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1、第四章 输电线路纵联保护l4.1 输电线路纵联保护的基本原理和分类输电线路纵联保护的基本原理和分类 l4.2 输电线路纵联保护的通信通道输电线路纵联保护的通信通道 l4.3 输电线路的导引线纵联差动保护输电线路的导引线纵联差动保护 l4.4 方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护l4.5 相位比较式纵联保护相位比较式纵联保护 14.1 输电线路纵联保护基本原理和分类输电线路纵联保护基本原理和分类n一、纵联保护及其构成一、纵联保护及其构成 输电线路的纵联保护，就是用某种通信通道输电线路的纵联保护，就是用某种通信通道(简称通道简称通道)将输电线将输电线两端或各端两端或各端(对于多端线路对于多端线路)
2、的保护装置的保护装置纵向连接纵向连接起来，将各端的电气起来，将各端的电气量量(电流、功率的方向等电流、功率的方向等)传送到对端传送到对端，将各端的电气量进行比较，以，将各端的电气量进行比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外，从而决定是否切断被判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外，从而决定是否切断被保护线路。保护线路。n二、纵联保护的基本原理二、纵联保护的基本原理保护原理的本质保护原理的本质是甄别系统正常和故障状态下电气量或非电气是甄别系统正常和故障状态下电气量或非电气量之间的差别，纵联保护也不例外。输电线路的纵联保护就是利用线量之间的差别，纵联保护也不例外。输电线路的纵联保护就是
3、利用线路两端的电气量在故障与非故障时的路两端的电气量在故障与非故障时的特征差异特征差异构成的。当线路发生区构成的。当线路发生区内故障、区外故障时，内故障、区外故障时，电力线两端电流波形、功率、电流相位以及两电力线两端电流波形、功率、电流相位以及两端的测量阻抗都有明显的差异端的测量阻抗都有明显的差异，利用这些差异就可以构成不同原理的，利用这些差异就可以构成不同原理的纵联保护。纵联保护。2l1.两侧电流量特征 双端电源线路区内、外故障示意图(a)内部故障；(b)外部故障如图所示，有如图所示，有 ，在故障点有较大短路电流流出，在故障点有较大短路电流流出;如图所示，线路两端电流相量关系为如图所示，线路
4、两端电流相量关系为 。当线路发生当线路发生内部故障内部故障时，时，当线路发生区当线路发生区外短路故障外短路故障或正常运行时，或正常运行时，3l2两侧电流相位特征两端输电线路，若全系统阻抗角均匀，且两端电动势角相等，则两端输电线路，若全系统阻抗角均匀，且两端电动势角相等，则当线路当线路MN发生发生区内短路故障区内短路故障时，两侧电流同相位，即时，两侧电流同相位，即:相位差为相位差为0；而当正常运行或发生而当正常运行或发生区外短路区外短路故障时，两侧电流反相，即故障时，两侧电流反相，即:电流相位差电流相位差为为180。l3两侧功率方向特征 当线路上发生区内故障和区外故障时，输电线两端的功率方向也当
5、线路上发生区内故障和区外故障时，输电线两端的功率方向也有很大差别。令功率正方向由母线指向线路，则线路发生有很大差别。令功率正方向由母线指向线路，则线路发生区内故障区内故障时，时，两端功率方向都两端功率方向都由母线流向线路由母线流向线路，两端功率方向相同，两端功率方向相同，同为正方向同为正方向；而发生而发生区外故障区外故障时，时，远故障点远故障点端功率端功率由母线流向线路由母线流向线路，功率，功率方向为正方向为正，近故障点端功率由线路流向母线，功率方向为负，两端功率方向相反。近故障点端功率由线路流向母线，功率方向为负，两端功率方向相反。4l4两侧测量阻抗值特征当线路当线路区内短路区内短路时，输电
6、线路两端的测量阻抗都是短路阻抗，一时，输电线路两端的测量阻抗都是短路阻抗，一定位于距离保护定位于距离保护段的动作区内，段的动作区内，两侧的两侧的段同时启动段同时启动；当；当正常运行正常运行时，两侧的测量阻抗是负荷阻抗，时，两侧的测量阻抗是负荷阻抗，距离保护距离保护段不会启动段不会启动；当；当发生外发生外部短路时部短路时，两侧测量阻抗也是短路阻抗，但一侧为反方向，若采用方，两侧测量阻抗也是短路阻抗，但一侧为反方向，若采用方向特性的阻抗继电器，则向特性的阻抗继电器，则至少有一侧的距离至少有一侧的距离段不会启动段不会启动。n三、纵联保护的分类三、纵联保护的分类纵联保护按照所利用信息通道的不同类型可以
7、分为纵联保护按照所利用信息通道的不同类型可以分为导引线纵导引线纵联保护联保护、电力线载波纵联保护电力线载波纵联保护、微波纵联保护微波纵联保护和和光纤纵联保护光纤纵联保护四种。四种。纵联保护按照保护动作原理，可以分为纵联保护按照保护动作原理，可以分为方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护和和纵联电流差动保护纵联电流差动保护两类。两类。54.2 输电线路纵联保护的通信通道输电线路纵联保护的通信通道 n一、通信通道的构成和特点一、通信通道的构成和特点 1导引线通道导引线通道导引线通道是纵联保护最早使用的通信通道，是由和导引线通道是纵联保护最早使用的通信通道，是由和被保护线路平行敷设的金属导线构成，用来
8、传递被保护线被保护线路平行敷设的金属导线构成，用来传递被保护线路各侧信息的通信通道路各侧信息的通信通道。2电力线载波（高频）通道电力线载波（高频）通道 3微波通道微波通道4光纤通道光纤通道6电力线载波通道构成示意图1阻波器；2结合电容器；3连接滤波器；4电缆；5高频收发信;6刀闸7n阻波器：阻波器是由一个电感线圈与可变电容器并联组成的回路。n结合电容器：结合电容器与连接滤过器共同配合将载波信号传递至输电线路，同时使高频收发信机与工频高压线路绝缘。n连接滤波器：连接滤波器由一个可调节的空心变压器及连接至高频电缆一侧的电容器组成。n高频收、发信机：发信机部分系由继电保护装置控制，通常都是在电力系统
9、发生故障时，保护起动之后它才发出信号。8n二、高频信号的分类二、高频信号的分类 按照信号的性质或作用，可以将其分为闭锁信号、允许信号和跳闸信号。这三种信号可用以上任一中种通信通道产生和传送。1闭锁信号闭锁信号。即无闭锁信号是保护作用于跳闸的必要条件，或者说闭锁信号是阻止保护动作于跳闸的信号。2允许信号允许信号。允许信号是允许保护作用于跳闸的信号，或者说有允许信号是保护动作于跳闸的必要条件。3跳闸信号跳闸信号。跳闸信号是直接引起跳闸的信号，或者说收到跳闸信号是跳闸的充要条件。9高频保护信号逻辑图(a)闭锁信号；(b)允许信号；(c)跳闸信号104.3输电线路的导引线纵联差动保护输电线路的导引线纵
10、联差动保护 4.4方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护一、闭锁式方向纵联保护一、闭锁式方向纵联保护 1闭锁式方向纵联保护的基本原理 闭锁式方向纵联保护作原理2闭锁式方向纵联保护的基本构成 11闭锁式方向纵联保护的原理接线图区外短路故障；两端供电线路区内短路故障；单电源供电线路区内短路故障。123影响方向比较式纵联保护正确动作的因素 系统非全相运行的影响 系统一相仅在一侧断开的情况(a)负序电压分布图；(b)相量图13实际非全相运行状态是一相在两侧同时断开的状态，特别是考虑分布电容的影响后，需要分析有两个断线端口的复杂故障下负序电压、电流的相位关系，结论同样是：当使用线路侧电压时，受电侧功率方向
11、为正，送电侧的负序功率方向为负，发出闭锁信号，保护不会误动作；如果使用母线电压，两侧的负序功率方向同时为正，保护将误动作。零序功率方向在非全相运行期间与负序功率方向的特点一致。克服非全相运行期间负序、零序方向纵联保护误动的措施一般是：使用线路侧电压，这也是超高压线路电压互感器装于线路侧的主要原因；在两相运行期间退出负序、零序方向元件，仅保留使用工频突变量的方向元件。14功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对措施 功率导向电网示意图系统中假设故障发生在线路L1上靠近M侧k点，断路器QF3先于断路器QF4跳闸。在断路器QF3跳闸之前，线路L2中短路功率由N侧流向M侧，线路L2中N侧功率方向为负，
12、方向元件不动作，向M侧发送闭锁信号。15在断路器QF3跳闸后QF4跳闸前，线路L2中的短路功率突然倒转方向，由M侧流向N侧，这一现象称为功率倒向。反应负序、零序和故障分量的方向元件在短路功率倒向时如果动作不协调会出现误动作。在断路器QF3跳闸后QF4跳闸前，M侧功率方向由负变为正，功率方向元件动作，停止发信并准备跳闸；此时N侧的功率方向由正变负，方向元件应立即返回并向M侧发闭锁信号，但是可能M侧的方向元件动作快，N侧的方向元件返回慢，这被称为“触点竞赛”。由于这个原因，会有一段时间两侧方向元件均处于动作状态，M侧没有闭锁信号，造成线路两端的保护误动。如果增加延时返回时间元件t1，使发信元件动作
13、后经时间t1延时返回，就可以解决这个问题。时间t1要大于两侧方向元件动作与返回的最大时间差，再加一个适当裕度时间。16二、闭锁式距离纵联保护简介二、闭锁式距离纵联保护简介 闭锁式距离纵联保护实际上是由两端完整的三段式距离保护附加高频通信部分组成。174.5相位比较式纵联保护相位比较式纵联保护 一、工作原理一、工作原理相差高频保护工作原理(a)网络图(b)内部故障时两端电流波形(c)外部故障时两端电流波形1819二、相差高频保护的构成二、相差高频保护的构成 故障启动发信元件 启动跳闸元件 发信操作元件 收信比较时间元件 闭锁式纵联电流相位差动保护的原理框图20三、相差高频保护的相位特性和相继动作
14、三、相差高频保护的相位特性和相继动作 线路内部对称故障时的矢量图这种一侧保护随着另一侧保护动作而动作的情况被称为保护的“相继动作”，保护相继动作的一侧故障切除时间变慢。21相位特性曲线和闭锁角的选择22四、长距离输电线路的分布电容对相差高频保护的影响四、长距离输电线路的分布电容对相差高频保护的影响 长距离输电线路的型等值电路由于线路具有分布电容，正常运行和外部短路时线路两端电流之和不为零，而为线路电容电流，对较短的高压架空线路，电容电流不大，线路两侧电流之和不大，纵联电流差动保护可用不平衡电流的门限值躲过它。对于高压长距离架空输电线路或电缆线路，充电电容电流很大，若用门限值躲电容电流，将极大的降低灵敏度，所以通常采用电压测量来补偿电容电流。对于一般长度的输电线路，可以将分布参数等值为集中参数。23五、对相差高频保护的评价五、对相差高频保护的评价相差高频保护有一系列重要优点，在输电线路纵联保护发展过程中起了重要作用，目前在国外仍有应用。我国实现保护微机化后，因相差高频保护比相的分辨率决定于采样率，在采样率为每周期20次时，两次采样之间的间隔为18，亦即比相的分辨率为18。这大大影响了相差高频保护的性能，因而没有得到应用。随着微机保护技术的发展，高采样率硬件在性价比逐渐提高后，微机相差高频保护必将重新得到广泛应用。24