電力系統(tǒng)繼電保護應(yīng)用技術(shù)05輸電線路快速縱聯(lián)保護

所謂快速縱聯(lián)保護就是用某種通信手段將輸電線路兩端的保護裝置縱向聯(lián)系起來，以實現(xiàn)區(qū)內(nèi)故障的全線快切。

全線故障快切是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行必要條件之一；縱聯(lián)保護又是實現(xiàn)全線故障快切的一種必要手段。第5章輸電線路快速縱聯(lián)保護5.1220KV及以上超高壓線路的特點及保護配置〔1〕超高壓線路特點1〕220kV及以上超高壓線路是高壓電網(wǎng)的骨干，線路聯(lián)系緊密，傳輸?shù)碾娔艽?，傳輸距離遠，發(fā)生短路時，會嚴重破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性；2〕采用大截面分裂導(dǎo)線、不完全換位；長線路、重負荷，電流互感器變比大；線路分布電容電流明顯增大，電抗器補償；交直流混合電網(wǎng)?！?〕繼電保護保護根本配置1〕根本原那么“加強主保護、簡化后備保護〞

2〕根本配置雙重全線速動主保護加斷路器失靈保護，雙重〔或單套〕階段式距離、零序電流〔接地距離〕等后備保護和輔助保護。5.2線路縱聯(lián)保護根本概念〔1〕輸電線路縱聯(lián)保護的組成圖5.2輸電線路縱聯(lián)保護的結(jié)構(gòu)框圖〔2〕輸電線路縱聯(lián)保護的種類1〕按所用通道的分類①導(dǎo)引線縱聯(lián)②電力線載波縱聯(lián)③微波縱聯(lián)④光纖縱聯(lián)2〕按保護原理分類①縱聯(lián)電流差動保護圖5.3電流差動保護原理②方向比較式縱聯(lián)保護允許方向、閉鎖方向圖5.6閉鎖式、允許式、遠跳式縱聯(lián)保護

圖5.5相位差動保護原理③相差保護5.3線路的光纖差動保護5.3.1無制動特性的線路縱差保護〔1〕線路縱差保護的根本原理圖5.7環(huán)流法接線的縱差保護單相原理接線圖〔2〕線路縱差保護的不平衡電流圖5.8外部短路暫態(tài)過程中的外部短路電流和不平衡電流3〕無制動特性的線路縱差保護的整定計算靈敏度校驗：5.3.2線路的光纖縱聯(lián)差動保護(1)光纖通道1〕光纖與光纜①光纖的結(jié)構(gòu)與分類圖5.13光纖結(jié)構(gòu)與光纜結(jié)構(gòu)②光纜結(jié)構(gòu)2〕光纖通信的原理與連接方式圖5.14光纖通信原理圖5.15光纖通道的兩種連接方式3〕光纖通信的特點①頻帶寬，通信容量大。②傳輸損耗低，傳輸距離遠。③制造光纖、光纜的原材料資源豐富，節(jié)省有色金屬。④光纜具有體積小、重量輕，便于敷設(shè)和運輸。光纜的適應(yīng)性強,壽命長。⑤光纖通信抗電磁干擾，使用平安。(2)光纖保護(3)光纖分相電流差動保護1〕光纖分相差動保護原理電流整個方向規(guī)定由母線流向線路為正。①電流差動元件圖5.16光纖保護的組成框圖

差動電流為：制動電流為：最小差動電流電流：最小制動電流：

圖5.17電流差動元件動作特性圖中制動折線斜率〔或稱制動系數(shù)〕：

比率制動差動保護動作方程為：圖5.19內(nèi)部故障圖5.18外部故障圖5.20分相電流差動保護原理邏輯框圖2〕分相電流差動保護原理邏輯框圖：3〕光纖分相電流縱差保護的評價動作速度快，整組動作時間不大于20ms；具有有完全選擇性，可靠性高，可用于同桿雙回線等。5.3.3無制動特性的線路橫差保護〔1〕平行線路內(nèi)部故障的特點圖5.9平行線路供電網(wǎng)電流差是否為O可作為平行線路有無故障的依據(jù)，而要判斷哪條線路短路，那么需要判斷電流差的方向，根據(jù)這一原理實現(xiàn)的差動保護稱為橫聯(lián)差動方向保護，簡稱橫差保護。平行線路內(nèi)部短路時，利用母線電壓降低、平行線路電流不等的特點，同樣也可判別故障線路?！?〕橫聯(lián)差動方向保護1〕單相橫聯(lián)差動方向保護的構(gòu)成圖5.10單相橫聯(lián)差動方向保護2〕橫聯(lián)差動方向保護的工作原理3〕橫聯(lián)差動方向保護的相繼動作區(qū)和死區(qū)圖5.11橫聯(lián)差動方向保護相繼動作區(qū)示意圖4〕無制動特性橫聯(lián)差動方向保護的整定①躲過單回線路運行時的最大負荷電流。考慮單回線運行外部故障切除后，在最大負荷電流情況下可靠返回，那么動作電流為：②躲過平行線路外部短路時流過保護的最大不平衡電流。③躲過在相繼動作區(qū)內(nèi)發(fā)生接地短路故障時，流過本側(cè)非故障相的最大短路電流：④靈敏度校驗。不應(yīng)小于1.5。5〕橫聯(lián)差動方向保護的評價〔3〕電流平衡保護原理圖5.12電流平衡保護的原理圖優(yōu)點：只有電流相繼動作區(qū)而沒有死區(qū)，而且相繼動作區(qū)比橫聯(lián)差動方向保護小。此外，動作迅速、靈敏放度足夠高并且接線簡單。本卷須知是在電源側(cè)才能采用電流平衡保護。

5.4線路高頻電流保護(1)高頻保護的定義高頻保護是以輸電線載波通道作為通信通道的縱聯(lián)保護。(2)高頻保護的分類。方向高頻保護和相差高頻保護兩大類。

5.4.2高頻通道的構(gòu)成原理最簡單、經(jīng)濟的“相地制〞載波通道。

圖2-2阻波器阻抗與頻率的關(guān)系圖5.21“相地制〞電力線載波高頻通道的結(jié)構(gòu)示意圖

(1)高頻阻波器(2)耦合/結(jié)合電容器〔濾波、隔工頻〕〔3〕連接濾波器連接濾波器用來實現(xiàn)阻抗匹配。所謂匹配即信號源電阻與負載電阻相等。設(shè)線路側(cè)線圈匝數(shù)為N1,，電纜側(cè)線圈匝數(shù)為N2，假設(shè)線路阻抗為Zc1，電纜阻抗為Zc2那么匹配方成為：(4)高頻電纜(5)保護間隙(6)接地開關(guān)/刀閘〔7〕收發(fā)信機完成信息的接收、加工〔調(diào)制、解調(diào)或信道編碼〕、和發(fā)送。

圖5.22發(fā)信機原理框圖圖5.23收信機原理框圖5.4.3高頻通道的工作方式和高頻信號的種類(1)電力線載波高頻通道的工作方式經(jīng)常無高頻電流(即所謂故障時發(fā)高頻)、經(jīng)常有高頻電流(長期發(fā)高頻)和移頻等三種方式。

(2)電力線載波信號的種類閉鎖信號就是指：“收不到這種信號是高頻保護動作跳閘的必要條件〞。所謂允許跳閘信號那么是指：“收到這種信號是高頻保護動作跳閘的必要條件〞。無條件跳閘信號，是指“收到這種信號是保護動作于跳閘的充分而必要的條件〞。(3)高頻電流頻率和收發(fā)信機調(diào)制方式圖5.24高頻保護信號邏輯圖

圖5.25單頻制與雙頻制

5.4.4高頻閉鎖方向保護和相差高頻保護的基本原理

高頻閉鎖方向保護，是以高頻通道經(jīng)常無電流而在外部故障時發(fā)出閉鎖信號的方式構(gòu)成。閉鎖信號由短路功率方向為負的一端發(fā)出，這個信號被兩端的收信機所接收，而把保護閉鎖。利用非故障端發(fā)出閉鎖路兩端保護的高頻信號，而對故障線路兩端那么不需要發(fā)出高頻信號。圖4-3高頻閉鎖方向保護的作用原理系統(tǒng)發(fā)生振蕩且振蕩中心位于保護范圍以內(nèi)時，由于兩端的功率方向均為正，保護將要誤動；同時如果兩端起動元件的靈敏度不相配合時，也可能發(fā)生誤動作。(2)相差高頻保護的根本原理

5.6影響線路保護性能的因數(shù)及對策5.6.1短路點過渡電阻對距離保護的影響(1)短路點過渡電阻的性質(zhì)(2)單側(cè)電源線路上過渡電阻的影響

圖5.29單側(cè)電源過渡電阻的影響

(3)雙側(cè)電源線路上過渡電阻的影響

圖5.30雙側(cè)電源通過短路的接線圖保護1和2的測量阻抗為：〔4〕過渡電阻對不同動作特性阻抗元件的影響圖5.31過渡電阻對不同動作特性阻抗元件影響的比較〔5〕目前防止過渡電阻影響的方法有：1〕采用能容許較大的過渡電阻而不致拒動的阻抗繼電器。2)過渡電阻大約經(jīng)過0.1~0.15s后才迅速增大。通常距離保護的第Ⅱ段與第1段同時啟動，將短路瞬間的測量阻抗值固定保持下來〔此時的阻抗受過渡電阻影響小〕，但經(jīng)延時出口〔只適用于相間故障〕。

3)采用瞬態(tài)保護〔小波算法，故障分量算法等〕5.6.2電力系統(tǒng)振蕩對保護的影響(1)電力系統(tǒng)振蕩時電壓、電流及阻抗變化

圖5.33系統(tǒng)及振蕩時的綜合電勢

假設(shè)，超前，角度。M側(cè)振蕩電流：M側(cè)振蕩電壓：振蕩時M側(cè)的視在阻抗：(2)應(yīng)對振蕩的措施1〕電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩和短路的主要區(qū)別：振蕩時，電流和各點電壓的幅值均作周期性變化；而短路后，短路電流和各點電壓的值是不變的；振蕩時電流和各點電壓幅值的變化速度較慢，而短路時電流是突然變化，速度很快。振蕩時，任一點電流與電壓之間的相位關(guān)系都隨的變化而改變；而短路時，電流和電壓之間的相位不變。