第3期(总第147期)
2008年6月
SHANXI
山西电力
POWER
No.3(Ser.147)
ELECTRIC
Jun.2008
允许式纵联保护分析
罗
琦1,宋述勇2
(1.晋城蝶业集团供电公司,山西晋城048006;2.山西电力科学研究院.山西太原030001)
摘要:阐述了允许式纵联保护的工作原理和特点以及正常运行和故障时的逻辑,并比较了纵联距离、纵联零序、工频变化量距离(方向)继电器、故障分量方向继电器等纵联方向保护的特点,分析了过渡电阻、负荷阻抗等影响纵联保护的因素。
关键词:允许式;纵联保护;过渡电阻中图分类号:TM77
文献标识码:A文章编号:1671-0320(2008)03—0022—05
超高压输电线路主要是依赖于通道将线路两端的电气量进行交换,通过交换信息的变化量以区分是区内故障,还是区外故障。根据交换信息的方式,纵联保护主要分为闭锁式、允许式、远方跳闸式电流差动保护。
根据通道类型、保护原理以及线路两侧交换信息方式的不同,可组合不同的纵联保护。国内常使用的纵联保护有闭锁式方向或距离、允许式方向或距离保护和分相电流差动保护。通道可采用电力线载波、微波和光纤通道。在以往的220kV系统中,纵联保护利用专用载波通道,常与专用的收发信机配合,组成专用闭锁式高频纵联方向(距离)保护;在500kV系统中,纵联保护利用复用载波机或微波通道,组成允许式高频纵联方向(距离)保护。本文主要介绍纵联允许式距离(方向)保护。
允许式纵联方向(距离)保护的工作原理是在启动后判断为正方向时向对端发送允许信号,每端的保护必须在本端方向元件动作,且又收到对端的允许信号之后,才能动作于跳闸。允许式保护采用双频制,每端的保护只能接收对端的信号,而不能接收自身的信号。
闭锁式纵联方向(距离)保护的优势在于:当线路发生故障时,载波通道可能被阻塞,但并不影响闭锁式纵联保护的正确动作。而允许式保护是在被保护线路发生故障时,需要向线路对侧传送允许信号和数据,载波通道被阻塞可能导致允许式纵联
收稿日期:2008一Ol—04。修回日期:2008—03—20作者简介:罗
琦(1964一),男,河北宁晋人.1988年毕业于长
保护拒动。如果利用复用光纤或微波通道,闭锁式
保护不再具有优势,因此,复用光纤或微波通道不选用闭锁式保护,而选用允许式方向或距离保护和分相电流差动保护方式。
随着光纤通道的使用,光纤允许式纵联保护在超高压线路中得到了广泛的应用。
1不同纵联方向保护的特点
方向纵联保护是按比较线路各端功率方向的原理构成,根据比较功率方向量的不同,构成有阻抗方向、相电压补偿方向、工频变化量方向、正序故障分量方向、负序故障分量方向、零序故障分量方向、相电流差突变量方向、行波方向等方向元件。由这些方向元件构成的保护各具特点。
1.1纵联距离方向保护
在高压输电线路保护中,距离保护无疑占有很重要的地位。距离保护的保护原理具有很多优点,例如:受电力系统运行方式和结构变化的影响较小,保护范围较长且较稳定,适合于远距离、重负荷的高压线路,具有一定的耐受过渡电阻的能力等等。因此距离保护一直是复杂电网中高压输电线路最重要、应用最广泛的保护方案之一。
纵联距离方向保护按超范围整定的距离继电器构成方向比较元件,其动作特性与距离保护基本一致,由接地距离继电器、相间距离继电器组成:第一,在保护区末端经过渡电阻短路时具有防止超范围动作的能力;第二,具有出口经过渡电阻短路时可靠动作的能力;第三,保证正向出口故障可靠动作的能力;第四,反应故障点过渡电阻能力;第五,避越负荷阻抗的能力等。
治职工大学电气自动化专业.工程师;
宋述勇(1971-).男,山西交城人.1995年毕业于武
汉大学电力系统自动化专业,高级工程师。
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22
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万方数据
2008年6月罗琦,等:允许式纵联保护分析
雾研究与实践嚣爹旃究焉羹鹾懑
1.2纵联零序方向继电器
零序正反方向元件由零序功率Po决定,P0由3U。和3J。×ZD的乘积获得(3Uo,3J。为自产零序电压、电流,ZD是幅值为1相角为78。的相量)。纵联零序保护的正方向元件由零序方向比较过流元件和零序正方向元件F0+的与门输出,而纵联零序保护的反方向元件由零序起动过流元件和零序反方向元件F。一的与门输出。纵联零序方向继电器对经过渡电阻接地故障有较高的灵敏度,但纵联零序方向继电器需要有延时以躲过三相合闸不同时等因素的影响及三相出口短路测量误差和暂态分量引起的计算误差,非全相运行时受负荷电流的影响。
1.3工频变化量距离【方向)继电器
工频变化量保护是20世纪80年代初期推出的,是保护原理上的重大突破。自适应能力强,经运行实践非常成功。具有工频概念、变化量概念、
暂态概念。
电力系统发生短路故障时,短路电流、电压可分解为故障前负荷状态的电流、电压分量和故障分量,工频变化量距离(方向)继电器保护信息就是取自工频的故障分量,因此反应工频变化量的继电器不受负荷状态的影响。产生工频变化分量的电源仅取决于故障点的附加电源,有很强的保护过渡电阻能力,该能力有很强的自适应功能。工频变化量保护只在故障的开始起作用,即所谓的的暂态概念。
工频变化量方向继电器测量电压、电流故障分量的相位,测量相角反相位时动作。方向的明确性与故障类型无关,无论单相、两相接地短路、两相短路、三相短路都是0。与180。的关系。不像零序方向只适应接地,不适应不接地故障,不像负序方向不适应三相短路,更不像按45。,30。接线的常规方向继电器,随短路类型不同而相角变化。
工频变化量距离继电器区内、区外明确;正向、反向明确;正向出口短路没有死区,正向出口短路动作速度很快,保护背后运行方式越大,本线路越长,动作速度越快;不反应系统振荡;单侧电源线路,非电源侧仍有较好的测量性能;过渡电阻能力是圆特性中最好的,而且具有较好的选相能力。
1.4故障分量方向继电器的特点
故障分量方向继电器,具有原理简单、算法容易实现以及灵敏度高、不易受系统振荡、正常运行时系统的负荷变化以及非全相运行等因素影响的
特性。
由于所采用的故障分量类型不同,零序、负序及各种突变量构成的比幅式方向判据之间既有共同的特点,又存在各自相异的特征如下。
万
方数据a)零序、负序以及正序突变量方向判据能反映各种不对称故障,但零序、负序方向判据不能反映各种对称故障。
b)相间突变量方向元件可以正确地反映判据所包含的两相相间故障以及单相接地故障,但不能
反映另一相的情况。
c)基于故障分量的方向元件在线路出口发生故障时没有电压死区,可快速地切除出口故障
d)由于突变量只能在保护启动后的有限时窗内获取,故突变量判据必须与启动元件配合,并且只在该时间窗内判据有效。而对于零序、负序方向判据,只要不对称故障存在,无须其他配合便可持续稳定地反映故障方向。
e)当非全相运行时,保护将测量到零序、负序分量,此时零序、负序方向元件必须退出运行,以避免错误判别故障方向。而基于突变量的方向判
据则不受非全相运行的影响。
2允许式纵联保护工作原理
允许式方向或距离保护的动作原理是通过功率方向或距离元件来判别线路故障的方向,向线路对侧发送允许信号。当被保护线路发生故障时,线路两侧保护故障判别元件动作又收到对侧的允许信号,则保护整组动作发出跳闸命令。当被保护线路区外(被保护线路背后)发生故障时,远故障端的保护的功率方向或距离元件动作,判别为正方向故障,并发送允许信号,但近故障端的保护的功率方向或距离元件判别为反方向故障,不发送允许信号,两侧保护均不满足动作条件,不会误动作。这种保护在我国应用较为广泛,具有适应各种信号传输通道的优点,既可使用载波通道,也可复用光纤
或微波通道。
按一般规定,从母线指向线路的方向为正方向,从线路指向母线的方向为反方向。在功率方向为正的一端向对端发送允许信号,此时每端的收信机只能接收对端的信号而不能接收自身的信号。每端的保护必须在方向元件动作,同时又收到对端的允许信号之后,才能动作于跳闸,显然只有故障线路的保护符合这个条件。对非故障线路而言,一端是方向元件动作,收不到允许信号,而另一端是收到了允许信号但方向元件不动作,因此都不能跳闸。
允许信号歹!碧!堡芝
允许信号
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图1
允许式纵联保护信号逻辑图
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23
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茎研究与实践善
山西
电力
2008年第3期
图1中表示在线路发生故障时(g点发生接地故障),由功率方向为正的一侧向对侧(A—B,C
3.1故障测量程序中允许式纵联保护逻辑
如图2所示,正方向元件动作且反方向元件不动即发允许信号,同时收到对侧允许信号达8
ms
—D,pC,F—E)发送允许信号,每侧的保护
必须在方向元件动作,同时又收到对侧允许信号之后,才能动作跳闸。显然本例中只有故障线路C,
后纵联保护动作;如连续40ms未收到对侧允许信号,则其后纵联保护动作需经20ms延时,防止故障功率倒向时保护误动;当本装置其他保护(如工频变化量阻抗、零序延时段、距离保护)动作跳闸,或外部保护(如母线差动保护)动作跳闸时,立即发允许信号,并在跳闸信号返回后,发信展宽
150
D两侧的保护满足动作跳闸的条件,而对于非故障线路(AB,EF),一侧是方向元件动作(A,F),但收不到允许信号,另一侧(B,E)是收到了允许信号,但方向元件不动作,因此不能跳闸。
3允许式纵联保护逻辑
一般与载波机或光纤数字通道配合构成允许式纵联保护,位置发信、其他保护动作发信等都由保护装置实现,这些信号都应接人保护装置而不接至光电接口装置。以南瑞的RCS-902A保护为例,介绍允许式纵联保护逻辑[3]。允许式纵联保护逻辑分为故障测量程序和正常运行程序2种,见图2、图3。
ms,但在展宽期间若反方向元件动作,则立即
返回,停止发信;三相跳闸固定回路动作或三相跳闸位置继电器均动作且无流时,始终发信。.
发信
图3允许式纵联保护未起动时的方框图
联保
出口
图2允许式纵联保护起动后方框图
3.2正常运行程序中允许式纵联保护逻辑
距离保护因此可能发生拒动或者误动。实际的距离保护装置通常需考虑过渡电阻引起的后果。4.4.1对单侧电源线路的影响
过渡电阻一般呈电阻性,对单侧电源线路来说(图4所示),保护装置距短路点越近,受过渡电阻影响越大;同时保护装置整定阻抗值越小,受过渡电阻影响越大。因此,线路出口经过渡电阻短路时由于继电器测量阻抗增大,很可能使保护拒动。如图4所示,母线A侧保护出口处经过渡电阻R短路,当R。较大时,测量阻抗超出特性圆范围,保护拒绝动作[1]。
4.4.2对双侧电源线路的影响
对双侧电源的线路(图5所示),设B母线出
如图3所示,当收到对侧信号后,如TWJ动作,则给对侧发100ms允许信号;当用于弱电侧,
判断任一相电压或相间电压低于30V时,当收到
对侧信号后给对侧发100ms允许信号,这保证在线路轻负荷、起动元件不动作的情况下,可由对侧保护快速切除故障。
4影响纵联保护的因素
4.1过渡电阻的影响
当电力系统发生短路故障时,一般不是金属性短路,大多数的情况下短路点存在着过渡电阻。当存在过渡电阻时,距离保护的测量电阻不再同故障距离成正比,距离保护的动作区会扩大或者缩小,
・
24
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万方数据
2008年G月罗琦,等:允许式纵联保护分析
研究与实践
a经R短路时的等效图b特性圆
图4单侧电源短线路出口处经尺。短路
时的等效图及特性圆分析
口处A相经过渡电阻R。接地短路,A母线保护测
Z,=U^/(,^+K×3L)=
ZAB+(Jd,+l,e)R。/Id,=ZAl{+JdR。/Id,=ZAB+AZ。
(1)
当J。滞后J。,时,△Z呈容性,Z,进入保护的
动作范围,引起保护误动。
a短路系统图
b动作特性倒
图5
双侧电源线路经R。短路时等效图及特性圆分析
a)工频变化量距离继电器。工频变化量距离继电器的正方向阻抗圆特性包含圆点,在动作特性
圆内保护可靠动作,区外可靠不动作。附加阻抗差,只有两侧阻抗角有小差异。△J。与△Jd,相位基在对侧电流助增引起的超越问题。当保护背后运行变化量距离继电器保护过渡电阻有很强的自适应能力。
b)工频变化量方向继电器。方向元件的动作角度范围为180。左右,而过渡电阻不影响方向元件的方向,只会对保护的灵敏角产生一定影响,所以工频变化量方向继电器不受故障点的过渡电阻和对侧电源助增作用的影响,可允许测量很大的故障
过渡电阻。
c)多边形继电器。多边形继电器特性包括四
边形及五边形特性及类似的特性,它们具有较好的耐受过渡电阻的能力,见图6。
对于图G五边形特性中线4为克服线路末端故障时过渡电阻的影响,可在R轴方向独立移动以电阻短路时能可靠动作。口值选择应能躲线路末端故障时的超越现象。对短路线路,R值较小,易受
万
方数据图6五边形特性
过渡电阻影响,可加大R/.比值,增强其允许过
渡电阻能力。
d)补偿式方向元件。应用相电压补偿式方向元件的方案,具有方向性强、在系统振荡过程中反
方向经任何过渡电阻短路时不误动、能自然地适用
于两相运行的线路、能切除单相重合闸过程中的短路等优点。但是,理论分析和实践经验均表明,当过渡电阻达到一定值时,该方向元件可能拒动,尤
其是线路末端短路时,允许的过渡电阻更小。
基于零序补偿电压的方向元件作为相电压补偿式方向元件的补充。零序电压补偿式方向元件很好地解决了单相接地或两相经大过渡电阻接地短路时的灵敏度问题,但是不能反映非接地的短路故障。
负序电压补偿式方向元件在全相运行条件下发生各种不对称短路时,不论过渡电阻大小和系统振荡角大小,均能保证正方向短路时可靠动作,反方向短路时可靠不动作,具有明确的方向性。
随着线路的送电要求和受电能力的不断提高,负荷阻抗对线路距离保护的影响日臻突出。
对于线路,其视在功率计算为
式中:U-电压;
S一3Ul=P+jQ,
(2)
J——电流J的共轭;P——有功功率;Q——无功功率。
对于负荷,最常给出的是最大有功功率和最小功率因数,如果给定有功功率P,那么在阻抗平面上,负荷阻抗特性是1个圆。特性方程如式(3)所示,在R—X平面上这是1个以点(【,2/2e,0)为圆心,以U2/2P为半径的圆[2]
X2+(尺一U2/2P)2=(【,2/2P)2。
(3)
如图7所示,当线路的输送功率提升时,该负荷阻抗轨迹圆将向原点方向缩进,明显增加了距离
保护误动的可能性。
由图6可知,当四边形阻抗继电器的动作特性
・
25
・
量阻抗为…
4.2负荷阻抗的影响
AZ=J。R。/In当区外短路时,两侧无电势相位本相同,过渡电阻附加阻抗是纯阻性的,因此不存方式越大时,△Z越小,阻抗圆越小;保护背后运
行方式越小时,△Z越大,阻抗圆越大,可见工频
适应不同数值的过渡电阻。线2要保证出口经过渡
洳究与实《
J8765432l
-2一l
—l
一2—3
—4
山西电力2008年第3期
定值的整定主要考虑避开线路正常运行时的最小负
—5—6—7-8
一.巳—14
图7负荷阻抗特性
are
荷阻抗。而反应工频变化量的继电器不受负荷阻抗
的影响。
5
小结
影响纵联距离(方向)保护动作特性的因素是
7
多方面的,短路过渡电阻、负荷阻抗的影响只是其中之一。目前常用的纵联距离(方向)保护判据在过渡电阻、负荷阻抗等方面各有特点。影响纵联距离(方向)动作特性的各个因素间彼此互相关联,所以抑制这些影响因素无论是从设计角度还是从应用角度应综合考虑。
参考文献:[1]
张晶晶,曹锐.距离保护特性元件躲过渡电阻能力分析与研究[J].继电器,2004,32(6):17—19.
[2]
张太升。罗承廉。杜凌,等.四边形特性距离保护躲负荷性能分析[J].继电器,2004,32(1):28—31.
包含R轴的面积越小时,受负荷阻抗的影响也越小。四边形动作特性的阻抗继电器,边界I和边界3就是为保证距离继电器躲开负荷测量阻抗。电阻
AnalysisoftheTypeofthePermissiveSerialTransmissionLineProtection
LUOQi,SoNGShu-yong
(1.PowerSupplyCompanyofJinchengCoalGroup,Taiyuan,Shanxi
2.ShanxiElectricPowerResearchInstitute,Taiyuan,Shanxi
Abstract:Workingprinciple,features,logicofnormaloperation,andfault
on
048006,China;
030001,China)
are
permissivetype
expatiated.Different
charactersoflongitudinaldistance,longitudinalzone-sequence。powerfrequencyvarietydistancerelay,andfaultcomponentsdirectionalrelayoflongitudinalprotectionsuch
as
compared.Factorswhichaffectserialtransmissionlineprotection
are
analyzed,
transitionresistanceandloadimpedance.
Keywords:permissivetype;serialtransmissionlineprotection}transitionresistance
(上接第14页)
需要引起重视的问题。消弧线圈的运行工况比较复杂,巡视中多次发现装置的控制器死机、数据显示电容电流测试不正确、打印出的接地记录显示基地补偿状态不合理。在发生多次短时接地后更容易出现数据无法解释的情况。一般分析认为打印数据是前次接地消除后的暂态过程数据。
5
发展的快车道,对新建变电站,将根据变电站性质(城网还是农网),同步安装自动调谐消弧线圈或预留位置。旧的变电站,将根据电容电流实测结果,陆续新装一些自动调谐消弧线圈。在装置选型上应重点关注自动调谐消弧线圈和接地选线装置的配合问题。今后,还需要经过不断探讨、研究,以求将最先进的技术应用于长治配电网中。
结束语
“十一五”期间,长治电网规划建设进入提速
OperationAnalysisandNeutralPointGroundingof
JIALei
(ChangzhiPowerSupplyCompany,Changzhi,Shanxi
Abstract:Current
status
Changzhi
DistributionNetwork
046011。China)
introduced.As
tO
of
neutralpointgroundingofChangzhi
distributionnetworkisthe
huge
increaseofcapacitance
are
current
causedbylargeelectricpowercablesbeingimputed。specificsolutionsinengineeringapplication
arc
proposed.Besides.actualproblemsin
suppressioncoilinelectricsubstationdesign,selectionofreformed
are
capability
andgroundingtransformer,andmattersingroundingtransformeroperationandmaintenance
put
forward.
Keywords:neutralpointgrounding;arc-suppressioncoil;capacitancecurrent;self-trackingcompensation;grounding
operationtime
・
26
・
万方数据
允许式纵联保护分析
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
罗琦, 宋述勇, LUO Qi, SONG Shu-yong
罗琦,LUO Qi(晋城煤业集团供电公司,山西,晋城,048006), 宋述勇,SONG Shu-yong(山西电力科学研究院,山西,太原,030001)山西电力
SHANXI ELECTRIC POWER2008(3)
参考文献(2条)
1. 张晶晶;曹锐 距离保护特性元件躲过渡电阻能力分析与研究[期刊论文]-继电器 2004(06)2. 张太升;罗承廉;杜凌 四边形特性距离保护躲负荷性能分析[期刊论文]-继电器 2004(01)
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_sxdl200803008.aspx
第3期(总第147期)
2008年6月
SHANXI
山西电力
POWER
No.3(Ser.147)
ELECTRIC
Jun.2008
允许式纵联保护分析
罗
琦1,宋述勇2
(1.晋城蝶业集团供电公司,山西晋城048006;2.山西电力科学研究院.山西太原030001)
摘要:阐述了允许式纵联保护的工作原理和特点以及正常运行和故障时的逻辑,并比较了纵联距离、纵联零序、工频变化量距离(方向)继电器、故障分量方向继电器等纵联方向保护的特点,分析了过渡电阻、负荷阻抗等影响纵联保护的因素。
关键词:允许式;纵联保护;过渡电阻中图分类号:TM77
文献标识码:A文章编号:1671-0320(2008)03—0022—05
超高压输电线路主要是依赖于通道将线路两端的电气量进行交换,通过交换信息的变化量以区分是区内故障,还是区外故障。根据交换信息的方式,纵联保护主要分为闭锁式、允许式、远方跳闸式电流差动保护。
根据通道类型、保护原理以及线路两侧交换信息方式的不同,可组合不同的纵联保护。国内常使用的纵联保护有闭锁式方向或距离、允许式方向或距离保护和分相电流差动保护。通道可采用电力线载波、微波和光纤通道。在以往的220kV系统中,纵联保护利用专用载波通道,常与专用的收发信机配合,组成专用闭锁式高频纵联方向(距离)保护;在500kV系统中,纵联保护利用复用载波机或微波通道,组成允许式高频纵联方向(距离)保护。本文主要介绍纵联允许式距离(方向)保护。
允许式纵联方向(距离)保护的工作原理是在启动后判断为正方向时向对端发送允许信号,每端的保护必须在本端方向元件动作,且又收到对端的允许信号之后,才能动作于跳闸。允许式保护采用双频制,每端的保护只能接收对端的信号,而不能接收自身的信号。
闭锁式纵联方向(距离)保护的优势在于:当线路发生故障时,载波通道可能被阻塞,但并不影响闭锁式纵联保护的正确动作。而允许式保护是在被保护线路发生故障时,需要向线路对侧传送允许信号和数据,载波通道被阻塞可能导致允许式纵联
收稿日期:2008一Ol—04。修回日期:2008—03—20作者简介:罗
琦(1964一),男,河北宁晋人.1988年毕业于长
保护拒动。如果利用复用光纤或微波通道,闭锁式
保护不再具有优势,因此,复用光纤或微波通道不选用闭锁式保护,而选用允许式方向或距离保护和分相电流差动保护方式。
随着光纤通道的使用,光纤允许式纵联保护在超高压线路中得到了广泛的应用。
1不同纵联方向保护的特点
方向纵联保护是按比较线路各端功率方向的原理构成,根据比较功率方向量的不同,构成有阻抗方向、相电压补偿方向、工频变化量方向、正序故障分量方向、负序故障分量方向、零序故障分量方向、相电流差突变量方向、行波方向等方向元件。由这些方向元件构成的保护各具特点。
1.1纵联距离方向保护
在高压输电线路保护中,距离保护无疑占有很重要的地位。距离保护的保护原理具有很多优点,例如:受电力系统运行方式和结构变化的影响较小,保护范围较长且较稳定,适合于远距离、重负荷的高压线路,具有一定的耐受过渡电阻的能力等等。因此距离保护一直是复杂电网中高压输电线路最重要、应用最广泛的保护方案之一。
纵联距离方向保护按超范围整定的距离继电器构成方向比较元件,其动作特性与距离保护基本一致,由接地距离继电器、相间距离继电器组成:第一,在保护区末端经过渡电阻短路时具有防止超范围动作的能力;第二,具有出口经过渡电阻短路时可靠动作的能力;第三,保证正向出口故障可靠动作的能力;第四,反应故障点过渡电阻能力;第五,避越负荷阻抗的能力等。
治职工大学电气自动化专业.工程师;
宋述勇(1971-).男,山西交城人.1995年毕业于武
汉大学电力系统自动化专业,高级工程师。
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万方数据
2008年6月罗琦,等:允许式纵联保护分析
雾研究与实践嚣爹旃究焉羹鹾懑
1.2纵联零序方向继电器
零序正反方向元件由零序功率Po决定,P0由3U。和3J。×ZD的乘积获得(3Uo,3J。为自产零序电压、电流,ZD是幅值为1相角为78。的相量)。纵联零序保护的正方向元件由零序方向比较过流元件和零序正方向元件F0+的与门输出,而纵联零序保护的反方向元件由零序起动过流元件和零序反方向元件F。一的与门输出。纵联零序方向继电器对经过渡电阻接地故障有较高的灵敏度,但纵联零序方向继电器需要有延时以躲过三相合闸不同时等因素的影响及三相出口短路测量误差和暂态分量引起的计算误差,非全相运行时受负荷电流的影响。
1.3工频变化量距离【方向)继电器
工频变化量保护是20世纪80年代初期推出的,是保护原理上的重大突破。自适应能力强,经运行实践非常成功。具有工频概念、变化量概念、
暂态概念。
电力系统发生短路故障时,短路电流、电压可分解为故障前负荷状态的电流、电压分量和故障分量,工频变化量距离(方向)继电器保护信息就是取自工频的故障分量,因此反应工频变化量的继电器不受负荷状态的影响。产生工频变化分量的电源仅取决于故障点的附加电源,有很强的保护过渡电阻能力,该能力有很强的自适应功能。工频变化量保护只在故障的开始起作用,即所谓的的暂态概念。
工频变化量方向继电器测量电压、电流故障分量的相位,测量相角反相位时动作。方向的明确性与故障类型无关,无论单相、两相接地短路、两相短路、三相短路都是0。与180。的关系。不像零序方向只适应接地,不适应不接地故障,不像负序方向不适应三相短路,更不像按45。,30。接线的常规方向继电器,随短路类型不同而相角变化。
工频变化量距离继电器区内、区外明确;正向、反向明确;正向出口短路没有死区,正向出口短路动作速度很快,保护背后运行方式越大,本线路越长,动作速度越快;不反应系统振荡;单侧电源线路,非电源侧仍有较好的测量性能;过渡电阻能力是圆特性中最好的,而且具有较好的选相能力。
1.4故障分量方向继电器的特点
故障分量方向继电器,具有原理简单、算法容易实现以及灵敏度高、不易受系统振荡、正常运行时系统的负荷变化以及非全相运行等因素影响的
特性。
由于所采用的故障分量类型不同,零序、负序及各种突变量构成的比幅式方向判据之间既有共同的特点,又存在各自相异的特征如下。
万
方数据a)零序、负序以及正序突变量方向判据能反映各种不对称故障,但零序、负序方向判据不能反映各种对称故障。
b)相间突变量方向元件可以正确地反映判据所包含的两相相间故障以及单相接地故障,但不能
反映另一相的情况。
c)基于故障分量的方向元件在线路出口发生故障时没有电压死区,可快速地切除出口故障
d)由于突变量只能在保护启动后的有限时窗内获取,故突变量判据必须与启动元件配合,并且只在该时间窗内判据有效。而对于零序、负序方向判据,只要不对称故障存在,无须其他配合便可持续稳定地反映故障方向。
e)当非全相运行时,保护将测量到零序、负序分量,此时零序、负序方向元件必须退出运行,以避免错误判别故障方向。而基于突变量的方向判
据则不受非全相运行的影响。
2允许式纵联保护工作原理
允许式方向或距离保护的动作原理是通过功率方向或距离元件来判别线路故障的方向,向线路对侧发送允许信号。当被保护线路发生故障时,线路两侧保护故障判别元件动作又收到对侧的允许信号,则保护整组动作发出跳闸命令。当被保护线路区外(被保护线路背后)发生故障时,远故障端的保护的功率方向或距离元件动作,判别为正方向故障,并发送允许信号,但近故障端的保护的功率方向或距离元件判别为反方向故障,不发送允许信号,两侧保护均不满足动作条件,不会误动作。这种保护在我国应用较为广泛,具有适应各种信号传输通道的优点,既可使用载波通道,也可复用光纤
或微波通道。
按一般规定,从母线指向线路的方向为正方向,从线路指向母线的方向为反方向。在功率方向为正的一端向对端发送允许信号,此时每端的收信机只能接收对端的信号而不能接收自身的信号。每端的保护必须在方向元件动作,同时又收到对端的允许信号之后,才能动作于跳闸,显然只有故障线路的保护符合这个条件。对非故障线路而言,一端是方向元件动作,收不到允许信号,而另一端是收到了允许信号但方向元件不动作,因此都不能跳闸。
允许信号歹!碧!堡芝
允许信号
叫■—t1广£—寸一O
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图1
允许式纵联保护信号逻辑图
・
23
・
茎研究与实践善
山西
电力
2008年第3期
图1中表示在线路发生故障时(g点发生接地故障),由功率方向为正的一侧向对侧(A—B,C
3.1故障测量程序中允许式纵联保护逻辑
如图2所示,正方向元件动作且反方向元件不动即发允许信号,同时收到对侧允许信号达8
ms
—D,pC,F—E)发送允许信号,每侧的保护
必须在方向元件动作,同时又收到对侧允许信号之后,才能动作跳闸。显然本例中只有故障线路C,
后纵联保护动作;如连续40ms未收到对侧允许信号,则其后纵联保护动作需经20ms延时,防止故障功率倒向时保护误动;当本装置其他保护(如工频变化量阻抗、零序延时段、距离保护)动作跳闸,或外部保护(如母线差动保护)动作跳闸时,立即发允许信号,并在跳闸信号返回后,发信展宽
150
D两侧的保护满足动作跳闸的条件,而对于非故障线路(AB,EF),一侧是方向元件动作(A,F),但收不到允许信号,另一侧(B,E)是收到了允许信号,但方向元件不动作,因此不能跳闸。
3允许式纵联保护逻辑
一般与载波机或光纤数字通道配合构成允许式纵联保护,位置发信、其他保护动作发信等都由保护装置实现,这些信号都应接人保护装置而不接至光电接口装置。以南瑞的RCS-902A保护为例,介绍允许式纵联保护逻辑[3]。允许式纵联保护逻辑分为故障测量程序和正常运行程序2种,见图2、图3。
ms,但在展宽期间若反方向元件动作,则立即
返回,停止发信;三相跳闸固定回路动作或三相跳闸位置继电器均动作且无流时,始终发信。.
发信
图3允许式纵联保护未起动时的方框图
联保
出口
图2允许式纵联保护起动后方框图
3.2正常运行程序中允许式纵联保护逻辑
距离保护因此可能发生拒动或者误动。实际的距离保护装置通常需考虑过渡电阻引起的后果。4.4.1对单侧电源线路的影响
过渡电阻一般呈电阻性,对单侧电源线路来说(图4所示),保护装置距短路点越近,受过渡电阻影响越大;同时保护装置整定阻抗值越小,受过渡电阻影响越大。因此,线路出口经过渡电阻短路时由于继电器测量阻抗增大,很可能使保护拒动。如图4所示,母线A侧保护出口处经过渡电阻R短路,当R。较大时,测量阻抗超出特性圆范围,保护拒绝动作[1]。
4.4.2对双侧电源线路的影响
对双侧电源的线路(图5所示),设B母线出
如图3所示,当收到对侧信号后,如TWJ动作,则给对侧发100ms允许信号;当用于弱电侧,
判断任一相电压或相间电压低于30V时,当收到
对侧信号后给对侧发100ms允许信号,这保证在线路轻负荷、起动元件不动作的情况下,可由对侧保护快速切除故障。
4影响纵联保护的因素
4.1过渡电阻的影响
当电力系统发生短路故障时,一般不是金属性短路,大多数的情况下短路点存在着过渡电阻。当存在过渡电阻时,距离保护的测量电阻不再同故障距离成正比,距离保护的动作区会扩大或者缩小,
・
24
・
万方数据
2008年G月罗琦,等:允许式纵联保护分析
研究与实践
a经R短路时的等效图b特性圆
图4单侧电源短线路出口处经尺。短路
时的等效图及特性圆分析
口处A相经过渡电阻R。接地短路,A母线保护测
Z,=U^/(,^+K×3L)=
ZAB+(Jd,+l,e)R。/Id,=ZAl{+JdR。/Id,=ZAB+AZ。
(1)
当J。滞后J。,时,△Z呈容性,Z,进入保护的
动作范围,引起保护误动。
a短路系统图
b动作特性倒
图5
双侧电源线路经R。短路时等效图及特性圆分析
a)工频变化量距离继电器。工频变化量距离继电器的正方向阻抗圆特性包含圆点,在动作特性
圆内保护可靠动作,区外可靠不动作。附加阻抗差,只有两侧阻抗角有小差异。△J。与△Jd,相位基在对侧电流助增引起的超越问题。当保护背后运行变化量距离继电器保护过渡电阻有很强的自适应能力。
b)工频变化量方向继电器。方向元件的动作角度范围为180。左右,而过渡电阻不影响方向元件的方向,只会对保护的灵敏角产生一定影响,所以工频变化量方向继电器不受故障点的过渡电阻和对侧电源助增作用的影响,可允许测量很大的故障
过渡电阻。
c)多边形继电器。多边形继电器特性包括四
边形及五边形特性及类似的特性,它们具有较好的耐受过渡电阻的能力,见图6。
对于图G五边形特性中线4为克服线路末端故障时过渡电阻的影响,可在R轴方向独立移动以电阻短路时能可靠动作。口值选择应能躲线路末端故障时的超越现象。对短路线路,R值较小,易受
万
方数据图6五边形特性
过渡电阻影响,可加大R/.比值,增强其允许过
渡电阻能力。
d)补偿式方向元件。应用相电压补偿式方向元件的方案,具有方向性强、在系统振荡过程中反
方向经任何过渡电阻短路时不误动、能自然地适用
于两相运行的线路、能切除单相重合闸过程中的短路等优点。但是,理论分析和实践经验均表明,当过渡电阻达到一定值时,该方向元件可能拒动,尤
其是线路末端短路时,允许的过渡电阻更小。
基于零序补偿电压的方向元件作为相电压补偿式方向元件的补充。零序电压补偿式方向元件很好地解决了单相接地或两相经大过渡电阻接地短路时的灵敏度问题,但是不能反映非接地的短路故障。
负序电压补偿式方向元件在全相运行条件下发生各种不对称短路时,不论过渡电阻大小和系统振荡角大小,均能保证正方向短路时可靠动作,反方向短路时可靠不动作,具有明确的方向性。
随着线路的送电要求和受电能力的不断提高,负荷阻抗对线路距离保护的影响日臻突出。
对于线路,其视在功率计算为
式中:U-电压;
S一3Ul=P+jQ,
(2)
J——电流J的共轭;P——有功功率;Q——无功功率。
对于负荷,最常给出的是最大有功功率和最小功率因数,如果给定有功功率P,那么在阻抗平面上,负荷阻抗特性是1个圆。特性方程如式(3)所示,在R—X平面上这是1个以点(【,2/2e,0)为圆心,以U2/2P为半径的圆[2]
X2+(尺一U2/2P)2=(【,2/2P)2。
(3)
如图7所示,当线路的输送功率提升时,该负荷阻抗轨迹圆将向原点方向缩进,明显增加了距离
保护误动的可能性。
由图6可知,当四边形阻抗继电器的动作特性
・
25
・
量阻抗为…
4.2负荷阻抗的影响
AZ=J。R。/In当区外短路时,两侧无电势相位本相同,过渡电阻附加阻抗是纯阻性的,因此不存方式越大时,△Z越小,阻抗圆越小;保护背后运
行方式越小时,△Z越大,阻抗圆越大,可见工频
适应不同数值的过渡电阻。线2要保证出口经过渡
洳究与实《
J8765432l
-2一l
—l
一2—3
—4
山西电力2008年第3期
定值的整定主要考虑避开线路正常运行时的最小负
—5—6—7-8
一.巳—14
图7负荷阻抗特性
are
荷阻抗。而反应工频变化量的继电器不受负荷阻抗
的影响。
5
小结
影响纵联距离(方向)保护动作特性的因素是
7
多方面的,短路过渡电阻、负荷阻抗的影响只是其中之一。目前常用的纵联距离(方向)保护判据在过渡电阻、负荷阻抗等方面各有特点。影响纵联距离(方向)动作特性的各个因素间彼此互相关联,所以抑制这些影响因素无论是从设计角度还是从应用角度应综合考虑。
参考文献:[1]
张晶晶,曹锐.距离保护特性元件躲过渡电阻能力分析与研究[J].继电器,2004,32(6):17—19.
[2]
张太升。罗承廉。杜凌,等.四边形特性距离保护躲负荷性能分析[J].继电器,2004,32(1):28—31.
包含R轴的面积越小时,受负荷阻抗的影响也越小。四边形动作特性的阻抗继电器,边界I和边界3就是为保证距离继电器躲开负荷测量阻抗。电阻
AnalysisoftheTypeofthePermissiveSerialTransmissionLineProtection
LUOQi,SoNGShu-yong
(1.PowerSupplyCompanyofJinchengCoalGroup,Taiyuan,Shanxi
2.ShanxiElectricPowerResearchInstitute,Taiyuan,Shanxi
Abstract:Workingprinciple,features,logicofnormaloperation,andfault
on
048006,China;
030001,China)
are
permissivetype
expatiated.Different
charactersoflongitudinaldistance,longitudinalzone-sequence。powerfrequencyvarietydistancerelay,andfaultcomponentsdirectionalrelayoflongitudinalprotectionsuch
as
compared.Factorswhichaffectserialtransmissionlineprotection
are
analyzed,
transitionresistanceandloadimpedance.
Keywords:permissivetype;serialtransmissionlineprotection}transitionresistance
(上接第14页)
需要引起重视的问题。消弧线圈的运行工况比较复杂,巡视中多次发现装置的控制器死机、数据显示电容电流测试不正确、打印出的接地记录显示基地补偿状态不合理。在发生多次短时接地后更容易出现数据无法解释的情况。一般分析认为打印数据是前次接地消除后的暂态过程数据。
5
发展的快车道,对新建变电站,将根据变电站性质(城网还是农网),同步安装自动调谐消弧线圈或预留位置。旧的变电站,将根据电容电流实测结果,陆续新装一些自动调谐消弧线圈。在装置选型上应重点关注自动调谐消弧线圈和接地选线装置的配合问题。今后,还需要经过不断探讨、研究,以求将最先进的技术应用于长治配电网中。
结束语
“十一五”期间,长治电网规划建设进入提速
OperationAnalysisandNeutralPointGroundingof
JIALei
(ChangzhiPowerSupplyCompany,Changzhi,Shanxi
Abstract:Current
status
Changzhi
DistributionNetwork
046011。China)
introduced.As
tO
of
neutralpointgroundingofChangzhi
distributionnetworkisthe
huge
increaseofcapacitance
are
current
causedbylargeelectricpowercablesbeingimputed。specificsolutionsinengineeringapplication
arc
proposed.Besides.actualproblemsin
suppressioncoilinelectricsubstationdesign,selectionofreformed
are
capability
andgroundingtransformer,andmattersingroundingtransformeroperationandmaintenance
put
forward.
Keywords:neutralpointgrounding;arc-suppressioncoil;capacitancecurrent;self-trackingcompensation;grounding
operationtime
・
26
・
万方数据
允许式纵联保护分析
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
罗琦, 宋述勇, LUO Qi, SONG Shu-yong
罗琦,LUO Qi(晋城煤业集团供电公司,山西,晋城,048006), 宋述勇,SONG Shu-yong(山西电力科学研究院,山西,太原,030001)山西电力
SHANXI ELECTRIC POWER2008(3)
参考文献(2条)
1. 张晶晶;曹锐 距离保护特性元件躲过渡电阻能力分析与研究[期刊论文]-继电器 2004(06)2. 张太升;罗承廉;杜凌 四边形特性距离保护躲负荷性能分析[期刊论文]-继电器 2004(01)
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_sxdl200803008.aspx