,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第5讲 输电线路的快速纵联保护,#内容提要,快速保护的意义及种类,高频保护,基于相量单元（PMU)的光纤保护,1 概述,1.1 快速保护在超高压电力系统中的意义,1.2 线路快速纵联保护的现状与发展趋势,所谓快速纵联保护就是用某种通信手段将输电线路两端的保护装置纵向联系起来，以实现区内故障的全线无时限切除。(03年220kv以上线路快切率为99.13%),快速纵联保护主要有高频保护和光纤保护等。,第5讲 输电线路的快速纵联保护#内容提要,1,2 输电线的高频保护,2.1,高频保护的基本概念,2.1.1 高频保护的分类,高频保护是以输电线载波通道作为通信手段的纵联保护。高频保护通常可分高频电流保护和高频距离保护等几大类。,（1）高频电流保护,高频电流保护就是将线路两端的,电流相位,(,或,功率方向,),转化为高频信号传送到对方判断时是否动作的保护。,高频电流保护，可以分为两大类，即方向高频保护和相差高频保护。方向高频保护的基本原理是比较被保护线路两端的功率方向；而相差高频保护的基本原理则是比较两端电流的相位。,2 输电线的高频保护,2,（2）高频距离保护,高频距离保护实际上是利用高频通信手段将两端信息传至对方实现各类距离保护。,2.1.2 高频通道的组成,如图2-1所示，主要由,阻波器；结合电容器；连接滤过器；电缆；高频收发信机；刀闸等不见组成。,（1）组波器,图2-2 阻波器阻抗与频率的关系,（2）高频距离保护,3,图2-1 高频通道构成示意图 1阻波器；2结合电容器；3连接滤过器；4电缆；,5高频收发信机；6刀闸,图2-1 高频通道构成示意图 1阻波器；2结合电容器；,4,（2）连接滤波器,连接滤波器用来实现阻抗匹配。,所谓匹配即信号源电阻与负载电阻相等。,设线路侧线圈匝数为,N,1,，,电缆侧线圈匝数为,N,2,，若线路阻抗为,Z,c1,，,电缆阻抗为,Z,c2,则匹配方成为：,（3）收发信机,完成信息的接收、加工（调制、解调或信道编码）、和发送。,（4）高频通道的组合形式,相-地，相-相，地-地和分裂导线耦合等多种组合形式，构成多通道通信。,（2）连接滤波器,5,.,2.1.3 高频通道的工作方式和高频信号的作用,(1),高频通道的工作方式可以分为经常无高频电流,(,即所谓故障时发高频,),和经常有高频电流,(,长期发高频,),两种方式。,(2),高频信号的作用,：,闭锁信号、允许跳闸信号和无条件跳闸信号三种。,.,6,闭锁信号就是指：“收不到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件”。,所谓允许跳闸信号则是指：“收到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件”,。,无条件跳闸信号，是指“收到这种信号是保护动作于跳闸的充分而必要的条件”。,(3)高频信号与保护的逻辑关系：,故障时发高频电流方式下保护与高频信号间的配合逻辑为,跳闸 跳闸 跳闸,无条件跳闸 允许跳闸 闭锁信号,H,P,H,H,P,P,+,闭锁信号就是指：“收不到这种信号是高频保护动作跳闸的必要,7,2.2 高频闭锁方向保护,2.2.1 高频闭锁方向保护的基本原理,高频闭锁方向保护，是以高频通道经常无电流而在外部故障时发出闭锁信号的方式构成。闭锁信号由短路功率方向为负的一端发出，这个信号被两端的收信机所接收，而把保护闭锁。,这种保护是利用非故障,线路的一端,发出闭锁线,路两端保护,的高频信号，,而对于故障,线路两端则,不需要发出高频信号,。,图5-3 高频闭锁方向保护的作用原理,2.2 高频闭锁方向保护,8,系统发生振荡且振荡中心位于保护范围以内时，由于两端的功率方向均为正，保护将要误动；同时如果两端起动元件的灵敏度不相配合时，也可能发生误动作,。,2.2.2 高频闭锁方向保护的启动方式,（1）电流启动式,启动I和出口I1两个启动元件，II1,I比I1灵敏。,1 4 通道,2 3 5 跳闸,图5-4电流启动高频闭锁方向保护原理框图,如果只用一个启动元件，当外部短路时，近故障侧,I,I1,S+,t1,t,hs,hr,系统发生振荡且振荡中心位于保护范围以内时，由于两端的功率方,9,电流元件不动，而远故障侧启动元件启动，使远侧,保护误动。为此需用两个电流启动元件在定值上的配合（考虑TA误差0.1,启动电流误差0.05）。,电流元件不动，而远故障侧启动元件启动，使远侧,10,（2）功率方向元件启动方式,值得注意的是应整定S-的保护区大于S+的保护范围，以保证S+启动时对侧的S-一定能启动，否则S+的一侧保护会误动。,同一侧，S+按躲开最大负荷功率整定，S-的整定必须小于S+的整定功率，以便S-先于S+启动。,1 通道,跳闸,2 3,S_,S+,t,t,HS,HR,（2）功率方向元件启动方式S_S+ttHSHR,11,方向元件采用负序功率方向效果更好（防震荡误动）。,S+A,A B S-,S-,S+B,图2-5 S+和S-的动作区,2.3 高频距离保护,方向元件采用负序功率方向效果更好（防震荡误动）。,12,2.3.1 高频距离的工频故障分量距离元件,图 2-6保护区内外各点金属性短路时电压分布图,2.3.1 高频距离的工频故障分量距离元件,13,工频故障分量阻抗元件电压动作方程为：,(2-1),对相间故障：,对接地故障：,Z,Zd,为整定阻抗，装置中Z,Zd,=0.8Z,L,，Z,L,：线路全长阻抗,值。,U,Z,为整定门槛，取故障前工作电压记忆量，设故障,前各点电压一致，即各故障点故障前电压为,U,Z,=。,工频故障分量阻抗元件电压动作方程为：,14,区内故障时，图2-6b，在本侧系统零电位至故障,点 连线的延长线上，继电器动作。,反方向故障时，图2-6c，在 与对侧系统零点位,的连线上，显然，继电器不动作。,区外正方向故障时，图2-6d，在 与本侧系统零,点位的连线上，继电器不动作。,正方向经过渡电阻故障时的动作特性分析：如图,2-7所示。设 则,代入式(2-1)，得：,即：,区内故障时，图2-6b，在本侧,15,图2-7 正方向故障计算用图 图2-8正方向短路阻抗元件动作特性,Z,K,是阻抗元件的测量阻抗，是变量，在阻抗平面上是以矢量Z,S,的末端为圆心，以为半径的圆，如图8-4所示，当Z,K,矢量末端落于,圆内时动作。可见这种阻抗继电器有大的允许过渡电阻的能力，并,且不存在由于对侧电流助增所引起的超越问题（一般 与,同相位，过渡电阻压降始终与 同相位，过渡电阻的影响始终,呈电阻性，与R轴平行）。,16,对反方向短路分析,图2-9反方向故障计算用图,此时,代入式(2-1)，得：,即：,对反方向短路分析,17,以,Z,K,为变量，,Z,K,的动作轨迹在阻,抗平面上是以矢量末端为圆心，以为半,径的圆，见图,2-9,，动作圆在第一象限，,而因 为总是电感性的，,Z,K,在第三象,限，因此，阻抗元件具有明显的方向性,。,图2-10,反方向故障阻抗元件动作特性,以ZK为变量，ZK的动作轨迹在阻,18,为了保证母线故障转换至线路构成三相故障时仍,能快速切除故障，对三相阻抗均进行计算，任一相,动作跳闸时选为三相故障。,为了保证母线故障转换至线路构成三相故障时仍,19,2.3.2 能量积分方向元件,故障分量系统是一个单激励网络，故障前系统初,M N,始值为零，故障时相当于在故障点，突然加上一个,假象的电源 ，因此 向 提供的能,量为：,2.3.2 能量积分方向元件,20,考虑 的实际方向，当线路正方向故障时，,而当反方向故障时 。且反向故障时，反向侧,要大于正向侧的,，即 。,综上所述能量函数 有如下性值：,无故障,正方向故障,反方向故障,由于能量函数大小一般按两倍额定频率周期性波动，电,流过零时数值较小，保护的灵敏度和信噪比都会降低，为,此需对能量函数进一步积分：,考虑 的实际方向，当线路正方向故障时，,21,能量函数是单调上升或下降的，因此再次积分后越,积越大。能量积分函数反方向视为单调上升，正方向则为,单调下降。将其数值化处理可得：,式中T为额定周期，N为每周采样点数；M(j）为从故障开,始到一个采样点（j-1)之间能量积分函数的最大值。正方,向故障是SS(j)0。SS(j)的特点：,其方向性不受故障暂态过程影响，不要滤波，可实现高速,方向继电器（工频故障分量、非周期分量、各次谐波都是,有用的）；故障期间，SS(j)的绝对值始终单调上升，且大,于M(j)。即 因此可作为噪声监测元件；使保护的,快速性与安全性得到完美解决。,能量函数是单调上升或下降的，因此再次积,22,3,输电线光纤保护,3.1 纵联光纤差动保护,一种用光导纤维作为通信信道的纵联差动保护.,对于整定配合比较困难的短线路和超高压线路有明显的优势。,3.1.1,纵联差动保护的基本原理,a)内部故障情况,(b)正常运行及外部故障情况,图 5-15 纵差动保护的单相原理接线图,3 输电线光纤保护,23,电流纵差保护,参考方向设定为母线指向线路为正。,在正常运行及外部故障的情况下，当不计电流互感器励磁电流的影时，差动继电器不动。,当保护范围内部故障时，此时短路点的总电流为，归算到二次侧 。,当 时，继电器动作于跳闸。,电流纵差保护参考方向设定为母线指向线路为正。,24,影响电流互感器误差的主要因素是：,1)一次侧电流一定时，二次侧的负载(即阻抗)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，否则铁心就容易饱和；,2)二次负载已确定后，一次侧电流的升高可能,引起铁心磁通密度增大。因此，一般情况一次电流,越大时，二次电流的误差也增大。,纵差保护中的电流互感器，只需考虑靠近保,护范围末端外部故障时，出现不平衡电流的问题,。,比率制动电流纵联差动保护的动作判据：,影响电流互感器误差的主要因素是：,25,分相差动电流比较法,将两侧A、B、C三相及零序电流四个量传输至对侧，分相(包括零序)差动比较。判据如下：,时保护动作。,时保护动作。,。,分相差动电流比较法,26,3.1.3,光纤差动保护装置,光纤差动保护装置根据其差动元件的实现手段,可分为模拟式和数字式两种,。,1、模拟式分相光纤差动,装置,由电流,/,电压变换器，差动元件，负序突变量起,动元件，电流检测元件，逻辑回路，,PCM,（,Pulse,Code Modulation,）调制及解调电路和光端机等部,分组成。,3.1.3 光纤差动保护装置,27,输电线路纵联保护整定课件,28,（1）光纤差动保护装置的信号传输系统,1）脉冲编码调制（PCM）的调制器,电路可分为四个部分：时序电路、模拟信号编码电路、键控信号编码电路，并/串转换及汇合电路。,（1）光纤差动保护装置的信号传输系统,29,输电线路纵联保护整定课件,30,时序电路,时序电路,31,模拟信号编码电路,采样原理,转换开关,对采样信号的模,/,数转换采用,12bit A/D,转换器,。,模拟信号编码电路,32,键控编码,输电线路纵联保护整定课件,33,同步码,装置中采用,12,位同步码，,电路简单且可靠性高,。,即从高位到低位编码,依次为,010100110011,。,同步码,34,并/串转换,及汇合电路,一个传输周期,称为一帧，每一,帧的脉冲数,，,其中,N,为路数，,n,为编码位数。,s为模拟信号一周期内的采样次数。PCM传输系统的传输速率为,并/串转换,35,2）脉冲编码调制（,PCM,）的解调器,PCM解调器原理框图,2）脉冲编码调制（PCM）的解调器,36,编码时序图,时序电路,时钟提取的过程：,在,PCM,码中尽管带有,0,码、,1,码及他们的,连码，但仍包含有丰富的时钟频率分量。,用中心频率 的带通滤波器可获得频,率为 的交流信号，经过零检测形成,方波，整形后得到与发送侧完全相同的,时钟信号。,输电线路纵联保护整定课件,37,2）,传输系统的光端机,光发送电路,光接收电路,光接收电路的核心元件,是光接收管PIN。,光发送电路原理图,它将接收到的光脉冲信号转换为微弱的电流脉冲信号，,经