現(xiàn)代電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與技術(shù).ppt

1、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與技術(shù),山東大學(xué)電氣工程學(xué)院 潘 貞 存 2006.10.19,主要內(nèi)容,線(xiàn)路的繼電保護(hù)原理與技術(shù) 變壓器的繼電保護(hù)原理與技術(shù) 母線(xiàn)的繼電保護(hù)原理與技術(shù) 繼電保護(hù)的發(fā)展與展望,主要內(nèi)容,線(xiàn)路的繼電保護(hù)原理與技術(shù) 變壓器的繼電保護(hù)原理與技術(shù) 母線(xiàn)的繼電保護(hù)原理與技術(shù) 繼電保護(hù)的發(fā)展與展望,線(xiàn)路的繼電保護(hù)原理與技術(shù),線(xiàn)路的分類(lèi),在電力系統(tǒng)中，線(xiàn)路包括高壓、超高壓及特高壓的輸電線(xiàn)路和中低壓的配電線(xiàn)路，從繼電保護(hù)的角度出發(fā)，主要分為以下三類(lèi)： 1. 666kV的中低壓配電線(xiàn)路； 2. 110kV的輸配電線(xiàn)路； 3. 220kV及以上電壓等級(jí)的高壓輸電線(xiàn)路。,配電線(xiàn)路的繼電保護(hù),這三

2、種類(lèi)型線(xiàn)路的繼電保護(hù)在原理上和構(gòu)成上有很大的差異： 1. 666kV的中低壓配電線(xiàn)路一般為單電源、輻射狀的小電流接地系統(tǒng)線(xiàn)路，故障形式只有三相故障和兩相故障兩種形式（ABC三相故障或AB、BC、CA兩相故障）。保護(hù)一般為電流電壓保護(hù)，特殊情況下為方向性電流電壓保護(hù)、距離保護(hù)或縱聯(lián)保護(hù)。主要問(wèn)題是速斷保護(hù)區(qū)短，線(xiàn)路大部分的故障需要經(jīng)過(guò)延時(shí)切除。,配電線(xiàn)路的繼電保護(hù),帶來(lái)的危害： （1）設(shè)備燒毀的程度嚴(yán)重； （2）引發(fā)電壓穩(wěn)定性問(wèn)題； （3）電壓跌落持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)； （4）重合閘成功率低等。,配電線(xiàn)路的繼電保護(hù),解決問(wèn)題的思路： （1）微機(jī)保護(hù)采用后，簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠不再是電流電壓保護(hù)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)； （

3、2）配電系統(tǒng)全面推廣應(yīng)用距離保護(hù)；（技術(shù)上沒(méi)有困難，不增加復(fù)雜程度，除應(yīng)該考慮TV斷線(xiàn)閉鎖外，基本沒(méi)有負(fù)面影響） （2）縱聯(lián)保護(hù)原理應(yīng)用于配電線(xiàn)路保護(hù)。（主要考慮用低成本的通信手段傳輸繼電保護(hù)的信息，可用的手段包括：導(dǎo)引線(xiàn)、復(fù)用光纖、無(wú)線(xiàn)電臺(tái)、移動(dòng)通信、無(wú)線(xiàn)寬帶技術(shù) 等）,110kV輸配電線(xiàn)路的繼電保護(hù),110kV的輸配電線(xiàn)路一般為大電流接地系統(tǒng)的單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)，部分線(xiàn)路末端可能接有小的分散電源； 故障的形式包括：三相故障、兩相故障、兩相接地故障、單相接地故障共有不同相別的十種故障類(lèi)型； 采用的保護(hù)一般為三段式相間距離保護(hù)、三段式接地距離保護(hù)、多段式（方向）零序電流保護(hù)；,110kV輸配電線(xiàn)

4、路的繼電保護(hù),末端帶有分散電源時(shí)，或線(xiàn)路接于較為重要的母線(xiàn)時(shí)，可采用縱聯(lián)保護(hù)。 該電壓等級(jí)線(xiàn)路的繼電保護(hù)原理和技術(shù)都比較成熟，性能基本滿(mǎn)足要求。 主要問(wèn)題成套保護(hù)后，只有原理上的后備保護(hù)，沒(méi)有設(shè)備上的近后備保護(hù)。 集成式后備保護(hù)的概念：全站共用一套后備保護(hù),220kV及以上輸電線(xiàn)路的繼電保護(hù),220kV及以上電壓等級(jí)的輸電線(xiàn)路一般按雙側(cè)具有電源考慮，所接電網(wǎng)為大電流接地系統(tǒng)，斷路器一般采用分相操作，通常采用綜合重合閘方式； 故障的形式包括：三相故障、兩相故障、兩相接地故障、單相接地故障共有不同相別的十種故障類(lèi)型，同時(shí)要考慮非全相運(yùn)行的問(wèn)題、同桿并架雙回線(xiàn)的跨線(xiàn)故障問(wèn)題等；,220kV及以上輸電

5、線(xiàn)路的繼電保護(hù),220kV及以上電壓等級(jí)輸電線(xiàn)路在電力系統(tǒng)中占據(jù)著十分重要的地位，對(duì)其繼電保護(hù)有較高的要求，微機(jī)保護(hù)后，線(xiàn)路保護(hù)一般均設(shè)計(jì)為成套保護(hù)，即一套保護(hù)完成所有的主保護(hù)和原理上的后備保護(hù)功能，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備上的后備，通常采用雙重化配置或多重化配置。,220kV及以上輸電線(xiàn)路的繼電保護(hù),每套保護(hù)的配置方式一般為： （1）主保護(hù)：能夠全線(xiàn)速切的縱聯(lián)差動(dòng)或縱聯(lián)比較式保護(hù)、快速跳閘的獨(dú)立段保護(hù)（如工頻變化量距離保護(hù)等） （2）后備保護(hù)：三段式相間距離保護(hù)、三段式接地距離保護(hù)、多段式（方向）零序電流保護(hù)； （3）綜合重合閘。 本次講課主要討論220kV及以上電壓等級(jí)的線(xiàn)路保護(hù)。,220kV及以上輸

6、電線(xiàn)路的繼電保護(hù),主要包括以下的幾項(xiàng)內(nèi)容： （1）輸電線(xiàn)路的距離保護(hù)； （2）輸電線(xiàn)路的縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)； （3）輸電線(xiàn)路的縱聯(lián)比較式保護(hù)； （4）輸電線(xiàn)路的綜合重合閘。?,220kV及以上輸電線(xiàn)路的繼電保護(hù),（1）輸電線(xiàn)路的距離保護(hù)； （2）輸電線(xiàn)路的縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)； （3）輸電線(xiàn)路的縱聯(lián)比較式保護(hù)； （4）輸電線(xiàn)路的綜合重合閘。,輸電線(xiàn)路的距離保護(hù),距離保護(hù)是通過(guò)反映故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離而動(dòng)作的繼電保護(hù)裝置，通常應(yīng)用于110kV及以上電壓等級(jí)的輸電線(xiàn)路，其原理也可以應(yīng)用于35kV及以下電壓等級(jí)的配電線(xiàn)路； 構(gòu)成距離保護(hù)的核心就是測(cè)量故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離，并與一個(gè)事先整定的距離相比

7、較，測(cè)量距離小于整定距離時(shí)保護(hù)動(dòng)作； 測(cè)量故障距離的方法包括阻抗法、行波法和雷達(dá)法，其中應(yīng)用最多的是阻抗法，此處重點(diǎn)介紹阻抗法。,測(cè)量阻抗及其與故障距離之間的關(guān)系,測(cè)量阻抗定義為保護(hù)安裝處測(cè)量電壓與測(cè)量電流之比：,測(cè)量阻抗及其與故障距離之間的關(guān)系,在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)， 近似為額定電壓， 為負(fù)荷電流， 為負(fù)荷阻抗。負(fù)荷阻抗的量值較大，其阻抗角為數(shù)值較小的功率因數(shù)角（一般功率因數(shù)為不低于0.9，對(duì)應(yīng)的阻抗角不大于25.80），阻抗性質(zhì)以阻性為主，如下圖中的 所示。,測(cè)量阻抗及其與故障距離之間的關(guān)系,電力系統(tǒng)發(fā)生金屬性短路時(shí)， 降低， 增大， 變?yōu)槎搪伏c(diǎn)與保護(hù)安裝處之間短路阻抗 ，對(duì)于具有均勻分布

8、參數(shù)的輸電線(xiàn)路來(lái)說(shuō)， 與短路距離 成線(xiàn)性正比關(guān)系，即：,測(cè)量阻抗及其與故障距離之間的關(guān)系,短路阻抗的阻抗角就等于輸電線(xiàn)路的阻抗角，數(shù)值較大(對(duì)于220kV及以上電壓等級(jí)的線(xiàn)路，阻抗角一般不低于750)，阻抗性質(zhì)以感性為主。當(dāng)短路點(diǎn)分別位于圖1 中的k1 、k2和k3點(diǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)的短路阻抗分別如圖2中的 、 和 所示。,測(cè)量阻抗及其與故障距離之間的關(guān)系,依據(jù)測(cè)量阻抗 在上述不同情況下的“差異”，保護(hù)就能夠“區(qū)分”出系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障，在發(fā)現(xiàn)有故障的情況下，可以進(jìn)一步地“區(qū)分”出是區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障。 繼電保護(hù)：依據(jù)“差異”，實(shí)現(xiàn)“區(qū)分”,三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取,上面的討論是以單相系統(tǒng)為

9、基礎(chǔ)的。在這種單相系統(tǒng)中，測(cè)量電壓 就是保護(hù)安裝處的電壓，測(cè)量電流 就是線(xiàn)路中的電流，系統(tǒng)金屬性短路時(shí)兩者之間的關(guān)系為： （5）,三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取,該式是距離保護(hù)能夠用測(cè)量阻抗來(lái)正確表示故障距離的前提和基礎(chǔ)，即只有測(cè)量電壓、測(cè)量電流之間滿(mǎn)足該式時(shí)，測(cè)量阻抗才能正確地反應(yīng)故障的距離。 在實(shí)際三相系統(tǒng)的情況下，由于存在多種不同的短路類(lèi)型，而在各種不對(duì)稱(chēng)短路時(shí)，各相的電壓電流都不再簡(jiǎn)單地滿(mǎn)足式（5），所以無(wú)法直接用各相的電壓、電流構(gòu)成距離保護(hù)的測(cè)量電壓和電流。,三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取,現(xiàn)以圖3所示網(wǎng)絡(luò)中k點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的情況為例，對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行分析討論。按照對(duì)稱(chēng)分量法，

10、可以求出M母線(xiàn)上各相的電壓：,Lk (Z1 ,Z2, Z0) Lk,G ,M,KZ,G ,N,k,三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取,（6a）,（6b）,（6c）,三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取,（6）式的成立與故障類(lèi)型無(wú)關(guān)，即對(duì)任何類(lèi)型的故障都成立； 對(duì)于不同類(lèi)型和相別的故障，故障點(diǎn)的邊界條件是不同的，即（6）式中 、 和 的取值是不同的，下面以單相接地故障情況為例進(jìn)行討論。,三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取,以A相單相接地短路故障為例進(jìn)行分析。在A相金屬性接地短路的情況下， ，式3-6a變?yōu)椋?（7）,（8）,得到：,三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取,式(8)與式(5)具有相同的形

11、式，因而由 、 算出的測(cè)量阻抗能夠正確反應(yīng)故障的距離，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障區(qū)段的比較和判斷。,三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取,由于A相接地時(shí) 、 均不等于零，式(6b)和(6c)無(wú)法變成式(5)的形式，即若 、 或 、 ，則 、 或 、 之間都不滿(mǎn)足式(5)，所以?xún)煞枪收舷嗟臏y(cè)量電壓、電流不能準(zhǔn)確地反應(yīng)故障的距離。,三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取,在另一方面，由于 、 均接近正常電壓，而 、 均接近正常負(fù)荷電流，B、C兩相的工作狀態(tài)與正常負(fù)荷狀態(tài)相差不大，所以在A相故障時(shí)，由B、C兩相電壓電流算出的測(cè)量阻抗都會(huì)比較大，算出的距離一般都大于整定距離，由它們構(gòu)成的距離保護(hù)一般都不會(huì)動(dòng)作，但在

12、某些特殊的情況下（比如保護(hù)安裝處零序電流很大時(shí)），也有可能動(dòng)作。,三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取,同理可以分析B相和C相單相接地故障時(shí)的情況，分析表明，只有故障相電壓與帶零序電流補(bǔ)償?shù)墓收舷嚯娏髦g滿(mǎn)足（5）式，能夠正確測(cè)量故障距離，非故障相測(cè)出的阻抗接近負(fù)荷阻抗，一般不會(huì)動(dòng)作。,三相系統(tǒng)中測(cè)量電壓和測(cè)量電流的選取,其他類(lèi)型（兩相接地、兩相短路、三相故障）的故障的情況也類(lèi)似，只有用故障相的電壓和電流（帶零序補(bǔ)償）進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，才能準(zhǔn)確地算出故障距離，計(jì)算量中含有非故障相電壓、電流時(shí)，算出的測(cè)量阻抗不能準(zhǔn)確地反映故障距離，并且一般情況下都大于實(shí)際的故障距離，所以不會(huì)動(dòng)作。,故障環(huán)的概念,故障電

13、流可能流通的通路稱(chēng)為故障環(huán)。 在單相接地故障的情況下，存在一個(gè)故障相與大地之間的故障環(huán)（相地故障環(huán)）； 兩相接地故障的情況下，存在兩個(gè)故障相與大地之間的相地故障環(huán)和一個(gè)兩故障相之間的故障環(huán)（相相故障環(huán)）； 兩相不接地故障的情況下，存在一個(gè)兩故障相之間的相相故障環(huán)； 三相故障的情況下，存在三個(gè)相地故障環(huán)和三個(gè)相相故障環(huán)。,故障環(huán)的概念,分析表明，距離保護(hù)的測(cè)量電壓、電流取為故障環(huán)上的電壓、電流時(shí)，計(jì)算出的測(cè)量阻抗能夠正確的反映故障距離，非故障環(huán)上的電壓、電流之間算出的測(cè)量阻抗不能準(zhǔn)確地反映故障距離，一般情況下大于故障距離，不會(huì)動(dòng)作。所以距離保護(hù)的動(dòng)作行為應(yīng)以故障環(huán)上電壓、電流計(jì)算的結(jié)果為準(zhǔn)，非故

14、障環(huán)上電壓、電流計(jì)算的結(jié)果不予考慮。,故障環(huán)的概念,在傳統(tǒng)的距離保護(hù)中，故障環(huán)的選取是靠冗余接線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即距離保護(hù)的每一段都有三個(gè)相間阻抗繼電器和三個(gè)接地阻抗繼電器組成，三段式保護(hù)中需要18個(gè)獨(dú)立的阻抗繼電器。對(duì)于任何一種類(lèi)型和相別的故障，每一段的6個(gè)繼電器中，至少有一個(gè)是在故障環(huán)上，它能夠正確測(cè)量故障距離，其他不在故障環(huán)上的繼電器不能正確測(cè)量，但一般不動(dòng)作。 不能正確測(cè)量有兩個(gè)方面的含義，一方面是把測(cè)量阻抗測(cè)大，反映出故障距離變遠(yuǎn)，即不動(dòng)作；另一方面是把測(cè)量阻抗測(cè)小，反映出故障距離變近，可能導(dǎo)致在區(qū)外故障情況下誤動(dòng)作。此處，非故障環(huán)上的電壓、電流算出的阻抗一般是第一種情況，通常不會(huì)動(dòng)作,故

15、障環(huán)的概念,微機(jī)保護(hù)中，距離保護(hù)的硬件接線(xiàn)只有一套，故障環(huán)的選取是由軟件實(shí)現(xiàn)的，分兩種情況： 第一種情況是發(fā)生故障后先進(jìn)行選相，找出故障類(lèi)型和故障相別后，僅用故障相（即故障環(huán)上）的電壓、電流進(jìn)行計(jì)算，非故障相環(huán)上的電壓、電流根本不參與運(yùn)算；（先選相，再計(jì)算） 第二種情況是針對(duì)每一個(gè)故障，用故障環(huán)和非故障環(huán)上的電壓、電流都進(jìn)行計(jì)算，但僅以故障環(huán)上電壓、電流計(jì)算的結(jié)果作為判斷故障距離的依據(jù)。（先計(jì)算，后用選相的結(jié)果進(jìn)行復(fù)核） 早期的微機(jī)保護(hù)普遍采用第一種方式，新型微機(jī)保護(hù)傾向于采用第二種。,直接計(jì)算與間接判斷,距離保護(hù)的核心，就是對(duì)故障距離進(jìn)行測(cè)量，并與整定的距離相比較，以判斷是否有故障，在有故障

16、的情況下，判斷出故障的范圍。 在應(yīng)用測(cè)量阻抗法判斷故障距離時(shí)，又有兩種有兩種不同的方式，即直接計(jì)算方式和間接判斷方式。 直接計(jì)算方式是利用采集到的故障環(huán)上的電壓和電流，代入測(cè)量阻抗的計(jì)算式，直接計(jì)算出測(cè)量阻抗，然后將其與整定阻抗相比較，判斷是否有區(qū)內(nèi)故障； 間接判斷方式不需要確切地算出測(cè)量阻抗，只是通過(guò)對(duì)測(cè)量電壓和測(cè)量電流的計(jì)算分析，間接地判斷測(cè)量阻抗是否在保護(hù)的范圍之內(nèi)。,在理想情況下，在金屬性短路的時(shí)候，測(cè)量阻抗是與整定阻抗同方向的，在這種情況下，算出測(cè)量阻抗后直接與整定阻抗比較大小，就能夠判斷出故障的范圍。 實(shí)際情況下，由于各種誤差因素的存在，以及過(guò)渡電阻的影響，測(cè)量阻抗可能與整定阻抗之

17、間有一定的角度，這時(shí)用直接比較大小的方法就不行了。 為了保證區(qū)內(nèi)故障的情況下保護(hù)可靠動(dòng)作，區(qū)外故障時(shí)可靠不動(dòng)作，一般將阻抗繼電器的動(dòng)作范圍設(shè)定為一個(gè)包括整定阻抗對(duì)應(yīng)的線(xiàn)段在內(nèi)，但在整定阻抗方向上不超出整定阻抗的一個(gè)區(qū)域，最常用的區(qū)域有圓形區(qū)域和四邊形區(qū)域。,測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較,圓形區(qū)域又包括方向特性圓、全阻抗圓、偏移特性圓和上拋特性圓等幾種，如下圖。,測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較,每一種特性都有兩種不同的實(shí)現(xiàn)辦法，即絕對(duì)值比較法和相位比較法，以方向圓特性為例，絕對(duì)值比較方程和相位比較方程分別為：,測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較,Zset/2,Zset,R,jX,o,Zm,測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較,

18、測(cè)量阻抗已經(jīng)用前述的算法算出，整定阻抗為事先設(shè)定好的常量，將兩者直接代入到絕對(duì)值比較或相位比較的方程中，判斷方程是否滿(mǎn)足，就可以知道測(cè)量阻抗是否落入到動(dòng)作區(qū)域之內(nèi)。 在園特性的數(shù)字式保護(hù)中，一般采用相位比較的方法進(jìn)行判斷。 令： 則上述的相位比較方程變?yōu)?測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較,上述的方程又可以表示為 即： 應(yīng)用兩角差的余弦公式，將其展開(kāi),測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較,上式兩端同乘以 ，可以得到 即 滿(mǎn)足該式，就說(shuō)明測(cè)量阻抗落在動(dòng)作區(qū)內(nèi)，否則落在動(dòng)作區(qū)外。 該式是由余弦形式導(dǎo)出的，稱(chēng)為余弦比相。,測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較,下面以四方保護(hù)采用的四邊形特性為例討論在四邊形特性的情況下如何實(shí)現(xiàn)測(cè)量阻抗

19、與整定阻抗的比較。,測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較,設(shè)測(cè)量阻抗 的實(shí)部為 ，虛部為 ，則上圖在第IV象限部分的特性可以表示為： 第IV象限部分的特性可以表示為：,測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較,而在第I象限部分的特性可以表示為： 上述三式綜合，得到：,測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較,式中：,測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較,若取： 則,測(cè)量阻抗與整定阻抗的比較,則上述比較式變?yōu)椋?該式可以方便地在微處理機(jī)中實(shí)現(xiàn)。,間接判斷法實(shí)現(xiàn)距離保護(hù),比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理,以南瑞公司正序極化原理，說(shuō)明間接判斷法： 定義工作電壓（補(bǔ)償電壓）如下： 不同地點(diǎn)短路時(shí)，工作電壓的相位關(guān)系如下圖所示。,k1 z k2,KZ,N,

20、G ,G ,k3 M,（a）,（b）,（c）,（d）,a）網(wǎng)絡(luò)接線(xiàn)； (b) 區(qū)外（k2點(diǎn)）短路時(shí)電壓分布； (c) 反向（k3點(diǎn)）短路時(shí)電壓分布；(d) 正向（k1點(diǎn)）短路時(shí)電壓分布,比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理,結(jié)論： 區(qū)內(nèi)故障時(shí)， 與 相位相反； 而在正向區(qū)外及反向故障時(shí)， 與 相位相同。 通過(guò)比較兩者之間的相位，無(wú)須算出具體的測(cè)量阻抗，就可以判斷故障的區(qū)域。,比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理,比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理,以 作為參考相量，根據(jù)不同故障情況下 相對(duì) 相位的“差異”，就可以“區(qū)分”出故障的區(qū)段，即 與 反相位時(shí)判斷為區(qū)內(nèi)故障， 與 同相位時(shí)，判斷為區(qū)外故障。

21、 考慮到實(shí)際測(cè)量與理論分析存在誤差，實(shí)際構(gòu)成保護(hù)時(shí)，一般并不是直接判斷同相位還是反相位，而是取一定的范圍。即動(dòng)作的條件可以表示為：,比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理,若取 ，則動(dòng)作的條件變?yōu)椋?分子分母同除以 ，得到,比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理,該式與方向阻抗繼電器的相位比較方程完全一致，表明在取 的情況下，用工作電壓與測(cè)量電壓進(jìn)行相位比較，就可以實(shí)現(xiàn)與方向阻抗繼電器完全一樣的特性。,比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理,方向阻抗特性的優(yōu)點(diǎn)是阻抗元件本身具有方向性，只在正向區(qū)內(nèi)故障時(shí)動(dòng)作，反方向短路時(shí)不會(huì)動(dòng)作，即無(wú)須與方向元件配合，阻抗元件本身就能區(qū)分故障的方向。其主要缺點(diǎn)是動(dòng)作特性經(jīng)

22、過(guò)座標(biāo)原點(diǎn)，在正向出口或反向出口短路時(shí)，測(cè)量阻抗 的阻抗值都很小，都會(huì)落在座標(biāo)原點(diǎn)附近，正好處于阻抗元件臨界動(dòng)作的的邊沿上，有可能出現(xiàn)正向出口短路時(shí)拒動(dòng)或反向出口短路時(shí)誤動(dòng)的嚴(yán)重情況。 對(duì)上述電壓比較式分析，也可以得出類(lèi)似的結(jié)論，出口短路時(shí)，測(cè)量電壓的幅值接近于0，其相位可能因誤差等因素而為隨機(jī)相位，所以測(cè)量元件可能處于隨機(jī)動(dòng)作狀態(tài)。,比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理,由上述的分析可知，在上述比較式中，電壓 的作用就是作為判斷 相位的參考，所以又稱(chēng)為參考電壓或極化電壓。 上述分析表明，直接用作為比相的參考電壓時(shí)，無(wú)法保證出口短路時(shí)的選擇性，因而也就不能應(yīng)用于實(shí)際的繼電保護(hù)裝置中。 為克服這一

23、缺點(diǎn)，保證出口短路時(shí)正確動(dòng)作，應(yīng)選擇相位不隨故障位置變化、在出口短路時(shí)不為0的電壓量作為比相的參考電壓。,比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理,考慮到除了出口三相對(duì)稱(chēng)性短路外，母線(xiàn)正序電壓的量值都不會(huì)為0，且其相位不會(huì)隨著短路位置的變化而變化，所以可以選擇正序電壓作為比相的參考，即以正序電壓作為參考電壓或極化電壓。 分析表明，當(dāng)取正序電壓為故障環(huán)上的正序電壓時(shí)，它的相位與故障環(huán)上的測(cè)量電壓完全一致，所以在上述比較方程中用正序電壓代替測(cè)量電壓時(shí)，動(dòng)作條件不變。,比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理,以正序電壓為參考的情況下，動(dòng)作的方程變?yōu)椋?或,比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理,進(jìn)一步分析表明，采

24、用正序電壓作為參考電壓后，在正向故障的情況下，以阻抗形式表示的動(dòng)作方程為,對(duì)應(yīng)的動(dòng)作特性如圖所示，它是一個(gè)包括坐標(biāo)原點(diǎn)的偏移圓，正向出口短路時(shí)，能夠可靠動(dòng)作。,比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理,在反向故障的情況下，以阻抗形式表示的動(dòng)作方程為,對(duì)應(yīng)的動(dòng)作特性如圖所示，它是一個(gè)不包括坐標(biāo)原點(diǎn)的上拋圓，反向出口短路時(shí)，測(cè)量阻抗在原點(diǎn)附近，可靠不動(dòng)作，反向遠(yuǎn)處短路時(shí)，測(cè)量阻抗在動(dòng)作區(qū)相反的方向，也可靠不動(dòng)作。,比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理,可見(jiàn)，應(yīng)用正序電壓作為極化電壓，繼電器具有明確的方向性，能保證正向出口短路可靠動(dòng)作，反向出口短路可靠不動(dòng)。 此外，用正序電壓作為極化電壓后，繼電器在正向故障

25、時(shí)的特性變成一個(gè)直徑較大的偏移圓，耐受過(guò)渡電阻的能力明前增強(qiáng)。 正序電壓極化的缺點(diǎn)是不能保證出口三相短路時(shí)的方向性，必須采取專(zhuān)門(mén)的措施。 在南瑞保護(hù)中，措施為，當(dāng)正序電壓幅值小于額定電壓的15時(shí)，投入低壓距離元件。,比較工作電壓（補(bǔ)償電壓）相位法原理,低壓距離元件是以記憶電壓為極化電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)故障判斷的，分析表明，它與正序極化的繼電器具有類(lèi)似的特性，也有明確的方向性。 應(yīng)用記憶電壓的缺點(diǎn)是它僅在短路初瞬有效，因而不能用在II段或III段中。,基于工頻故障分量的距離保護(hù),故障分量的基本概念,故障分量又稱(chēng)為故障附加分量或故障疊加分量，是指僅在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)出現(xiàn)，而在系統(tǒng)正常運(yùn)行及不正常運(yùn)行時(shí)不存在的

26、電氣分量，即它隨著故障的出現(xiàn)而出現(xiàn)，隨著故障的消失而消失。所以，故障分量的存在，是電力系統(tǒng)處于故障狀態(tài)的表征。 應(yīng)用故障分量構(gòu)成繼電保護(hù)動(dòng)作判據(jù)時(shí)，只需要尋找區(qū)內(nèi)故障與區(qū)外故障的“差異”，而不必考慮正常及不正常情況，因而，保護(hù)具有較高的靈敏度，一般也具有較快的動(dòng)作時(shí)間和較好的選擇性，不必采用振蕩閉鎖等防止振蕩時(shí)保護(hù)誤動(dòng)的措施。,故障分量的特點(diǎn),非故障狀態(tài)下不存在故障分量，故障分量?jī)H在故障狀態(tài)下出現(xiàn)； 故障分量獨(dú)立于非故障狀態(tài)，受電網(wǎng)運(yùn)行方式的影響不大（有一定的影響，但比傳統(tǒng)保護(hù)?。?； 故障點(diǎn)的電壓故障分量最大，系統(tǒng)中性點(diǎn)處故障分量電壓為零； 保護(hù)安裝處故障分量電壓電流之間的關(guān)系，取決于背后系統(tǒng)

27、的阻抗，與故障點(diǎn)的遠(yuǎn)近及過(guò)渡電阻的大小沒(méi)有關(guān)系（但故障分量值的大小受過(guò)渡電阻及故障點(diǎn)遠(yuǎn)近的影響） 。,故障分量的分析方法疊加原理,短路狀態(tài),故障前負(fù)荷狀態(tài),故障疊加狀態(tài),故障分量的組成,故障分量的利用,上述這些分量都可以用來(lái)構(gòu)成繼電保護(hù)： ：即故障分量中的工頻分量，可以用來(lái)構(gòu)成，工頻變化量方向保護(hù)、工頻變化量距離保護(hù)、工頻變化量差動(dòng)保護(hù)、零序保護(hù)、負(fù)序保護(hù)等； ：即全部的故障分量，可以用來(lái)構(gòu)成電流突變量起動(dòng)元件、電流突變量選相元件、方向行波元件、行波距離（測(cè)距）保護(hù)等； ：暫態(tài)分量中的高頻部分，用來(lái)構(gòu)成反映單端電氣量的暫態(tài)保護(hù)。,故障分量的提取與識(shí)別方法,來(lái)自電壓互感器TV和電流互感器TA的電

28、壓電流都是故障后的全電壓和全電流，構(gòu)成反映故障分量的繼電保護(hù)時(shí)，應(yīng)設(shè)法將故障分量 從全電壓和全電流中提取出來(lái)。在微機(jī)保護(hù)中，故障分量的提取方法為（電流）：,故障分量的提取與識(shí)別方法,通常情況下，取n1、2或4： n1： n2： n4： 這樣可以計(jì)算出故障分量的采樣序列，利用微機(jī)保護(hù)中的各種算法可以求出其幅值、相位等特征量。,故障分量的提取與識(shí)別方法,以n2為例，波形如下：,工頻變化量距離保護(hù),工頻故障分量距離保護(hù)又稱(chēng)為工頻變化量距離保護(hù)，是一種通過(guò)反應(yīng)工頻故障分量電壓電流而工作的距離保護(hù)。 在上述的圖 (c)中，保護(hù)安裝處的工頻故障分量電流、電壓可以分別表示為：,工頻變化量距離保護(hù),取工頻故障

29、分量距離元件的工作電壓為,保護(hù)區(qū)內(nèi)、外不同地點(diǎn)發(fā)生金屬性短路時(shí)電壓故障分量的分布情況如下圖所示。,工頻變化量距離保護(hù),k1,z,Z set,k2,k3,(a),(b),(c),(d),工頻變化量距離保護(hù),在保護(hù)區(qū)內(nèi)k1點(diǎn)短路時(shí)，,在保護(hù)區(qū)外k2點(diǎn)短路時(shí)，,在保護(hù)區(qū)反向k3點(diǎn)短路時(shí)，,工頻變化量距離保護(hù),因?yàn)?所以動(dòng)作的判據(jù)為,滿(mǎn)足該條件，說(shuō)明為區(qū)內(nèi)故障，否則為區(qū)外故障,工頻變化量距離保護(hù),220kV及以上輸電線(xiàn)路的繼電保護(hù),（1）輸電線(xiàn)路的距離保護(hù)； （2）輸電線(xiàn)路的縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)； （3）輸電線(xiàn)路的縱聯(lián)比較式保護(hù)； （4）輸電線(xiàn)路的綜合重合閘。,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù),基于基爾霍夫電流定律的縱聯(lián)

30、電流差動(dòng)保護(hù)，是到目前為止最為完善的繼電保護(hù)原理，在發(fā)電機(jī)、變壓器、母線(xiàn)、電抗器、大容量電動(dòng)機(jī)和輸配電線(xiàn)路等電氣設(shè)備中都得到了應(yīng)用。其基本工作原理如下：,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)的基本原理,被保護(hù)設(shè)備,*,*,*,*,I-I,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)示意圖,TA1,TA2,KD,被保護(hù)設(shè)備： 發(fā)電機(jī) 變壓器 電動(dòng)機(jī) 母線(xiàn) 線(xiàn)路 電抗器等,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)分析,即流入到差動(dòng)繼電器KD中的電流為0，繼電器不會(huì)動(dòng)作。,正常及外部故障時(shí)，,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)分析,被保護(hù)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)（區(qū)內(nèi)故障時(shí)）， 流入KD的電流為故障電流的二次值，KD動(dòng)作。 即區(qū)內(nèi)故障時(shí)，流入KD的就等于故障點(diǎn)的故障電流，所以從這一點(diǎn)上說(shuō)，差動(dòng)保護(hù)

31、是一種反映故障分量的保護(hù)；,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)問(wèn)題,可見(jiàn)，在理想情況下，根據(jù)KD中是否有電流，就能夠區(qū)分出是否有內(nèi)部故障，是否應(yīng)將被保護(hù)設(shè)備從系統(tǒng)中切除。 在實(shí)際情況下，由于電流互感器誤差等因素的存在，在正常運(yùn)行及外部故障時(shí)也會(huì)有一定量的不平衡電流流入差動(dòng)繼電器KD，特別是在外部故障電流互感器飽和的情況下，誤差將會(huì)大大增加，會(huì)有比較大的不平衡電流流入KD。為防止差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，KD的動(dòng)作電流必須按躲過(guò)外部故障的最大不平衡電流來(lái)整定。,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)問(wèn)題,帶來(lái)的問(wèn)題是動(dòng)作值過(guò)大，內(nèi)部故障的靈敏度降低。 采用帶制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)，是解決可靠性與靈敏性之間矛盾的有效措施。,即：,電流差動(dòng)保護(hù)比率制動(dòng)特

32、性,單斜率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性,雙斜率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性,1,2,3,、,Iunbmax,電流差動(dòng)保護(hù)判據(jù),在圖示參考方向下動(dòng)作量： 通常情況下，制動(dòng)量選為： 動(dòng)作表達(dá)式： K制動(dòng)系數(shù)，0,電流差動(dòng)保護(hù)故障分量的判據(jù),動(dòng)作量：,制動(dòng)量：,動(dòng)作方程：,故障分量電流差動(dòng)保護(hù)的分析,動(dòng)作量：,制動(dòng)量：,即動(dòng)作量與全電流差動(dòng)保護(hù)完全一樣。,故障分量電流差動(dòng)保護(hù)內(nèi)部故障,內(nèi)部故障時(shí)：,所以只要,滿(mǎn)足動(dòng)作條件，且有較高的靈敏度。,k,Z N,Z M,故障分量電流差動(dòng)保護(hù)外部故障,外部故障時(shí)：,所以只要,不滿(mǎn)足動(dòng)作條件，且有較大的裕度。,故障分量電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性,0.10.15,2,Kres=0.81.0,內(nèi)

33、部故障區(qū),外部故障區(qū)域,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)分析,被保護(hù)設(shè)備為發(fā)電機(jī)、變壓器和母線(xiàn)時(shí)，其各側(cè)的電流互感器均在同一個(gè)廠站內(nèi)，這時(shí)可由兩種方式實(shí)現(xiàn)上述的電流差動(dòng): 一種方式是直接將設(shè)備各側(cè)的電流接入到同一個(gè)裝置中，由該裝置按照差動(dòng)保護(hù)的公式進(jìn)行分析比較，判斷故障的區(qū)間； 另一種方式是每個(gè)電流互感器的輸出都接到一個(gè)采集裝置中，然后通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)采集裝置聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)算法。,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)分析,發(fā)電機(jī)、變壓器一般采用第一種方式，母線(xiàn)既可以采用第一種方式，也可以采用第二種方式，第二種方式實(shí)現(xiàn)的差動(dòng)保護(hù)成為分布式母線(xiàn)保護(hù)。 而當(dāng)被保護(hù)設(shè)備為輸電線(xiàn)路時(shí)，由于兩端相距甚遠(yuǎn)，需要在每一側(cè)都裝設(shè)采集裝置，

34、然后利用通信線(xiàn)路來(lái)交換兩端的電流信息。,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)通信,可用的通信手段： （1）導(dǎo)引線(xiàn) （2）載波 （3）微波 （4）光纖 光纖通道具有傳輸速率高、抗干擾性能好、安全可靠性高、能保持長(zhǎng)期不間斷地傳輸信號(hào)的特點(diǎn),已成為縱聯(lián)保護(hù)信號(hào)傳輸通道的首選方式。,光纖縱聯(lián)保護(hù)的信號(hào)傳輸方式和技術(shù)特點(diǎn),光纖縱聯(lián)保護(hù)的同步數(shù)據(jù)通信信號(hào)傳輸方式有兩大類(lèi): 專(zhuān)用光纖方式(圖1) PCM復(fù)用方式(圖2) 。,光纖縱聯(lián)保護(hù)的信號(hào)傳輸方式和技術(shù)特點(diǎn),專(zhuān)用光纖方式 利用專(zhuān)用光纖傳送保護(hù)信息時(shí),將64 kbitPs 或更高速率( n 64 kbitPs) 的保護(hù)信號(hào)直接調(diào)制在發(fā)光二極管(LED) 或半導(dǎo)體激光器(LD)

35、 的輸出回路中,并發(fā)送至對(duì)端。數(shù)據(jù)接收端直接將光信號(hào)解調(diào)成64 kbitPs保護(hù)信號(hào),如圖1 (a) 所示。,光纖縱聯(lián)保護(hù)的信號(hào)傳輸方式和技術(shù)特點(diǎn),由于采用專(zhuān)用光纖通道,64 kbits 數(shù)據(jù)接口裝置的時(shí)鐘同步方式為:兩側(cè)的繼電保護(hù)通信接口裝置均發(fā)送工作時(shí)鐘,數(shù)據(jù)發(fā)送采用本機(jī)內(nèi)時(shí)鐘,接收時(shí)鐘從接收數(shù)據(jù)碼流中提取,稱(chēng)為內(nèi)時(shí)鐘(主- 主) 方式,如圖1 (b) 所示。,光纖縱聯(lián)保護(hù)的信號(hào)傳輸方式和技術(shù)特點(diǎn),PCM 復(fù)用方式 利用光纖通信PCM復(fù)用方式傳送保護(hù)信息時(shí),數(shù)據(jù)信號(hào)在PCM的64 kbitPs 同步數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)復(fù)接,占用2 MbitPs 接口傳送,如圖2 (a) 所示。,光纖縱聯(lián)保護(hù)的信號(hào)

36、傳輸方式和技術(shù)特點(diǎn),兩類(lèi)光纖保護(hù)遠(yuǎn)傳信號(hào)傳輸方式的技術(shù)特點(diǎn) 采用專(zhuān)用光纖方式時(shí),保護(hù)遠(yuǎn)傳信號(hào)的傳輸通道直接由2 芯光纖和保護(hù)裝置光接口組成,通道時(shí)延小于1 ms。其可靠性依賴(lài)于站點(diǎn)間直通光纜,當(dāng)光纜斷纜時(shí)保護(hù)遠(yuǎn)傳信號(hào)全部中斷,無(wú)替代傳輸路由。,光纖縱聯(lián)保護(hù)的信號(hào)傳輸方式和技術(shù)特點(diǎn),PCM復(fù)用方式下,保護(hù)遠(yuǎn)傳信號(hào)通過(guò)SDH 光纖通信網(wǎng)絡(luò)傳送,不占用光纖芯數(shù),故不依賴(lài)兩站點(diǎn)間的直通光纜路由,而且工程設(shè)計(jì)時(shí)一般單獨(dú)配置一套保護(hù)專(zhuān)用PCM裝置,可以復(fù)接多路保護(hù)遠(yuǎn)傳信號(hào),容量大。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸時(shí),通道時(shí)延小于1 ms ;當(dāng)AB 兩站間經(jīng)過(guò)的光纖站點(diǎn)較多時(shí),按1 個(gè)接點(diǎn)延時(shí)1 ms 考慮,只要站點(diǎn)控制在8

37、個(gè)以?xún)?nèi),通道總時(shí)延仍能控制在15 ms 以?xún)?nèi)。SDH光纖通信網(wǎng)絡(luò)具有傳輸容量大、抗干擾、傳輸可靠性高等特點(diǎn),并且具有自愈切換保護(hù)功能。,光纖縱聯(lián)保護(hù)的信號(hào)傳輸方式和技術(shù)特點(diǎn),保護(hù)遠(yuǎn)傳信號(hào)復(fù)用在PCM 設(shè)備2 MbitPs 接口經(jīng)SDH 環(huán)網(wǎng)傳輸時(shí),當(dāng)某一方向光纖通信電路故障時(shí),可以經(jīng)由SDH自愈環(huán)保證信息連續(xù)傳送至對(duì)側(cè)。但當(dāng)相應(yīng)站點(diǎn)SDH 光端機(jī)或保護(hù)專(zhuān)用PCM裝置故障時(shí),保護(hù)遠(yuǎn)傳信號(hào)隨之中斷。此外,當(dāng)保護(hù)遠(yuǎn)傳信號(hào)經(jīng)光纖支線(xiàn)電路傳輸時(shí),則不具備SDH光纖電路自愈切換保護(hù)功能。,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)同步問(wèn)題,電流差動(dòng)保護(hù)有兩種主要的實(shí)現(xiàn)形式，一種是工頻量（包括工頻全電流和工頻故障分量）構(gòu)成差動(dòng)電流和

38、制動(dòng)電流，稱(chēng)為相量差動(dòng)；另一種是直接利用瞬時(shí)采樣值構(gòu)成差動(dòng)電流和制動(dòng)電流，稱(chēng)為瞬時(shí)值差動(dòng)。 相量差動(dòng)通常利用傅氏算法等計(jì)算出差動(dòng)和制動(dòng)電流相量，然后代入公式比較，該方法性能穩(wěn)定，但因需要較長(zhǎng)的時(shí)間窗，動(dòng)作速度較慢；瞬時(shí)值差動(dòng)時(shí)間窗很短，動(dòng)作速度快，但受個(gè)別不良數(shù)據(jù)的影響較大，需要連續(xù)幾個(gè)點(diǎn)（或多數(shù)點(diǎn)）動(dòng)作一致時(shí)，才能作為最后的判斷結(jié)果。 無(wú)論相量差動(dòng)還是瞬時(shí)值差動(dòng)，都要求對(duì)各側(cè)的電流同時(shí)采樣，否則將無(wú)法得到正確的結(jié)果。,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)同步問(wèn)題,在各側(cè)的電流都接入到同一個(gè)裝置的情況下（上述的第一種方式），同步采樣可以利用采樣/保持器來(lái)實(shí)現(xiàn)；在分布式母線(xiàn)保護(hù)和輸電線(xiàn)路保護(hù)的情況下，各電流的采集是

39、在不同的裝置中完成的，特別是線(xiàn)路保護(hù)的情況，電流的采集是由安裝在相距甚遠(yuǎn)的兩地的裝置分別采集的，必須采取特殊的同步措施。分析表明，如果要求同步角誤差不大于0.1，要求時(shí)間誤差不大于5s。,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)同步問(wèn)題,目前采用的同步方式主要有兩種，一種是利用GPS同步，另一種是精確計(jì)及通信通道延時(shí)，由一側(cè)向另一側(cè)發(fā)送同步時(shí)鐘信號(hào)。 GPS精度較高（時(shí)間誤差不大于1s），且接受也比較簡(jiǎn)單，但因受制于國(guó)外，安全性差，不能作為獨(dú)立的同步時(shí)鐘源； 第二種同步方法實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，且精度較差，但因安全性好，仍可以應(yīng)用。一般考慮采用兩種方式配合完成時(shí)間同步，一般情況下用GPS，GPS失效時(shí)改用其他同步方法。,應(yīng)用

40、GPS實(shí)現(xiàn)同步問(wèn)題,GPS determines a users position in 3-D space GPS also determines a users position in time,GPS接收器,in-view of 4 satellites principle = time difference of arrival of signals from satellites unknowns - receivers 3D location and universal time since 4 satellites, 4 equations available hence:- s

41、olve for 4 unknowns receivers clock locked to GPS universal time,Loss of GPS Signal unsynchronised phasors,采樣時(shí)刻調(diào)整法,TS,td,td,ts1,tr1,tm,tm1,ts2,tr2,tm2,t,tr3,t,t,tm3,ts3,ts4,tm4,td,采樣時(shí)刻調(diào)整法,從站,主站,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)同步問(wèn)題,t,Ts：采樣間隔； tmj：主站采樣點(diǎn) tsi：從站采樣點(diǎn) td：通道延時(shí) td=0.5(tr2-tm1-tm) t：主、從站采樣時(shí)刻間的誤差 tts3 -tm3 =ts3 - (tr

42、3-td) 為使兩站同步采樣，從站下次采樣時(shí)刻應(yīng)調(diào)整為： ts4=(ts3+Ts)- t,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)同步問(wèn)題,采樣數(shù)據(jù)修正法,t,t,tm,td1,td2,A端,B端,tA1,tA2,tA3,tA4,tA5,tA,tA6,tB1,tB2,tB,tB3,tB4,tB5,tB3,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)同步問(wèn)題,A端計(jì)算的通道延時(shí)：td=td1=td2=0.5(tA-tA1-tm) tB3=(tA-td) 與tA4時(shí)刻對(duì)應(yīng)的B端電流向量： 同理可計(jì)算出tA3時(shí)刻對(duì)應(yīng)的B 端電流向量,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)同步問(wèn)題,220kV及以上輸電線(xiàn)路的繼電保護(hù),（1）輸電線(xiàn)路的距離保護(hù)； （2）輸電線(xiàn)路的縱聯(lián)電流差動(dòng)

43、保護(hù)； （3）輸電線(xiàn)路的縱聯(lián)比較式保護(hù)； （4）輸電線(xiàn)路的綜合重合閘。,縱聯(lián)（方向）比較式保護(hù),構(gòu)成 縱聯(lián)（方向）比較式保護(hù)在被保護(hù)設(shè)備的每一端都裝設(shè)一個(gè)反映故障方向的測(cè)量元件。,被保護(hù)設(shè)備： 發(fā)電機(jī) 變壓器 電動(dòng)機(jī) 母線(xiàn) 線(xiàn)路 電抗器等,縱聯(lián)（方向）比較式保護(hù),方向性測(cè)量元件是構(gòu)成縱聯(lián)分析比較式保護(hù)的核心，常用的方向元件包括： （1）故障分量方向元件； （2）負(fù)序功率方向元件； （3）零序功率方向元件； （4）方向阻抗元件； （5）相電壓補(bǔ)償式的功率方向元件等； （6）在單側(cè)電源的情況下，按躲最大負(fù)荷電流整定的過(guò)電流元件，也能反映故障方向。,工頻變化量方向保護(hù)判據(jù),正方向元件的測(cè)量相角表達(dá)式

44、： 反方向元件的測(cè)量相角表達(dá)式： 其中： 下表12表示該電氣量為正、負(fù)序綜合分量，無(wú)零序分量 Zd為模擬阻抗 Zcom為補(bǔ)償阻抗。如果系統(tǒng)線(xiàn)路阻抗比Zs/ZL0.5時(shí)，Zcom0，否則取Zcom為Z整定阻抗的一半,工頻變化量方向保護(hù)分析,正向短路,工頻變化量方向保護(hù)分析,假設(shè)Zs為電源正序阻抗，系統(tǒng)的正序阻抗等于負(fù)序阻抗。將工頻變化量電壓電流分解為對(duì)稱(chēng)分量，有： 設(shè)系統(tǒng)阻抗角與Zd阻抗角一致時(shí)，有：,工頻變化量方向保護(hù)分析,反向短路,工頻變化量方向保護(hù)分析,Zs為線(xiàn)路至對(duì)側(cè)系統(tǒng)的正序阻抗，將電流電壓分解為對(duì)成分量：,縱聯(lián)（方向）比較式保護(hù),當(dāng)每一端的測(cè)量元件都指示為正向故障時(shí)，表明故障為“區(qū)內(nèi)

45、故障”； 任何一端的測(cè)量元件指示為反向故障時(shí)，表明故障為“區(qū)外故障”。 實(shí)現(xiàn)方法： 閉鎖式和允許式兩種比較方法。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式,閉鎖式縱聯(lián)方向保護(hù)的工作方式是當(dāng)任一側(cè)方向元件判斷為反方向時(shí)，不僅本側(cè)保護(hù)不跳閘，而且由發(fā)信機(jī)向?qū)?cè)發(fā)出閉鎖信號(hào)，對(duì)側(cè)保護(hù)接收到閉鎖信號(hào)后，閉鎖該側(cè)保護(hù)。在外部故障時(shí)是近故障側(cè)的方向元件判斷為反方向故障，所以是近故障側(cè)閉鎖遠(yuǎn)故障側(cè)；在內(nèi)部故障時(shí)兩側(cè)方向元件都判為正方向，都不發(fā)送閉鎖信號(hào)，兩側(cè)收信機(jī)接收不到閉鎖信號(hào)，也就不會(huì)去閉鎖保護(hù)，于是兩側(cè)方向元件均作用于跳閘。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式,I1,W,&,收信,跳閘,I2,W+,&,&,發(fā)信(閉鎖),縱聯(lián)方向比

46、較保護(hù)閉鎖式,工作過(guò)程:當(dāng)外部故障時(shí)，如圖所示保護(hù)1和2的情況，在A端的保護(hù)1功率方向?yàn)檎贐端的保護(hù)2功率方向?yàn)樨?fù)。此時(shí)，兩側(cè)的起動(dòng)元件1均動(dòng)作起動(dòng)發(fā)信機(jī)發(fā)信。發(fā)信機(jī)發(fā)出的閉鎖信號(hào)一方面為自己的收信機(jī)所接收，一方面經(jīng)過(guò)高頻通道，被對(duì)端的收信機(jī)接收。當(dāng)收到信號(hào)后，保護(hù)被閉鎖。此外，起動(dòng)元件2也同時(shí)動(dòng)作閉合其觸點(diǎn)，準(zhǔn)備了跳閘回路。在短路功率方向?yàn)檎囊欢?保護(hù)1)，其方向元件動(dòng)作，停止發(fā)信。在方向?yàn)樨?fù)的一端(保護(hù)2)，方向元件不起動(dòng)。因此，發(fā)信機(jī)繼續(xù)發(fā)送閉鎖信號(hào)。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式,在這種情況下，保護(hù)1和保護(hù)2均不能動(dòng)作，保護(hù)就一直被閉鎖。待外部故障切除，起動(dòng)元件返回以后，保護(hù)即復(fù)歸原狀

47、。 當(dāng)兩端供電的線(xiàn)路內(nèi)部故障時(shí)，兩端的起動(dòng)元件1和2均動(dòng)作，其作用同上。之后兩端的方向元件動(dòng)作，即停止了發(fā)信機(jī)的工作，保護(hù)能立即動(dòng)作分別使兩端的斷路器跳閘。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式,需要兩套起動(dòng)元件。由以上分析可以看出，在外部故障時(shí)，距故障點(diǎn)較遠(yuǎn)一端的保護(hù)所感覺(jué)到的情況，和內(nèi)部故障時(shí)完全一樣，此時(shí)主要是利用靠近故障點(diǎn)一端的保護(hù)發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)，來(lái)防止遠(yuǎn)端保護(hù)的誤動(dòng)作。因此，在外部故障時(shí)保護(hù)正確動(dòng)作的必要條件是靠近故障點(diǎn)一端的高頻發(fā)信機(jī)必須起動(dòng)，而如果兩端起動(dòng)元件的靈敏度不相配合時(shí)，就可能發(fā)生誤動(dòng)作。因而保護(hù)需要兩個(gè)起動(dòng)元件1和2，其靈敏度選擇的不同，靈敏度較高的起動(dòng)元件1只用來(lái)起動(dòng)高頻發(fā)信機(jī)以

48、發(fā)出閉鎖信號(hào)，而靈敏度較低的起動(dòng)元件2則準(zhǔn)備好跳閘的回路。任何一端發(fā)出閉鎖信號(hào)的元件的靈敏度都應(yīng)保證高于對(duì)端保護(hù)動(dòng)作跳閘元件的靈敏度，也就是說(shuō)必須保證兩端保護(hù)靈敏度的配合，否則可能誤動(dòng)。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式,單電源線(xiàn)路內(nèi)部故障。當(dāng)只從一端供電的線(xiàn)路內(nèi)部故障時(shí)，在受電端的半套保護(hù)不起動(dòng)，也不發(fā)送高頻閉鎖信號(hào)，而在電源端的保護(hù)動(dòng)作情況則和上述分析相同，此時(shí)能夠立即動(dòng)作使電源端的斷路器跳閘。 單電源線(xiàn)路外部故障。與雙電源情況類(lèi)似，近故障端測(cè)量元件反映為反向故障，不會(huì)誤動(dòng)。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式,通道破壞。由于閉鎖式縱聯(lián)方向保護(hù)的工作原理是利用非故障線(xiàn)路的一端發(fā)出閉鎖該線(xiàn)路兩端保護(hù)的高頻信號(hào)，而

49、對(duì)于故障線(xiàn)路兩端則不需要發(fā)出高頻信號(hào)，這樣就可以保證在內(nèi)部故障并伴隨有通道的破壞時(shí)(例如通道所在的一相接地或是斷線(xiàn))，保護(hù)裝置仍然能夠正確地動(dòng)作，這是它的主要優(yōu)點(diǎn)，也是這種高頻信號(hào)工作方式得到廣泛應(yīng)用的主要原因之一。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式,系統(tǒng)振蕩。對(duì)接于相電流和相電壓(或線(xiàn)電壓)上的方向元件，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩且振蕩中心位于保護(hù)范圍以?xún)?nèi)時(shí)，由于兩端的功率方向均為正，保護(hù)將要誤動(dòng)，這是一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)。而對(duì)于反應(yīng)故障分量或負(fù)序、零序的方向元件，則不受振蕩的影響。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式,動(dòng)作速度。根據(jù)繼電保護(hù)動(dòng)作的要求，閉鎖信號(hào)只有在外部故障時(shí)才傳送。所以為了保證保護(hù)在外部故障時(shí)不誤動(dòng)，必須等到確

50、定已無(wú)閉鎖信號(hào)，才能送出跳閘脈沖。因此必須延緩跳閘時(shí)間以保證時(shí)間配合，這樣就使高頻保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間增長(zhǎng)，降低了保護(hù)的動(dòng)作速度，這也是這種保護(hù)的主要缺點(diǎn)。 總之，閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作可靠性高，缺點(diǎn)是需要兩端元件的動(dòng)作時(shí)間和靈敏度配合，故較復(fù)雜和動(dòng)作速度慢。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式,由于閉鎖式縱聯(lián)方向保護(hù)采用短時(shí)發(fā)信方式，故高頻發(fā)信機(jī)需用起動(dòng)元件。常用的起動(dòng)元件有故障分量電流起動(dòng)元件、序分量電流元件、反方向的功率方向元件等。此外通常還采用遠(yuǎn)方起動(dòng)方式，保證只要一側(cè)的起動(dòng)元件動(dòng)作，兩側(cè)的發(fā)訊機(jī)都會(huì)發(fā)信。 對(duì)起動(dòng)元件的要求：應(yīng)保證線(xiàn)路正常運(yùn)行與系統(tǒng)振蕩時(shí)起動(dòng)元件不動(dòng)作，而在發(fā)生其他所有故障時(shí)均

51、能夠靈敏地動(dòng)作。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式,I1,W,&,收信,跳閘,I2,W+,&,&,發(fā)信(閉鎖),t1,縱聯(lián)方向比較保護(hù)允許式,允許式縱聯(lián)方向保護(hù)利用通道傳送允許信號(hào)，收到允許信號(hào)是保護(hù)作用于跳閘的必要條件。在外部故障時(shí)近故障方向元件判斷為反方向，不僅本側(cè)保護(hù)不跳閘，也不向?qū)?cè)發(fā)送允許信號(hào)，對(duì)側(cè)收信機(jī)接收不到允許信號(hào)，就不允許其側(cè)保護(hù)跳閘；在內(nèi)部故障時(shí)兩側(cè)方向元件均判斷為正方向，又都向?qū)?cè)發(fā)送允許信號(hào)，兩側(cè)收信機(jī)都收到允許信號(hào)，為各側(cè)保護(hù)跳閘提供條件，原理框圖如下 。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)允許式,收信,跳閘,I,W+,&,&,發(fā)信(允許),縱聯(lián)方向比較保護(hù)允許式,工作過(guò)程:當(dāng)外部故障時(shí)，如圖所

52、示保護(hù)1和2的情況，在A端的保護(hù)1功率方向?yàn)檎贐端的保護(hù)2功率方向?yàn)樨?fù)。此時(shí)，A端的起動(dòng)元件及方向元件均動(dòng)作，一方面自身準(zhǔn)備跳閘，另一方面向?qū)?cè)發(fā)送允許信號(hào)；但是B端方向元件不動(dòng)，一方面自己不會(huì)跳閘，也不會(huì)向A端發(fā)送允許信號(hào)，所以?xún)蓚?cè)都不會(huì)動(dòng)作跳閘。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)允許式,當(dāng)內(nèi)部故障時(shí)，如圖所示保護(hù)3和4的情況，兩端的方向元件均反映為正向故障。此時(shí)，B端（3處）的起動(dòng)元件及方向元件均動(dòng)作，一方面自身準(zhǔn)備跳閘，另一方面向?qū)?cè)發(fā)送允許信號(hào)；C端（4處）的情況也一樣，所以?xún)啥说姆较蛟紕?dòng)作，都能夠收到對(duì)側(cè)發(fā)來(lái)的允許信號(hào)，所以都會(huì)動(dòng)作跳閘，將故障切除。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)允許式,在允許式保護(hù)中，

53、若方向測(cè)量元件為阻抗元件，則稱(chēng)為是允許式距離保護(hù)，在這種情況下，有兩種構(gòu)成方式，即欠范圍允許和超范圍允許，欠范圍允許在阻抗I段動(dòng)作時(shí)，一方面本側(cè)直接跳閘，另一方面向?qū)?cè)發(fā)送允許信號(hào)，對(duì)側(cè)在接到允許信號(hào)后與其II段阻抗元件“相與”，當(dāng)收到允許信號(hào)且II段阻抗元件動(dòng)作時(shí)，動(dòng)作跳閘。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)允許式,縱聯(lián)方向比較保護(hù)允許式,超范圍允許用阻抗II段或帶方向特性的阻抗III段起動(dòng)發(fā)允許信號(hào)。當(dāng)收到允許信號(hào)且II段阻抗元件動(dòng)作時(shí)，動(dòng)作跳閘。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)允許式,M,N,ZIIM,ZIIN,ZII,ZI,1,&,Re,Tr,1,跳閘,通道,1,QF,縱聯(lián)方向比較保護(hù)允許式,允許式保護(hù)具有以下幾個(gè)

54、特點(diǎn)： （1）動(dòng)作速度快。因?yàn)樵谡l件下沒(méi)有信號(hào)，又因?yàn)樵试S信號(hào)只有內(nèi)部故障時(shí)才傳送，在外部故障時(shí)不出現(xiàn)允許信號(hào)。因此毋須時(shí)間配合，這就可使高頻保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間縮短。這是允許式保護(hù)的最大優(yōu)點(diǎn)。 （2）不適用于單電源輸電線(xiàn)。在單端電源條件下，當(dāng)線(xiàn)路內(nèi)部故障時(shí)，受電端正向方向元件由于靈敏度不夠而不動(dòng)作，不向送電端發(fā)出允許信號(hào)，從而使對(duì)端保護(hù)拒動(dòng)，必須采取措施予以解決（弱饋保護(hù)）。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)允許式,（3）可靠性較低。對(duì)于故障起動(dòng)發(fā)信方式的保護(hù)，采用閉鎖信號(hào)時(shí)，在外部故障時(shí)傳送高頻電流，而采用允許信號(hào)時(shí)，在內(nèi)部故障時(shí)傳送高頻電流，由于內(nèi)部故障時(shí)可能引起通道破壞，所以允許式保護(hù)可靠性較低。在采用

55、不受內(nèi)部故障影響的通道時(shí)，不存在該問(wèn)題。 總之，允許式縱聯(lián)方向保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需兩端元件的動(dòng)作時(shí)間和靈敏度配合，因而動(dòng)作速度快，靈敏度高，缺點(diǎn)是動(dòng)作可靠性較低（載波通道情況下，光纖或微波通道時(shí)可靠性并不低），需采用附加措施。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)直跳式,直跳式縱聯(lián)方向保護(hù)利用通道傳送跳閘信號(hào)，收到跳閘信號(hào)是保護(hù)作用于跳閘的充分條件。直跳信號(hào)通常是由I段保護(hù)元件起動(dòng)的，如由阻抗I段或線(xiàn)路變壓器組的情況下變壓器的差動(dòng)保護(hù)等起動(dòng)，另一端只要收到直跳信號(hào)，無(wú)論該處的測(cè)量元件是否動(dòng)作，都直跳作用于跳閘。由于只有在保護(hù)區(qū)內(nèi)故障時(shí)I段元件才會(huì)動(dòng)作，所以直跳信號(hào)只在內(nèi)部故障時(shí)發(fā)送，外部故障時(shí)不可能不會(huì)有直跳信號(hào)

56、。原理框圖如下 。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)直跳式,M,N,ZIM,ZIN,ZI,Re,Tr,1,跳閘,通道,縱聯(lián)方向比較保護(hù)直跳式,在故障發(fā)生在本側(cè)I段范圍之內(nèi)時(shí)，本側(cè)I段動(dòng)作，一方面立即跳開(kāi)本側(cè)的斷路器，另一方面向?qū)?cè)發(fā)送直跳信號(hào)，對(duì)側(cè)收到直跳信號(hào)后，直接將其斷路器跳開(kāi)。 直跳式對(duì)通道的要求極高，應(yīng)采取措施防止因干擾導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。,主要內(nèi)容,線(xiàn)路的繼電保護(hù)原理與技術(shù) 變壓器的繼電保護(hù)原理與技術(shù) 母線(xiàn)的繼電保護(hù)原理與技術(shù) 繼電保護(hù)的發(fā)展與展望,電力變壓器故障類(lèi)型,變壓器的故障可以分為油箱外和油箱內(nèi)兩種故障。油箱外的故障，主要是套管和引出線(xiàn)上發(fā)生相間短路以及中性點(diǎn)直接接地側(cè)的接地短路。這些故障的發(fā)生會(huì)危害電力系統(tǒng)的安全連續(xù)供電。油箱內(nèi)的故障包括繞組的相間短路、接地短路、匝間短路以及鐵心的燒損等。油箱內(nèi)故障時(shí)產(chǎn)生的電弧，不僅會(huì)損壞繞組的絕緣、燒