第四章 輸電線路縱聯(lián)保護(hù)-宗哲英

1、第四章 輸電線路縱聯(lián)保護(hù)l4.1 輸電線路縱聯(lián)保護(hù)的基本原理和分類(lèi)輸電線路縱聯(lián)保護(hù)的基本原理和分類(lèi) l4.2 輸電線路縱聯(lián)保護(hù)的通信通道輸電線路縱聯(lián)保護(hù)的通信通道 l4.3 輸電線路的導(dǎo)引線縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)輸電線路的導(dǎo)引線縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù) l4.4 方向比較式縱聯(lián)保護(hù)方向比較式縱聯(lián)保護(hù)l4.5 相位比較式縱聯(lián)保護(hù)相位比較式縱聯(lián)保護(hù) 4.1 輸電線路縱聯(lián)保護(hù)基本原理和分類(lèi)輸電線路縱聯(lián)保護(hù)基本原理和分類(lèi)n一、縱聯(lián)保護(hù)及其構(gòu)成一、縱聯(lián)保護(hù)及其構(gòu)成 輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)，就是用某種通信通道輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)，就是用某種通信通道(簡(jiǎn)稱(chēng)通道簡(jiǎn)稱(chēng)通道)將輸電線將輸電線兩端或各端兩端或各端(對(duì)于多端線路對(duì)于多端線路)的

2、保護(hù)裝置縱向連接起來(lái)，將各端的電氣的保護(hù)裝置縱向連接起來(lái)，將各端的電氣量量(電流、功率的方向等電流、功率的方向等) 傳送到對(duì)端，將各端的電氣量進(jìn)行比較，以傳送到對(duì)端，將各端的電氣量進(jìn)行比較，以判斷故障在本線路范圍內(nèi)還是在線路范圍之外，從而決定是否切斷被判斷故障在本線路范圍內(nèi)還是在線路范圍之外，從而決定是否切斷被保護(hù)線路。保護(hù)線路。 n二、縱聯(lián)保護(hù)的基本原理二、縱聯(lián)保護(hù)的基本原理保護(hù)原理的本質(zhì)是甄別系統(tǒng)正常和故障狀態(tài)下電氣量或非電氣保護(hù)原理的本質(zhì)是甄別系統(tǒng)正常和故障狀態(tài)下電氣量或非電氣量之間的差別，縱聯(lián)保護(hù)也不例外。輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)就是利用線量之間的差別，縱聯(lián)保護(hù)也不例外。輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)就

3、是利用線路兩端的電氣量在故障與非故障時(shí)的特征差異構(gòu)成的。當(dāng)線路發(fā)生區(qū)路兩端的電氣量在故障與非故障時(shí)的特征差異構(gòu)成的。當(dāng)線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障、區(qū)外故障時(shí)，電力線兩端電流波形、功率、電流相位以及兩內(nèi)故障、區(qū)外故障時(shí)，電力線兩端電流波形、功率、電流相位以及兩端的測(cè)量阻抗都有明顯的差異，利用這些差異就可以構(gòu)成不同原理的端的測(cè)量阻抗都有明顯的差異，利用這些差異就可以構(gòu)成不同原理的縱聯(lián)保護(hù)?？v聯(lián)保護(hù)。l1.兩側(cè)電流量特征 雙端電源線路區(qū)內(nèi)、外故障示意圖(a)內(nèi)部故障；(b)外部故障如圖所示，有如圖所示，有 ，在故障點(diǎn)有較大短路電流流出，在故障點(diǎn)有較大短路電流流出; MNk1IIII如圖所示，線路兩端電流相量關(guān)

4、系為如圖所示，線路兩端電流相量關(guān)系為 。MN0III當(dāng)線路發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，當(dāng)線路發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)， 當(dāng)線路發(fā)生區(qū)外短路故障或正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)線路發(fā)生區(qū)外短路故障或正常運(yùn)行時(shí)， l2兩側(cè)電流相位特征兩端輸電線路，若全系統(tǒng)阻抗角均勻，且兩端電動(dòng)勢(shì)角相等，則兩端輸電線路，若全系統(tǒng)阻抗角均勻，且兩端電動(dòng)勢(shì)角相等，則當(dāng)線路當(dāng)線路MN發(fā)生區(qū)內(nèi)短路故障時(shí)，兩側(cè)電流同相位，即、相位差為發(fā)生區(qū)內(nèi)短路故障時(shí)，兩側(cè)電流同相位，即、相位差為0；而當(dāng)正常運(yùn)行或發(fā)生區(qū)外短路故障時(shí)，兩側(cè)電流反相，即電流、相位而當(dāng)正常運(yùn)行或發(fā)生區(qū)外短路故障時(shí)，兩側(cè)電流反相，即電流、相位差為差為180。l3兩側(cè)功率方向特征 當(dāng)線路上發(fā)生區(qū)內(nèi)故障和

5、區(qū)外故障時(shí)，輸電線兩端的功率方向也當(dāng)線路上發(fā)生區(qū)內(nèi)故障和區(qū)外故障時(shí)，輸電線兩端的功率方向也有很大差別。令功率正方向由母線指向線路，則線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，有很大差別。令功率正方向由母線指向線路，則線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，兩端功率方向都由母線流向線路，兩端功率方向相同，同為正方向；兩端功率方向都由母線流向線路，兩端功率方向相同，同為正方向；而發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，遠(yuǎn)故障點(diǎn)端功率由母線流向線路，功率方向?yàn)檎?，而發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，遠(yuǎn)故障點(diǎn)端功率由母線流向線路，功率方向?yàn)檎收宵c(diǎn)端功率由線路流向母線，功率方向?yàn)樨?fù)，兩端功率方向相反。近故障點(diǎn)端功率由線路流向母線，功率方向?yàn)樨?fù)，兩端功率方向相反。l4兩側(cè)測(cè)量阻抗值

6、特征三、縱聯(lián)保護(hù)的分類(lèi)三、縱聯(lián)保護(hù)的分類(lèi) 當(dāng)線路區(qū)內(nèi)短路時(shí)，輸電線路兩端的測(cè)量阻抗都是短路阻抗，一當(dāng)線路區(qū)內(nèi)短路時(shí)，輸電線路兩端的測(cè)量阻抗都是短路阻抗，一定位于距離保護(hù)定位于距離保護(hù)段的動(dòng)作區(qū)內(nèi)，兩側(cè)的段的動(dòng)作區(qū)內(nèi)，兩側(cè)的段同時(shí)啟動(dòng)；當(dāng)正常運(yùn)行段同時(shí)啟動(dòng)；當(dāng)正常運(yùn)行時(shí)，兩側(cè)的測(cè)量阻抗是負(fù)荷阻抗，距離保護(hù)時(shí)，兩側(cè)的測(cè)量阻抗是負(fù)荷阻抗，距離保護(hù)段不會(huì)啟動(dòng)；當(dāng)發(fā)生外段不會(huì)啟動(dòng)；當(dāng)發(fā)生外部短路時(shí)，兩側(cè)測(cè)量阻抗也是短路阻抗，但一側(cè)為反方向，若采用方部短路時(shí)，兩側(cè)測(cè)量阻抗也是短路阻抗，但一側(cè)為反方向，若采用方向特性的阻抗繼電器，則至少有一側(cè)的距離向特性的阻抗繼電器，則至少有一側(cè)的距離段不會(huì)啟動(dòng)。段不會(huì)啟動(dòng)

7、。n三、縱聯(lián)保護(hù)的分類(lèi)三、縱聯(lián)保護(hù)的分類(lèi)縱聯(lián)保護(hù)按照所利用信息通道的不同類(lèi)型可以分為縱聯(lián)保護(hù)按照所利用信息通道的不同類(lèi)型可以分為導(dǎo)引線縱導(dǎo)引線縱聯(lián)保護(hù)聯(lián)保護(hù)、電力線載波縱聯(lián)保護(hù)電力線載波縱聯(lián)保護(hù)、微波縱聯(lián)保護(hù)微波縱聯(lián)保護(hù)和和光纖縱聯(lián)保護(hù)光纖縱聯(lián)保護(hù)四種。四種。縱聯(lián)保護(hù)按照保護(hù)動(dòng)作原理，可以分為縱聯(lián)保護(hù)按照保護(hù)動(dòng)作原理，可以分為方向比較式縱聯(lián)保護(hù)方向比較式縱聯(lián)保護(hù)和和縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)兩類(lèi)。兩類(lèi)。4.2 輸電線路縱聯(lián)保護(hù)的通信通道輸電線路縱聯(lián)保護(hù)的通信通道 n一、通信通道的構(gòu)成和特點(diǎn)一、通信通道的構(gòu)成和特點(diǎn) 1導(dǎo)引線通道導(dǎo)引線通道導(dǎo)引線通道是縱聯(lián)保護(hù)最早使用的通信通道，是由和導(dǎo)引線

8、通道是縱聯(lián)保護(hù)最早使用的通信通道，是由和被保護(hù)線路平行敷設(shè)的金屬導(dǎo)線構(gòu)成，用來(lái)傳遞被保護(hù)線被保護(hù)線路平行敷設(shè)的金屬導(dǎo)線構(gòu)成，用來(lái)傳遞被保護(hù)線路各側(cè)信息的通信通道路各側(cè)信息的通信通道。2電力線載波（高頻）通道電力線載波（高頻）通道 3微波通道微波通道4光纖通道光纖通道電力線載波通道構(gòu)成示意圖1阻波器；2結(jié)合電容器；3連接濾波器；4電纜；5高頻收發(fā)信;6刀閘n阻波器：阻波器是由一個(gè)電感線圈與可變電容器并聯(lián)組成的回路。 n結(jié)合電容器：結(jié)合電容器與連接濾過(guò)器共同配合將載波信號(hào)傳遞至輸電線路，同時(shí)使高頻收發(fā)信機(jī)與工頻高壓線路絕緣。 n連接濾波器：連接濾波器由一個(gè)可調(diào)節(jié)的空心變壓器及連接至高頻電纜一側(cè)的電

9、容器組成。 n高頻收、發(fā)信機(jī)：發(fā)信機(jī)部分系由繼電保護(hù)裝置控制，通常都是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)起動(dòng)之后它才發(fā)出信號(hào)。 n二、高頻信號(hào)的分類(lèi)二、高頻信號(hào)的分類(lèi) 按照信號(hào)的性質(zhì)或作用，可以將其分為閉鎖信號(hào)、允許信號(hào)和跳閘信號(hào)。這三種信號(hào)可用以上任一中種通信通道產(chǎn)生和傳送。1閉鎖信號(hào)閉鎖信號(hào)。即無(wú)閉鎖信號(hào)是保護(hù)作用于跳閘的必要條件，或者說(shuō)閉鎖信號(hào)是阻止保護(hù)動(dòng)作于跳閘的信號(hào)。2允許信號(hào)允許信號(hào)。允許信號(hào)是允許保護(hù)作用于跳閘的信號(hào)，或者說(shuō)有允許信號(hào)是保護(hù)動(dòng)作于跳閘的必要條件。 3跳閘信號(hào)跳閘信號(hào)。跳閘信號(hào)是直接引起跳閘的信號(hào)，或者說(shuō)收到跳閘信號(hào)是跳閘的充要條件。 高頻保護(hù)信號(hào)邏輯圖(a)閉鎖信號(hào)；(b

10、)允許信號(hào)；(c)跳閘信號(hào)4.3輸電線路的導(dǎo)引線縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)輸電線路的導(dǎo)引線縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù) 4.4方向比較式縱聯(lián)保護(hù)方向比較式縱聯(lián)保護(hù)一、閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)一、閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù) 1閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)的基本原理 閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)作原理2閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)的基本構(gòu)成 閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)的原理接線圖區(qū)外短路故障；兩端供電線路區(qū)內(nèi)短路故障； 單電源供電線路區(qū)內(nèi)短路故障。 3影響方向比較式縱聯(lián)保護(hù)正確動(dòng)作的因素 系統(tǒng)非全相運(yùn)行的影響 系統(tǒng)一相僅在一側(cè)斷開(kāi)的情況 (a)負(fù)序電壓分布圖；(b)相量圖實(shí)際非全相運(yùn)行狀態(tài)是一相在兩側(cè)同時(shí)斷開(kāi)的狀態(tài)，特別是考慮分布電容的影響后，需要分析有兩個(gè)斷線端口的復(fù)雜故障下

11、負(fù)序電壓、電流的相位關(guān)系，結(jié)論同樣是：當(dāng)使用線路側(cè)電壓時(shí)，受電側(cè)功率方向?yàn)檎碗妭?cè)的負(fù)序功率方向?yàn)樨?fù)，發(fā)出閉鎖信號(hào)，保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)作；如果使用母線電壓，兩側(cè)的負(fù)序功率方向同時(shí)為正，保護(hù)將誤動(dòng)作。零序功率方向在非全相運(yùn)行期間與負(fù)序功率方向的特點(diǎn)一致?？朔侨噙\(yùn)行期間負(fù)序、零序方向縱聯(lián)保護(hù)誤動(dòng)的措施一般是：使用線路側(cè)電壓，這也是超高壓線路電壓互感器裝于線路側(cè)的主要原因；在兩相運(yùn)行期間退出負(fù)序、零序方向元件，僅保留使用工頻突變量的方向元件。 功率倒向?qū)Ψ较虮容^式縱聯(lián)保護(hù)的影響及應(yīng)對(duì)措施 功率導(dǎo)向電網(wǎng)示意圖系統(tǒng)中假設(shè)故障發(fā)生在線路L1上靠近M側(cè)k點(diǎn)，斷路器QF3先于斷路器QF4跳閘。在斷路器QF3跳

12、閘之前，線路L2中短路功率由N側(cè)流向M側(cè)，線路L2中N側(cè)功率方向?yàn)樨?fù)，方向元件不動(dòng)作，向M側(cè)發(fā)送閉鎖信號(hào)。 在斷路器QF3跳閘后QF4跳閘前，線路L2中的短路功率突然倒轉(zhuǎn)方向，由M側(cè)流向N側(cè)，這一現(xiàn)象稱(chēng)為功率倒向。反應(yīng)負(fù)序、零序和故障分量的方向元件在短路功率倒向時(shí)如果動(dòng)作不協(xié)調(diào)會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作。在斷路器QF3跳閘后QF4跳閘前，M側(cè)功率方向由負(fù)變?yōu)檎?，功率方向元件?dòng)作，停止發(fā)信并準(zhǔn)備跳閘；此時(shí)N側(cè)的功率方向由正變負(fù)，方向元件應(yīng)立即返回并向M側(cè)發(fā)閉鎖信號(hào)，但是可能M側(cè)的方向元件動(dòng)作快，N側(cè)的方向元件返回慢，這被稱(chēng)為“觸點(diǎn)競(jìng)賽”。由于這個(gè)原因，會(huì)有一段時(shí)間兩側(cè)方向元件均處于動(dòng)作狀態(tài)，M側(cè)沒(méi)有閉鎖信號(hào)，

13、造成線路兩端的保護(hù)誤動(dòng)。如果增加延時(shí)返回時(shí)間元件t1，使發(fā)信元件動(dòng)作后經(jīng)時(shí)間t1延時(shí)返回，就可以解決這個(gè)問(wèn)題。時(shí)間t1要大于兩側(cè)方向元件動(dòng)作與返回的最大時(shí)間差，再加一個(gè)適當(dāng)裕度時(shí)間。二、閉鎖式距離縱聯(lián)保護(hù)簡(jiǎn)介二、閉鎖式距離縱聯(lián)保護(hù)簡(jiǎn)介 閉鎖式距離縱聯(lián)保護(hù)實(shí)際上是由兩端完整的三段式距離保護(hù)附加高頻通信部分組成。4.5相位比較式縱聯(lián)保護(hù)相位比較式縱聯(lián)保護(hù) 一、工作原理一、工作原理相差高頻保護(hù)工作原理(a)網(wǎng)絡(luò)圖(b)內(nèi)部故障時(shí)兩端電流波形(c)外部故障時(shí)兩端電流波形二、相差高頻保護(hù)的構(gòu)成二、相差高頻保護(hù)的構(gòu)成 故障啟動(dòng)發(fā)信元件 啟動(dòng)跳閘元件 發(fā)信操作元件 收信比較時(shí)間元件 閉鎖式縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保

14、護(hù)的原理框圖三、相差高頻保護(hù)的相位特性和相繼動(dòng)作三、相差高頻保護(hù)的相位特性和相繼動(dòng)作 線路內(nèi)部對(duì)稱(chēng)故障時(shí)的矢量圖yb6100L 66100100LL 這種一側(cè)保護(hù)隨著另一側(cè)保護(hù)動(dòng)作而動(dòng)作的情況被稱(chēng)為保護(hù)的“相繼動(dòng)作”，保護(hù)相繼動(dòng)作的一側(cè)故障切除時(shí)間變慢。 相位特性曲線和閉鎖角的選擇四、長(zhǎng)距離輸電線路的分布電容對(duì)相差高頻保護(hù)的影響四、長(zhǎng)距離輸電線路的分布電容對(duì)相差高頻保護(hù)的影響 長(zhǎng)距離輸電線路的型等值電路由于線路具有分布電容，正常運(yùn)行和外部短路時(shí)線路兩端電流之和不為零，而為線路電容電流，對(duì)較短的高壓架空線路，電容電流不大，線路兩側(cè)電流之和不大，縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)可用不平衡電流的門(mén)限值躲過(guò)它。對(duì)于高壓長(zhǎng)距離架空輸電線路或電纜線路，充電電容電流很大，若用門(mén)限值躲電容電流，將極大的降低靈敏度，所以通常采用電壓測(cè)量來(lái)補(bǔ)償電容電流。對(duì)于一般長(zhǎng)度的輸電線路，可以