電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù) 第4版 課件 第5章 輸電線路的全線快速保護(hù)

第5章全線快速保護(hù)

利用電流、阻抗原理構(gòu)成的保護(hù)，是將被保護(hù)線路一端的電氣量引入保護(hù)裝置，單端測(cè)量的保護(hù)不能快速區(qū)分本線路末端和對(duì)側(cè)母線故障，為保證保護(hù)的選擇性，I段保護(hù)不能保護(hù)線路全長，如距離保護(hù)的第I段，最多也只能瞬時(shí)切除被保護(hù)線路全長的80%-85%范圍以內(nèi)的故障，線路其余部分發(fā)生的短路，則要靠帶時(shí)限的保護(hù)來切除，保護(hù)不能實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)。在220kV及以上電壓等級(jí)的電力系統(tǒng)中難于滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。5.1輸電線路差動(dòng)保護(hù)原理及分類5.1輸電線路差動(dòng)保護(hù)原理及分類輸電線的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)（習(xí)慣簡稱縱差保護(hù)）就是用某種通信通道將輸電線兩側(cè)的保護(hù)裝置縱向連接起來，將各側(cè)的電氣量（電流、功率的方向等）傳送到對(duì)側(cè)，將兩側(cè)的電氣量比較，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保護(hù)線路。該保護(hù)是一種快速保護(hù)，其保護(hù)范圍就是本線路的全長。5.1輸電線路差動(dòng)保護(hù)原理及分類將一側(cè)的電氣量或其用于被比較的特征傳送到對(duì)側(cè)可以根據(jù)不同的信息傳送通道條件，采用不同的傳輸技術(shù)。比較被保護(hù)線路兩端不同電氣量的差別構(gòu)成不同原理的縱差保護(hù)。5.1輸電線路差動(dòng)保護(hù)原理及分類1.按照所利用通道類型分類按通導(dǎo)分類：導(dǎo)引線通道，電力線載波通道，微波通道，光纖通道。保護(hù)按通道相應(yīng)命名：導(dǎo)引線縱差，載波保護(hù)，微波保護(hù)，光纖保護(hù)。按保護(hù)原理分類：方向比較式縱差保護(hù)，縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)。原理：被保護(hù)線路上發(fā)生短路和被保護(hù)線路外短路，線路兩側(cè)電流大小和相位是不相同的。通過比較線路兩側(cè)電流大小和相位，可以區(qū)分是線路內(nèi)部短路，還是線路外部短路。1、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的基本原理構(gòu)成要求：線路兩側(cè)的電流互感器型號(hào)、變比完全相同，性能一致。輔助導(dǎo)引線將兩側(cè)的電流互感器二次側(cè)按環(huán)流法連接法。5.2輸電線路的縱量差動(dòng)保護(hù)2、工作原理（1）線路正常運(yùn)行或外部短路時(shí)，流入差動(dòng)回路電流為5.2輸電線路差動(dòng)保護(hù)理想情況：實(shí)際上：兩側(cè)互感器的性能不可能完全相同，電流差不等于零，會(huì)有一個(gè)不平衡電流。（2）內(nèi)部故障時(shí)5.1線路差動(dòng)保護(hù)

，有很大的電流流入差動(dòng)繼電器，保護(hù)動(dòng)作，斷開線路兩側(cè)斷路器，切除短路故障。（3）不平衡電流1）穩(wěn)態(tài)不平衡電流5.2線路差動(dòng)保護(hù)

由于電流互感器總是具有勵(lì)磁電流，且勵(lì)磁特性不完全相同。同一生產(chǎn)廠家相同型號(hào)，相同變比的電流互感器也是如此。2）暫態(tài)不平衡電流5.2線路差動(dòng)保護(hù)原因：由于非周期分量對(duì)時(shí)間變化率遠(yuǎn)小于周期分量，故非周期分量很難變換到二次側(cè)，但卻使鐵芯嚴(yán)重飽和，導(dǎo)致勵(lì)磁阻抗急劇下降，勵(lì)磁電流劇增，從而使二次電流的誤差增大。結(jié)論：暫態(tài)不平衡電流要比穩(wěn)態(tài)不平衡電流大得多，并且含有很大的非周期分量。5.2線路差動(dòng)保護(hù)外部短路時(shí)的不平衡電流：短路電流不平衡電流5.2線路差動(dòng)保護(hù)4、整定計(jì)算（1）按躲過最大不平衡電流整定（2）按躲過電流互感器斷線條件靈敏度：5.2線路差動(dòng)保護(hù)5、利用故障分量的電流差動(dòng)保護(hù)從故障信息觀點(diǎn)看，電流縱差保護(hù)最為理想。因?yàn)椴顒?dòng)回路的輸出電流反映著被保護(hù)對(duì)象內(nèi)部的信息。假設(shè)被保護(hù)對(duì)象內(nèi)部故障，并規(guī)定電流正方向?yàn)槟妇€指向被保護(hù)對(duì)象，則兩側(cè)電流分別為5.2線路差動(dòng)保護(hù)差動(dòng)回路的輸出電流為因?yàn)椴顒?dòng)電流為結(jié)論：在差動(dòng)回路中完全消除了非故障狀態(tài)下的電流。不論非故障狀態(tài)多么復(fù)雜，縱差保護(hù)具有精確提取內(nèi)部故障分量的能力。即在電流縱差保護(hù)中用故障分量的電流和直接用故障后的實(shí)際電流來提取故障分量是完全相同的。5.2線路差動(dòng)保護(hù)

所謂平行線路，是指線路長度，導(dǎo)電材料等都相同的兩條并列連接的線路，通常兩條線路并聯(lián)運(yùn)行，只有在其中一條線路發(fā)生故障時(shí)，另一條線路才單獨(dú)運(yùn)行。這就要求保護(hù)在平行線路同時(shí)運(yùn)行時(shí)能有選擇地切除故障線路，保證無故障線路正常運(yùn)行。

1、平行線路內(nèi)部故障特點(diǎn)5.3平行線路差動(dòng)保護(hù)正常運(yùn)行或區(qū)外短路時(shí)：內(nèi)部短路時(shí)：線路1短路時(shí)：≥0線路2短路時(shí):≤05.3平行線路差動(dòng)保護(hù)結(jié)論：電流差是否為零可作為平行線路有無故障的依據(jù)。判斷故障線路則需要判斷電流差的方向，以此原理去實(shí)現(xiàn)的差動(dòng)保護(hù)稱為橫聯(lián)差動(dòng)方向保護(hù)。5.3平行線路差動(dòng)保護(hù)2、橫聯(lián)差動(dòng)方向保護(hù)KA1、KP1動(dòng)作，斷開閉鎖KA2、KP3動(dòng)作，斷開5.3平行線路差動(dòng)保護(hù)相繼動(dòng)作區(qū)：5.3平行線路差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算：1）躲過單回線路運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電流2）躲過雙回線路最大不平衡電流5.3平行線路差動(dòng)保護(hù)

3）躲過在相繼動(dòng)作區(qū)內(nèi)發(fā)生接地短路故障時(shí)，流過本側(cè)非故障相最大短路的電流取上述三條件最大值為整定值。3、電流平衡保護(hù)5.3

平行線路差動(dòng)保護(hù)工作原理：是比較平行線路上的電流大小，從而有選擇性的切除故障線路。注意事項(xiàng)：在電源側(cè)才能采用電流平衡保護(hù)。5.3電流平衡保護(hù)

謝謝！

敬請(qǐng)各位指導(dǎo)！

主講人：許建安5.4輸電線路高頻保護(hù)

線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)只適用于短線路，對(duì)于長線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)不能采用。

廣義高頻保護(hù)就是很好解決了縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的輔助導(dǎo)引線問題的一類保護(hù)。隨著解決方式的不同，稱謂也不一樣，即高頻保護(hù)、微波保護(hù)、光纖保護(hù)等。5.4輸電線路高頻保護(hù)（1）高頻保護(hù)構(gòu)成5.4輸電線路高頻保護(hù)（2）微波保護(hù)5.4輸電線路高頻保護(hù)（3）光纖保護(hù)構(gòu)成5.4輸電線路高頻保護(hù)（1）高頻通道“相-地”制高頻通道的構(gòu)成。5.4輸電線路高頻保護(hù)高頻阻波器作用：由電感和電容構(gòu)成的并聯(lián)諧振回路，它串聯(lián)在線路兩端，從而將高頻信號(hào)限制在被保護(hù)線路上傳遞，而不致分流到其他線路上去。5.4輸電線路高頻保護(hù)

耦合電容器的作用：將低壓高頻設(shè)備輸出的高頻信號(hào)耦合到高壓線路上。5.4輸電線路高頻保護(hù)連接濾波器：繞組匝數(shù)可以調(diào)節(jié)的變壓器。在其連接高頻電纜的一側(cè)串接電容器，連接濾波器與耦合電容器共同組成高頻串聯(lián)諧振回路，讓高頻電流順利通過。5.4輸電線路高頻保護(hù)高頻電纜：用來連接高頻收、發(fā)信機(jī)與連接濾波器。5.4輸電線路高頻保護(hù)在檢查調(diào)試高頻保護(hù)時(shí)，應(yīng)將接地刀閘合上，以保證人身安全。放電間隙用以防止過電壓對(duì)收、發(fā)信機(jī)的傷害。5.4輸電線路高頻保護(hù)收、發(fā)信實(shí)際為一體機(jī)，收信部分具有放大、解調(diào)接收的高頻信號(hào)的作用。

5.4輸電線路高頻保護(hù)啟動(dòng)方式:故障啟動(dòng)發(fā)信長時(shí)發(fā)信移頻發(fā)信5.4輸電線路高頻保護(hù)（2）高頻信號(hào)與高頻電流關(guān)系故障啟動(dòng)方式：電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)收發(fā)信機(jī)不發(fā)信，通道中無高頻電流。當(dāng)電力系統(tǒng)故障時(shí)，起動(dòng)元件啟動(dòng)收發(fā)信機(jī)發(fā)信。

優(yōu)點(diǎn)：對(duì)鄰近通道的影響小，可以延長收發(fā)信機(jī)的壽命。缺點(diǎn)：必須有啟動(dòng)元件，且需要定時(shí)檢查通道是否良好。5.4輸電線路高頻保護(hù)長期發(fā)信方式：電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，收發(fā)信機(jī)連續(xù)發(fā)信，高頻電流持續(xù)存在，用于監(jiān)視通道是否完好。而高頻電流的消失代表高頻信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：通道的工作狀態(tài)受到監(jiān)視，可靠性高。缺點(diǎn)：增大了通道間的干擾，并降低了收發(fā)信機(jī)的使用年限。5.4輸電線路高頻保護(hù)移頻發(fā)信方式:正常運(yùn)行時(shí)發(fā)出頻率的高頻電流，用于監(jiān)視通道。故障時(shí)，收發(fā)信機(jī)發(fā)出頻率為的高頻電流,頻率為的高頻電流代表高頻信號(hào)。（3）高頻信號(hào)的作用5.4輸電線路高頻保護(hù)閉鎖信號(hào)是阻止保護(hù)動(dòng)作于跳閘的信號(hào)。換言之，無閉鎖信號(hào)是保護(hù)作用于跳閘的必要條件。

允許信號(hào)是允許保護(hù)動(dòng)作于跳閘的信號(hào)。有允許信號(hào)是保護(hù)動(dòng)作于跳閘的必要條件。5.4輸電線路高頻保護(hù)跳閘信號(hào)是直接引起跳閘的信號(hào),收到跳閘信號(hào)是跳閘的充要條件。3、高頻閉鎖方向保護(hù)5.4輸電線路高頻保護(hù)原理：根據(jù)被保護(hù)線路兩側(cè)的方向元件分別對(duì)短路的方向作出判斷，并利用高頻信號(hào)作出綜合判斷，進(jìn)而決定是否跳閘的一種保護(hù)。發(fā)信方式：國內(nèi)廣泛應(yīng)用的高頻閉鎖方向保護(hù)用故障啟動(dòng)發(fā)信方式，并規(guī)定線路兩端功率由母線指向線路為正方向，由線路指向母線為反方向。要求：故障時(shí)在啟動(dòng)元件靈敏度范圍內(nèi)應(yīng)可靠啟動(dòng)發(fā)信及啟動(dòng)保護(hù)。5.4輸電線路高頻保護(hù)方向元件：正向時(shí)使高頻收、發(fā)信機(jī)停信。反向時(shí)，高頻收、發(fā)信機(jī)繼續(xù)發(fā)信。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)元件不啟動(dòng)，高頻收、發(fā)信機(jī)不發(fā)信，保護(hù)不開放。5.4輸電線路高頻保護(hù)當(dāng)BC線路故障時(shí)：線路AB、BC上的高頻保護(hù)均分別起動(dòng)發(fā)信。5.4輸電線路高頻保護(hù)保護(hù)1方向元件判斷正方向，與門有輸出，經(jīng)t2延時(shí)使本側(cè)高頻收、發(fā)信機(jī)停信，另一方面經(jīng)禁止門2準(zhǔn)備出口跳閘。因保護(hù)2的方向元件判斷故障為反方向，與門無輸出，高頻收、發(fā)信機(jī)連續(xù)發(fā)出高頻信號(hào)，閉鎖本側(cè)保護(hù)。

記憶元件KT1的作用是防止外部故障切除后，近故障點(diǎn)側(cè)的保護(hù)啟動(dòng)元件先返回停止發(fā)信，而遠(yuǎn)故障點(diǎn)側(cè)的啟動(dòng)元件和功率方向元件后返回，造成保護(hù)誤動(dòng)作跳閘。5.4輸電線路高頻保護(hù)4、相差高頻保護(hù)原理：比較被保護(hù)線路兩側(cè)電流的相位，即利用高頻信號(hào)將電流的相位傳送到對(duì)側(cè)去進(jìn)行比較，稱為相差高頻保護(hù)。

假設(shè)：線路兩側(cè)的電勢(shì)同相，系統(tǒng)各元件的阻抗角相同（實(shí)際上有差別的）。5.4輸電線路高頻保護(hù)5.4輸電線路高頻保護(hù)

為實(shí)現(xiàn)比相，須把線路對(duì)端的電流的信號(hào)傳送到本端且能代表原工頻電流的相位，由比相系統(tǒng)給出比較結(jié)果。若兩側(cè)電流相位差近于0°時(shí)，保護(hù)判斷為被保護(hù)范圍內(nèi)部故障，應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作切除故障。若兩側(cè)流相位差接近于180°時(shí)，保護(hù)判斷為外部故障，應(yīng)可靠將保護(hù)閉鎖。5.4輸電線路高頻保護(hù)

當(dāng)短路電流為正半周時(shí)，高頻發(fā)信機(jī)發(fā)出高頻信號(hào)，而在負(fù)半周時(shí)則不發(fā)出信號(hào)。

當(dāng)被保護(hù)范圍內(nèi)部故障時(shí)，由于兩側(cè)同時(shí)發(fā)出高頻信號(hào)，也同時(shí)停止發(fā)信。在兩側(cè)收信機(jī)收到的高頻信號(hào)是間斷的。

當(dāng)被保護(hù)范圍外部故障時(shí)，由于兩側(cè)電流相位相差180°，線路兩側(cè)的發(fā)信機(jī)交替工作，收信機(jī)收到的高頻信號(hào)是連續(xù)的高頻信號(hào)。5.4輸電線路高頻保護(hù)5.4輸電線路高頻保護(hù)結(jié)論：（區(qū)內(nèi)故障）兩側(cè)收信機(jī)收到的高頻信號(hào)重疊約10ms，保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作跳閘。即使內(nèi)部故障時(shí)高頻通道遭破壞，不能傳送高頻信號(hào)，但收信機(jī)仍能收到本側(cè)發(fā)信機(jī)發(fā)出的間斷高頻信號(hào)，因而不會(huì)影響保護(hù)跳閘。保護(hù)區(qū)外故障：兩側(cè)的收信機(jī)收到的高頻信號(hào)是連續(xù)的，線路兩側(cè)的高頻信號(hào)互為閉鎖，使兩側(cè)保護(hù)不能跳閘。5.4輸電線路高頻保護(hù)小結(jié)：1）高頻閉鎖方向保護(hù)是比較線路兩側(cè)功率方向，兩側(cè)均為正方向時(shí)保護(hù)動(dòng)作；有一側(cè)為反方向時(shí)，閉鎖保護(hù)。2）相差高頻保護(hù)是比較線路兩側(cè)電流的相位，相位相近時(shí)保護(hù)動(dòng)作；反相時(shí)保護(hù)閉鎖。發(fā)信方式：故障發(fā)信、長期發(fā)信、移頻發(fā)信。5.4輸電線路高頻保護(hù)高頻信號(hào)：跳閘信號(hào)、允許信號(hào)、閉鎖信號(hào)。高頻電流與高頻信號(hào)關(guān)系：長期發(fā)信，高頻電流消失代表高頻信號(hào)。故障發(fā)信，高頻電流代表高頻信號(hào)。移頻信號(hào)：高頻電流代表高頻信號(hào)。5.4輸電線路高頻保護(hù)光纖通道容量大、抗腐蝕、敷設(shè)及檢修方便，可節(jié)省大量有色金屬；可解決縱聯(lián)保護(hù)中導(dǎo)引線保護(hù)及高頻保護(hù)的通道易受電磁干擾、高頻信號(hào)衰耗等問題。1.架空地線復(fù)合光纜（OPGW）的結(jié)構(gòu)、特征5.5光纖差動(dòng)保護(hù)

復(fù)合光纜地線具有2種功能，一是作為輸電線路的避雷線；二是通過復(fù)合在地線中的光纖，是傳送光信號(hào)的介質(zhì)，可傳送音頻、視頻、數(shù)據(jù)和各種控制信號(hào)，組建多路寬帶通信網(wǎng)。

2.光纖通信的特點(diǎn)1）通信容量大。2）節(jié)約大量金屬材料

5.5光纖差動(dòng)保護(hù)3）光纖通信還有保密性好，敷設(shè)方便，不怕雷擊，不受外界電磁干擾，抗腐蝕和不怕潮等優(yōu)點(diǎn)。

4）光纖最重要的特性之一是無感應(yīng)性能，因此利用光纖可以構(gòu)成無電磁感應(yīng)的、極為可靠的通道。

3、光纖保護(hù)的組成5.5光纖差動(dòng)保護(hù)由故障判別元件（繼電保護(hù)部分）和信號(hào)傳輸系統(tǒng)（PCM端機(jī)、光端機(jī)以及光纜通道）組成PCM端機(jī)由PCM調(diào)制器和PCM解調(diào)器組成。PCM(PulseCodeModulation)調(diào)制器的原理是脈沖編碼調(diào)制。5.5光纖差動(dòng)保護(hù)光端機(jī):兩側(cè)裝置中,每一側(cè)光端機(jī)包括光發(fā)送部分和光接收部分。光發(fā)送部分由試驗(yàn)信號(hào)發(fā)生器、PCM碼放大器、驅(qū)動(dòng)電路和發(fā)光管LED組成。

光纜:由光纖組成，光纖是一種很細(xì)的空心石英絲或玻璃絲,直徑僅為。繼電保護(hù)部