輸電線路全線速動保護(hù).ppt

輸電線路的全線速動保護(hù) 輸電線路全線速動保護(hù) 1 全線速動保護(hù)的基本概念 2 縱聯(lián)方向保護(hù)的原理及特點 閉鎖式 允許式 3 縱聯(lián)差動保護(hù)的基本原理 4 比率制動式縱聯(lián)差動保護(hù)的原理及動作特性 5 縱聯(lián)保護(hù)的通信通道種類及各自特點 6 影響縱聯(lián)差動保護(hù)正確動作的因素 7 閉鎖式縱聯(lián)方向保護(hù)需考慮的一些特殊問題 8 功率倒向概念 對方向保護(hù)的影響及解決措施 9 工頻變化量方向元件基本原理及特點 10 各種縱聯(lián)保護(hù)的邏輯框圖 第一節(jié)輸電線路縱聯(lián)保護(hù)概述 一 引言 縱聯(lián)保護(hù)的提出 1 電流 距離保護(hù)的缺陷 反映 一側(cè)電氣量 缺陷 二段有延時 無法實現(xiàn)全線速動 220kV難以滿足快速性要求 2 反映線路兩側(cè)電氣量的縱聯(lián)保護(hù) 縱聯(lián)保護(hù) 將線路一側(cè)電氣量信息傳到另一側(cè)去 兩側(cè)電氣量同時比較 聯(lián)合工作的保護(hù) 即線路兩側(cè)之間有縱向的聯(lián)系的保護(hù) 縱聯(lián)保護(hù)兩端比較的電氣量可以是流過兩端的電流 電流相位和兩端功率方向等 比較兩端不同電氣量的差別構(gòu)成不同原理的縱聯(lián)保護(hù) 縱聯(lián)保護(hù)特點 可以快速 可靠地區(qū)分本線路內(nèi)部任意點短路與外部短路 達(dá)到有選擇 快速地切除全線路任意點短路的目的 第一節(jié)輸電線路縱聯(lián)保護(hù)概述 3 輸電線路的縱聯(lián)保護(hù) 反映 兩側(cè) M N 電氣量 定義 通信通道 縱向連接 電氣量特征對傳 比較 判斷 跳閘 特點 絕對選擇性 無時限跳閘 第一節(jié)輸電線路縱聯(lián)保護(hù)概述 二 輸電線路縱聯(lián)電流差動保護(hù)基本原理 根據(jù)基爾霍夫電流定律 線路兩側(cè)電流參考方向如上圖所示 當(dāng)線路上沒有內(nèi)部故障時 線路兩側(cè)的電流之和為零 即流入線路元件的電流之和為零 當(dāng)線路有內(nèi)部故障時 線路兩側(cè)電流之和不為零 輸電線路縱聯(lián)電流差動保護(hù)的工作原理 當(dāng)差動電流時 認(rèn)為是內(nèi)部故障 保護(hù)動作 第一節(jié)輸電線路縱聯(lián)保護(hù)概述 1 兩端電流相量和 三 輸電線路兩側(cè)電氣量的故障特征 正方向 母線 線路 2 兩端功率方向 第一節(jié)輸電線路縱聯(lián)保護(hù)概述 3 兩端電流相位特征 假設(shè) 阻抗角 電勢角相同 4 兩端測量阻抗 區(qū)內(nèi)故障 兩端ZII 短路阻抗 均啟動 區(qū)外故障 近端ZII 短路阻抗 不啟動 第一節(jié)輸電線路縱聯(lián)保護(hù)概述 四 縱聯(lián)保護(hù)基本原理 1 縱聯(lián)電流差動 兩端電流相量和特征 2 方向比較式縱聯(lián)保護(hù) 兩端功率方向 功率方向元件判斷本端功率方向 功率方向為負(fù)者發(fā)出閉鎖信號 閉鎖兩端保護(hù) 閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù) 3 電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù) 兩端電流相位特征 4 距離縱聯(lián)保護(hù) 兩端測量阻抗 第一節(jié)輸電線路縱聯(lián)保護(hù)概述 1 按通道分類 2 按原理分類 導(dǎo)引線 10km 二次電氣量 電流差動保護(hù) 電力線載波 最廣泛 輸電線路 要求線路故障時能動 微波 信息量大 光纖 信息量大 抗干擾 近年短線路保護(hù) 1 方向比較式縱聯(lián)保護(hù) 功率方向 測量阻抗判斷結(jié)果 2 縱聯(lián)電流差動保護(hù) 電流波形 相量 相位 方向縱聯(lián)保護(hù) 距離縱聯(lián)保護(hù) 邏輯信號 五 縱聯(lián)保護(hù)基本原理的分類 第一節(jié)輸電線路縱聯(lián)保護(hù)概述 一 導(dǎo)引線通信 保護(hù)原理 電流差動原理 第二節(jié)縱聯(lián)保護(hù)通道 二 電力線載波通信 1 原理 功率方向 電流相位 高頻信號 50 400kHz 通道 輸電線路 相 相 相 地 2 構(gòu)成 輸電線路 阻波器 耦合電容器 連接濾波器 高頻收發(fā)信機(jī) 接地刀閘 第二節(jié)縱聯(lián)保護(hù)通道 電力線載波通道又稱為高頻通道 高頻通道 導(dǎo)線 大地 構(gòu)成輸電力線載波通道 優(yōu)點 最經(jīng)濟(jì) 可以只在一相線路上裝設(shè) 缺點 高頻信號的衰耗和受到的干擾都比較大 第二節(jié)縱聯(lián)保護(hù)通道 阻波器 高頻阻波器 將高頻信號限制在本線路內(nèi)傳輸 它對高頻電流呈現(xiàn)很大的阻抗 對于工頻電流 阻波器呈現(xiàn)的阻抗很小 連接濾波器 帶通濾波器 使信號頻帶的高頻電流能夠順利通過 阻抗匹配器 避免高頻信號在傳送過程中發(fā)生反射而引起高頻能量的附加衰耗 耦合電容器 結(jié)合電容器 與連接濾波器共同配合 將高頻信號傳遞到輸電線路上 同時使高頻收發(fā)信機(jī)與工頻高壓輸電線路隔離 高頻電纜 連接高頻收發(fā)信機(jī)與連接濾波器一般采用同軸電纜高頻收發(fā)信機(jī) 發(fā)送和接收高頻信號的裝置放電間隙 或避雷器 對高頻收發(fā)信機(jī)起過電壓保護(hù)作用接地刀閘 在調(diào)整或檢修高頻收發(fā)信機(jī) 連接濾波器時 用它來進(jìn)行安全接地 3 通道特點及適用保護(hù)原理 干擾影響大 實時性差 縱聯(lián)電流差動 優(yōu)點 缺點 信號 傳遞狀態(tài)信號 功率方向 電流相位 應(yīng)用 方向比較式 電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù) 4 通道工作方式 1 正常無高頻電流 故障啟動發(fā)信方式 2 正常有高頻電流 長期發(fā)信方式 3 移頻方式 f1 f2 第二節(jié)縱聯(lián)保護(hù)通道 5 載波信號的種類 允許式方向高頻保護(hù) 閉鎖式方向高頻保護(hù) 要求 兩側(cè)I段有重疊區(qū) 第二節(jié)縱聯(lián)保護(hù)通道 三 微波通信 頻帶寬 300 30000MHz 抗干擾 不受線路故障影響 允許 跳閘信號 需中繼 40 60km 價格貴 優(yōu)點 缺點 應(yīng)用 縱聯(lián)電流分相差動保護(hù) 四 光纖通信 通信容量大 抗干擾 節(jié)省金屬材料等 需中繼 優(yōu)點 缺點 應(yīng)用 縱聯(lián)電流分相差動保護(hù) 光纖 第二節(jié)縱聯(lián)保護(hù)通道 3 微波通道把需要傳送的信息調(diào)制成微波信號后 經(jīng)過空間傳播送到對端接收 微波信號的傳送距離在50KM左右 超過這個距離需要設(shè)微波中繼站來轉(zhuǎn)送 微波保護(hù) 光信號在光導(dǎo)纖維內(nèi)傳輸具有衰耗低 抗干擾能力強(qiáng) 通信容量大 比微波通信提高10萬倍以上等優(yōu)點 目前光纖通信使用的波長為0 85um 1 31um 1 55um 光纖分多模光纖和單模光纖 后者比前者特性好 衰減小 頻帶寬適用于大容量遠(yuǎn)距離的通信系統(tǒng) 光纖通信 光纖具有寬帶 遠(yuǎn)距離傳輸能力強(qiáng) 保密性好 抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點 是未來通信網(wǎng)的主要實現(xiàn)技術(shù) 第二節(jié)縱聯(lián)保護(hù)通道 輸電線路的光纖縱差保護(hù) 一 光纖通信的特點1 通信容量大2 抗干擾能力強(qiáng)3 原料資源豐富4 線路架設(shè)方便 二 光纖通道 1 調(diào)制器將要傳輸?shù)母髀沸畔?調(diào)制成適合在光纖信道中傳輸?shù)拿}沖信號 2 光源把調(diào)制器輸出的脈沖電信號調(diào)制成光信號 激光器驅(qū)動電路原理圖 3 光纖與光纜 用來傳送光信號 完成信息傳輸?shù)娜蝿?wù) 由玻璃纖芯 玻璃包層和護(hù)套組成 當(dāng)n2 n1 且光束的入射角度 大于入射臨界角時 光波在芯線和包層交界面發(fā)生全反射 光束在光纖線中沿Z字形路線前進(jìn) 不會穿出包層而受到損失 圖6 11光纖結(jié)構(gòu)示意圖 光纜結(jié)構(gòu)示意圖 電力特種光纜 全介質(zhì)自承式光纜ADSS 架空地線復(fù)合光纜OPGW 纏繞式光纜GWWOP 捆綁式光纜AL Lash 相線復(fù)合光纜OPPC等 4 光檢測器 光檢測器用來接收光信號 并將其轉(zhuǎn)換成脈沖電信號 光檢測器的主要元件為光電二極管 光電二極管由P型區(qū) N型區(qū) 本征區(qū)三部分構(gòu)成 5 解調(diào)器對接收信號進(jìn)行解碼和分路處理 同步電路通過檢測對側(cè)發(fā)送的同步碼 使發(fā)送與接收側(cè)的信號時鐘保持同步 6 光中繼器對衰減的光波信號進(jìn)行放大 并對失真的信號波形進(jìn)行矯正 使光波信號得到再生 三 光纖縱聯(lián)電流差動保護(hù)的原理 第三節(jié)縱聯(lián)電流差動保護(hù) 一 縱聯(lián)電流差動保護(hù)原理 正常 外部故障 內(nèi)部故障 1 工作原理 基爾霍夫定律 2 保護(hù)特性 1 無制動作用 不平衡電流 躲過外部短路最大不平衡電流 躲過最大負(fù)荷電流 一側(cè)CT斷線 整定 校驗 單側(cè)電源最小方式最小短路電流 第三節(jié)縱聯(lián)電流差動保護(hù) 2 有制動作用 動作線圈 制動線圈 正常 外部故障 內(nèi)部故障 動作作用強(qiáng) 制動作用弱 制動作用強(qiáng) 動作作用弱 制動特性 動作電流不是定值 而是隨制動電流變化的特性 動作方程 特點 內(nèi)部短路時提高了靈敏性 外部短路時提高了可靠性 第三節(jié)縱聯(lián)電流差動保護(hù) 光纖分相差動保護(hù)運用電流差動原理 采用光纖通信作為通信手段構(gòu)成的保護(hù) 性能優(yōu)越 應(yīng)用十分廣泛 1 光纖差動的原理 1 電流差動元件差動電流制動電流 二 光纖分相差動保護(hù) 第三節(jié)縱聯(lián)電流差動保護(hù) 動作方程其中 Iset必須躲過正常運行時的最大不平衡電流 1 式為電流差動判據(jù) 2 為比率差動判據(jù)采用制動特性的原因 動作特性 兩段式 第三節(jié)縱聯(lián)電流差動保護(hù) 分析內(nèi)外部故障時保護(hù)的動作情況1 內(nèi)部故障能可靠動作 有絕對的選擇性 第三節(jié)縱聯(lián)電流差動保護(hù) 分析內(nèi)外部故障時保護(hù)的動作情況2 外部故障可靠的不動作 第三節(jié)縱聯(lián)電流差動保護(hù) 2 電容電流對光纖差動的影響線路電容電流屬不平衡電流 整定時應(yīng)躲過其實測值 電容電流較大時可以進(jìn)行補(bǔ)償 方法如下 3 保護(hù)的總啟動元件 電流變化量啟動元件 零序過流啟動元件 第三節(jié)縱聯(lián)電流差動保護(hù) 4 兩側(cè)電流的同步測量 同步數(shù)據(jù) 同步采樣 同時刻采樣點計算 1 基于數(shù)據(jù)通道的同步方法 2 基于GPS的同步方法 光纖分相差動保護(hù)主要用在110KV及以上的電壓等級上作主保護(hù)使用 M N 第三節(jié)縱聯(lián)電流差動保護(hù) 2 光纖分相差動的邏輯框圖 第三節(jié)縱聯(lián)電流差動保護(hù) 1 內(nèi)部故障情況 2 外部故障情況 3 TA斷線情況 4 通道異常情況 5 本側(cè)三跳情況 第三節(jié)縱聯(lián)電流差動保護(hù) 二 縱聯(lián)電流相位差動保護(hù)原理 區(qū)內(nèi)短路 兩側(cè)電流幾乎同相 措施 正半周發(fā)信 負(fù)半周停發(fā) 區(qū)內(nèi) 高頻電流是間斷的 im in im in 區(qū)外短路 兩側(cè)電流相位幾乎反相 區(qū)外 高頻電流是連續(xù)的 理想情況 第三節(jié)縱聯(lián)電流差動保護(hù) 區(qū)內(nèi)短路間斷角大 區(qū)外短路間斷角小 間斷角 整定閉鎖角 確定區(qū)外短路的最大間斷角 時保護(hù)不動 整定 第三節(jié)縱聯(lián)電流差動保護(hù) 校驗 線路長度的增加 使得閉鎖角整定值增大 動作角減小 區(qū)內(nèi)短路最不利情況下保護(hù)可能拒動 N端保護(hù)先動作跳閘 停止本側(cè)發(fā)信 M端保護(hù)再動作跳閘 相繼動作 M端保護(hù)可能不動 第三節(jié)縱聯(lián)電流差動保護(hù) 三 影響縱聯(lián)電流差動保護(hù)正確動作的因素 1 電流互感器的誤差和不平衡電流 2 輸電線路分布電容的影響 3 過渡電阻的影響 故障分量電流與負(fù)荷電流相差不大 負(fù)荷電流為穿越性質(zhì) 降低保護(hù)動作靈敏度 線路兩端電流之和不為零 為線路電容電流 第三節(jié)縱聯(lián)電流差動保護(hù) 1 閉鎖式工作原理 閉鎖信號 閉鎖信號 故障線路 兩端功率方向均為正 無閉鎖信號 保護(hù)動作 非故障線路 功率方向為負(fù)的一側(cè)發(fā)閉鎖信號 將保護(hù)閉鎖 區(qū)內(nèi)故障伴有通道損壞時 保護(hù)能否正確動作 Y 工作方式 正常時無高頻電流 區(qū)外故障時發(fā)閉鎖信號 一 縱聯(lián)方向保護(hù)的基本原理 第四節(jié)縱聯(lián)方向保護(hù) 2 允許式方向高頻保護(hù)基本原理 允許式方向高頻保護(hù) 允許式特點 通道破壞時內(nèi)部故障保護(hù)會拒動 而外部故障不會誤動 第四節(jié)縱聯(lián)方向保護(hù) 0 0 二 工頻故障分量的方向元件 第四節(jié)縱聯(lián)方向保護(hù) 正常運行和外部故障時 兩側(cè)的突變量功率方向一側(cè)是線路 母線 N側(cè) 另外一側(cè)是母線 線路 M側(cè) 內(nèi)部故障時 兩側(cè)的突變量功率方向為線路 母線 內(nèi)部故障 外部故障 工頻故障分量的方向元件的工作原理 第四節(jié)縱聯(lián)方向保護(hù) 故障分量 工頻變化量 的方向繼電器 內(nèi)部故障 以M側(cè)保護(hù)為例來分析 1 正向短路 線路MN內(nèi)部故障 有 上式中的 也可以為故障分量中的序分量 所以 第四節(jié)縱聯(lián)方向保護(hù) 外部故障 2 反向短路 線路MN外部故障 有 上式中的 也可以為故障分量中的序分量 所以 第四節(jié)縱聯(lián)方向保護(hù) 則可推出 正方向元件的動作方程為 反方向元件的動作方程為 引入模擬阻抗ZD 模值為1 角度為系統(tǒng)阻抗角 則有 正向短路時 第四節(jié)縱聯(lián)方向保護(hù) 反方向短路時 引入模擬阻抗ZD 動作方程可改寫為 正向元件動作方程 反向元件動作方程 第四節(jié)縱聯(lián)方向保護(hù) k1 區(qū)內(nèi)故障 區(qū)外故障 1 不受負(fù)荷狀態(tài)影響 2 不受振蕩影響 3 不受過渡電阻影響 4 無電壓死區(qū) 5 有明確的方向性 采用工頻故障分量的方向元件有如下特點 第四節(jié)縱聯(lián)方向保護(hù) 1 啟動元件的設(shè)置 微機(jī)保護(hù)中 啟動元件如下 思考 1 設(shè)置兩個啟動元件的原因 第四節(jié)縱聯(lián)方向保護(hù) 三 縱聯(lián)方向保護(hù)中的特殊問題 2 先收訊后停訊的原則 延時保護(hù)停信 作用 區(qū)外故障時 防止啟動元件 發(fā)訊 與正方向元件動作時間的不配合而造成誤動 措施 先收訊10ms才允許正方向停訊 邏輯 參見下圖 第四節(jié)縱聯(lián)方向保護(hù) 啟動元件動作首先發(fā)信 此時門7未動作 可經(jīng)門9發(fā)訊 停訊必須滿足2個條件 D 不動 D 動作 與門3有輸出 表示正向故障 收訊10ms后 與門4有輸出兩個條件滿足 與門7有輸出 經(jīng)反向器閉鎖門9 停止發(fā)訊 區(qū)內(nèi)故障a D 不動 D 動作 與門3有輸出 表示正向故障 b 先收訊10ms后 無閉鎖信號 與門5有輸出 滿足這2個條件 判為內(nèi)部故障 與門8有輸出 可以跳閘 第四節(jié)縱聯(lián)方向保護(hù) 3 遠(yuǎn)方啟動 作用 防止靠近故障側(cè)的啟動元件由于某種原因拒動而使正方向保護(hù)誤動 方便手動檢查通信通道 措施 發(fā)信機(jī)既可以由啟動元件啟動 也可以由接受到的運方信號啟動參見上圖 T1 與1 4 其它保護(hù)停信 5 開關(guān)位置停信和弱饋線路 6 功率倒方向 基本概念 環(huán)網(wǎng)外部故障時 短路功率的方向可能發(fā)生轉(zhuǎn)換 簡稱功率倒向 參見下圖說明 第四節(jié)縱聯(lián)方向保護(hù) 收信 對保護(hù)影響 可能誤動 要求 倒向過程中不應(yīng)失去閉鎖信號 措施 增設(shè)功率倒向判別回路 如下圖 第四節(jié)縱聯(lián)方向保護(hù) 四 閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)原理框圖 1 保護(hù)程序流程圖 第四節(jié)縱聯(lián)方向保護(hù) 2 保護(hù)未啟動時的邏輯框圖 主要實現(xiàn)通道試驗 遠(yuǎn)方起信邏輯 進(jìn)行通道試驗時就可把兩側(cè)保護(hù) 收發(fā)信機(jī)和通道一起進(jìn)行檢查 邏輯如下圖 第四節(jié)縱聯(lián)方向保護(hù) 3 保護(hù)啟動后的邏輯框圖 第四節(jié)縱聯(lián)方向保護(hù) 1 保護(hù)啟動后邏輯動作行為分析 正常運行時 區(qū)內(nèi)故障時 區(qū)外故障時 本裝置其它保護(hù)動作或外部保護(hù)動作時 三相跳閘固定回路動作或三相TWJ均動作且無流時 第四節(jié)縱聯(lián)方向保護(hù) 2 允許式縱聯(lián)方向保護(hù)邏輯 補(bǔ)充 允許式縱聯(lián)的基本原理參見下圖 在功率方向為正的一端向?qū)Χ税l(fā)送允許信號 此時每端的收信機(jī)只能接收對端的信號而不能接收自身的信號 每端的保護(hù)只有在正方向元件動作并且接收到允許信號后才能動作于跳閘 第四節(jié)縱聯(lián)方向保護(hù) 基本邏輯 說明 通