第4章_輸電線路縱聯(lián)保護(hù)-old

1、1第四章 輸電線路縱聯(lián)保護(hù)4.1 輸電線縱聯(lián)保護(hù)概述21.反應(yīng)單側(cè)電氣量保護(hù)的缺陷 無(wú)法實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)QF1 段保護(hù)區(qū)QF2 段保護(hù)區(qū)兩側(cè)I段保護(hù)公共區(qū)60%-70%ZZQF1QF232.反應(yīng)兩側(cè)電量的輸電線路縱聯(lián)保護(hù) QF1QF2QF3QF4ABCk+- -利用通信通道將兩端的保護(hù)裝置縱向聯(lián)結(jié)起來(lái)，將兩端的電氣量比較，以判斷故障在區(qū)內(nèi)還是區(qū)外。理論上具有絕對(duì)的選擇性453. 縱聯(lián)保護(hù)信號(hào)傳輸方式 (1)輔助導(dǎo)引線-導(dǎo)引線縱聯(lián)保護(hù)(2)電力線載波-高頻保護(hù) 載波頻率為：50400kHZ(3)微波通訊-微波保護(hù) 頻率為: 30030000MHz(4)光纖通訊-光纖保護(hù) 64.縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作原理 方向

2、比較式縱聯(lián)保護(hù)兩側(cè)繼電器僅反應(yīng)本側(cè)電氣量，利用通道將繼電器對(duì)故障方向判別結(jié)果傳送到對(duì)側(cè)，各側(cè)保護(hù)根據(jù)兩側(cè)繼電器的動(dòng)作通過(guò)邏輯判斷區(qū)分是區(qū)內(nèi)還是區(qū)外故障；傳送邏輯信號(hào)；分為方向縱聯(lián)保護(hù)和距離縱聯(lián)保護(hù)。74.縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作原理 縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)利用通道將本側(cè)電流的波形或代表電流相位的信號(hào)傳送到對(duì)側(cè)，每側(cè)保護(hù)根據(jù)對(duì)兩側(cè)電流的幅值和相位比較的結(jié)果區(qū)分是區(qū)內(nèi)還是區(qū)外故障；在每側(cè)直接比較兩側(cè)的電氣量；要求兩側(cè)信息同步采集。8I 舉例：縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù) M1IN1IM2IN2I正常運(yùn)行或區(qū)外故障： ,IIN1M1N2M2II0IIIN2M2r 不動(dòng)作 rI9I 舉例：縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù) M1IN1IM2IN2I

3、區(qū)內(nèi)故障： 動(dòng)作 rILHkLHN1M1N2M2rnInIIIII/ )( dzI104.2 輸電線路高頻保護(hù)111.構(gòu)成：由繼電保護(hù)、高頻收發(fā)信機(jī)和高頻通道組成。電氣量電氣量 繼電繼電保護(hù)保護(hù)發(fā)信機(jī)發(fā)信機(jī)收信機(jī)收信機(jī)收信機(jī)收信機(jī)發(fā)信機(jī)發(fā)信機(jī)繼電繼電保護(hù)保護(hù)電氣量電氣量 通道通道 122.分類(lèi) 方向高頻保護(hù)比較被保護(hù)線路兩側(cè)的功率方向 相差高頻保護(hù)比較被保護(hù)線路兩側(cè)電流的相位133.高頻通道的構(gòu)成 高頻收發(fā)信機(jī)接入輸電線路的方式有：“相-相”制n連接在兩相導(dǎo)線之間“相-地”制連接在輸電線一相導(dǎo)線和大地之間143.高頻通道的構(gòu)成 三高耦結(jié)合，輸電保接地三高：高頻電纜、高頻收發(fā)信機(jī) 高頻阻波器耦：

4、耦合電容器結(jié)合：結(jié)合濾波器（連接濾過(guò)器）輸電：輸電線保：保護(hù)間隙接地：接地刀閘15123456782346758“相-地”制高頻通道示意圖繼電保護(hù)繼電保護(hù)16“相-地”制高頻通道示意圖123456782346758繼電保護(hù)繼電保護(hù) 由一電感線圈與可變電容器并聯(lián)組成的諧振回路。其諧振頻率為載波頻率。 對(duì)載波電流：Z1000-將高頻電流限制在被保護(hù)線路以?xún)?nèi)。 對(duì)工頻電流：Z0.04-工頻電流可暢流無(wú)阻。fZ1f1718123456782346758“相-地”制高頻通道示意圖繼電保護(hù)繼電保護(hù)19123456782346758“相-地”制高頻通道示意圖繼電保護(hù)繼電保護(hù)20211234567823467

5、58“相-地”制高頻通道示意圖繼電保護(hù)繼電保護(hù)22123456782346758“相-地”制高頻通道示意圖繼電保護(hù)繼電保護(hù)232425123456782346758“相-地”制高頻通道示意圖繼電保護(hù)繼電保護(hù)2627123456782346758“相-地”制高頻通道示意圖繼電保護(hù)繼電保護(hù)28294.高頻通道工作方式長(zhǎng)時(shí)發(fā)信方式正常有高頻電流方式短時(shí)發(fā)信方式正常無(wú)高頻電流方式移頻方式30 長(zhǎng)時(shí)發(fā)信方式是指在正常運(yùn)行情況下，收、發(fā)信機(jī)一直處于發(fā)信和收信工作狀態(tài)，高頻通道中始終有高頻電流通過(guò)。信號(hào)長(zhǎng)時(shí)發(fā)信方式31 短時(shí)發(fā)信是指在正常運(yùn)行情況下，收、發(fā)信機(jī)一直處于不工作狀態(tài)，高頻通道中沒(méi)有高頻電流通過(guò)。

6、只有在系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)，發(fā)信機(jī)才由起動(dòng)元件起動(dòng)，高頻通道中才有高頻電流通過(guò)。信號(hào)短時(shí)發(fā)信方式32 移頻方式是指在正常運(yùn)行情況下，發(fā)信機(jī)長(zhǎng)期發(fā)送一個(gè)頻率為 f1 的高頻信號(hào)，其作用是閉鎖保護(hù)和對(duì)通道進(jìn)行連續(xù)檢查。在被保護(hù)線路發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)控制發(fā)信機(jī)移頻，改為發(fā)送頻率為 f2 的高頻信號(hào)。信號(hào)移頻發(fā)信方式1f2f1f335.高頻信號(hào)的應(yīng)用 按作用可分為跳閘信號(hào)、允許信號(hào)和閉鎖信號(hào)(1)跳閘信號(hào)收到高頻信號(hào)是跳閘的充分條件。跳閘(或)34(2)允許信號(hào)跳閘收到高頻信號(hào)是跳閘的必要條件，但不是充分條件。(與)BHGSX&35(3)閉鎖信號(hào)跳閘收不到高頻信號(hào)是跳閘的必要條件。(與)BHGSX&366.

7、高頻閉鎖方向保護(hù) 高頻閉鎖方向保護(hù)是以高頻通道經(jīng)常無(wú)電流而在外部故障時(shí)發(fā)出閉鎖信號(hào)的方式構(gòu)成的。此閉鎖信號(hào)由短路功率為負(fù)的一側(cè)發(fā)出，這個(gè)信號(hào)被兩端的收信機(jī)所接收，而把保護(hù)閉鎖。37 S S S S S S對(duì)BC線路：保護(hù)3和保護(hù)4的功率方向都為正，保護(hù)應(yīng)動(dòng)作于跳閘。38B側(cè)的功率方向?yàn)樨?fù)，該側(cè)發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)，被對(duì)側(cè)和本側(cè)保護(hù)接收，保護(hù)1、2均不動(dòng)。高頻信號(hào) 對(duì)AB線路： S S S S S S39C側(cè)的功率方向?yàn)樨?fù)，該側(cè)發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)，被對(duì)側(cè)和本側(cè)保護(hù)接收，保護(hù)5、6均不動(dòng)。對(duì)CD線路： S S S S S S高頻信號(hào) 這種按閉鎖信號(hào)構(gòu)成的保護(hù)只在非故障線路上才傳送高頻信號(hào)，而在故障線路上

8、并不傳送高頻信號(hào)。因此，在故障線路上由于短路使高頻通道可能遭到破壞時(shí)，并不會(huì)影響保護(hù)的正確動(dòng)作。407.閉鎖式距離縱聯(lián)保護(hù) 距離保護(hù) + 高頻通信部分距離保護(hù)本身的啟動(dòng)元件第II段方向距離元件啟動(dòng)啟動(dòng)Zmst10&1&2&3GSXGFXmst20418. 相差高頻保護(hù) 1)工作原理：正常運(yùn)行或區(qū)外故障時(shí) MINItiMiNit調(diào)制 連續(xù) MINI42區(qū)內(nèi)故障時(shí) MINItiMiNit斷續(xù) 調(diào)制 MINI43相差高頻保護(hù)在線路有故障的情況下，起動(dòng)元件動(dòng)作，將保護(hù)投入工作。若為外部故障，收信機(jī)收到連續(xù)高頻電流，保護(hù)不動(dòng)作；而在內(nèi)部故障時(shí)，收信機(jī)則收到斷續(xù)的高頻電流，保護(hù)動(dòng)作。442)動(dòng)作特性與相繼

9、動(dòng)作 區(qū)內(nèi)故障 區(qū)外故障 180 0 max.W b 45b b set set 閉鎖區(qū)MINI46TA的角度誤差： 7 保護(hù)裝置濾序器的角誤差：15 高頻信號(hào)傳輸帶來(lái)的角誤差： )/(skm1036100503605vLvLt 裕度角： 15y 6100376100157bLLy 考慮以下因素的影響： 47MENE70NZMZMENEMINI70NMEE 超前60M阻抗角為Z90N阻抗角為ZMI60NI100(3)48縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的評(píng)價(jià)及應(yīng)用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的評(píng)價(jià)及應(yīng)用 優(yōu)點(diǎn)： 全線速動(dòng) 不受負(fù)荷及系統(tǒng)振蕩的影響，靈敏度較高 缺點(diǎn)： 要求電流互感器的二次負(fù)載阻抗?jié)M足電流互感器10%的誤差。 不能

10、作相鄰線路的后備保護(hù)49微機(jī)保護(hù)的硬件原理微機(jī)保護(hù)的硬件原理50圖圖1 11 1計(jì)算機(jī)保護(hù)的構(gòu)成框圖計(jì)算機(jī)保護(hù)的構(gòu)成框圖 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 多路轉(zhuǎn)換器電壓形成ALFS/HA/DCPU主系統(tǒng)并行接口開(kāi) 關(guān)量 輸出光電隔離電路出口電路來(lái)自流互、壓互二次來(lái)自流互、壓互二次開(kāi)關(guān)量輸入電源SIO打印顯示鍵盤(pán)人機(jī)對(duì)話部分模擬量輸入電路模擬量輸入電路總線總線電壓形成并行接口并行接口S/HALF第一節(jié)第一節(jié) 微機(jī)保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)微機(jī)保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)511 1模擬量輸入系統(tǒng)模擬量輸入系統(tǒng)( (數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)) )輸入的電壓和電流信號(hào)，是模擬量信號(hào)。由于微機(jī)是輸入的電壓和電流信號(hào)，是模擬量信

11、號(hào)。由于微機(jī)是一種數(shù)字電路設(shè)備，只能接受數(shù)字脈沖信號(hào)，所以就一種數(shù)字電路設(shè)備，只能接受數(shù)字脈沖信號(hào)，所以就需要將這一類(lèi)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，稱(chēng)為模數(shù)變需要將這一類(lèi)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，稱(chēng)為模數(shù)變換，輸入模擬量信號(hào)的模數(shù)變換電路也稱(chēng)作輸入信號(hào)換，輸入模擬量信號(hào)的模數(shù)變換電路也稱(chēng)作輸入信號(hào)調(diào)理電路。調(diào)理電路。 模擬量輸入系統(tǒng)包括：電壓形成、模擬濾波模擬量輸入系統(tǒng)包括：電壓形成、模擬濾波(ALF)(ALF)、采樣保持采樣保持(S/H)(S/H)、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(MPX)(MPX)、模數(shù)轉(zhuǎn)換（、模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/DA/D）等功能塊。等功能塊。 作用：將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。作用：將模擬量轉(zhuǎn)換

12、為數(shù)字量。 分類(lèi)：基于逐次逼近式分類(lèi)：基于逐次逼近式A/DA/D轉(zhuǎn)換方式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)轉(zhuǎn)換方式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和基于和基于V/FV/F原理的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。原理的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。522 2、CPUCPU系統(tǒng)系統(tǒng)CPUCPU系統(tǒng)包括：微處理器（系統(tǒng)包括：微處理器（MPU)MPU)、只讀存儲(chǔ)、只讀存儲(chǔ)器器( (一般用一般用EPROM)EPROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)(RAM)、定、定時(shí)器。時(shí)器。微機(jī)保護(hù)裝置的核心是微機(jī)保護(hù)裝置的核心是CPUCPU系統(tǒng)或單片機(jī)系統(tǒng)，除系統(tǒng)或單片機(jī)系統(tǒng)，除了硬件之外，還有存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器里的軟件系統(tǒng)。這些了硬件之外，還有存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器里的軟件系統(tǒng)。這些硬件和

13、軟件構(gòu)成的整個(gè)單片微機(jī)系統(tǒng)，主要任務(wù)是完硬件和軟件構(gòu)成的整個(gè)單片微機(jī)系統(tǒng)，主要任務(wù)是完成數(shù)值測(cè)量、邏輯運(yùn)算及控制和記錄等智能化任務(wù)。成數(shù)值測(cè)量、邏輯運(yùn)算及控制和記錄等智能化任務(wù)。除此之外，現(xiàn)代的微機(jī)保護(hù)應(yīng)具備各種遠(yuǎn)方功能，它除此之外，現(xiàn)代的微機(jī)保護(hù)應(yīng)具備各種遠(yuǎn)方功能，它包括發(fā)送保護(hù)信息并上傳給變電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，接包括發(fā)送保護(hù)信息并上傳給變電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，接收集控站、調(diào)度所的控制和管理信息。收集控站、調(diào)度所的控制和管理信息。53開(kāi)關(guān)量輸入開(kāi)關(guān)量輸入/ /輸出系統(tǒng)包括輸出系統(tǒng)包括：并行接口、光電并行接口、光電隔離電路及有觸點(diǎn)中間繼電器等組成。隔離電路及有觸點(diǎn)中間繼電器等組成。通常輸入的開(kāi)關(guān)量信

14、號(hào)不満足單片機(jī)微機(jī)系統(tǒng)輸入信號(hào)電平要求，因此需要信號(hào)電平轉(zhuǎn)換。為了提高保護(hù)裝置的抗干擾性能，通常還需要經(jīng)整形、延時(shí)、光電隔離等處理作用：完成保護(hù)出口跳閘、報(bào)警信號(hào)、外部作用：完成保護(hù)出口跳閘、報(bào)警信號(hào)、外部接點(diǎn)的輸入及人機(jī)對(duì)話等功能。接點(diǎn)的輸入及人機(jī)對(duì)話等功能。3 3、開(kāi)關(guān)量、開(kāi)關(guān)量( (或數(shù)字量或數(shù)字量) )輸入輸入/ /輸出系輸出系返 回54 人機(jī)接口部分主要包括：打印、顯示、鍵盤(pán)、人機(jī)接口部分主要包括：打印、顯示、鍵盤(pán)、各種面板開(kāi)關(guān)等。各種面板開(kāi)關(guān)等。 主要功能：用于人機(jī)對(duì)話，如調(diào)試、定制主要功能：用于人機(jī)對(duì)話，如調(diào)試、定制調(diào)整、人對(duì)機(jī)器工作狀態(tài)的干預(yù)等。人機(jī)接口能調(diào)整、人對(duì)機(jī)器工作狀態(tài)

15、的干預(yù)等。人機(jī)接口能定時(shí)或在保護(hù)動(dòng)作后打印或顯示運(yùn)行情況及保護(hù)定時(shí)或在保護(hù)動(dòng)作后打印或顯示運(yùn)行情況及保護(hù)執(zhí)行結(jié)果。執(zhí)行結(jié)果。 4 4、人機(jī)接口、人機(jī)接口返回本節(jié)返回本節(jié)返 回55 因?yàn)榭紤]到機(jī)間通信及遠(yuǎn)動(dòng)的要求，所以接因?yàn)榭紤]到機(jī)間通信及遠(yuǎn)動(dòng)的要求，所以接有通信接口。有通信接口。5 5、通信回路、通信回路返 回566 6、 電電 源源微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)對(duì)電源要求較高，通常這種電微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)對(duì)電源要求較高，通常這種電源是逆變電源，即將直流逆變?yōu)榻涣鳎侔呀涣髟词悄孀冸娫?，即將直流逆變?yōu)榻涣?，再把交流整流為微機(jī)系統(tǒng)所需要的直流電壓。它把變電所整流為微機(jī)系統(tǒng)所需要的直流電壓。它把變電所的強(qiáng)電系統(tǒng)的直流電源

16、與微機(jī)的弱電系統(tǒng)電源完的強(qiáng)電系統(tǒng)的直流電源與微機(jī)的弱電系統(tǒng)電源完全隔離開(kāi)。通過(guò)逆變后的直流電源具有極強(qiáng)的抗全隔離開(kāi)。通過(guò)逆變后的直流電源具有極強(qiáng)的抗干擾水平，對(duì)來(lái)自變電所中的因斷路器跳合閘等干擾水平，對(duì)來(lái)自變電所中的因斷路器跳合閘等原因產(chǎn)生的強(qiáng)干擾可以完全消除掉原因產(chǎn)生的強(qiáng)干擾可以完全消除掉57圖圖1.2.3 采樣過(guò)程示意圖采樣過(guò)程示意圖58 它在各個(gè)采樣點(diǎn)上它在各個(gè)采樣點(diǎn)上(0(0，TsTs，2Ts2Ts，)的幅值的幅值與輸入的連續(xù)信號(hào)與輸入的連續(xù)信號(hào)x(t)x(t)的幅值是相同的。在微的幅值是相同的。在微機(jī)保護(hù)中采樣的間隔是均勻的，我們把采樣間機(jī)保護(hù)中采樣的間隔是均勻的，我們把采樣間隔隔TsTs稱(chēng)為采樣周期，定義稱(chēng)為采樣周期，定義f fs s=1/T=1/Ts s為采樣頻率為采樣頻率，這是采樣過(guò)程中十分重要的參數(shù)。這是采樣過(guò)程中十分重要的參數(shù)。 如 每 周 期 采 樣 2 0 點(diǎn) ， 則 采 樣 頻 率 為f=20*50=1200 采樣周期Ts=1/f=1/1000=0.001秒=1毫秒 59