電力系統(tǒng)繼電保護——方向比較式縱聯(lián)保護和縱聯(lián)電流差動保護

1、電氣工程及其自動化專業(yè)課程電氣工程及其自動化專業(yè)課程武漢理工大學(xué)自動化學(xué)院唐金銳 一、輸電線路縱聯(lián)保護概述二、輸電線路縱聯(lián)保護兩側(cè)信息的交換三、方向比較式縱聯(lián)保護三、方向比較式縱聯(lián)保護四、縱聯(lián)電流差動保護四、縱聯(lián)電流差動保護一、工頻故障分量的方向元件一、工頻故障分量的方向元件二、閉鎖式方向縱聯(lián)保護二、閉鎖式方向縱聯(lián)保護三、閉鎖式距離縱聯(lián)保護閉鎖式距離縱聯(lián)保護四、影響正確工作的因素及應(yīng)對措施四、影響正確工作的因素及應(yīng)對措施n在方向比較式縱聯(lián)保護中，方向元件或功率方向測量元件是保護中的關(guān)鍵元件，常用工頻電壓、電流的故障分量構(gòu)常用工頻電壓、電流的故障分量構(gòu)成方向元件成方向元件。n在保護的正方向短路時

2、：n在保護的反方向短路時：n為便于實現(xiàn)電壓、電流相位關(guān)系的判定，實際的方向元件比較的是故障分量電壓和故障分量電流在模擬阻抗Zr上產(chǎn)生的電壓之間相位關(guān)系。sUIZ sUIZ n在保護的正方向短路時：n在保護的反方向短路時：n正方向故障時，功率方向為正，n考慮各種因素的影響，正方向：n反方向故障：n負序、零序分量本身就是故障分量負序、零序分量本身就是故障分量，類似的公式。sUIZ sUIZ 0argarg()180srrZUZIZ0027090rUZI009090rUZI n反應(yīng)工頻故障分量的方向元件：反應(yīng)工頻故障分量的方向元件：（1）不受負荷狀態(tài)的影響（2）不受故障點過渡電阻的影響（3）正、反方

3、向短路時，方向性明確（4）無電壓死區(qū)（5）不受系統(tǒng)振蕩影響n目前在電力系統(tǒng)中廣泛使用由電力線路載波通道實現(xiàn)的閉鎖式方向縱聯(lián)保護。n閉鎖式方向縱聯(lián)保護：采用正常無高頻電流，在區(qū)外故障時發(fā)閉鎖信號的方式構(gòu)成。此閉鎖信號由功率方向為負的一側(cè)發(fā)出，被兩端的收信機同時接收，閉鎖兩端的保護。n跳閘判據(jù)：本段保護方向元件判定為正方向故障且收不到本段保護方向元件判定為正方向故障且收不到閉鎖信號閉鎖信號。n方向比較式縱聯(lián)保護不能作為變電站母線和下級相鄰線路的后備。n距離保護可以作為變電所母線和下級相鄰線路的遠后備，同時由于距離保護的主要元件（如啟動元件、方向阻抗元件等）也可以作為實現(xiàn)閉鎖式方向縱聯(lián)保護的主要元件

4、，兩者結(jié)合起來實現(xiàn)閉鎖式方向縱聯(lián)保護。n由兩端完整的三段式距離保護附加高頻通信部分組成：由兩端完整的三段式距離保護附加高頻通信部分組成：（1）距離）距離III段作為故障啟動發(fā)信元件（或增加負序電流加段作為故障啟動發(fā)信元件（或增加負序電流加零序電流）零序電流）（2）距離）距離II段為方向判別元件和停信元件段為方向判別元件和停信元件（3）距離）距離I段作為兩端各自獨立跳閘段。段作為兩端各自獨立跳閘段。n由兩端完整的三段式距離保護附加高頻通信部分組成：由兩端完整的三段式距離保護附加高頻通信部分組成：n（1）核心變化：）核心變化：距離保護II段的跳閘時間元件增加了瞬時動作的與門元件。本側(cè)II段動作且收

5、不到閉鎖信號。實現(xiàn)了縱聯(lián)保護瞬時切除全線任意點短路的速動功能。n（2）閉鎖式零序方向縱聯(lián)保護的實現(xiàn)原理與閉鎖式距離縱聯(lián)保護相同，三段式零序方向保護代替三段式距離保護n1. 非全相運行對方向比較式縱聯(lián)保護的影響及應(yīng)對措施非全相運行對方向比較式縱聯(lián)保護的影響及應(yīng)對措施n非全相運行：非全相運行：單相故障跳開故障單相的方式，保留非故障的兩相繼續(xù)運行。n克服非全相運行期間負序、零序方向縱聯(lián)保護誤動的措施一般是：使用線路側(cè)電壓使用線路側(cè)電壓，這也是超高壓線路電壓互感器安裝于線路側(cè)的主要原因；兩相運行期間，退出負序、零序方向元件，僅保留使用工頻突變量的方向元件。n2. 功率倒向?qū)Ψ较虮容^式縱聯(lián)保護的影響及應(yīng)

6、對措施功率倒向?qū)Ψ较虮容^式縱聯(lián)保護的影響及應(yīng)對措施增加延時返回元件。3. 分布電容對方向比較式縱聯(lián)保護的影響及應(yīng)對措施分布電容對方向比較式縱聯(lián)保護的影響及應(yīng)對措施一端斷開，另一端三相合閘充電負序方向元件：按躲過空載線路兩相先閉合時出現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)負序電容電流進行整定；或增大保護啟動時間；或用方向阻抗元件代替負序方向。一、縱聯(lián)電流差動保護原理一、縱聯(lián)電流差動保護原理二、兩側(cè)電流的同步測量二、兩側(cè)電流的同步測量三、縱聯(lián)電流相位差動保護縱聯(lián)電流相位差動保護四、影響正確動作的因素四、影響正確動作的因素n電流差動保護：被保護元件兩測電流和在區(qū)內(nèi)短路與區(qū)外短路時一個是短路點電流很大、一個幾乎為零的差異n電流相位

7、差動保護：被保護元件兩測電流和在區(qū)內(nèi)短路與區(qū)外短路時一個幾乎同相、一個幾乎反相n不平衡電流不平衡電流：流過差動繼電器的電流是電流互感器的二次側(cè)電流之和。由于兩個電流互感器總是具有勵磁電流，且勵磁特性不會完全相同。n不平衡電流不平衡電流：采用電流互感器的10%的誤差曲線I unb 0.1K st K np I k max式中 K st為電流互感器的同型系數(shù)，當兩側(cè)電流互感器的型號、容量均相同時取0.5，不同時取1， 為非周期分量系數(shù)，Ik max 為外部短路時穿過兩個電流互感器的最大短路電流。1. Ir=|Im+In|Iunb2. 采用浮動門坎，即帶制動特性的差動保護帶制動特性的差動保護n外部短

8、路時穿過兩個電流互感器的實際短路電流外部短路時穿過兩個電流互感器的實際短路電流Ires：nIres：制動電流，差動門坎隨著：制動電流，差動門坎隨著Ires增大而增大。增大而增大。nIr： 動作電流動作電流00.5|0.5(|)|cos(180), cos(180)0resmnresmnresmnmnmnIIIIIIIII|rmnIIIrresresIKIn外部短路時穿過兩個電流互感器的實際短路電流外部短路時穿過兩個電流互感器的實際短路電流Ires：n內(nèi)部短路時，上述三個式子是不一樣的。內(nèi)部短路時，上述三個式子是不一樣的。00.5|0.5(|)|cos(180), cos(180)0resmnr

9、esmnresmnmnmnIIIIIIIII標量和，比率制動方式標量積，標積制動方式n帶有制動線圈的差動繼電器特性：帶有制動線圈的差動繼電器特性：nK：制動系數(shù)，可在：制動系數(shù)，可在01之間選擇；之間選擇；Iop0很小的門限，克服很小的門限，克服繼電器動作機械摩擦或保證電路狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)需要的值。繼電器動作機械摩擦或保證電路狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)需要的值。n動作電流不是定值而是隨制動電流變化的特性稱為制動特動作電流不是定值而是隨制動電流變化的特性稱為制動特性性。不僅提供了內(nèi)部短路時的靈敏性而且提高了外部短路時不動作的可靠性，因而在電流差動保護中得到了廣泛的應(yīng)用。0|mnmnopIIK IIIn數(shù)字化的離散

10、采樣，保護采樣速率為每工頻1224個點，相差一個采樣間隔則相差300150n1. 同步采樣：兩側(cè)的采樣時刻必須嚴格同時刻n2. 數(shù)據(jù)窗同步：使用兩側(cè)相同時刻的采樣數(shù)據(jù)計算n上百公里：基于數(shù)據(jù)通道的同步方法和基于全球定位系統(tǒng)GPS同步時鐘的同步方法。n基于數(shù)據(jù)通道的同步方法：采樣時刻調(diào)整法、采樣數(shù)據(jù)修正法和時鐘校正法。n采樣時刻調(diào)整法：通道延時的測定、主站時標與從站時標的核對；采樣時刻的調(diào)整；n基于具有統(tǒng)一時鐘的同步方法n全球定位系統(tǒng)GPS是美國于1993年全面建成的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航和定位系統(tǒng)。由24顆衛(wèi)星組成。n專用定時型GPS接收機：n1. 秒脈沖信號1PPS：1微秒n2. 串口輸出與1PPS

11、對應(yīng)的標準時間代碼n載波通道傳輸能力有限n遠距離輸電線路的模擬式載波保護中獲得廣泛應(yīng)用n相繼動作：一側(cè)保護隨著另一側(cè)保護動作而動作的情況稱為保護的“相繼動作”，保護相繼動作使一側(cè)故障切除的時間變慢。n1. 電流互感器的誤差和不平衡電流電流互感器的誤差和不平衡電流n輸電線路兩端應(yīng)采用型號相同、磁化特性一致、鐵芯截面較大的高精度的電流互感器，在必要時，還可采用鐵芯磁路中有小氣隙的電流互感器。n2. 輸電線路的分布電容電流及其補償措施輸電線路的分布電容電流及其補償措施n高壓長距離架空輸電線路或電纜線路，充電電容電流很大，若用門限值躲電容電流，將極大地降低靈敏度，通常采采用測量電壓來補償電容電流用測量電壓來補償電容電流。n3. 負荷電流對縱聯(lián)電流差動保護的影響負荷電流對縱聯(lián)電流差動保護的影響n重負荷情況下發(fā)生經(jīng)大電阻短路，有可能動作量小于制動量而拒動n全電流縱聯(lián)差動保護的主要缺點：為了提高重負荷情況下保護耐受過渡電阻的能力，不得不降低制動系數(shù)K的值，同時也就降低了外部故障時的防衛(wèi)能力。n為了消除負荷電流的影響，增強保護的耐過渡電阻能力，提高保護的靈敏度，利用電流的故障分量構(gòu)成差動保護判據(jù)。一、工頻故障