第四章 输电线路纵联保护

因ILN和IN一样也是负值，故不平衡电流Ibp实际 是两个电流互感器励磁电流之差。因此，凡导 致励磁电流增加的各种因素．以及两个电流互 感器励磁特性的差别，是使Ibp增大的主要原因。 为此，需对电流互感器的特性及其误差作进一 步的分析。

根据图45 ( a ）所示电流互感器的等效回路， 可以求出二次电流与一次电流的关系为

2．两侧电流相位特征
两端输电线路，若全系统阻抗角均匀，且两端电动势角相等，则 当线路MN发生区内短路故障时，两侧电流同相位，即、相位差为0°； 而当正常运行或发生区外短路故障时，两侧电流反相，即电流、相位 差为180°。

3．两侧功率方向特征
当线路上发生区内故障和区外故障时，输电线两端的功率方向也 有很大差别。令功率正方向由母线指向线路，则线路发生区内故障时， 两端功率方向都由母线流向线路，两端功率方向相同，同为正方向； 而发生区外故障时，远故障点端功率由母线流向线路，功率方向为正， 近故障点端功率由线路流向母线，功率方向为负，两端功率方向相反。

在此情况下，二次电流之和不再等于零，此电 流称为不平衡电流。不平衡电流也可按电流互 感器的额定变比折合到一次侧，称为一次不平 衡电流。不平衡电流可假想为两端一次电流大 小不等、相位差不等于180°而造成的。不平 衡电流是由于两端电流互感器的磁化特性不一 致，励磁电流不等造成的。稳态负荷情况下， 其值较小，而在短路时，短路电流很大，使电 流互感器铁心严重饱和，不平衡电流可能达到 很大的数值。

4．两侧测量阻抗值特征
当线路区内短路时，输电线路两端的测量阻抗都是短路阻抗，一 定位于距离保护Ⅱ段的动作区内，两侧的Ⅱ段同时启动；当正常运行 时，两侧的测量阻抗是负荷阻抗，距离保护Ⅱ段不会启动；当发生外 部短路时，两侧测量阻抗也是短路阻抗，但一侧为反方向，若采用方 向特性的阻抗继电器，则至少有一侧的距离Ⅱ段不会启动。

( l ）稳态情况下的不平衡电流。如果电流互感 器具有理想的特性，按环流法接线构成的纵差 动保护，则在正常运行和外部故障时，两个电 流互感器二次电流大小相等、相位差180°， 相加为零。但实际上，由于电流互感器总是具 有励磁电流，且励磁特性不会完全相同，因此， 二次侧电流的数值应为

在正常运行以及保护范围外部故障时，如上所 述，IM+IN=0 ，因此不平衡电流为

1.两侧电流量特征
双端电源线路区内、外故障示意图 (a)内部故障；(b)外部故障 当线路发生内部故障时， 如图所示，有 I I M I N I k1 ，在故障点有较大短路电流流出; 当线路发生区外短路故障或正常运行时，


如图所示，线路两端电流相量关系为
I I M I N。 0

三、纵联保护的分类
纵联保护按照所利用信息通道的不同类型可以分为导引线纵
纵联保护按照保护动作原理，可以分为方向比较式纵联保护
联保护、电力线载波纵联保护、微波纵联保护和光纤纵联保护四种。
和纵联电流差动保护两类。

首先以极短的输电线路为例，简要说明纵联差 动保护的基本原理。如图4-1 所示，在线路的 M和N两端装设特性和变比完全相同的电流互感 器，两侧电流互感器一次回路的正极性均置于 靠近母线的一侧，二次回路的同极性端子相联 接（标“·”号者为正极性），差动继电器则并 联联接在电流互感器的二次端子上。 在线路两端，仍规定一次侧电流的正方向为从 母线流向被保护的线路，那么在电流互感器采 用上述连接方式以后，流入继电器的电流即为 各互感器二次电流的总和

图4-2 为输电线纵联差动保护的基本原理接线。 图4-2 ( a ）为环流法纵差保护原理接线；图 4 -2 ( b ）为均压法纵差保护原理接线。为 了减少所需导引线的根数，在输电线纵差保护 中，一般都采用电流综合器（∑I ) ，将三相 电流合成一单相电流，然后传送到对端进行比 较。综合器∑I可用对称分量复合滤序器或其 它原理作成。
措施：

为了保证纵差动保护的选择性，差动继电器 的起动电流必须躲开上述最大不平衡电 流．因此，Ibpmax越小，则保护的灵敏性 就越好，故如何减小不平衡电流就成为一切 差动保护的中心问题。为减小不平衡电流， 对于输电线纵差动保护以及其它纵差动保护 应采用型号相同、磁化特性一致、铁心截面 较大的高精度的电流互感器，在必要时，还 可采用铁心磁路中有小气隙的电流互感器。

具有铁心的线圈是一个非线性元件，其励磁阻 抗Z主是随着铁磁材料磁化曲线的工作点而变 化的。当铁心不饱和时，Z的数值很大且基本 不变，因此励磁电流很小，此时可认为I2和I1 成正比而且误差很小。


当电流互感器的一次电流增大后，铁心开始饱 和，则Z迅速下降，励磁电流增大，因而，二 次电流的误差也随之迅速增加，铁心越饱和则 误差越大，其关系如图4-5 ( b ）所示。由于铁 心的饱和与否主要取决于铁心中的磁通密度， 因此，对于已经做成的电流互感器而言，影响 其误差的主要因素是： 1）当一次侧电流I1一定时，二次侧的负载 （即阻抗Z2）越大，则要求二次侧的感应电势 越大，因而，要求铁心中的磁通密度越大，铁 心就容易饱和；

按照环流法接线，在正常无故障运行和外部故 障情况下，线路两端的一次电流IM和IN大小相 等，相位差180°。因而导引线两端的电压UM 和UN也是大小相等，相位相反，它们在导引线 中产生一环流。两端的GB 工作于次级短路状 态，因而其初级电压较小，不足以使跨接于其 两端的继电器动作，保护不会动作跳闸。

一般将保护的I 段定值整定为线路全长的80％ ~85% ，对于其余的15％~20％线路段上的故障， 只能带第11 段的时限切除，为了保证故障切 除后电力系统的稳定运行，这样做对于某些重 要线路是不能允许的。在这种情况下，只能采 用所谓的纵联保护原理保护输电线路，以实现 线路全长范围内故障的无时限切除。

二、纵联保护的基本原理
保护原理的本质是甄别系统正常和故障状态下电气量或非电气 量之间的差别，纵联保护也不例外。输电线路的纵联保护就是利用线 路两端的电气量在故障与非故障时的特征差异构成的。当线路发生区 内故障、区外故障时，电力线两端电流波形、功率、电流相位以及两 端的测量阻抗都有明显的差异，利用这些差异就可以构成不同原理的 纵联保护。

2 ）当二次负载已确定之后，一次侧电流的升 高也将引起铁心中磁通密度增大。因此，一次 电流越大时，二次电流的误差也增大。
为了保证继电保护的正确工作，就要求电流互 感器在流过故障电流时，应保持一定的准确度。 实际工作上都是采用电流互感器的10％误差曲 线。当电流互感器的容量满足10% 误差曲线 的要求时，其二次电流的误差就一定小于 10% ，相应的角度误差不大于7°。


对用于纵差保护中的电流互感器，只需考虑 外部故障时，出现不平衡电流的问题。因此， 在考虑一次电流最大倍数时，应采用外部故 障时，流过电流互感器的最大短路电流 Idmax，并保证在这种最大的一次电流情况 下，二次电流的误差不大于10％。这样，在 纵差动保护中，不平衡电流的稳态值就可以 按下式计算


中Ktx为电流互感器的同型系数，当两侧电流 互感器的型号、容量均相同时，可取为0.5。 (不是同种型号的系数取1) ( 2 ）暂态过程中的不平衡电流。由于差动保 护是瞬时动作的，因此，还需要进一步考虑在 外部短路暂态过程中，差动回路中出现的不平 衡电流。

由图可见，暂态不平衡电流可能超过稳态不 平衡电流好几倍，而且由于两个电流互感器 的励磁电流含有很大的非周期分量，从而使 不平衡电流（励磁电流之差）也含有强烈的 非周期分量，完全偏于时间轴的一侧。图中 不平衡电流最大值出现的时间较迟，是由于 励磁回路具有很大的电感，励磁电流不能立 即上升的缘故。

实际上，在外部短路时，由于各种误差的影 响， ，将有一不平衡电流流入继电器， 继电器的起动定值必须躲过最大的不平衡电流， 才能保证保护不会误动作。 按照图4-2 ( b ）均压法接线时，同样在正常无 故障运行和外部故障情况下，线路两端的一次 电流IM和IN大小相等相位相反。导引线两端的 电压UM和UN也大小相等，相位相反，但因在 此情况下， UM和UN系反向连接，故导引线中 无电流。两端GB 工作于开路状态。
第四章 输电线路纵联保护

4.1 输电线路纵联差动保护
4.2 输电线路的高频保护 4.3微波保护简介（了解） 4.4 输电线路纵联保护的发展趋势 (了解)流电压保护和距离保护原理 用于输电线路时，只需将线路一端的电流电压 经过互感器引入保护装置，比较容易实现。但 由于互感器传变的误差、线路参数值的不精确 性以及继电器本身的测量误差等原因，这种保 护装置可能将被保护线路对端所连结的母线上 的故障，或母线所连接的其它线路出口处的故 障，误判断为本线路末端的故障而将被保护线 路切断。为了防止这种非选择性动作，不得不 将这种保护的无时限保护范围缩短到小于线路 全长。

由于在正常情况下，上述连接方式的纵差动保 护二次侧的电流在导引线中成环流，因此，称 为环流法纵差动保护。图4-1 的接线只能用于 变压器、发电机等电力设备和母线，不能用于 输电线路，因为在正常情况下，它要求沿线路 敷设流过电流互感器二次电流的多根导引线， 这在技术上是不可能的，在经济上也是不合理 的。
4.1 输电线路纵联保护基本原理和分类

一、纵联保护及其构成
输电线路的纵联保护，就是用某种通信通道(简称通道)将输电线 两端或各端(对于多端线路)的保护装置纵向连接起来，将各端的电气 量(电流、功率的方向等) 传送到对端，将各端的电气量进行比较，以 判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外，从而决定是否切断被 保护线路。


当被保护输电线上发生内部短路时，导引线两 端的一次电流IM和IN以及导引线两端的电压UM 和UN不再大小相等，相位相反，两端的GB 不 再工作于次级短路状态，其初级电压升高，使 继电器动作于跳闸。 对图4-2 ( a ）的环流法原理也可作另一种解释。 在正常运行或N 侧外部短路的情况下M和N两 侧电流的方向相反（规定电流从母线流向线路 的方向为正方向）