【教學(xué)課件】第4章-電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)

1、2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)1 第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù) 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)2 要求: 掌握電網(wǎng)縱聯(lián)保護(hù)工作原理 知識(shí)點(diǎn): 掌握全線速動(dòng)保護(hù)概念與雙側(cè)測(cè)量保護(hù)原理 了解各種通道組成 掌握縱聯(lián)保護(hù)分類及相應(yīng)保護(hù)的工作原理 了解新型方向元件判據(jù)及特點(diǎn) 學(xué)習(xí)微機(jī)型縱聯(lián)保護(hù)原理框圖 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)3 4.1縱聯(lián)保護(hù)的原理與分類 4.1.1全線速動(dòng)保護(hù)與雙側(cè)測(cè)量原理 4.1.2縱聯(lián)保護(hù)分類 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)4 4.1.1全線速動(dòng)保護(hù)與雙側(cè)測(cè)量原理 全線速動(dòng)保護(hù)： 繼電保護(hù)無(wú)時(shí)限地切除線路上任一點(diǎn)發(fā)生的故障 在高壓輸電線路上

2、，為了保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定 性，需要配置全線速動(dòng)保護(hù) 前面學(xué)習(xí)的電流保護(hù)、方向電流保護(hù)、零序電流保 護(hù)、距離保護(hù)均為“單側(cè)測(cè)量”保護(hù)。即保護(hù)判據(jù) 均來自線路一側(cè)的電流、電壓。 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)5 “單側(cè)測(cè)量”保護(hù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng) 因?yàn)椤皢蝹?cè)測(cè)量”保護(hù)不利用動(dòng)作時(shí)間則 無(wú)法區(qū)分本線末與下線始端故障 k1、k2故障時(shí)保護(hù)P測(cè)量的電流、電壓幾乎一樣 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)6 “雙側(cè)測(cè)量”保護(hù)工作原理 a.以基爾霍夫電流定律為基礎(chǔ)的電流差動(dòng)保護(hù) 忽略了線路電容電流 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)7 b.比較線路兩側(cè)電流相位關(guān)系的相位差動(dòng)保護(hù) 線路兩

3、側(cè)電流相位相近 內(nèi)部故障 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)8 c.比較兩側(cè)線路保護(hù)故障方向判別結(jié)果，縱聯(lián)方向保護(hù) 線路兩側(cè)保護(hù)均判為正向故障 內(nèi)部故障 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)9 縱聯(lián)保護(hù)特點(diǎn)： 兩側(cè)保護(hù)需要通道聯(lián)系 兩側(cè)保護(hù)必須雙側(cè)同時(shí)工作 縱聯(lián)保護(hù)判據(jù)具有“絕對(duì)選擇性”， 區(qū)內(nèi)、外故障時(shí)保護(hù)判據(jù)有明顯差異 縱聯(lián)保護(hù)在區(qū)外故障時(shí)不動(dòng)作，沒有遠(yuǎn)后備作用 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)10 4.1.2 縱聯(lián)保護(hù)分類 （1）按通道類型分類 （a）導(dǎo)引線： 兩側(cè)保護(hù)電流回路由二次電纜連接起來， 用于線路縱差保護(hù)。 敷設(shè)、維護(hù)困難，僅用于特殊的10km以下短線路上，

4、實(shí)際使用較少。 （b）載波通道： 使用電力線路構(gòu)成載波通道，用于高頻保護(hù)。 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)11 （c）微波通道： （d）光纖通道： 采用光纖數(shù)字通信技術(shù)，技術(shù)先進(jìn)，信息傳輸量大， 抗干擾性能好。 技術(shù)復(fù)雜，成本昂貴，較少采用。 用于微波保護(hù)。 目前迅速發(fā)展，正大量取代載波通道 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)12 （2）按保護(hù)原理分類 目前實(shí)際應(yīng)用的縱聯(lián)保護(hù)有3種： 縱聯(lián)方向保護(hù) 方向原理 縱聯(lián)距離、零序保護(hù) 電流差動(dòng)原理縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù) 兩側(cè)保護(hù)均判為正向故障內(nèi)部故障 縱聯(lián)保護(hù)采用專用的方向元 件判別故障方向 縱聯(lián)保護(hù)利用距離中的 方向阻抗元件及零序 電流保護(hù)中

5、的零序方 向元件判別故障方向 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)13 （3）按通道傳送信息含義分類 閉鎖信號(hào) N側(cè)保護(hù)判斷故障為反向故障，閉鎖本側(cè)縱聯(lián)保護(hù) 同時(shí)發(fā)出信號(hào)閉鎖對(duì)側(cè)（M側(cè)）保護(hù)， 縱聯(lián)保護(hù)收到信號(hào)即閉鎖，信號(hào)的含義為“閉鎖”。 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)14 允許信號(hào) 兩側(cè)保護(hù)判斷故障為正向故障后，同時(shí)向?qū)?cè)保護(hù) 發(fā)出允許信號(hào)。 本側(cè)保護(hù)判斷故障為正向后還必須收到對(duì)側(cè)保護(hù)發(fā)的 允許信號(hào)，信號(hào)的含義為“允許”。 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)15 跳閘信號(hào) 兩側(cè)保護(hù)段動(dòng)作跳開本側(cè)斷路器，同時(shí)向?qū)?cè)保護(hù) 發(fā)出跳閘信號(hào)。 收到對(duì)側(cè)信號(hào)立即跳閘，信號(hào)的含義為“

6、跳閘”。 只要兩側(cè)保護(hù)段動(dòng)作區(qū)均超過50線路全長(zhǎng)，即可 構(gòu)成遠(yuǎn)跳式全線速動(dòng)保護(hù)。 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)16 4.2 縱聯(lián)保護(hù)通道 1.導(dǎo)引線 二次電纜聯(lián)系線路兩側(cè)保護(hù)的電流回路 敷設(shè)困難； 檢測(cè)、維護(hù)通道困難； 電流互感器二次阻抗過大導(dǎo)致誤差增大。 問題： 導(dǎo)引線為通道的電流差動(dòng)保護(hù)較少用于線路保護(hù)， 廣泛用于變壓器、發(fā)電機(jī)、母線等元件保護(hù)。 本書第9、10、11章將詳細(xì)討論。 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)17 2.載波通道 有線通信，50-400kHz 1.阻波器 6.接地 刀閘 5.保護(hù) 間隙 4.電纜 2.耦合 電容器 3.結(jié)合濾 波器 相地制載波（高頻）

7、通道 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)18 收發(fā)信機(jī)原理框圖 發(fā)信機(jī) 產(chǎn)生基 準(zhǔn)頻率 fb如 1024kHz 獲得載 波頻率 fo 0 0.25fNkHz 獲得基準(zhǔn)頻率 如0.25kHz 調(diào)制 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)19 收信機(jī) 96kHz 100kHz 104kHz 收到若干信 號(hào)，例如： 本機(jī)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(hào) 對(duì)應(yīng)收 信頻率 100kHz f 2021-

8、4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)20 “短時(shí)發(fā)信”與“長(zhǎng)期發(fā)信”方式 短時(shí)發(fā)信： 繼電保護(hù)不啟動(dòng)時(shí)，發(fā)信機(jī)功放電源不投入 發(fā)信機(jī)工作輕松。需要人工定期檢查通道完好 長(zhǎng)期發(fā)信： 發(fā)信機(jī)始終投入，對(duì)發(fā)信機(jī)質(zhì)量要求高 長(zhǎng)期監(jiān)視，容易發(fā)現(xiàn)通道問題 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)21 “單頻制”與“雙頻制” “單頻制” 兩側(cè)發(fā)信機(jī)和收信機(jī)均使用同一個(gè)頻率， 收信機(jī)收到的信號(hào)為兩側(cè)發(fā)信機(jī)信號(hào)的疊加 “雙頻制” 兩側(cè)發(fā)信機(jī)和收信機(jī)均使用兩個(gè)頻率， 收信機(jī)僅收到對(duì)側(cè)發(fā)信機(jī)的信號(hào) 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)22 調(diào)幅與移頻鍵控（FSK） 調(diào)幅以“有”、“無(wú)”方式傳遞高頻信號(hào) FSK以改變頻

9、率的方式傳遞高頻信號(hào) 專用方式：高頻保護(hù)單獨(dú)使用一臺(tái)收發(fā)信機(jī)。 國(guó)產(chǎn)220kV保護(hù)常采用 專用方式與復(fù)用方式 復(fù)用方式：采用音頻接口接至通信載波機(jī)， 與遠(yuǎn)動(dòng)通信復(fù)用收發(fā)信機(jī)。 進(jìn)口500kV保護(hù)常采用 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)23 功率絕對(duì)電平 w 0 10lg P P P （dBm），P01mW 電平的概念 功率相對(duì)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(jì)算 加減計(jì)算 電平是高頻信號(hào)傳輸中廣泛使用的 一種衡量信號(hào)強(qiáng)度的計(jì)量單位 2021-4-21第4

10、章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)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(wú)線通信方式 采用頻率為2000MHz、6000 8000MHz 設(shè)備昂貴，每隔4060km需加設(shè)微波中繼站，維護(hù)困難， 僅在個(gè)別載波通道應(yīng)用確實(shí)困難的線路上用于縱聯(lián)保護(hù)。 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)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(lián)保護(hù)，更為廣泛地用于電力系統(tǒng)通信領(lǐng)域 若條件許可，縱聯(lián)保護(hù)首選光纖通道 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)26 專用光纖方式連接：保護(hù)單獨(dú)使用一個(gè)光纖通道 數(shù)字復(fù)接方式連接：保護(hù)與通信

11、復(fù)用光纖通道 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)27 4.3 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù) 4.3.1導(dǎo)引線保護(hù) 差動(dòng)保護(hù)原理 判據(jù)為差動(dòng)電流 d I difference 等 效 按“差動(dòng)”定義理解 按“基爾霍夫電流定律”理 解 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)28 線路正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，若忽略誤差 d 0I 線路內(nèi)部故障時(shí)，d kk ,III 縱差保護(hù)判據(jù)： dact II 為故障點(diǎn)電流， 差動(dòng)保護(hù)關(guān)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(chǎn)生？ 兩側(cè)TA誤差不一致 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)29 TA勵(lì)磁電流 TA誤差 T

12、A勵(lì)磁電流差異 差動(dòng)保護(hù)不平衡電流 不平衡電流經(jīng)驗(yàn)公式 unbster 1TA /IK K IK 同型 系數(shù) TA 誤差 一次 電流 TA 變比 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)30 4.3.2光纖分相差動(dòng)保護(hù) 使用光纖通道 采用差動(dòng)保護(hù)原理 采用“比率制動(dòng)”特性難點(diǎn)，關(guān) 鍵 線路較長(zhǎng)時(shí)考慮電容電流補(bǔ)償 首先討論制動(dòng)問題及電容電流問題 再介紹光纖分相差動(dòng)保護(hù)組成及原理框圖 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)31 問題1：什么是“比率制動(dòng)”特性？ 動(dòng)作電流不是固定值 動(dòng)作方程： dresres dset IK I II 制動(dòng) 電流 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)32 外部

13、故障情況 短路電流穿越M、N側(cè)保護(hù) dMNunbsterkk 0.05IIIIK K II 0.510 resMNk 2IIII dunbk 0.05III dres 0.025II 只要Kres0.025， 動(dòng)作電流比不平衡電流增長(zhǎng)快 始終有IdIset， 保護(hù)即可動(dòng)作 dres (1)II 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)34 采用“比率制動(dòng)”優(yōu)點(diǎn) 同樣保證外部故障不誤動(dòng)情況下， 內(nèi)部故障時(shí)動(dòng)作電流小，靈敏度高 dres (1)II dunb II 外部故障 無(wú)制動(dòng)特性 時(shí)整定電流 KrelIunb.max 有制動(dòng)特性 時(shí)整定電流 Iset 內(nèi)部故障 2021-4-21第4章 電網(wǎng)

14、的縱聯(lián)保護(hù)35 比率制動(dòng)特性廣泛用于各種差動(dòng)原理保護(hù)： 線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)（縱差保護(hù)）； 變壓器縱差保護(hù)；第7章 發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)；第7章 母線差動(dòng)保護(hù)（母差保護(hù)）；第7章 學(xué)習(xí)時(shí)注意比較 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)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(duì)于差動(dòng)保護(hù)屬于不平衡電流， 整定時(shí)應(yīng)躲過實(shí)測(cè)線路電容電流值。 電容電流較大時(shí)可以進(jìn)行電容電流補(bǔ)償， 補(bǔ)償時(shí)從差動(dòng)電流中扣除電容電流 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)37 光纖分相差動(dòng)保護(hù)基本構(gòu)成 保護(hù)總起動(dòng)元

15、件：起動(dòng)后開放保護(hù)出口電源7秒 maxTset 1.25III 0set.0 3II 變化量 相間電流 浮動(dòng)門坎固定門坎 反應(yīng)相間 工頻變化量 反應(yīng)零序電流 或 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)38 保護(hù)差動(dòng)元件組成： 零序電流差動(dòng)元件；線路兩側(cè)零序電流差動(dòng) 穩(wěn)態(tài)分相差動(dòng)元件；線路兩側(cè)相電流差動(dòng) 變化量分相差動(dòng)元件，取相電流的工頻變化量進(jìn)行計(jì)算。 差動(dòng)元件之間邏輯關(guān)系為“或” 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)39 差動(dòng)保護(hù)原理框圖 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)40起動(dòng) 動(dòng)作 動(dòng)作 收信 內(nèi)部故障，以A相接地為例 動(dòng)作 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)41 T

16、A斷線，閉鎖差動(dòng)保護(hù)(以A相斷線為例） 動(dòng)作 閉鎖 D5 關(guān)閉 對(duì)側(cè)保護(hù) 不動(dòng)作 閉鎖 動(dòng)作 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)42 通道異常情況，閉鎖差動(dòng)保護(hù) 動(dòng)作 閉鎖 D5 關(guān)閉 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)43 本側(cè)三相跳閘時(shí),如果發(fā)生故障， 例如對(duì)側(cè)手合于故障線路 保護(hù)不起動(dòng)， 不向?qū)?cè)保護(hù)發(fā)“差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)” 收不到對(duì)側(cè)保護(hù)發(fā)“差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)“， 保護(hù)無(wú)法跳閘 專門設(shè)置回路解決此問題 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)44 本側(cè)三相跳閘情況,以A相接地為例 本側(cè)三跳 動(dòng)作 不起動(dòng) 動(dòng)作 向?qū)?cè)發(fā)差動(dòng) 動(dòng)作信號(hào) 使對(duì)側(cè)保護(hù)能跳 閘 2021-4-21第4章

17、 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)45 4.4 縱聯(lián)方向保護(hù) 基本原理：兩側(cè)保護(hù)均判為正向故障即為內(nèi)部故障 實(shí)現(xiàn)方式：“閉鎖式”或“允許式” 新型方向元件工作原理 縱聯(lián)方向保護(hù)基本原則 縱聯(lián)方向保護(hù)原理框圖 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)46 “閉鎖式” 工作原理 保護(hù)起動(dòng)，判為反向故障發(fā)信 單頻制收信為兩側(cè)發(fā)信疊加 收信 閉鎖兩側(cè)保護(hù) 外部故障， 近故障側(cè)發(fā)閉鎖信號(hào) 內(nèi)部故障， 兩側(cè)均不發(fā)閉鎖信號(hào) 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)47 “允許式” 工作原理 保護(hù)起動(dòng)，判為正向故障發(fā)信 雙頻制僅能收到對(duì)側(cè)信號(hào) 本側(cè)判正向故障且收到對(duì)側(cè)信號(hào)內(nèi)部故障，跳閘 M側(cè)判正向，但無(wú)N側(cè)允許信號(hào) N側(cè)收到M

18、側(cè)允許信號(hào)，但本側(cè)判反向 內(nèi)部故障， 兩側(cè)均發(fā)允許信號(hào) 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)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(gòu)成判據(jù) 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(tài)減去故障前狀態(tài) （a）（b）有 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)49 研究故障附加狀態(tài)中正序量 1 1 arg100 U I 1 1 arg80 U I 800 800 得到動(dòng)作方程： 1 1 190arg10 U I 2021-4-21第4章 電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)50 系統(tǒng)、線路負(fù)序阻抗與正序阻抗近似相等， 負(fù)序變化量也可利用 1 1 arg100 U I 12