6输电线路纵联保护.ppt
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1、16 输电线路纵联保护 6.1 输电线路纵联差动保护 6.2 高频保护 6.3 微波保护 6.4 光纤保护26.1 输电线路纵联差动保护 前述的电流、距离保护仅反应线路一侧的电气量,不可能快速区分本线末端和对侧母线(或相邻线始端)故障。为了有选择性地切除线路上任意点的故障,需要电流、距离阶段式保护的配合,因此不能实现全线路瞬时切除故障。在双侧电源线路,瞬时切除故障范围大约只有线路全长的60左右。被保护线路其余部分短路时,只能由延时保护来切除。这在220kV及以上电压等级的电力系统中难于满足系统稳定性对快速切除故障的要求。36.1 输电线路纵联差动保护 带辅助通道的纵联差动保护,反应线路两侧的电
2、气量,可以快速、可靠地区分本线路内部任意点短路与外部短路,有选择、快速地切除全线路任意点短路。保护需要将线路一侧电气量信息传到另一侧去,两侧的电气量同时比较、联合工作,也就是说在线路两侧之间发生纵向的联系,以这种方式构成的保护称之为输电线路的纵联保护。保护是否动作取决于安装在输电线两端的装置联合判断的结果,两端的装置组成一个保护单元,又称为输电线的单元保护(UnitProtection)。Unit Protection通通信信设设备备通通信信设设备备通道通道MNk1k2保保护护装装置置保保护护装装置置46.1 输电线路纵联差动保护 通道类型及保护方式辅助导引线导引线纵联保护通过二次辅助线路,直
3、接比较两侧电流的大小和相位(向量或波形);电力线载波高频保护利用载波通讯,比较两侧的功率方向或者电流相位;微波通讯微波保护利用微波通讯容量大的特点,可以传送电流相位或者电流的实时波形;考虑经济性要求,电力信息系统兼顾保护需要。光纤通讯光纤保护同微波保护,且抗干扰能力强,短线路优先考虑。Unit Protection通信通信设备设备通信通信设备设备通道通道MNk1k2保护装置保护装置保护装置保护装置56.1 输电线路纵联差动保护 纵联差动保护的基本原理(以短线路为例)纵联差动保护是基于比较被保护线路始端和末端电流的大小和相位的原理构成的。在线路两端安装了具有相同型号和变比的电流互感器,将线路两端
4、电流互感器二次侧带 号的同极性端子(远离保护线路两端)连接在一起。把线路两端电流互感器二次侧不带 号的端子连接在一起,差动继电器KD接在差流回路上。正常运行或外部故障时,继电器中没有电流;被保护线路内部短路故障时,继电器中电流等于流向故障点的短路电流。66.1 输电线路纵联差动保护 正常运行或外部发生短路故障当线路正常运行或外部发生短路故障时,在理想情况下,差动继电器KD流过大小相等、方向相反的两个电流,它们互相抵消,所以流过继电器KD中的电流为零,即由于在正常运行情况下,上述连接方式的纵差动保护二次侧的电流在导引线中形成环流,称为环流法纵差动保护。76.1 输电线路纵联差动保护 发生内部故障
5、对于单侧电源,流过继电器KD中电流当 大于继电器KD的动作电流 时,差动继电器KD立即动作,断开电源侧的断路器。对于双侧电源线路,流过继电器KD中电流如 ,则继电器KD立即动作,将故障线路两端断路器断开。纵差保护装置的保护范围:线路两端电流互感器之间的距离线路两端电流互感器之间的距离。在保护范围外短路,保护不动作,不需要与相邻元件的保护在动作值和动作时限上配合,可实现全线路瞬时切除故障。上述的接线只能用于发电机、变压器、母线和大型电动机的保护中,不能用于输电线路,因为线路有一定的长度,必须有导引线通道。86.1 输电线路纵联差动保护 导引线纵联差动保护利用敷设在输电线路两端变电所之间的二次电缆
6、传递被保护线路各侧信息的通信方式称之为导引线通信,以导引线为通道的纵联保护称为导引线纵联保护(简称导引线保护)。导引线纵联保护常采用电流差动原理,可分为环流式和均压式两种。96.1 输电线路纵联差动保护 环流式线路两侧电流互感器的同极性端子经导引线连接起来。动作线圈跨接在两根导引线之间,流过两端的和电流起动作作用;制动线圈被串接在导引线的回路中,流过两端的循环电流,起制动作用。当继电器的动作作用大于制动作用时,保护动作。在正常运行或外部故障时,被保护线路两侧电流互感器的同极性端子的输出电流大小相等而方向相反,动作线圈中没有电流流过,即处在电流平衡状态,此时导引线流过两端循环电流,故称环流式。当
7、导引线发生开路故障时保护要误动,导引线发生短路故障时保护却要拒动。106.1 输电线路纵联差动保护 均压式线路两端电流互感器的异极性端子经由导引线连接起来;继电器的动作线圈串接在导引线回路中,流过两端的差电流;制动线圈则被跨接在两根导引线之间,流过和电流。在正常运行或区外故障时,被保护线路两侧电流互感器极性相异的端子的输出电流大小相等且方向相同,故导引线及动作线圈中均没有电流通过,二次电流只能分别在各自的制动线圈及互感器二次绕组中流过;两侧导引线线芯间电压大小相等方向相反,处在电压平衡状态,也称为电压平衡原理。导引线发生开路时保护将拒动,导引线发生短路时保护将误动。116.1 输电线路纵联差动
8、保护 影响纵联差动保护正确工作的因素电流互感器的误差和不平衡电流在以上分析中,是忽略电流互感器的励磁电流并假定两端的电流互感器特性完全一致的理想情况,所以在正常运行和外部故障时,流入继电器KD中电流 。实际上由于线路两端电流互感器特性不完全相同,将导致在二次回路中电流不相等。继电器KD中将流过不平衡电流,即此不平衡电流在稳态负荷情况下其值较小,而在外部短路的暂态过程中,由于短路电流很大,使电流互感器铁芯严重饱和,将达到很大的值。u稳态不平衡电流电流互感器二次电流:126.1 输电线路纵联差动保护 u稳态不平衡电流一次电流较小时,电流互感器不饱和,线路两端电流互感器l和2的特性曲线 差别不明显。
9、当一次电流很大时,电流互感器高度饱和,励磁电流急剧增大。由于线路两端电流互感器励磁特性不同,即两铁芯饱和程度不同,造成两个二次电流有较大差别。铁芯饱和程度越深,电流差别越大,不平衡电流越大。在正常运行和保护区外故障进入稳态情况下,由于一次侧电流相等,而两个电流互感器励磁特性不会完全相同,因此流入差动继电器中电流为不平衡电流为两端电流互感器励磁电流之差。136.1 输电线路纵联差动保护 u稳态不平衡电流不平衡电流增大的原因:当一次侧电流一定时,二次侧的负载阻抗越大,则要求二次侧的感应电势越大,因此,要求铁芯中的磁通密度越大,铁心就容易饱和。当二次负载已确定之后,一次侧电流的升高也将引起铁芯中磁通
10、密度增大。因此,一次电流越大,二次电流的误差也增大。校验: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。最大不平衡电流的稳态值为因此,减小稳态不平衡电流的方法是选用型号、特性完全相同的电流互感器,并按10误差曲线进行校验。146.1 输电线路纵联差动保护 u暂态过程不平衡电流由于差动保护是瞬时动作的,因此,必须进一步分析在保护区外短路的暂态过程中,差动回路中出现的不平衡电流。在暂态过程中,短路电流含有指数规律衰减的非周期分量。在暂态过程中,励磁电流将大大超过其稳态值,并含有大量缓慢衰减的非周期分量,这将使不平衡电流大大增加。最大不平衡
11、电流发生在暂态过程时间的中段。156.1 输电线路纵联差动保护 u减小不平衡电流是一切差动保护的核心问题在构成差动保护时,应尽可能采用型号相同、励磁特性一致、铁心截面较大的高精度的电流互感器;在差动回路中接入具有快速饱和特性的中间变流器;在小容量的发电机和变压器的差动保护上,还可在差动回路中串联电阻,接入电阻可以减小流入差动继电器的不平衡电流,并加速衰减。166.1 输电线路纵联差动保护 导引线的故障和感应过电压应有故障监视回路保证导引线的完好性导引线可以埋在地下电缆沟内或架空敷设,它们有发生短路或断线的可能。对于环流法接线,导引线断线将造成保护误动作。导引线短路将造成输电线内部短路时保护拒动
12、。还应采取相应的过电压保护措施因导引线一般与高压输电线平行敷设,在输电线短路时,短路电流可在导引线回路中感应产生过电压。雷电也可在导引线中感应过电压,这些过电压有可能进入保护回路,从而造成保护装置中元器件的损坏。176.1 输电线路纵联差动保护 导引线的阻抗和分布电容保护装置的性能受导引线参数和使用长度影响纵差保护用于较长的输电线时,导引线的阻抗增大;导引线愈长,分布电容愈大,保护装置的安全可靠性愈低;另外,导引电缆造价高,随着使用长度增加,投资剧增。导引线通道构成的纵联保护仅用于少数重要的短线路(一般应在10km以下)。186.1 输电线路纵联差动保护 整定计算纵差保护是瞬时保护,应按躲过保
13、护区外短路时最大不平衡电流来整定差动继电器的动作电流,即当正常运行时,为防止电流互感器二次回路一相断线而导致保护误动作,应大于被保护线路可能流过最大负荷电流,即继电器的整定值,选二者较大的计算值。保护装置灵敏系数,可按单侧电源供电情况下,保护范围末端最小短路电流来计算,并要求满足下式196.2 高频保护 高频保护是将线路两端的功率方向(或者电流相位)调制成高频信号,利用高频通道将高频信号相互送到对侧,设置在每端的高频保护,将接收到的对侧的信号与本侧的信号迸行比较。判断是内部故障还是外都故障,以决定保护是否动作。按照原理不同可以分为方向高频和相差动高频;利用输电线路构成通道,即在输电线传送50H
14、z工频电流的同时,叠加传送一个高频信号(或称载波信号50400kHZ),所以高频保护又称为电力线载波纵联保护(Power Line Carrier Pilot)(简称载波保护)。高频保护不反应保护范围外的故障,在参数选择上不需要与下一级线路配合,因此,可以达到无时限地有选择性地切除内部的短路故障。目前,高频保护是220kV及以上电压级复杂电网的主保护方式。在110220kV输电线路上高频保护的动作时间为50ms左右,在330kV及以上的输电线路上动作时间在40ms以下。206.2 高频保护 电力线高频通道1 阻波器采用电感线圈与可调电容组成的并联谐振回路;将高频电流阻挡在本线路以内,不至于流入
15、相邻线路上去。而对工频电流,阻波器仅呈现电感线圈的阻抗(约0.04欧),不影响工频电流在输电线路上传输。2 耦合电容器电容量极小,对工频信号呈现非常大的阻抗,同时可以防止工频电压侵入高频收、发信机;对高频电流呈现小阻抗,高频电流可顺利通过。3 连接滤波器连接滤波器与耦合电容器共同组成一个带通滤波器,使所需频带的电流能够顺利通过。216.2 高频保护 4 高频电缆它用来连接室内继电保护屏、高频收发信机到室外变电站的连接滤波器。5 高频收、发信机高频收发信机由高频收信机和高频发信机两部分组成,用来发送和接收高频信号。发信机发出的高频信号通过高频通道传送到对端,被对端和本端的收信机所接受,两端的收信
16、机既接收来自本侧的高频信号又接收来自对侧的高频信号,两个信号经比较判断后,确定继电保护动作跳闸或闭锁。6 接地开关检修或调整高频收发信机和连接滤波器时,接通接地开关,使耦合电容器下端可靠接地,以保证设备和人身的安全。226.2 高频保护 电力线高频通道的特点无中继通信距离长电力线载波通信距离可达几百公里,中间不需要信号的中继设备。经济、使用方便使用电力线载波通道的装置与载波机之间的距离很近,都在同一变电所内,高频电缆短,由于不需要再架信道,整个投资省。工程施工比较简单输电线路建好后,装上阻波器、耦合电容器、结合滤波器,放好高频载波电缆,然后安装载波机,就可以进行调试。基本上不需另外进行基建工程
17、,能较快的建立起通信。易受到干扰由于是直接通过高压输电线路传送高频载波电流的,因此高压输电线路上的干扰直接进入载波通道,高压输电线路的电晕、短路、开关操作等都会在不同程度上对载波通信造成干扰。通信速率低难于满足纵联电流差动保护实时性的要求,一般用来传递状态信号,用于构成方向比较式纵联保护和电流相位比较式纵联保护。236.2 高频保护 电力线高频通道的工作方式正常时无高频电流工作方式正常运行时,发信机不发信,高频通道中无高频电流通过,故障时,发信机由保护启动发信,通道中有高频电流传输。又称故障启动发信方式。正常有高频电流方式正常运行时,发信机处于发信状态,通道经常有高频电流通过。因此又称之为长期
18、发信方式。故障时,发信机不发信,高频通道中无高频电流通过,移频方式正常运行时,发信机发信,向对端送出频率为f1的高频电流,用以监视通道及闭锁高频保护。故障时,保护装置控制发信机停止发送频率为f1的高频电流,而另发出频率为f2的高频电流。又称为“移频方式”。246.2 高频保护 按传输高频信号的性质,高频通道分为直接比较方式和间接比较方式两种直接比较方式:线路两端的工频交流电气量送到对端两端的保护装置直接进行比较 决定保护是否动作。【电流相位差动高频保护属于这一类比较方式】。间接比较方式:两端保护对短路故障的判断结果传送到对端两端根据本端和对端保护对短路判断的结果进行间接比较决定保护是否动作。【
19、如方向高频保护就属于这一比较方式】。电力线高频信号的种类闭锁信号闭锁信号是禁止保护动作于跳闸的信号。允许信号允许信号是允许保护动作于跳闸的信号。跳闸信号跳闸信号是直接引起跳闸的信号发信机工作频率(单/双频制)256.2 高频保护 方向比较式高频保护利用输电线路两端功率方向相同或相反的特征构成方向比较式高频保护。在通道中传送的是逻辑信号,而不是电气量本身,传送的信息量较少,但对信息可靠性要求很高。按照保护判别方向所用的原理可将方向比较式高频保护分为:方向高频保护距离高频保护当系统中发生故障时,两端保护的功率方向元件判别流过本端的功率方向功率方向为负者发出闭锁信号,闭锁两端的保护,称为闭锁式方向高
20、频保护;功率方向为正者发出允许信号,允许两端保护跳闸,称为允许式方向高频保护。266.2 高频保护 闭锁式方向高频保护闭锁式方向高频保护的工作原理规定:线路两端功率从母线流向线路时为正方向,由线路流向母线为负方向。工作方式:正常无高频电流。外部故障: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。内部故障:功率方向都为正,无闭锁信号,保护动作。保护在故障线路上不传送高频信号,而只在非故障线路上才传送高频信号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。非故障线路的保护受通道损坏的影响会误动。故障故障线路:线路:非故障线路:非故障线路:两端功率方向
21、均为正,无闭锁信号,保护动作。两端功率方向均为正,无闭锁信号,保护动作。功率方向为负功率方向为负的一侧发闭锁的一侧发闭锁信号,将两侧信号,将两侧保护闭锁。保护闭锁。276.2 高频保护 闭锁式方向高频保护的构成外部短路(线路BC短路,对线路AB来说就是外部短路)lB端保护2:KAl动作,KW+不动作,Y1无输出,Y2瞬时启动发信机,发出高频闭锁信号,收信机收到闭锁信号,Y3无输出,闭锁跳闸回路。lA端保护l:KAl动作,随后KA2、KW+同时动作,Y1有输出,立即停止发信,并经t2延时后输入到Y3元件,B端保护2不停地发闭锁信号,使A端保护的Y3无输出,A端保护不跳闸。KW+-功率正方向元件功
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