能够可靠地定位故障区段,无时限地切除故障,具有绝对的选择性,避免了常规配电线路电流保护在快速性与选择性之间的矛盾。可作为配电线路的主保护,其保护范围是被保护线路的全长。
配电线路纵联保护
利用通信通道比较被保护配电线路端部(保护安装处)电气量的继电保护方式。
- 英文名称
- pilot protection for distribution line
- 所属学科
- 电气工程
包括保护装置与保护通道。
采集并处理配电元件的电压、电流等运行参数,提取故障量并进行状态判别,在配电元件故障出现异常运行状态时,发出跳闸命令或告警信息。可以与配电网自动化系统终端共享软、硬件平台,以降低投资。
分为导引线、光纤专用通道、光纤以太网3种。
导引线一般由两根金属导线构成,也可由3根金属导线构成。为减小干扰,导线外有屏蔽层,屏蔽层在两端接地。使用导引线作为纵联保护通道,简单易行、成本低,但抗电磁干扰能力较差,一般用于距离比较短(数千米)的场合。
光纤专用通道是为保护装置敷设的专用光纤通道,在此通道中只传输保护信息。将光缆的纤芯直接接入光端机,不需附加其他设备。光纤专用通道具有传输容量大、信号传输速度快、抗干扰能力强、可靠性高、管理方便的优点,不足之处是成本较高。
光纤以太网由光纤、光配架、光纤收发器、交换机等设备组成。使用光纤以太网作为保护通道可以与配电网自动化通信系统共享通信资源,降低了投资。
①用于闭环运行的配电网保护。在闭环运行的配电网中,短路电流双向流动,传统的电流保护失去选择性,纵联保护通过比较被保护线路端部电气量特征的差异判断是否发生了内部故障,具有绝对的选择性。②用于有源配电网。分布式电源高度渗透的配电网,故障电流双向流动,常规的电流保护难以适应,而采用纵联保护可以解决这一问题。③用于接有对电压暂降敏感的重要用电设备的场合。配电线路故障将会引起母线电压出现暂降现象。如果保护动作速度慢,将导致母线电压暂降持续时间增加,影响敏感设备的正常工作,采用纵联保护能够有选择地快速切除故障。
包括电流差动保护与方向比较保护。
电流差动保护包括相位差动、相量差动与全电流差动3种保护。
①相位差动保护,比较被保护线路端部故障电流相位的电流差动保护,又称电流相位差动保护。保护依据的故障特征为:非故障线路端部故障电流的相位相反(设保护安装处指向线路的方向为正向,并忽略被保护线路的负荷电流与分布式电容电流),故障线路端部故障电流的相位相同。考虑到电流互感器的传变误差等因素,相位测量存在一定误差,因此在保护判据中留有一定的相位差裕度。
如图1所示,一个双端配电线路的保护判据为:
故障线路:180°+m>
>180°-
m
非故障线路:m>
>-
m
式中为被保护线路两端故障电流的相位差;
m为相位差最大允许误差,通常设为70°。
测量故障电流相位需要时间同步信号,可利用故障电流出现的时刻作为相位测量的参考点。配电线路距离很短,可以忽略故障电流传播时间,认为被保护线路的两端同时接收到故障电流。
②相量差动保护,以被保护线路端部故障电流相量差值为故障量的电流差动保护。保护判据为:本端故障电流与其余端部故障电流的相量差幅值大于门槛值时,判断为发生了区内故障,保护动作;否则,判断为发生了区外故障,保护不动作。相量差动保护综合利用了故障电流的相位和幅值信息进行故障判别,提高了保护的灵敏度。由于只需在端部保护之间传输幅值与相位信息,因此减少了数据传输负担,特别适用于采用数字通信通道的数字式保护。
③全电流差动保护,以被保护线路端部故障电流的全电流(瞬时电流)差为故障量的电流差动保护。保护依据的故障特征为:区外故障时,本端故障电流与其余各端故障电流的全电流差值等于零;区内故障时,本端故障电流与其余各端故障电流的全电流差值等于故障电流值。考虑电流互感器测量误差等因素引起的不平衡电流,实际保护采用的判据为:当全电流差值大于门槛值时,判断为发生了区内故障,保护动作;否则,判断为发生了区外故障,保护不动作。全电流差动保护利用瞬时故障电流信息,提高了反应轻微故障和高阻接地故障的灵敏度。由于需要在线路端部保护之间传输全电流,全电流差动保护一般用于采用导引线通道的双端线路保护。
比较被保护线路端部故障电流方向的纵联保护。保护判据为:故障区段的端部故障电流方向相同(以保护安装处指向线路的方向为正向),而非故障区段端部故障电流方向相反。如图2所示的闭环运行的配电环网中,F点故障时,故障线路两端测量得到的故障电流i21、i22方向相同,保护动作跳开QF12和QF21,实现故障隔离;故障区段之外,如QF21和QF42处的保护测量得到的电流方向相反,保护不动作。故障电流的方向根据其与测量电压的相位关系确定,因此需要安装三相电压互感器。
随着配电线路闭环运行方式的出现和分布式电源的接入,使得配电线路故障电流双向流动,采用纵联保护可以解决传统配电线路电流保护难以保证动作的快速性与选择性的问题,因此,配电线路纵联保护技术将在未来配电网中大量应用。此外,传统的纵联保护都是采用专用保护装置和专用通道,考虑到解决“自动化孤岛”问题与降低投资的需要,未来配电线路纵联保护需要与配电网自动化系统终端共用软硬件与通信资源。