1、2021-4-21第4章 電網的縱聯保護1 第4章 電網的縱聯保護 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護2 要求: 掌握電網縱聯保護工作原理 知識點: 掌握全線速動保護概念與雙側測量保護原理 了解各種通道組成 掌握縱聯保護分類及相應保護的工作原理 了解新型方向元件判據及特點 學習微機型縱聯保護原理框圖 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護3 4.1縱聯保護的原理與分類 4.1.1全線速動保護與雙側測量原理 4.1.2縱聯保護分類 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護4 4.1.1全線速動保護與雙側測量原理 全線速動保護： 繼電保護無時限地切除線路上任一點發生的故障 在高壓輸電線路上

2、，為了保證電力系統運行的穩定 性，需要配置全線速動保護 前面學習的電流保護、方向電流保護、零序電流保 護、距離保護均為“單側測量”保護。即保護判據 均來自線路一側的電流、電壓。 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護5 “單側測量”保護無法實現全線速動 因為“單側測量”保護不利用動作時間則 無法區分本線末與下線始端故障 k1、k2故障時保護P測量的電流、電壓幾乎一樣 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護6 “雙側測量”保護工作原理 a.以基爾霍夫電流定律為基礎的電流差動保護 忽略了線路電容電流 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護7 b.比較線路兩側電流相位關系的相位差動保護 線路兩

3、側電流相位相近 內部故障 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護8 c.比較兩側線路保護故障方向判別結果，縱聯方向保護 線路兩側保護均判為正向故障 內部故障 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護9 縱聯保護特點： 兩側保護需要通道聯系 兩側保護必須雙側同時工作 縱聯保護判據具有“絕對選擇性”， 區內、外故障時保護判據有明顯差異 縱聯保護在區外故障時不動作，沒有遠后備作用 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護10 4.1.2 縱聯保護分類 （1）按通道類型分類 （a）導引線： 兩側保護電流回路由二次電纜連接起來， 用于線路縱差保護。 敷設、維護困難，僅用于特殊的10km以下短線路上，

4、實際使用較少。 （b）載波通道： 使用電力線路構成載波通道，用于高頻保護。 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護11 （c）微波通道： （d）光纖通道： 采用光纖數字通信技術，技術先進，信息傳輸量大， 抗干擾性能好。 技術復雜，成本昂貴，較少采用。 用于微波保護。 目前迅速發展，正大量取代載波通道 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護12 （2）按保護原理分類 目前實際應用的縱聯保護有3種： 縱聯方向保護 方向原理 縱聯距離、零序保護 電流差動原理縱聯差動保護 兩側保護均判為正向故障內部故障 縱聯保護采用專用的方向元 件判別故障方向 縱聯保護利用距離中的 方向阻抗元件及零序 電流保護中

5、的零序方 向元件判別故障方向 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護13 （3）按通道傳送信息含義分類 閉鎖信號 N側保護判斷故障為反向故障，閉鎖本側縱聯保護 同時發出信號閉鎖對側（M側）保護， 縱聯保護收到信號即閉鎖，信號的含義為“閉鎖”。 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護14 允許信號 兩側保護判斷故障為正向故障后，同時向對側保護 發出允許信號。 本側保護判斷故障為正向后還必須收到對側保護發的 允許信號，信號的含義為“允許”。 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護15 跳閘信號 兩側保護段動作跳開本側斷路器，同時向對側保護 發出跳閘信號。 收到對側信號立即跳閘，信號的含義為“

6、跳閘”。 只要兩側保護段動作區均超過50線路全長，即可 構成遠跳式全線速動保護。 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護16 4.2 縱聯保護通道 1.導引線 二次電纜聯系線路兩側保護的電流回路 敷設困難； 檢測、維護通道困難； 電流互感器二次阻抗過大導致誤差增大。 問題： 導引線為通道的電流差動保護較少用于線路保護， 廣泛用于變壓器、發電機、母線等元件保護。 本書第9、10、11章將詳細討論。 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護17 2.載波通道 有線通信，50-400kHz 1.阻波器 6.接地 刀閘 5.保護 間隙 4.電纜 2.耦合 電容器 3.結合濾 波器 相地制載波（高頻）

7、通道 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護18 收發信機原理框圖 發信機 產生基 準頻率 fb如 1024kHz 獲得載 波頻率 fo 0 0.25fNkHz 獲得基準頻率 如0.25kHz 調制 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護19 收信機 96kHz 100kHz 104kHz 收到若干信 號，例如： 本機f0100kHz fM12kHz，f1112kHz 與112kHz 混頻 16kHz、 208kHz 12kHz、 212kHz 8kHz、 216kHz 12kHz 濾波 12kHz 混頻后得到f1f，f1f，f12f， 此信號 對應收 信頻率 100kHz f 2021-

8、4-21第4章 電網的縱聯保護20 “短時發信”與“長期發信”方式 短時發信： 繼電保護不啟動時，發信機功放電源不投入 發信機工作輕松。需要人工定期檢查通道完好 長期發信： 發信機始終投入，對發信機質量要求高 長期監視，容易發現通道問題 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護21 “單頻制”與“雙頻制” “單頻制” 兩側發信機和收信機均使用同一個頻率， 收信機收到的信號為兩側發信機信號的疊加 “雙頻制” 兩側發信機和收信機均使用兩個頻率， 收信機僅收到對側發信機的信號 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護22 調幅與移頻鍵控（FSK） 調幅以“有”、“無”方式傳遞高頻信號 FSK以改變頻

9、率的方式傳遞高頻信號 專用方式：高頻保護單獨使用一臺收發信機。 國產220kV保護常采用 專用方式與復用方式 復用方式：采用音頻接口接至通信載波機， 與遠動通信復用收發信機。 進口500kV保護常采用 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護23 功率絕對電平 w 0 10lg P P P （dBm），P01mW 電平的概念 功率相對電平 1 W1W2 2 10lg P bPP P （dB） 輸入20W增益0.5 輸出20W0.510W 輸入43dBm增益-3dB 輸出43-340(dBm) 乘除計算 加減計算 電平是高頻信號傳輸中廣泛使用的 一種衡量信號強度的計量單位 2021-4-21第4

10、章 電網的縱聯保護24 微波通道容量大，不存在通道擁擠問題， 不受線路故障影響 3.微波通道 無線通信方式 采用頻率為2000MHz、6000 8000MHz 設備昂貴，每隔4060km需加設微波中繼站，維護困難， 僅在個別載波通道應用確實困難的線路上用于縱聯保護。 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護25 3.光纖通道 0 1 暗暗 亮亮 暗暗 亮亮 0 1 通道通信容量大，不受電磁干擾 除了用于縱聯保護，更為廣泛地用于電力系統通信領域 若條件許可，縱聯保護首選光纖通道 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護26 專用光纖方式連接：保護單獨使用一個光纖通道 數字復接方式連接：保護與通信

11、復用光纖通道 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護27 4.3 縱聯差動保護 4.3.1導引線保護 差動保護原理 判據為差動電流 d I difference 等 效 按“差動”定義理解 按“基爾霍夫電流定律”理 解 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護28 線路正常運行及外部故障時，若忽略誤差 d 0I 線路內部故障時，d kk ,III 縱差保護判據： dact II 為故障點電流， 差動保護關鍵問題：不平衡電流 什么是不平衡電流？ 一次電流相等， 二次電流之差不為零 不平衡電流如何產生？ 兩側TA誤差不一致 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護29 TA勵磁電流 TA誤差 T

12、A勵磁電流差異 差動保護不平衡電流 不平衡電流經驗公式 unbster 1TA /IK K IK 同型 系數 TA 誤差 一次 電流 TA 變比 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護30 4.3.2光纖分相差動保護 使用光纖通道 采用差動保護原理 采用“比率制動”特性難點，關 鍵 線路較長時考慮電容電流補償 首先討論制動問題及電容電流問題 再介紹光纖分相差動保護組成及原理框圖 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護31 問題1：什么是“比率制動”特性？ 動作電流不是固定值 動作方程： dresres dset IK I II 制動 電流 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護32 外部

13、故障情況 短路電流穿越M、N側保護 dMNunbsterkk 0.05IIIIK K II 0.510 resMNk 2IIII dunbk 0.05III dres 0.025II 只要Kres0.025， 動作電流比不平衡電流增長快 始終有IdIset， 保護即可動作 dres (1)II 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護34 采用“比率制動”優點 同樣保證外部故障不誤動情況下， 內部故障時動作電流小，靈敏度高 dres (1)II dunb II 外部故障 無制動特性 時整定電流 KrelIunb.max 有制動特性 時整定電流 Iset 內部故障 2021-4-21第4章 電網

14、的縱聯保護35 比率制動特性廣泛用于各種差動原理保護： 線路縱聯差動保護（縱差保護）； 變壓器縱差保護；第7章 發電機縱差保護；第7章 母線差動保護（母差保護）；第7章 學習時注意比較 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護36 問題2：電容電流如何考慮？ d.CdC MM.0M.0NN.0N.0 C C1C0C1C0 2222 III UUUUUU I XXXX 線路電容電流對于差動保護屬于不平衡電流， 整定時應躲過實測線路電容電流值。 電容電流較大時可以進行電容電流補償， 補償時從差動電流中扣除電容電流 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護37 光纖分相差動保護基本構成 保護總起動元

15、件：起動后開放保護出口電源7秒 maxTset 1.25III 0set.0 3II 變化量 相間電流 浮動門坎固定門坎 反應相間 工頻變化量 反應零序電流 或 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護38 保護差動元件組成： 零序電流差動元件；線路兩側零序電流差動 穩態分相差動元件；線路兩側相電流差動 變化量分相差動元件，取相電流的工頻變化量進行計算。 差動元件之間邏輯關系為“或” 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護39 差動保護原理框圖 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護40起動 動作 動作 收信 內部故障，以A相接地為例 動作 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護41 T

16、A斷線，閉鎖差動保護(以A相斷線為例） 動作 閉鎖 D5 關閉 對側保護 不動作 閉鎖 動作 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護42 通道異常情況，閉鎖差動保護 動作 閉鎖 D5 關閉 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護43 本側三相跳閘時,如果發生故障， 例如對側手合于故障線路 保護不起動， 不向對側保護發“差動保護動作信號” 收不到對側保護發“差動保護動作信號“， 保護無法跳閘 專門設置回路解決此問題 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護44 本側三相跳閘情況,以A相接地為例 本側三跳 動作 不起動 動作 向對側發差動 動作信號 使對側保護能跳 閘 2021-4-21第4章

17、 電網的縱聯保護45 4.4 縱聯方向保護 基本原理：兩側保護均判為正向故障即為內部故障 實現方式：“閉鎖式”或“允許式” 新型方向元件工作原理 縱聯方向保護基本原則 縱聯方向保護原理框圖 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護46 “閉鎖式” 工作原理 保護起動，判為反向故障發信 單頻制收信為兩側發信疊加 收信 閉鎖兩側保護 外部故障， 近故障側發閉鎖信號 內部故障， 兩側均不發閉鎖信號 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護47 “允許式” 工作原理 保護起動，判為正向故障發信 雙頻制僅能收到對側信號 本側判正向故障且收到對側信號內部故障，跳閘 M側判正向，但無N側允許信號 N側收到M

18、側允許信號，但本側判反向 內部故障， 兩側均發允許信號 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護48 基于變化量原理的方向元件 新型方向元件工作原理 以電壓、電流變化量構成判據 與第6章工頻變化量阻抗繼電器分析一樣， 電路模型為故障后狀態減去故障前狀態 （a）（b）有 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護49 研究故障附加狀態中正序量 1 1 arg100 U I 1 1 arg80 U I 800 800 得到動作方程： 1 1 190arg10 U I 2021-4-21第4章 電網的縱聯保護50 系統、線路負序阻抗與正序阻抗近似相等， 負序變化量也可利用 1 1 arg100 U I 12