继电保护原理三-输电线纵差

目录：

3.5 距离保护的整定计算原则及对距离保护的评价 3.5.1 距离保护的整定计算原则 1.距离保护第段的整定 2.距离保护第段的整定 3.距离保护第段的整定 4.最小精确工作电流校验 3.5.2 对距离保护的评价 1.选择性 2.快速性 3.灵敏性 4.可靠性 3.5.3 距离保护整定计算举例 3.6 影响距离保护正确动作的因素及防止方法 3.6.1 短路点过渡电阻对距离保护的影响 一、短路点过渡电阻的性质 二、单侧电源线路上过渡电阻的影响 三、双侧电源线路上过渡电阻的影响 四、过渡电阻对不同动作特性阻抗元件的影响 3.6.2 电力系统振荡对距离保护的影响及振荡闭锁回路 一、电力系统振荡时电压电流的分布 二、电力系统振荡对距离保护的影响 三、振荡闭锁回路 第4章、输电线纵联差动保护 4.1 输电线纵联差动保护 4.1.1 输电线纵联差动保护的基本原理 一、基本工作原理 二、输电线纵联差动保护实际接线原理分析 4.1.2影响输电线纵联差动保护正确工作的因素 一、电流互感器的误差和不平衡电流 二、导引线的故障和感应过电压对保护的影响 4.2输电线的高频保护 4.2.1高频保护的基本概念 一、高频保护的定义 二、高频保护的构成 三、高频保护的分类 4.2.2高频通道的构成 一、阻波器 二、结合电容器 三、连接滤波器 四、高频收发信机 五、高频电缆 4.2.3高频通道的工作方式和高频信号的作用 一、高频通道的工作方式 二、高频信号的作用 4.2.4方向高频保护 一、高频闭锁方向保护的基本原理 二、高频闭锁负序方向保护的构成原理 三、高频闭锁距离保护和高频闭锁零序方向保护的基本原理   ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3.5.1 距离保护的整定计算原则   1.距离保护第段的整定 原则：按躲过线路末端整定 (欠量保护，整定系数小于1) 对于保护2的整定阻抗  其动作时限为0；与运行方式无关，仅与线路的阻抗关联。 ----------------

2.距离保护第段的整定

-原则1：与相邻线路的距离段配合
-原则2：按躲过线路末端变压器低压母线短路整定
(考虑到Zb的计算误差大)
取上述两项中数值小者作为距离保护第段定值。
动作时间：
距离段灵敏系数校验
灵敏度校验：按本线路末端故障校验灵敏度。 要求大于1.25 若灵敏度不满足要求，应与相邻线路距离保护段配合。 ---------------- 3.距离保护第段的整定 原则：按躲过输电线路的最小负荷阻抗整定。（考虑外部故障切除后，电动机自启动时，距离保护段应可靠返回） 求最小负荷阻抗： 即最大负荷，电压最低，电流最大。电压偏差在正常状态不能超过5%，故障状态不能超过10%。Uc/根号3得相电压。 对于全阻抗继电器，其整定值为： 线路阻抗角度60°-85°，负荷阻抗角度20°-30°，大小相等。  
---------------- 4.最小精确工作电流校验 按各段保护范围末端短路的最小短路电流整定。
-------------------------------------------------------------- 3.5.2 对距离保护的评价 1.选择性 在多电源的复杂网络中能保证动作的选择性。 2.快速性 距离保护的第段能保护线路全长的85%，对双侧电源的线路，至少有30%的范围保护要以段时间切除故障。
3.灵敏性 由于距离保护同时反应电压和电流，比单一反应电流的保护灵敏度高。 距离保护段的保护范围不受运行方式变化的影响。保护范围比较稳定。第、段的保护范围受运行方式变化影响。（分支系数变化） 4.可靠性 由于阻抗继电器构成复杂，距离保护的直流回路多，振荡闭锁、断线闭锁等使接线复杂，可靠性较电流保护低。 应用： 在35KV-110KV作为相间短路的主保护和后备保护，采用带零序电流补偿的接线方式，在110KV线路中也可作为接地故障的保护。 在220KV超高压线路中作为后备保护。 -------------------------------------------------------------- 3.5.3 距离保护整定计算举例 例1.如图所示网络中，母线1和3处均装设距离保护，计算母线1处距离保护、、段的一次和二次动作阻抗，并校验灵敏性？ 已知：1）线路AB的，网络的正序阻抗为阻抗角度； 2）段的可靠系数取0.85，段可靠系数取0.8，段可靠系数取1.25，返回系数取1.17，自起动系数取1； 3）保护用电流互感器变比为400/5，电压互感器变比为1100 00/100，母线处距离保护初步拟定采用全阻抗继电器。
--------- 2）距离段整定计算 （1）整定阻抗 a.保护1第段一次整定阻抗
b.保护1第段二次整定阻抗
（2）动作时间t=0S，实际决定于继电器本身固有动作时间。 --------- 3）距离段 （1）与下一线保护段配合（K1）

最小分支系数（考虑无助增电流情况）


（2）躲过线路末端变压器侧出口（K2）的测量阻抗


以上两计算值取较小者作为距离段整定值，即

保护1第段二次整定阻抗

  支路左侧电位相等    
  动作时间：（注：由t4=0.5S可得t3=1S，由t5=1S取其中较长值） 灵敏系数检验：
  ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3.6 影响距离保护正确动作的因素及防止方法 阻抗继电器的测量阻抗时受很多因素影响的，主要有： .短路点的过渡电阻 .电力系统振荡 .保护安装处与故障点之间有分支电路 .电流互感器、电压互感器的误差 .电压互感器二次回路断线 .串连补偿电容 -------------------------------------------------------------- 3.6.1 短路点过渡电阻对距离保护的影响 一、短路点过渡电阻的性质 1.短路点的过渡电阻：当相间短路或接地短路时，短路电流从一相流到另一相或从一相流入地的途径中所通过的物质的电阻 2.分类：电弧电阻、中间物质的电阻、相导线与地之间的接触电阻、金属杆塔的接地电阻等。 电弧电阻 铁塔的接地电阻：与大地电导率有关，难于准确计算 d(1,1),d(1)——电弧电阻、杆塔电阻、大地电阻 d(3),d(2)——电弧电阻 3.过渡电阻的性质 阻抗继电器感受到的过渡电阻可能不是纯电阻性的
-------------------------------- 二、单侧电源线路上过渡电阻的影响
Zf=Rg，纯电阻性；Zj=Zd+Rg增大，保护范围缩小      
当Rg较大，Zj2超出其段范围而落入段范围内，而Zj1仍在段的保护范围内，则保护1和2将同时以第段时限动作，造成保护误动。 小结：短路点距保护安装处越近，影响越大，反之影响越小；保护装置整定值越小，相对的受过渡电阻影响越大 -------------------------------- 三、双侧电源线路上过渡电阻的影响  
小结：α>0时，Zj的电抗部分增大，保护范围缩短；α<0时，Zj的电抗部分减小，可能无选择性动作。 -------------------------------- 四、过渡电阻对不同动作特性阻抗元件的影响 1.对不同动作阻抗元件的影响分析
假定在保护1处的距离采用不同特性的阻抗继电器，它们的整定值选择都一样。椭圆特性阻抗继电器动作特性在复数阻抗平面+R轴方向面积最小，对过渡电阻最敏感，受其影响最大。全阻抗继电器动作特性在+R轴方向面积最大，受影响最小。 小结：阻抗继电器的动作特性在+R轴方向所占面积最大，则受过渡电阻的影响也就越小。 --------- 2.防止过渡电阻影响的方法（两种措施） 1）在保护范围不变的前提下，采用动作特性在+R轴方向上有较大面积的阻抗继电器
2）采用瞬时测量装置 “瞬时测量”就是将测量元件的初始动作状态，通过起动元件的动作将其固定下来。短路初瞬，起动元件1：段阻抗元件2动作，因而起动中间继电器3，3启动后通过其触点1自保持。当过渡电阻增大，阻抗元件2返回。保护仍能在时间元件4动作后，经中间继电器3的触点2去跳闸。 -------------------------------------------------------------- 3.6.2 电力系统振荡对距离保护的影响及振荡闭锁回路 振荡时，系统中各发电机电势的相角差随时间作周期性变化。系统中各点电压，线路电流以及距离保护的测量阻抗->发生周期性变化，可能导致距离保护的误动作。   一、电力系统振荡时电压电流的分布 几点假设： 1）全相振荡时，系统三相对称，故可只取一相分析 2）两侧电源电势和电势相等，相角差为δ。 3）系统中各元件阻抗角均相等，以表示ψd 4）不考虑负荷电流的影响，不考虑振荡同时发生短路   1.电力系统振荡的基本概念 1）振荡：在继电保护范围内，把这种发电机与系统电源之间或系统两部分电源之间功角δ的摆动现象，称为振荡。 2）振荡中心：振荡时在电势相角差为δ的情况下，系统中总有一点的电压为最低，这一点称为振荡中心，称为电气中心 3）振荡周期：在系统发生振荡时，电压的幅值由一个最大值到下一个最大值之间的时间。（振荡过程中振荡周期最短为0.1-0.15S） 电力系统振荡有周期与非周期之分；运行经验表明，当系统的电源间失去同步扣，它们往往能自行拉入同步，有时当不允许长时间异步运行时，则可在预定的解列点自动或手动解列。在振荡时不允许继电保护装置误动。 ---------------- 2.振荡时电流变化 ---------------- 3.振荡时电压的变化
  小结：系统中总有一点的电压为最低，其值为由0向相量所做的垂线的长度，该点则称为振荡中心，以Z表示。 当ψz=ψL且系统中各元件阻抗角相等时，振荡中心的位置在全系统纵向阻抗的中点（即处）。当δ=180°时，Uz=0，I最大，相当于在线路Z点发生三相短路（极有可能发生误动）。 -------------------------------- 二、电力系统振荡对距离保护的影响 1.振荡中的测量阻抗 振荡电流   M侧   ---------------- 2.系统振荡时，不同安装地点距离保护测量阻抗的变化
---------------- 3.系统振荡时对不同特性阻抗继电器的影响 阻抗继电器的动作特性在阻抗复平面上没O'O''直线方向所占面积越大，受振荡的影响越大，反之亦然。
小结： 1）测量阻抗顶端变化轨迹为垂直平分的一条直线 2）当保护安装点越靠近振荡中心，受影响越大 3）在相同定值下，阻抗继电器的动作特性在阻抗复平面上沿O'O''直线方向所占面积越大，受振荡的影响越大 措施： 1）延长保护装置的动作时间（如距离段） 2）把定值压低，使振荡中心位于特性圆外，但不能影响灵敏性 3）增设振荡闭锁回路 -------------------------------- 三、振荡闭锁回路 1.电力系统发生振荡和短路时的主要区别 1）系统振荡时，不会出现电压和电流的负序或零序分量；短路故障时，会出现电压和电流的负序或零序分量。 2）振荡时，电流和各点电压的有效值均出现周期性平滑变化；短路时，电流突然增大，电压突然降低，其变化速度很快 3）振荡时，系统各点电压和电流的相位差随振荡角不同而变化；短路故障时，电压和电流的相位差是固定不变的，等于线路阻抗角 4）在振荡中收及其附近，电压变化最为剧烈，当该点电压为零时，相当于这一点发生三相短路故障，但与实际三相短路故障仍有一定区别 ---------------- 2.基本要求 1）当系统只发生振荡而无故障时，应可靠闭锁保护 2）区外故障而引起系统振荡时，应可靠闭锁保护 3）区内故障，不论系统是否振荡，都不应闭锁保护 根据上述基本要求，振荡闭锁回路目前主要采用两种原理： 1）利用短路时出现负序而振荡时无负序分量的原理 2）利振荡和短路时电气量变化速度不同的原理 ---------------- 3、利用负序（或零序）分量元件启动的闭锁振荡回路 1）负序电压滤过器
 
2）负序电流滤过器 适当选取电阻R，可以消除正序电流的影响
3）利用负序（或零序）分量元件启动的闭锁回路
当系统只振荡，起动元件不动作，保护不会开放； 内部短路时，起动元件立即动作，然后自保持，短时开放保护（在此期间允许保护跳闸） ---------------- 4、反应测量阻抗变化速度的振荡闭锁回路
  反应单侧电气量保护的缺陷： 区分本线路末端短路与相邻线路出口短路，无法实现全线速动。
因为： （1）电气距离接近相等 （2）继电器本身测量误差 （3）线路参数不准确 （4）电流互感器、电压互感器不误差 （5）短路类型不同 （6）运行方式变化等 对于超高压线路，一般要求采用能够瞬时切除本线路任意点故障的全线速动保护->输电线纵联保护   ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 第4章、输电线纵联差动保护 输电线纵联保护的概念及分类 1、纵联保护： 所谓输电线的纵联保护，就是用某种通信通道（简称通道）将输电线两端的保护装置纵向联结起来，将各端的电气量（电流、功率的方向等）传递到对端，将两端的电气量比较，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保护线路。 因此，理论上这种纵联保护具有绝对的选择性。 借助于通道构成全线速动的线路保护统称为线路纵联式保护。 2、分类 按线路纵联保护原理及所使用的通信通道
  4.1 输电线纵联差动保护 4.1.1 输电线纵联差动保护的基本原理 纵联差动保护是最简单的一种用辅助导线或称导线线作为通道的纵联保护   一、基本工作原理 1、简单原理接线图
---------------- 2、正常运行及保护范围外故障时 理论上：继电器上无电流流过，保护不动作 实际上：即使同型号的两台电流互感器，则于立此励磁电流的存在，其二次电流也无法做到完全相互抵消。 由于电流互感器的误差和励磁电流的影响，在正常运行和外部短路情况下，仍将有某些电流流入差动回路，此电流称为不平衡电流。
---------------- 3、保护范围内故障时
在保护范围内部故障时，纵差动保护反应与故障点的总电流。


当时，继电器动作于跳闸。 -------------------------------- 二、输电线纵联差动保护实际接线原理分析 按实际接线方式分为：环流法、均压法 1、环流法 （1）正常及外部故障时

Um=-Un
（2）内部故障时
 
---------------- 2、均压法

---------------- 3、小结 选择性：保护范围是两侧电流互感器之间所包括的范围，不需要与相邻元件的保护在整定值及动作时间上配合 速动性：不需要与相邻的元件的保护在动作时间上的配合，可以迅速判断故障，实现全线速动 灵敏性：不需要与相邻元件的保护再整定值，灵敏性较好 可靠性：需要辅助导引线等 由于要求沿线布置辅助导引线，纵联差动保护只适用于较短而重要的线路；通过光纤现在也可达到上百公里。 -------------------------------------------------------------- 4.1.2影响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因素： （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   一、电流互感器的误差和不平衡电流 正常运行及保护范围外故障时
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。 继电器的启动值必须躲过最大的不平衡电流，其不平衡电流分为两种：稳态不平衡电流、暂态不平衡电流。   1、稳态情况下的不平衡电流 （1）分析
  不平衡电流实际是两个电流互感器励磁电流之差 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，是使不平衡电流增大的主要原因。 磁路不饱和时，阻抗越大
  （2）影响电流互感器误差的主要因素有 铁心越饱和则误差越大，铁心的饱和于否主要取决于铁心中的磁通密度 当一次侧电流一定时。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，误差越大；
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。

  （3）稳态不平衡电流的计算 应采用外部故障时，流过电流互感器的最大短路电流，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%。
Id.max=最大运行状态，本线路末端三相短路电流；Ktx两个互感器不同型 ---------------- 2、暂态过程中的不平衡电流 原因：在外部短路暂态过程中，LH电流互感器一次侧有非周期分量，作为直流分量不能变换到二次侧，主要作为励磁电流，使二次电流误差增大。 特点：数值较大、出现较迟、衰减较快。 暂态短路电流包括：周期分量、二次谐波分量、非周期分量，其中二次谐波分量、非周期分量是衰减的量值。
---------------- 3、减小不平衡电流的措施 选择型号相同、励磁特性一致、铁心截面较大的电流互感器 -------------------------------- 二、导引线的故障和感应过电压对保护的影响 1、导引线故障的影响
---------------- 2、感应过电压的影响 （1）产生感应过电压的原因 在输电线短路时，短路电流在导引线回路中感应产生过电压；雷电在导引线中感应而生成过电压。 -------------------------------------------------------------- 4.2输电线的高频保护 4.2.1高频保护的基本概念 一、高频保护的定义 所谓高频保护，即是应用载波技术，以输电线路本身作为通道，将线路两侧工频电气量（或两侧阶段式保护中测量元件的判别结果）调制在频率为40V/500KHz的高频电波上，沿通道互相传送；两侧保护收到此高频电波后，再将其还原为工频电气量（或判别结果）并在各自的保护中比较这些量，以判断是区内还是区外故障。 目前，高频保护是220KV及以上电压等级复杂电网的主要保护方式。 -------------------------------- 二、高频保护的构成 高频保护由继电保护部分、高频收发信机和高频通道构成 -------------------------------- 三、高频保护的分类 按工作原理分为方向高频保护和相差高频保护   方向高频保护的其本原理是比较被保护线路两侧的功率方向   相差高频保护的其本原理是比较被保护线路两侧的电流相位 按比较方式分：直接比较方式和间接比较方式 按两侧发信机工作频率的异同分为：单频制和双频制 按高频通道的工作方式：长期发信方式、故障起动发信方式和移频发信方式 -------------------------------------------------------------- 4.2.2高频通道的构成 高频通道分为“相-相制”和“相-地制”两种方式，我国一般采用“相-地制”。 高频通道由五个部分组成，如下图

一、阻波器 1、原理 L、C并联谐振回路，谐振于载波频率。 对载波电流：Z>1500R，限制在本线路；对工频电流：Z<0.04R，畅流无阻 ---------------- 2、作用：通工频、阻高频 将高频信号限制在被保护线路上传递，而不至于分流到其他线路。 -------------------------------- 二、结合电容器 1、原理 耦合电容器的电容量很小，对工频电流呈现很大的阻抗；对高频电流呈现的阻抗值很小 2、作用 低压高频设备耦合到高压线路上，通高频、阻工频 -------------------------------- 三、连接滤波器 1、原理：一个绕组匝数可以调节的变压器 2、作用： 与结合滤波器共同组成组成带通滤波器，减少其也高频信号的干扰 阻抗匹配 使高频收发信机与高压设备进一步隔离 -------------------------------- 四、高频收发信机 作用： 向本端及对侧发送高频信号 接受本端或对侧的高频信号 -------------------------------- 五、高频电缆 作用：连接高频收发信机与连接滤波器 -------------------------------------------------------------- 4.2.3高频通道的工作方式和高频信号的作用 一、高频通道的工作方式 高频通道的工作方式有正常无高频电流方式、正常有高频电流方式两种 1、正常无高频电流方式 正常情况下发信机不发信，通道中无高频电流流过。 当系统故障时，发信机由起动元件起动发信，通道中才有高频电流出现 目前电力系统中广泛使用这一方式。 2、正常有高频电流方式 -------------------------------- 二、高频信号的作用 可分为传送跳闸信号、允许信号和闭锁信号（常用）三种类型 -------------------------------------------------------------- 4.2.4方向高频保护 一、高频闭锁方向保护的基本原理
1、基本分析 内部故障：保护3、4：正方向故障，两侧都不发高频信号，保护动作跳3、4断路器 外部故障：保护2、5：反方向故障，它们发出高频闭锁信号，送至保护1、6、2、5.。AB、CD线路均保持不动。 它是以由短路功率为负的一侧发出高频闭锁信号，这个信号被两端的收信机所接收，而把保护闭锁。故称高频闭锁方向保护。 ---------------- 2、方向高频保护的组成 由起动元件、功率方向元件、记忆元件KT1、时间元件KT2、与门、禁止门1、2及收发信机组成。
---------------- 3、方向高频保护动作情况 （1）正常运行情况 （2）内部故障时（两端供电线路及单端供电线路） （3）系统振荡时
（4）外部故障时
（5）单侧电源内部故障
时间配合 记忆元件的作用：防止外部故障切除后，近故障点端的保护起动元件 先返回停止发信，而远故障点端的起动元件和功率方向元件后返回，造成保护误动作跳闸。 延时元件的作用：等待对端高频信号的到来，防止区外故障造成保护的误动作。在具有远方起动发信的高频闭锁保护中，延时时间一般取10mS。   采用两个灵敏度不同的起动元件 I2/I1=1.6～2 防止区外故障误跳闸 若采用一个起动元件，当区外接地时，由于电流互感器误差，起动元件误差。S+侧起元件动作，S-侧起动元件未动。S+侧误动。 采用两个起动元件I1（低定值）、I2（高定值），S+侧I2动作时，S-侧I1一定动作，故障可防止误动。 -------------------------------- 二、高频闭锁负序方向保护的构成原理 1、对方向元件的要求 （1）能反映所有类型的故障 （2）没有死区（两相短路进而三相短路时电压很低） （3）正常负荷状态下不动作 （4）系统震荡时不会误动作（三相往往同时震荡） （5）线路两端在灵敏度上容易配合 高频闭锁方向保护中，广泛采用负序功率方向继电器作为方向元件，构成高频闭锁负序方向保护 ---------------- 2、保护的构成
  双方向动作的负序功率方向元件GJ2， 正方向时：触点向下闭合 反方向时：触点向上闭合 具有工作线圈和制动线圈的极化继电器2ZJ， 串接于起动发信机回路中带延时返回的中间继电器1ZJ 出口跳闸继电器3ZJ ---------------- 3、保护动作分析 正常运行时，由于没有负序功率，所以不会动作 内部故障时，两侧高频发信机均不发信，两侧极化继电器工作线圈带电，保护动作 外部故障时，反方向故障侧（靠近故障点的一侧）发信机启动 -------------------------------- 三、高频闭锁距离保护和高频闭锁零序方向保护的基本原理 高频闭锁方向保护可以快速切除保护范围内部的各种故障，但却不能作为变电所母线和下一条线路的后备 1、高频闭锁距离保护的构成 （1）起动元件Z （2）距离元件Z、Z、Z （3）高频收发信机 ---------------- 2、高频闭锁距离保护的工作原理 （1）内部故障时 两端的起动元件动作，起动发信机，两端的距离段也动作，又停止了发信机，2ZJ触点闭合，使距离段可瞬时动作于跳闸 （2）外部故障时 断开了段的瞬时跳闸回路，使它只能经过段时间元件去跳闸 ---------------- 3、高频闭锁零序方向保护 高频闭锁零序方向保护工作原理与高频闭锁距离保护相机。   ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

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