1、第四章 输电线路纵联保护4.1 输电线路纵联保护概述4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换4.3 方向比较式纵联保护4.4 纵联电流差动保护4.1 输电线路纵联保护概述4.1.1 输电线路纵联保护概述1.1.采用纵联保护的原因采用纵联保护的原因 电流保护和距离保护仅利用一侧的电气量构成保护判电流保护和距离保护仅利用一侧的电气量构成保护判据。这种保护方式不能快速区分据。这种保护方式不能快速区分本线路末端本线路末端和和对侧母线对侧母线故故障。例如，在本线路末端发生短路时，只能采用障。例如，在本线路末端发生短路时，只能采用IIII段保护段保护来延时切除，对于来延时切除，对于220KV220KV及以上
2、线路，这种保护方式难于满及以上线路，这种保护方式难于满足系统稳定性对快速切除故障的要求。足系统稳定性对快速切除故障的要求。I I段段IIII段段4.1.1 输电线路纵联保护概述2.2.纵联保护的概念纵联保护的概念 研究和实践表明，利用线路两侧的电气量可以快速、研究和实践表明，利用线路两侧的电气量可以快速、可靠的区分本线路内部任一点短路与外部短路，达到有选可靠的区分本线路内部任一点短路与外部短路，达到有选择、快速切除全线任意点短路的目的。择、快速切除全线任意点短路的目的。 为此，需要将线路一侧电气量信息传到另一侧去，安为此，需要将线路一侧电气量信息传到另一侧去，安装于线路两侧的保护对两侧的电气量
3、同时比较、联合工作，装于线路两侧的保护对两侧的电气量同时比较、联合工作，以这种方式构成的保护称之为以这种方式构成的保护称之为输电线路的纵联保护输电线路的纵联保护。4.1.1 输电线路纵联保护概述输电线路的纵联保护结构如下图所示：输电线路的纵联保护结构如下图所示： 继电保护装置继电保护装置通信设备通信设备继电保护装置继电保护装置通信设备通信设备通信通道通信通道 一套完整的纵联保护包括：一套完整的纵联保护包括：两端保护装置两端保护装置、通信设通信设备备和和通信通道通信通道。3.3.通信通道的分类通信通道的分类 导引线通信：通过敷设电缆传送电气量信息。导引线通信：通过敷设电缆传送电气量信息。电力线载
4、波通道：以电力线作为通信通道。电力线载波通道：以电力线作为通信通道。微波通道微波通道光纤通信：经济、容量大、不受干扰，是目前主流。光纤通信：经济、容量大、不受干扰，是目前主流。4.1.1 输电线路纵联保护概述4.4.按保护的动作原理分类按保护的动作原理分类 方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护方向纵联保护方向纵联保护距离纵联保护距离纵联保护纵联电流差动保护纵联电流差动保护 两侧保护装置将本侧的功率方向、测量阻抗是否在规定的方向、两侧保护装置将本侧的功率方向、测量阻抗是否在规定的方向、区段内的判别结果传送到对侧，每侧保护装置根据两侧的判别结果区区段内的判别结果传送到对侧，每侧保护装置根据两侧的判
5、别结果区分是区内故障还是区外故障。分是区内故障还是区外故障。 传送的是判别的逻辑量，信息量较少，但对可靠性要求较高。传送的是判别的逻辑量，信息量较少，但对可靠性要求较高。 利用通道将本侧电流的波形或代表电流相位的信号传送到对侧，利用通道将本侧电流的波形或代表电流相位的信号传送到对侧，每侧保护根据对两侧电流的波形和相位比较结果区分是区内故障还是每侧保护根据对两侧电流的波形和相位比较结果区分是区内故障还是区外故障。区外故障。 传送的是电气量，信息量较大，并且要求两侧信息同步采集，对传送的是电气量，信息量较大，并且要求两侧信息同步采集，对通道要求较高。通道要求较高。4.1.2 4.1.2 输电线路短
6、路时两侧电气量的故障特征分析输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析 纵联保护是利用纵联保护是利用线路两端的电气量线路两端的电气量在内部故障与非故在内部故障与非故障时的特征差异构成的。障时的特征差异构成的。 线路发生内部故障与其它运行状态（外部故障和正常线路发生内部故障与其它运行状态（外部故障和正常运行）相比，电力线两端运行）相比，电力线两端电流波形电流波形、功率方向功率方向、电流相位电流相位以及两端的以及两端的测量阻抗测量阻抗都有明显的差异，利用这些差异可以都有明显的差异，利用这些差异可以构成不同原理的纵联保护。构成不同原理的纵联保护。4.1.2 两侧电气量的故障特征分析1.1.两端电流相量和
7、的故障特征两端电流相量和的故障特征 区外故障时区外故障时0nmII 根据基尔荷夫电流定根据基尔荷夫电流定律（律（KCL），在如图所示），在如图所示的中间既无电源又无负荷的中间既无电源又无负荷的正常运行或外部故障的的正常运行或外部故障的输电线路，若不考虑分布输电线路，若不考虑分布电容和电导的影响，任何电容和电导的影响，任何时刻两端电流向量和等于时刻两端电流向量和等于零。零。k2MUMIMNNINU4.1.2 两侧电气量的故障特征分析1.1.两端电流相量和的故障特征两端电流相量和的故障特征 k1MUMIMNNINU区内故障时区内故障时1knmIII 当线路发生内部故障当线路发生内部故障时，故障点有
8、短路电流流时，故障点有短路电流流出，若规定线路两端电流出，若规定线路两端电流正方向为由母线流向线路，正方向为由母线流向线路，不考虑电容的影响，两端不考虑电容的影响，两端电流和等于流入故障点的电流和等于流入故障点的电流。电流。2.2.两端功率方向的故障特征两端功率方向的故障特征 若规定功率由母线流向线路为正方向，则在区内故若规定功率由母线流向线路为正方向，则在区内故障时，两端功率均由母线流向线路，两端功率方向相同，障时，两端功率均由母线流向线路，两端功率方向相同，同为正方向。同为正方向。k1MUMIMNNINU4.1.2 两侧电气量的故障特征分析 区外故障时，远故障点功率方向为正，近故障点功区外
9、故障时，远故障点功率方向为正，近故障点功率方向为负，两端功率方向相反；系统正常运行时功率率方向为负，两端功率方向相反；系统正常运行时功率方向也相反。方向也相反。k2MUMIMNNINU4.1.2 两侧电气量的故障特征分析4.1.2 两侧电气量的故障特征分析3.3.两端电流的相位特征两端电流的相位特征 区内故障时区内故障时k1MUMIMNNINU区内故障时区内故障时k2MUMIMNNINU 假定全系统阻抗角均匀、两侧电动势角相角相同，当发假定全系统阻抗角均匀、两侧电动势角相角相同，当发生区内短路时，两侧电流同相位；生区内短路时，两侧电流同相位； 当正常运行和发生区外短路时，两侧电流相位差当正常运
10、行和发生区外短路时，两侧电流相位差180180。 4.1.2 两侧电气量的故障特征分析4.4.两端的测量阻抗的特征两端的测量阻抗的特征 k1MUMIMNNINU 正常负荷时测量阻抗正常负荷时测量阻抗位于位于IIII段保护范围外；段保护范围外； 区内故障时两侧的测区内故障时两侧的测量阻抗都落在本段的量阻抗都落在本段的IIII段保护范围内，两侧段保护范围内，两侧IIII段同时启动段同时启动； 外部故障时有一侧保外部故障时有一侧保护为反方向，不启动。护为反方向，不启动。4.1.3 4.1.3 纵联保护的基本原理纵联保护的基本原理1.1.纵联电流差动保护纵联电流差动保护 利用线路两端的利用线路两端的电
11、流和电流和的特征可以构成纵联差动保护。的特征可以构成纵联差动保护。 正常运行或区外故障时，正常运行或区外故障时， 发生区内短路时，发生区内短路时，考虑到考虑到TATA的误差及分布电容的影响，动作判据可写为的误差及分布电容的影响，动作判据可写为 1knmIIII0nmIIIsetnmIIIsetI门槛值门槛值4.1.3 纵联保护的基本原理2.2.方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护 利用输电线路两端功率方向相同或相反的特征可以构成利用输电线路两端功率方向相同或相反的特征可以构成方向比较式纵联保护。当发生故障的时候，两端的功率方向方向比较式纵联保护。当发生故障的时候，两端的功率方向元件判别流过本端
12、的功率方向，元件判别流过本端的功率方向， 若由若由功率方向为负者功率方向为负者发出闭锁信号，闭锁两端的保护，发出闭锁信号，闭锁两端的保护，称为称为闭锁式方向纵联保护闭锁式方向纵联保护； 若由若由功率方向为正者功率方向为正者发出允许信号，允许两端保护跳闸，发出允许信号，允许两端保护跳闸，称为称为允许式方向纵联保护允许式方向纵联保护。4.1.3 纵联保护的基本原理3.3.电流相位比较式纵联保护电流相位比较式纵联保护 利用两端电流相位的差异，比较两端电流的相位关系构利用两端电流相位的差异，比较两端电流的相位关系构成电流相位式纵联保护。两端保护各自将成电流相位式纵联保护。两端保护各自将本端电流的正、负
13、本端电流的正、负半波半波信息发送给对端，同时接收对端传来的电流信号与本端信息发送给对端，同时接收对端传来的电流信号与本端的电流进行相位比较。区内故障时，两端电流的相位差为的电流进行相位比较。区内故障时，两端电流的相位差为0 0，保护动作；正常运行或区外故障时，两端电流的相位，保护动作；正常运行或区外故障时，两端电流的相位差为差为180180，保护不动作。，保护不动作。4.1.3 纵联保护的基本原理3.3.电流相位比较式纵联保护电流相位比较式纵联保护 由于测量误差和输电线路由于测量误差和输电线路分布电容的影响，两端电流的分布电容的影响，两端电流的实际电流的相位差不可能恰好实际电流的相位差不可能恰
14、好等于等于0 0或或180180。所以保护的。所以保护的动作区和不动作区如图所示。动作区和不动作区如图所示。动作区动作区不动作区不动作区4.1.3 纵联保护的基本原理4.4.距离纵联保护距离纵联保护 构成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，只是用方向阻方向阻抗元件抗元件替代替代功率方向元件功率方向元件。对于。对于方向阻抗元件方向阻抗元件而言，当故而言，当故障发生在距离保护障发生在距离保护IIII段的保护范围内相应的元件才动作；段的保护范围内相应的元件才动作；否则元件不动作。相较于否则元件不动作。相较于功率方向元件功率方向元件而言，而言，方向阻抗元方向阻抗元件件减少了启动次数，提高了可靠性，简化了纵联保护。减少了启动次数，提高了可靠性，简化了纵联保护。
