1、第第4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护电流保护、距离保护：电流保护、距离保护：仅利用被保护元件一侧的电气量构成保护判据。仅利用被保护元件一侧的电气量构成保护判据。不可能快速区分本线末端和对侧母线（或相邻线不可能快速区分本线末端和对侧母线（或相邻线首端）故障。首端）故障。导致导致II段延时切除，在高压系统中难以满足稳定段延时切除，在高压系统中难以满足稳定性对快速切除故障的要求。性对快速切除故障的要求。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
2、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)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)电力线载波纵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)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)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
3、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)方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护 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的通道中传送的是电流波形或代表电流相位的信号。信号。分为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位纵联电流相位差动保护差动保护。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
4、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：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：
5、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统阻抗角相同，两侧电势相位一致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，两侧区内短路时：短路阻抗，两侧距离距离段段同
6、时启动同时启动正常运行时：负荷阻抗，正常运行时：负荷阻抗，距离距离段段不启动不启动外部短路时：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，该侧的的距离距离段段不启动不启动 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
7、：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：4.1.3 纵联保护的基本原理纵联保护的基本原理 4距离纵联保护距离纵联保护 构成原理和方向
8、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4.1.3 纵联保护的基本原理纵联保护的基本原理 （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导引线开路：误动导引线开路：误动导引线短路：拒动导引线短路：拒动（2）均压式）均压式(电压平衡原理电压
9、平衡原理)正常运行或外部故障时正常运行或外部故障时导引线开路：拒动导引线开路：拒动导引线短路：误动导引线短路：误动4.2.1 导引线通信导引线通信优点：优点：不受系统振荡、非全相运行的影响。不受系统振荡、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。4.2.1 导引线通信导引线通信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)阻波器阻波器(
10、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”4.2.2 电力线载波通信电力线载波通信载波信号频率载波信号频率阻波器阻波器4.2.2 电力线载波通信电力线载波通信(3)耦合电容器耦合电容器(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抗匹配的作用，从而减少的作用，从而减少高频能量的附加衰耗。还起到高频能量的附加衰耗。还起到隔隔离离的作用。的作用。(5)高频收、发信机高频收、发信机 两种方式：故障后发信两种方式：故障后发信 正常时发信，故障时停信或改变频率正常时发信，故障时停信或改变频率(6)接地开关接地开关检修连接滤波器时接通开关检修
11、连接滤波器时接通开关 4.2.2 电力线载波通信电力线载波通信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4.2.2 电力线载波通信电力线载波通信2.电力线载波通道的特点电力线载波通道的特点(1)无中继通信距离长无中继通信距离长(2)经济、使用方便经济、使用方便(3)工程施工比较简单工程施工比较简单 可以和输变电工程同期建成可以和输变电工程同期建成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)正常无高频电流方式正常无高频电流方式 （故障启动发信的方式），（故障启动发信的方式），我国主要采用这种方式我国主要采用这种方式(2)正常有高频电流方式正常有高频电流方式（长期发信方式）（
12、长期发信方式）(3)移频方式移频方式 4.2.2 电力线载波通信电力线载波通信 4.电力线载波信号的种类电力线载波信号的种类（1）闭锁信号）闭锁信号（2）允许信号）允许信号（3）跳闸信号）跳闸信号 4.2.2 电力线载波通信电力线载波通信（来自对端）（来自对端）（来自对端）（来自对端）（来自对端）（来自对端）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。
13、(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（视线距离内传送，缺点：微波通道价格较贵（视线距离内传送，需微波中继站）。需微波中继站）。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 4.2.4 光纤通信光纤通信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，无感应性能，不保密性好，敷设方便，不怕雷击，无感应
14、性能，不受外界电磁干扰，抗腐蚀和不怕潮。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备；当不足：长距离通信时，要用中继器及其附加设备；当光纤断裂时不易找寻或连接。光纤断裂时不易找寻或连接。4.2.4 光纤通信光纤通信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要点：功率方向为负的保护向本线路另一侧的保要点：功率方向为负的保护向本线路另一侧的保护发闭锁信号。护发闭
15、锁信号。功率方向为正且未收到闭锁信号的保护跳闸。功率方向为正且未收到闭锁信号的保护跳闸。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 功率功率正方正方向元向元件件高电流高电流定值电定值电流启动流启动停信停信元元件件低电流定值电流启动低电流定值电流启动发信发信元件元件BC段短路段短路保护保护3、4的的KA1启动发信，启动发信，但但KW+输出输出1，KA2输出也为输出也为1，Y1输出输出1，t2后跳闸并停后跳闸并停止发信止发信11111对端闭锁信号传输需要一定对端闭锁信号传输需要一定时间到达本端，防止本端因时间到达本端，防止本端因收不到闭锁信号导致误动。收不到闭锁信号导致误动。功率功率方向方
16、向为正为正且未且未收到收到闭锁闭锁信号信号的保的保护跳护跳闸。闸。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 功率功率正方正方向元向元件件高电流高电流定值电定值电流启动流启动停信停信元元件件低电流定值电流启动低电流定值电流启动发信发信元件元件BC段短路段短路保护保护2的的KA1启动发信，但启动发信，但KW+输出输出0，Y1输出输出0，发，发信机不停信，信机不停信，且不跳闸且不跳闸10100功率功率方向方向为正为正且未且未收到收到闭锁闭锁信号信号的保的保护跳护跳闸。闸。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 功率功率正方正方向元向元件件高电流高电流定值电定值电流启动流启动停信
17、停信元元件件低电流定值电流启动低电流定值电流启动发信发信元件元件BC段短路段短路保护保护1的的KA1、KA2、KW+均均启动，启动，Y1输出输出1，停止发信，是停止发信，是否跳闸取决于否跳闸取决于是否收到是否收到2的闭的闭锁信号（锁信号（t2时间时间内）。内）。11111功率功率方向方向为正为正且未且未收到收到闭锁闭锁信号信号的保的保护跳护跳闸。闸。4.3.3 闭锁式距离纵联保护闭锁式距离纵联保护方向比较式纵联保护不能作为变电站母线和下级相邻方向比较式纵联保护不能作为变电站母线和下级相邻线路的后备。因此可将其和距离保护结合。线路的后备。因此可将其和距离保护结合。距离距离段段距离距离II段段距离
18、距离III段段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措施功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对措施 最不利情况：最不利情况：QF3先于先于QF4跳闸。跳闸。QF3跳闸前：跳闸前：线路线路
19、L2：M侧功率负，侧功率负，N侧功率正。侧功率正。1向向2发闭锁信号，发闭锁信号，QF1和和QF2不跳闸不跳闸124.3.4 影响方向纵联保护正确工作的因素及应影响方向纵联保护正确工作的因素及应对措施对措施QF3跳闸后：跳闸后：线路线路L2：M侧功率正，侧功率正，N侧功率负，功率倒向。侧功率负，功率倒向。2向向1发闭锁信号，发闭锁信号，但信号有延时，在但信号有延时，在M侧未收到闭锁信号前可能误动作跳开侧未收到闭锁信号前可能误动作跳开QF1。12 2 功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对措施功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对措施 4.3.4 影响方向纵联保护正确工作的因素及应影响方向纵
20、联保护正确工作的因素及应对措施对措施应对措施：发信元件动作后延时应对措施：发信元件动作后延时t1返回。返回。即保护即保护1功率反向后不是立即停止发信，而是功率反向后不是立即停止发信，而是t1后停止发后停止发信，保护信，保护1、2均收到此信号，从而不会误动作。均收到此信号，从而不会误动作。12 2 功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对措施功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对措施 4.3.4 影响方向纵联保护正确工作的因素及应影响方向纵联保护正确工作的因素及应对措施对措施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
21、，由于电容电流的接于线路上时，由于电容电流的影响会使负序方向纵联保护误动影响会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 纵联电流差动保护原理纵联电流差动保护原理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电流差动保护电流差动保护0NMIIkNMIII正常或外部短路正常或外部短路内部短路内部短路电流相位差动保护电流相位差动保护正常或外部正常或外部反相反相内部短路内部短路同相同相正常运行及外部故障时，差动继电器正常运行及外部故障
22、时，差动继电器KD中的电流为不平中的电流为不平衡电流衡电流unbmnIII1()MNTAIIn 工程上工程上NNTAnMMTAmIInIIInI11电流互感器二次侧电流电流互感器二次侧电流差动保护判据差动保护判据unbnmrIIIIknpstunbIKKI1.0电流互感电流互感器同型系数器同型系数非周期分非周期分量系数量系数2 纵联电流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
23、.setksenIIKsetnmrIIII躲过外部短躲过外部短路时最大不路时最大不平衡电流平衡电流躲过最大负荷电流躲过最大负荷电流动作方程：动作方程：带有制动特性的差动继电器带有制动特性的差动继电器 采用不带制动特性的差动继电器，区内故障时灵采用不带制动特性的差动继电器，区内故障时灵敏度低。敏度低。可以采用浮动门坎（制动特性）。可以采用浮动门坎（制动特性）。0.5resmnIII0.5()resmnIIIcos(180)cos(180)00cos(180)0mnmnmnresmnIII1）2）3）制动电流的选取：制动电流的选取：带有制动特性的差动继电器带有制动特性的差动继电器0rresreso
24、pIKII动作方程：动作方程：动作特性：动作特性：resK：制动系数0opI：门限max.unbI不带制动特性时不带制动特性时灵敏度低灵敏度低灵敏度高灵敏度高4.4.2 两侧电流的同步测量两侧电流的同步测量数据同步的含义数据同步的含义(1)两侧的两侧的采样时刻同步采样时刻同步。(2)使用两侧使用两侧相同时刻的采样数据相同时刻的采样数据计算差动计算差动电流。电流。难题：如何保证两个异地时钟时间的统一和难题：如何保证两个异地时钟时间的统一和采样时刻的同步。采样时刻的同步。常用方法：常用方法：(1)基于基于数据通道数据通道的同步方法的同步方法(2)基于基于GPS同步时钟同步时钟的同步方法。的同步方法
25、。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采样时刻调整法采样时刻调整法212rmmdtttt(1)通道延时的测定通道延时的测定（正式采样同步前）（正式采样同步前）(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 延时测得后，从站根据主站时标修改自己的时标。延时测得后，从站根据主站时标修改自己的时标。tm1：主站发送信息：主站发送信息tr2：主站收到返回信息：主站收到返回信息主站采样时刻点主站采样时刻点从站采样时刻点从站采样时刻点3()sirdtttt simjtt00tt 主站采样超前从站；主站采样滞后从站(3)采样时刻的调整采样时
26、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利用被保护元件两侧电流在区内区内短路时短路时几乎同相几乎同相、区外区外短路时短路时几乎反相几乎反相的差异，构成电流相位差动保护。的差异，构成电流相位差动保护。分析时，假定全系统分析时，假定全系统阻抗角相同，两侧电势相位一致。阻抗角相同，两侧电势相位一致。规定电流正方向为规定电流正方向为母线指向线路。母线指向线路。
27、MINIMINIM侧侧N侧侧M侧侧N侧侧M侧侧N侧侧M侧侧N侧侧区外故障区外故障输电线上高频信号连续输电线上高频信号连续输电线上高频信号不连续输电线上高频信号不连续区外故障区外故障正半周启动发信正半周启动发信正半周启动发信正半周启动发信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反反应应对对称称故故障障反反应应不不对对称称故故障障4.4.3 纵联电流相位差动保护纵联电流相位差动保护正半波时，发正半波时，发出连续高频电出连续高频电流，负半波时流，负半波时不发高频电流。不发高频电流。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位差动保护的动作特性与相继动作7T
28、ALkm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，时，保护不应动作保护不应动作。180（1）动作特性）动作特性 闭锁角及其整定闭锁角及其整定选择保护的闭锁角为：选择保护的闭锁角为：7150.06byL15y传感器二次电流传感器二次电流最大误差最大误差收发信操作产生收发信操作产生的误差的误差传输线路的传输线路的工频角延迟工频角延迟7150.06byLrIOPI2 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位差动保护的动作特性与相继动作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位差动保护的动作
29、特性与相继动作动作特性图动作特性图（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：1220.06 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
30、时：1abU1bcU1caU1abI1RU1XU1bcI2RU2XU3060121mnRXUUU01122133XRXR当输入量为负序分量时：当输入量为负序分量时：2abU2caU2bcU2abI1RU1XU2bcI2RU2XU3060122mnRXUUU3030223322jjabbcUeUe309023()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：1aI11bcII1bI1
31、cI11()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
