华北电力大学继电保护课件9继保-纵联(4)

I
N侧保护 1）区内故障：简述信号交换与逻辑的过程
M侧保护
启动＋Z均动作——>两侧无延时跳闸
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二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）
M N
Z I
II M
跳闸
跳闸
II ZN
&
阻抗动作 信息的交换
&
I
N侧保护 1）区内故障：简述信号交换与逻辑的过程
M侧保护
启动＋Z均动作——>两侧无延时跳闸
4.1.3 纵联保护的基本原理
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， 即，基尔霍夫电流定律。
由 I j 0，得： I m I n I set —— 动作门槛 I set 考虑TA误差、分布电容等因素 影响。
M
Im
In
N
反映了 I m I n
第四章 输电线路纵联保护
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4.1.1 输电线纵联保护概述
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。
为此，设法将被保护元件两端(或多端)的电气量
进行同时比较,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，构成纵联
护原理。 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（需要权衡利弊后，再确 定是否采用）。
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一、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。 那么，基尔霍夫电流定律可以修改为：在任何一 个节点中，流入的电流之和等于0。
i 正常运行或区外故障：m与in的相位相反； 。 区内故障：im与in的相位接近相同
似乎可以设计为： 动作区域
180 0
正常运行
00 区内故障
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三、电流相位比较式纵联保护
i 正常运行或区外故障：m与in的相位相反； 。 区内故障：im与in的相位接近相同 考虑到的变化以及信号传输的 影响，确定如下特性：
M
Im
发电机、变 压器、母线等
In
N
反映了 I m I n
I
I m .R
I n .R
基本思路仍然适用
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分相电流差动保护的优点：
1）具有选择性好、可靠、灵敏、快速的优点；
2）具有明确区分内部和外部故障的能力；
3）具有自然选相的功能；
4）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
此式表明：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：
I1
I5 I4
I2 I3
I1 I 2 I 3 I 4 I 5 0
简写为： I j 0 更一般为： i j t） 0 （
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基尔霍夫电流定律的拓展：
将节点拓展为一个封闭区域。
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漏电保安器——原理类似于差动保护（供了解）。
＝ 反映（I1 I 2） I K
漏电保安器
被反应出来
火线 零线 I2 I
1 I1
2
IK
I 1 I 2 30mA 时,漏电保安器动作跳闸 安全电流的标准：≤ 30mA
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漏电保安器——原理类似于差动保护（供了解）。
2、区外故障类似
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三、两侧电流相位的故障特征
3、区内故障
im
M
N
K
IM
IN
in
im与in接近于同相位
与两侧电势角度相关联
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四、两侧测量阻抗的故障特征
1、正常和 区外故障
M N
M侧阻抗区域
K
IM
N侧阻抗区域 I
N
一侧阻抗可能动作，另一侧阻抗不动作。
M N
2、区内故障
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4）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“视距传输”， 传输距离受限制。
视距 l
塔高h
地球半径r 约6360km
l2
r h r 2 2 2rh
2
设h=100m时， l 2 2 6360 0.1 71.3km
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微波通信、光纤通信部分 ——自学（重点：基本原理、特点） 光纤与电流差动原理的结合，构成了目前最好的 保护方式——光纤差动保护（简称：光差）。其优 缺点在前面已经说明了。
保护。——与横向故障的称谓进行对应比较（后面
再用图例说明“纵、横”的区别）。
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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，可以作为后备保护或
出口故障的第二种保护。
（通常设计为：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，但是，不能作为后备保护。
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二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）
M N
Z I
II M
跳闸
跳闸
II ZN
&
阻抗动作 信息的交换
&
I
N侧保护 2）区外故障：简述信号交换与逻辑的过程
M侧保护
至少一侧的Z不动——>两侧均不跳闸
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上述方式利用了距离II段（或III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
信号线上“有1出 1”, 并闭锁两侧保护
停本侧 信号
2）区内故障
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区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。
M N
I II ZM
&
跳闸
跳闸
&
&
I II ZN
&
停本侧 信号
信号线上“有1出 1”, 并闭锁两侧保护
停本侧 信号
2）区内故障 两侧均满足跳闸条件
通道上， 无闭锁信号
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三、电流相位比较式纵联保护
I
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I m .R
I n .R
4.1.3 纵联保护的基本原理
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， 即，基尔霍夫电流定律。
由 I j 0，得： I m I n I set —— 动作门槛 I set 考虑TA误差、分布电容等因素 影响。
2）动作原理： 比较方向 比较相位 基尔霍夫电流定律 （差电流）
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），高频距离。 通道(信号交换手段)
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4.1.2 两侧电气量的特征
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
）的特征区别和差异 ——>提取判据，构成继电保
I1
I2
在正常运行和外部短路 时， 仍然有： I j 0，或 i j t） 0 （
设计区别的门槛
I5 I4
被保护设备
内部短路时，存在： I j I K
I3
IK
二者区别很大 ，就构成了继电保
护原理 —— 电流差动保护。 广泛应用于各种设备的保护。
器、电抗器等保护中。
——仅应用于就近的TA连接方式。 2）电力线载波仅传输“有”、“无”高频信号。
主要应用于传输：方向或相位信息。
3）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、
跳闸信息、断路器状态信息等，并且有 校验码，可靠性很高。
Baidu Nhomakorabea
将光纤安置在架空地线中，构成：
地线复合光缆OPGW。
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区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。
M N
I II ZM
&
跳闸
跳闸
&
&
I II ZN
&
信号线上“有1出 1”, 并闭锁两侧保护
2）区内故障
先发闭锁信号； 闭锁两侧保护
阻抗动作
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区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。
M N
I II ZM
&
跳闸
跳闸
&
&
I II ZN
&
停本侧 信号
考虑误差后
动 作 区 域
180 0
不动作区域 （闭锁角）
考虑电势角度 差、延时等
00 区内故障
称为：相差保护
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4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
信号交换的途径（通道）：
1、导引线通信。
2、电力线载波。 3、微波通信。 4、光纤通信。
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1）导引线方式主要应用于：发电机、母线、变压
下面，用图例说明。
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I1
I5 I4
I2 I3
流入：I 1 I 4；流出：I 2 I 3 I 5
基尔霍夫电流定律： I1 I 4 I 2 I 3 I 5
改写为：I1 I 4 I 2 I 3 I 5 0
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“电流差动”名称的来历(与规定方向有关)：
I 'M
M
IL
被保护设备
I 'N
N
IN 从负荷(或外部短路)电流的特征看：I 'M I 'N 0
——即电流差＝0 ——>若有电流差，就动作。
IM
按继电保护规定的正方向（或计算原理） ，应当 是：电流和保护。即： I j 0 I M I N 0 但是，习惯成俗，仍然称为：差动保护。
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。
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电力线载波
输电线 (传输信号)
2
1 3 4 4 3
2
7
6 5 5
6
7
保护
收信 发信
8
8
收信 发信
保护
“相-地”制高频通道示意图
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电力线载波
2
1 3 4 4 3
2
7
6 阻波器
6 5 5
7
Z
保护 收信 发信 收信 保护 对高频呈现开路， 发信
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二、两侧功率方向的故障特征
1、正常运行
M
PM （为正） M
IL
N
PN（为负）
2、外部短路
N
K
PM
P
K
N
3、内部短路
M
PM
N
PN
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三、两侧电流相位的故障特征 1、正常运行
i L iM＝iL
M
IL IM
N
IN
iN iL
im与in的相位相反
M N
Z I
II M
跳闸
跳闸
II ZN
&
阻抗动作 信息的交换
&
I
N侧保护 利用这样的特征(回顾)：区内短路，两侧Z均动作。 需要2个独立的信号交换。 上述结构称为:允许式。 23/91
M侧保护
二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）
M N
Z I
II M
跳闸
跳闸
II ZN
&
阻抗动作 信息的交换
&
反映（I1 I 2） 0 ! ! ! ——>几乎不动作！
漏电保安器
火线 零线 I2 I
1 I1
I K 很大
2
漏电保安器几乎不保护火线对零线的短路
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空气开关（最简单的继电保护） ——反映短路电流，或过负荷
电流继电器
火线 零线
I11
I22 I
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二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）
—— 构成：距离纵联保护。 也可以将 Z 元件更换为方向元件 —— 构成：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：
1）具有明确的单一方向性； 2）能覆盖线路全长。
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还可以利用这样的特征： 区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。
M N
I II ZM
&
跳闸
跳闸
&
&
I II ZN
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在设备的“纵向”之间，进行信号交 换 横向关系 (如：横向故障)
TA TV 继电保护装置
通信通道
TA TV 继电保护装置
通信设备
通信设备
输电线路纵联保护结构框图
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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。 1）通道类型： 导引线 电力线载波 微波 光纤
再故障等因素的影响（受振荡的影响很小）；
5）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
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缺点： 1）增加两侧信息交换的通道——增加了复杂性。 2）几乎不反映纵向短路。仍然存在：m I n 0 I
Im
In
3）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 次短路后，感应电流太大）。 4）不能作为后备（所有纵联保护的缺点）。 因此，主要应用于：发电机、变压器、母线、电 抗器等就近连接TA的保护中。
M侧阻抗区域
K
N侧阻抗区域 I
IM
两侧阻抗均动作。
N
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归纳：
特征分界
正常运行 或外部故障
内部故障 （希望动作）
两侧均为正 两侧均动作 接近同相
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（希望不动）
方向元件 阻抗元件 电流相位
一侧为正 一侧为负
一侧动作 一侧不动作
相位差 180
如何应用这些特征？后面陆续予以介绍。
&
M侧保护
信号线上“有1出 1”,
集电极 开路
并闭锁两侧保护
N侧保护
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上述结构称为：闭锁式。仅传输一个信号。
区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。
M N
I II ZM
&
跳闸
跳闸
&
&
I II ZN
&
信号线上“有1出 1”,
集电极 开路
并闭锁两侧保护 1）上图所示的区外故障 N侧Z动也无效 闭锁两侧保护！ M侧Z不动，持续发闭锁信号，两侧均不跳。