ACE继电保护-41纵联简单版

4. 通道工作方式
电力线载波通道的工作方式： 1) 正常无高频电流方式（故障启动发信方式） 2) 正常有高频电流方式（长期发信方式） 3) 移频方式（f1 f2）
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5. 载波信号的种类
M I M
k1
SM
N I N
SN
M I M
N I N
k2
SM
SN
保护元件
闭锁信号
允许信号
闭锁信号
9
五、纵联保护基本原理的分类 1. 按通道分类
导引线：≤10km，二次电气量，电流差动保护 电力线载波：最广泛，输电线路，要求线路故障时能动 微波：信息量大,频带宽（300－30000MHz） 光纤：信息量大，抗干扰，近年 短线路保护,频率为167THz---375THz
2. 按原理分类
（1）方向比较式纵联保护: 功率方向、测量阻抗判断结果
7
四、纵联保护基本原理
利用不同特征差异的电气量可以构成不同的纵联保护原理
（1）纵联电流差动保护原理（两端电流相量的故障特征）
I I 0 正常运行和外部故障时（K2）： I M N I I I 或 I I I I 内部故障时（K1）： I M N k set M N k
高频通道：“导线―大地” 构成 输电 线载波通道。 优点：最经济，可以只在一相 线路上 装设。 缺点：高频信号的衰耗和受到 的干扰都比较大。
高频收发信机 由继电保护装置控制发出预定 频率的高频信号
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3. 通道特点及适用保护原理
优点：无中继、经济、施工简单 缺点：干扰影响大、实时性差 信号：传递状态信号（功率方向、电流相位） 原理：方向比较端高频保护同时向对侧发出允许信号，使保护动
作于跳闸。
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三、微波通信（Microwave Communication）
优点：频带宽（300－30000MHz）、抗干扰、 不受线路故障影响（允许/跳闸信号） 缺点：需中继站（40－60km）、价格贵 原理：纵联电流分相差动保护
四、光纤通信（Optical Fiber Communication）
r M N
4
输电线路纵联电流差动保护原理的特点
1、保护范围明确。保护范围是线路两侧电流互感器之间的范围。 2、动作速度快，可实现全线速动，即全线路瞬时切除区内故障。 这是由于纵联电流差动保护不需与相邻元件的保护配合。 3、不受系统振荡、系统运行方式变化的影响。
5
三、输电线路两侧电气量的故障特征
1. 两端电流相量和
（2）方向比较式纵联保护原理（两端功率方向的故障特征） 正常运行和外部故障时（K2）：一侧功率正方向，一侧负方向。
内部故障时（K1）：两侧功率都为正方向。
8
（3）电流相位比较式纵联保护原理（两端电流相位的故障特征） 正常运行和外部故障时（K2）：两侧电流相位相差约为180°。 内部故障时（K1）：两侧电流相位相差约为0°。 （4）距离纵联保护原理（两端测量阻抗的故障特征） 正常运行和外部故障时（K2）：两端的距离Ⅱ段测量阻抗一侧 为反方向，另一侧为正方向。 内部故障时（K1）：两端的距离Ⅱ段测量阻抗都在正方向。
I n I n
内部故障：
动作作用强，制动作用弱
Ir
动作区
正常、外部故障： 制动作用强，动作作用弱
I k I I I 动作方程： I m n m n op 0
I
op0
I res
制动特性： 动作电流不是定值，而是随制动电流变化的特性。
特点： 内部短路时提高了灵敏性；外部短路时提高了可靠性。
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第三节 方向比较式纵联保护
方向比较式纵联保护原理（两端功率方向的故障特征） 正常运行和外部故障时（K2）：一侧功率正方向，一侧负方向。 内部故障时（K1）：两侧功率都为正方向。 方向元件（或功率方向测量元件）是纵联保护中的关键。
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工频故障分量的基本概念
(a) (b) (c)
故障附加状态图中各点的电压、电流称为电压、电流的故障分量。 工频故障分量：电压、电流故障分量中的工频稳态成分。 工频故障分量方向元件：用工频电压、电流的故障分量构成的 方向元件。
第 四 章
输电线路纵联保护
Pilot Protection for Transmission Lines
1
第一节 输电线路纵联保护概述
一、引言（ 纵联保护的提出 ） 1. 电流、距离保护的缺陷
M 1 2 N 3
k1
k2
反映：一侧电气量，即只采集线路一侧的电气量 缺陷：Ⅱ段有延时，无法实现全线速动， ≥220kV线路 难以满足快速性要求。
I Z U m m s 、 I 也可以为故障分量中的负序、零序分量。 上式中的 U
有：
m m
U Zs m arg( ) 180 所以： arg I m Z r Zr
即正方向故障时功率方向为正的判据为：
270o arg
U m I m Zr
电信号－光信号 缺点：需中继 原理：纵联电流分相差动保护
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光纤
优点：频率为167THz---375THz，通信容量大、抗干扰、节省金属材料等
光纤通信
光纤具有宽带、远距离传输能力强、保密性好、抗干扰能力 强等优点,是未来通信网的主要实现技术。
光信号在光导纤维内传输具有衰耗低、抗干扰能力强、通信容 量大、比微波通信提高10 万倍以上等优点。目前光纤通信使 用的波长为0.85 um、 1.31 um、1.55 um 。光纤分多模光纤和 单模光纤，后者比前者特性好，衰减小、频带宽适用于大容量 远距离的通信系统。
3
二、输电线路纵联电流差动保护原理
根据基尔霍夫电流定律，线路两侧电流参考方向如上图所示。 （1）当线路上没有内部故障或外部故障（K2）时，线路两侧的电 流之和为零，即流入线路元件的电流之和为零； （2）当线路有内部故障（K1）时，线路两侧电流之和不为零。 输电线路纵联电流差动保护的工作原理： I 0 时，认为是内部故障，保护动作。 当差动电流 I I
一、纵联电流差动保护原理
1. 工作原理
基尔霍夫定律 M
I M
k1
KD
I N
N k2
I m
I r
I n
I 0 正常、外部故障： I M N
I I 内部故障： I M N K
26
2. 保护特性 1）无制动作用
M
I M
k1
KD
I N
N k2
I I I I r m n set
有： 即正方向故障时功率方向为正的判据为：
90 arg
m
I m Zr
23

90
区内故障
区外故障
I Zs U
k1
k2
I
Z s'
U
I Z' U s
采用工频故障分量的方向元件有如下特点： Z I U '
2 s 2
I Z U s
M I M
（正方向：母线线路）
M IM
区外故障
k1
区内故障
N I N
I N N
k2
I I I I M N K1
I I 0 I M N
（正方向：母线线路）
2. 两端功率方向
M I M
k1
区内故障
N I N
SN
M I M
N I N

24
二、闭锁式方向纵联保护
工作方式：正常时无高频电流，区外反向故障时发闭锁信号。
1. 工作原理
A
1
闭锁信号
2
B
3
k
C
4 5
闭锁信号
D
6
故障线路：两端功率方向均为正，无闭锁信号，保护动作。
非故障线路：功率方向为负的一侧发闭锁信号，将保护闭锁。 区内故障伴有通道损坏时，保护能否正确动作？
Y
25
第四节 纵联电流差动保护
I k .min Ir 2 I set I set
（单侧电源最小方式最小短路电流）
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2）有制动作用
I 动作线圈电流：I m n I 制动线圈电流：I m n
M
I M
k1
I m
KD
I N
N k2
I m I m
I I m n
I r
I n
（b）均压式
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制动线圈
i
i
二、电力线载波通信（Power Line Carrier Communication）
1. 原理
功率方向（电流相位）
高频信号（50－400kHz） 通道：输电线路（相－相，相－地）
2. 构成
输电线路 阻波器 耦合电容器 连接滤波器 高频收发信机 接地开关
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电力线载波通道又称为高频通道


90o
22
反向故障
以M侧保护为例来分析： （2）反向短路（线路MN外部故障）
Z I U m N m 、 I 也可以为故障分量中的负序、零序分量。 上式中的 U m m U Zs m arg( ) 0 所以： arg I Z Zr U o o m r
U 90 arg 90 Z r I U 2 90 arg 90 Z I
2r 2
Z 2 r I 2 5）不受过渡电阻影响； U 0 270 arg 90 Z I
0r 0
U 0 90 arg 90 Z 0 r I 0
区外故障
k2
SM
SM
SN
两侧功率方向均为正
一侧功率方向为负
6
3. 两端电流相位特征
假设：两侧系统阻抗角、电势角相同，正方向：母线线路
M I M
k1
区内故障
N I N
M IM
区外故障
I N N
k2
0
4. 两端测量阻抗
区内故障：两端距离Ⅱ段 ZII 均启动
180
区外故障：近端距离Ⅱ段 ZII 不启动，远端启动。
Z I U 0 0s 0 1）不受负荷状态影响； 2）不受振荡影响； U 270 arg 90 Z r I 3）无电压死区； U 2 4）有明确的方向性。 270 arg 90
Z I U 2 s 2
Z' I U 0 0s 0
2
2. 反映线路两侧电气量的纵联保护
纵联保护：将线路一侧电气量信息传到另一侧去，两侧电气 量同时比较、联合工作的保护。即线路两侧之间有纵向联系 的保护。
纵联保护：又称为单元保护。 Pilot Protection 或 Unit Protection
纵联保护两端比较的电气量可以是流过两端的电流相量、电 流相位和两端功率方向等，比较两端不同电气量的差别构成 不同原理的纵联保护。 纵联保护特点：可以快速、 可靠地区分本线路内部任 意点短路与外部短路，即 可以实现全线速动。
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工频故障分量的方向元件的工作原理
内部故障 故障附加 状态图
外部故障
正常运行和外部故障时：两侧的故障分量功率方向一侧是线路 →母线（N侧），另外一侧是母线→线路（M侧）。 内部故障时：两侧的突变量功率方向为线路→母线。
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故障分量（工频变化量）的方向继电器
正向故障
（1）正向短路（线路MN内部短路故障）
1 I I I m M M nTA 1 I I I n N N nTA
I m
I r
I n
不平衡电流：
1 I unb I m I n I M I N nTA
躲过外部短路最大不平衡电流: I set K rel K np K er K st I k . max 整定： I set K rel I L.max 躲过最大负荷电流（一侧CT断线）: 校验：K sen
&
跳闸 脉冲
闭锁式方向高频保护
保护元件
允许信号 保护元件 跳闸信号
&
跳闸 脉冲
允许式方向高频保护
跳闸信号
1
跳闸 脉冲
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M I M
k1
SM
N I N
SN
M I M
N I N
k2
SM
SN
闭锁和允许信号有什么区别？
（1）闭锁信号，不易拒动 内部故障：两端保护都不发出闭锁信号，保护可动作于跳闸。 外部故障：一侧保护发闭锁信号，将两侧的保护都闭锁。 （2）允许信号，不易误动 外部故障：近故障点侧不发允许信号，故对端保护不能跳闸；
方向纵联保护
逻辑信号 距离纵联保护
（2）纵联电流差动保护：电流相量、电流相位
电流数据信号
10
第二节 纵联保护两侧信息的交换
一、导引线通信（Pilot Wire Communication）
保护原理：电流差动原理 适用于短线路
动作线圈
动作线圈
制动线圈
导引线
制动线圈
制动线圈
动作线圈
动作线圈
（a）环流式