继电保护第四章-纵联保护

4QF N
先
后
1QF
L2
2QF
功率倒向电网示意图
措施：t1为瞬时动作延时返回元件
起 低定值 动 高定值
0 t1 &
载波通道
发送 接收
方向比较
&
t2 0
&
跳闸
3. 电容电流的影响 空载合闸，断开侧保护不启动，合闸侧由于合闸不同步 及电容电流影响造成方向元件误动，引起保护误动作。
措施： 合闸操作时，保护延时动作或短时退出，躲开合闸
动作判据
I diff > K res I res
I diff = IM + IN Kres 制动系数 Ires 制动电流
差动电流
3. 制动电流的选取 制动方式一
制动方式二
I res
=
1 2
IM
− IN
I res
=
1 2
(
IM
+ IN )
标积制动方式
I res
=
Im In cos(180 −θmn )
高频收发信机通常在电 力系统故障后由保护启 动发出预定频率的高频 信号
结合电容器的容量很 小，对工频电流有很 大的阻抗，能阻止工 频电流侵入高频收发 信机，而对高频电流， 则阻抗很小，高频电 流可以顺利通过。
电力线载波通道特点
工作带宽窄：50-400kHz。过低易受工频干扰，过高衰 耗太大。 无中继通信距离长。可达几百公里。 经济、使用方便，无须铺设其他信道，可与输电线路同 步建设。 通信速率低，仅适合传送逻辑信号。因而适合于纵联方 向、纵联距离、纵联相差动保护。
故障仍能正确判断方向 （4） 非全相运行又发生故障时仍能正确判断故障方向
故障分量方向元件
正向故障
∆U M
KZ
∆IM
∆U M
φ
∆IM
− ∆IM
负序故障分量方向判据
270° ≥ arg U 2 ≥ 90° Zs2 I2
Zset
AC
正向故障判据
270° ≥ arg ∆U ≥ 90° Z s ∆I
零序故障分量方向判据
阻波器
1
2 76
3 45 89
3
2
4 5
67
98
L、C并联谐振回路，谐振于载波频率。 对载波电流：Z>1000Ω——————限制在本线路。 对工频电流：Z<0.04Ω——————畅流无阻。
频率特性
1
2 76
3 45 89
3
2
4 5
67
98
连接滤波器是由一个可 调的中心变压器、高频 电缆和电容器组成
270° ≥ arg U0 ≥ 90° Zs0 I0
反向故障
∆U M KZ
AC
∆IM
∆U M
φ
∆IM
负序故障分量方向判据
90° ≥ arg U 2 ≥ −90° Zs′2 I2
Zset
反向故障判据
90° ≥ arg ∆U ≥ −90° Z s′∆I
零序故障分量方向判据
90° ≥ arg U0 ≥ −90° Zs′0 I0
延时元件的作用
t2：等待闭锁信号 的可靠接收
t1：防止功率倒向 过程引起保护误动
闭锁信号
4
C5
6D
为什么有两个起动元件？
• 线路A-B每端只有一个起动元件，整定值为100A，由于电 流互感器和继电器中存在误差，两端起动元件的实际起动 电流可能不同。若允许误差±5%,则A端实际起动电流可 能是95A，B端可能是105A。外部故障且短路电流恰好在 [95，105]A之间时，则A端保护1起动，B端保护2不能起 动，则保护会误动。
3. 电气元件故障时两端电气量的特征分析
所选电气量
区内故障 特征
区外或正常 运行时特征
保护原理
功率方向
均指向被保 护元件
一端指向被 保护元件反
方向
纵联方向
电流
i1 + i2 = iF i1 + i2 = 0
纵联电流 差动
i1
被保护元件
i2
电流相位
接近同相
相差180 纵联电流 u1
F
u2
相位差动
测量阻抗 正向二段内 一端反向 纵联距离
启动元件
工作原理及特点 1. 用距离元件代替方向元件 2. 区内末端故障，利用闭锁信号消失加速距离二
段 3. 可以构成允许式纵联保护
内部故障时可以瞬时动作，外部故障时具有不同的 时限特性，起到后备保护的作用
（四）影响方向纵联保护正确工作的因素 1. 非全相运行对方向纵联保护的影响
电流 I2M = −I2N = I2
电力系统继电保护原理
西南交通大学电气工程学院
4.1 输电线路纵联保护概述
1. 高压输电线路对保护的要求 高压输电线路故障的快速切除，对于维持同步稳定，防 止元件故障发展为系统事故具有特殊意义。
2. 反映单端电气量保护的不足 距离、电流保护等反映单端电气量的保护无法识别线路 末端、对侧母线、下级线路出口故障。因而无法实现全 线速动，其根本原因是其动作判据本身不具备绝对的选 择性。
对BC线路为内部故障，3、4处功率方向均 为正，不发闭锁信号，保护动作于跳闸。
2. 原理接线框图
KW+为功率正方向元件，KA2为高定值电流停信元件， KA1为低定值电流发信元件。t1为瞬时动作延时返回元件， t2为延时动作瞬时返回元件。
闭锁信号
A1
B
2
3
F
动作情况分析
1.故障位于反向区外 2.故障位于正向区外 3.故障位于区内
0
cos(180 −θmn ) > 0 cos(180 −θmn ) ≤ 0
制动方式的选择标准：防止区外误动的前提下，提高区内 故障的灵敏度。区外故障，制动电流要大；区内故障，制 动电流要尽可能的小
4. 纵联差动保护的整定 （1）差电流速断保护的整定
原则一：躲开外部短路最大不平衡电流
= Iset K= rel Iunb Krel 0.1Kst Knp Ik max
涌流。
动作区
4.4 纵联电流差动保护
（一） 纵联电流差动保护原理
∑ 区内故障：
i = (iM + iN ) = iF
区外故障： ∑ i = (iM + iN ) = 0
M
.
IM
.
N
d1
IN
d2
.
Im
KD
.
In
.
Id
实现方案：电流差动（全电流信息） 电流相位差动（仅利用电流相位信息）
1. 电流差动保护的主要问题——外部故障不平衡电流
电力线载波通道工作方式
正常有高频电流方式（长期发信方式） 正常无高频电流方式（故障启动发信方式） 移频方式（采用两个频率）
高频信号的分类
闭锁信号 允许信号 跳闸信号
本端保护动作 收到闭锁信号
& 跳闸脉冲
本端保护动作 收到允许信号
& 跳闸脉冲
本端保护动作
≥1 跳闸脉冲
收到跳闸信号
高频信号逻辑图
（三） 微波通信 1. 微波通道构成
ห้องสมุดไป่ตู้
传输线
• 利用三相输电线路传送高频电流信号，它与一般的通 信线路相比有以下优点：绝缘水平高、导线截面大、 杆塔基础牢、可靠性高。
• 其缺点是： 高频电流的传输要按三相系统考虑，分析、计
算比较复杂； 输电线路运行中不允许轻易停电，给通道检查、
维修造成困难； 雷击、电晕、绝缘子放电、短路等对高频通道
产生强烈的干扰，甚至损坏设备。
2. 微波纵联保护的特点
通信通道独立于输电线路，通道的检修不影响输电线路 运行。同时，输电线路的任何故障都不会使通道工作破 坏，可以传送内部故障时的允许信号和跳闸信号。
通信频带宽，300-30000MHz ，传输速度快可以实现纵 联电流分相差动保护。
受外界干扰的影响小，工业、雷电等干扰的频谱基本上 不在微波频段内，通信误码率低。低，可靠性高。
◆内部短路故障 结论：导引线PW中有电流 流过，继电器K动作。
导引线通信特点：
信息直接传送至对端，不存在同步问题，易两侧同时跳闸。 保护原理一般采用电流差动原理，故也称导引线差动保护。 简单可靠，不受系统运行方式影响，不受振荡影响 。
导引线通信缺点：
需铺设专门的导引线，投资高。 导引线本身的故障，会引起保护的拒动或误动。 保护装置的性能受导引线参数和使用长度的影响。 不能作相邻线路的后备保护 。
故障分量方向元件的特点
不受负荷状态的影响 不受故障点过渡电阻的影响 正、反方向短路时，方向性明确 无电压死区 不受系统振荡影响
（二） 闭锁式方向纵联保护
1. 工作原理
以高频通道经常无电流而在外部故障时发出闭
锁信号的方式构成。
闭锁信号
A1
B
2
3
闭锁信号
C
4
5
6D
F
对AB线路为外部故障，2处功率方向均为 负，发闭锁信号，1、2保护被闭锁。
方向比较式保护原理
区内故障：两端保护均判别为正方向 区外故障：至少有一端保护判别为反方向
本侧正方向 元件
对侧正方向 元件
跳闸 与
方向元件的基本原理
利用电流、电压相位关系实现方向判别
方向元件的基本要求
（1）正确反映所有类型故障时故障点的方向，无方向死区 （2） 不受负荷影响，在正常负荷状态下不启动 （3）不受系统振荡影响，振荡无故障时不误动，振荡中再
U
2
M
=
− I2 Z 2 M
电压= U2L I2 (Z2N + Z2Line )
U2N = I2Z2N
线路侧电压和母线侧电压反相，在比相实现方向判别时 必然出现相反的结果。应选择哪个电压（PT）？
2. 功率倒向问题
3QF先跳闸，在4QF跳闸前，1QF和2QF处的保护出现功
率倒向。
3QF d
M
L1
视距内传送，传输距离有限，需加微波中继站，通道价 格较贵。
（四）光纤通信 1. 光纤通信的构成
数据源
光发射 机和调 制器
光学通 道
光通信系统基本图
光接收 机
光纤通信系统是以光波为载体，光导纤维为 传输媒介的通信方式，其基本组成部分是数 据源、光发送机、光纤通道和光接收机。
2. 光纤通信的特点
通信容量大。目前一对光纤一般可通过几百路到几千路。 可以节约大量金属材料，光纤通信的经济性佳。 光纤通信还有保密性好，敷设方便，不怕雷击，不受外
界电磁干扰，抗腐蚀和不怕潮等优点。 光纤最重要的特性之一是无感应性能，因此利用光纤可
以构成无电磁感应的和极为可靠的通道。 通信距离有限，一般超过100km需加装中继 保护原理一般采用分相电流差动原理，故也称光纤差动
保护。
光纤通道将成为电网的主要通信方式
4.3 方向比较式纵联保护概述
（一） 方向元件
1.2I f .max 0.85
起动保护的电流继电器：保证先发信，防止
保护误动整定。
Idz.blm = (1.6 2)Idz.lm
Klm
=
I (2) d .min
I dz .blm
2
（三） 闭锁式距离纵联保护
——综合高频闭锁保护和距离保护
A ZⅠA
ZⅡA d1 B
ZⅢA d2
ZⅢ
ZⅠ
ZⅡ
ZⅠB
ZⅢB ZⅡB
4. 输电线路纵联保护（Unit Protection）结构
继电保 护装置
通信设备
• 导引线 • 载波 • 光通信纤信道 • 微波
继电保 护装置
通信设备
继电保护装置
实现电气量采集并形成电气量特征，完成保护任务。
通信设备
将上述信息发送至对端的保护设备，同时接收对端保护发送的
信息并送至本端保护单元
通信信道
信息传输的媒介
5. 纵联保护的分类
纵联电流差动保护
｛ 按工作原理分类
方向比较式纵联保护 相位比较式纵联保护
纵联距离保护
导引线纵联保护
｛ 按通信媒介分类
高频纵联保护 微波纵联保护
光纤纵联保护
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
（一）导引线通信
将线路两端电流互感器二次电流直接通过专门铺设的导 引线传送至对端保护二次回路，成为导引线纵联保护。
导引线通信应用：
高压电网超短线路（几公里）。 用于变压器、发电机等电力设备和母线。
（二） 电力线载波通信
采用输电线路本身作为信息传输媒介，在传输电能的同时 完成两端信息的交换。 （一）通道的构成
1
2 76
3 45 89
3
2
4 5
67
98
1.传输线 2.阻波器 3.结合电容器 4.连接滤波器 5.高频电 缆 6.保护间隙 7.安全接地开关 8. 高频收发信机 9.保护 继电器
• 若采用两个灵敏度不同的起动元件，一般 高定值= （1.6~2）低定值，则灵敏的起动元件1动作后，只起动 高频发信机，而不灵敏的起动元件2动作后才能去跳闸。
整定计算
起动发信机的电流继电器：动作电流按继电 器返回电流大于最大负载电流整定。
I = dz.lm
I=h Kh
KK I f = .max Kh
不平衡电流产生的原因：互感器的传变特性 最大不平衡电流的估计
Iunb = 0.1Kst Knp Ik max
Kst 同型系数，相同时取0.5，不同时取1 Knp 非周期分量系数1.5-2 Ik max 区外短路最大穿越电流区内故障
2. 电流差动保护的实用判据——制动特性
制动的基本思想： 根据不平衡电流和短路电流的关系，优先保证外部故 障时保护不会因不平衡电流而误动，所以动作门槛根 据故障电流进行调整。
环流法
均压法
环流法分析 ◆正常运行和外部故障 假设：电流由M端流向N端
结论：导引线PW中有环流， 电流继电器K中无电流流 过。
◆内部短路故障
结论：导引线PW中无电流 流过，电流继电器K动作。
均压法分析 ◆正常运行和外部故障 假设：电流由M端流向N端 结论：导引线PW中无电流流 过，继电器K不动作。