13-14-2输电线路纵联保护解析

电力系统继电保护原理主讲教师：刘青电自教研室第六章输电线路的纵联保护6.1 输电线路纵联保护概述一、反应单侧电气量保护的缺陷（电流保护和距离保护）•无法区分本线路末端短路与相邻线路出口短路。

•无法实现全线速动。

二、输电线路纵联保护的概念输电线路纵联保护：就是利用通信通道将线路两端的保护装置纵向联结起来，将各端的电气量（电流、功率方向等）传送到对端，将两端的电气量进行比较，判断故障在区内还是在区外，从而决定是否切断被保护线路。

单端电气量保护：仅利用被保护元件的一侧电气量，无法区分线路末端和相邻线路的出口短路，可以作为后备保护（三段式）。

纵联保护：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，作为主保护。

继电保护装置继电保护装置TA TATVTV 输电线路纵联保护结构框图在设备的“纵向”之间，进行信号交换通信设备通信设备通信通道三、通信通道的类型1.导引线通道----导引线纵联差动保护它只适用于< 15－20公里的短线路。

它在发电机、变压器、母线保护中应用得更广泛。

2. 电力线载波通道----载波（高频）保护利用输电线路本身作为通道在工频电流上叠加载波信号（30～500kHZ）传送两侧电气量的信息。

3. 微波通道（150MHZ～20ＧHZ）--微波保护频带宽，需采用脉冲编码调制，适合于数字式保护，不经济。

4. 光纤通道----光纤保护采用脉冲编码调制PCM方式，光信号不受干扰。

四、高频通道的构成高频收发信机接入输电线路的方式有：✓“相-相”制：连接在两相导线之间；✓“相-地”制：连接在输电线一相导线和大地之间。

电气量继电保护发信机收信机收信机发信机继电保护电气量通道高频保护由继电保护、高频收发信机和高频通道组成。

GFX GSX GFXGSX 123456782346758“相-地”制高频通道示意图输电线“相-地”制高频通道示意图GFX GSX GFXGSX 123456782346758阻波器并联谐振回路，其谐振频率为载波频率。

对载波电流：Z>1000Ω----将高频电流限制在被保护线路以内。

对工频电流：Z≈0.04Ω----工频电流可畅流无阻。

GFX GSX GFXGSX 123456782346758“相-地”制高频通道示意图结合电容器结合电容器的电容量很小，对工频电流具有很大的阻抗。

对高频电流则阻抗很小，高频电流可顺利通过。

结合电容器与连接滤波器共同组成带通滤波器，只允许通带内的高频电流通过。

GFX GSX GFXGSX 123456782346758“相-地”制高频通道示意图连接滤波器连接滤波器是一个可调空心变压器。

在其连接至高频电缆一侧的线圈中串接有电容器连接滤波器与结合电容器共同组成带通滤波器，使所需频带的高频电流能够通过。

GFX GSX GFXGSX 123456782346758“相-地”制高频通道示意图高频电缆将位于主控室的高频收、发信机与户外变电站的带通滤波器连接起来。

GFX GSX GFXGSX 123456782346758“相-地”制高频通道示意图保护间隙保护间隙是高频通道的辅助设备，用它保护高频收发信机和高频电缆免受过电压的袭击。

GFX GSX GFXGSX 123456782346758“相-地”制高频通道示意图接地刀闸接地刀闸也是高频通道的辅助设备。

在调整或维修高频收发信机和连接滤波器时，将它接地，以保证人身安全。

GFXGSX 123456782346758“相-地”制高频通道示意图高频收发信机用来发出和接收高频信号。

GFX GSX(1) 正常无高频电流方式(短期发信方式)短期发信是指在正常运行情况下，发信机不发信，高频通道中没有高频电流通过。

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电流通过。

信号短期发信方式(2)正常有高频电流方式(长期发信方式)长期发信方式是指在正常运行情况下，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电流通过。

信号长期发信方式(3)移频方式移频方式是指在正常运行情况下，发信机长期发送一个频率为f 1的高频信号，其作用是闭锁保护和对通道进行连续检查。

在被保护线路发生故障时，保护控制发信机移频，改为发送频率为f 2的高频信号。

信号移频发信方式1f 2f 1f六、高频信号的应用可分为跳闸信号、允许信号和闭锁信号。

(1) 跳闸信号跳闸保护元件跳闸信号≥1(或)六、高频信号的应用(2) 允许信号跳闸保护元件允许信号&(与)六、高频信号的应用(3) 闭锁信号跳闸保护元件闭锁信号1(否)七. 两侧电气量的特征讨论特征的目的是：寻找内部故障与其他工况（正常运行、外部故障）的区别、差异——>提取判据。

1、两侧电流相量和(瞬时值和)的故障特征基尔霍夫电流定律：在任何一个节点中，流入的电流等于流出的电流。

按照继电保护规定的正方向——指向被保护元件。

则基尔霍夫电流定律可以修改为：在任何一个节点中，流入的电流之和等于0。

基尔霍夫电流定律：53241I I I I I++=+053241=---+I I I I I改写为：表明：流入节点的电流之和等于0。

按照继电保护规定的正方向，得：0I I I I I =++++54321 ()0t i 0Ij j =∑=∑或 1I 1I 2I 2I 3I3I4I4I5I5I基尔霍夫电流定律的拓展：将节点拓展为一个封闭域。

()00=∑=∑j j t i I或，仍然有：时，在正常运行和外部短路 K j I I =∑内部短路时，存在：二者区别很大，就构成了继电保护原理——电流差动。

广泛应用于各种设备。

被保护设备K I1I2I3I 4I5I，应当是：电流和保护。

即：从负荷(或外部短路)电流的特征看：0=-'N 'M I I “电流差动”名称的来历：——电流差按继电保护规定的正方向（或计算原理）()00=+=∑NM j I II但是，习惯成俗，仍然称为：差动保护。

被保护设备L I'MI MN'NI ——>有电流差，就动作M IN IM NM N2、两侧功率方向的故障特征1、正常运行2、外部短路3、内部短路MNK+MP+MP-NP-NPK+MP+NPL I3、两侧电流相位的故障特征1、正常运行MNL i Mi LN i i -=的相位相反与n m i i 2、区外故障类似L IM IN I2、区内故障mi ni 接近于同相位与n m i i δ3、两侧电流相位的故障特征MNM IN IK与两侧电势角度相关联→MNK4、两侧测量阻抗的故障特征1、正常和区外故障一侧阻抗可能动作，另一侧阻抗不动作。

2、区内故障两侧阻抗均动作。

MI NIM 侧阻抗区域N 侧阻抗区域MNKMI NIM 侧阻抗区域N 侧阻抗区域八、纵联保护的分类按照信息通道类型的不同分为：导引线纵联保护；载波保护（高频保护）；微波保护；光纤保护；八、纵联保护的分类√按照保护动作原理分为：1.纵联电流差动保护；正常运行和外部短路时，内部短路时，2.电流相位比较式纵联保护；比较被保护线路两侧电流的相位；3.方向比较式纵联保护；比较被保护线路两侧的功率方向；;0=∑I kI I =∑√还可以将通道类型与动作原理结合起来进行称呼。

如：光纤电流差动（简称：光差），方向6.2 电流纵联差动保护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。

set n m j I I I 0I≥+=∑ ，得：由影响。

误差、分布电容等因素考虑TA I set MNR .m IR .n I()n m I I+反映了——动作门槛m In I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。

set n m j I I I 0I≥+=∑ ，得：由影响。

误差、分布电容等因素考虑TA I set MNR .m IR .n I()n m I I+反映了——动作门槛m In I发电机、变压器、母线等仍然适用****IM1I N1I M2I N2I K正常运行或区外故障：N1M1I I -=N2M2I I -=0I I I N2M2r =+= 不动作rI****I一、纵联电流差动保护的工作原理M1I N1I M2I N2I K区内故障：动作rI LH k LH N1M1N2M2r n I n I I I I I //)( =+=+=setI >二、影响纵联差动保护正确工作的因素•电流互感器的误差和不平衡电流；•输电线路的分布电容电流；•通道传输电流数据（模拟量或数字量）的误差；•通道的工作方式和可靠性能****I不平衡电流对纵联差动保护的影响M1I N1I M2I N2I K区外故障时，由于ＴＡ的传变误差使M2N2I I ≠- r M2N2I I I 0unb I =+=≠ rI为了保证纵差保护的选择性，其整定值必须躲过最大不平衡电流整定。

由于不平衡电流越小，则保护的灵敏度越好。

因此，为减小不平衡电流，对于纵联差动保护应采用型号相同、磁化特性一致、剩磁小的高精度的电流互感器，如ＴＰＳ或ＴＰＸ级，Ｔ表示考虑暂态的影响，Ｐ表示用于保护，Ｓ和Ｘ表示不同的变比误差等级。

max.k np st max .unp I K K .I 10 外部短路最大电流(二次值)非周期分量系数TA 同型系数(同型取0.5,不同型取1)10%误差二次电流一次电流理想最大误差10%误差max.k np st max .unp I K K .I 10 外部短路最大电流(二次值)非周期分量系数TA 同型系数(同型取0.5,不同型取1)10%误差二次电流一次电流理想最大误差1)不同型时，最大误差：10%10%误差2)同型时,考虑都有误差,最大：0.5×10% =5%max .unb n m II I≥+ 程为：这样，最安全的动作方考虑到：电流互感器的传变误差是随着电流的大小而变化的。

为此，更科学的方案是：制动量为浮动的。

动作量制动量在所有电流差动保护中，研究内容之一：制动量如何选择？()⎪⎭⎫ ⎝⎛+-n m n m resn m res n m res I I cos I I K I I K I IK Λ0.80.5K res ～一般取：考虑各种因素后，—制动系数。

—常用的制动量为：n m res n m I -I K I I≥+常用动作方程修改为：进一步考虑到：电流较小时，误差会使得上式误动。

因此，再加入一个最小电流的限定：OP n m I I I≥+ ⎪⎩⎪⎨⎧≥+≥+OP n mn m res n m I I I I -I K I I 合并为：动作区I I-n m I I+n m res n m I I K I I-=+OPI影响电流差动保护的因素及其对策：影响因素同步问题互感器误差分布电容负荷电流的制动不平衡电流对策设法同步定值考虑定值考虑补偿(利用电压)增加故障电流差动识别饱和6.3 电流相位比较式纵联保护（相差高频保护）正常运行或区外故障12kMI NI 比较被保护线路两侧短路电流的相位。