繼電保護(hù)教材 二

第七章電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)第一節(jié)縱聯(lián)保護(hù)的原理與分類一、全線速動保護(hù)與雙側(cè)測量原理1、為什么需要全線速動保護(hù)？2、為什么單側(cè)測量保護(hù)無法實現(xiàn)全線速動？

單側(cè)測量保護(hù)——是指保護(hù)僅測量線路某一側(cè)的母線電壓、線路電流等電氣量。

缺點——就是無法快速切除本線路上的所有故障，最長切除時間為0.5秒左右。3、雙側(cè)測量保護(hù)原理如何實現(xiàn)全線速動？雙側(cè)測量線路保護(hù)的基本原理主要有以下三種：◆以基爾霍夫電流定律為基礎(chǔ)的電流差動測量；◆比較線路兩側(cè)電流相位關(guān)系的相位差動測量；◆比較兩側(cè)線路保護(hù)故障方向判別結(jié)果，確定故障點的位置。電流差動原理用于線路縱聯(lián)差動保護(hù)、線路光纖分相差動保護(hù)以及變壓器、發(fā)電機(jī)、母線等元件保護(hù)上。相位差動保護(hù)以線路兩側(cè)電流相位差小于整定值作為內(nèi)部故障的判據(jù)，主要用于相差高頻保護(hù)，由于該保護(hù)對通道、收發(fā)信機(jī)等設(shè)備要求較高，技術(shù)相對復(fù)雜，微機(jī)型線路保護(hù)已不采用相差高頻保護(hù)原理。因縱聯(lián)方向保護(hù)僅需由通道傳輸對側(cè)保護(hù)的故障方向判別結(jié)果，屬于邏輯量，對通道的要求較低，目前廣泛應(yīng)用于高壓線路微機(jī)保護(hù)上。故障方向的判別既可以采用獨(dú)立的方向元件也可以利用零序電流保護(hù)、距離保護(hù)中的零序電流方向元件、方向阻抗元件完成按通道類型分二、縱聯(lián)保護(hù)分類導(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)。但因敷設(shè)、維護(hù)困難，僅用于特殊的10km以下短線路上，實際使用較少；載波通道，使用電力線路構(gòu)成載波通道，用于高頻保護(hù)。微波通道，用于微波保護(hù)。但技術(shù)復(fù)雜，成本昂貴，只在載波通道應(yīng)用困難的特殊情況下采用。光纖通道，用于光纖分相差動保護(hù)按保護(hù)原理分類電流差動原理縱聯(lián)方向原理按通道傳送信息含義分類“閉鎖式”縱聯(lián)保護(hù)“允許式”縱聯(lián)保護(hù)除了閉鎖信號和允許信號，縱聯(lián)保護(hù)還可以在“跳閘信號“的基礎(chǔ)上構(gòu)成。線路兩側(cè)的Ⅰ段保護(hù)動作后跳開本側(cè)斷路器，同時向?qū)?cè)保護(hù)發(fā)出”跳閘信號“，對側(cè)保護(hù)收到跳閘信號后立即跳閘。只要線路兩側(cè)的Ⅰ段保護(hù)的保護(hù)區(qū)有重疊，就可以構(gòu)成全線速動保護(hù)。采用”跳閘信號“方式的主要問題是通道干擾問題，因為收到對側(cè)信號后不加判斷立即跳閘，一旦此信號為干擾信號，保護(hù)將誤動，必須采取措施校驗跳閘信號的有效性。實際工作中”跳閘信號“方式一般不用于縱聯(lián)保護(hù)而在一些”遠(yuǎn)方跳閘裝置“中采用。第七章電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)第二節(jié)縱聯(lián)保護(hù)通道一、導(dǎo)引線導(dǎo)引線通道就是用二次電纜將線路兩側(cè)保護(hù)的電流回路聯(lián)系起來。主要問題：是導(dǎo)引線通道長度與輸電線路相當(dāng)，敷設(shè)困難；通道發(fā)生斷線、短路時會導(dǎo)致保護(hù)誤動，運(yùn)行中檢測、維護(hù)通道困難；導(dǎo)引線較長時電流互感器二次阻抗過大導(dǎo)致誤差增大。導(dǎo)引線通道構(gòu)成的縱聯(lián)保護(hù)僅用于少數(shù)特殊的短線路上。二、載波通道載波通道是利用電力線路、結(jié)合加工設(shè)備、收發(fā)信機(jī)構(gòu)成的一種有線通信通道，以載波通道構(gòu)成的線路縱聯(lián)保護(hù)也稱為高頻保護(hù)。載波信號（又稱高頻信號）頻率為50－400kHz。載波信號經(jīng)調(diào)制后送入輸電線路，線路除了傳送50Hz的工頻電流同時還傳輸高頻電流。傳送高頻信號可以用電力線路之一相與大地作為回路，稱為“相地制”；也可用兩相電力線路作為回路，稱為“相相制”。相地制高頻衰耗大，但簡單、經(jīng)濟(jì)，目前國內(nèi)多數(shù)高頻保護(hù)采用“相地制”載波通道。1、載波通道組成（1）阻波器阻波器為一個LC并聯(lián)電路，載波頻率下并聯(lián)諧振，呈現(xiàn)高阻抗，阻止高頻電流流出母線以減小衰耗和防止與相鄰線路的縱聯(lián)保護(hù)形成相互干擾。對于50Hz工頻阻波器則呈現(xiàn)低阻抗（0.04Ω），不影響工頻電流的傳輸。（2）耦合電容器耦合電容器為高壓小容量電容，與結(jié)合濾波器串聯(lián)諧振于載波頻率，允許高頻電流流過，而對工頻電流呈現(xiàn)高阻抗，阻止其流過。但由于電容容量小，呈現(xiàn)容抗大，工頻電壓大部分降在耦合電容上，耦合電容后的設(shè)備承受的工頻電壓較低。（3）結(jié)合濾波器結(jié)合濾波器作用是電氣隔離與阻抗匹配。結(jié)合濾波器將高壓部分與低壓的二次設(shè)備隔離，同時與兩側(cè)的通道阻抗匹配以減小反射衰耗。結(jié)合濾波器線路一側(cè)等效阻抗應(yīng)與輸電線路的波阻抗匹配，220kV線路波阻抗一般為400Ω、330kV及500kV線路波阻抗為300Ω；電纜一側(cè)等效阻抗則與電纜波阻抗匹配，早期電纜波阻抗為100Ω，目前電纜波阻抗為75Ω。（4）電纜高頻電纜一般為同軸電纜，電纜芯外有屏蔽層，為減小干擾，屏蔽層應(yīng)可靠接地。（5）保護(hù)間隙當(dāng)高壓侵入時，保護(hù)間隙擊穿并限制了結(jié)合濾波器上的電壓，起到過壓保護(hù)的作用。（6）接地刀閘檢修時合上接地刀閘，保證人身安全，檢修完畢通道投入運(yùn)行前必須打開接地刀閘。2、收發(fā)信機(jī)（1）收發(fā)信機(jī)原理信號源產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率的載波信號信號源輸出的方波信號經(jīng)濾波送入前置放大電路進(jìn)行電壓放大，前置放大輸出送入功率放大。線路濾波抑制發(fā)信諧波電平。產(chǎn)生基準(zhǔn)信號衰耗器可以根據(jù)線路長度等實際情況進(jìn)行調(diào)整，長線路上應(yīng)保證有足夠的發(fā)信功率，短線路時適當(dāng)投入衰耗防止發(fā)信功率過大干擾其他高頻保護(hù)、遠(yuǎn)動等載波通信設(shè)備。載波信號在混頻電路中與本振頻率信號混合，本振頻率f1＝f0＋fM，f0為收信機(jī)標(biāo)頻，fM為固定的移頻?；祛l電路輸出經(jīng)帶通濾波（中心頻率為fM）后輸出。放大檢波電路將解調(diào)后的信號送往高頻保護(hù)。（2）“短時發(fā)信”與“長期發(fā)信”方式

短時發(fā)信方式——下收發(fā)信機(jī)在系統(tǒng)正常情況下不發(fā)信，系統(tǒng)擾動時繼電保護(hù)起動，發(fā)信機(jī)投入工作。特點：由于功放僅短時工作，相對降低對功放的要求、有利于延長發(fā)信機(jī)壽命、減少對其他載波設(shè)備的干擾，但必須定期手動發(fā)信以檢查通道及收發(fā)信機(jī)是否完好。

長期發(fā)信方式——即發(fā)信機(jī)始終投入工作。特點：對功放、電源等電路要求較高，但通道監(jiān)視方便、能迅速發(fā)現(xiàn)通道缺陷。為了減小長期發(fā)信造成的干擾，系統(tǒng)正常時發(fā)信機(jī)以較小的功率發(fā)信，系統(tǒng)擾動繼電保護(hù)起動后發(fā)信機(jī)加大發(fā)信功率以克服高頻信號穿越故障線路帶來的衰耗。（3）“單頻制”與“雙頻制”

單頻制是指兩側(cè)發(fā)信機(jī)和收信機(jī)均使用同一個頻率，收信機(jī)收到的信號為兩側(cè)發(fā)信機(jī)信號的疊加，見圖7-9（a）。

雙頻制則是一側(cè)的發(fā)信機(jī)與收信機(jī)使用不同的頻率，收信機(jī)只能收到對側(cè)發(fā)信機(jī)的信號而收不到本側(cè)發(fā)信機(jī)的信號，如圖7-9（b）所示。用于“閉鎖式”保護(hù)用于允許式保護(hù)（4）調(diào)制方式收發(fā)信機(jī)調(diào)制方式有調(diào)幅與移頻鍵控（FSK）兩種。調(diào)幅方式以高頻電流的“有“、”無“傳送信息；FSK方式則以不同的頻率傳送信息，即正常運(yùn)行式發(fā)出功率較小的監(jiān)頻fG信號監(jiān)視通道，系統(tǒng)故障時改發(fā)功率較大的跳頻fT信號。（5）專用方式與復(fù)用方式高頻保護(hù)單獨(dú)使用一臺收發(fā)信機(jī)為專用方式。高頻保護(hù)也可以采用音頻接口接至通信載波機(jī)，與遠(yuǎn)動通信復(fù)用收發(fā)信機(jī)，稱復(fù)用方式。3、高頻通道衰耗與通道裕度（1）電平基本概念電平是高頻信號傳輸中廣泛使用的一種衡量信號強(qiáng)度的計量單位。（a）絕對電平功率絕對電平（dB）

基準(zhǔn)功率：1mW電壓絕對電平電流絕對電平（dB）

（dB）

為0.775V為0.00129A（b）相對電平衡量功放的增益、通道的衰耗時常使用相對電平。例如發(fā)信功率為Pw1，對側(cè)收信功率為Pw2，相對電平b為：（dB）(2)通道衰耗載波通道衰耗主要由電力線上的衰耗、加工設(shè)備衰耗、高頻電纜衰耗等構(gòu)成。經(jīng)驗公式：（dB）35kV線路取1.22×10-2，110kV線路取8.7×10-3，220kV線路取6.5×10-3，500kV線路取7.2×10-3；B取1.3-3.9dB/km；（3）通道裕度為了防止干擾，收信機(jī)觸發(fā)回路設(shè)有門檻電平（4-5dBm），必須保證發(fā)信功率減去總衰耗后收信電平高于門檻電平，同時留有裕度，裕度考慮為8.686dB。通道裕度試驗時在收發(fā)信機(jī)中串入8.686dB衰耗，如果通道、收發(fā)信機(jī)工作正常，則退出衰耗正常運(yùn)行時就保證有了8.686dB以上的通道裕度。三、微波通道微波通道為無線通信方式，采用頻率為2000MHz、6000～8000MHz，主要用于電力系統(tǒng)通信，由定向天線、連接電纜、收發(fā)信機(jī)組成。微波通道容量大，不存在通道擁擠問題，沒有載波通道當(dāng)線路故障時衰耗加大的問題，但設(shè)備昂貴，每隔40～60km需加設(shè)微波中繼站，維護(hù)困難，因此微波通道僅在個別載波通道應(yīng)用確實困難的線路上用于縱聯(lián)保護(hù)。四、光纖通道光纖通道通信容量大，不受電磁干擾。光纖通信一般采用脈沖編碼調(diào)制（PCM）以提高通信容量，信號以編碼形式傳送，傳送率目前一般為64Kb/S，也有采用2Mb/S的。繼電保護(hù)光纖通道光源采用發(fā)光二級管LED，波長為0.85μm、1.3μm或1.55μm，壽命可達(dá)3×106小時。加強(qiáng)光纖機(jī)械強(qiáng)度由高折射率的高純度二氧化硅材料制成，直徑僅100～200μm，用于傳送光信號。包層為摻有雜質(zhì)的二氧化硅，作用是使光信號能在纖芯中產(chǎn)生全反射傳輸。7-147-157-167-177-187-197-207-217-227-237-247-257-267-277-287-297-307-317-327-34第七章電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)第三節(jié)縱聯(lián)差動保護(hù)一、導(dǎo)引線保護(hù)1、保護(hù)原理縱差保護(hù)判據(jù)為

2、不平衡電流（1）不平衡電流形成原因

不平衡電流——是指一次側(cè)差動電流嚴(yán)格為零時，二次側(cè)流入保護(hù)的差動電流。原因：因TA存在勵磁電流。（2）不平衡電流計算不平衡電流由以下經(jīng)驗公式計算：差動保護(hù)的整定：

二、光纖分相差動保護(hù)輸電線路兩側(cè)電流采樣信號通過編碼變成碼流形式后轉(zhuǎn)換成光信號經(jīng)光纖送至對側(cè)保護(hù)，保護(hù)裝置收到對側(cè)傳來的光信號先解調(diào)為電信號再與本側(cè)保護(hù)的電流信號構(gòu)成差動保護(hù)。使用導(dǎo)引線通道時為節(jié)省通道，將兩側(cè)三相電流先綜合成一個綜合電流后再進(jìn)行比較；而光纖通道通信容量大，采用分相差動方式，即三相電流各自構(gòu)成差動保護(hù)。1、光纖分相差動保護(hù)原理（1）電流差動元件差動電流為制動電流為折線的斜率為制動系數(shù)Kres（0.5-0.75）動作方程為：外部故障時，

電流差動元件取相電流進(jìn)行差動計算時，稱為穩(wěn)態(tài)分相差動元件；取零序電流計算時，稱零序電流差動元件；取相電流的工頻變化量進(jìn)行計算，則稱變化量分相差動元件。2、電容電流問題為補(bǔ)償后相差動電流為相差動電流為相電容補(bǔ)償電流3、保護(hù)總起動元件起動元件可以由反應(yīng)相間工頻變化量的過流繼電器、反應(yīng)全電流的零序過流繼電器組成，兩者構(gòu)成“或”邏輯，互相補(bǔ)充。（a）電流變化量起動元件，動作方程：

相間電流的半波積分的最大值可整定的固定門坎為浮動門坎，隨著變化量的變化而自動調(diào)整，取1.25倍可保證門檻電壓始終略高于不平衡輸出（b）零序過流元件起動當(dāng)零序電流大于整定值時，零序起動元件動作并展寬７秒，去開放出口繼電器正電源。4、采樣同步問題電流信號由光纖通道傳輸時會有ms級的延時，需考慮兩側(cè)保護(hù)信息的同步問題。兩側(cè)裝置一側(cè)作為同步端，另一側(cè)作為參考端。以同步方式交換兩側(cè)信息，參考端采樣間隔固定，并在每一采樣間隔中固定向?qū)?cè)發(fā)送一幀信息。同步端隨時調(diào)整采樣間隔，如果滿足同步條件，就向?qū)?cè)傳輸三相電流采樣值；否則，啟動同步過程，直到滿足同步條件為止。由于采用同步數(shù)據(jù)通信方式，就存在同步時鐘提取問題，若通道是采用專用光纖通道，裝置的時鐘應(yīng)采用內(nèi)時鐘方式；數(shù)據(jù)發(fā)送采用本機(jī)的內(nèi)部時鐘，接收時鐘從接收數(shù)據(jù)碼流中提取。若通道是通過同向接口復(fù)接PCM通信設(shè)備，則應(yīng)采用外部時鐘方式，數(shù)據(jù)發(fā)送時鐘和接收時鐘為同一時鐘源，均是從接收數(shù)據(jù)碼流中提取。二、分相電流差動保護(hù)原理框圖組成：由起動元件、TA斷線閉鎖元件、分相電流差動元件、通道監(jiān)視、收信回路組成。分相電流差動元件可由相電流差動、相電流變化量差動、零序電流差動組成。（1）內(nèi)部故障情況（2）外部故障情況（3）TA斷線情況（4）通道異常（5）本側(cè)三相跳閘情況第七章電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)第四節(jié)縱聯(lián)方向保護(hù)一、縱聯(lián)方向保護(hù)工作原理1、“閉鎖式”與“允許式”工作原理縱聯(lián)方向保護(hù)的原理：是通過通道判明兩側(cè)保護(hù)均起動且判為正向故障時，判定故障為線路內(nèi)部故障，立即動作于跳閘。

閉鎖式縱聯(lián)方向保護(hù)：起動后若判故障為反向故障，發(fā)出閉鎖信號；反之則停止發(fā)信號（稱為保護(hù)停信）。采用“單頻制”。允許式縱聯(lián)方向保護(hù)：起動后若判明故障為正向故障，發(fā)出允許信號；反之則停止發(fā)信。二