繼電保護 縱聯(lián)保護課件

第四章

輸電線路縱聯(lián)保護14.1.1輸電線縱聯(lián)保護概述為此，設(shè)法將被保護元件兩端(或多端)的電氣量進(jìn)行同時比較,以便判斷故障在區(qū)內(nèi)？還是區(qū)外？將兩端保護裝置的信號縱向聯(lián)結(jié)起來，構(gòu)成縱聯(lián)保護?！c橫向故障的稱謂進(jìn)行對應(yīng)比較（后面再用圖例說明“縱、橫”的區(qū)別）。僅利用線路一側(cè)的電氣量所構(gòu)成的繼電保護（單端電氣量），無法區(qū)分本線路末端與相鄰線路（或元件）的出口故障，如：電流保護、阻抗保護。2單端電氣量保護：僅利用被保護元件的一側(cè)電氣量，無法區(qū)分線路末端和相鄰線路的出口短路，可以作為后備保護或出口故障的第二種保護。（通常設(shè)計為：三段式）。縱聯(lián)保護：利用被保護元件的各側(cè)電氣量，可以識別：內(nèi)部和外部的故障，但是，不能作為后備保護。3縱聯(lián)保護有多種分類方法，可以按照通道類型或動作原理進(jìn)行分類。1）通道類型：導(dǎo)引線電力線載波微波光纖2）動作原理：比較方向比較相位基爾霍夫電流定律（差電流）還可以將通道類型與動作原理結(jié)合起來進(jìn)行稱呼。如：光纖電流差動（簡稱：光差），高頻距離。通道(信號交換手段)5分析、討論特征的目的：尋找內(nèi)部故障與其他工況（正常運行、外部故障）的特征區(qū)別和差異——>提取判據(jù)，構(gòu)成繼電保護原理。4.1.2兩側(cè)電氣量的特征當(dāng)然，構(gòu)成原理后，再分析影響因素；并研究消除影響因素的對策、措施（需要權(quán)衡利弊后，再確定是否采用）。6一、兩側(cè)電流相量和(瞬時值和)的故障特征基爾霍夫電流定律：

在一個節(jié)點中，流入的電流等于流出的電流。按照繼電保護規(guī)定的正方向：——指向被保護元件。那么，基爾霍夫電流定律可以修改為：在任何一個節(jié)點中，流入的電流之和等于0。下面，用圖例說明。7，就構(gòu)成了繼電保護原理——電流差動保護。廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備的保護。基爾霍夫電流定律的拓展：

將節(jié)點拓展為一個封閉區(qū)域。二者區(qū)別很大被保護設(shè)備設(shè)計區(qū)別的門檻9，應(yīng)當(dāng)是：電流和保護。即：從負(fù)荷(或外部短路)電流的特征看：“電流差動”名稱的來歷(與規(guī)定方向有關(guān))：——即電流差＝0按繼電保護規(guī)定的正方向（或計算原理）但是，習(xí)慣成俗，仍然稱為：差動保護。——>若有電流差，就動作。10二、兩側(cè)功率方向的故障特征1、正常運行2、外部短路3、內(nèi)部短路（為正）（為負(fù)）113、區(qū)內(nèi)故障三、兩側(cè)電流相位的故障特征13四、兩側(cè)測量阻抗的故障特征1、正常和區(qū)外故障一側(cè)阻抗可能動作，另一側(cè)阻抗不動作。2、區(qū)內(nèi)故障兩側(cè)阻抗均動作。14歸納：正常運行或外部故障內(nèi)部故障方向元件兩側(cè)均為正阻抗元件一側(cè)為正一側(cè)為負(fù)一側(cè)動作一側(cè)不動作兩側(cè)均動作（希望動作）（希望不動）特征分界

如何應(yīng)用這些特征？后面陸續(xù)予以介紹。電流相位相位差接近同相154.1.3縱聯(lián)保護的基本原理一、縱聯(lián)電流差動保護

依據(jù)兩側(cè)電流相量和（瞬時值和）的故障特征，即，基爾霍夫電流定律?；舅悸啡匀贿m用——動作門檻17分相電流差動保護的優(yōu)點：1）具有選擇性好、可靠、靈敏、快速的優(yōu)點；2）具有明確區(qū)分內(nèi)部和外部故障的能力；3）具有自然選相的功能；4）不受運行方式、非全相、串補電容、轉(zhuǎn)換性故障、同桿并架線路的跨線故障、振蕩及振蕩中再故障等因素的影響（受振蕩的影響很?。?；

5）內(nèi)部短路電流通常都大于差動電流的啟動值。原理最好的保護18缺點：1）增加兩側(cè)信息交換的通道——增加了復(fù)雜性。2）幾乎不反映縱向短路。

3）采用導(dǎo)線實現(xiàn)線路兩側(cè)的信號交換時，導(dǎo)線（導(dǎo)引線）太長，更容易出現(xiàn)故障，容易燒毀（一次短路后，感應(yīng)電流太大）。

因此，主要應(yīng)用于：發(fā)電機、變壓器、母線、電抗器等就近連接TA的保護中。

4）不能作為后備（所有縱聯(lián)保護的缺點）。

19二、距離縱聯(lián)保護（方向比較式縱聯(lián)保護）M側(cè)保護N側(cè)保護1）區(qū)內(nèi)故障啟動＋Z均動作——>兩側(cè)無延時跳閘：簡述信號交換與邏輯的過程阻抗動作信息的交換21二、距離縱聯(lián)保護（方向比較式縱聯(lián)保護）M側(cè)保護N側(cè)保護1）區(qū)內(nèi)故障啟動＋Z均動作——>兩側(cè)無延時跳閘：簡述信號交換與邏輯的過程阻抗動作信息的交換22至少一側(cè)的Z不動——>兩側(cè)均不跳閘二、距離縱聯(lián)保護（方向比較式縱聯(lián)保護）M側(cè)保護N側(cè)保護阻抗動作信息的交換2）區(qū)外故障：簡述信號交換與邏輯的過程23信號線上“有1出1”,并閉鎖兩側(cè)保護M側(cè)保護N側(cè)保護

還可以利用這樣的特征：

區(qū)外短路時，至少有一側(cè)為負(fù)（或不動）。上述結(jié)構(gòu)稱為：閉鎖式。僅傳輸一個信號。25信號線上“有1出1”,并閉鎖兩側(cè)保護區(qū)外短路時，至少有一側(cè)為負(fù)（或不動）。集電極開路1）上圖所示的區(qū)外故障閉鎖兩側(cè)保護！M側(cè)Z不動，持續(xù)發(fā)閉鎖信號，兩側(cè)均不跳。N側(cè)Z動也無效26信號線上“有1出1”,并閉鎖兩側(cè)保護區(qū)外短路時，至少有一側(cè)為負(fù)（或不動）。2）區(qū)內(nèi)故障27信號線上“有1出1”,并閉鎖兩側(cè)保護區(qū)外短路時，至少有一側(cè)為負(fù)（或不動）。2）區(qū)內(nèi)故障通道上，無閉鎖信號兩側(cè)均滿足跳閘條件29三、電流相位比較式縱聯(lián)保護區(qū)內(nèi)故障動作區(qū)域稱為：相差保護考慮誤差后304.2輸電線路縱聯(lián)保護兩側(cè)信息的交換信號交換的途徑（通道）：1、導(dǎo)引線通信。2、電力線載波。3、微波通信。4、光纖通信。311）導(dǎo)引線方式主要應(yīng)用于：發(fā)電機、母線、變壓器、電抗器等保護中。——僅應(yīng)用于就近的TA連接方式。2）電力線載波僅傳輸“有”、“無”高頻信號。主要應(yīng)用于傳輸：方向或相位信息。3）光纖通信可以傳輸較多的數(shù)字信息。如：傳輸三相電流、電壓的采樣值、相量、跳閘信息、斷路器狀態(tài)信息等，并且有校驗碼，可靠性很高。

324）微波通信也可以傳輸數(shù)字信息。但衰減受氣候影響較大，且屬于“視距傳輸”，傳輸距離受限制。視距地球半徑r約6360km設(shè)h=100m時，33微波通信、光纖通信部分——自學(xué)（重點：基本原理、特點）光纖與電流差動原理的結(jié)合，構(gòu)成了目前最好的保護方式——光纖差動保護（簡稱：光差）。其優(yōu)缺點在前面已經(jīng)說明了。下面，簡單地說明：在電力線載波方式中，各主要模塊的功能或作用。34“相-地”制高頻通道示意圖電力線載波輸電線(傳輸信號)35“相-地”制高頻通道示意圖電力線載波阻波器對高頻呈現(xiàn)開路，對工頻呈現(xiàn)

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0.04歐36結(jié)合電容器對高頻呈現(xiàn)小阻抗，對工頻呈現(xiàn)開路“相-地”制高頻通道示意圖電力線載波37“相-地”制高頻通道示意圖連接濾波器電力線載波38“相-地”制高頻通道示意圖高頻電纜電力線載波39“相-地”制高頻通道示意圖保護間隙電力線載波40“相-地”制高頻通道示意圖接地刀閘電力線載波41“相-地”制高頻通道示意圖高頻收發(fā)信機電力線載波421）長期發(fā)信方式——正常有高頻電流方式2、高頻通道工作方式也是信號信號平時故障時高頻載波——只能體現(xiàn)“有高頻”和“無高頻”2個信息1是信號，0也是信號！432.高頻通道工作方式2）故障啟動發(fā)信方式——正常無高頻電流方式信號3）移頻方式故障時刻信號

信號信號443、高頻信號的應(yīng)用(1)跳閘信號(2)允許信號(3)閉鎖信號高頻信號是跳閘的充分條件高頻信號是跳閘的必要條件，但不是充分條件收不到高頻信號是跳閘的必要條件454.3閉鎖式距離縱聯(lián)保護

方向判別：

1）超范圍的方向阻抗元件。

2）超范圍的功率方向元件。

——稱為：閉鎖式縱聯(lián)距離。

——稱為：閉鎖式縱聯(lián)方向。重點介紹常用的閉鎖式縱聯(lián)距離。46時間元件的表示方法：47啟動元件與阻抗之間的靈敏度配合：48一般t2為4～16ms(等對側(cè)信號發(fā)過來)高頻閉鎖距離保護的原理接線圖t1≈100ms(確保兩側(cè)阻抗元件返回后,才撤銷高頻)三個時間的作用49高頻閉鎖距離的邏輯工作過程以M側(cè)為例說明工作過程，適當(dāng)?shù)胤皆僦赋鯪側(cè)的不同之處。紅色表示：動作，或邏輯為1。501）區(qū)外故障以M側(cè)為例說明工作過程N側(cè)類似511）區(qū)外故障以M側(cè)為例說明工作過程N側(cè)類似521）區(qū)外故障以M側(cè)為例說明工作過程先閉鎖，防誤動；同時，測試收信回路的完好性。531）區(qū)外故障以M側(cè)為例說明工作過程541）區(qū)外故障以M側(cè)為例說明工作過程551）區(qū)外故障以M側(cè)為例說明工作過程如果對側(cè)高頻信號沒有傳過來，會出現(xiàn)無閉鎖信號。561）區(qū)外故障以M側(cè)為例說明工作過程如果對側(cè)高頻信號沒有傳過來，會出現(xiàn)無閉鎖信號。沒有t2延時，則立即滿足動作條件。57區(qū)外故障邏輯過程的簡單歸納：1）故障時，兩側(cè)先啟動，并且都發(fā)信。2）正方向元件動作——僅停止本側(cè)發(fā)信。3）反方向側(cè)繼續(xù)發(fā)信——閉鎖兩側(cè)保護。利用的特征：任一側(cè)為負(fù)，就閉鎖保護。582）區(qū)內(nèi)故障以M側(cè)為例說明工作過程啟動和發(fā)信的過程與前面是一致的592）區(qū)內(nèi)故障以M側(cè)為例說明工作過程60以M側(cè)為例說明工作過程兩側(cè)都停發(fā)高頻2）區(qū)內(nèi)故障612）區(qū)內(nèi)故障以M側(cè)為例說明工作過程兩側(cè)都是如圖標(biāo)識的邏輯跳閘62區(qū)內(nèi)故障邏輯過程的簡單歸納：1）故障時，兩側(cè)先啟動，并且都發(fā)信。2）正方向元件動作——僅停止本側(cè)發(fā)信。3）兩側(cè)都停信——兩側(cè)保護立即跳閘。利用的特征：兩側(cè)阻抗均動作，就發(fā)跳令。633）需要防止“功率倒向”的影響非故障線#1為負(fù)#2為正如果先跳開#1為正#2為負(fù)再如果保護2識別“由正變負(fù)(功率倒向)”過程慢一些，就可能短時出現(xiàn)：兩側(cè)均為正的情況——導(dǎo)致誤動。故障30ms以后，才可能出現(xiàn)“功率倒向”。解決辦法：故障30ms以后，如果再滿足動作條件，需要延時確認(rèn)?！肮β实瓜颉?44）防振蕩影響的對策防功率倒向影響的對策確認(rèn)40ms與距離I、II段類似，短時開放150ms。65

相差高頻保護

利用高頻載波信號傳輸兩側(cè)電流的半周信號。

目前，基本上不采用了。其優(yōu)點幾乎都被光纖電流差動保護所涵蓋，另外，光差還有其他更多的優(yōu)點。

介紹的目的：了解特征的利用。66調(diào)制過程可以理解為（僅作為理解）：

高頻信號高頻67區(qū)內(nèi)故障時

調(diào)制高頻信號與電流幅值無關(guān)。如圖，紅色的高頻信號(對側(cè)發(fā)過來)是經(jīng)過了傳輸?shù)乃p所致。

將正半周方波調(diào)制成高頻信號

出現(xiàn)斷續(xù)(大于閉鎖角)的高頻信號，滿足動作條件

68外部故障時

調(diào)制兩側(cè)高頻信號銜接起來(高頻信號是連續(xù)的)，無高頻間斷，不滿足動作條件。

694.4縱聯(lián)電流差動保護——動作門檻。考慮TA誤差、分布電容等影響因素，并躲不平衡電流、非周期分量。70外部短路最大電流(二次值)非周期分量系數(shù)TA同型系數(shù)(同型取0.5,不同型取1)10%誤差二次電流一次電流理想飽和曲線10%誤差71外部短路最大電流(二次值)非周期分量系數(shù)TA同型系數(shù)(同型取0.5,不同型取1)10%誤差二次電流一次電流理想飽和曲線10%誤差1)不同型時，最大誤差：10%2)同型時,考慮都有誤差,最大為：0.5×10%=5%72考慮到：電流互感器的傳變誤差是隨著電流的大小而變化的。為此，更科學(xué)的方案是：制動量為浮動的。動作量制動量

在所有電流差動保護中，研究內(nèi)容之一：制動量如何選擇？常用的制動量為：73常用動作方程修改為：進(jìn)一步考慮到：電流較小時，誤差會使得上式誤動。因此，再加入一個最小電流的限定：動作區(qū)744.4.2兩側(cè)異地電流的同步測量1、基于數(shù)據(jù)通道（光纖通信）的同步方法假設(shè)M側(cè)為主站(基準(zhǔn)側(cè))、N側(cè)為從站(需要調(diào)整同步)失步狀態(tài)主站從站754.4.2兩側(cè)異地電流的同步測量1、基于數(shù)據(jù)通道（光纖通信）的同步方法假設(shè)M側(cè)為主站(基準(zhǔn)側(cè))、N側(cè)為從站(需要調(diào)整同步)失步狀態(tài)主站從站76失步狀態(tài)主站從站在來回路徑(路由)一樣的條件下，有：于是77兩側(cè)同步的步驟：1）從站將發(fā)給主站；2）主站利用已知的，求出，再發(fā)給從站；3）從站根據(jù)進(jìn)行采用時刻的跳整，實現(xiàn)同步。失步狀態(tài)主站從站78主站從站不同步時間差79

上述方案是光纖差動保護中最常用的同步方法。應(yīng)用的前提是：來回路由一樣（路徑一致）。

如果來回路由不一致，那么，光纖差動保護在正常運行時將出現(xiàn)差電流，這是最大的擔(dān)憂。解決措施之一：差電流與電流啟動同時出現(xiàn)才開放保護。1）僅有差電流——失步或其他原因→告警。2）差電流與電流啟動同時出現(xiàn)——故障或TA斷線。?差電流與兩側(cè)電流均啟動——故障特征。?差電流與一側(cè)電流啟動、另一側(cè)電壓低

——>也是故障的特征。80如果不同步，會誤動。2007年