繼電保護 第四章 輸電線路縱聯(lián)保護

1、第四章 輸電線路縱聯(lián)保護l4.1 輸電線路縱聯(lián)保護的基本原理和分類輸電線路縱聯(lián)保護的基本原理和分類 l4.2 輸電線路縱聯(lián)保護的通信通道輸電線路縱聯(lián)保護的通信通道 l4.3 輸電線路的導引線縱聯(lián)差動保護輸電線路的導引線縱聯(lián)差動保護 l4.4 方向比較式縱聯(lián)保護方向比較式縱聯(lián)保護l4.5 相位比較式縱聯(lián)保護相位比較式縱聯(lián)保護 4.1 輸電線路縱聯(lián)保護基本原理和分類輸電線路縱聯(lián)保護基本原理和分類n一、縱聯(lián)保護及其構成一、縱聯(lián)保護及其構成 輸電線路的縱聯(lián)保護，就是用某種通信通道輸電線路的縱聯(lián)保護，就是用某種通信通道(簡稱通道簡稱通道)將輸電線將輸電線兩端或各端兩端或各端(對于多端線路對于多端線路)的

2、保護裝置縱向連接起來，將各端的電氣的保護裝置縱向連接起來，將各端的電氣量量(電流、功率的方向等電流、功率的方向等) 傳送到對端，將各端的電氣量進行比較，以傳送到對端，將各端的電氣量進行比較，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線路。保護線路。 n二、縱聯(lián)保護的基本原理二、縱聯(lián)保護的基本原理保護原理的本質是甄別系統(tǒng)正常和故障狀態(tài)下電氣量或非電氣保護原理的本質是甄別系統(tǒng)正常和故障狀態(tài)下電氣量或非電氣量之間的差別，縱聯(lián)保護也不例外。輸電線路的縱聯(lián)保護就是利用線量之間的差別，縱聯(lián)保護也不例外。輸電線路的縱聯(lián)保護就

3、是利用線路兩端的電氣量在故障與非故障時的特征差異構成的。當線路發(fā)生區(qū)路兩端的電氣量在故障與非故障時的特征差異構成的。當線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障、區(qū)外故障時，電力線兩端電流波形、功率、電流相位以及兩內(nèi)故障、區(qū)外故障時，電力線兩端電流波形、功率、電流相位以及兩端的測量阻抗都有明顯的差異，利用這些差異就可以構成不同原理的端的測量阻抗都有明顯的差異，利用這些差異就可以構成不同原理的縱聯(lián)保護。縱聯(lián)保護。l1.兩側電流量特征 雙端電源線路區(qū)內(nèi)、外故障示意圖(a)內(nèi)部故障；(b)外部故障如圖所示，有如圖所示，有 ，在故障點有較大短路電流流出，在故障點有較大短路電流流出; MNk1IIII如圖所示，線路兩端電流相量關

4、系為如圖所示，線路兩端電流相量關系為 。MN0III當線路發(fā)生內(nèi)部故障時，當線路發(fā)生內(nèi)部故障時， 當線路發(fā)生區(qū)外短路故障或正常運行時，當線路發(fā)生區(qū)外短路故障或正常運行時， l2兩側電流相位特征兩端輸電線路，若全系統(tǒng)阻抗角均勻，且兩端電動勢角相等，則兩端輸電線路，若全系統(tǒng)阻抗角均勻，且兩端電動勢角相等，則當線路當線路MN發(fā)生區(qū)內(nèi)短路故障時，兩側電流同相位，即、相位差為發(fā)生區(qū)內(nèi)短路故障時，兩側電流同相位，即、相位差為0；而當正常運行或發(fā)生區(qū)外短路故障時，兩側電流反相，即電流、相位而當正常運行或發(fā)生區(qū)外短路故障時，兩側電流反相，即電流、相位差為差為180。l3兩側功率方向特征 當線路上發(fā)生區(qū)內(nèi)故障和

5、區(qū)外故障時，輸電線兩端的功率方向也當線路上發(fā)生區(qū)內(nèi)故障和區(qū)外故障時，輸電線兩端的功率方向也有很大差別。令功率正方向由母線指向線路，則線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，有很大差別。令功率正方向由母線指向線路，則線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，兩端功率方向都由母線流向線路，兩端功率方向相同，同為正方向；兩端功率方向都由母線流向線路，兩端功率方向相同，同為正方向；而發(fā)生區(qū)外故障時，遠故障點端功率由母線流向線路，功率方向為正，而發(fā)生區(qū)外故障時，遠故障點端功率由母線流向線路，功率方向為正，近故障點端功率由線路流向母線，功率方向為負，兩端功率方向相反。近故障點端功率由線路流向母線，功率方向為負，兩端功率方向相反。l4兩側測量阻抗值

6、特征三、縱聯(lián)保護的分類三、縱聯(lián)保護的分類 當線路區(qū)內(nèi)短路時，輸電線路兩端的測量阻抗都是短路阻抗，一當線路區(qū)內(nèi)短路時，輸電線路兩端的測量阻抗都是短路阻抗，一定位于距離保護定位于距離保護段的動作區(qū)內(nèi)，兩側的段的動作區(qū)內(nèi)，兩側的段同時啟動；當正常運行段同時啟動；當正常運行時，兩側的測量阻抗是負荷阻抗，距離保護時，兩側的測量阻抗是負荷阻抗，距離保護段不會啟動；當發(fā)生外段不會啟動；當發(fā)生外部短路時，兩側測量阻抗也是短路阻抗，但一側為反方向，若采用方部短路時，兩側測量阻抗也是短路阻抗，但一側為反方向，若采用方向特性的阻抗繼電器，則至少有一側的距離向特性的阻抗繼電器，則至少有一側的距離段不會啟動。段不會啟動

7、。n三、縱聯(lián)保護的分類三、縱聯(lián)保護的分類縱聯(lián)保護按照所利用信息通道的不同類型可以分為縱聯(lián)保護按照所利用信息通道的不同類型可以分為導引線縱導引線縱聯(lián)保護聯(lián)保護、電力線載波縱聯(lián)保護電力線載波縱聯(lián)保護、微波縱聯(lián)保護微波縱聯(lián)保護和和光纖縱聯(lián)保護光纖縱聯(lián)保護四種。四種。縱聯(lián)保護按照保護動作原理，可以分為縱聯(lián)保護按照保護動作原理，可以分為方向比較式縱聯(lián)保護方向比較式縱聯(lián)保護和和縱聯(lián)電流差動保護縱聯(lián)電流差動保護兩類。兩類。4.2 輸電線路縱聯(lián)保護的通信通道輸電線路縱聯(lián)保護的通信通道 n一、通信通道的構成和特點一、通信通道的構成和特點 1導引線通道導引線通道導引線通道是縱聯(lián)保護最早使用的通信通道，是由和導引線

8、通道是縱聯(lián)保護最早使用的通信通道，是由和被保護線路平行敷設的金屬導線構成，用來傳遞被保護線被保護線路平行敷設的金屬導線構成，用來傳遞被保護線路各側信息的通信通道路各側信息的通信通道。2電力線載波（高頻）通道電力線載波（高頻）通道 3微波通道微波通道4光纖通道光纖通道電力線載波通道構成示意圖1阻波器；2結合電容器；3連接濾波器；4電纜；5高頻收發(fā)信;6刀閘n阻波器：阻波器是由一個電感線圈與可變電容器并聯(lián)組成的回路。 n結合電容器：結合電容器與連接濾過器共同配合將載波信號傳遞至輸電線路，同時使高頻收發(fā)信機與工頻高壓線路絕緣。 n連接濾波器：連接濾波器由一個可調節(jié)的空心變壓器及連接至高頻電纜一側的電

9、容器組成。 n高頻收、發(fā)信機：發(fā)信機部分系由繼電保護裝置控制，通常都是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護起動之后它才發(fā)出信號。 n二、高頻信號的分類二、高頻信號的分類 按照信號的性質或作用，可以將其分為閉鎖信號、允許信號和跳閘信號。這三種信號可用以上任一中種通信通道產(chǎn)生和傳送。1閉鎖信號閉鎖信號。即無閉鎖信號是保護作用于跳閘的必要條件，或者說閉鎖信號是阻止保護動作于跳閘的信號。2允許信號允許信號。允許信號是允許保護作用于跳閘的信號，或者說有允許信號是保護動作于跳閘的必要條件。 3跳閘信號跳閘信號。跳閘信號是直接引起跳閘的信號，或者說收到跳閘信號是跳閘的充要條件。 高頻保護信號邏輯圖(a)閉鎖信號；(b

10、)允許信號；(c)跳閘信號4.3輸電線路的導引線縱聯(lián)差動保護輸電線路的導引線縱聯(lián)差動保護 4.4方向比較式縱聯(lián)保護方向比較式縱聯(lián)保護一、閉鎖式方向縱聯(lián)保護一、閉鎖式方向縱聯(lián)保護 1閉鎖式方向縱聯(lián)保護的基本原理 閉鎖式方向縱聯(lián)保護作原理2閉鎖式方向縱聯(lián)保護的基本構成 閉鎖式方向縱聯(lián)保護的原理接線圖區(qū)外短路故障；兩端供電線路區(qū)內(nèi)短路故障； 單電源供電線路區(qū)內(nèi)短路故障。 3影響方向比較式縱聯(lián)保護正確動作的因素 系統(tǒng)非全相運行的影響 系統(tǒng)一相僅在一側斷開的情況 (a)負序電壓分布圖；(b)相量圖實際非全相運行狀態(tài)是一相在兩側同時斷開的狀態(tài)，特別是考慮分布電容的影響后，需要分析有兩個斷線端口的復雜故障下

11、負序電壓、電流的相位關系，結論同樣是：當使用線路側電壓時，受電側功率方向為正，送電側的負序功率方向為負，發(fā)出閉鎖信號，保護不會誤動作；如果使用母線電壓，兩側的負序功率方向同時為正，保護將誤動作。零序功率方向在非全相運行期間與負序功率方向的特點一致?？朔侨噙\行期間負序、零序方向縱聯(lián)保護誤動的措施一般是：使用線路側電壓，這也是超高壓線路電壓互感器裝于線路側的主要原因；在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。 功率倒向對方向比較式縱聯(lián)保護的影響及應對措施 功率導向電網(wǎng)示意圖系統(tǒng)中假設故障發(fā)生在線路L1上靠近M側k點，斷路器QF3先于斷路器QF4跳閘。在斷路器QF3跳

12、閘之前，線路L2中短路功率由N側流向M側，線路L2中N側功率方向為負，方向元件不動作，向M側發(fā)送閉鎖信號。 在斷路器QF3跳閘后QF4跳閘前，線路L2中的短路功率突然倒轉方向，由M側流向N側，這一現(xiàn)象稱為功率倒向。反應負序、零序和故障分量的方向元件在短路功率倒向時如果動作不協(xié)調會出現(xiàn)誤動作。在斷路器QF3跳閘后QF4跳閘前，M側功率方向由負變?yōu)檎?，功率方向元件動作，停止發(fā)信并準備跳閘；此時N側的功率方向由正變負，方向元件應立即返回并向M側發(fā)閉鎖信號，但是可能M側的方向元件動作快，N側的方向元件返回慢，這被稱為“觸點競賽”。由于這個原因，會有一段時間兩側方向元件均處于動作狀態(tài)，M側沒有閉鎖信號，

13、造成線路兩端的保護誤動。如果增加延時返回時間元件t1，使發(fā)信元件動作后經(jīng)時間t1延時返回，就可以解決這個問題。時間t1要大于兩側方向元件動作與返回的最大時間差，再加一個適當裕度時間。二、閉鎖式距離縱聯(lián)保護簡介二、閉鎖式距離縱聯(lián)保護簡介 閉鎖式距離縱聯(lián)保護實際上是由兩端完整的三段式距離保護附加高頻通信部分組成。4.5相位比較式縱聯(lián)保護相位比較式縱聯(lián)保護 一、工作原理一、工作原理相差高頻保護工作原理(a)網(wǎng)絡圖(b)內(nèi)部故障時兩端電流波形(c)外部故障時兩端電流波形二、相差高頻保護的構成二、相差高頻保護的構成 故障啟動發(fā)信元件 啟動跳閘元件 發(fā)信操作元件 收信比較時間元件 閉鎖式縱聯(lián)電流相位差動保

14、護的原理框圖三、相差高頻保護的相位特性和相繼動作三、相差高頻保護的相位特性和相繼動作 線路內(nèi)部對稱故障時的矢量圖yb6100L 66100100LL 這種一側保護隨著另一側保護動作而動作的情況被稱為保護的“相繼動作”，保護相繼動作的一側故障切除時間變慢。 相位特性曲線和閉鎖角的選擇四、長距離輸電線路的分布電容對相差高頻保護的影響四、長距離輸電線路的分布電容對相差高頻保護的影響 長距離輸電線路的型等值電路由于線路具有分布電容，正常運行和外部短路時線路兩端電流之和不為零，而為線路電容電流，對較短的高壓架空線路，電容電流不大，線路兩側電流之和不大，縱聯(lián)電流差動保護可用不平衡電流的門限值躲過它。對于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，將極大的降低靈敏度，所以通常采用電壓測量來補償電容電流。對于一般長度的輸電線路，可以