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1、第四章第四章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1 14.1.1 输电线纵联保护概述输电线纵联保护概述 为此，设法将被保护元件两端为此，设法将被保护元件两端(或多端或多端)的电气量的电气量进行同时比较进行同时比较,以便判断故障在区内？还是区外？以便判断故障在区内？还是区外？将两端保护装置的信号纵向联结起来，构成将两端保护装置的信号纵向联结起来，构成纵联纵联保护保护。与横向故障的称谓进行对应比较（后面与横向故障的称谓进行对应比较（后面再用图例说明再用图例说明“纵、横纵、横”的区别）。的区别）。仅利用线路一侧的电气量所构成的继电保护（单仅利用线路一侧的电气量所构成的继电保护（单端电气量），无法区分本
2、线路末端与相邻线路（或端电气量），无法区分本线路末端与相邻线路（或元件）的出口故障，如：电流保护、阻抗保护。元件）的出口故障，如：电流保护、阻抗保护。2 2单端电气量保护：单端电气量保护：仅利用被保护元件的一侧电气量，无法区分线路仅利用被保护元件的一侧电气量，无法区分线路末端和相邻线路的出口短路，可以作为后备保护或末端和相邻线路的出口短路，可以作为后备保护或出口故障的第二种保护。出口故障的第二种保护。（通常设计为：三段式）。（通常设计为：三段式）。纵联保护：纵联保护：利用被保护元件的各侧电气量，可以识别：内部利用被保护元件的各侧电气量，可以识别：内部和外部的故障，但是，不能作为后备保护。和外部
3、的故障，但是，不能作为后备保护。3 3输电线路纵联保护结构框图输电线路纵联保护结构框图在设备的在设备的“纵向纵向”之间，进行信号交换之间，进行信号交换横向关系横向关系(如：横向故障如：横向故障)4 4 纵联保护有多种分类方法，可以按照通道类型或纵联保护有多种分类方法，可以按照通道类型或动作原理进行分类。动作原理进行分类。1 1）通道类型：）通道类型：导引线导引线 电力线载波电力线载波 微波微波 光纤光纤2 2）动作原理：）动作原理：比较方向比较方向 比较相位比较相位 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 （差电流）（差电流）还可以将通道类型与动作原理结合起来进行称呼。还可以将通道类型与动作原理结合
4、起来进行称呼。如：光纤电流差动（简称：光差），高频距离。如：光纤电流差动（简称：光差），高频距离。通道通道(信号交换手段信号交换手段)5 5分析、讨论特征的目的：分析、讨论特征的目的：寻找内部故障与其他工况（正常运行、外部故障寻找内部故障与其他工况（正常运行、外部故障）的特征区别和差异）的特征区别和差异 提取判据，构成继电保提取判据，构成继电保护原理。护原理。4.1.2 两侧电气量的特征两侧电气量的特征 当然，构成原理后，再分析影响因素；并研究消当然，构成原理后，再分析影响因素；并研究消除影响因素的对策、措施（需要权衡利弊）。除影响因素的对策、措施（需要权衡利弊）。6 6一、两侧电流相量和一、
5、两侧电流相量和(瞬时值和瞬时值和)的故障特征的故障特征基尔霍夫电流定律：基尔霍夫电流定律：在一个节点中，流入的电流等于流出的电流。在一个节点中，流入的电流等于流出的电流。按照继电保护规定的正方向：按照继电保护规定的正方向：指向被保护元件。指向被保护元件。那么，基尔霍夫电流定律可以修改为：在任何一那么，基尔霍夫电流定律可以修改为：在任何一个节点中，流入的个节点中，流入的电流之和等于电流之和等于0。下面，用图例说明。下面，用图例说明。7 7基尔霍夫电流定律：基尔霍夫电流定律：此式表明：流入节点的电流之和等于此式表明：流入节点的电流之和等于0。按照继电保护按照继电保护规定的正方向规定的正方向，得：，
6、得：8 8 ，就构成了继电保，就构成了继电保护原理护原理 电流差动保护。电流差动保护。广泛应用于各种设备的保护。广泛应用于各种设备的保护。基尔霍夫电流定律的拓展：基尔霍夫电流定律的拓展：将节点拓展为一个封闭区域。将节点拓展为一个封闭区域。二者区别很大二者区别很大 被保护设备被保护设备设计区别的门槛设计区别的门槛9 9 ，应当，应当是：电流和保护。即：是：电流和保护。即：从负荷从负荷(或外部短路或外部短路)电流的特征看：电流的特征看：“电流差动电流差动”名称的来历名称的来历(与规定方向有关与规定方向有关)：即电流差即电流差0 0 按继电保护规定的正方向（或计算原理）按继电保护规定的正方向（或计算
7、原理）但是，习惯成俗，仍然称为：差动保护。但是，习惯成俗，仍然称为：差动保护。若有电流差，就动作。若有电流差，就动作。1010二、两侧功率方向的故障特征二、两侧功率方向的故障特征1 1、正常运行、正常运行2 2、外部短路、外部短路3 3、内部短路、内部短路（为正）（为正）（为负）（为负）1111三、两侧电流相位的故障特征三、两侧电流相位的故障特征1 1、正常运行、正常运行2 2、区外故障类似、区外故障类似12123 3、区内故障、区内故障三、两侧电流相位的故障特征三、两侧电流相位的故障特征1313四、两侧测量阻抗的故障特征四、两侧测量阻抗的故障特征1 1、正常和、正常和区外故障区外故障一侧阻抗
8、可能动作，另一侧阻抗不动作。一侧阻抗可能动作，另一侧阻抗不动作。2 2、区内故障、区内故障两侧阻抗均动作。两侧阻抗均动作。1414归纳：归纳：正常运行正常运行或外部故障或外部故障内部故障内部故障方向元件方向元件两侧均为正两侧均为正阻抗元件阻抗元件一侧为正一侧为正一侧为负一侧为负一侧动作一侧动作一侧不动作一侧不动作两侧均动作两侧均动作（希望动作）（希望动作）（希望不动）（希望不动）特征分界特征分界 如何应用这些特征？后面陆续予以介绍。如何应用这些特征？后面陆续予以介绍。电流相位电流相位相位差相位差接近同相接近同相15154.1.3 纵联保护的基本原理纵联保护的基本原理一、纵联电流差动保护一、纵联
9、电流差动保护 依据两侧电流相量和（瞬时值和）的故障特征，依据两侧电流相量和（瞬时值和）的故障特征，即，基尔霍夫电流定律。即，基尔霍夫电流定律。动作门槛动作门槛16164.1.3 纵联保护的基本原理纵联保护的基本原理一、纵联电流差动保护一、纵联电流差动保护 依据两侧电流相量和（瞬时值和）的故障特征，依据两侧电流相量和（瞬时值和）的故障特征，即，基尔霍夫电流定律。即，基尔霍夫电流定律。基本思路仍然适用基本思路仍然适用 动作门槛动作门槛1717分相电流差动保护的优点：分相电流差动保护的优点：1 1）具有选择性好、可靠、灵敏、快速的优点；）具有选择性好、可靠、灵敏、快速的优点；2 2）具有明确区分内部
10、和外部故障的能力；）具有明确区分内部和外部故障的能力；3 3）具有自然选相的功能；）具有自然选相的功能；4 4）不受运行方式、非全相、串补电容、转换性故）不受运行方式、非全相、串补电容、转换性故 障、同杆并架线路的跨线故障、振荡及振荡中障、同杆并架线路的跨线故障、振荡及振荡中 再故障等因素的影响（受振荡的影响很小）；再故障等因素的影响（受振荡的影响很小）；5 5）内部短路电流通常都大于差动电流的启动值。）内部短路电流通常都大于差动电流的启动值。原理最好的保护原理最好的保护1818缺点：缺点：1 1）增加两侧信息交换的通道）增加两侧信息交换的通道增加了复杂性。增加了复杂性。2 2）几乎不反映纵向
11、短路。）几乎不反映纵向短路。3 3）采用导线实现线路两侧的信号交换时，导线）采用导线实现线路两侧的信号交换时，导线（导引线）太长，更容易出现故障，容易烧毁（一（导引线）太长，更容易出现故障，容易烧毁（一次短路后，感应电流太大）。次短路后，感应电流太大）。因此，主要应用于：发电机、变压器、母线、电因此，主要应用于：发电机、变压器、母线、电抗器等就近连接抗器等就近连接TA的保护中。的保护中。4 4）不能作为后备（所有纵联保护的缺点）。）不能作为后备（所有纵联保护的缺点）。1919漏电保安器漏电保安器原理类似于差动保护（供了解）。原理类似于差动保护（供了解）。时时,漏电保安器动作跳闸漏电保安器动作跳
12、闸被反应出来被反应出来安全电流的标准：安全电流的标准：30mA2020漏电保安器漏电保安器原理类似于差动保护（供了解）。原理类似于差动保护（供了解）。漏电保安器几乎不保护火线对零线的短路漏电保安器几乎不保护火线对零线的短路几乎不动作几乎不动作！2121空气开关（最简单的继电保护）空气开关（最简单的继电保护）反映短路电流，或过负荷反映短路电流，或过负荷2222二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）M侧保护侧保护N侧保护侧保护阻抗动作阻抗动作信息的交换信息的交换利用这样的特征利用这样的特征(回顾回顾)：区内短路，两侧区内短路，两侧Z均动作均动作。需要需要2 2
13、个独立的信号交换。个独立的信号交换。上述结构称为上述结构称为:允许式允许式。2323二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）M侧保护侧保护N侧保护侧保护1）区内故障）区内故障启动启动Z均动作均动作两侧无延时跳闸两侧无延时跳闸：简述信号交换与逻辑的过程：简述信号交换与逻辑的过程阻抗动作阻抗动作信息的交换信息的交换2424二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）M侧保护侧保护N侧保护侧保护1）区内故障）区内故障启动启动Z均动作均动作两侧无延时跳闸两侧无延时跳闸：简述信号交换与逻辑的过程：简述信号交换与逻辑的过程阻抗动作阻抗动作
14、信息的交换信息的交换2525至少一侧的至少一侧的Z不动不动两侧均不跳闸两侧均不跳闸二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）M侧保护侧保护N侧保护侧保护阻抗动作阻抗动作信息的交换信息的交换2）区外故障）区外故障：简述信号交换与逻辑的过程：简述信号交换与逻辑的过程2626 上述方式利用了距离上述方式利用了距离II段（或段（或III段等全线路有灵段等全线路有灵敏度）的测量元件，实现短路位置、方向的判别敏度）的测量元件，实现短路位置、方向的判别 构成：构成：距离纵联保护距离纵联保护。也可以将也可以将 Z 元件更换为方向元件元件更换为方向元件 构成：构成：方向纵联保护
15、方向纵联保护。距离纵联、方向纵联保护中，对方向元件的要求：距离纵联、方向纵联保护中，对方向元件的要求：1）具有明确的单一方向性；）具有明确的单一方向性；2）能覆盖线路全长。）能覆盖线路全长。2727信号线上信号线上“有有1出出1”,并闭锁两侧保护并闭锁两侧保护M侧保护侧保护N侧保护侧保护 还可以还可以利用这样的特征：利用这样的特征：区外短路时，至少有区外短路时，至少有一侧为负（或不动）一侧为负（或不动）。上述结构称为：上述结构称为：闭锁式闭锁式。仅传输一个信号。仅传输一个信号。集电极集电极开路开路2828信号线上信号线上“有有1出出1”,并闭锁两侧保护并闭锁两侧保护区外短路时，至少有区外短路时
16、，至少有一侧为负（或不动）一侧为负（或不动）。集电极集电极开路开路1）上图所示的区外故障）上图所示的区外故障闭锁两侧保护！闭锁两侧保护！M侧侧Z不动，持续发闭锁信号，两侧均不跳。不动，持续发闭锁信号，两侧均不跳。N侧侧Z动也无效动也无效2929信号线上信号线上“有有1出出1”,并闭锁两侧保护并闭锁两侧保护区外短路时，至少有区外短路时，至少有一侧为负（或不动）一侧为负（或不动）。2）区内故障）区内故障3030信号线上信号线上“有有1出出1”,并闭锁两侧保护并闭锁两侧保护区外短路时，至少有区外短路时，至少有一侧为负（或不动）一侧为负（或不动）。2）区内故障）区内故障3131信号线上信号线上“有有1
17、出出1”,并闭锁两侧保护并闭锁两侧保护区外短路时，至少有区外短路时，至少有一侧为负（或不动）一侧为负（或不动）。2）区内故障）区内故障 通道上，通道上，无闭锁信号无闭锁信号两侧均满足跳闸条件两侧均满足跳闸条件3232三、电流相位比较式纵联保护三、电流相位比较式纵联保护区内故障区内故障似乎可以设计为：似乎可以设计为：动作区域动作区域正常运行正常运行3333三、电流相位比较式纵联保护三、电流相位比较式纵联保护区内故障区内故障动动作作区区域域称为：相差保护称为：相差保护考虑误差后考虑误差后34344.2 4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换输电线路纵联保护两侧信息的交换信号交换的途径（通道）：信号
18、交换的途径（通道）：1 1、导引线通信。、导引线通信。2 2、电力线载波。、电力线载波。3 3、微波通信。、微波通信。4 4、光纤通信。、光纤通信。35351 1）导引线方式主要应用于：发电机、母线、变压）导引线方式主要应用于：发电机、母线、变压 器、电抗器等保护中。器、电抗器等保护中。仅应用于就近的仅应用于就近的TA连接方式。连接方式。2 2）电力线载波仅传输电力线载波仅传输“有有”、“无无”高频信号。高频信号。主要应用于传输：方向或相位信息。主要应用于传输：方向或相位信息。3 3）光纤通信可以传输较多的数字信息。光纤通信可以传输较多的数字信息。如：传输三相电流、电压的采样值、相量、如：传输
19、三相电流、电压的采样值、相量、跳闸信息、断路器状态信息等，并且有跳闸信息、断路器状态信息等，并且有 校验码，可靠性很高。校验码，可靠性很高。将光纤将光纤安置安置在架空地线中，构成：在架空地线中，构成：地线复合光缆地线复合光缆OPGW。36364 4）微波通信也可以传输数字信息。微波通信也可以传输数字信息。但衰减受气候影响较大，且属于但衰减受气候影响较大，且属于“视距传输视距传输”，传输距离受限制。传输距离受限制。视距视距地球半径地球半径r约约6360km设设h=100m时，时，3737微波通信、光纤通信部分微波通信、光纤通信部分 自学（重点：基本原理、特点）自学（重点：基本原理、特点）光纤与电
20、流差动原理的结合，构成了目前最好的光纤与电流差动原理的结合，构成了目前最好的保护方式保护方式光纤差动保护光纤差动保护（简称：光差）。其优（简称：光差）。其优缺点在前面已经说明了。缺点在前面已经说明了。下面，简单地说明：在电力线载波方式中，各主下面，简单地说明：在电力线载波方式中，各主要模块的功能或作用。要模块的功能或作用。3838“相相-地地”制高频通道示意图制高频通道示意图电力线载波电力线载波输电线输电线(传输信号传输信号)3939“相相-地地”制高频通道示意图制高频通道示意图电力线载波电力线载波阻波器阻波器阻波器阻波器对高频呈现开路，对高频呈现开路，对工频呈现对工频呈现 也是故障的特征。也
21、是故障的特征。8484如果不同步，会误动。如果不同步，会误动。20072007年年7 7月月1 1日，河南西部较大范围的停电。日，河南西部较大范围的停电。跳闸跳闸下面用实例说明：思考、对策和演变过程。下面用实例说明：思考、对策和演变过程。8585 措施措施1 1：增加差流与启动元件同时动作的条件。增加差流与启动元件同时动作的条件。这样，不同步时，误动的概率降低了很多。这样，不同步时，误动的概率降低了很多。但是，在一定负荷电流情况下，但是，在一定负荷电流情况下，TA断线时，还可断线时，还可能会满足能会满足“既有启动，又有差流既有启动，又有差流”的条件，从而导的条件，从而导致误动。致误动。跳闸跳闸
22、8686于是，考虑采用于是，考虑采用两侧两侧电流均启动电流均启动的逻辑：的逻辑：跳闸跳闸8787 还有问题：有一侧为负荷侧，又出现轻载还有问题：有一侧为负荷侧，又出现轻载 会出现拒动。会出现拒动。跳闸跳闸无流时，无流时，电压也会降低电压也会降低仅用电压仅用电压,又不安全又不安全(PT(PT断线断线)8888比较完善的逻辑：比较完善的逻辑：跳闸跳闸8989 另一种同步方法：另一种同步方法：GPS同步法同步法（了解）。（了解）。GPS能够提供：秒脉冲，以及标准时间代码（年、能够提供：秒脉冲，以及标准时间代码（年、月、日、时、分、秒）。月、日、时、分、秒）。平时的同步误差平时的同步误差 但是，应当注
23、意到：但是，应当注意到：GPS是美国的设备，在特殊是美国的设备，在特殊情况下，可能无法准确使用。情况下，可能无法准确使用。我国也在完善我国也在完善“北斗星北斗星”系统。系统。9090影响电流差动保护的因素及其对策：影响电流差动保护的因素及其对策：影响因素影响因素同步问题同步问题互感器误差互感器误差分布电容分布电容负荷电流的制动负荷电流的制动不平衡电流不平衡电流主要对策主要对策设法同步（修正）设法同步（修正）定值考虑定值考虑定值考虑定值考虑补偿补偿(利用电压利用电压)增加故障电流差动增加故障电流差动识别识别饱和饱和9191电容电流的补偿方法：电容电流的补偿方法：另一侧类似另一侧类似9292线路纵
24、联保护的重点：线路纵联保护的重点：1 1）何种保护利用何种特征？）何种保护利用何种特征？区内故障什么特征？其他情况又是什么特征？区内故障什么特征？其他情况又是什么特征？2 2）信号交换的通道方式。）信号交换的通道方式。3 3）逻辑关系、信号方式）逻辑关系、信号方式(跳闸、允许、闭锁跳闸、允许、闭锁)。4 4）闭锁式高频距离保护中，两个时间元件的作用？）闭锁式高频距离保护中，两个时间元件的作用？大约是多少？大约是多少？5 5）影响因素及其对策。）影响因素及其对策。6 6）电流差动保护中，不平衡电流、动作特性。）电流差动保护中，不平衡电流、动作特性。7 7）各模块或器件的作用。）各模块或器件的作用。9393