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1、第三讲输电线纵联差动保护1 1本讲稿第一页，共五十一页主要内容n n一、输电线路的纵联差动保护n n二、平行双回线路的横联保护n n三、高频保护概述n n四、相差高频保护n n五、方向高频保护本讲稿第二页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n1.电流保护和距离保护的缺陷本讲稿第三页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n1.电流保护和距离保护的缺陷n n互感器传变的误差、线路参数值的不精确性以及继电器本身的互感器传变的误差、线路参数值的不精确性以及继电器本身的测量误差等原因，可能将被保护线路对端所连结的母线上的故测量误差等原因，可能将被保护线路对端所连结的母线上的故障，或母线所连接的
2、其它线路出口处的故障，误判断为本线路障，或母线所连接的其它线路出口处的故障，误判断为本线路末端的故障而将被保护线路切断。末端的故障而将被保护线路切断。本讲稿第四页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n1.电流保护和距离保护的缺陷n n改进措施改进措施n n保护的保护的I I段定值整定为线路全长的段定值整定为线路全长的80%85%80%85%；n n带时限的第带时限的第IIII段切除对于其余的段切除对于其余的15%20%15%20%线路段上的故障；线路段上的故障；n n对于某些重要线路采用纵联保护；对于某些重要线路采用纵联保护；本讲稿第五页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n2.纵
3、联差动保护的基本原理n n纵联差动保护的基本原理是同时比较被保护线路始端和纵联差动保护的基本原理是同时比较被保护线路始端和末端电流的电气量，判断故障是否在本线路范围之内。末端电流的电气量，判断故障是否在本线路范围之内。n n导引线纵联差动保护是最简单的一种用辅助导线或称导引线作为通道的纵联保护。本讲稿第六页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n3.元件的环流法纵联差动保护n n一次侧电流的正方向为从母线流向被保护的线路；一次侧电流的正方向为从母线流向被保护的线路；n n两侧电流互感器一次回路的正极性均置于靠近母线的一端，二次回两侧电流互感器一次回路的正极性均置于靠近母线的一端，二次回路的
4、同极性端子相联接；路的同极性端子相联接；n n差动继电器并联联接；本讲稿第七页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n正常运行n n差动回路电流：差动回路电流：n n继电器不动作。继电器不动作。本讲稿第八页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n外部故障n n差动回路电流：差动回路电流：n n继电器不动作。继电器不动作。本讲稿第九页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n内部故障n n差动回路电流：差动回路电流：n n单电源：单电源：1)2)1)2)n n双电源：双电源：n n当当 ，继电器动作于跳闸。，继电器动作于跳闸。本讲稿第十页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n元件
5、环流法纵联差动保护的特点：n n正常运行时导引线中存在环流；正常运行时导引线中存在环流；n n继电器反应于电流而动作；n n适用于变压器、发电机和母线。适用于变压器、发电机和母线。本讲稿第十一页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n4.输电线的环流法纵联差动保护n n正常运行或外部故障正常运行或外部故障n n继电器端电压较小，不动作继电器端电压较小，不动作本讲稿第十二页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n4.输电线的环流法纵联差动保护n n正常运行或外部故障正常运行或外部故障n n继电器端电压较大，动作继电器端电压较大，动作本讲稿第十三页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n
6、n环流法的特点n n正常运行时导引线中存在环流；正常运行时导引线中存在环流；n n当导引线发生开路故障时，保护要误动；当导引线发生开路故障时，保护要误动；n n当导引线发生短路故障时，保护要拒动。当导引线发生短路故障时，保护要拒动。本讲稿第十四页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n5.输电线的均压法纵联差动保护n n接线图：接线图：本讲稿第十五页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n均压法的特点n n正常运行时导引线两端电压相等，方向相反；正常运行时导引线两端电压相等，方向相反；n n导引线开路，保护拒动；导引线开路，保护拒动；n n导引线短路，保护误动。导引线短路，保护误动。本
7、讲稿第十六页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n环流法和均压法的比较n n在导引线发生故障的情况下，导引线纵联差动保护不能正确工作；在导引线发生故障的情况下，导引线纵联差动保护不能正确工作；n n装有导引线监视和电力系统故障检测元件时，仅导引线发生故障是不会误跳装有导引线监视和电力系统故障检测元件时，仅导引线发生故障是不会误跳闸的；闸的；n n当被保护线路与导引线几乎同时发生故障时，保护装置不正确工作是不当被保护线路与导引线几乎同时发生故障时，保护装置不正确工作是不可避免的；可避免的；n n如果被保护线路先发生故障，由于导引线纵联差动保护的动作时间很快，一如果被保护线路先发生故障，由于
8、导引线纵联差动保护的动作时间很快，一般在导引线故障前能可靠发出跳闸脉冲，保护不会拒动；般在导引线故障前能可靠发出跳闸脉冲，保护不会拒动；n n如果导引线先发生故障，由于这类事故常由外力破坏引起，导引线大多如果导引线先发生故障，由于这类事故常由外力破坏引起，导引线大多属于开路故障，因此环流式的保护不受影响，能正确跳闸，而均压式的属于开路故障，因此环流式的保护不受影响，能正确跳闸，而均压式的保护将拒绝动作。保护将拒绝动作。n n因此，通常多采用环流式接线的导引线纵联差动保护。因此，通常多采用环流式接线的导引线纵联差动保护。本讲稿第十七页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n6.输电线纵差动保
9、护的动作特性n n理论上，纵差保护动作是个突变的过程，既流过继电器理论上，纵差保护动作是个突变的过程，既流过继电器的电流要么为零，要么大于动作电流；的电流要么为零，要么大于动作电流；n n实际存在不平衡电流；n n动作特性：在电流特性图上划分动作与不动作区域。本讲稿第十八页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n6.输电线纵差动保护的动作特性n n幅值特性本讲稿第十九页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n6.输电线纵差动保护的动作特性n n相位特性n n当电流增大时，使保护误动作的相位差减小；当电流增大时，使保护误动作的相位差减小；n n电流幅值大的时候可靠性高。电流幅值大的时候可
10、靠性高。本讲稿第二十页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n6.输电线纵差动保护的动作特性n n复数比特性n n两端电流的复数比描述保护动作特性；两端电流的复数比描述保护动作特性；n n保护的动作量=n n使保护动作的方程使保护动作的方程n n圆外为动作区圆外为动作区本讲稿第二十一页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n7.影响输电线纵差动保护正确工作的因素n n电流互感器的误差和不平衡电流；n n导引线的阻抗和分布电容；导引线的阻抗和分布电容；n n导引线的故障和感应过电压；导引线的故障和感应过电压；本讲稿第二十二页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n nCTCT误差和不平衡
11、电流的影响误差和不平衡电流的影响n n故障的特征量包含在一次电流中；故障的特征量包含在一次电流中；n n动作的判断依据是二次电流；动作的判断依据是二次电流；n n一切导致一次电流到二次电流错误变换的因素都会引起继电器一切导致一次电流到二次电流错误变换的因素都会引起继电器误动作；误动作；n n一切导致一次电流到二次电流错误变换的表现就是不平衡电流的一切导致一次电流到二次电流错误变换的表现就是不平衡电流的存在。存在。本讲稿第二十三页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n环流法的稳态不平衡电流分析环流法的稳态不平衡电流分析n n不平衡电流主要受励磁电流不平衡电流主要受励磁电流 影响影响 CTC
12、T铁芯越饱和，励磁电流越铁芯越饱和，励磁电流越 大，随之增加二次电流的误差；大，随之增加二次电流的误差；一次电流确定时，二次负荷越一次电流确定时，二次负荷越 大，铁芯越饱和；大，铁芯越饱和；二次负荷确定时，一次电流越二次负荷确定时，一次电流越 大，铁芯越饱和；大，铁芯越饱和；本讲稿第二十四页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n对CT的要求n n纵差保护的二次负荷一定，铁芯饱和程度主要受一次电流影响；纵差保护的二次负荷一定，铁芯饱和程度主要受一次电流影响；n n当发生故障时，一次电流较大，铁芯饱和；当发生故障时，一次电流较大，铁芯饱和；n n内部故障时，继电器必须动作，无需考虑不平衡电流
13、的影响；内部故障时，继电器必须动作，无需考虑不平衡电流的影响；n n因此，只需考虑外部故障时，出现不平衡电流的问题。因此，只需考虑外部故障时，出现不平衡电流的问题。n nCTCT容量满足容量满足10%10%误差曲线时，不平衡电流的稳态值计算误差曲线时，不平衡电流的稳态值计算本讲稿第二十五页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n暂态不平衡电流n n故障发生后，电网会经过短暂的过渡过程到达稳态运行；故障发生后，电网会经过短暂的过渡过程到达稳态运行；n n暂态过程中存在幅值衰减的周期分量和缓慢衰减的非周期分量；暂态过程中存在幅值衰减的周期分量和缓慢衰减的非周期分量；n nCTCT主要针对工频设
14、计，几乎不能将缓慢变化的非周期分量变换主要针对工频设计，几乎不能将缓慢变化的非周期分量变换到二次侧，而成为励磁电流；到二次侧，而成为励磁电流；n n二次侧也存在非周期分量，增加了励磁电流；二次侧也存在非周期分量，增加了励磁电流；n n暂态过程中，励磁电流、不平衡电流大大超过稳态；暂态过程中，励磁电流、不平衡电流大大超过稳态；本讲稿第二十六页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n短路电流示例短路电流示例本讲稿第二十七页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n nCT的选型n n为了保证纵差动保护的选择性，差动继电器的起动电流必须躲开为了保证纵差动保护的选择性，差动继电器的起动电流必须躲开最
15、大不平衡电流最大不平衡电流I Ibp.maxbp.max；n n因此，因此，I Ibp.maxbp.max越小，保护的灵敏性就越好，故如何减小不平越小，保护的灵敏性就越好，故如何减小不平衡电流就成为一切差动保护的中心问题；衡电流就成为一切差动保护的中心问题；n n为减小不平衡电流，对于输电线纵差动保护以及其它纵差动保为减小不平衡电流，对于输电线纵差动保护以及其它纵差动保护应采用型号相同、磁化特性一致、铁心截面较大的高精度的护应采用型号相同、磁化特性一致、铁心截面较大的高精度的电流互感器，在必要时，还可采用铁心磁路中有小气隙的电流电流互感器，在必要时，还可采用铁心磁路中有小气隙的电流互感器。互感
16、器。本讲稿第二十八页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n导引线的阻抗和分布电容对保护的影响n n当纵差动保护用于较长的输电线时，导引线的阻抗增大，使隔当纵差动保护用于较长的输电线时，导引线的阻抗增大，使隔离变压器离变压器GBGB的二次负载增大，因而使的二次负载增大，因而使GBGB的传变误差增大。的传变误差增大。n n为了减小其二次负载，可以提高为了减小其二次负载，可以提高GBGB的变压比，但将使导引线上的变压比，但将使导引线上的分布电容电流和漏电流增大，同样增大的分布电容电流和漏电流增大，同样增大GBGB的传变误差；的传变误差；n nGBGB二次电压过高时，将出现设备和人身安全，以及设
17、备的管理体二次电压过高时，将出现设备和人身安全，以及设备的管理体制等问题。制等问题。n n纵差动保护只适于用在较短（一般应在纵差动保护只适于用在较短（一般应在20 km20 km以下）而且重要的输以下）而且重要的输电线上。电线上。本讲稿第二十九页，共五十一页一、输电线路的纵联差动保护n n导引线的故障及感应过电压对保护的影响n n对于环流法接线，导引线断线将造成保护误动作，导引线短路将造对于环流法接线，导引线断线将造成保护误动作，导引线短路将造成输电线内部短路时保护拒动；成输电线内部短路时保护拒动；n n对于均压法接线，导引线断线将造成保护拒动，导引线短路将造对于均压法接线，导引线断线将造成保
18、护拒动，导引线短路将造成输电线内部短路时保护误动；成输电线内部短路时保护误动；n n短路电流、雷电可在导引线中感应产生过电压，应采取过电压保短路电流、雷电可在导引线中感应产生过电压，应采取过电压保护措施。护措施。本讲稿第三十页，共五十一页二、平行双回线路的横联保护n n1.横联方向差动保护的原理n n通过比较两回线路短路电流大小和方向，从而有选择地切除故障通过比较两回线路短路电流大小和方向，从而有选择地切除故障线路。线路。n n装设在平行线路的两侧，每一侧将两回线路电流互感器的二次装设在平行线路的两侧，每一侧将两回线路电流互感器的二次侧用差接方式连接，并将继电器的电流线圈接入差电流回路中。侧用
19、差接方式连接，并将继电器的电流线圈接入差电流回路中。本讲稿第三十一页，共五十一页二、平行双回线路的横联保护n n2.2.横联方向差动保护原理分析横联方向差动保护原理分析n n正常运行或外部故障正常运行或外部故障本讲稿第三十二页，共五十一页二、平行双回线路的横联保护n n2.横联方向差动保护原理分析n n线路1内部故障本讲稿第三十三页，共五十一页二、平行双回线路的横联保护n n2.横联方向差动保护原理分析n n线路2 2内部故障本讲稿第三十四页，共五十一页二、平行双回线路的横联保护n n相继的动作区n n在在平平行行双双回回线线路路中中，当当短短路路点点靠靠近近对对侧侧母母线线时时，流流过过该该
20、侧侧保保护护的的差差电电流流很很小小，以以致致起起动动元元件件和和方方向向元元件件都都不不动动作作；但但流流过过对对侧侧保保护护的的差差电电流流实实际际上上为为两两回回线线路路短短路路电电流流之之和和，所所以以差差电电流流很很大大，对对端端保保护护动动作作，跳跳开开断断路路器器，之之后后全全部部短短路路电电流流将将沿沿故故障障线线路路流流向向故故障障点点，流流入入本本侧侧继继电电器器的的差差电电流流明明显显增增大大，保保护护动动作作。这这种种情情况况称称为为相相继继动动作作，此此区区域域称称为为相相继继动作区。动作区。本讲稿第三十五页，共五十一页三、高频保护概述n n1.1.高频保护基本原理n
21、 n将线路两端的电流相位或功率方向转化为高频信号，然后，利将线路两端的电流相位或功率方向转化为高频信号，然后，利用输电线路本身构成的高频（载波）电流通道，将此信号送至用输电线路本身构成的高频（载波）电流通道，将此信号送至对端，以比较两端电流的相位或功率方向的一种保护。对端，以比较两端电流的相位或功率方向的一种保护。本讲稿第三十六页，共五十一页三、高频保护概述n n2.高频保护的分类n n按照工作原理的不同，可以分为两大类：n n方向高频保护：比较被保护线路两侧的功率方向方向高频保护：比较被保护线路两侧的功率方向n n相差高频保护：比较被保护线路两侧的电流相位相差高频保护：比较被保护线路两侧的电
22、流相位本讲稿第三十七页，共五十一页三、高频保护概述n n3.高频保护的构成n n继电保护部分继电保护部分n n高频收、发信机高频收、发信机n n高频通道组成高频通道组成本讲稿第三十八页，共五十一页三、高频保护概述n n4.高频通道的构成原理n n相相-地制高频通道的构成示意图。地制高频通道的构成示意图。本讲稿第三十九页，共五十一页三、高频保护概述n n5.高频通道的工作方式n n（1 1）“长时发信长时发信”方式方式n n在正常运行情况下，收、发信机一直处于发信和收信工作状态，高频通道中始终有高在正常运行情况下，收、发信机一直处于发信和收信工作状态，高频通道中始终有高频信号通过。频信号通过。n
23、 n（2 2）“短时发信短时发信”方式方式n n在正常运行情况下，收、发信机一直处于不工作状态，高频通道中没有在正常运行情况下，收、发信机一直处于不工作状态，高频通道中没有高频信号通过。只有在系统中发生故障时，发信机才由起动元件起动，高频信号通过。只有在系统中发生故障时，发信机才由起动元件起动，高频通道中才有高频信号通过。高频通道中才有高频信号通过。n n（3 3）“移频移频”方式方式n n在正常运行情况下，发信机向对侧传送频率为在正常运行情况下，发信机向对侧传送频率为f1f1的高频电流；其作用是的高频电流；其作用是闭锁保护和对通道进行连续检查。当发生故障时，继电保护装置控制发闭锁保护和对通道
24、进行连续检查。当发生故障时，继电保护装置控制发信机移频，停止发送频率为信机移频，停止发送频率为f1f1的高频电流，而发出频率为的高频电流，而发出频率为f2f2的高频电流。的高频电流。本讲稿第四十页，共五十一页三、高频保护概述n n6.高频信号的作用n n（1 1）跳闸信号）跳闸信号n n高频信号是跳闸的充要条件高频信号是跳闸的充要条件n n（2 2）允许信号）允许信号n n高频信号是跳闸的必要条件，但不是充分高频信号是跳闸的必要条件，但不是充分n n（3 3）闭锁信号）闭锁信号n n收不到高频信号是跳闸的必要条件收不到高频信号是跳闸的必要条件本讲稿第四十一页，共五十一页四、相差高频保护n n1
25、.相差高频保护工作原理n n比较被保护线路两侧电流的相位比较被保护线路两侧电流的相位即利用高频信号将电流的相位传即利用高频信号将电流的相位传送到对侧去进行比较，这种保护称为相差高频保护。送到对侧去进行比较，这种保护称为相差高频保护。本讲稿第四十二页，共五十一页四、相差高频保护n n2.相差高频保护的构成n n相差高频保护主要部分包括起动元件，操作元件和比相元件。相差高频保护主要部分包括起动元件，操作元件和比相元件。本讲稿第四十三页，共五十一页四、相差高频保护n n3.相差高频保护的工作原理n n当被保护线路外部故障时，两端电流相位差当被保护线路外部故障时，两端电流相位差180180，两端发信机
26、，两端发信机交替发信，通道中有连续的高频电流通过，收信机的接收端收交替发信，通道中有连续的高频电流通过，收信机的接收端收到连续高频电流，输出解调为连续直流信号，闭锁比相元件，到连续高频电流，输出解调为连续直流信号，闭锁比相元件，保护不动作。保护不动作。n n当被保护线路内部故障时，两端电流同相位，两端发信机同时发当被保护线路内部故障时，两端电流同相位，两端发信机同时发信，同时停信，所以通道流通着断续的高频电流，收信机也收到信，同时停信，所以通道流通着断续的高频电流，收信机也收到断续的高频电流，输出时有时无的方波脉冲，在无方波脉冲输出断续的高频电流，输出时有时无的方波脉冲，在无方波脉冲输出地半个
27、周波里，开放比相电路，保护动作切除故障。由于动作时地半个周波里，开放比相电路，保护动作切除故障。由于动作时间只有半个周波（间只有半个周波（10ms10ms），不足以保证跳闸的可靠性。因此增加），不足以保证跳闸的可靠性。因此增加脉冲展宽元件，把短脉冲展宽，以保证有足够的跳闸时间。脉冲展宽元件，把短脉冲展宽，以保证有足够的跳闸时间。本讲稿第四十四页，共五十一页四、相差高频保护n n4.闭锁角 的整定n n两端电流最大误差角两端电流最大误差角n n由最大误差角便可得到最大间隙角由最大误差角便可得到最大间隙角 ，因此闭锁角可由，因此闭锁角可由 确定，一般取确定，一般取45604560。n n闭锁角在保
28、证外部故障可靠不动作时，还应保证在内部故障闭锁角在保证外部故障可靠不动作时，还应保证在内部故障时可靠动作，因此需要对闭锁角进行校验。时可靠动作，因此需要对闭锁角进行校验。本讲稿第四十五页，共五十一页四、相差高频保护n n5.闭锁角 的校验n n按三相对称短路时可能造成的最大电流相位差校验按三相对称短路时可能造成的最大电流相位差校验n n假设假设n n侧发生三相对称故障侧发生三相对称故障n nmm侧相位角侧相位角 ，间隙角，间隙角n nn n侧相位角侧相位角 ，间隙角，间隙角n n当闭锁角小于当闭锁角小于 和和 时，保护正确动作；时，保护正确动作；n n当闭锁角大于当闭锁角大于 但小于但小于 时
29、，这时时，这时n n侧保护可靠动作，侧保护可靠动作，mm侧侧保护拒动。当保护拒动。当n n侧保护跳闸后，侧保护跳闸后，mm侧保护相继动作。侧保护相继动作。本讲稿第四十六页，共五十一页四、相差高频保护n n6.对相差高频保护的评价n n优点优点n n不反应系统振荡；不反应系统振荡；n n非全相运行时不误动作；非全相运行时不误动作；n n基本上不受线路串补电容的影响；基本上不受线路串补电容的影响；n n工作状态不受电压回路断线影响。工作状态不受电压回路断线影响。n n缺点缺点n n动作速度受原理限制；动作速度受原理限制；n n受负荷电流的影响；受负荷电流的影响；n n使用线路长度不能过长；使用线路
30、长度不能过长；n n对通道要求较高，占用频带较宽。对通道要求较高，占用频带较宽。本讲稿第四十七页，共五十一页五、方向高频保护n n1.高频闭锁方向保护基本原理n n高频闭锁方向保护是通过高频通道间接比较被保护线路两侧的高频闭锁方向保护是通过高频通道间接比较被保护线路两侧的功率方向，以判别是被保护范围内部故障还是外部故障。功率方向，以判别是被保护范围内部故障还是外部故障。本讲稿第四十八页，共五十一页五、方向高频保护n n2.常用的起动方式n n（1 1）电流起动方式）电流起动方式n n电流起动方式的高频闭锁方向保护的框图电流起动方式的高频闭锁方向保护的框图本讲稿第四十九页，共五十一页五、方向高频保护n n2.常用的起动方式n n（2）方向元件起动n n方向元件起动的高频闭锁方向保护的框图方向元件起动的高频闭锁方向保护的框图本讲稿第五十页，共五十一页五、方向高频保护n n2.常用的起动方式n n（3）远方起动方式n n远方起动方式的高频闭锁方向保护的框图远方起动方式的高频闭锁方向保护的框图本讲稿第五十一页，共五十一页