闭锁式纵联方向保护是一种使用广泛的纵联保护,我们平时工作中碰到的高频保护大半都是这种保护。学习闭锁式纵联方向保护对于理解纵联保护的本质有很大的帮助。本期我们简单聊一聊闭锁式纵联方向保护的原理和相关问题。
关于闭锁式纵联保护的基本概念主要在1、2、6三节,其他几节讨论了一些相关的细节问题,如果只做大致了解、不感兴趣可以跳过。
1、基本原理
如果我们在输电线路的每一端都装设两个方向元件:一个是正方向元件F+,正方向故障时动作,反方向故障不动作;一个是反方向元件F-,正方向故障时不动作,反方向故障时动作(我们定义母线指向线路为正方向)。
那么在如图所示的线路上,NP线路发生短路,MN为非故障线路。通过观察我们可以发现:
对于故障线路NP,两端方向元件F+均动作,F-均不动作;
对于非故障线路MN,1端F+动作,F-不动作,而2端F+不动作,F-动作。
这也就是故障线路和非故障线路的特征区别。利用这种差别,我们可以判断区外还是区内故障,保护应该动作还是闭锁。闭锁式纵联方向保护的做法是:
在F+不动作,F- 动作的这一端持续发闭锁信号。这样,在非故障线路上至少有一端(近故障点端)会一直发闭锁信号(发信),两端保护收到该闭锁信号将会闭锁保护;在故障线路上,两端都不符合这一条件,所以闭锁信号会消失(停信),保护动作后就可以出口跳闸。
这就是闭锁式纵联方向保护的基本原理。
2、保护动作过程
首先分析故障线路上,保护动作(发信、停信)的过程:
正常运行时,通道中没有闭锁信号,只有开入量状态、通道检查等工作;
(1)发生短路故障,感应到故障电流,低定值起动元件动作,发信机开始发闭锁信号;
(2)同时高定值起动元件动作,这才真正进入故障计算程序;
(3)F- 不动作;(注意:先判F- ,F-比F+元件更快更灵敏。原因后面讲。)
(4)收信机曾连续收到8ms的高频信号;(8ms是为了防止信号还没来得及传到对端)
(5)F+ 动作;同时满足(2)~(5)条件后,停信(停止发闭锁信号);
(6)收信机收不到闭锁信号,同时满足(2)~(6)条件8ms后,启动出口继电器,发跳闸令。
对于非故障线路:
2端保护不满足条件(3),所以停止在步骤(2),持续发闭锁信号;
1端保护一直到步骤(5)都满足,所以停信。但是由于2端持续发闭锁信号,所以1、2端收信机仍然可以收到闭锁信号(注意:收发信机收信发信频率相同,因此收信机既能收对端发来的信号,也可收本端自发的信号),因此不会跳闸。
3、方向元件的要求
方向元件是用来判断区内/区外故障的,对于纵联方向保护至关重要,对于方向元件,需要满足以下几个要求:
(1)有明确的方向性,就是说F+只能在正方向可靠动作,F-只能在反方向可靠动作;
(2)F+元件可靠保护本线路全长;
(3)F-元件比F+元件动作得更快、更加灵敏。 只要F-元件只要一动作,说明是反方向故障,立即持续发信闭锁保护。这就是反方向元件闭锁保护优先原则;
(4)F+ 动作则停止发信机发信;
4、起动元件的要求
(1)低定值起动元件动作,控制收发信机开始发信,在此之前,通道内没有闭锁信号;
(2)高定值起动元件动作后,终止正常程序,正式进入故障计算程序,保护开放;
(3)高低定值一般相差1.6~2倍。起动元件无方向性,灵敏度高;
很多人会有疑问,那么为什么要设置高、低两个定值起动元件呢?如果把发信、保护开放都用一个定值来启动会怎样呢?
我们假设上图中1、2端只设了一个起动元件,定值为1A。假设在NP上的某一点发生短路故障,产生的流过1端的故障电流恰好为1A,而流过2端的故障电流由于误差等原因略小于1A。那么会发生什么情况呢?
1端起动元件动作,发信,同时开放保护,F-不动作、F+ 动作,停信;2端起动元件一直未启动,一直没有发信。完了,很明显MN非故障线路上没有闭锁信号,保护误动作。
而如果我们设一个高定值2A,一个低定值1A,那么1端虽然低定值元件启动,发信,但是没有开放保护,这就避免了非故障线路的误动作。
5、远方启信功能
假设K点发生短路故障,MN线路上的故障电流达到1、2端起动元件高定值,高定值起动元件应动作开放保护。可万一2端(近故障点一侧)高、低定值起动元件由于某些原因都没动作,那么就不会发信,和上面的情况一样,会造成保护误动。
为了避免这种情况的发生,就设置了远方启信功能。即(1)本端低定值元件未动作;(2)收信机收到对端发的信号;满足这两个条件后,本端发信10s。这种由于收到对端信号而启动的发信,称为远方启信。也是为了防止保护误动而设置的。
6、通道检查
通道完好是纵联保护正常工作的基础。因此纵联保护必须具备通道检查功能。对于闭锁式纵联方向保护,保护屏上都会有一个通道检查的按钮,按下按钮即可进行通道检查。具体过程如图所示:
这样一来,整个通道检查过程中,至少有一端在发信。所以只要通道正常,那么两端收信机在整个15s内都应该收到信号。否则视为通道异常。
当然微机保护装置也可以设定定时通道检查。不过如果在通道检查的过程中发生了故障,那么高定值起动元件动作后,保护应立即停止通道检查,转入故障计算程序。
7、母差、失灵保护停信的问题
如图,两侧均有电源,假设故障发生在断路器与CT之间,比如K点。K点在M端母线保护范围内,故母线保护动作跳开M母上所有开关,包括开关1。但是开关跳开后,故障点仍然没有切除。对于MN线路的纵联方向保护,M端判定为反方向故障,N端判定为正方向故障(方向判定以CT位置为参考)。所以M端持续发信,仍然闭锁N端的纵联方向保护。N端开关只能由后备保护带延时切除。这显然不是我们想要的。
为了解决这个问题,在保护装置后的端子上有“其他保护动作”的开关量输入端子。该开关量来自于母线保护和失灵保护的动作接点。母差或失灵保护一动作,该接点闭合。通知纵联方向保护得知母线保护动作后,立即停信,使N侧可以出口跳开开关2,切出故障。即使真的故障点在M母线上,那我们停信跳开N侧开关也没有什么不良后果。
但对于3/2接线方式,情况则不同。
3/2接线方式下,如果故障点真的在M母线上,那么母线保护动作后不能采取停信措施。因为此时边开关1跳开,故障点切除。而线路1、2仍然可以由N侧电源供电继续运行。如果母线保护停信,会使这两条线路停运。所以母差保护不应停信。母差保护动作接点不能接到“其他保护停信”端子上。那么如果故障点在边开关和CT之间的K点怎么办呢?
通常的解决办法是,将失灵保护的动作接点接到“其他保护停信”端子上。K点故障,母差动作条边开关,故障点未切除,故障电流仍然存在。此时失灵保护动作跳中开关2,依靠失灵保护停信,跳线路1对侧开关。
关于闭锁式纵联方向保护的内容基本上都简单介绍完了。大家应该对闭锁式纵联保护有了整体的了解。最后总结一下闭锁式纵联保护的本质:正常情况下,通道中无信号;故障时,非故障线路靠近故障点一侧发出闭锁信号,被该线路两端接受,将保护闭锁;而故障线路没有闭锁信号,保护出口跳闸。
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