西南交大继电保护课件——第四章 输电线路纵联保护

环流法
内部故障时：
IN IM,In Im
IJ I m I n 0





跳闸
外部故障或正常负荷时：
I N IM ,In Im
IJ I m I n 0





不动作
∑I——电流综合器
均压法 内部故障时:
IN IM,In Im

我国广泛采用！
（1）阻波器
为使高频信号只能在指定载 波通道内传输而不穿越到相邻线 路上，采用由电感线圈L和可变电 容器C并联的阻波器。其并联谐振 频率（50～300kHz），对高频信 号呈现极大阻抗，对工频信号只 表现约0.04小阻抗，不妨碍工频 能量传输。
（2）结合电容器
为使收、发信机与工频高压绝缘，同时使工频对地泄漏 电流减到极小，采用它，对工频信号呈现非常大的阻抗。
（3）连接滤波器
由一个可调空心变压器 及结合电容器组成不对称带 通滤波器，使所需频带的高 频电流能通过。带通滤波器 从线路一侧看入的阻抗与输 电线路波阻抗（约为400）匹 配，而从电缆一侧看入的阻 抗，与高频电缆波阻抗（100） 匹配。可避免高频信号的电 磁波在传送中发生反射，减 少高频能量附加衰耗。
l 180 (22 6 ) 100

为了避免误动，保护的闭锁角必须满足
l b 22 6 输电线路 100 越长，闭锁角 l b 22 6 y 越大 100

闭锁角确定后，必须对内部故障进行校验 对于M侧，相位差可达
l M 122 6 dz 100
情况较对称短路好得多
②保护范围外部故障
180 。 不考虑分布电容影响， I M 与 I N 相差 180 (22 L ) 。 最不利情况，可能达到
波形不连续


③闭锁角的整定
发生外部故障时，若无各环节造成的相角差，波形连续， 相角差为0 各环节存在相角差，两端高频信号的相位差可达
M侧与N侧高频信号之间的相位差达1220
再考虑，l公里信号传输延迟 L 100 6
l
对于M侧，高频信号机收到的信号具有 122 L 的相位差； 对于N侧，高频信号机收到的信号具有 122 L 的相位差。
对于不对称故障，只要K选择足够大就能保证两端电流
相位接近于同相——由短路点负序电压产生负序电流。
①最不利情况下的区内故障
内部对称短路，复合滤序器输 出正序电流，存在
E M 与 E N 相角差，δ=70°


d 60 ， d 90 /
I M 与 I N 相差的角度达到100 0
再考虑，流互按10%误差曲线选择的最大误差 LH 7


bh 15 保护本身最大误差
' '
'
d1 为满足以上要求，当采用 d2 高频通道经常无电流，而在故 障时发出高频电流（即闭锁信 号）的方式构成保护时，实际 上可做成当短路电流为正半周， 使它操作高频发信机发出高频 电流，而在负半周则不发，如 此不断的交替进行。
这样当保护范围内部故障时，由于两端的电流同相位， 如图（ a ' ）和（b ' ）， 它们将同时发出闭锁信号也同时停止 ' 闭锁信号，如图（ c ）和（ d ' ）所示，因此，从两端收信机所 ' 收到的高频电流是间断的（图 e ）。
相差动高 频保护原理接 线如图，由起 动元件、操作 元件和电流相 位比较元件组 成。
起动元件：I1 ~ I 4，I1和I 2 — 反应相电流，三相短路的起动元件 I 3和I 4 — 反应负序电流，不对称短路的起动元件 I1和I 3灵敏，I 2和I 4不灵敏
操作元件：1 K I 2 — 复合过滤器，操作互感器CH I 复合过滤器将三相电流过滤成单相电流， 经CH变换成电压 — 操作发信机 — 正半周发高频信号，负半周不发
四、相差动高频保护的基本原理 1、保护原理
比较被保护线路两端短路电流相位。电流给定正方向由 母线流向线路。
当 d1 点内部故障 时，理想情况下，两 端电流相位相同，两 端保护装置应动作， 使两端的断路器跳闸。 当 d 2 点外部故障 这样当保护范围内部故障时，由于两端的电流同相位， 时，两端电流相位相 图3中的（ a ）和（ b ）， 它们将同时发出闭锁信号也同时停止 ' 闭锁信号，如图（ c ）和（ d ）所示，因此，从两端收信机所 差180°，保护装置不 ' 收到的高频电流是间断的（图 e ）。 应动作。
允许信号：收到这种信号是高频保护动作 跳闸的必要条件。因此当内部故障时，两端 保护应同时向对端发出允许信号，使保护装 置能够动作于跳闸，而当外部故障时，则收 不到这种信号，因而保护不能跳闸。
跳闸信号：收到这种信号是保护动作于跳闸的充 分而必要条件。 实现这种保护是利用装设在每一端的电流速断、 距离1段或零序速断等保护，当其保护范围内部故 障而动作于跳闸的同时，还向对端发出跳闸信号， 可以不经过其它控制元件而直接使对端的断路器跳 闸。 采用这种工作方式时，两端保护的构成比较简 单，无需互相配合，但是必须要求每端发送跳闸信 号保护的动作范围小于线路的全长，而两端保护动 作范围之和应大于线路的全长。前者是为了保证动 作的选择性，后者则是为了保证全线上任一点故障 的快速的动作。
GBm 与GBn之间 有电流,GBm、 GBn 的原边有较大电流流 过，起动继电器跳闸 外部故障或正常 负荷时：
I N I M , I n I m U m U n


GBm与GBn之间无电流流过，不会起动继电器跳闸
二、基于光纤的纵联差动保护动作特性
环流法和均压法适用于短线路，对于长距离和超 长距离的输电线路，采用光纤通道十分必要。 基于光纤的纵联差动保护有如下原理：
（4）高频收、发信机
收信机由继电保护控制，通 常在电力系统发生故障时，保护 部分起动之后它才发出信号，有 时也可采用长期发信故障时停信 或改变信号频率的方式。高频收 信机接收由本端和对端所发送的 高频信号，经过比较判断之后， 再动作于继电保护，使之跳闸或 将它闭锁。
（5）接地刀闸
当检修连接滤波器时，接通接地刀闸6，使结合电容器 下端可靠接地。


比较元件：XB 本侧信号与对侧 信号，连续 — 区外 故障，不跳闸；间 断 — 区内故障 — 跳闸
2．相差动高频保护的相位特性与相继动作
电力系统运行中，由于 线路两侧相位差
系统阻抗角不同
电流互感器和保护装置误差
高频信号传输延迟
内部故障时，收信机收到的两个高频信号不完全重迭
外部故障时，收信机收到的两个高频信号不会正好填满
三、高频信号的利用方式
高频通道工作方式
经常无高频电流（即故障时发信）
经常有高频电流（即长期发信） 在这两种方式中，以传送信号性质，分以下三种： 闭锁信号：收不到这种信号是高频保护动作跳 闸的必要条件。结合高频保护的工作原理，当外 部故障时，由一端的保护发出高频闭锁信号将两 端的保护闭锁，而当内部故障时，两端均不发因 而也收不到闭锁信号，保护即可动作于跳闸。
电力系统继电保护原理
第四章
一、基本原理
输电线纵联保护
第一节 输电线纵联差动保护
电流保护：Ⅰ段保护范围有限
距离保护：Ⅰ段保护范围为线路全长的80—85% 其余线路故障（如：15—20%），只能由第二段 的时限切除 电力系统稳定运行：重要线路不允许
实现线路全长范围内故障的无时限切除！
输电线路纵联保护： 用某种通信通道将输电 线两端的保护装置纵向 联结起来，将各端的电 气量（电流、功率的方 向等）传送到对端，将 两端的电气量比较，以 判断故障在本线路范围 内还是在线路范围外， 从而决定是否切断被保 护线路。
对相差动高频保护，外 部故障时，由对端送来的高 频脉冲电流信号正好填满本 端高频脉冲的空隙，使本端 保护闭锁。填满本端高频脉 冲空隙的对端高频脉冲就是 一种闭锁信号。在内部故障 时，没有这种填满空隙的脉 冲，就构成了保护跳闸的必 要条件。因此相差动高频保 护是一种传送闭锁信号的保 护，具有闭锁式保护的缺点， 需两套起动元件。

l 6 dz 对于N侧，相位差可达 N 122 100

④相继动作区
当线路长度增加后，闭锁角的整定值必然加大，动作角 要随之减小；另一方面，当保护范围内部故障时，M端高频信号 的相位差 也要随线路长度而增大。因此，当输电线路长度超 过一定距离以后，可能出现 的情况，此时M端的保护将 不能动作。 上述情况下，由于N端收到的高频信号相位差 随线路长度 增加而减小，因此N端的相位差必小于 ，N端能可靠动作。 为解决M端保护在内部故障时不能跳闸的问题，采用当N端 动作跳闸的同时，使它停止自己发信机所发送的高频信号，N端 停信以后，M端的收信机只收到自己所发信号。由于该信号是间 断的，间断角接近 。因此，M端的保护可立即动作跳闸。 保护装置的这种工作情况——即必须一端的保护先动作跳 闸以后，另一端的保护才能再动作跳闸，称“相继动作”。
小 结
基本内容：输电线纵联差动保护、输电线的 高频保护及输电线纵联保护的发展趋势保护的组成和工作原理。 本章难点：差动保护的工作原理和高频保护 的工作原理。
保护范围外部故障时， d1 由于两端电流的相位相反， d2 如图（a）和（b），两个电 流仍然在它们自己的正半周 发出高频信号。因此，两个 高频电流发出的时间就相差 180°，如图（c）和（d） 所示。这样从两端收信机中 所收到的总信号就是一个连 续不断的高频电流（图e）。 由于信号在传输中有衰耗， 因此，送到对端的信号幅值 要小一些。
三、影响输电线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