第7-8章 電網(wǎng)差動保護高頻保護20140420

1、第七章第七章 輸電線路的差動保護輸電線路的差動保護電流保護和阻抗保護用于輸電線路時，只需將線路一端的電流、電壓經(jīng)互感器引入保護裝置，比較容易實現(xiàn)，但瞬時動作的保護I段只能保護線路的全長的80%85%，對于其余的15%20%線路段上的故障，只能由第段的時限切除，這對很多重要的高壓網(wǎng)絡線是不允許的。為保證全線速動的要求，只能采用縱聯(lián)保護?？v聯(lián)保護彌補了電流保護、距離保護的不足而廣泛用于重要的高壓及超高壓輸電線路上，以實現(xiàn)線路全長范圍內(nèi)故障的無時限切除。(全線速動動)l縱聯(lián)保護的定義：縱聯(lián)保護的定義：所謂縱聯(lián)保護，就是利用某所謂縱聯(lián)保護，就是利用某種通信通道（簡稱通道）將輸電線兩端的保護種通信通道（

2、簡稱通道）將輸電線兩端的保護裝置縱向聯(lián)結(jié)起來，將各端的電氣量（電流、裝置縱向聯(lián)結(jié)起來，將各端的電氣量（電流、功率的方向等）傳送到對端，進行比較，以判功率的方向等）傳送到對端，進行比較，以判斷故障在本線路范圍內(nèi)還是在本線路范圍之外，斷故障在本線路范圍內(nèi)還是在本線路范圍之外，從而決定是否切斷被保護線路。從而決定是否切斷被保護線路。l從理論上講，縱聯(lián)保護具有絕對的選擇性。從理論上講，縱聯(lián)保護具有絕對的選擇性。l輸電線的縱聯(lián)保護隨著采用的通道的不同，輸電線的縱聯(lián)保護隨著采用的通道的不同，在裝置原理、結(jié)構(gòu)、性能和適用范圍等方面在裝置原理、結(jié)構(gòu)、性能和適用范圍等方面具有很大的差別，具有很大的差別，如如縱差

3、保護、高頻保護、縱差保護、高頻保護、微波保護就是分別使用輔助導線（導引線）、微波保護就是分別使用輔助導線（導引線）、經(jīng)過加工的輸電線、微波等作為通道而實現(xiàn)經(jīng)過加工的輸電線、微波等作為通道而實現(xiàn)的。的。 縱聯(lián)保護信號傳輸方式縱聯(lián)保護信號傳輸方式l(1)輔助導引線（導引線）輔助導引線（導引線）-縱差保護縱差保護l(2)電力線載波電力線載波-高頻保護高頻保護l載波頻率為：載波頻率為：50300kHzl(3)微波通訊微波通訊-微波保護微波保護l頻率為頻率為: 30030000MHzl(4)光纖通訊光纖通訊-光纖保護光纖保護線路縱差線路縱差1212=0rTAIIIIIK正常時：1212=0rTAIIII

4、IK保護范圍外部故障時：OPr11KDIKDQFrTAIIIK。保護范圍內(nèi)部故障時：，當大于的動作電流時，立即動作，斷開兩側(cè)。OPrk12+IKDQF。保護范圍內(nèi)部故障時：，當時，立即動作，斷開兩側(cè)。rTAIIIIK120,runbIIIIunb在理想情況下，在正常運行和外部故障時，流入差動繼電器中的電流為 ，實際上由于線路兩端電流互感器特性不完全相同，將導致在二次回路中電流不相等，繼電器中流過不平衡電流ID10%減少不平衡電流方法是選用型號、特性完全相同的 級電流互感器，并按誤差曲線進行校驗。.max.max,0.5110sterkunbTAsterK K IIKKTAK最大不平衡電流：是同

5、型系數(shù)，當采用同型號時，取，否則取。 減少暫態(tài)過程最大不平衡電流的方法減少暫態(tài)過程最大不平衡電流的方法(a)在差回路中接入速飽和變流器在差回路中接入速飽和變流器UA(b)接入電阻接入電阻R。（用于小容量變壓器和發(fā)電。（用于小容量變壓器和發(fā)電機的差動保護上）機的差動保護上）優(yōu)優(yōu)點：點：區(qū)內(nèi)故障時，流入KD的故障電流遠大于繼電器的起動電流，故差動保護靈敏度很高，且不受過負荷及系統(tǒng)振蕩的影響?？v差保護的保護范圍為被保護線路兩側(cè)TA之間的區(qū)域，保護范圍穩(wěn)定。縱差保護在外部故障時是不能動作的，故就不需要和相鄰保護在動作值和動作時限上配合，所以可以實現(xiàn)全線速動，但不能作為相鄰元件的后備保護。縱差保護在原理

6、上區(qū)分了線路內(nèi)部與外部的故障，故不必采用邏輯延時元件就可無延時地切除線路兩側(cè)TA內(nèi)任何地方的故障。l缺點：缺點：需用與輸電線同等長度的輔助導線向?qū)?cè)傳輸線路兩側(cè)的電流信號，這在技術(shù)上有困難，經(jīng)濟上也不合理；要裝設專門的監(jiān)視輔助導線是否完好的裝置；裝設專門的后備保護。l應用場合：應用場合：故縱差保護一般用于8-10km的重要的短線路，以及發(fā)電機、母線和變壓器等重要元件作為主保護。v平行雙回線的作用平行雙回線的作用v為了提高電力系統(tǒng)并聯(lián)運行的穩(wěn)定性和增為了提高電力系統(tǒng)并聯(lián)運行的穩(wěn)定性和增加線路的傳輸容量，電力系統(tǒng)中對于重要加線路的傳輸容量，電力系統(tǒng)中對于重要的負荷用戶常采用平行雙回線運行方式，的負

7、荷用戶常采用平行雙回線運行方式，這種方式在每回線的兩側(cè)都裝有斷路器，這種方式在每回線的兩側(cè)都裝有斷路器，任一回路發(fā)生故障，只需切除故障線路，任一回路發(fā)生故障，只需切除故障線路，無故障線路繼續(xù)運行。平行雙回線路一般無故障線路繼續(xù)運行。平行雙回線路一般采用橫聯(lián)差動保護（橫差保護），它裝設采用橫聯(lián)差動保護（橫差保護），它裝設于平行線路的兩側(cè)。其保護范圍為雙回線于平行線路的兩側(cè)。其保護范圍為雙回線的全長。的全長。v相繼動作是由于發(fā)生故障一端保護的啟動元相繼動作是由于發(fā)生故障一端保護的啟動元件不能動作而引起的件不能動作而引起的;v相繼動作并非無選擇性動作相繼動作并非無選擇性動作,而是導致保護動而是導致保

8、護動作切除故障的時間延長一倍。作切除故障的時間延長一倍。v相繼動作相繼動作 區(qū)總是在保護安裝處的對端區(qū)總是在保護安裝處的對端,雙端雙端有電源的平行線上有電源的平行線上,橫差保護同樣存在相繼動橫差保護同樣存在相繼動作區(qū)。作區(qū)。 v優(yōu)點：能迅速而有選擇性切除平行線路上的優(yōu)點：能迅速而有選擇性切除平行線路上的故障，在相繼動作區(qū)外的內(nèi)部故障可瞬時切故障，在相繼動作區(qū)外的內(nèi)部故障可瞬時切除故障。實現(xiàn)起來簡單、經(jīng)濟，不受系統(tǒng)振除故障。實現(xiàn)起來簡單、經(jīng)濟，不受系統(tǒng)振蕩的影響。蕩的影響。v缺點：存在相繼動作區(qū)，當故障發(fā)生在相繼缺點：存在相繼動作區(qū)，當故障發(fā)生在相繼動作區(qū)時，切除故障時間增加動作區(qū)時，切除故障時

9、間增加1倍，由于采用倍，由于采用功率方向繼電器，保護還存在死區(qū)。在單回功率方向繼電器，保護還存在死區(qū)。在單回線運行時，橫差保護要退出工作，為此需加線運行時，橫差保護要退出工作，為此需加裝單回線運行時線路的主保護和后備保護。裝單回線運行時線路的主保護和后備保護。v橫差電流方向保護適用于橫差電流方向保護適用于66KV及以下的平行及以下的平行線路上線路上.v高頻保護用電力線路上輸送載波高頻信號的高頻通道和微波通道來代替輔助導線，構(gòu)成高頻保護和微波保護，傳送線路兩側(cè)電信號，所以高頻保護是將被保護線路首末兩端的電流相位或功率方向轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l信號，然后利用輸電線路本身構(gòu)成高頻電流的通道或微波通道將此信息傳送

10、到對端加以比較而決定保護是否動作。v高頻保護（載頻50-300kHz）與線路的縱差保護類似，正常運行及區(qū)外故障時，保護不動作，區(qū)內(nèi)故障全線速動。 v按反應工頻電氣量和非工頻電氣量分兩大類。反應工頻電氣量的有方向高頻保護、相差高頻保護、距離高頻保護。v方向高頻保護：比較被保護線路兩側(cè)的功方向高頻保護：比較被保護線路兩側(cè)的功率方向。率方向。v相差高頻保護：比較被保護線路兩側(cè)的電相差高頻保護：比較被保護線路兩側(cè)的電流相位。流相位。v反應非工頻電氣量的有高頻電流保護、脈沖數(shù)字式高頻保護。v按通道工作頻率分為電力載波(50300kHz)、v微波保護(300030000MHz)。v按高頻信號作用分為閉鎖信

11、號、允許信號、跳閘信號；v按高頻通道工作方式分為線路正常運行時長期發(fā)信工作方式及只有在線路故障時才啟動發(fā)信的故障啟動發(fā)信方式。v按對高頻信號的調(diào)制方式可分為幅度調(diào)制和頻率調(diào)制；v按兩端高頻信號的頻率的異同分為單頻制和雙頻制。v自20世紀的20年代末和30年代初，高頻閉鎖方向保護和電流相位差動高頻保護相繼問世。從20世紀50年代起，這兩種高頻保護得到不斷改進和發(fā)展。v目前，高頻閉鎖方向保護和電流相位差動高頻保護（其中包括高頻距離保護）已成為220KV及以上電網(wǎng)的主保護，在110-220kv輸電線路上高頻保護的動作時間為50ms左右，在330kv及以上線路為40ms以下。它們對于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行

12、和安全可靠的工作起了十分重要作用。v高頻通道有三種：有電力輸電線路的載波高頻通道有三種：有電力輸電線路的載波通道，微波通道及光纖通道。通道，微波通道及光纖通道。v采用經(jīng)加工后的輸電線作為高頻信號的傳采用經(jīng)加工后的輸電線作為高頻信號的傳輸途徑（高頻通道）的方法一般有輸途徑（高頻通道）的方法一般有“相相地制地制”和和“相相相制相制”兩種。兩種。v“相相地制地制”是用經(jīng)加工的一相輸電線和是用經(jīng)加工的一相輸電線和大地作為高頻通道的方法大地作為高頻通道的方法;v“相相相制相制”是用兩相經(jīng)加工的輸電線作為是用兩相經(jīng)加工的輸電線作為高頻通道的方法。高頻通道的方法。v目前，目前，各國多采用各國多采用“相相地制

13、地制”高頻通道高頻通道。 高頻阻波器高頻阻波器v阻波器：阻波器：L、C并聯(lián)諧振回路，諧振于載波頻率。并聯(lián)諧振回路，諧振于載波頻率。v 對載波電流：對載波電流：Z1000限制在本線路。限制在本線路。v 對工頻電流：對工頻電流：Z0.04暢流無阻。暢流無阻。v結(jié)合電容器結(jié)合電容器 通高頻、阻工頻通高頻、阻工頻v連接濾波器連接濾波器 阻抗匹配阻抗匹配v高頻電纜：將位于主控制室的高頻收、發(fā)信機與戶高頻電纜：將位于主控制室的高頻收、發(fā)信機與戶外變電站的帶通濾波器連接起來。外變電站的帶通濾波器連接起來。v高頻收、發(fā)信機高頻收、發(fā)信機帶通濾波器帶通濾波器v兩種： v長期發(fā)信方式：正常運行時，始終收發(fā)信（經(jīng)常

14、有高頻電流）。無高頻電流是信號無高頻電流是信號 v故障時發(fā)信方式：正常運行時，收發(fā)信機不工作。當系統(tǒng)故障時，發(fā)信機由啟動元件啟動通道中才有高頻電流（經(jīng)常無高頻電流）。有高頻電流是信號有高頻電流是信號 v另：改變頻率也是一種信號。v在短時發(fā)信和長期發(fā)信兩種工作方式中，按接受到的高頻信號的作用分三類：跳閘信號、允許信號、閉鎖信號。v“高頻信號”和“高頻電流”是兩個不同的概念。 v隨著電力系統(tǒng)繼電保護、通信及遠動技術(shù)的日益發(fā)展，輸電線路載波通道的容量已不能滿足要求。因此微波通道在繼電保護中得到應用。v微波就是超短波中的分米波、厘米波和毫米波。v我國繼電保護的微波通道所用的微波頻率一般為2000MHz

15、，6000MHz8000MHz。v利用微波通道傳送微波信號以比較線路兩端電氣量構(gòu)成的保護，稱為微波保護。v微波保護是以微波通道傳輸線路兩端電流相位，并比較兩端電流相位動作的輸電線路縱聯(lián)保護。v微波通道是解決高頻通道日益擁擠問題的一種有效辦法。它能傳送大量信息而且工作可靠。v(1) 大大擴大了可用頻段，解決了電力線路載波通道頻率不夠分配的問題。v(2) 干擾小，可靠性高。線路故障、操作、電暈、雷電等，對微波通道基本上沒有影響。v(3) 微波通道與輸電線路沒有直接的電的聯(lián)系。因此線路故障、檢修都不會影響通道的工作。而且試驗、檢修微波通道時不存在高壓危險，人身和設備安全得到保證。v(4) 采用微波通

16、道的主要問題是投資大。 微波信號傳送的距離不超過4060km，對于長線路要增設微波中繼站，投資更大。通常只有在通信、保護、遠動、自動技術(shù)等綜合利用微波通道時，經(jīng)濟上才是合理的。v（5）由于電磁波在大氣中傳播時，存在折射和反射，這就使信號可能產(chǎn)生衰減，在使用中用考慮這點。 v由光纖通道傳送信號構(gòu)成的保護，稱為光纖繼電保護。由光發(fā)送器、光纖和光接收器等部分構(gòu)成。v光發(fā)送器將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，經(jīng)光纖傳送至對側(cè)，被對側(cè)的光接收器接收并轉(zhuǎn)換為電信號輸出。 光纖v光發(fā)送器光發(fā)送器的作用是將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘栞敵?，一般由砷化鎵或稼鋁發(fā)光二極管或釹鋁石榴石激光器構(gòu)成。發(fā)光二極管的壽命可達百萬小時，它是一種簡

17、單而又可靠的電光轉(zhuǎn)換元件。v光接收器光接收器的作用是將接受的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵?，通常由光電二極管構(gòu)成。v光纖：光纖：用來傳遞光信號，它是一種很細的空心石英絲或玻璃絲，直徑僅為100200um。光在光纖中傳播。v光纖通道容量大，可以節(jié)約大量有色金屬材料，敷設方便，抗腐蝕不受潮，不怕雷擊，不受外界電磁干擾，可以構(gòu)成無線電磁感應和很可靠的通道。但不足的是，通信距離不夠長，用于長距離時，需要用中繼器及其附加設備。高頻方向保護高頻方向保護l高頻閉鎖方向保護通過高頻通道間接比高頻閉鎖方向保護通過高頻通道間接比較被保護線路兩端的功率方向，以判斷較被保護線路兩端的功率方向，以判斷是保護范圍內(nèi)部故障還是外部

18、故障。是保護范圍內(nèi)部故障還是外部故障。l保護采用故障時發(fā)信方式保護采用故障時發(fā)信方式，并規(guī)定，并規(guī)定線路線路兩端功率從母線流向線路時為正方向，兩端功率從母線流向線路時為正方向，由線路流向母線為負方向。由線路流向母線為負方向。l當系統(tǒng)發(fā)生故障時，若功率方向為正，則高頻發(fā)信機不發(fā)信，高頻方向保護高頻方向保護v電力系統(tǒng)繼電保護裝置是安裝在系統(tǒng)主要元件發(fā)電機、變壓器、輸電線路、母線和電動機上的具有特殊功能的自動裝置。當被保護的任一元件發(fā)生故障或處于不正常工作狀態(tài)時，司職于保護該元件的自動裝置，立刻作用于該元件的斷路器跳閘切除故障或發(fā)出異常信號。v(4) 可靠性：當故障發(fā)生在保護范圍內(nèi)時，繼電保護裝置應可靠動作，不應拒絕動作；而在正常運行或故障發(fā)生保護范圍外部的情況下，它應可靠不動作，不應發(fā)生誤動作。v對繼電保護裝置的四個基本要求，最重要的是可靠性，也是電力系統(tǒng)作保護配置時應首先考慮的因素。v對于35kV以下的小電流接地系統(tǒng)輸電線路保護，要求發(fā)生任何類型的相間短路時跳三相，并進行三相一次自動重合閘，一般配置電流速斷、過電流保護及三相一次自動重合閘裝置；對于單相接地故