1、現(xiàn)代電網(wǎng)繼電保護(hù)原理,主要內(nèi)容,現(xiàn)代電網(wǎng)概述 利用故障分量的繼電保護(hù)理論基礎(chǔ) 利用故障分量的保護(hù)元件構(gòu)成原理 利用穩(wěn)態(tài)故障分量的縱聯(lián)保護(hù) 利用暫態(tài)故障分量的超高速保護(hù) 自適應(yīng)繼電保護(hù) 輸電線路故障測(cè)距 小電流接地故障監(jiān)測(cè),現(xiàn)代電網(wǎng)概述,電網(wǎng)：由輸電、變電、配電設(shè)備及相 應(yīng)輔助系統(tǒng)組成的聯(lián)系發(fā)電與用電的統(tǒng) 一整體。,電力系統(tǒng)構(gòu)成,電力系統(tǒng)構(gòu)成,按電壓 等級(jí)劃分 電網(wǎng),特高壓(UHV)：1000kV及以上,超高壓(EHV)：330kV，500kV，750kV,輸電 網(wǎng),配電 網(wǎng),高 壓：220kV,高壓：35kV，66kV,110kV,中壓：6kV，10kV, 20kV,低壓：380V/220V,

2、交流,直流,特高壓(UHVDC)：800kV,高 壓(HVDC)：100kV，500kV,數(shù)字化變電站屏柜,傳統(tǒng)變電站屏柜,配電網(wǎng)接線方式,“手拉手”環(huán)網(wǎng)接線,單電源輻射網(wǎng)接線,架空配電網(wǎng)接線方式,“手拉手”環(huán)網(wǎng)接線,電纜配電網(wǎng)接線方式,單環(huán)網(wǎng),配電網(wǎng)接線方式,現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì),超高壓、特高壓、遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng) 數(shù)字化/智能變電站 有源/智能配電網(wǎng),智能電網(wǎng)的發(fā)展，對(duì)繼電保護(hù)技術(shù)提出了更高的要求： 1）可靠性、選擇性、速動(dòng)性、靈敏性； 2）自適應(yīng)、智能化,繼電保護(hù)基本概念,繼電保護(hù)（Relay Protection）泛指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備發(fā)生的故障（如短路、斷線）或不正常運(yùn)行狀態(tài)（如過負(fù)荷）

3、，并動(dòng)作于相應(yīng)斷路器跳閘或發(fā)出告警信號(hào)的一種自動(dòng)化技術(shù)和裝置。 繼電保護(hù)裝置是保證電力元件安全運(yùn)行的基本裝備，任何電力元件不得在無繼電保護(hù)的狀態(tài)下運(yùn)行。,繼電保護(hù)研究?jī)?nèi)容,提出保護(hù)原理 在分析電網(wǎng)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)下各種電氣量或其他特征物理量（如變壓器油箱內(nèi)的瓦斯）的變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，找出它們與正常運(yùn)行狀態(tài)的之間的差別，然后制定出合理的保護(hù)動(dòng)作判據(jù)。 研制保護(hù)裝置 根據(jù)已經(jīng)提出的保護(hù)原理，設(shè)計(jì)實(shí)際裝置來實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)功能。,繼電保護(hù)分類,按反應(yīng)的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)分類 1）反應(yīng)故障（包括短路和斷線）狀態(tài)，保護(hù)動(dòng)作于相應(yīng)斷路器跳閘； 2）反應(yīng)不正常運(yùn)行狀態(tài)（如過負(fù)荷、小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障

4、等），保護(hù)動(dòng)作于告警信號(hào)。 按保護(hù)對(duì)象分類 如：變壓器保護(hù)、線路保護(hù)、電容器保護(hù)等。,繼電保護(hù)分類,按保護(hù)所起的作用分類 可分為主保護(hù)、后備保護(hù)和輔助保護(hù)。 主保護(hù)滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度有選擇地切除所保護(hù)范圍內(nèi)的故障。,繼電保護(hù)分類,按保護(hù)所起的作用分類 可分為主保護(hù)、后備保護(hù)和輔助保護(hù)。 后備保護(hù)指主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)用來切除所保護(hù)范圍內(nèi)故障的保護(hù)原理或裝置，可分為遠(yuǎn)后備保護(hù)和近后備保護(hù)。遠(yuǎn)后備保護(hù)由相鄰電力設(shè)備或線路的保護(hù)來實(shí)現(xiàn)。近后備保護(hù)由本電力設(shè)備或線路的另一套保護(hù)來實(shí)現(xiàn)（當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)），或者由斷路器失靈保護(hù)來實(shí)現(xiàn)（當(dāng)斷路器拒動(dòng)時(shí)，只動(dòng)作于母聯(lián)斷路器和母線分段斷路器

5、）。,繼電保護(hù)分類,按保護(hù)所起的作用分類 可分為主保護(hù)、后備保護(hù)和輔助保護(hù)。 輔助保護(hù)是為補(bǔ)充主保護(hù)和后備保護(hù)的性能或當(dāng)主保護(hù)和后備保護(hù)退出運(yùn)行時(shí)所增設(shè)的簡(jiǎn)單保護(hù)。,繼電保護(hù)分類,按構(gòu)成保護(hù)判據(jù)的特征物理量分類 如：電流保護(hù)、距離保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)等。 按利用的故障信號(hào)頻譜特征分類 1）工頻分量；2）暫態(tài)分量 常規(guī)保護(hù)原理只反應(yīng)工頻分量。利用暫態(tài)分量可以構(gòu)成各種超高速保護(hù)，如行波保護(hù)、暫態(tài)保護(hù)等。,繼電保護(hù)分類,按通信通道分類 主要針對(duì)線路保護(hù)而言?？煞譃橛型ǖ辣Ｗo(hù)和無通道保護(hù)。前者包括高頻保護(hù)、微波保護(hù)、光纖保護(hù)等，后者包括所有只利用本端測(cè)量信號(hào)的保護(hù)原理。 按保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)型式分類 可分為機(jī)電型

6、、靜態(tài)型和微機(jī)型。,繼電保護(hù)的工作回路,對(duì)繼電保護(hù)的基本要求,對(duì)動(dòng)作于跳閘的繼電保護(hù)，在技術(shù)上一般應(yīng)滿足四個(gè)基本要求，即可靠性、選擇性、速動(dòng)性和靈敏性。 可靠性 包括安全性和信賴性，是對(duì)繼電保護(hù)性能最根本的要求。安全性要求繼電保護(hù)在不需要它動(dòng)作時(shí)可靠不動(dòng)作，即不發(fā)生誤動(dòng)作。信賴性要求繼電保護(hù)在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí)可靠動(dòng)作，即不發(fā)生拒絕動(dòng)作。,對(duì)繼電保護(hù)的基本要求,選擇性 指保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，在可能最小的區(qū)間內(nèi)將故障部分從電力系統(tǒng)中斷開，最大限度地保證系統(tǒng)中無故障部分仍能繼續(xù)安全運(yùn)行。它包含兩層意思： 1）只應(yīng)由裝在故障元件上的保護(hù)裝置動(dòng)作切除故障； 2）力爭(zhēng)相鄰元件的保護(hù)裝置對(duì)

7、它起后備保護(hù)的作用。,對(duì)繼電保護(hù)的基本要求,選擇性,對(duì)繼電保護(hù)的基本要求,速動(dòng)性 故障發(fā)生時(shí)，應(yīng)力求保護(hù)裝置能迅速動(dòng)作切除故障元件，以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少用戶經(jīng)受電壓驟降的時(shí)間以及故障元件的損壞程度。 故障切除時(shí)間等于保護(hù)裝置和斷路器動(dòng)作時(shí)間的總和。一般快速保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為0.06s0.12s，最快的可達(dá)0.01s0.04s。一般斷路器的動(dòng)作時(shí)間為0.06s0.15s，最快的可達(dá)0.02s0.06s。,對(duì)繼電保護(hù)的基本要求,速動(dòng)性 保護(hù)動(dòng)作速度越快，為防止保護(hù)誤動(dòng)采取的措施越復(fù)雜，成本也相應(yīng)提高。因此，配電網(wǎng)保護(hù)裝置在切除故障時(shí)往往允許帶有一定延時(shí)。,對(duì)繼電保護(hù)的基本要求,靈敏性 指對(duì)于保護(hù)范

8、圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力。在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置、短路的類型如何，以及短路點(diǎn)是否有過渡電阻，保護(hù)裝置都應(yīng)能靈敏反應(yīng)，沒有似動(dòng)非動(dòng)的模糊狀態(tài)。保護(hù)裝置的靈敏性通常用靈敏系數(shù)來衡量。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，要求靈敏系數(shù)在1.22之間。,對(duì)繼電保護(hù)的基本要求,實(shí)際工作中，在確定被保護(hù)元件的保護(hù)方式時(shí)，還要考慮其經(jīng)濟(jì)性要求，即在滿足基本保護(hù)功能要求的前提下，應(yīng)盡可能減少投資。隨著電力市場(chǎng)化進(jìn)程的深入，對(duì)經(jīng)濟(jì)性要求越來越重視，甚至把它和前面介紹的四個(gè)基本要求合在一起，稱為保護(hù)的五個(gè)基本要求。 考慮經(jīng)濟(jì)性時(shí)，不能僅僅局限于保護(hù)裝置本身投資的大小，還應(yīng)從電網(wǎng)的整體安全及社會(huì)利益出

9、發(fā)，按被保護(hù)元件在電網(wǎng)中的作用和地位來確定保護(hù)方式，因?yàn)楸Ｗo(hù)不完善或不可靠造成的損失，一般都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過即使是最復(fù)雜的保護(hù)裝置的投資。,對(duì)繼電保護(hù)的基本要求,對(duì)繼電保護(hù)裝置的各項(xiàng)基本要求是研究分析繼電保護(hù)性能的基礎(chǔ)。這些要求之間往往是相互制約的，例如提高保護(hù)裝置動(dòng)作可靠性的措施，一般會(huì)造成動(dòng)作速度及動(dòng)作靈敏性下降，并增加保護(hù)成本。因此，繼電保護(hù)的研究、設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行的絕大部分工作就是圍繞著如何處理好這些基本要求之間關(guān)系進(jìn)行的。 實(shí)際工作中，要根據(jù)具體情況以及要解決的主要矛盾，統(tǒng)籌兼顧，尋求一個(gè)適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案。,繼電保護(hù)發(fā)展概況,繼電保護(hù)原理隨著對(duì)電網(wǎng)故障特性認(rèn)識(shí)的不斷深入而呈現(xiàn)出低速、高速到超高

10、速的發(fā)展趨勢(shì)。,繼電保護(hù)發(fā)展概況,繼電保護(hù)裝置隨著元器件技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。可以概括為三個(gè)階段、兩次飛躍。,繼電保護(hù)發(fā)展概況,微機(jī)繼電保護(hù)裝置的特點(diǎn)： 1）維護(hù)調(diào)試方便 2）可靠性高 3）易于獲得附加功能 4）靈活性大 5）保護(hù)性能得到很好改善,繼電保護(hù)發(fā)展概況,全數(shù)字式微機(jī)保護(hù)裝置 隨著電子傳感器及高速數(shù)據(jù)（光纖）通信技術(shù)的發(fā)展，變電站微機(jī)保護(hù)裝置可以通過通信接口獲取來自現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字化后的電壓、電流信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的完全數(shù)字化，使微機(jī)保護(hù)裝置的構(gòu)成出現(xiàn)革命性的變化。,繼電保護(hù)發(fā)展概況,廣域保護(hù)系統(tǒng) 定義：獲取電力系統(tǒng)的多點(diǎn)信息，利用這些信息對(duì)故障進(jìn)行快速、可靠、精確的切除，同時(shí)分析切除故障

11、對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響并采取相應(yīng)控制措施的系統(tǒng)。,利用故障分量的繼電保護(hù)理論基礎(chǔ),電力系統(tǒng)故障信息,電力系統(tǒng)的故障是通過故障信息來表征的。故障信息分為內(nèi)部故障信息和外部故障信息，其中蘊(yùn)涵故障發(fā)生時(shí)間、故障方向、故障類型、故障距離及故障持續(xù)時(shí)間等信息，因而是區(qū)別正常運(yùn)行狀態(tài)與故障狀態(tài)最本質(zhì)的特征。 故障信息的識(shí)別、處理和利用一直是繼電保護(hù)及故障測(cè)距發(fā)展的基礎(chǔ)。,電力系統(tǒng)故障狀態(tài)分析疊加原理,故障狀態(tài),故障前狀態(tài),故障附加狀態(tài),故障分量的基本概念,電力系統(tǒng)的故障狀態(tài)可視為故障前狀態(tài)與故障附加狀態(tài)的疊加，其中故障前狀態(tài)可以是各種非故障狀態(tài)，也可以是前一次故障狀態(tài)的繼續(xù)，而故障附加狀態(tài)則是由當(dāng)前故障

12、所激發(fā)的。 故障附加狀態(tài)中的電氣量（電壓、電流）稱為故障分量。,故障分量的基本概念,故障分量是僅在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)出現(xiàn)，而在系統(tǒng)正常運(yùn)行及不正常運(yùn)行時(shí)不存在的電氣分量，即它隨著故障的出現(xiàn)而出現(xiàn)，隨著故障的消失而消失。所以，故障分量的存在，是電力系統(tǒng)處于故障狀態(tài)的表征。 故障信息實(shí)際上蘊(yùn)涵于故障分量之中，因而對(duì)故障信息的提取和處理可以轉(zhuǎn)化為對(duì)故障分量的提取和處理，即通過故障分量來判別故障方向、故障類型及故障距離等。,故障分量的基本概念,應(yīng)用故障分量構(gòu)成繼電保護(hù)動(dòng)作判據(jù)時(shí)，只需要尋找區(qū)內(nèi)故障與區(qū)外故障的“差異”，而不必考慮正常及不正常情況，因而，保護(hù)具有較高的靈敏度，一般也具有較快的動(dòng)作時(shí)間和較好的

13、選擇性，不必采用振蕩閉鎖等防止振蕩時(shí)保護(hù)誤動(dòng)的措施。,故障分量的特點(diǎn),非故障狀態(tài)下不存在故障分量，故障分量?jī)H在故障狀態(tài)下出現(xiàn)； 故障分量獨(dú)立于非故障狀態(tài)，受電網(wǎng)運(yùn)行方式的影響不大（有一定的影響，但比傳統(tǒng)保護(hù)?。?； 故障點(diǎn)的電壓故障分量最大，系統(tǒng)中性點(diǎn)處故障分量電壓為零； 保護(hù)安裝處故障分量電壓電流之間的關(guān)系，取決于背后系統(tǒng)的阻抗，與故障點(diǎn)的遠(yuǎn)近及過渡電阻的大小沒有關(guān)系（但故障分量值的大小受過渡電阻及故障點(diǎn)遠(yuǎn)近的影響） 。,故障分量的分類,故障分量分為穩(wěn)態(tài)故障分量和暫態(tài)故障分量，二者都是可以利用的。 為了研究穩(wěn)態(tài)故障分量，輸電線路模型取為集中參數(shù)模型就可以了，如果還要進(jìn)一步消除暫態(tài)故障分量的影響

14、，除了采取濾波措施以外，輸電線路模型也要加以修正。 為了研究暫態(tài)故障分量，輸電線路模型必須取為分布參數(shù)模型，如果還要進(jìn)一步考慮線路損耗及參數(shù)的依頻特性，同樣要對(duì)線路模型予以修正。,故障分量的組成,故障分量的利用,上述這些分量都可以用來構(gòu)成繼電保護(hù)： ：即故障分量中的工頻分量，可以用來構(gòu)成工頻變化量方向保護(hù)、工頻變化量距離保護(hù)、工頻變化量差動(dòng)保護(hù)、零序保護(hù)、負(fù)序保護(hù)等； ：即全部的故障分量，可以用來構(gòu)成電流突變量起動(dòng)元件、電流突變量選相元件、方向行波元件、行波距離（測(cè)距）保護(hù)等； ：暫態(tài)分量中的高頻部分，用來構(gòu)成反映單端電氣量的暫態(tài)保護(hù)。,故障分量的提取與識(shí)別方法,來自電壓互感器TV和電流互感器

15、TA的電壓電流都是故障后的全電壓和全電流，構(gòu)成反映故障分量的繼電保護(hù)時(shí)，應(yīng)設(shè)法將故障分量 從全電壓和全電流中提取出來。在微機(jī)保護(hù)中，故障分量的提取方法為（電流）：,故障分量的提取與識(shí)別方法,通常情況下，取n1、2或4： n1： n2： n4： 這樣可以計(jì)算出故障分量的采樣序列，利用微機(jī)保護(hù)中的各種算法可以求出其幅值、相位等特征量。,故障分量的提取與識(shí)別方法,以n2為例，波形如下：,故障分量的應(yīng)用,目前在電力系統(tǒng)中廣泛采用反應(yīng)工頻電氣量的微機(jī)保護(hù)裝置，這類裝置利用了由穩(wěn)態(tài)故障分量構(gòu)成的電流元件、方向元件、選相元件和距離元件等分別構(gòu)成不同原理的保護(hù)，包括電流保護(hù)、方向性保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、距離保護(hù)、縱

16、聯(lián)保護(hù)及自適應(yīng)保護(hù)等。 在這些保護(hù)裝置中，暫態(tài)故障分量被視作干擾和噪聲而被濾除，因而所有的研究重點(diǎn)在于如何設(shè)計(jì)性能較好的工頻濾波器。,故障分量的應(yīng)用,隨著電力系統(tǒng)輸送功率的不斷增加，電壓等級(jí)也在不斷提高，系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性問題也日趨嚴(yán)重，而提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性最直接而又簡(jiǎn)單有效的方法是超高速切除系統(tǒng)中發(fā)生的各種故障。 為了適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，研究超高速線路保護(hù)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。,故障分量的應(yīng)用,由于電壓等級(jí)的提高，系統(tǒng)暫態(tài)的持續(xù)時(shí)間加長，故障后的一次波形嚴(yán)重畸變，再加上傳感器暫態(tài)過程的影響，使得基于工頻電氣量的繼電保護(hù)需要采用大量的濾波措施才能保證測(cè)量精度。 嚴(yán)格來說，故障信號(hào)為一非

17、平穩(wěn)信號(hào)即時(shí)變信號(hào)，傳統(tǒng)的Fourier分析方法存在先天不足，因而常規(guī)保護(hù)不能較好地解決可靠性與速動(dòng)性之間的矛盾，從而很難滿足超高速動(dòng)作的要求。,故障分量的應(yīng)用,20世紀(jì)70年代以來，國內(nèi)外許多繼電保護(hù)工作者一直在致力于超高速線路保護(hù)的理論研究，并取得豐碩成果。 這些研究工作完全擯棄傳統(tǒng)的繼電保護(hù)思想，而直接分析故障產(chǎn)生暫態(tài)分量的特征以期從中提取出有用的故障暫態(tài)信息。 研究表明，暫態(tài)故障分量中含有比穩(wěn)態(tài)故障分量中更多的故障信息，且這些信息不受系統(tǒng)振蕩、負(fù)荷變化及CT飽和等因素的影響，從而為繼電保護(hù)理論的發(fā)展開辟了一條新的途徑，這就是反應(yīng)故障暫態(tài)信息的超高速繼電保護(hù)。,故障分量的應(yīng)用,故障測(cè)距問

18、題一直困繞著廣大的繼電保護(hù)工作者。傳統(tǒng)的阻抗測(cè)距法以及基于單端信息的故障分析法只能通過計(jì)算測(cè)量回路的阻抗實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距，這不可避免地受過渡電阻的影響。 為了徹底消除過渡電阻的影響，必須能夠準(zhǔn)確獲得線路兩端的系統(tǒng)參數(shù)，而這在實(shí)際系統(tǒng)中是很難的?；陔p端信息的故障分析法不受過渡電阻的影響，但需要交換兩端的信息，而且兩端的數(shù)據(jù)采集一般還要求能夠同步。 此外，上述測(cè)距方法均受傳感器誤差的影響，因而測(cè)距精度得不到保證。,故障分量的應(yīng)用,理論研究和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，從暫態(tài)故障分量中提取出來的故障行波信息可以用于故障測(cè)距，而且基本不存在上述缺陷，完全可以將故障距離定位到一個(gè)桿塔之內(nèi)（誤差小于1km）。因而可以

19、預(yù)見，反應(yīng)故障行波信息的故障測(cè)距技術(shù)必將成為快速、準(zhǔn)確查找輸電線路故障點(diǎn)的有力武器。,故障分量的應(yīng)用,在暫態(tài)故障分量中，最引人注目的莫過于行波分量，迄今為止的絕大多數(shù)超高速保護(hù)及高精度故障測(cè)距原理都是基于行波理論提出的。,故障分量的應(yīng)用,利用暫態(tài)故障分量的小電流接地故障定位（選線）技術(shù)可望徹底解決長期困擾電力部門的小電流接地故障定位問題。,利用故障分量的保護(hù)元件構(gòu)成原理,啟動(dòng)元件,啟動(dòng)元件,啟動(dòng)元件,方向元件,正方向故障,反方向故障,選相元件,（1）意義 有助于投入故障特征最明顯的阻抗測(cè)量元件； 可用于選相跳閘。,選相元件,（2）選相算法的基本原理 利用電流故障分量選相 單相接地故障：兩個(gè)非故

20、障相電流故障分量之差為零。,選相元件,（2）選相算法的基本原理 利用電流故障分量選相 兩相不接地短路：非故障相電流為零，兩個(gè)故障相電流故障分量之差最大。,選相元件,（2）選相算法的基本原理 利用電流故障分量選相 兩相接地短路：兩個(gè)故障相電流故障分量之差最大。,選相元件,（2）選相算法的基本原理 利用電流故障分量選相 三相短路：三個(gè)相電流故障分量差的有效值均相等。,選相元件,（2）選相算法的基本原理 利用電流故障分量選相,選相元件,（2）選相算法的基本原理 對(duì)稱分量選相 基本思路：首先通過檢測(cè)是否同時(shí)存在零序電流和負(fù)序電流分量來區(qū)分相間短路和接地故障。對(duì)于接地故障，可通過比較零序電流和負(fù)序電流之

21、間的相位差進(jìn)一步區(qū)分單相接地短路和兩相接地短路。,選相元件,（2）選相算法的基本原理 對(duì)稱分量選相,距離元件阻抗判據(jù),距離元件動(dòng)作條件：,距離元件阻抗判據(jù),距離元件動(dòng)作條件：,距離元件電壓判據(jù),Z set,定義：,Um、Im為線路故障后的保護(hù) 安裝處電壓、電流相量,k1,z,Z set,k2,k3,(a),(b),(c),(d),距離元件電壓判據(jù),保護(hù)區(qū)內(nèi)k1點(diǎn)故障：,保護(hù)區(qū)外k2點(diǎn)故障：,保護(hù)區(qū)反向k3點(diǎn)故障：,距離元件電壓判據(jù),保護(hù)動(dòng)作判據(jù)：,滿足該條件，說明為區(qū)內(nèi)故障，否則為區(qū)外故障。,距離元件電壓判據(jù),利用穩(wěn)態(tài)故障分量的 縱聯(lián)保護(hù)原理,縱聯(lián)保護(hù),縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù) 縱聯(lián)（方向）比較式保護(hù)

22、 閉鎖式 允許式 直跳式,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù),基于基爾霍夫電流定律的縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)，是到目前為止最為完善的繼電保護(hù)原理，在發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、電抗器、大容量電動(dòng)機(jī)和輸配電線路等電氣設(shè)備中都得到了應(yīng)用。,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)基本原理,被保護(hù)設(shè)備,*,*,*,*,I-I,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)示意圖,TA1,TA2,KD,被保護(hù)設(shè)備： 發(fā)電機(jī) 變壓器 電動(dòng)機(jī) 母線 線路 電抗器等,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)分析,即流入到差動(dòng)繼電器KD中的電流為0，繼電器不會(huì)動(dòng)作。,正常及外部故障時(shí)：,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)分析,被保護(hù)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)（區(qū)內(nèi)故障時(shí)）： 流入KD的電流為故障電流的二次值，KD動(dòng)作。 可見，差動(dòng)保護(hù)是一種反映故

23、障分量的保護(hù)。,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)問題,在理想情況下，根據(jù)KD中是否有電流，就能夠區(qū)分出是否有內(nèi)部故障。 在實(shí)際情況下，由于電流互感器誤差等因素的存在，在正常運(yùn)行及外部故障時(shí)也會(huì)有一定量的不平衡電流流入差動(dòng)繼電器KD，特別是在外部故障電流互感器飽和的情況下，誤差將會(huì)大大增加，會(huì)有比較大的不平衡電流流入KD。為防止差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，KD的動(dòng)作電流必須按躲過外部故障的最大不平衡電流來整定。,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)問題,帶來的問題是動(dòng)作值過大，內(nèi)部故障的靈敏度降低。 采用帶制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)，是解決可靠性與靈敏性之間矛盾的有效措施。,電流差動(dòng)保護(hù)比率制動(dòng)特性,單斜率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性,雙斜率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性,1,

24、2,3,、,Iunbmax,電流差動(dòng)保護(hù)判據(jù),在圖示參考方向下動(dòng)作量： 通常情況下，制動(dòng)量選為： 動(dòng)作表達(dá)式： K制動(dòng)系數(shù)，0,電流差動(dòng)保護(hù)故障分量的判據(jù),動(dòng)作量：,制動(dòng)量：,動(dòng)作方程：,故障分量電流差動(dòng)保護(hù)的分析,動(dòng)作量：,制動(dòng)量：,即動(dòng)作量與全電流差動(dòng)保護(hù)完全一樣。,故障分量電流差動(dòng)保護(hù)內(nèi)部故障,內(nèi)部故障時(shí)：,所以只要,滿足動(dòng)作條件，且有較高的靈敏度。,k,Z N,Z M,故障分量電流差動(dòng)保護(hù)外部故障,外部故障時(shí)：,所以只要,不滿足動(dòng)作條件，且有較大的裕度。,故障分量電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性,0.10.15,2,Kres=0.81.0,內(nèi)部故障區(qū),外部故障區(qū)域,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)分析,被保護(hù)設(shè)備

25、為發(fā)電機(jī)、變壓器和母線時(shí)，其各側(cè)的電流互感器均在同一個(gè)廠站內(nèi)，這時(shí)可由兩種方式實(shí)現(xiàn)上述的電流差動(dòng)。 一種方式是直接將設(shè)備各側(cè)的電流接入到同一個(gè)裝置中，由該裝置按照差動(dòng)保護(hù)的公式進(jìn)行分析比較，判斷故障區(qū)間； 另一種方式是每個(gè)電流互感器的輸出都接到一個(gè)采集裝置中，然后通過通信網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)采集裝置聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)算法。,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)分析,發(fā)電機(jī)、變壓器一般采用第一種方式，母線既可以采用第一種方式，也可以采用第二種方式，第二種方式實(shí)現(xiàn)的差動(dòng)保護(hù)成為分布式母線保護(hù)。 當(dāng)被保護(hù)設(shè)備為輸電線路時(shí)，由于兩端相距甚遠(yuǎn)，需要在每一側(cè)都裝設(shè)采集裝置，然后利用通信線路來交換兩端的電流信息。,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)通信

26、,可用的通信手段： （1）導(dǎo)引線 （2）載波 （3）微波 （4）光纖 光纖通道具有傳輸速率高、抗干擾性能好、安全可靠性高、能保持長期不間斷地傳輸信號(hào)的特點(diǎn),已成為縱聯(lián)保護(hù)信號(hào)傳輸通道的首選方式。,縱聯(lián)（方向）比較式保護(hù),構(gòu)成 縱聯(lián)（方向）比較式保護(hù)在被保護(hù)設(shè)備的每一端都裝設(shè)一個(gè)反映故障方向的測(cè)量元件。,被保護(hù)設(shè)備： 發(fā)電機(jī) 變壓器 電動(dòng)機(jī) 母線 線路 電抗器等,縱聯(lián)（方向）比較式保護(hù),方向性測(cè)量元件是構(gòu)成縱聯(lián)分析比較式保護(hù)的核心，常用的方向元件包括： （1）故障分量方向元件； （2）負(fù)序功率方向元件； （3）零序功率方向元件； （4）方向阻抗元件； （5）相電壓補(bǔ)償式的功率方向元件等； （6）

27、在單側(cè)電源的情況下，按躲最大負(fù)荷電流整定的過電流元件，也能反映故障方向。,縱聯(lián)（方向）比較式保護(hù),當(dāng)每一端的測(cè)量元件都指示為正向故障時(shí)，表明故障為“區(qū)內(nèi)故障”； 任何一端的測(cè)量元件指示為反向故障時(shí)，表明故障為“區(qū)外故障”。 實(shí)現(xiàn)方法： 閉鎖式和允許式兩種比較方法。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式,當(dāng)任一側(cè)方向元件判斷為反方向時(shí)，不僅本側(cè)保護(hù)不跳閘，而且由發(fā)信機(jī)向?qū)?cè)發(fā)出閉鎖信號(hào)，對(duì)側(cè)保護(hù)接收到閉鎖信號(hào)后，閉鎖該側(cè)保護(hù)。 外部故障時(shí)，近故障側(cè)的方向元件判斷為反方向故障，所以由近故障側(cè)閉鎖遠(yuǎn)故障側(cè)。 內(nèi)部故障時(shí)，兩側(cè)方向元件都判為正方向，都不發(fā)送閉鎖信號(hào)，兩側(cè)收信機(jī)接收不到閉鎖信號(hào)，也就不會(huì)去閉鎖保護(hù)，于

28、是兩側(cè)方向元件均作用于跳閘。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式,I1,W,&,收信,跳閘,I2,W+,&,&,發(fā)信(閉鎖),縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式,工作過程:當(dāng)外部故障時(shí)，如圖所示保護(hù)1和2的情況，在A端的保護(hù)1功率方向?yàn)檎?，在B端的保護(hù)2功率方向?yàn)樨?fù)。此時(shí)，兩側(cè)的起動(dòng)元件1均動(dòng)作起動(dòng)發(fā)信機(jī)發(fā)信。發(fā)信機(jī)發(fā)出的閉鎖信號(hào)一方面為自己的收信機(jī)所接收，一方面經(jīng)過高頻通道，被對(duì)端的收信機(jī)接收。當(dāng)收到信號(hào)后，保護(hù)被閉鎖。此外，起動(dòng)元件2也同時(shí)動(dòng)作閉合其觸點(diǎn)，準(zhǔn)備了跳閘回路。在短路功率方向?yàn)檎囊欢?保護(hù)1)，其方向元件動(dòng)作，停止發(fā)信。在方向?yàn)樨?fù)的一端(保護(hù)2)，方向元件不起動(dòng)。因此，發(fā)信機(jī)繼續(xù)發(fā)送閉鎖信號(hào)。,縱聯(lián)方

29、向比較保護(hù)閉鎖式,在這種情況下，保護(hù)1和保護(hù)2均不能動(dòng)作，保護(hù)就一直被閉鎖。待外部故障切除，起動(dòng)元件返回以后，保護(hù)即復(fù)歸原狀。 當(dāng)兩端供電的線路內(nèi)部故障時(shí)，兩端的起動(dòng)元件1和2均動(dòng)作，其作用同上。之后兩端的方向元件動(dòng)作，即停止了發(fā)信機(jī)的工作，保護(hù)能立即動(dòng)作分別使兩端的斷路器跳閘。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式,需要兩套起動(dòng)元件。由以上分析可以看出，在外部故障時(shí)，距故障點(diǎn)較遠(yuǎn)一端的保護(hù)所感覺到的情況，和內(nèi)部故障時(shí)完全一樣，此時(shí)主要是利用靠近故障點(diǎn)一端的保護(hù)發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)，來防止遠(yuǎn)端保護(hù)的誤動(dòng)作。因此，在外部故障時(shí)保護(hù)正確動(dòng)作的必要條件是靠近故障點(diǎn)一端的高頻發(fā)信機(jī)必須起動(dòng)，而如果兩端起動(dòng)元件的靈敏度不

30、相配合時(shí)，就可能發(fā)生誤動(dòng)作。因而保護(hù)需要兩個(gè)起動(dòng)元件1和2，其靈敏度選擇的不同，靈敏度較高的起動(dòng)元件1只用來起動(dòng)高頻發(fā)信機(jī)以發(fā)出閉鎖信號(hào)，而靈敏度較低的起動(dòng)元件2則準(zhǔn)備好跳閘的回路。任何一端發(fā)出閉鎖信號(hào)的元件的靈敏度都應(yīng)保證高于對(duì)端保護(hù)動(dòng)作跳閘元件的靈敏度，也就是說必須保證兩端保護(hù)靈敏度的配合，否則可能誤動(dòng)。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式,單電源線路內(nèi)部故障。當(dāng)只從一端供電的線路內(nèi)部故障時(shí)，在受電端的半套保護(hù)不起動(dòng)，也不發(fā)送高頻閉鎖信號(hào)，而在電源端的保護(hù)動(dòng)作情況則和上述分析相同，此時(shí)能夠立即動(dòng)作使電源端的斷路器跳閘。 單電源線路外部故障。與雙電源情況類似，近故障端測(cè)量元件反映為反向故障，不會(huì)誤動(dòng)。,

31、縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式,通道破壞。由于閉鎖式縱聯(lián)方向保護(hù)的工作原理是利用非故障線路的一端發(fā)出閉鎖該線路兩端保護(hù)的高頻信號(hào)，而對(duì)于故障線路兩端則不需要發(fā)出高頻信號(hào)，這樣就可以保證在內(nèi)部故障并伴隨有通道的破壞時(shí)(例如通道所在的一相接地或是斷線)，保護(hù)裝置仍然能夠正確地動(dòng)作，這是它的主要優(yōu)點(diǎn)，也是這種高頻信號(hào)工作方式得到廣泛應(yīng)用的主要原因之一。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式,系統(tǒng)振蕩。對(duì)接于相電流和相電壓(或線電壓)上的方向元件，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩且振蕩中心位于保護(hù)范圍以內(nèi)時(shí)，由于兩端的功率方向均為正，保護(hù)將要誤動(dòng)，這是一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)。而對(duì)于反應(yīng)故障分量或負(fù)序、零序的方向元件，則不受振蕩的影響。,縱聯(lián)方向比較

32、保護(hù)閉鎖式,動(dòng)作速度。根據(jù)繼電保護(hù)動(dòng)作的要求，閉鎖信號(hào)只有在外部故障時(shí)才傳送。所以為了保證保護(hù)在外部故障時(shí)不誤動(dòng)，必須等到確定已無閉鎖信號(hào)，才能送出跳閘脈沖。因此必須延緩跳閘時(shí)間以保證時(shí)間配合，這樣就使高頻保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間增長，降低了保護(hù)的動(dòng)作速度，這也是這種保護(hù)的主要缺點(diǎn)。 總之，閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作可靠性高，缺點(diǎn)是需要兩端元件的動(dòng)作時(shí)間和靈敏度配合，故較復(fù)雜和動(dòng)作速度慢。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式,由于閉鎖式縱聯(lián)方向保護(hù)采用短時(shí)發(fā)信方式，故高頻發(fā)信機(jī)需用起動(dòng)元件。常用的起動(dòng)元件有故障分量電流起動(dòng)元件、序分量電流元件、反方向的功率方向元件等。此外通常還采用遠(yuǎn)方起動(dòng)方式，保證只要一側(cè)的起

33、動(dòng)元件動(dòng)作，兩側(cè)的發(fā)訊機(jī)都會(huì)發(fā)信。 對(duì)起動(dòng)元件的要求：應(yīng)保證線路正常運(yùn)行與系統(tǒng)振蕩時(shí)起動(dòng)元件不動(dòng)作，而在發(fā)生其他所有故障時(shí)均能夠靈敏地動(dòng)作。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)閉鎖式,I1,W,&,收信,跳閘,I2,W+,&,&,發(fā)信(閉鎖),t1,縱聯(lián)方向比較保護(hù)允許式,允許式縱聯(lián)方向保護(hù)利用通道傳送允許信號(hào)，收到允許信號(hào)是保護(hù)作用于跳閘的必要條件。在外部故障時(shí)近故障方向元件判斷為反方向，不僅本側(cè)保護(hù)不跳閘，也不向?qū)?cè)發(fā)送允許信號(hào)，對(duì)側(cè)收信機(jī)接收不到允許信號(hào)，就不允許其側(cè)保護(hù)跳閘；在內(nèi)部故障時(shí)兩側(cè)方向元件均判斷為正方向，又都向?qū)?cè)發(fā)送允許信號(hào)，兩側(cè)收信機(jī)都收到允許信號(hào)，為各側(cè)保護(hù)跳閘提供條件，原理框圖如下 。

34、,縱聯(lián)方向比較保護(hù)允許式,收信,跳閘,I,W+,&,&,發(fā)信(允許),縱聯(lián)方向比較保護(hù)允許式,工作過程:當(dāng)外部故障時(shí)，如圖所示保護(hù)1和2的情況，在A端的保護(hù)1功率方向?yàn)檎贐端的保護(hù)2功率方向?yàn)樨?fù)。此時(shí)，A端的起動(dòng)元件及方向元件均動(dòng)作，一方面自身準(zhǔn)備跳閘，另一方面向?qū)?cè)發(fā)送允許信號(hào)；但是B端方向元件不動(dòng)，一方面自己不會(huì)跳閘，也不會(huì)向A端發(fā)送允許信號(hào)，所以兩側(cè)都不會(huì)動(dòng)作跳閘。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)允許式,當(dāng)內(nèi)部故障時(shí)，如圖所示保護(hù)3和4的情況，兩端的方向元件均反映為正向故障。此時(shí)，B端（3處）的起動(dòng)元件及方向元件均動(dòng)作，一方面自身準(zhǔn)備跳閘，另一方面向?qū)?cè)發(fā)送允許信號(hào)；C端（4處）的情況也一樣，所以

35、兩端的方向元件都動(dòng)作，都能夠收到對(duì)側(cè)發(fā)來的允許信號(hào)，所以都會(huì)動(dòng)作跳閘，將故障切除。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)允許式,在允許式保護(hù)中，若方向測(cè)量元件為阻抗元件，則稱為是允許式距離保護(hù)，在這種情況下，有兩種構(gòu)成方式，即欠范圍允許和超范圍允許，欠范圍允許在阻抗I段動(dòng)作時(shí)，一方面本側(cè)直接跳閘，另一方面向?qū)?cè)發(fā)送允許信號(hào)，對(duì)側(cè)在接到允許信號(hào)后與其II段阻抗元件“相與”，當(dāng)收到允許信號(hào)且II段阻抗元件動(dòng)作時(shí)，動(dòng)作跳閘。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)允許式,縱聯(lián)方向比較保護(hù)允許式,超范圍允許用阻抗II段或帶方向特性的阻抗III段起動(dòng)發(fā)允許信號(hào)。當(dāng)收到允許信號(hào)且II段阻抗元件動(dòng)作時(shí)，動(dòng)作跳閘。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)允許式,M,N,Z

36、IIM,ZIIN,ZII,ZI,1,&,Re,Tr,1,跳閘,通道,1,QF,縱聯(lián)方向比較保護(hù)允許式,允許式保護(hù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： （1）動(dòng)作速度快。因?yàn)樵谡l件下沒有信號(hào)，又因?yàn)樵试S信號(hào)只有內(nèi)部故障時(shí)才傳送，在外部故障時(shí)不出現(xiàn)允許信號(hào)。因此毋須時(shí)間配合，這就可使高頻保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間縮短。這是允許式保護(hù)的最大優(yōu)點(diǎn)。 （2）不適用于單電源輸電線。在單端電源條件下，當(dāng)線路內(nèi)部故障時(shí)，受電端正向方向元件由于靈敏度不夠而不動(dòng)作，不向送電端發(fā)出允許信號(hào)，從而使對(duì)端保護(hù)拒動(dòng)，必須采取措施予以解決（弱饋保護(hù)）。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)允許式,（3）可靠性較低。對(duì)于故障起動(dòng)發(fā)信方式的保護(hù)，采用閉鎖信號(hào)時(shí)，在外部故障

37、時(shí)傳送高頻電流，而采用允許信號(hào)時(shí)，在內(nèi)部故障時(shí)傳送高頻電流，由于內(nèi)部故障時(shí)可能引起通道破壞，所以允許式保護(hù)可靠性較低。在采用不受內(nèi)部故障影響的通道時(shí)，不存在該問題。 總之，允許式縱聯(lián)方向保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是無需兩端元件的動(dòng)作時(shí)間和靈敏度配合，因而動(dòng)作速度快，靈敏度高，缺點(diǎn)是動(dòng)作可靠性較低（僅只載波通道情況下，光纖或微波通道時(shí)可靠性并不低），需采用附加措施。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)直跳式,直跳式縱聯(lián)方向保護(hù)利用通道傳送跳閘信號(hào)，收到跳閘信號(hào)是保護(hù)作用于跳閘的充分條件。直跳信號(hào)通常是由I段保護(hù)元件起動(dòng)的，如由阻抗I段或線路變壓器組的情況下變壓器的差動(dòng)保護(hù)等起動(dòng)，另一端只要收到直跳信號(hào)，無論該處的測(cè)量元件是否

38、動(dòng)作，都直跳作用于跳閘。由于只有在保護(hù)區(qū)內(nèi)故障時(shí)I段元件才會(huì)動(dòng)作，所以直跳信號(hào)只在內(nèi)部故障時(shí)發(fā)送，外部故障時(shí)不會(huì)有直跳信號(hào)。原理框圖如下 。,縱聯(lián)方向比較保護(hù)直跳式,M,N,ZIM,ZIN,ZI,Re,Tr,1,跳閘,通道,縱聯(lián)方向比較保護(hù)直跳式,在故障發(fā)生在本側(cè)I段范圍之內(nèi)時(shí)，本側(cè)I段動(dòng)作，一方面立即跳開本側(cè)的斷路器，另一方面向?qū)?cè)發(fā)送直跳信號(hào)，對(duì)側(cè)收到直跳信號(hào)后，直接將其斷路器跳開。 直跳式對(duì)通道的要求極高，應(yīng)采取措施防止因干擾導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。,利用暫態(tài)故障分量的 超高速保護(hù)原理,利用暫態(tài)故障分量的超高速保護(hù)原理,行波保護(hù) 無通道全線速動(dòng)保護(hù) 具有相繼速動(dòng)特性的無通道保護(hù),1. 行波保護(hù)概述

39、 根據(jù)輸電線路發(fā)生故障后所產(chǎn)生的暫態(tài)行波 構(gòu)成的繼電保護(hù)方法稱為行波保護(hù)。 1）行波保護(hù)的特點(diǎn) 快速動(dòng)作性能 不受過渡電阻影響 不受CT飽和影響 不受系統(tǒng)振蕩影響 不受長線分布電容影響,行波保護(hù),2）行波保護(hù)簡(jiǎn)史,二次大戰(zhàn)后，受雷達(dá)發(fā)明的啟發(fā)，人們開始了行波測(cè)距的研究； 行波保護(hù)的概念研究始于20世紀(jì)60年代； 1976年第一套行波保護(hù)裝置由瑞典BBC公司研制成功并投入美國Bonneville電力局500kV輸電線路試運(yùn)行； 國內(nèi)西安交通大學(xué)葛耀中教授于1978年開始了行波保護(hù)的研究工作； 80年代初期從瑞典引進(jìn)了RALDA型行波保護(hù)裝置； 70年代末80年代初期是行波保護(hù)研究的一個(gè)高潮。,1

40、983年，P. A. Crossly等人提出了行波距離保護(hù) 1984年山東工業(yè)大學(xué)馬長貴教授等人開始了特征鑒別式行波距離保護(hù)的研究工作 1987年，南自院沈國榮提出了基于工頻變化量的方向保護(hù)和快速距離保護(hù) 1994年，A. T. Johns等人提出了利用噪聲的保護(hù)，它利用80kHz左右行波分量,2）行波保護(hù)簡(jiǎn)史,2. 行波保護(hù)基本原理,2. 行波保護(hù)基本原理,行波方向保護(hù) 行波差動(dòng)保護(hù) 行波距離保護(hù),行波方向保護(hù),行波方向保護(hù)根據(jù)正向故障信息和反向故障信息在暫態(tài)故障分量中的不同表現(xiàn)形式設(shè)計(jì)相應(yīng)的判據(jù)，以區(qū)分正向故障和反向故障。方向保護(hù)又具體分為判別式方向保護(hù)、軌跡式方向保護(hù)、順序比較式方向保護(hù)

41、和極性比較式方向保護(hù)幾種。,行波差動(dòng)保護(hù),根據(jù)行波傳輸不變性，直接比較線路兩端方向行波（前行波或反行波）的差異識(shí)別線路內(nèi)部故障。,行波距離保護(hù),通過測(cè)量故障暫態(tài)行波由母線到故障點(diǎn)之間往返一次的時(shí)間計(jì)算故障距離，進(jìn)而判別被保護(hù)線路內(nèi)部是否發(fā)生故障。,3. 行波保護(hù)存在的問題,行波保護(hù)的主要問題是可靠性差 行波信號(hào)的不確定性 缺乏合適的行波分析手段 技術(shù)條件的限制,行波信號(hào)的不確定性,故障發(fā)生時(shí)刻（故障電壓初相角）的不確定性 母線結(jié)構(gòu)的不確定性,行波分析缺乏合適的數(shù)學(xué)手段,純粹的時(shí)間分析方法和頻率分析方法不能完整刻劃行波的故障特征。,技術(shù)條件的限制,CVT不能傳變高頻暫態(tài)信號(hào) 高速模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)和

42、芯片 快速處理（運(yùn)算速度要求在納秒級(jí)）,4. 解決行波保護(hù)存在問題的措施,行波信號(hào)的不確定性正變成確定性 先進(jìn)的信號(hào)分析手段應(yīng)用于行波分析 光互感器應(yīng)用于行波保護(hù) 應(yīng)用高速數(shù)據(jù)采集技術(shù) 采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)- DSP應(yīng)用 行波保護(hù)新原理的研究,輸電線路行波保護(hù)裝置PSL-611,無通道全線速動(dòng)保護(hù),20世紀(jì)90年代提出，它利用了故障信號(hào)中的高頻暫態(tài)分量。 這種原理最初利用阻波器對(duì)高頻信號(hào)的堵截作用，將故障信號(hào)中感興趣的高頻暫態(tài)分量限制在本線路范圍內(nèi)，因而僅利用在線路一端感受到的高頻暫態(tài)電壓故障分量即可實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)保護(hù)。 后來，有學(xué)者假定母線分布電容對(duì)高頻信號(hào)具有足夠的吸收作用，因而提出一種只利

43、用高頻電流暫態(tài)分量和多頻道技術(shù)實(shí)現(xiàn)的無通道保護(hù)原理。 上述保護(hù)方法又稱為暫態(tài)保護(hù)。,無通道全線速動(dòng)保護(hù),邊界保護(hù) 綜合考慮了阻波器和母線分布電容在線路兩端形成的邊界效應(yīng)，進(jìn)而以小波分析為工具，利用單端高頻暫態(tài)故障分量構(gòu)造出能夠?qū)崿F(xiàn)全線速動(dòng)的保護(hù)動(dòng)作判據(jù)。,無通道全線速動(dòng)保護(hù),利用暫態(tài)故障分量的超高速保護(hù)研究進(jìn)展,將小波變換、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、參數(shù)識(shí)別等理論用于各種超高速線路保護(hù)，旨在提高超高速線路保護(hù)的可靠性。 在原理上沒有取得新的突破。,清華大學(xué)提出。 利用對(duì)側(cè)開關(guān)動(dòng)作信息判斷故障發(fā)生在保護(hù)區(qū)內(nèi)或區(qū)外，從而決定是否加速本端保護(hù)動(dòng)作。 適用于配電線路，依靠單端量取得縱聯(lián)保護(hù)的效果。,具有相繼速動(dòng)特性

44、的無通道保護(hù),單相故障發(fā)生，故障相電流增大，非故障相電流不變 一端保護(hù)首先動(dòng)作切除本端三相電路，但當(dāng)對(duì)端斷路器動(dòng)作后，健全相被切斷，負(fù)荷電流變?yōu)榱悖铀俦径吮Ｗo(hù)動(dòng)作。,ia,ib,ic,具有相繼速動(dòng)特性的無通道保護(hù),ia,ib,ic,單相故障發(fā)生，故障相電流增大，非故障相電流不變 一端保護(hù)首先動(dòng)作切除本端三相電路，但當(dāng)對(duì)端斷路器動(dòng)作后，健全相被切斷，負(fù)荷電流變?yōu)榱?，加速本端保護(hù)動(dòng)作。,具有相繼速動(dòng)特性的無通道保護(hù),ia,ib,ic,單相故障發(fā)生，故障相電流增大，非故障相電流不變 一端保護(hù)首先動(dòng)作切除本端三相電路，但當(dāng)對(duì)端斷路器動(dòng)作后，健全相被切斷，負(fù)荷電流變?yōu)榱悖铀俦径吮Ｗo(hù)動(dòng)作。,具有相繼速

45、動(dòng)特性的無通道保護(hù),單相故障發(fā)生，故障相電流增大，非故障相電流不變 一端保護(hù)首先動(dòng)作切除本端三相電路，但當(dāng)對(duì)端斷路器動(dòng)作后，健全相被切斷，負(fù)荷電流變?yōu)榱?，加速本端保護(hù)動(dòng)作。,具有相繼速動(dòng)特性的無通道保護(hù),單相故障發(fā)生，故障相電流增大，非故障相電流不變 一端保護(hù)首先動(dòng)作切除本端三相電路，但當(dāng)對(duì)端斷路器動(dòng)作后，健全相被切斷，負(fù)荷電流變?yōu)榱?，加速本端保護(hù)動(dòng)作。,具有相繼速動(dòng)特性的無通道保護(hù),自適應(yīng)繼電保護(hù) （自適應(yīng)電流速斷保護(hù)）,傳統(tǒng)電流保護(hù)按最大運(yùn)行方式離線整定，并按最小運(yùn)行方式校驗(yàn)保護(hù)范圍或靈敏度，雖然這種整定原則能夠保證在各種運(yùn)行方式和故障條件下保護(hù)的選擇性，但性能卻不能達(dá)到最佳。在最小運(yùn)行方

46、式下發(fā)生最不利的故障時(shí)，保護(hù)范圍將縮小，甚至有些情況下會(huì)失去保護(hù)范圍。,對(duì)于35kV及以下電壓等級(jí)的配電線路，為了使得電流保護(hù)性能達(dá)到最佳化，可以采用微機(jī)自適應(yīng)電流保護(hù)技術(shù)，即通過實(shí)時(shí)、在線計(jì)算系統(tǒng)電源側(cè)阻抗及判斷故障類型的方法，使電流保護(hù)具備自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)運(yùn)行方式和判別故障類型的能力，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行方式和故障類型，實(shí)時(shí)、自動(dòng)地調(diào)整保護(hù)整定值。,基本原理,整定原則 自適應(yīng)電流速斷保護(hù)實(shí)時(shí)整定算法可表示為： 實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)電流速斷保護(hù)的關(guān)鍵在于能否對(duì)等效系統(tǒng)阻抗、故障類型系數(shù)以及等效系統(tǒng)電源的相電勢(shì)進(jìn)行在線、準(zhǔn)確測(cè)量或計(jì)算。,保護(hù)范圍分析 自適應(yīng)電流速斷保護(hù)范圍相對(duì)于被保護(hù)線路全長的百分比： 自適應(yīng)電

47、流速斷的保護(hù)范圍與故障類型無關(guān)，而且能夠隨系統(tǒng)運(yùn)行方式（等效系統(tǒng)阻抗）的變化而變化，因而總能使保護(hù)范圍處于最佳狀態(tài)。,關(guān)鍵技術(shù)問題,故障啟動(dòng)：相電流瞬時(shí)突變量啟動(dòng) 等效系統(tǒng)阻抗的在線計(jì)算： 等效系統(tǒng)電源電勢(shì)的在線計(jì)算： 故障類型的自適應(yīng)問題：利用故障分量判斷故障類型 工頻穩(wěn)態(tài)分量的快速、準(zhǔn)確提?。焊凳纤惴ǎㄒ种品侵芷诜至浚?。,TV斷線對(duì)策？,XBJ-200Z配電線路保護(hù)監(jiān)控裝置硬件方案 裝置內(nèi)部主要包含中央處理單元（CPU）、互感器、繼電器、電源等插件和人機(jī)接口模塊,中央處理單元插件的原理框圖,XBJ-200Z配電線路保護(hù)監(jiān)控裝置軟件方案 裝置軟件系統(tǒng)包括DSP軟件、MCU軟件和人機(jī)接口軟件三

48、大部分。 DSP軟件 主要負(fù)責(zé)故障啟動(dòng)、保護(hù)算法、故障錄波以及被監(jiān)視線路正常運(yùn)行情況下各種遙測(cè)量的計(jì)算。 MCU軟件 運(yùn)行在實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOS）之上，主要負(fù)責(zé)保護(hù)出口跳閘、重合閘、遙信/遙控處理、對(duì)外通信和裝置自檢等任務(wù)。 人機(jī)接口軟件 運(yùn)行在另一實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)之上，主要負(fù)責(zé)與MCU通信、鍵盤/液晶顯示和裝置運(yùn)行告警指示燈驅(qū)動(dòng)。,參量計(jì)算,在線整定,測(cè)量比較,自適應(yīng)電流速斷 保護(hù)故障處理流程,XBJ-200Z主要功能 1）自適應(yīng)電流速斷保護(hù) 2）傳統(tǒng)三段式電流保護(hù) 3）三相一次重合閘 4）低周減載 5）事件告警（保護(hù)動(dòng)作 、TV斷線、開關(guān)拒動(dòng)、跳合閘回路異常 ） 6）數(shù)據(jù)采集與監(jiān)

49、控（SCADA） 7）故障錄波,配電線路自適應(yīng)電流速斷保護(hù)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果: XBJ-200Z配電線路保護(hù)裝置的自適應(yīng)速斷保護(hù)性能能夠隨著系統(tǒng)運(yùn)行方式、故障類型和負(fù)荷條件的變化而自動(dòng)調(diào)整到最佳狀態(tài)，并且具有較強(qiáng)的耐受過渡電阻能力。,輸電線路故障測(cè)距 （行波故障測(cè)距技術(shù)）,行波故障測(cè)距技術(shù),基本原理 關(guān)鍵技術(shù) 實(shí)際應(yīng)用,Ts1,Ts2,故障點(diǎn)距S變電站距離：,V - 波速度,行波故障測(cè)距基本原理,行波故障測(cè)距基本原理,Ts1,Ts2,t,S,R,重合閘行波測(cè)距法,行波故障測(cè)距基本原理,行波故障測(cè)距關(guān)鍵技術(shù),暫態(tài)行波傳變 高速數(shù)據(jù)采集 精確時(shí)間同步 行波到達(dá)時(shí)刻的準(zhǔn)確標(biāo)定 遠(yuǎn)程通信,暫態(tài)行波傳變,1

50、）電磁式電壓互感器（TV） 2）專用耦合設(shè)備 3）光電壓、電流互感器 4）常規(guī)保護(hù)電流互感器（TA） 5）V型（兩相）電磁式電壓互感器 6）配電變壓器,高速數(shù)據(jù)采集,意義：1）可以實(shí)現(xiàn)單端行波故障測(cè)距； 2）可以補(bǔ)償雙端行波測(cè)距誤差。 原理：,nP為觸發(fā)前的 采樣數(shù)據(jù)個(gè)數(shù),精確時(shí)間同步,D型雙端行波法要求兩側(cè)裝置實(shí)現(xiàn)1us時(shí)間精確同步，使測(cè)距分辨率達(dá)到150米。,精確時(shí)間同步,GPS同步時(shí)鐘原理,行波到達(dá)時(shí)刻的準(zhǔn)確標(biāo)定,行波脈沖的常規(guī)越限檢測(cè)方法抗干擾能力差、時(shí)間精度低。,根據(jù)不同頻帶下模極大值的大小與極性可判斷檢測(cè)到的信號(hào)突變是否是來自故障點(diǎn)的行波脈沖。,遠(yuǎn)程通信,S,R,測(cè)距主站,通信網(wǎng)絡(luò),行波故障測(cè)距技術(shù)應(yīng)用,行波測(cè)距子站安裝在變電所，記錄故障產(chǎn)生的行波信號(hào)。 故障行波數(shù)據(jù)經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)送到調(diào)度中心的分析主站 分析主站保存、處理數(shù)據(jù)，計(jì)算故障距離。,變電所 S,變電所 R,行波分析主站,行波測(cè)距 子站,WAN 通信網(wǎng)絡(luò),調(diào)度控制中心,XC-2000行波測(cè)距系統(tǒng),行波故障測(cè)距技術(shù)應(yīng)用,XC系列行波測(cè)距系統(tǒng)已經(jīng)在國內(nèi)電力系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。 典型應(yīng)用包括： 三峽電力外送、西電東送交/直流輸電線路 大同-北京500kV帶串補(bǔ)電容交流輸電線路 晉東南-荊門1000kV特高壓交流輸電線路 云南-廣東800kV特高壓直流輸電線路 青藏鐵路配電線路,行波故障測(cè)