1、第第4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护(Pilot Protection for Transmission Line )纵联保护：纵联保护：利用某种通信通道同时比较被保护元利用某种通信通道同时比较被保护元件两侧电气量（即在件两侧电气量（即在线路两侧之间发生纵向的联线路两侧之间发生纵向的联系）系）在正常运行与故障时差异的保护。在正常运行与故障时差异的保护。4.1 输电线路纵联保护概述输电线路纵联保护概述4.1.1 引言引言1 纵联保护的一般构成框图纵联保护的一般构成框图TATV2 分类分类 ：1) 1) 导引线纵联保护导引线纵联保护 (简称导引线保护简称导引线保护)2) 2) 电力线载波纵
2、联保护电力线载波纵联保护 （简称载波保护（简称载波保护 )3) 3) 微波纵联保护微波纵联保护 (简称微波保护简称微波保护)4) 4) 光纤纵联保护光纤纵联保护 (简称光纤保护简称光纤保护) 按照所利用信息通道的不同，纵联保护分为：按照所利用信息通道的不同，纵联保护分为：按照保护动作原理，纵联保护分为：按照保护动作原理，纵联保护分为：1)1) 方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护 2)2) 纵联电流差动保护纵联电流差动保护 通道中传送的是通道中传送的是逻辑信号逻辑信号，而不是电气量，而不是电气量本身。依据所利用电气量的不同又可分为本身。依据所利用电气量的不同又可分为方方向纵联保护向纵联保护与与
3、距离纵联保护距离纵联保护。 通道中传送的是电流波形或代表电流相位通道中传送的是电流波形或代表电流相位的信号。分为的信号。分为纵联电流差动保护纵联电流差动保护和和纵联电流相纵联电流相位差动保护位差动保护 。4. .1. .2 输电线路短路时两侧电气量的故障特征输电线路短路时两侧电气量的故障特征1两端电流相量和的故障特征两端电流相量和的故障特征 规定：电流的正方向为由母线流向线路规定：电流的正方向为由母线流向线路MINI两侧电流相量和：两侧电流相量和：1MNkIII区内短路：1kI1）区内短路时：）区内短路时：2）区外短路时：）区外短路时：MINI0MNII区外短路：1）区内短路时：）区内短路时：
4、2 两端功率方向的故障特征两端功率方向的故障特征MINI规定：功率正方向为母线流向线路规定：功率正方向为母线流向线路MSNS此时线路两侧功率方向相同，均与正方向一致此时线路两侧功率方向相同，均与正方向一致MINIMSNS此时线路两侧功率方向相反此时线路两侧功率方向相反2）区外短路时：）区外短路时：3）正常运行时：）正常运行时： 线路两侧功率方向相反线路两侧功率方向相反3两端电流相位特征两端电流相位特征 MINIMINI区外短路和正常运行时，两侧电流相位差区外短路和正常运行时，两侧电流相位差180 区内短路时，两侧电流同相位区内短路时，两侧电流同相位假定全系统阻抗角相同，两侧电势相位一致假定全系
5、统阻抗角相同，两侧电势相位一致4两端测量阻抗的特征两端测量阻抗的特征 区内短路时：短路阻抗，两侧距离区内短路时：短路阻抗，两侧距离段同时启动段同时启动正常运行时：负荷阻抗，距离正常运行时：负荷阻抗，距离段不启动段不启动外部短路时：短路阻抗，但一侧为反方向，该侧外部短路时：短路阻抗，但一侧为反方向，该侧的距离的距离段不启动段不启动 4.1.3 纵联保护的基本原理纵联保护的基本原理 1.纵联电流差动保护纵联电流差动保护故障判别量：故障判别量：两侧电流相量和两侧电流相量和内部故障特征：内部故障特征：其值很大，为短路点电流其值很大，为短路点电流动作条件：动作条件：MNsetIII2. .方向比较式纵联
6、保护方向比较式纵联保护 故障判别量：故障判别量：内部故障特征：内部故障特征：动作条件：动作条件：线路两侧功率方向的异同线路两侧功率方向的异同线路两侧功率方向相同线路两侧功率方向相同当线路两侧功率方向相同时，保护当线路两侧功率方向相同时，保护动作；否则不动作动作；否则不动作1803电流相位比较式纵联保护电流相位比较式纵联保护 故障判别量：两侧电流相位差故障判别量：两侧电流相位差内部故障特征：相位差为内部故障特征：相位差为动作条件：动作条件：0内部短路时两侧电流不能完全同相位，内部短路时两侧电流不能完全同相位，保护的动作区一般如下图所示：保护的动作区一般如下图所示：4距离纵联保护距离纵联保护 构成
7、原理和方向比较式纵联保护相似，只是用构成原理和方向比较式纵联保护相似，只是用阻抗元件替代功率方向元件。阻抗元件替代功率方向元件。优点：减少了方向元件的启动次数，提高了保护优点：减少了方向元件的启动次数，提高了保护 的可靠性的可靠性缺点：后备保护检修时主保护被迫停运缺点：后备保护检修时主保护被迫停运（1）环流式）环流式正常运行或外部故障时正常运行或外部故障时4. .2. .1 导引线通信导引线通信4.2 输电线路纵联保护两侧信息的传送输电线路纵联保护两侧信息的传送（2）均压式）均压式(电压平衡原理电压平衡原理)正常运行或外部故障时正常运行或外部故障时优点：优点：不受系统振荡、非全相运行的影响不受
8、系统振荡、非全相运行的影响简单可靠，维修工作量极少简单可靠，维修工作量极少不足：不足：保护装置的性能受导引线参数和长度影响保护装置的性能受导引线参数和长度影响阻波器耦合电容器连接滤波器接地开关电缆高频收、发信机4. .2. .2 电力线载波通信电力线载波通信1电力线载波通信的构成电力线载波通信的构成 “相一地相一地”式载波通道比较经济式载波通道比较经济(2)(2) 阻波器阻波器(1)(1) 输电线路输电线路作用：作用：“阻高频，通工频阻高频，通工频”阻波器阻波器(3) (3) 耦合电容器耦合电容器 (4)(4) 连接滤波器连接滤波器作用：作用：“通高频，阻工频通高频，阻工频”起到起到阻抗匹配阻
9、抗匹配的作用，从而减的作用，从而减少高频能量的附加衰耗少高频能量的附加衰耗 高频收、发信机高频收、发信机 (6)(6) 接地开关接地开关 耦合电容器耦合电容器连接滤波器连接滤波器耦合电容器2. .电力线载波通道的特点电力线载波通道的特点 (1) (1) 无中继通信距离长无中继通信距离长 (2) (2) 经济、使用方便经济、使用方便 (3) (3) 工程施工比较简单工程施工比较简单3. .电力线载波通道的工作方式电力线载波通道的工作方式 (1) (1) 正常无高频电流方式正常无高频电流方式 （故障启动发信的方（故障启动发信的方式）式）（2 2）正常有高频电流方式（长期发信方式）正常有高频电流方式
10、（长期发信方式） （3 3）移频方式）移频方式 4. .电力线载波信号的种类电力线载波信号的种类 （1 1）闭锁信号）闭锁信号 （2 2）允许信号）允许信号 （3 3）跳闸信号）跳闸信号 4.2.3 微波通信微波通信1 构成构成 2 微波通信纵联保护的优点微波通信纵联保护的优点（与电力线高频载波保护相比）（与电力线高频载波保护相比） (1) 独立的信道，输电线路的干扰不影响通信独立的信道，输电线路的干扰不影响通信 系统；通道的检修不影响线路运行。系统；通道的检修不影响线路运行。(2) 传递的信息容量增加、速率加快。传递的信息容量增加、速率加快。 (3) 受外界干扰的影响小，可靠性高。受外界干扰
11、的影响小，可靠性高。 (4) 输电线路的任何故障都不会使通道工作破坏。输电线路的任何故障都不会使通道工作破坏。缺点：微波通道价格较贵（微波中继站）。缺点：微波通道价格较贵（微波中继站）。 4.2.4 光纤通信光纤通信1.光纤通信的构成光纤通信的构成 2光纤通信的特点光纤通信的特点 (1)通信容量大通信容量大 (2)节约大量金属材料节约大量金属材料 (3)保密性好，敷设方便，不怕雷击，保密性好，敷设方便，不怕雷击，无感应性无感应性能，能，不受外界电磁干扰，抗腐蚀和不怕潮。不受外界电磁干扰，抗腐蚀和不怕潮。 不足：长距离通信时，要用中继器及其附加设不足：长距离通信时，要用中继器及其附加设备；当光纤
12、断裂时不易找寻或连接。备；当光纤断裂时不易找寻或连接。 4. .3. .2 闭锁式方向纵联保护闭锁式方向纵联保护1闭锁式方向纵联保护的工作原理闭锁式方向纵联保护的工作原理 闭锁信号闭锁信号闭锁信号闭锁信号1kI1kI4.3 方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护4. .3. .1 工频故障分量的方向元件工频故障分量的方向元件2闭锁式方向纵联保护的构成闭锁式方向纵联保护的构成 4. .3. .3 闭锁式距离纵联保护闭锁式距离纵联保护4.3.4 影响方向纵联保护正确工作的因素及影响方向纵联保护正确工作的因素及应对措施应对措施1 非全相运行对负序方向纵联保护的影响及应对非全相运行对负序方向纵联保护的影
13、响及应对 措施措施 2222()LMLNUIZZ2LU2MI2MI222MMMUIZ2MU2290arg270rrUI负序方向元件的动作条件：负序方向元件的动作条件：防止其误动的措施：采用线路侧电压防止其误动的措施：采用线路侧电压2MI 2 功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对 措施措施 应对措施：发应对措施：发信元件动作后信元件动作后延时延时t1返回返回3 分布电容对负序方向纵联保护的影响及应对措施分布电容对负序方向纵联保护的影响及应对措施影响：影响：当当TV接于线路上时，由于电容电流的影接于线路上时，由于电容电流的影响会使负序方向纵联保护误动响会
14、使负序方向纵联保护误动措施：措施：增大定值或增加延时；在保护装置中加增大定值或增加延时；在保护装置中加进消除分布电容影响的补偿措施进消除分布电容影响的补偿措施4.4.1 纵联电流差动保护纵联电流差动保护4.4 纵联电流差动保护纵联电流差动保护1 工作原理工作原理MINImInIrIMINI正常运行及外部故障时，差动继电器中的电流为正常运行及外部故障时，差动继电器中的电流为不平衡电流不平衡电流unbmnIII1()MNTAIIn .max0.1unbstkIK I最大暂态不平衡电流：最大暂态不平衡电流：最大稳态不平衡电流：最大稳态不平衡电流：.max0.1unbstnpkIK K I2 纵联电流
15、差动保护的整定计算纵联电流差动保护的整定计算采用不带制动特性的差动继电器时采用不带制动特性的差动继电器时.maxrelerstnpkKK K K I.maxsetrelunbIKI.maxsetrelLIKI1）2）取取1、2中大者中大者灵敏度：灵敏度：2min.setksenIIK带有制动特性的差动继电器带有制动特性的差动继电器0rresresopIKII动作方程：动作方程：动作特性：动作特性：resK ：制动系数0opI：门限当采用具有制动特性的差动继电器时，制动电流当采用具有制动特性的差动继电器时，制动电流的选取：的选取：0.5resmnIII0.5()resmnIIIcos(180)c
16、os(180) 00cos(180) 0mnmnmnresmnIII1）2）3）4.4.2 两侧电流的同步测量两侧电流的同步测量1 基于数据通道的同步方法基于数据通道的同步方法212rmmdtttt(1)(1)通道延时的测定通道延时的测定(2)(2) 主站时标与从站时标的核对主站时标与从站时标的核对3()sirdtttt simjtt00tt 主站采样超前从站；主站采样滞后从站(3)(3)采样时刻的调整采样时刻的调整:为使两侧采样保持同步，常采用的稳定调整方式：为使两侧采样保持同步，常采用的稳定调整方式：(1)()2s isisntttT2 基于具有统一时钟的同步方法基于具有统一时钟的同步方法
17、4.4.3 纵联电流相位差动保护纵联电流相位差动保护1 工作原理工作原理 利用被保护元件两侧电流在区利用被保护元件两侧电流在区内内短路时短路时几乎几乎同相同相、区、区外外短路时短路时几乎反相几乎反相的差异，构成电流的差异，构成电流相位差动保护相位差动保护分析问题时，假定全系统阻抗角相同，两侧电分析问题时，假定全系统阻抗角相同，两侧电势相位一致势相位一致规定电流正方向为母线指向线路规定电流正方向为母线指向线路MINIMINIM侧侧N侧侧M侧侧N侧侧M侧侧N侧侧M侧侧N侧侧单频制闭锁式电流相位差动保护原理框图单频制闭锁式电流相位差动保护原理框图2 纵联电流相位差动保护的动作特性与相继动作纵联电流相
18、位差动保护的动作特性与相继动作7TALkm单位取15BH0.06LL7150.06 L 区外短路时，两侧收到的高频电流之间相区外短路时，两侧收到的高频电流之间相差差 时，与理想情况偏差最大。时，与理想情况偏差最大。180（1）动作特性）动作特性选择保护的闭锁角为：选择保护的闭锁角为：7150.06byL15y7150.06byLrIOPI（2）相继动作）相继动作MINIMENEMINIk点短路时，点短路时，M侧收到的两侧高频信号的相位差：侧收到的两侧高频信号的相位差：607090100220.06 L1220.06 L此时，此时，N侧收到的两侧高频信号侧收到的两侧高频信号的相位差：的相位差：1
19、220.06 L当输电线路较长时，当输电线路较长时，M侧保护可能不动作侧保护可能不动作N侧保护能动作侧保护能动作最终线路会出现相最终线路会出现相继动作的现象继动作的现象3 负序滤过器负序滤过器（1） 负序电压滤过器负序电压滤过器1122133XRXR12mnRXUUU当输入量当输入量为正序分为正序分量时：量时：1abU1bcU1caU1abI1RU1XU1bcI2RU2XU3060121mnRXUUU01122133XRXR当输入量为负序分量时：当输入量为负序分量时：2abU2caU2bcU2abI1RU1XU2bcI2RU2XU3060122mnRXUUU3030223322jjabbcUe
20、Ue309023()2jjabUee60232jabUe2mnU1122133XRXR302332jaU e01()()mnaURbcUAUIIRjKIIn（2） 负序电流滤过器负序电流滤过器()URbcjKII01()aUAIIRnmnU当输入量为正当输入量为正序分量时：序分量时：1aI11bcII1bI1cI11()URbcjKII1aUAI Rn11111()mnaURbcUAUI RjKIIn11(3)aURUAIRKn3URUARKn令10mnU则01()()mnaURbcUAUII RjKIIn000001()()mnaURbcUAUIIRjKIIn当输入量为零序分量时：当输入量为
21、零序分量时：0000abcIIII00mnU01()()mnaURbcUAUII RjKIIn当输入量为负序分量时：当输入量为负序分量时：2aI22bcII2bI2cI22()URbcjKII2aUAI Rn22221()mnaURbcUAUI RjKIIn2(3)aURUARIKn01()()mnaURbcUAUII RjKIIn3URUARKn若使12(3)(3)mnaURaURUAUARRUIKIKnn1122aaI KI K112()aaK IKI2133URUAURUARKnKKRKKn22(3)mnaURUARUIKn111(3)mnaURUAUIRKn2 输电线路的分布电容电流及
22、其补偿措施输电线路的分布电容电流及其补偿措施3 负荷电流对纵联电流差动保护的影响负荷电流对纵联电流差动保护的影响4.4.4 影响纵联电流差动保护正确动作的因素影响纵联电流差动保护正确动作的因素1 电流互感器的误差和不平衡电流电流互感器的误差和不平衡电流第第5章章 自动重合闸自动重合闸5.1 自动重合闸的作用及对它的基本要求自动重合闸的作用及对它的基本要求5.1 .1自动重合闸的作用自动重合闸的作用手动(停电时间长)效果不显著，自动重合效果明显。自动重合闸装置是将因故障跳开后的断路器按需要自动投入的一种自动装置。运行经验表明,架空线路大多数故障是瞬时性的如：（1）雷击过电压引起绝缘子表面闪络（2）大风时的短时碰线（3）通过鸟类身体（或树枝）放电 此时，若保护动-熄弧-故障消除-合断路器 -恢复供电。
