【精品】第4章 高頻保護PPT

1、機械工業(yè)出版社教材配套電子教案電力系統(tǒng)繼電保護電力系統(tǒng)繼電保護劉學(xué)軍劉學(xué)軍 編制編制機械工業(yè)出版社教材配套電子教案第第4 4章章 輸電線路的差動保護和高頻輸電線路的差動保護和高頻保護保護 4.1 4.1 電網(wǎng)的縱聯(lián)差動保護電網(wǎng)的縱聯(lián)差動保護4.2 4.2 平行線路橫聯(lián)差動方向保護平行線路橫聯(lián)差動方向保護4.1.1 4.1.1 縱聯(lián)差動保護原理縱聯(lián)差動保護原理 電流、電壓和距離保護在動作值整定上必須與相電流、電壓和距離保護在動作值整定上必須與相鄰元件相配合才能滿足動作的選擇性，不能實現(xiàn)全線鄰元件相配合才能滿足動作的選擇性，不能實現(xiàn)全線瞬時切除故障。這就不能滿足高壓輸電線路系統(tǒng)穩(wěn)定瞬時切除故障。這

2、就不能滿足高壓輸電線路系統(tǒng)穩(wěn)定的要求。如何保證瞬時切除高壓輸電線路故障？的要求。如何保證瞬時切除高壓輸電線路故障？解決辦法解決辦法：采用線路縱聯(lián)差動保護采用線路縱聯(lián)差動保護 帶輔助導(dǎo)線的線路縱聯(lián)差動保護是利用比較被保護線路兩帶輔助導(dǎo)線的線路縱聯(lián)差動保護是利用比較被保護線路兩端（側(cè)）電流的大小和相位的原理來構(gòu)成輸電線路保護的。端（側(cè)）電流的大小和相位的原理來構(gòu)成輸電線路保護的。不反應(yīng)相鄰線路故障，不需要在時間上與相鄰線路保護相不反應(yīng)相鄰線路故障，不需要在時間上與相鄰線路保護相配合，所以當(dāng)在被保護范圍內(nèi)任一點發(fā)生故障時，它都能配合，所以當(dāng)在被保護范圍內(nèi)任一點發(fā)生故障時，它都能瞬時切除故障。瞬時切除

3、故障。 4.1.1 4.1.1 縱聯(lián)差動保護原理縱聯(lián)差動保護原理22111rmnmntaiiiiik 電網(wǎng)的縱聯(lián)差動保護反應(yīng)被保護電網(wǎng)的縱聯(lián)差動保護反應(yīng)被保護線路首末兩端電流的大小和相位，保線路首末兩端電流的大小和相位，保護整條線路，全線速動。縱聯(lián)差動保護整條線路，全線速動。縱聯(lián)差動保護原理接線如圖護原理接線如圖4-14-1所示。所示。 電流互感器采用環(huán)流法接線。電流互感器采用環(huán)流法接線。流入繼電器的電流為兩個電流互流入繼電器的電流為兩個電流互感器二次電流的差。即感器二次電流的差。即圖圖4-1環(huán)流法接線的縱差保護環(huán)流法接線的縱差保護單相原理接線圖單相原理接線圖4.1.1 縱聯(lián)差動保護原理縱聯(lián)差

4、動保護原理正常運行和外部短路：正常運行和外部短路：流入差動繼電器流入差動繼電器kdkd中的電流為：中的電流為： 實際上，差動回路中還有一實際上，差動回路中還有一個不平衡電流個不平衡電流i iunbunb。差動繼電器。差動繼電器kdkd的起動電流是按大于不平衡電的起動電流是按大于不平衡電流整定的，所以，在被保護線路流整定的，所以，在被保護線路正常及外部故障時差動保護不會正常及外部故障時差動保護不會動作。動作。 2210riiiiiitaiiiiik2ii2ii2i iiiiiii2ii內(nèi)部短路：內(nèi)部短路：流入差動保護回路的電流入差動保護回路的電流為流為 被保護線路內(nèi)部故障時，流被保護線路內(nèi)部故障

5、時，流入差回路的電流遠大于差動繼電入差回路的電流遠大于差動繼電器的起動電流，差動繼電器動作，器的起動電流，差動繼電器動作，瞬時發(fā)出跳閘脈沖，斷開線路兩瞬時發(fā)出跳閘脈沖，斷開線路兩側(cè)斷路器。側(cè)斷路器。 結(jié)論：結(jié)論：1 1、差動保護靈敏度很高、差動保護靈敏度很高 2 2、保護范圍穩(wěn)定、保護范圍穩(wěn)定 3 3、可以實現(xiàn)全線速動、可以實現(xiàn)全線速動 4 4、不能作相鄰元件的后備保護、不能作相鄰元件的后備保護 taktantamnmrkikikiiii11224.1.24.1.2、縱聯(lián)差動保護的不平衡電流、縱聯(lián)差動保護的不平衡電流 1 1穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流 該不平衡電流為兩側(cè)電流互

6、感器勵磁電流之差。差動該不平衡電流為兩側(cè)電流互感器勵磁電流之差。差動回路中產(chǎn)生不平衡電流最大值為回路中產(chǎn)生不平衡電流最大值為 式中式中: kerr一電流互感器一電流互感器 10誤差；誤差； kst電流互感器的同型系數(shù)，兩側(cè)電流互感器為同電流互感器的同型系數(shù)，兩側(cè)電流互感器為同型號時，取型號時，取0.5，否則取，否則取l； ikmax被保護線路外部短路時，流過保護線路的最被保護線路外部短路時，流過保護線路的最大短路電流。大短路電流。taksterrunbkikkimaxmax2 2暫態(tài)不平衡電流暫態(tài)不平衡電流 暫態(tài)過程中，短路電流含有按指數(shù)規(guī)律衰減的非周期暫態(tài)過程中，短路電流含有按指數(shù)規(guī)律衰減的

7、非周期分量，非周期分量大部分是變化緩慢的直流分量，很難傳分量，非周期分量大部分是變化緩慢的直流分量，很難傳變到二次側(cè)。大部分成為勵磁電流，在鐵芯中產(chǎn)生非周期變到二次側(cè)。大部分成為勵磁電流，在鐵芯中產(chǎn)生非周期分量磁通，使鐵芯嚴重飽和，因此需要考慮在外部短路時分量磁通，使鐵芯嚴重飽和，因此需要考慮在外部短路時暫態(tài)過程中差動回路中出現(xiàn)的不平衡電流暫態(tài)過程中差動回路中出現(xiàn)的不平衡電流, ,其最大值為其最大值為式中式中k knpnp非周期分量的影響系數(shù)，在接有速飽和變流器非周期分量的影響系數(shù)，在接有速飽和變流器時，取為時，取為1 1，否則取為，否則取為1.51.5 2 2。 maxmaxunberrst

8、npkikkki2 2暫態(tài)不平衡電流暫態(tài)不平衡電流tiunb0t0 ik圖圖4-3(a)短路電流的變化短路電流的變化 圖圖4-3(b)不平衡電流的變化不平衡電流的變化4.1.3環(huán)流法縱聯(lián)差動保護的整定計算環(huán)流法縱聯(lián)差動保護的整定計算 差動保護的動作電流按躲開外部故障時的最大不平衡差動保護的動作電流按躲開外部故障時的最大不平衡電流整定：電流整定： 為防止電流互感器二次斷線差動保護誤動，按躲開電為防止電流互感器二次斷線差動保護誤動，按躲開電流互感器二次斷線整定：流互感器二次斷線整定： 靈敏度校驗：靈敏度校驗：taknpsterrrelropkikkkkimaxtalrelopkikimax25 .

9、 1minopkseniik4.1.44.1.4影響輸電線路導(dǎo)引線縱聯(lián)差動影響輸電線路導(dǎo)引線縱聯(lián)差動保護正確動作的因素保護正確動作的因素 影響輸電導(dǎo)引線縱聯(lián)差動保護正確動作的因素影響輸電導(dǎo)引線縱聯(lián)差動保護正確動作的因素 1 1、電流互感器的誤差和不平衡電流；、電流互感器的誤差和不平衡電流； 2 2、導(dǎo)引線的阻抗和分布電容；、導(dǎo)引線的阻抗和分布電容； 3 3、導(dǎo)引線故障和感應(yīng)過電壓、導(dǎo)引線故障和感應(yīng)過電壓 對于電流互感器的誤差和不平衡電流的影響在對于電流互感器的誤差和不平衡電流的影響在差動保護計算時加以考慮。對于暫態(tài)不平衡電流差動保護計算時加以考慮。對于暫態(tài)不平衡電流的影響在差動回路中接入速飽和

10、變流器或串聯(lián)電的影響在差動回路中接入速飽和變流器或串聯(lián)電阻來減小影響。對于導(dǎo)引線的分布電容和阻抗的阻來減小影響。對于導(dǎo)引線的分布電容和阻抗的影響，可以采用帶有制動特性的差動繼電器，減影響，可以采用帶有制動特性的差動繼電器，減小動作電流，提高保護的靈敏性。小動作電流，提高保護的靈敏性。4.1.54.1.5縱聯(lián)差動保護的評價縱聯(lián)差動保護的評價 優(yōu)點：優(yōu)點：全線速動，不受過負荷及系統(tǒng)振蕩的影響，全線速動，不受過負荷及系統(tǒng)振蕩的影響，靈敏度較高。靈敏度較高。 缺點：缺點：需敷設(shè)與被保護線路等長的輔助導(dǎo)線，且要求需敷設(shè)與被保護線路等長的輔助導(dǎo)線，且要求電流互感器的二次負載阻抗?jié)M足電流互感器電流互感器的二

11、次負載阻抗?jié)M足電流互感器1010的誤差。這在經(jīng)濟上，技術(shù)上都難以實現(xiàn)。的誤差。這在經(jīng)濟上，技術(shù)上都難以實現(xiàn)。 需裝設(shè)輔助導(dǎo)線斷線與短路的監(jiān)視裝置，輔助導(dǎo)需裝設(shè)輔助導(dǎo)線斷線與短路的監(jiān)視裝置，輔助導(dǎo)線斷線應(yīng)將縱聯(lián)差動保護閉鎖。線斷線應(yīng)將縱聯(lián)差動保護閉鎖。 在輸電線路中，只有用其它保護不能滿足要求的在輸電線路中，只有用其它保護不能滿足要求的短線路（一般不超過短線路（一般不超過5 57km 7km 線路）才采用。線路）才采用。 應(yīng)用：應(yīng)用： 4.2.1橫聯(lián)差動方向保護的工作原理橫聯(lián)差動方向保護的工作原理 橫差方向保護：是用于平行線路的保護裝置，它裝設(shè)于橫差方向保護：是用于平行線路的保護裝置，它裝設(shè)于平

12、行線路的兩側(cè)。其保護范圍為雙回線的全長。橫差方向保平行線路的兩側(cè)。其保護范圍為雙回線的全長。橫差方向保護的動作原理是反應(yīng)雙回線路的電流及功率方向，有選擇性護的動作原理是反應(yīng)雙回線路的電流及功率方向，有選擇性地瞬時切除故障線路。地瞬時切除故障線路。1、正常運行及外部短路時、正常運行及外部短路時2ki1kig1ka2ka1ta2ta3ta4ta1qf2qf3qf4qf1wl2wl圖4-5（a）在正常運行或外部短路時，線路在正常運行或外部短路時，線路1wl和和2wl流過相同電流過相同電流，流，1ka和和2ka流過不平衡電流流過不平衡電流iunb或最大不平衡電流或最大不平衡電流iunb.max，整定電

13、流繼電器，整定電流繼電器1ka和和2ka的動作電流的動作電流iop.riunb.max,則保護裝置不會誤動作。則保護裝置不會誤動作。2、內(nèi)部故障2ki1kig1ka2ka1ta2ta3ta4ta1qf2qf3qf4qfwl1wl2k2ki(1)設(shè)線路設(shè)線路wl1內(nèi)部發(fā)生故障，則通過線路內(nèi)部發(fā)生故障，則通過線路wl1、wl2短短路電流路電流ik1、ik2的大小與他們由母線的大小與他們由母線m到故障點之間阻抗到故障點之間阻抗值成反比。顯然值成反比。顯然ik1ik2，流入繼電器，流入繼電器1ka、2ka中電流中電流分別為：分別為：11211rkkoptaiiiik22212rkoptaiiik1ka

14、、2ka動作，使斷路動作，使斷路器器1qf、3qf跳閘，切除故跳閘，切除故障線路障線路wl1。mn圖4-5（b）2、內(nèi)部故障、內(nèi)部故障(2)設(shè)線路設(shè)線路wl2內(nèi)部發(fā)生故障，則通過線路內(nèi)部發(fā)生故障，則通過線路wl1、wl2短路電短路電流流ik1、ik2的大小與他們由母線的大小與他們由母線m到故障點之間阻抗值成反比。到故障點之間阻抗值成反比。顯然顯然ik2ik1，流入繼電器，流入繼電器1ka、2ka中電流分別為：中電流分別為：12111rkkoptaiiiik21212rkoptaiiik2ki1kig1ka2ka1ta2ta3ta4ta1qf2qf3qf4qfwl1wl2kmn1ki1ka、2k

15、a動作，使斷路器動作，使斷路器2qf、4qf跳閘，切除故障線路跳閘，切除故障線路wl2。圖4-5(c)圖圖4-6平行線路橫差保護單相原理接線圖平行線路橫差保護單相原理接線圖圖圖4-64-6平行線路橫差保護單相原理接線圖平行線路橫差保護單相原理接線圖以上分析表明，差動電流繼電器以上分析表明，差動電流繼電器1ka、2ka只能判別平行線路內(nèi)只能判別平行線路內(nèi)部、外部故障，但不能選擇出那條線路故障。從圖中看出，不同部、外部故障，但不能選擇出那條線路故障。從圖中看出，不同線路故障通過電流繼電器線路故障通過電流繼電器1ka、2ka的電流方向不同，因此，可的電流方向不同，因此，可用功率方向繼電器元件選擇故障

16、線路。見圖用功率方向繼電器元件選擇故障線路。見圖4-6，方向元件電壓，方向元件電壓接于母線電壓互感器二次測，工作電流接于差動回路。接于母線電壓互感器二次測，工作電流接于差動回路。 正常運行及外部發(fā)生短路：正常運行及外部發(fā)生短路： 兩線路中的電流相等。兩電流互感器差回路中的電兩線路中的電流相等。兩電流互感器差回路中的電流僅為很小的不平衡電流，小于繼電器的起動電流，電流僅為很小的不平衡電流，小于繼電器的起動電流，電流繼電器不會起動。流繼電器不會起動。 圖圖4-64-6平行線路橫差保護單相原理接線圖平行線路橫差保護單相原理接線圖內(nèi)部故障時內(nèi)部故障時 ： 如在線路如在線路wllwll的的k k點發(fā)生短

17、路，點發(fā)生短路，m m側(cè)電流繼電器中的電流側(cè)電流繼電器中的電流 。 當(dāng)當(dāng)i irmrmi io op1p1時，電流繼電器時，電流繼電器1ka1ka動作動作。 功率方向繼電器功率方向繼電器1kp1kp承受正方向功率動作，功率方向繼電器承受正方向功率動作，功率方向繼電器2kp2kp承受負承受負功率不動作，因而跳開功率不動作，因而跳開qf1qf1。 )(121kktamriiki線路線路n n側(cè)：流過差動回路中的電流為：側(cè)：流過差動回路中的電流為： 當(dāng)當(dāng)i ir.nr.ni iop2op2時，電流繼電器時，電流繼電器2ka2ka動作。動作。 功率方向繼電器功率方向繼電器3kp3kp承受負功率承受負功

18、率, ,不動作不動作;4kp;4kp承受正功承受正功率，接點閉合，跳開率，接點閉合，跳開qf3,qf3,瞬時切除故障線路瞬時切除故障線路wl1wl1，非故障線，非故障線路路wl2wl2繼續(xù)運行。繼續(xù)運行。 22ktanriki2ki1kik1kp2kp3kp4kp1k a2ka4.2.24.2.2橫聯(lián)差動方向保護的相繼動作區(qū)和死區(qū)橫聯(lián)差動方向保護的相繼動作區(qū)和死區(qū) 1 1、相繼動作區(qū)、相繼動作區(qū) 相繼動作：線路兩側(cè)保護裝置先后動作切除故障的方式。相繼動作：線路兩側(cè)保護裝置先后動作切除故障的方式。 相繼動作區(qū)：產(chǎn)生相繼動作的范圍。相繼動作區(qū)：產(chǎn)生相繼動作的范圍。 2ki1ki2kiklnm段故障

19、相段故障相繼動作區(qū)繼動作區(qū)n段故障相段故障相繼動作區(qū)繼動作區(qū) 假設(shè)相繼動作區(qū)的臨界點假設(shè)相繼動作區(qū)的臨界點k k的短路電流與的短路電流與n n側(cè)母線側(cè)母線上的短路時的短路電流相等上的短路時的短路電流相等 m m側(cè)保護差動回路的一次電流為側(cè)保護差動回路的一次電流為 : 21kkkniii1210opkkmriiiin n側(cè)保護差動回路電流為側(cè)保護差動回路電流為: :222r nkoptaiiikm m端保護不動作。端保護不動作。n n端保護動作，端保護動作，3qf3qf跳閘。跳閘。12kkii3qf3qf跳閘后，故障并未切除。短路電流重新分布跳閘后，故障并未切除。短路電流重新分布 ，故障點全部短

20、路電流通過保護故障點全部短路電流通過保護1 1，于是，于是m m端保護端保護1 1的差的差動回路電流為動回路電流為 ，大于啟動元件，大于啟動元件動作電流，故保護動作電流，故保護1 1動作，動作，1qf1qf跳閘。這樣，跳閘。這樣，k k點故障點故障分別有分別有n n、m m端保護先后動作，使端保護先后動作，使3qf3qf先跳閘，然后先跳閘，然后1qf1qf跳閘切除故障線路的情況稱為跳閘切除故障線路的情況稱為相繼動作相繼動作。在靠近。在靠近n n端變電所母線的一段區(qū)域發(fā)生故障，首先端變電所母線的一段區(qū)域發(fā)生故障，首先n n端保護端保護先動作，繼之先動作，繼之m m端保護才動作的這段區(qū)域稱為端保護

21、才動作的這段區(qū)域稱為m m端的端的相繼動作區(qū)相繼動作區(qū)l lm m。同樣，。同樣，n n端保護在端保護在m m端變電所附近也端變電所附近也存在一段相繼動作區(qū)存在一段相繼動作區(qū)l ln n。 20ki212r mktaopiiki依據(jù)電壓平衡方程式依據(jù)電壓平衡方程式 相繼動作區(qū)用百分數(shù)相繼動作區(qū)用百分數(shù) 表示表示11212121()kmkmkkmiz lliz liz lizll1212()()kkkkmiiliilop mmknimlli則端相繼動作區(qū)為：100%100%50%op mmmknilmli12op mkkiii令12knkkiii2ki1ki2kiklmlmm3 3、橫聯(lián)差動保護

22、的死區(qū)、橫聯(lián)差動保護的死區(qū) 功率方向繼電器采用功率方向繼電器采用9090 接線，但當(dāng)出口發(fā)生三相短路接線，但當(dāng)出口發(fā)生三相短路時，母線殘壓為零，功率方向繼電器不動作，這種不動作時，母線殘壓為零，功率方向繼電器不動作，這種不動作的范圍稱為死區(qū)。死區(qū)在本保護出口，在對側(cè)保護的相繼的范圍稱為死區(qū)。死區(qū)在本保護出口，在對側(cè)保護的相繼動作區(qū)內(nèi)。在死區(qū)內(nèi)發(fā)生三相短路，兩側(cè)橫差保護都不能動作區(qū)內(nèi)。在死區(qū)內(nèi)發(fā)生三相短路，兩側(cè)橫差保護都不能動作。死區(qū)的長度不允許大于被保護線路全長的動作。死區(qū)的長度不允許大于被保護線路全長的1010。 三、橫聯(lián)差動方向保護的三、橫聯(lián)差動方向保護的整定計算整定計算 1 1電流繼電器

23、的動作電流電流繼電器的動作電流 1.5.relk可靠系數(shù)，取（l l）為保證橫差保護范圍外故障保護不動作，橫差保護的）為保證橫差保護范圍外故障保護不動作，橫差保護的動作電流應(yīng)按躲開外部短路最大不平衡電流整定動作電流應(yīng)按躲開外部短路最大不平衡電流整定電流繼電器電流繼電器的起動電流的起動電流 （2 2）躲開單回線運行時的最大負荷電流：）躲開單回線運行時的最大負荷電流：)(maxmaxmaxunbunbrelunbrelopiikikicontaopropkkiimaxreloplrekiik（3 3）躲過對側(cè)斷路器跳閘）躲過對側(cè)斷路器跳閘后流過本側(cè)保護的非故障相后流過本側(cè)保護的非故障相最大電流：最

24、大電流：maxunftarelropikki.maxunb.maxtaunbii由誤差引起的最大不平衡電流由兩回路參數(shù)不同引起的不平衡電流 在平行的雙回線路上，兩側(cè)的斷路器都處在合閘位置。當(dāng)區(qū)內(nèi)發(fā)生故障在平行的雙回線路上，兩側(cè)的斷路器都處在合閘位置。當(dāng)區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時，應(yīng)能保證至少有一側(cè)保護有足夠的靈敏度。為此，應(yīng)在兩側(cè)保護靈敏度時，應(yīng)能保證至少有一側(cè)保護有足夠的靈敏度。為此，應(yīng)在兩側(cè)保護靈敏度相等的那一點發(fā)生故障時，兩側(cè)都有足夠的靈敏度。這樣，當(dāng)故障點向一側(cè)相等的那一點發(fā)生故障時，兩側(cè)都有足夠的靈敏度。這樣，當(dāng)故障點向一側(cè)移動時，靠近故障點的一側(cè)保護的靈敏系數(shù)增大，而遠離故障點的一側(cè)保護移動時，靠近故障點的一側(cè)保護的靈敏系數(shù)增大，而遠離故障點的一側(cè)保護的靈敏度必然下降。在相同靈敏系數(shù)點發(fā)