繼電保護(hù)11縱差保護(hù)課件

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)第11講二零一二年二-七月縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)授課日期：2012.05.22/23第14周周二/三5-6/3-4節(jié)§7.1§7.2輸電線路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)第7章電網(wǎng)的差動(dòng)保護(hù)和高頻保護(hù)7.1輸電線路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

電流、電壓和距離保護(hù)在動(dòng)作值整定上必須與相鄰元件相配合才能滿足動(dòng)作的選擇性，不能實(shí)現(xiàn)全線瞬時(shí)切除故障。這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(shí)切除高壓輸電線路故障？解決辦法：采用線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

7.1.1縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的基本原理輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)，就是用某種通信通道(簡(jiǎn)稱通道)將輸電線兩端或各端(對(duì)于多端線路)的保護(hù)裝置縱向連接起來，將各端的電氣量(電流、功率的方向等)傳送到對(duì)端，將各端的電氣量進(jìn)行比較，以判斷故障在本線路范圍內(nèi)還是在線路范圍之外，從而決定是否切斷被保護(hù)線路。不需要在時(shí)間上與相鄰線路保護(hù)相配合，所以當(dāng)在被保護(hù)范圍內(nèi)任一點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，它都能瞬時(shí)切除故障。

保護(hù)原理的本質(zhì)是甄別系統(tǒng)正常和故障狀態(tài)下電氣量或非電氣量之間的差別，縱聯(lián)保護(hù)也不例外。輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)就是利用線路兩端的電氣量在故障與非故障時(shí)的特征差異構(gòu)成的。當(dāng)線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障、區(qū)外故障時(shí)，電力線兩端電流波形、功率、電流相位以及兩端的測(cè)量阻抗都有明顯的差異，利用這些差異就可以構(gòu)成不同原理的縱聯(lián)保護(hù)。7.1.1縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的基本原理(a)區(qū)內(nèi)故障；(b)區(qū)外故障1、兩側(cè)電流量特征電流互感器采用環(huán)流法接線。流入繼電器的電流為兩個(gè)電流互感器二次電流的差。(b)區(qū)外故障差動(dòng)繼電器TATAKD(a)區(qū)內(nèi)故障；TATA差動(dòng)繼電器KD點(diǎn)有較大短路電流流出：當(dāng)線路發(fā)生區(qū)外短路故障或正常運(yùn)行時(shí)，

兩端電流相量關(guān)系為當(dāng)線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，在故障流入的電流為兩側(cè)電源供給短路點(diǎn)的總電流，大于繼電器動(dòng)作電流，繼電器動(dòng)作，斷開本段線路?？v差保護(hù)不需要與與相鄰元件的保護(hù)在動(dòng)作值和時(shí)限值上相配合，可實(shí)現(xiàn)全線。瞬時(shí)動(dòng)作切除故障。m2．兩側(cè)電流相位特征3．兩側(cè)功率方向特征當(dāng)線路上發(fā)生區(qū)內(nèi)故障和區(qū)外故障時(shí)，輸電線兩端的功率方向也有很大差別。設(shè)功率正方向由母線指向線路，則線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，兩端功率方向都由母線流向線路，兩端功率方向相同，同為正方向；而發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，遠(yuǎn)故障點(diǎn)端功率由母線流向線路，功率方向?yàn)檎?，近故障點(diǎn)端功率由線路流向母線，功率方向?yàn)樨?fù)，兩端功率方向相反。7.1.1縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的基本原理1、兩側(cè)電流量特征兩端輸電線路，若全系統(tǒng)阻抗角均勻，且兩端電動(dòng)勢(shì)角相等，則當(dāng)線路MN發(fā)生區(qū)內(nèi)短路故障時(shí)，兩側(cè)電流同相位，即兩電流相位差為0°；而當(dāng)正常運(yùn)行或發(fā)生區(qū)外短路故障時(shí)，兩側(cè)電流反相，即兩電流相位差為180°。(b)區(qū)外故障差動(dòng)繼電器TATAKD(a)區(qū)內(nèi)故障；TATA差動(dòng)繼電器KD4．兩側(cè)測(cè)量阻抗值特征當(dāng)線路區(qū)內(nèi)短路時(shí)，輸電線路兩端的測(cè)量阻抗都是短路阻抗，一定位于距離保護(hù)Ⅱ段的動(dòng)作區(qū)內(nèi)，兩側(cè)的Ⅱ段同時(shí)啟動(dòng)；當(dāng)正常運(yùn)行時(shí)，兩側(cè)的測(cè)量阻抗是負(fù)荷阻抗，距離保護(hù)Ⅱ段不會(huì)啟動(dòng)；當(dāng)發(fā)生外部短路時(shí)，兩側(cè)測(cè)量阻抗也是短路阻抗，但一側(cè)為反方向，若采用方向特性的阻抗繼電器，則至少有一側(cè)的距離Ⅱ段不會(huì)啟動(dòng)。結(jié)論：1)差動(dòng)保護(hù)靈敏度很高

2)保護(hù)范圍穩(wěn)定3)可以實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)

4)不能作相鄰元件的后備保護(hù)

(b)區(qū)外故障差動(dòng)繼電器TATAKD(a)區(qū)內(nèi)故障；TATA差動(dòng)繼電器KD2．兩側(cè)電流相位特征7.1.1縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的基本原理1、兩側(cè)電流量特征3．兩側(cè)功率方向特征

實(shí)際上，在正常運(yùn)行和外部短路故障時(shí)，差動(dòng)回路中還有一個(gè)不平衡電流Iunb。差動(dòng)繼電器KD的起動(dòng)電流是按大于不平衡電流整定的，所以，在被保護(hù)線路正常及外部故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。當(dāng)被保護(hù)線路內(nèi)部故障時(shí)，流入差動(dòng)回路的電流遠(yuǎn)大于差動(dòng)繼電器的起動(dòng)電流，差動(dòng)繼電器動(dòng)作，瞬時(shí)發(fā)出跳閘脈沖，斷開線路兩側(cè)斷路器。7.1.1縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的基本原理7.1.2縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流1．穩(wěn)態(tài)不平衡電流

設(shè)互感器的二次電流為

該不平衡電流是當(dāng)一次電流較大時(shí)由于兩側(cè)電流互感器的勵(lì)磁性能不一致而引起勵(lì)磁電流急劇上升的程度不一樣，造成二次電流的較大差別。正常運(yùn)行或區(qū)外故障時(shí)，流入繼電器的電流為兩側(cè)電流互感器勵(lì)磁電流之差就是該不平衡電流。7.1.2縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流1．穩(wěn)態(tài)不平衡電流

2．暫態(tài)過程中的不平衡電流

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(lì)磁電流，在鐵芯中產(chǎn)生非周期分量磁通，使鐵芯嚴(yán)重飽和，因此需要考慮在外部短路時(shí)暫態(tài)過程中差動(dòng)回路中出現(xiàn)的不平衡電流,減小暫態(tài)過程中的最大不平衡電流，有兩種方法。1、在差動(dòng)回路中接入具有快速飽和特性的中間變流器UA。2、在差動(dòng)回路串入電阻R。在結(jié)束階段，鐵芯飽和消失，電流互感器轉(zhuǎn)入正常工作，不平衡電流又減小。平衡電流不大。最大不平衡電流發(fā)生在暫態(tài)過程時(shí)間的中段。暫態(tài)過程中起始段，直流分量大，鐵芯高度飽和，一次側(cè)交流分量很難傳變到二次側(cè)。所以不平衡電流不大。

縱聯(lián)保護(hù)按照所利用信息通道的不同類型可以分為導(dǎo)引線縱聯(lián)保護(hù)、電力線載波縱聯(lián)保護(hù)、微波縱聯(lián)保護(hù)和光纖縱聯(lián)保護(hù)四種?？v聯(lián)保護(hù)按照保護(hù)動(dòng)作原理，可以分為方向比較式縱聯(lián)保護(hù)和縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)兩類。7.1輸電線路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)7.1.1縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的基本原理7.1.3縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的分類7.1.2縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算

差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流按躲開外部故障時(shí)的最大不平衡電流整定：

為防止電流互感器二次斷線差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，按躲開電流互感器二次斷線整定：

靈敏度校驗(yàn)：縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的評(píng)價(jià)

優(yōu)點(diǎn)：全線速動(dòng)，不受過負(fù)荷及系統(tǒng)振蕩的影響，靈敏度較高。

缺點(diǎn)：需敷設(shè)與被保護(hù)線路等長(zhǎng)的輔助導(dǎo)線，且要求電流互感器的二次負(fù)載阻抗?jié)M足電流互感器10％的誤差。這在經(jīng)濟(jì)上，技術(shù)上都難以實(shí)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)線斷線應(yīng)將縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)閉鎖。

在輸電線路中，只有用其它保護(hù)不能滿足要求的短線路（一般不超過5～7km線路）才采用。

應(yīng)用：7.3平行雙回線路保護(hù)7.3.1平行雙回線路內(nèi)部故障的特點(diǎn)假設(shè)兩側(cè)等效電動(dòng)勢(shì):假設(shè)電流的正方向?yàn)橛赡妇€指向線路，且平行雙回線路阻抗相等。正常運(yùn)行或區(qū)外故障時(shí)，區(qū)內(nèi)故障時(shí)，此判別可通過采用900接線方式的功率方向繼電器實(shí)現(xiàn)。當(dāng)判別為線路II發(fā)生短路故障。由此構(gòu)成的平行雙回線路保護(hù)，亦稱為橫聯(lián)差動(dòng)方向保護(hù)。起動(dòng)元件：反應(yīng)差電流的電流繼電器。判別元件：功率方向繼電器。當(dāng)判別為線路I發(fā)生短路故障。1、橫聯(lián)差動(dòng)方向保護(hù)7.3平行雙回線路保護(hù)7.3.1平行雙回線路內(nèi)部故障的特點(diǎn)當(dāng)M母線電壓降低時(shí)，且

則判別為線路I發(fā)生短路故障。由此構(gòu)成的平行雙回線路保護(hù)，亦稱為電流平衡保護(hù)。當(dāng)M母線電壓降低時(shí)，且則判別為線路II發(fā)生短路故障。2、電流平衡保護(hù)應(yīng)用此原理同樣可判別出由N側(cè)發(fā)生故障的線路。7.3平行雙回線路保護(hù)7.3.2平行雙回線路的橫聯(lián)差動(dòng)方向保護(hù)1、橫聯(lián)差動(dòng)方向保護(hù)的工作原理橫差方向保護(hù)：是用于平行線路的保護(hù)裝置，它裝設(shè)于平行線路的兩側(cè)。其保護(hù)范圍為雙回線的全長(zhǎng)。橫差方向保護(hù)的動(dòng)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(shí)切除故障線路。起動(dòng)元件：電流繼電器1KA和2KA。判別元件：功率方向繼電器1KW,3KW和2KW,4KW。~~1、橫聯(lián)差動(dòng)方向保護(hù)的工作原理(1)正常運(yùn)行及外部短路時(shí)線路I和II流過相同電流，,兩電流互感器差回路中的電流僅為很小的不平衡電流。1KA和2KA流過僅為很小的不平衡電流Iunb，當(dāng)整定電流繼電器1KA和2KA的動(dòng)作電流Iop.r>Iunb,則保護(hù)裝置不會(huì)誤動(dòng)作。(2)內(nèi)部短路時(shí)(a)當(dāng)K1發(fā)生在線路I，由于均大于1KA和2KA的動(dòng)作電流而起動(dòng)，且1KW和2KW承受正方向功率而動(dòng)作，跳開1QF和2QF。~~1、橫聯(lián)差動(dòng)方向保護(hù)的工作原理(2)內(nèi)部短路時(shí)(c)由于直流操作電源是經(jīng)過1QF和2QF（3QF和4QF

）動(dòng)合觸點(diǎn)串聯(lián)閉鎖的，當(dāng)其中任一回路斷開后，即切斷了操作電源，令橫聯(lián)差動(dòng)方向保護(hù)退出工作。(a)當(dāng)K1發(fā)生在線路I，由于均大于1KA和2KA的動(dòng)作電流而起動(dòng)，且1KW和2KW承受正方向功率而動(dòng)作，跳開1QF和2QF。~~(b)當(dāng)K2發(fā)生在線路II，由于均大于1KA和2KA的動(dòng)作電流而起動(dòng)，且3KW和4KW承受正方向功率而動(dòng)作，跳開3QF和4QF。2、橫聯(lián)差動(dòng)方向保護(hù)的相繼動(dòng)作區(qū)和死區(qū)7.3.2平行雙回線路的橫聯(lián)差動(dòng)方向保護(hù)（1）相繼動(dòng)作區(qū)相繼動(dòng)作：線路兩側(cè)保護(hù)裝置，當(dāng)故障點(diǎn)太靠近一側(cè)，較遠(yuǎn)一側(cè)差動(dòng)電流過小而拒動(dòng)，差動(dòng)電流較大一側(cè)先動(dòng)作切除故障后，使另一側(cè)差動(dòng)電流增大再動(dòng)作。

——產(chǎn)生相繼動(dòng)作的范圍。

K點(diǎn)到N母線的區(qū)域?yàn)镸側(cè)保護(hù)的相繼動(dòng)作區(qū)Z1:線路單位長(zhǎng)度正序阻抗值M側(cè)保護(hù)的相繼動(dòng)作區(qū)（%）為：以K點(diǎn)為相繼動(dòng)作區(qū)邊界，有M側(cè)供給的短路電流1KA的整定電流值據(jù)分流公式：一般要求：（2）死區(qū)——KW不能動(dòng)作引起的，分電流死區(qū)和電壓死區(qū)。

功率方向繼電器采用90接線，但當(dāng)出口發(fā)生三相短路時(shí)，母線殘壓為零，功率方向繼電器不動(dòng)作，這種不動(dòng)作的范圍稱為死區(qū)。死區(qū)在本保護(hù)出口，在對(duì)側(cè)保護(hù)的相繼動(dòng)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(hù)都不能動(dòng)作。死區(qū)的長(zhǎng)度不允許大于被保護(hù)線路全長(zhǎng)的10％。

2、橫聯(lián)差動(dòng)方向保護(hù)的相繼動(dòng)作區(qū)和死區(qū)7.3.2平行雙回線路的橫聯(lián)差動(dòng)方向保護(hù)（1）相繼動(dòng)作區(qū)（2）橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的死區(qū)

——KW不能動(dòng)作引起的，分電流死區(qū)和電壓死區(qū)。（3）橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍

優(yōu)點(diǎn)：

——能夠迅速而有選擇性地切除平行線路上的故障，實(shí)現(xiàn)起來簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，不受系統(tǒng)振蕩的影響。

缺點(diǎn)：

——存在相繼動(dòng)作區(qū)，當(dāng)故障發(fā)生在相繼動(dòng)作區(qū)時(shí)，切除故障的時(shí)間增加1倍。保護(hù)裝置還存在死區(qū)。需加裝單回線運(yùn)行時(shí)線路的主保護(hù)和后備保護(hù)。適用于66kV及以下的平行線路上。

應(yīng)用：7.3平行雙回線路保護(hù)7.3.3電流平衡保護(hù)1、電流平衡保護(hù)的工作原理電流平衡保護(hù)：是利用電流平衡繼電器比較兩回線路電流大小來判斷雙回線路上是否發(fā)生故障和故障發(fā)生在哪一回路上，從而有選擇性地瞬時(shí)切除故障線路。7.3.2平行雙回線路的橫聯(lián)差動(dòng)方向保護(hù)7.3.1平行雙回線路內(nèi)部故障的特點(diǎn)

電流平衡繼電器是按比較平行雙回線路中的電流絕對(duì)值而工作的。還引入電壓量作為制動(dòng)量。2、整流型電流平衡繼電器

整流型電流平衡繼電器是用均壓法幅值比較回路比較平行雙回線路中的電流絕對(duì)值大小的。P1822、整流型電流平衡繼電器——是用均壓法幅值比較回路比較平行雙回線路中的電流絕對(duì)值大小的。動(dòng)作電流制動(dòng)電流制動(dòng)電壓動(dòng)作回路整流橋制動(dòng)回路整流橋制動(dòng)回路整流橋++U2、U3同極性并聯(lián)輸入為正弦量的動(dòng)作方程：制動(dòng)量取U2和U3兩者輸出的最大值執(zhí)行元件KP的動(dòng)作電壓若電流平衡繼電器為M側(cè)保護(hù)線路I的故障選擇元件；由光纖通道構(gòu)成的保護(hù)稱為光纖繼電保護(hù)。光纖通道由光發(fā)送器、光纖和光接收器組成。信號(hào)處理光發(fā)送器光接收器信號(hào)處理光纖電信號(hào)輸入電信號(hào)輸出光纖通道示意圖1、光發(fā)送器。光發(fā)送器作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)輸出。2、光接收器。光接收