第2單元-輸電線的全線速動(dòng)保護(hù)

1、 主講人：肖仕武主講人：肖仕武 華北電力大學(xué)（北京）電力工程系華北電力大學(xué)（北京）電力工程系電子信箱：電子信箱：North China Electric Power University第 2 2 單元 輸電線的全線速動(dòng)保護(hù)第第3單元單元 輸電線的全線速動(dòng)保護(hù)輸電線的全線速動(dòng)保護(hù)第一節(jié)第一節(jié) 線路的差動(dòng)保護(hù)線路的差動(dòng)保護(hù)1. 反映一側(cè)電氣量保護(hù)的缺陷反映一側(cè)電氣量保護(hù)的缺陷 無(wú)法區(qū)分本線路末端無(wú)法區(qū)分本線路末端d1短路與相鄰線路出口短路與相鄰線路出口d2短路。短路。 無(wú)法實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)。無(wú)法實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)。 電流保護(hù)、阻抗保護(hù)都是反映一側(cè)電氣量的保護(hù)。為了保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，要求高壓線路主保護(hù)必

2、須要實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)，即瞬時(shí)切除全線路范圍以?xún)?nèi)故障。反映線路兩側(cè)電氣量的縱聯(lián)保護(hù)縱聯(lián)保護(hù)：將線路一側(cè)電氣量信息傳到另一側(cè)去，兩側(cè)電氣量同時(shí)比較、聯(lián)合工作的保護(hù)。即線路兩側(cè)之間有縱向聯(lián)系的保護(hù)。縱聯(lián)保護(hù)特點(diǎn)：可以快速、可靠地區(qū)分本線路內(nèi)部任意點(diǎn)短路與外部短路，實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)。線路兩側(cè)之間有通信。對(duì)于220kV及以上高壓線路，要求必須配置全線速動(dòng)的縱聯(lián)保護(hù)，把它作為主保護(hù)，對(duì)全線路內(nèi)發(fā)生的各種類(lèi)型故障，均能快速動(dòng)作切除故障。輸電線路縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)原理根據(jù)基爾霍夫電流定律，線路兩側(cè)電流參考方向如上圖所示。當(dāng)線路上沒(méi)有內(nèi)部故障時(shí)，線路兩側(cè)的電流之和為零，即流入線路元件的電流之和為零；當(dāng)線路有內(nèi)部故障時(shí)，線

3、路兩側(cè)電流之和不為零。 即： 正常運(yùn)行或外部故障時(shí)(F2): 或 內(nèi)部故障時(shí)（F1）： 或0NMII0NMcdIII差動(dòng)電流dNMIII0dNMcdIIII差動(dòng)電流輸電線路縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)的工作原理：當(dāng)差動(dòng)電流 時(shí)，認(rèn)為是內(nèi)部故障，保護(hù)動(dòng)作。0NMcdIII輸電線路縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)原理的優(yōu)點(diǎn)1、保護(hù)范圍明確，即是線路兩側(cè)電流互感器之間的范圍。2、動(dòng)作速度快，可以實(shí)現(xiàn)全線路瞬時(shí)切除區(qū)內(nèi)故障。這是由于縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)不需與相鄰元件的保護(hù)配合。3、不受系統(tǒng)振蕩、系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響。2、 輸電線路縱聯(lián)保護(hù)的基本原理的分類(lèi)（1）兩端電流相量的故障特征（縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)原理） 正常運(yùn)行和外部故障時(shí)（F

4、2）： 內(nèi)部故障時(shí)（F1）：0NMcdIII0dNMcdIIII（2）兩端功率方向的故障特征（方向縱聯(lián)保護(hù)原理） 假設(shè)正功率方向?yàn)椋耗妇€線路 正常運(yùn)行和外部故障時(shí)（F2）：一端功率為正，一端為負(fù) 內(nèi)部故障時(shí)（F1）：兩端功率都為正2、 輸電線路縱聯(lián)保護(hù)的基本原理（3）兩端電流相位的特征（相差縱聯(lián)保護(hù)原理）正常運(yùn)行和外部故障時(shí)（F2）： 和 的相位相差180。 內(nèi)部故障時(shí)（F1）： 和 的相位相同。 MINI（4）兩端測(cè)量阻抗的特征（距離縱聯(lián)保護(hù)原理） 正常運(yùn)行和外部故障時(shí)（F2）：兩端的距離段測(cè)量阻抗一側(cè)為反方向，另一側(cè)為正方向。 內(nèi)部故障時(shí)（F1）：兩端的距離段測(cè)量阻抗都在正方向MINI從線

5、路兩側(cè)傳輸信息量的大小進(jìn)行分類(lèi)（1）電流縱聯(lián)保護(hù)。線路兩側(cè)需要傳輸電流的相量或相位，兩側(cè)傳輸信息的數(shù)據(jù)量較大。 （縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)、相差縱聯(lián)保護(hù)）（2）方向比較式縱聯(lián)保護(hù)。線路兩側(cè)需要傳輸短路功率方向、測(cè)量阻抗方向，兩側(cè)傳輸信息的數(shù)據(jù)量小。邏輯開(kāi)關(guān)量信息 （方向縱聯(lián)保護(hù)、距離縱聯(lián)保護(hù)） 通通 信信 通通 道道 保保 護(hù)護(hù) 輔助導(dǎo)線或?qū)б€輔助導(dǎo)線或?qū)б€ 導(dǎo)引線差動(dòng)保護(hù)導(dǎo)引線差動(dòng)保護(hù) 輸電線載波通道輸電線載波通道 高頻保護(hù)高頻保護(hù) 微波微波 微波保護(hù)微波保護(hù) 光纖光纖 光纖保護(hù)光纖保護(hù)3、 輸電線路縱聯(lián)保護(hù)的按照通信通道分類(lèi)輸電線路縱聯(lián)保護(hù)的保護(hù)原理分類(lèi)和按照通信通道的分類(lèi)是不同的分類(lèi)方法。兩

6、種分類(lèi)方法可以重疊應(yīng)用。目前導(dǎo)引線在線路縱聯(lián)保護(hù)中的應(yīng)用越來(lái)越少，基本上都是采用輸電線載波通道、微波和光纖作為通信通道。在后三種通信通道中，光纖的通信質(zhì)量是最好的。輸電線載波通道的通信質(zhì)量最差。LNMnmJnIIIII/ )(1122保護(hù)不動(dòng)，正常及外部故障：0JI時(shí)動(dòng)作，內(nèi)部故障：JdzJLdJIInII.0/導(dǎo)引線縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)原理導(dǎo)引線縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)原理缺點(diǎn)：要求沿線路敷設(shè)流過(guò)CT二次電流的多根導(dǎo)引線，這在技術(shù)上是不可能的，經(jīng)濟(jì)上也是不合理的。只能用于57公里的短線路，更廣泛地則用于變壓器、發(fā)電機(jī)等電力設(shè)備和母線，不能用于長(zhǎng)距離線路。第二節(jié)第二節(jié) 高頻保護(hù)的基本原理高頻保護(hù)的基本原理

7、一、高頻保護(hù)概述一、高頻保護(hù)概述 1. 定義定義 高頻保護(hù)是利用輸電線載波通道作為通信通道的縱聯(lián)保護(hù)縱聯(lián)保護(hù)。 工作原理：將功率方向（或距離方向、電流相位）轉(zhuǎn)化為高頻信號(hào)，利用輸電線本身構(gòu)成的高頻電流通道將信號(hào)送至對(duì)端進(jìn)行比較，判別故障是否在本線路。保護(hù)動(dòng)作無(wú)需延時(shí)。 2.2. 分類(lèi)分類(lèi)（1 1）方向方向/ /距離高頻保護(hù)距離高頻保護(hù)：比較被保護(hù)線路兩側(cè)功率：比較被保護(hù)線路兩側(cè)功率/距離方向。距離方向。（2 2）相差高頻保護(hù)相差高頻保護(hù)：比較被保護(hù)線路兩側(cè)電流相位。：比較被保護(hù)線路兩側(cè)電流相位。二、高頻通道的構(gòu)成二、高頻通道的構(gòu)成高頻通道高頻通道：“導(dǎo)線大地” 構(gòu)成輸電線 載波通道。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)

8、點(diǎn)：最經(jīng)濟(jì)，可以只在一相線路上 裝設(shè)構(gòu)成通道的設(shè)備。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：高頻信號(hào)的衰耗和受到 的干擾都比較大。 1. 1. 阻波器阻波器 通工頻、阻高頻通工頻、阻高頻2. 2. 結(jié)合電容器結(jié)合電容器3. 3. 連接濾波器連接濾波器 通高頻、阻低頻；絕緣通高頻、阻低頻；絕緣4 4電纜電纜5 5高頻收、發(fā)信機(jī)高頻收、發(fā)信機(jī)繼電保護(hù)裝置與收發(fā)信機(jī)的接口繼電保護(hù)裝置與收發(fā)信機(jī)的接口收發(fā)信機(jī)接入繼電保護(hù)裝置的發(fā)信觸點(diǎn)，繼電保護(hù)接入收發(fā)信機(jī)的收信輸出和告警觸點(diǎn)。三、高頻通道的工作方式三、高頻通道的工作方式1. 1. 經(jīng)常無(wú)高頻電流（故障時(shí)發(fā)信）經(jīng)常無(wú)高頻電流（故障時(shí)發(fā)信）2. 2. 經(jīng)常有高頻電流（長(zhǎng)期發(fā)信）經(jīng)常

9、有高頻電流（長(zhǎng)期發(fā)信） 四、高頻信號(hào)的分類(lèi)和應(yīng)用四、高頻信號(hào)的分類(lèi)和應(yīng)用1.1.閉鎖信號(hào)閉鎖信號(hào) 阻止保護(hù)動(dòng)作于跳閘的信號(hào) 同時(shí)滿(mǎn)足以下條件時(shí)才跳閘：a）本端保護(hù)元件動(dòng)作； b）無(wú)閉鎖信號(hào)。2.2.允許信號(hào)允許信號(hào) 允許保護(hù)動(dòng)作于跳閘的信號(hào) 同時(shí)滿(mǎn)足以下條件時(shí)才跳閘：a）本端保護(hù)元件動(dòng)作； b）有允許信號(hào)。3. 3. 跳閘信號(hào)跳閘信號(hào) 直接引起跳閘的信號(hào) 跳閘的條件是本端保護(hù)動(dòng)作，或?qū)Χ藗鱽?lái)跳閘信號(hào)。高頻信號(hào)的分類(lèi)和應(yīng)用高頻信號(hào)的分類(lèi)和應(yīng)用（1）閉鎖信號(hào)，不易拒動(dòng) 外部故障：一側(cè)保護(hù)發(fā)閉鎖信號(hào)，將兩側(cè)的保護(hù)都閉鎖。 內(nèi)部故障：兩端保護(hù)都不發(fā)出閉鎖信號(hào)，保護(hù)可動(dòng)作于跳閘。 （2）允許信號(hào)，不易誤

10、動(dòng)外部故障：近故障點(diǎn)側(cè)不發(fā)允許信號(hào)，故對(duì)端保護(hù)不能跳閘；內(nèi)部故障：兩端高頻保護(hù)同時(shí)向?qū)?cè)發(fā)出允許信號(hào)，使保護(hù)動(dòng)作于跳閘。 （3）跳閘信號(hào) 利用裝設(shè)在每一端的電流速斷、距離一段、零序電流速斷等保護(hù)，當(dāng)其保護(hù)范圍內(nèi)部故障而動(dòng)作于跳閘的同時(shí)，還向?qū)Χ税l(fā)出跳閘信號(hào)，不經(jīng)其它控制元件而直接使對(duì)端的斷路器跳閘。 1. 1. 高頻閉鎖方向保護(hù)的基本原理高頻閉鎖方向保護(hù)的基本原理高頻通道經(jīng)常無(wú)電流，而在外部故障時(shí)由短路功率為負(fù)的一 端發(fā)出閉鎖信號(hào)，兩側(cè)收信機(jī)接受到此信號(hào)將兩側(cè)保護(hù)閉鎖。 第三節(jié)第三節(jié) 高頻閉鎖方向保護(hù)高頻閉鎖方向保護(hù)1、區(qū)內(nèi)故障（F1），線路兩側(cè)（M側(cè)、N側(cè)）流過(guò)的短路功率方向都為正方向，即為

11、母線線路。兩側(cè)高頻閉鎖方向保護(hù)不發(fā)閉鎖信號(hào)，兩側(cè)保護(hù)動(dòng)作跳閘。2、區(qū)外故障（F2），線路兩側(cè)（M側(cè)、N側(cè)）流過(guò)的短路功率方向一側(cè)為正方向（M側(cè)） ，另一側(cè)為反方向（N側(cè)） 。功率方向?yàn)樨?fù)方向的保護(hù)發(fā)閉鎖信號(hào)，閉鎖兩側(cè)保護(hù)。光信號(hào)在光導(dǎo)纖維內(nèi)傳輸具有衰耗低、抗干擾能力強(qiáng)、通信容量大、比微波通信提高10 萬(wàn)倍以上等優(yōu)點(diǎn)。目前光纖通信使用的波長(zhǎng)為0.85 um、 1.31 um、1.55 um 。光纖分多模光纖和單模光纖，后者比前者特性好，衰減小、頻帶寬適用于大容量遠(yuǎn)距離的通信系統(tǒng)。 光纖保護(hù)光纖具有寬帶、遠(yuǎn)距離傳輸能力強(qiáng)、保密性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),是未來(lái)通信網(wǎng)的主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)。光纖保護(hù)的基本原理

12、 光纖保護(hù)目前已在國(guó)內(nèi)部分地區(qū)得到較為廣泛的使用 ,對(duì)已投入運(yùn)行的光纖保護(hù) ,按原理劃分主要有2大類(lèi)。（1）光纖電流差動(dòng)保護(hù)；（2）光纖閉鎖式、允許式縱聯(lián)保護(hù)，包括方向縱聯(lián)和距離縱 聯(lián)保護(hù)原理。 光纖電流差動(dòng)保護(hù)是在電流差動(dòng)保護(hù)的基礎(chǔ)上演化而來(lái)的 ,比較線路兩側(cè)電流的幅值和相位實(shí)現(xiàn)縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)原理。它能夠理想地使保護(hù)實(shí)現(xiàn)單元化 ,原理簡(jiǎn)單 ,不受運(yùn)行方式變化的影響 ,而且由于兩側(cè)的保護(hù)裝置沒(méi)有電聯(lián)系 ,提高了運(yùn)行的可靠性。時(shí)間同步和誤碼校驗(yàn)問(wèn)題是光纖電流差動(dòng)保護(hù)面臨的主要技術(shù)問(wèn)題。 光纖閉鎖式、允許式縱聯(lián)保護(hù)是在目前高頻閉鎖式、允許式縱聯(lián)保護(hù)的基礎(chǔ)上演化而來(lái) ,以穩(wěn)定可靠的光纖通道代替高頻通道從而提高保護(hù)動(dòng)作的可靠性。光纖繼電保護(hù)裝置與遠(yuǎn)方信號(hào)傳輸裝置之間的接口分相式電流差動(dòng)保護(hù)原理光纖分相式電流差動(dòng)保護(hù)利用光纖通道可以實(shí)現(xiàn)線路兩側(cè)電流相量數(shù)據(jù)的互傳，實(shí)現(xiàn)縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)原理。ezdcdezdezdcdIIIIIIIIkII,),(00其中： 是差動(dòng)電流。nmcdIII其中： 是制動(dòng)電流。nmzdIIIcdIzdI0INI高壓線路保護(hù)對(duì)發(fā)電廠的影響電廠通過(guò)雙回高壓線路L1、L2向電網(wǎng)送電。高壓線路L1、L2兩端都配置有縱聯(lián)保護(hù)、距離保護(hù)和零序保護(hù)。當(dāng)線路L1內(nèi)部短路故障時(shí)，線路L1兩端縱聯(lián)保護(hù)快速動(dòng)作，切除故障線路L1。這時(shí)，發(fā)電廠只能通過(guò)一回線路L2向電