【教學(xué)課件】第4章-電網(wǎng)的縱聯(lián)保護

1、2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護1 第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護2 要求: 掌握電網(wǎng)縱聯(lián)保護工作原理 知識點: 掌握全線速動保護概念與雙側(cè)測量保護原理 了解各種通道組成 掌握縱聯(lián)保護分類及相應(yīng)保護的工作原理 了解新型方向元件判據(jù)及特點 學(xué)習(xí)微機型縱聯(lián)保護原理框圖 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護3 4.1縱聯(lián)保護的原理與分類 4.1.1全線速動保護與雙側(cè)測量原理 4.1.2縱聯(lián)保護分類 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護4 4.1.1全線速動保護與雙側(cè)測量原理 全線速動保護： 繼電保護無時限地切除線路上任一點發(fā)生的故障 在高壓輸電線路上

2、，為了保證電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定 性，需要配置全線速動保護 前面學(xué)習(xí)的電流保護、方向電流保護、零序電流保 護、距離保護均為“單側(cè)測量”保護。即保護判據(jù) 均來自線路一側(cè)的電流、電壓。 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護5 “單側(cè)測量”保護無法實現(xiàn)全線速動 因為“單側(cè)測量”保護不利用動作時間則 無法區(qū)分本線末與下線始端故障 k1、k2故障時保護P測量的電流、電壓幾乎一樣 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護6 “雙側(cè)測量”保護工作原理 a.以基爾霍夫電流定律為基礎(chǔ)的電流差動保護 忽略了線路電容電流 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護7 b.比較線路兩側(cè)電流相位關(guān)系的相位差動保護 線路兩

3、側(cè)電流相位相近 內(nèi)部故障 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護8 c.比較兩側(cè)線路保護故障方向判別結(jié)果，縱聯(lián)方向保護 線路兩側(cè)保護均判為正向故障 內(nèi)部故障 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護9 縱聯(lián)保護特點： 兩側(cè)保護需要通道聯(lián)系 兩側(cè)保護必須雙側(cè)同時工作 縱聯(lián)保護判據(jù)具有“絕對選擇性”， 區(qū)內(nèi)、外故障時保護判據(jù)有明顯差異 縱聯(lián)保護在區(qū)外故障時不動作，沒有遠后備作用 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護10 4.1.2 縱聯(lián)保護分類 （1）按通道類型分類 （a）導(dǎo)引線： 兩側(cè)保護電流回路由二次電纜連接起來， 用于線路縱差保護。 敷設(shè)、維護困難，僅用于特殊的10km以下短線路上，

4、實際使用較少。 （b）載波通道： 使用電力線路構(gòu)成載波通道，用于高頻保護。 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護11 （c）微波通道： （d）光纖通道： 采用光纖數(shù)字通信技術(shù)，技術(shù)先進，信息傳輸量大， 抗干擾性能好。 技術(shù)復(fù)雜，成本昂貴，較少采用。 用于微波保護。 目前迅速發(fā)展，正大量取代載波通道 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護12 （2）按保護原理分類 目前實際應(yīng)用的縱聯(lián)保護有3種： 縱聯(lián)方向保護 方向原理 縱聯(lián)距離、零序保護 電流差動原理縱聯(lián)差動保護 兩側(cè)保護均判為正向故障內(nèi)部故障 縱聯(lián)保護采用專用的方向元 件判別故障方向 縱聯(lián)保護利用距離中的 方向阻抗元件及零序 電流保護中

5、的零序方 向元件判別故障方向 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護13 （3）按通道傳送信息含義分類 閉鎖信號 N側(cè)保護判斷故障為反向故障，閉鎖本側(cè)縱聯(lián)保護 同時發(fā)出信號閉鎖對側(cè)（M側(cè)）保護， 縱聯(lián)保護收到信號即閉鎖，信號的含義為“閉鎖”。 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護14 允許信號 兩側(cè)保護判斷故障為正向故障后，同時向?qū)?cè)保護 發(fā)出允許信號。 本側(cè)保護判斷故障為正向后還必須收到對側(cè)保護發(fā)的 允許信號，信號的含義為“允許”。 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護15 跳閘信號 兩側(cè)保護段動作跳開本側(cè)斷路器，同時向?qū)?cè)保護 發(fā)出跳閘信號。 收到對側(cè)信號立即跳閘，信號的含義為“

6、跳閘”。 只要兩側(cè)保護段動作區(qū)均超過50線路全長，即可 構(gòu)成遠跳式全線速動保護。 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護16 4.2 縱聯(lián)保護通道 1.導(dǎo)引線 二次電纜聯(lián)系線路兩側(cè)保護的電流回路 敷設(shè)困難； 檢測、維護通道困難； 電流互感器二次阻抗過大導(dǎo)致誤差增大。 問題： 導(dǎo)引線為通道的電流差動保護較少用于線路保護， 廣泛用于變壓器、發(fā)電機、母線等元件保護。 本書第9、10、11章將詳細討論。 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護17 2.載波通道 有線通信，50-400kHz 1.阻波器 6.接地 刀閘 5.保護 間隙 4.電纜 2.耦合 電容器 3.結(jié)合濾 波器 相地制載波（高頻）

7、通道 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護18 收發(fā)信機原理框圖 發(fā)信機 產(chǎn)生基 準頻率 fb如 1024kHz 獲得載 波頻率 fo 0 0.25fNkHz 獲得基準頻率 如0.25kHz 調(diào)制 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護19 收信機 96kHz 100kHz 104kHz 收到若干信 號，例如： 本機f0100kHz fM12kHz，f1112kHz 與112kHz 混頻 16kHz、 208kHz 12kHz、 212kHz 8kHz、 216kHz 12kHz 濾波 12kHz 混頻后得到f1f，f1f，f12f， 此信號 對應(yīng)收 信頻率 100kHz f 2021-

8、4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護20 “短時發(fā)信”與“長期發(fā)信”方式 短時發(fā)信： 繼電保護不啟動時，發(fā)信機功放電源不投入 發(fā)信機工作輕松。需要人工定期檢查通道完好 長期發(fā)信： 發(fā)信機始終投入，對發(fā)信機質(zhì)量要求高 長期監(jiān)視，容易發(fā)現(xiàn)通道問題 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護21 “單頻制”與“雙頻制” “單頻制” 兩側(cè)發(fā)信機和收信機均使用同一個頻率， 收信機收到的信號為兩側(cè)發(fā)信機信號的疊加 “雙頻制” 兩側(cè)發(fā)信機和收信機均使用兩個頻率， 收信機僅收到對側(cè)發(fā)信機的信號 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護22 調(diào)幅與移頻鍵控（FSK） 調(diào)幅以“有”、“無”方式傳遞高頻信號 FSK以改變頻

9、率的方式傳遞高頻信號 專用方式：高頻保護單獨使用一臺收發(fā)信機。 國產(chǎn)220kV保護常采用 專用方式與復(fù)用方式 復(fù)用方式：采用音頻接口接至通信載波機， 與遠動通信復(fù)用收發(fā)信機。 進口500kV保護常采用 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護23 功率絕對電平 w 0 10lg P P P （dBm），P01mW 電平的概念 功率相對電平 1 W1W2 2 10lg P bPP P （dB） 輸入20W增益0.5 輸出20W0.510W 輸入43dBm增益-3dB 輸出43-340(dBm) 乘除計算 加減計算 電平是高頻信號傳輸中廣泛使用的 一種衡量信號強度的計量單位 2021-4-21第4

10、章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護24 微波通道容量大，不存在通道擁擠問題， 不受線路故障影響 3.微波通道 無線通信方式 采用頻率為2000MHz、6000 8000MHz 設(shè)備昂貴，每隔4060km需加設(shè)微波中繼站，維護困難， 僅在個別載波通道應(yīng)用確實困難的線路上用于縱聯(lián)保護。 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護25 3.光纖通道 0 1 暗暗 亮亮 暗暗 亮亮 0 1 通道通信容量大，不受電磁干擾 除了用于縱聯(lián)保護，更為廣泛地用于電力系統(tǒng)通信領(lǐng)域 若條件許可，縱聯(lián)保護首選光纖通道 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護26 專用光纖方式連接：保護單獨使用一個光纖通道 數(shù)字復(fù)接方式連接：保護與通信

11、復(fù)用光纖通道 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護27 4.3 縱聯(lián)差動保護 4.3.1導(dǎo)引線保護 差動保護原理 判據(jù)為差動電流 d I difference 等 效 按“差動”定義理解 按“基爾霍夫電流定律”理 解 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護28 線路正常運行及外部故障時，若忽略誤差 d 0I 線路內(nèi)部故障時，d kk ,III 縱差保護判據(jù)： dact II 為故障點電流， 差動保護關(guān)鍵問題：不平衡電流 什么是不平衡電流？ 一次電流相等， 二次電流之差不為零 不平衡電流如何產(chǎn)生？ 兩側(cè)TA誤差不一致 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護29 TA勵磁電流 TA誤差 T

12、A勵磁電流差異 差動保護不平衡電流 不平衡電流經(jīng)驗公式 unbster 1TA /IK K IK 同型 系數(shù) TA 誤差 一次 電流 TA 變比 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護30 4.3.2光纖分相差動保護 使用光纖通道 采用差動保護原理 采用“比率制動”特性難點，關(guān) 鍵 線路較長時考慮電容電流補償 首先討論制動問題及電容電流問題 再介紹光纖分相差動保護組成及原理框圖 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護31 問題1：什么是“比率制動”特性？ 動作電流不是固定值 動作方程： dresres dset IK I II 制動 電流 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護32 外部

13、故障情況 短路電流穿越M、N側(cè)保護 dMNunbsterkk 0.05IIIIK K II 0.510 resMNk 2IIII dunbk 0.05III dres 0.025II 只要Kres0.025， 動作電流比不平衡電流增長快 始終有IdIset， 保護即可動作 dres (1)II 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護34 采用“比率制動”優(yōu)點 同樣保證外部故障不誤動情況下， 內(nèi)部故障時動作電流小，靈敏度高 dres (1)II dunb II 外部故障 無制動特性 時整定電流 KrelIunb.max 有制動特性 時整定電流 Iset 內(nèi)部故障 2021-4-21第4章 電網(wǎng)

14、的縱聯(lián)保護35 比率制動特性廣泛用于各種差動原理保護： 線路縱聯(lián)差動保護（縱差保護）； 變壓器縱差保護；第7章 發(fā)電機縱差保護；第7章 母線差動保護（母差保護）；第7章 學(xué)習(xí)時注意比較 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護36 問題2：電容電流如何考慮？ d.CdC MM.0M.0NN.0N.0 C C1C0C1C0 2222 III UUUUUU I XXXX 線路電容電流對于差動保護屬于不平衡電流， 整定時應(yīng)躲過實測線路電容電流值。 電容電流較大時可以進行電容電流補償， 補償時從差動電流中扣除電容電流 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護37 光纖分相差動保護基本構(gòu)成 保護總起動元

15、件：起動后開放保護出口電源7秒 maxTset 1.25III 0set.0 3II 變化量 相間電流 浮動門坎固定門坎 反應(yīng)相間 工頻變化量 反應(yīng)零序電流 或 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護38 保護差動元件組成： 零序電流差動元件；線路兩側(cè)零序電流差動 穩(wěn)態(tài)分相差動元件；線路兩側(cè)相電流差動 變化量分相差動元件，取相電流的工頻變化量進行計算。 差動元件之間邏輯關(guān)系為“或” 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護39 差動保護原理框圖 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護40起動 動作 動作 收信 內(nèi)部故障，以A相接地為例 動作 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護41 T

16、A斷線，閉鎖差動保護(以A相斷線為例） 動作 閉鎖 D5 關(guān)閉 對側(cè)保護 不動作 閉鎖 動作 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護42 通道異常情況，閉鎖差動保護 動作 閉鎖 D5 關(guān)閉 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護43 本側(cè)三相跳閘時,如果發(fā)生故障， 例如對側(cè)手合于故障線路 保護不起動， 不向?qū)?cè)保護發(fā)“差動保護動作信號” 收不到對側(cè)保護發(fā)“差動保護動作信號“， 保護無法跳閘 專門設(shè)置回路解決此問題 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護44 本側(cè)三相跳閘情況,以A相接地為例 本側(cè)三跳 動作 不起動 動作 向?qū)?cè)發(fā)差動 動作信號 使對側(cè)保護能跳 閘 2021-4-21第4章

17、 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護45 4.4 縱聯(lián)方向保護 基本原理：兩側(cè)保護均判為正向故障即為內(nèi)部故障 實現(xiàn)方式：“閉鎖式”或“允許式” 新型方向元件工作原理 縱聯(lián)方向保護基本原則 縱聯(lián)方向保護原理框圖 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護46 “閉鎖式” 工作原理 保護起動，判為反向故障發(fā)信 單頻制收信為兩側(cè)發(fā)信疊加 收信 閉鎖兩側(cè)保護 外部故障， 近故障側(cè)發(fā)閉鎖信號 內(nèi)部故障， 兩側(cè)均不發(fā)閉鎖信號 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護47 “允許式” 工作原理 保護起動，判為正向故障發(fā)信 雙頻制僅能收到對側(cè)信號 本側(cè)判正向故障且收到對側(cè)信號內(nèi)部故障，跳閘 M側(cè)判正向，但無N側(cè)允許信號 N側(cè)收到M

18、側(cè)允許信號，但本側(cè)判反向 內(nèi)部故障， 兩側(cè)均發(fā)允許信號 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護48 基于變化量原理的方向元件 新型方向元件工作原理 以電壓、電流變化量構(gòu)成判據(jù) 與第6章工頻變化量阻抗繼電器分析一樣， 電路模型為故障后狀態(tài)減去故障前狀態(tài) （a）（b）有 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護49 研究故障附加狀態(tài)中正序量 1 1 arg100 U I 1 1 arg80 U I 800 800 得到動作方程： 1 1 190arg10 U I 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護50 系統(tǒng)、線路負序阻抗與正序阻抗近似相等， 負序變化量也可利用 1 1 arg100 U I 12