第四章输电线纵联保护.ppt

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资源描述

1、1/91,第四章 输电线路纵联保护,2/91,4.1.1 输电线纵联保护概述,为此,设法将被保护元件两端(或多端)的电气量进行同时比较,以便判断故障在区内?还是区外? 将两端保护装置的信号纵向联结起来,构成纵联保护。与横向故障的称谓进行对应比较(后面再用图例说明“纵、横”的区别)。,仅利用线路一侧的电气量所构成的继电保护(单端电气量),无法区分本线路末端与相邻线路(或元件)的出口故障,如:电流保护、阻抗保护。,3/91,单端电气量保护: 仅利用被保护元件的一侧电气量,无法区分线路末端和相邻线路的出口短路,可以作为后备保护或出口故障的第二种保护。 (通常设计为:三段式)。纵联保护: 利用被保护元

2、件的各侧电气量,可以识别:内部和外部的故障,但是,不能作为后备保护。,4/91,输电线路纵联保护结构框图,在设备的“纵向”之间,进行信号交换,横向关系,(如:横向故障),5/91,纵联保护有多种分类方法,可以按照通道类型或动作原理进行分类。,1)通道类型: 导引线 电力线载波 微波 光纤,2)动作原理: 比较方向 比较相位 基尔霍夫电流定律 (差电流),还可以将通道类型与动作原理结合起来进行称呼。如:光纤电流差动(简称:光差),高频距离。,通道(信号交换手段),6/91,分析、讨论特征的目的: 寻找内部故障与其他工况(正常运行、外部故障)的特征区别和差异 提取判据,构成继电保护原理。,4.1.

3、2 两侧电气量的特征,当然,构成原理后,再分析影响因素;并研究消除影响因素的对策、措施(需要权衡利弊)。,7/91,一、两侧电流相量和(瞬时值和)的故障特征基尔霍夫电流定律: 在一个节点中,流入的电流等于流出的电流。 按照继电保护规定的正方向: 指向被保护元件。 那么,基尔霍夫电流定律可以修改为:在任何一个节点中,流入的电流之和等于0。 下面,用图例说明。,8/91,基尔霍夫电流定律:,此式表明:流入节点的电流之和等于0。,按照继电保护规定的正方向,,得:,9/91,,就构成了继电保护原理 电流差动保护。 广泛应用于各种设备的保护。,基尔霍夫电流定律的拓展: 将节点拓展为一个封闭区域。,二者区

4、别很大,被保护设备,设计区别的门槛,10/91,,应当是:电流和保护。即:,从负荷(或外部短路)电流的特征看:,“电流差动”名称的来历(与规定方向有关):,即电流差0,按继电保护规定的正方向(或计算原理),但是,习惯成俗,仍然称为:差动保护。,若有电流差,就动作。,11/91,二、两侧功率方向的故障特征,1、正常运行,2、外部短路,3、内部短路,(为正),(为负),12/91,三、两侧电流相位的故障特征,1、正常运行,2、区外故障类似,13/91,3、区内故障,三、两侧电流相位的故障特征,14/91,四、两侧测量阻抗的故障特征,1、正常和区外故障,一侧阻抗可能动作,另一侧阻抗不动作。,2、区内

5、故障,两侧阻抗均动作。,15/91,归纳:,正常运行或外部故障,内部故障,方向元件,两侧均为正,阻抗元件,一侧为正一侧为负,一侧动作一侧不动作,两侧均动作,(希望动作),(希望不动),特征分界,如何应用这些特征?后面陆续予以介绍。,电流相位,相位差,接近同相,16/91,4.1.3 纵联保护的基本原理,一、纵联电流差动保护 依据两侧电流相量和(瞬时值和)的故障特征,即,基尔霍夫电流定律。, 动作门槛,17/91,4.1.3 纵联保护的基本原理,一、纵联电流差动保护 依据两侧电流相量和(瞬时值和)的故障特征,即,基尔霍夫电流定律。,基本思路仍然适用, 动作门槛,18/91,分相电流差动保护的优点

6、:1)具有选择性好、可靠、灵敏、快速的优点;2)具有明确区分内部和外部故障的能力;3)具有自然选相的功能;4)不受运行方式、非全相、串补电容、转换性故 障、同杆并架线路的跨线故障、振荡及振荡中 再故障等因素的影响(受振荡的影响很小); 5)内部短路电流通常都大于差动电流的启动值。 原理最好的保护,19/91,缺点: 1)增加两侧信息交换的通道增加了复杂性。 2)几乎不反映纵向短路。,3)采用导线实现线路两侧的信号交换时,导线(导引线)太长,更容易出现故障,容易烧毁(一次短路后,感应电流太大)。,因此,主要应用于:发电机、变压器、母线、电抗器等就近连接TA的保护中。,4)不能作为后备(所有纵联保

7、护的缺点)。,20/91,漏电保安器原理类似于差动保护(供了解)。,时,漏电保安器动作跳闸,被反应出来,安全电流的标准: 30mA,21/91,漏电保安器原理类似于差动保护(供了解)。,漏电保安器几乎不保护火线对零线的短路,几乎不动作!,22/91,空气开关(最简单的继电保护),反映短路电流,或过负荷,23/91,二、距离纵联保护(方向比较式纵联保护),M侧保护,N侧保护,阻抗动作信息的交换,利用这样的特征(回顾):区内短路,两侧Z均动作。,需要2个独立的信号交换。,上述结构称为:允许式。,24/91,二、距离纵联保护(方向比较式纵联保护),M侧保护,N侧保护,1)区内故障,启动Z均动作两侧无

8、延时跳闸,:简述信号交换与逻辑的过程,阻抗动作信息的交换,25/91,二、距离纵联保护(方向比较式纵联保护),M侧保护,N侧保护,1)区内故障,启动Z均动作两侧无延时跳闸,:简述信号交换与逻辑的过程,阻抗动作信息的交换,26/91,至少一侧的Z不动两侧均不跳闸,二、距离纵联保护(方向比较式纵联保护),M侧保护,N侧保护,阻抗动作信息的交换,2)区外故障,:简述信号交换与逻辑的过程,27/91,上述方式利用了距离II段(或III段等全线路有灵敏度)的测量元件,实现短路位置、方向的判别 构成:距离纵联保护。,也可以将 Z 元件更换为方向元件 构成:方向纵联保护。,距离纵联、方向纵联保护中,对方向元

9、件的要求: 1)具有明确的单一方向性; 2)能覆盖线路全长。,28/91,信号线上“有1出1”,并闭锁两侧保护,M侧保护,N侧保护,还可以利用这样的特征: 区外短路时,至少有一侧为负(或不动)。,上述结构称为:闭锁式。仅传输一个信号。,集电极开路,29/91,信号线上“有1出1”,并闭锁两侧保护,区外短路时,至少有一侧为负(或不动)。,集电极开路,1)上图所示的区外故障,闭锁两侧保护!,M侧Z不动,持续发闭锁信号,两侧均不跳。,N侧Z动也无效,30/91,信号线上“有1出1”,并闭锁两侧保护,区外短路时,至少有一侧为负(或不动)。,2)区内故障,31/91,信号线上“有1出1”,并闭锁两侧保护

10、,区外短路时,至少有一侧为负(或不动)。,2)区内故障,32/91,信号线上“有1出1”,并闭锁两侧保护,区外短路时,至少有一侧为负(或不动)。,2)区内故障,通道上,无闭锁信号,两侧均满足跳闸条件,33/91,三、电流相位比较式纵联保护,区内故障,似乎可以设计为:动作区域,正常运行,34/91,三、电流相位比较式纵联保护,区内故障,动作区域,称为:相差保护,考虑误差后,35/91,4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换,信号交换的途径(通道): 1、导引线通信。 2、电力线载波。 3、微波通信。 4、光纤通信。,36/91,1)导引线方式主要应用于:发电机、母线、变压 器、电抗器等保护中。

11、仅应用于就近的TA连接方式。2)电力线载波仅传输“有”、“无”高频信号。 主要应用于传输:方向或相位信息。3)光纤通信可以传输较多的数字信息。 如:传输三相电流、电压的采样值、相量、 跳闸信息、断路器状态信息等,并且有 校验码,可靠性很高。 将光纤安置在架空地线中,构成: 地线复合光缆OPGW。,37/91,4)微波通信也可以传输数字信息。 但衰减受气候影响较大,且属于“视距传输”,传输距离受限制。,视距,地球半径r约6360km,设h=100m时,,38/91,微波通信、光纤通信部分 自学(重点:基本原理、特点),光纤与电流差动原理的结合,构成了目前最好的保护方式光纤差动保护(简称:光差)。

12、其优缺点在前面已经说明了。,下面,简单地说明:在电力线载波方式中,各主要模块的功能或作用。,39/91,“相-地”制高频通道示意图,电力线载波,输电线(传输信号),40/91,“相-地”制高频通道示意图,电力线载波,对高频呈现开路,对工频呈现 也是故障的特征。,85/91,如果不同步,会误动。2007年7月1日,河南西部较大范围的停电。,跳闸,下面用实例说明:思考、对策和演变过程。,86/91,措施1:增加差流与启动元件同时动作的条件。 这样,不同步时,误动的概率降低了很多。 但是,在一定负荷电流情况下,TA断线时,还可能会满足“既有启动,又有差流”的条件,从而导致误动。,跳闸,87/91,于

13、是,考虑采用两侧电流均启动的逻辑:,跳闸,88/91,还有问题:有一侧为负荷侧,又出现轻载 会出现拒动。,跳闸,无流时,电压也会降低,仅用电压,又不安全(PT断线),89/91,比较完善的逻辑:,跳闸,90/91,另一种同步方法:GPS同步法(了解)。,GPS能够提供:秒脉冲,以及标准时间代码(年、月、日、时、分、秒)。 平时的同步误差,但是,应当注意到:GPS是美国的设备,在特殊情况下,可能无法准确使用。 我国也在完善“北斗星”系统。,91/91,影响电流差动保护的因素及其对策:,影响因素,同步问题,互感器误差,分布电容,负荷电流的制动,不平衡电流,主要对策,设法同步(修正),定值考虑,定值考虑,补偿(利用电压),增加故障电流差动,识别,饱和,92/91,电容电流的补偿方法:,另一侧类似,93/91,线路纵联保护的重点:1)何种保护利用何种特征? 区内故障什么特征?其他情况又是什么特征?2)信号交换的通道方式。3)逻辑关系、信号方式(跳闸、允许、闭锁)。4)闭锁式高频距离保护中,两个时间元件的作用? 大约是多少?5)影响因素及其对策。6)电流差动保护中,不平衡电流、动作特性。7)各模块或器件的作用。,

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