第四章-输电线路纵联保护

《第四章-输电线路纵联保护》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章-输电线路纵联保护（39页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第四章 输电线路纵联保护l4.1 输电线路纵联差动保护输电线路纵联差动保护 l4.2 输电线路的高频保护输电线路的高频保护l4.3微波保护简介（了解）微波保护简介（了解）l4.4 输电线路纵联保护的发展趋势输电线路纵联保护的发展趋势(了解)第一节 输电线纵联差动保护 n前几章中讲述的电流电压保护和距离保护原理用于输电线路时，只需将线路一端的电流电压经过互感器引入保护装置，比较容易实现。但由于互感器传变的误差、线路参数值的不精确性以及继电器本身的测量误差等原因，这种保护装置可能将被保护线路对端所连结的母线上的故障，或母线所连接的其它线路出口处的故障，误判断为本线路末端的故障而将被保护线路切断。为

2、了防止这种非选择性动作，不得不将这种保护的无时限保护范围缩短到小于线路全长。n一般将保护的I 段定值整定为线路全长的8085%，对于其余的1520线路段上的故障，只能带第11 段的时限切除，为了保证故障切除后电力系统的稳定运行，这样做对于某些重要线路是不能允许的。在这种情况下，只能采用所谓的纵联保护原理保护输电线路，以实现线路全长范围内故障的无时限切除。4.1 输电线路纵联保护基本原理和分类输电线路纵联保护基本原理和分类n一、纵联保护及其构成一、纵联保护及其构成 输电线路的纵联保护，就是用某种通信通道输电线路的纵联保护，就是用某种通信通道(简称通道简称通道)将输电线将输电线两端或各端两端或各端

3、(对于多端线路对于多端线路)的保护装置纵向连接起来，将各端的电气的保护装置纵向连接起来，将各端的电气量量(电流、功率的方向等电流、功率的方向等)传送到对端，将各端的电气量进行比较，以传送到对端，将各端的电气量进行比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外，从而决定是否切断被判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外，从而决定是否切断被保护线路。保护线路。n二、纵联保护的基本原理二、纵联保护的基本原理保护原理的本质是甄别系统正常和故障状态下电气量或非电气保护原理的本质是甄别系统正常和故障状态下电气量或非电气量之间的差别，纵联保护也不例外。输电线路的纵联保护就是利用线量之间的差别，纵联保护也不

4、例外。输电线路的纵联保护就是利用线路两端的电气量在故障与非故障时的特征差异构成的。当线路发生区路两端的电气量在故障与非故障时的特征差异构成的。当线路发生区内故障、区外故障时，电力线两端电流波形、功率、电流相位以及两内故障、区外故障时，电力线两端电流波形、功率、电流相位以及两端的测量阻抗都有明显的差异，利用这些差异就可以构成不同原理的端的测量阻抗都有明显的差异，利用这些差异就可以构成不同原理的纵联保护。纵联保护。l1.两侧电流量特征 双端电源线路区内、外故障示意图(a)内部故障；(b)外部故障如图所示，有如图所示，有 ，在故障点有较大短路电流流出，在故障点有较大短路电流流出;MNk1IIII如图

5、所示，线路两端电流相量关系为如图所示，线路两端电流相量关系为 。MN0III当线路发生内部故障时，当线路发生内部故障时，当线路发生区外短路故障或正常运行时，当线路发生区外短路故障或正常运行时，l2两侧电流相位特征两端输电线路，若全系统阻抗角均匀，且两端电动势角相等，则两端输电线路，若全系统阻抗角均匀，且两端电动势角相等，则当线路当线路MN发生区内短路故障时，两侧电流同相位，即、相位差为发生区内短路故障时，两侧电流同相位，即、相位差为0；而当正常运行或发生区外短路故障时，两侧电流反相，即电流、相位而当正常运行或发生区外短路故障时，两侧电流反相，即电流、相位差为差为180。l3两侧功率方向特征 当

6、线路上发生区内故障和区外故障时，输电线两端的功率方向也当线路上发生区内故障和区外故障时，输电线两端的功率方向也有很大差别。令功率正方向由母线指向线路，则线路发生区内故障时，有很大差别。令功率正方向由母线指向线路，则线路发生区内故障时，两端功率方向都由母线流向线路，两端功率方向相同，同为正方向；两端功率方向都由母线流向线路，两端功率方向相同，同为正方向；而发生区外故障时，远故障点端功率由母线流向线路，功率方向为正，而发生区外故障时，远故障点端功率由母线流向线路，功率方向为正，近故障点端功率由线路流向母线，功率方向为负，两端功率方向相反。近故障点端功率由线路流向母线，功率方向为负，两端功率方向相反

7、。l4两侧测量阻抗值特征当线路区内短路时，输电线路两端的测量阻抗都是短路阻抗，一当线路区内短路时，输电线路两端的测量阻抗都是短路阻抗，一定位于距离保护定位于距离保护段的动作区内，两侧的段的动作区内，两侧的段同时启动；当正常运行段同时启动；当正常运行时，两侧的测量阻抗是负荷阻抗，距离保护时，两侧的测量阻抗是负荷阻抗，距离保护段不会启动；当发生外段不会启动；当发生外部短路时，两侧测量阻抗也是短路阻抗，但一侧为反方向，若采用方部短路时，两侧测量阻抗也是短路阻抗，但一侧为反方向，若采用方向特性的阻抗继电器，则至少有一侧的距离向特性的阻抗继电器，则至少有一侧的距离段不会启动。段不会启动。n三、纵联保护的

8、分类三、纵联保护的分类纵联保护按照所利用信息通道的不同类型可以分为纵联保护按照所利用信息通道的不同类型可以分为导引线纵导引线纵联保护联保护、电力线载波纵联保护电力线载波纵联保护、微波纵联保护微波纵联保护和和光纤纵联保护光纤纵联保护四种。四种。纵联保护按照保护动作原理，可以分为纵联保护按照保护动作原理，可以分为方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护和和纵联电流差动保护纵联电流差动保护两类。两类。n首先以极短的输电线路为例，简要说明纵联差动保护的基本原理。如图4-1 所示，在线路的M和N两端装设特性和变比完全相同的电流互感器，两侧电流互感器一次回路的正极性均置于靠近母线的一侧，二次回路的同极性端子相

9、联接（标“”号者为正极性），差动继电器则并联联接在电流互感器的二次端子上。在线路两端，仍规定一次侧电流的正方向为从母线流向被保护的线路，那么在电流互感器采用上述连接方式以后，流入继电器的电流即为各互感器二次电流的总和 n当保护范围内部（如d1点）故障时，如为双侧电源供电，则两侧均有电流流向短路点，如图4-1（a）所示，此时短路点的总电流为IdI1M+I1N 因此流入继电器回路，亦即差动回路的电流为n即等于短路点总电流归算到二次侧的数值。当IJ IdzJ时，继电器即动作于跳闸。由此可见，在保护范围内部故障时，纵差动保护反应于故障点的总电流而动作。n由于在正常情况下，上述连接方式的纵差动保护二次侧

10、的电流在导引线中成环流，因此，称为环流法纵差动保护。图4-1 的接线只能用于变压器、发电机等电力设备和母线，不能用于输电线路，因为在正常情况下，它要求沿线路敷设流过电流互感器二次电流的多根导引线，这在技术上是不可能的，在经济上也是不合理的。n图4-2 为输电线纵联差动保护的基本原理接线。图4-2(a）为环流法纵差保护原理接线；图4-2(b）为均压法纵差保护原理接线。为了减少所需导引线的根数，在输电线纵差保护中，一般都采用电流综合器（I)，将三相电流合成一单相电流，然后传送到对端进行比较。综合器I可用对称分量复合滤序器或其它原理作成。n由于两端的电流综合器I合成的单相电流IM和IN经隔离变压器G

11、B 后变成电压UM和UN然后由导引线pw连结起来。隔离变压器GB 的作用是将保护装置回路与导引线回路隔离，以免导引线回路中被高压线或雷电感应而生的过电压波损坏保护装置中的元件，又便于对导引线的完好性进行监视。其次，GB 还用于将电压升高到合适的数值，以减小长期正常运行状态下导引线中的电流（对环流法）和功率消耗。n按照环流法接线，在正常无故障运行和外部故障情况下，线路两端的一次电流IM和IN大小相等，相位差180。因而导引线两端的电压UM和UN也是大小相等，相位相反，它们在导引线中产生一环流。两端的GB 工作于次级短路状态，因而其初级电压较小，不足以使跨接于其两端的继电器动作，保护不会动作跳闸。

12、n当被保护输电线上发生内部短路时，导引线两端的一次电流IM和IN以及导引线两端的电压UM和UN不再大小相等，相位相反，两端的GB 不再工作于次级短路状态，其初级电压升高，使继电器动作于跳闸。n对图4-2(a）的环流法原理也可作另一种解释。在正常运行或N 侧外部短路的情况下M和N两侧电流的方向相反（规定电流从母线流向线路的方向为正方向）n实际上，在外部短路时，由于各种误差的影响，将有一不平衡电流流入继电器，继电器的起动定值必须躲过最大的不平衡电流，才能保证保护不会误动作。按照图4-2(b）均压法接线时，同样在正常无故障运行和外部故障情况下，线路两端的一次电流IM和IN大小相等相位相反。导引线两端

13、的电压UM和UN也大小相等，相位相反，但因在此情况下，UM和UN系反向连接，故导引线中无电流。两端GB 工作于开路状态。n其初级电流很小，不足以使串接于初级回路的继电器动作于跳闸。而当被保护线路上发生短路时，IM和IN、UM和UN不再大小相等，相位相反，导引线中将有电流流通，GB 的初级回路中也将有电流流入继电器，使保护动作于跳闸。差动保护的特点（1）选择性 保护范围是来两侧电流互感器之间所包括的范围，不需要与相邻元件相配合。（2）速动性 只保护本线路，全线速动。（3）可靠性 需要辅助导线（4）灵敏性 不需要与相邻元件的保护整定，灵 敏性好（收集的是保护两端的信息）缺点：只适应于较短和比较重要

14、的线路。n三、影晌输电线纵联差动保护正确工作的因素影响输电线纵联差动保护正确工作的主要因素有：(1）电流互感器的误差和不平衡电流；(2）导引线的阻抗和分布电容，(3）导引线的故障和感应过电压。n下面分别加以简要说明。1 电流互感器的误差和不平衡电流从图4-3 和图4-4 的动作特性曲线可知，在外部短路情况下，输电线两端一次电流虽然大小相等，方向相反，其和为零，但如果由于电流互感器传变的幅值误差和相位误差，使其二次电流不再大小相等，方向相反，则保护可能进入动作区，误将线路跳开。n在此情况下，二次电流之和不再等于零，此电流称为不平衡电流。不平衡电流也可按电流互感器的额定变比折合到一次侧，称为一次不

15、平衡电流。不平衡电流可假想为两端一次电流大小不等、相位差不等于180而造成的。不平衡电流是由于两端电流互感器的磁化特性不一致，励磁电流不等造成的。稳态负荷情况下，其值较小，而在短路时，短路电流很大，使电流互感器铁心严重饱和，不平衡电流可能达到很大的数值。n(l）稳态情况下的不平衡电流。如果电流互感器具有理想的特性，按环流法接线构成的纵差动保护，则在正常运行和外部故障时，两个电流互感器二次电流大小相等、相位差180，相加为零。但实际上，由于电流互感器总是具有励磁电流，且励磁特性不会完全相同，因此，二次侧电流的数值应为n在正常运行以及保护范围外部故障时，如上所述，IM+IN=0，因此不平衡电流为n

16、因ILN和IN一样也是负值，故不平衡电流Ibp实际是两个电流互感器励磁电流之差。因此，凡导致励磁电流增加的各种因素以及两个电流互感器励磁特性的差别，是使Ibp增大的主要原因。为此，需对电流互感器的特性及其误差作进一步的分析。n根据图45(a）所示电流互感器的等效回路，可以求出二次电流与一次电流的关系为 n具有铁心的线圈是一个非线性元件，其励磁阻抗Z主是随着铁磁材料磁化曲线的工作点而变化的。当铁心不饱和时，Z的数值很大且基本不变，因此励磁电流很小，此时可认为I2和I1成正比而且误差很小。n当电流互感器的一次电流增大后，铁心开始饱和，则Z迅速下降，励磁电流增大，因而，二次电流的误差也随之迅速增加，

17、铁心越饱和则误差越大，其关系如图4-5(b）所示。由于铁心的饱和与否主要取决于铁心中的磁通密度，因此，对于已经做成的电流互感器而言，影响其误差的主要因素是：n1）当一次侧电流I1一定时，二次侧的负载（即阻抗Z2）越大，则要求二次侧的感应电势越大，因而，要求铁心中的磁通密度越大，铁心就容易饱和；n2）当二次负载已确定之后，一次侧电流的升高也将引起铁心中磁通密度增大。因此，一次电流越大时，二次电流的误差也增大。n为了保证继电保护的正确工作，就要求电流互感器在流过故障电流时，应保持一定的准确度。实际工作上都是采用电流互感器的10误差曲线。当电流互感器的容量满足10%误差曲线的要求时，其二次电流的误差

18、就一定小于10%，相应的角度误差不大于7。n对用于纵差保护中的电流互感器，只需考虑外部故障时，出现不平衡电流的问题。因此，在考虑一次电流最大倍数时，应采用外部故障时，流过电流互感器的最大短路电流Idmax，并保证在这种最大的一次电流情况下，二次电流的误差不大于10。这样，在纵差动保护中，不平衡电流的稳态值就可以按下式计算 n中Ktx为电流互感器的同型系数，当两侧电流互感器的型号、容量均相同时，可取为0.5。n(不是同种型号的系数取1)n(2）暂态过程中的不平衡电流。由于差动保护是瞬时动作的，因此，还需要进一步考虑在外部短路暂态过程中，差动回路中出现的不平衡电流。n由图可见，暂态不平衡电流可能超

19、过稳态不平衡电流好几倍，而且由于两个电流互感器的励磁电流含有很大的非周期分量，从而使不平衡电流（励磁电流之差）也含有强烈的非周期分量，完全偏于时间轴的一侧。图中不平衡电流最大值出现的时间较迟，是由于励磁回路具有很大的电感，励磁电流不能立即上升的缘故。措施：n为了保证纵差动保护的选择性，差动继电器的起动电流必须躲开上述最大不平衡电流因此，Ibpmax越小，则保护的灵敏性就越好，故如何减小不平衡电流就成为一切差动保护的中心问题。为减小不平衡电流，对于输电线纵差动保护以及其它纵差动保护应采用型号相同、磁化特性一致、铁心截面较大的高精度的电流互感器，在必要时，还可采用铁心磁路中有小气隙的电流互感器。n

20、2 导引线的阻抗和分布电容对输电线纵差保护的影响当纵差动保护用于较长的输电线时，导引线的阻抗增大，使隔离变压器GB 的二次负组增大，因而使GB 的传变误差增大。为了减小其二次负载，可以提高GB 的变压比，即将导引线回路的电压升高。但是这将使导引线上的分布电容电流和漏电流增大，同样增大GB 的传变误差。n此外GB 二次电压过高时，将出现设备和人身安全，以及设备的管理体制等问题。因此GB 二次电压也不能太高。由于这些技术上的困难以及经济上的考虑，纵差动保护只适于用在较短（一般应在20km 以下）而且重要的输电线上。n3 导引线的故障及感应过电压对保护的影响导引线可以埋在地下电缆沟内，也可架空敷设。无论哪种敷设方式都有发生短路或断线的可能。对于环流法接线，导引线断线将造成保护误动作，导引线短路将造成输电线内部短路时保护拒动。因此，对于导引线的完好性，应有经常的监视回路。导引线完好性监视的方法很多，限于篇幅此处从略。n因导引线一般与高压输电线平行敷设，在输电线短路时，短路电流可在导引线回路处感应产生过电压。此外，雷电也可在导引线中感应而生过电压，虽有隔离变压器的隔离，这些过电压仍有可能进入保护回路，造成保护装置中元器件的损坏。因此，还应采取相应的过电压保护措施。