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高频保护原理

作者:南非太阳城 来源:本站原创 日期:2021-02-15 18:53 点击: 

  高频保护原理_电力/水利_工程科技_专业资料。高频保护 原理与试验 2011-4-20 1 开场白 与本次培训有关的话题,需要占 用各位几分钟的宝贵时间,请大 家多多包涵 “为自己而学” “危机意识” 百度、微软、苹果、诺基亚、 三星、希捷

  高频保护 原理与试验 2011-4-20 1 开场白 与本次培训有关的话题,需要占 用各位几分钟的宝贵时间,请大 家多多包涵 “为自己而学” “危机意识” 百度、微软、苹果、诺基亚、 三星、希捷、西数、日立 “责任感” 2 一、高频保护基本概念 高频保护(电力线载波纵联保护):利用输电线路本身作 为保护信号的传输通道,在输送50Hz工频电能的同时叠 加传送 50~300kHz 的高频讯号(保护测量信号),以进 行线路两端电气量的比较而构成的保护。 由于高频通道干扰大,不能准确传送线路两端电量的全 信息,因此一般只传送两端的状态信息(如:方向,相 位)。 高频保护分类: ┌ 方向高频:比较线路两端功率方向(即要测U又要测I) └ 相差高频:比较线路两端电流相位(只要测量I) 3 二、高频通道构成原理 1、阻波器(L、C组成的并联电路):通工频,阻高频 * 对高频:并联谐振,呈大阻抗,不能通过,限制在本 段输电线内。 * 对工频:无谐振,呈小阻抗,能顺利通过,不影响工 频电量传输。 2、结合电容器:其电抗Xc=1/(ωC);通高频,阻工频。 (同时起到隔离高压线路与高频收发讯机的作用) 3、连接滤波器(由可调空心变和高频电缆侧电容组成) * 结合电容器+连接滤波器 →带通滤波器 (提取所需高频信号,滤除其余高频干扰) 4 * 为消除高频波反射,减小高频能量损耗,带通滤波器的 波阻抗: 输电线Ω )匹配 高频电缆侧与电缆波阻抗(100Ω )匹配 * 接地刀闸6用于检修连接滤波器。 4、高频电缆 5、高频收、发讯机 * 发讯机:由继电保护控制 发讯方式分:①故障发讯; ②长期发讯。 * 收讯机:可收到对端(闭锁式也可收到本端)发讯机 所发高频讯号。按所收高频信号的性质可分为: ①闭锁信号;②允许信号;③跳闸信号。 5 高频通道构成示意图 6 三、高频通道的工作方式和高频信号的作用 高频通道的工作方式可以分为经常无高频 电流和经常有高频电流两种方式,或者说 故障时发信和长期发信两种方式。 ? 在这两种工作方式中,以其传送的信号性 质为准,又可以分为传送闭锁信号、允许 信号和跳闸信号三种类型。 ? 闭锁信号 ? 所谓闭锁信号就是指:“收不到这种信号 是高频保护动作跳闸的必要条件”。 ? 7 ? 允许信号 ? 所谓允许信号就是指:“收到这种信号是高频保 护动作跳闸的必要条件” ? 跳闸信号 ? 所谓跳闸信号就是指:“收到这种信号是保护动 作于跳闸的充分而必要条件”。 ? 必须注意将“高频信号”和“高频电流”区别开 来。所谓高频信号是指线路一端的高频保护在故 障时向线路另一端的高频保护所发出的信息或命 令。因此,在经常无高频电流的通道中,当故障 时发出的高频电流固然代表一种信号,但在经常 有高频电流的通道中,当故障时将高频电流停止 或改变其频率也代表一种信号,这一情况就表明 8 了“信号”和“电流”的区别。 四、闭锁式方向高频保护 1、基本原理(平时无讯,外部故障时发讯机发 闭锁讯号) ? ?启讯元件 ?启动元件? 保护启动元件 9 闭锁式方向高频保护示意图 10 (1)系统正常:启动元件不启动,保护不动。 (2)本线): 两端启讯元件启动发讯机发讯,靠近故障 点端的保护判为反方向而不停讯,该端高 频闭锁讯号闭锁两端保护。 (3)本线): * 两侧皆有电源时:两端启讯元件首先启 讯,两端保护启动元件皆启动,方向元件 皆判为正方向使两端皆停讯,则两端保护 动作跳闸。 11 * 单侧有电源时:无电源端保护不动; 有电源端启讯元件首先启讯,保护 启动元件启动,方向元件判为正方 向而停讯,则有电源端保护动作跳 闸。 (4)闭锁式方向高频保护优点:内部 短路并伴随高频通道破坏时,仍可 正确跳闸。 12 2、闭锁式普通方向高频保护 (1) 构成 灵敏元件1LJ:启动发讯机(整定值小) 不灵敏元件2LJ:启动跳闸回路(整定值大, Idz.2LJ =(1.6~2.0)Idz.1LJ ) 方向元件GJ:正方向(母线→线路):动作于停 讯 反方向(线 闭锁式普通方向高频保护结构示意图 14 (2) 采用两个启动元件的作用 * 如果用一个启动元件LJ来代替1LJ和2LJ (启讯与保护启动公用) 若两端启动元件误差造成:Idz.LJ.A Idz.LJ.B 当B端外部远处短路时,可能出现:Idz.LJ.A Id Idz.LJ.B ,则: 靠近短路点端的保护B(为反方向): LJ 不启动,保护不动但也发不出闭锁讯号。 远离短路点端的保护A(为正方向): LJ启讯,但GJ启动后停讯,则保护误动。 15 ? 用两个启动元件1LJ,2LJ: ? Idz.2LJ =(1.6~2.0)Idz.1LJ 若B端外部远处短路时出现:Idz.1LJ.AIdIdz.1LJ.B , 必有:IdIdz.2LJ.A且IdIdz.2LJ.B,即两端的2LJ皆不 启动保护。 尽管发不出闭锁讯号,保护也不会误动。 若B端外部远处短路时出现:Idz.2LJ.AId Idz.2LJ.B, 必有:IdIdz.1LJ.A且IdIdz.1LJ.B,两端的1LJ皆可正 常启讯。 靠近短路点的 B端(反方向不停讯)发出的闭锁 讯号闭锁两端保护。 16 单一启动元件的高频保护结构示意图 17 (3)时间元件的作用 *展宽t1(100ms): 防止外部d2点短路被切除后,本线点的B 端保护先返回(闭锁讯号先消失),远离d2点的 A端保护后返回,导致A端保护误动。 *延时t2(7ms):防止外部d2点短路时,由于线 路的传输延 迟,靠近d2的A端发出的闭锁讯号尚未到达远离 d2点的B端 造成B端保护误动。(虽有7ms延时,仍属于速动 18 保护) (4)系统振荡时:I↑→1LJ,2LJ启动, 若振荡中心位于保护 范围内,两端功率皆为正,保护将 误动(若采用负序、零 (5) 普通方向高频保护缺点:灵敏度 和动作速度受限制,且系 序功率方向元件可不受振荡影响)。 统振荡时可能误动。 19 3、闭锁式负序(零序)方向高频保护 (1)工作情况 *正常运行时: 无负序电流I2,Y1被闭锁,保护不动。 *外部故障时: 近故障点端保护的负序方向 S2为(-),JZ1启动→发闭锁讯号, (远故障点端保护的负序方向S2为(+),Y1启动, 20 但在t2延时到达之前已收到闭锁信号而被闭锁) 两端皆收到信号→两端JZ2被闭锁→两端保护不动。 * 内部故障时: 两端负序方向S2为(+)→ JZ1被闭锁→不发 讯,无闭锁讯号 └→Y1启动→JZ2动作 →出口跳闸。 * 发生三相对称故障时,初瞬间存在负序分 量,由t3展宽将动 作信号保持40-60ms,故三相对称故障仍能 正确动作。 21 闭锁式负序(零序)方向高频保护示意图 22 (2) 优点:不需两个启动元件且反映负序分 量→动作灵敏、动 作迅速,不受系统振荡影响。 (3) 针对接地短路,可采用闭锁式零序方向 高频保护,原理及构成与闭锁式负序方向 高频保护类似,一般采用相电流突变量 (或零序III段等)作为高频保护启讯元件 (启动闭锁讯号),采用零序方向元件作 为高频保护的方向判别元件(正向停讯,反 向不停讯)。 23 4、闭锁式高频距离保护 * 以无方向性或无完全方向性的 ZIII(全阻抗ZKJ或 偏移特性阻抗ZKJ)作为高频部分的启讯元件。 * 以具有完全方向性的 ZII(方向ZKJ)作为高频部 分的方向判别元件。 ? ZI为独立的方向阻抗特性的距离I段元件。 (1)外部故障时:两端ZIII启动,先发闭锁讯号。 远故障点端的ZII动作(正向),闭锁JZ1,停讯。 近故障点端的ZII不动(反向),不停讯。 两端皆可收到闭锁讯号→JZ2不动(高频出口不 动)。 24 闭锁式高频距离保护示意图 25 对远故障点的保护: 若故障点在 ZII 范围内,距离 II 段经 tII 延时动作;若在 ZIII 范围内,距离 III 段经 tIII 延时动作(起后备保护作 用)。 (2)内部故障时:两端ZIII启动,先发闭锁讯号。 两端的 ZII动作 ( 正向保护区内 ) ,闭锁两端 JZ1 ,停止发 讯,两端皆收不到闭锁讯号→ JZ2 动作→保护瞬时动作 跳闸。 若故障点在ZI范围内,还可由距离I段ZI瞬时动作跳闸 * 为了判别方向,ZII一定采用方向阻抗元件 。 * 为了确保外部短路时保护不误动,任一端的ZIII必须在反 方向具有保护范围,且保护范围至少涵盖对端ZII延伸出 26 来的保护范围。 五、允许式方向高频保护特点介绍 允许式不足:本线内部故障并伴随着通道破坏时, 保护将拒动。解决措施: (1) 采用相 - 相耦合 , 双频制(闭锁式采用相 - 地耦 合 , 单频制),则针对出现几率较大的单相接地 故障,通道不会被破坏。 (2) 针对相间故障(正好是用做高频通道的两相故 障,则通道很可能被破坏),采用解除闭锁式 (相当于增加了一个小的闭锁式高频): * 平时发监频讯号 (监视通道完好,监频讯号采用单频制) 27 * 出现相间故障:若判为反方向,则仍发监 频信号;若判为正方向,则停监发允(停监 频讯号,发允许信号)。 判为相间故障时,任一端动作条件: ①本端为正方向; ②监频信号消失。 允许式方向高频保护反措示意图 28 六、相差高频保护 1、相差高频基本原理 规定电流正方向:保护安装处母线 假设: 与 同相,且线路阻抗角皆为φ 相位差θ =180° 相位差θ =0° d ,则: 外部短路时: 与 内部短路时: 与 发讯机受操作元件控制:电流正半周发讯,负半周 不发讯 ? E M ? E N ? I M ? I M ? I N ? I N 30 可见:外部短路时,两端收到连续的高频闭 锁信号。 内部短路时,两端收到间断的高频闭 锁信号。 (间断角: 180°)。 实际上:内部短路时,两端电流 与 一 般不完全同相 →间断角180°; 外部短路时, 与 不完全反相 (误差造成) →有一定间断角。 31 相位比较元件XB: 延时t1:用于防止外部短路时存在的间断角→保护 误动 内部故障时:间断时间t1,保护动作; 外部故障时:间断时间t1,保护不动 展宽t2:保证内部短路时有一个连续的出口动作信 号 32 2、相差高频保护原理接线LJ :正、负序灵敏元件 ( 低定值 ) , 用于启动发讯机。 ( 平时无讯 , 故障发 讯) 2LJ , 4LJ :正、负序不灵敏元件 ( 高定 值), 用于启动比相元件XB。 I1+K· I2:综合过滤器 ,作为控制发讯机的 操作 元件(正半周发讯,负半周停讯) 34 3、相差高频保护相位特性和相继动作 * 外部短路时, 与 不完全反相→有一定间断 角: 7? (TA 最 大 角 误 差 )+15? (保护本身最大角误 差)=22? 线km) 取闭锁角:φb= 22? +δl+φy IM (6? /每 (φy:裕度角) (ω :工频) ? IN 35 故相位比较元件XB的延时t1?=φb/ω ? 内部短路时, 180? -δ 与 不完全同相→间断角: (假设 超前 :δ) ? I M ? I N ? I M ? 考虑到线路传输角误差δl ,则: 36 M侧:间断角为180? -δ-δl ,l↑ →间断角↓φb ,M侧保护不动 N侧:间断角为180? -δ+δl ,l↑ →间断角↑φb ,N侧保护动作 N侧保护动作后,停讯→ M侧只收到本侧讯号, 出现180? 间断角而动作。 37 故: N 侧先动, M 侧后动 ---- 出现相继动作。 七、系统中常见的几种线路纵联保护 超高压线路都配置有线路纵联保护,实现全线快速 切除各种类型的短路故障。 以华中电网为例,500KV线路均使用允许式和混合 式,220KV省网间联络线采用允许式和闭锁式。 ? (一)、超范围允许式纵联保护 ? 超范围是指构成线路纵联保护的保护装置中的方 向元件(包括零序、负序功率方向)的保护范围 大于线路长度,而方向阻抗保护范围要大于线倍。载波通道中采用的允许式信号, 为了提高允许信号抗干扰能力,采用移频健控 (FSK)式传输方式。 38 ? (二)、欠范围允许式纵联保护 ? 欠范围允许式纵联保护除故障判别元件的 保护范围小于线路长度外,其它与超范围 允许式纵联大致相似。欠范围允许式测量 元件不采用功率倒向,因采用Ⅰ段方向阻 抗,其保护约为0.8XL,即所谓欠范围。当 短路故障发生在线路外部时,两端Ⅰ段方 向阻抗均不动作;而在线路内部故障时, 总有一端Ⅰ段方向阻抗动作先跳闸并起动 发信到对端,对端Ⅱ段方向阻抗收到允许 信号,故障测量元件同时动作才跳闸。 39 (三)、闭锁式纵联保护 闭锁式方向(距离)纵联保护的工作方式是 被保护线点短路故障时,靠近故 障点F2的M端方向元件D+判断为反方向, M端保护不跳闸,故障判别元件FD立即发 出闭锁信号至N端,远离故障点F2的N端 D+判断为正方向,收到闭锁信号后立即闭 锁保护不能跳闸,区外故障收到的闭锁信 号是制止保护动作的。 40 被保护线点短路故障时,两端 故障判别元件起动发信至对端,两端 方向元件D+都判断为正方向,一方面 做好跳闸准备,另一方面作用于发信 机停信,两端都收不到闭锁信号,于 是两端正方向组件均作用于跳闸。无 闭锁信号是保护作用于跳闸的必要条 件,且正方向元件动作是充分条件, 两条件同时满足就作用于跳闸,两条 件缺一就制止保护作用于跳闸。 41 (四)、混合式纵联保护 它是从国外进口保护装置而带来的新名词, 实际上是从超范围允许式纵联保护在单 (弱)电源线路应用中发现区内相间短路 时可能拒动而设计的,专门解决这种线路 故障的附加保护 —— 即弱电源保护中含有 弱电源转发允许信号至送端演变而来,国 内使用这种保护叫做混合式纵联保护。 这种弱电源转发回路(又称弱电反馈回路) 与我国四统一设计的闭锁式方向纵联保护 中远方起动发信回路极其相似,实际上弱 电源转发就是远方起动发信。 42 但是这两种回路设置的目的和作用完全不同, 弱电源转发回路能解决单电源线路区内短 路可靠跳闸问题,而闭锁式方向纵联保护 中的远方起动发信回路是在线路区外短路 故障时,近故障点端若故障判别起动回路 异常不能起动发信时,防止远离故障点端 保护误动。前者转发的允许跳闸信号,后 者是制止保护跳闸信号。实质上弱电源转 发回路在形式上与远方起动发信回路很相 似。允许式含有弱电源转发称为混合式, 这就是混合式纵联保护名词的来由。 43 (五)、分相式电流纵联差动保护 ? 线路分相电流差动保护是采用光纤作为线 路两端电流数据交换的通道,线路两端的 电流数据实现主、从方式严格同步。光纤 传输的信号是模拟量,而不是像其它通信 通道传输的开关量。 ? 利用光纤将线路两端保护之间用电流量直 接联系起来,所谓差动纵联保护是利用光 纤(也可用微波)通道将本端的电流波形 (幅值和相位)信号传送到对端,每端保 护根据两端电流的相位和幅值比较结果来 区分是区外还是区内短路故障。 44 八、具有高频保护 800系列装置 ? 1.WXH—801(A)纵联方向保护: ? 具有带补偿的正序故障分量的纵联方向保 护(作为主保护);具有三段式相间距离 及接地距离保护;六段式零序方向电流保 护或反时限零序电流保护(作为后备保 护);重合闸功能。 ? 2.WXH—802(A)纵联距离保护: ? 具有纵联综合距离保护(作为主保护); 后备保护及重合闸功能和801(A)相同。 ? 以上适用于220KV及以上系统的线 九、如何进行高频保护试验 以WXH-802A装置为例,由于无收发信机配合, 单台WXH-802A装置只能做允许式高频保护 试验。 ? 开入插件的827 端子为纵联保护的收信输 入。 ? 开入插件的830 端子对闭锁式通道,为收 发信机的 3dB告警接点输入,用于通道交 换时监视通道状态;对允许式通道,830 端子定义为导频消失输入,当不采用解除 闭锁方式时,该端子不接。 46 开入电源为直流220V 或110V;其正电源连 接到开入节点的公共 端,负电源接到831 -832端子。 807是起动通道试验 输入, 用于闭锁式 手动起动通道交换, 一般在屏上设置通道 试验按钮,允许式该 输入不接。 47 信号及出口插件的端子917-928 为发信继电器。当用于 闭锁式时,发信继电器动作则启动收发信机发信,发信继 电器返回收发信机应停信;用于允许式时,发信继电器动 作则发允许命令。闭锁式、允许式的选择由定值中的整定 控制字确定;装置给出多组接点,一组与通道设备连接, 48 其它接点可用于记录等。 49 ? 如图所示, I A 、 I B 、 I C 、 3I 0 ,分别为三相电流和零序电流输 入, U A 、 U B 、 U C为三相电压 输入; U X为重合闸中检无压、检同 期元件用的电压输入。将以上各量 分 别由博电测试仪的I A 、 I B 、 I C 、 U A 、 U B 、 U C 、 U X引出 到装置交流插件上,注意电流端子202、 204、206、208需短接在一起,并将博 电测试仪的IN接到电流端子207上。 50 将开入电源接端子917, 同时将端子918与端子 827短接。 投入纵联硬压板801及 其对应的软压板、控 制字。 按照定值清单及整定 说明,设置高频保护 为允许式,就可以使 用博电整组测试功能 进行试验了 51 请注意以下定值: ? 1. 突变量启动定值:根据负荷电流变化的具体情 况整定。一般推荐整定为 0.2 In。对于 ? 负荷变化剧烈的线路(如电气化铁路、轧钢、炼 铝等) ,可以适当提高定值以免装置频 ? 繁启动,定值范围为 0.05In~0.5In。 ? 2. 零序辅助启动定值:按躲过最大零序不平衡电 流整定,定值范围为 0.05In~0.5In。 ? 3. TA 变比:按线路实际情况整定,如 TA 变比 为 1250/5,则应整定为 250。 52 ? 4. 零序电抗补偿系数 X K ,零序电阻补偿系数 R K : 根据线路实际参数,按下式分别整定: ? ? 其中X0 和X1 分别为线路的零序和正序电抗; ? ? ? ? R0 和R1 分别为线路的零序和正序电阻。 5. 纵联距离阻抗定值:建议大于 1.5 倍线. 纵联距离反向阻抗定值:按(1.5~2)×(对 侧纵联距离阻抗-本线路阻抗)整定。 该定值只有在“弱电源侧”才有效。 7. 纵联零序定值:保证末端接地短路故障有足够 的灵敏度。 53 ? 8. 通道交换时间定值为装置每天进行通道检测的 ? ? ? ? ? ? 整点时间,按 0点~23 点整定,线路两侧整定 时间不能相同。 9. 正序阻抗角:按实际系统线. 相间距离偏移角:为扩大测量过渡电阻能力, 相间距离Ⅰ、Ⅱ段的特性圆可向第一象 限偏移,建议线°,长度2kM 时取 30°。 11. 负荷电阻:按重负荷时的最小测量电阻整定。 12. 静稳电流:按躲过线路最大负荷电流整定。 13. 线路全长正序、零序电抗;线路全长正序、 零序电阻:应按线路实测参数折算到二次整定; 54 请注意以下控制字: ? 1. 多相故障永跳:为 1 时,线路发生 两相以上故障,保护跳闸时驱动永跳, 以闭锁重合闸。 ? 2. TV 在线路侧:当保护测量用的三相 电压取自线” , 取自母线. “投纵联距离” 、 “投纵联零序” : 为纵联距离保护及纵联零序保护的投 入控制字; 置 “1”时保护投入,置 “0”时退出。 55 5A装置主要定值示例( 5A装置): 突变量启动值 =0.5A, 零序辅助启动值=0.5A, 零序电抗补偿系数=0, 零序电阻补偿系数=0, 纵联距离阻抗定值 =10?, 纵联零序定值 =1.0A, 正序阻抗角 =90° 相间阻抗偏移角 =0 ° 56 负荷电阻=2? 静稳电流=1.0A, 线? 线? 线? 线? 线 整组测试中系统参数的设定 58 整组测试中短路阻抗的设定 59 十、高频保护波形实例 这些都是测试程序时 用prate800a保留的 高频保护动作波形图, 借这个机会 和大家分享一下 60 61 62 63

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