感器装于线路侧的主要原因；2、在两相运行期间退出负序、零序方向元件，仅保留使用工频突变量的方向元件。•2功率倒向对方向纵联保护的影响及克服措施右图系统中假设故障发生在线路L1近M侧的k点，断路器3QF先于断路器4QF跳闸：1、3QF跳闸前2、3QF跳闸后4QF跳闸前线路L2中短路功率由N侧流向M侧线路L2中M侧的功率方向为负M侧方向元件不动作，并向N侧发送闭锁信号M侧的功率方向由负变为正N侧的功率方向由正变为负功率方向元件动作方向元件立即返回停止发信并准备跳闸向M侧发闭锁信号有一段时间两侧保护均处于动作状态造成线路两端的保护误动若M侧方向元件动作快，N侧方向元件返回慢，称为“触点竞赛”发信元件动作后延时t1时间返回•3分布电容对纵联方向保护的影响及克服措施图（a）、（b）分别表示在空载线路上，断路器三相触头不同期合闸时的系统负序等值阻抗图及保护安装处负序相量图。当电压互感器接于线路上时，保护安装处的负序电压为：流入方向元件的负序电流为：由相量图可见：22222()MYCYCUIjXjIX22MYII在空载合闸一侧发生正向方向元件误动线路的另一侧尚未合闸通道上无闭锁信号该线路的负序纵联方向保护误动作而当电压互感器接于母线上时，负序方向纵联保护不会误动：克服措施：1、对负序方向元件采取按躲过空载线路两相先闭合时出现的稳态负序电容电流（较一相先闭合电流大）进行整定；2、在空载合闸的过渡过程中，负序充电电容电流的数值会很大，一般很难由整定值躲开，可增大保护起动时间躲过空载合闸的过渡过程；3、用方向阻抗特性代替负序方向特性。输电线路空载母线上的三相电压基本对称负序电压几乎为零负序方向元件不动作