输电线路纵联保护

输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析
▪ 纵联保护需要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保护。
▪ 当线路发生内部故障与外部故障时，电力 线两端的电流波形、功率方向、电流相位 以及测量阻抗都具有明显的差异，利用这 些差异可以构成不同原理的纵联保护。
两端电流相量和的故障特征
▪ 根据基尔霍夫电流定律，对于一个中间既无电源，又 无负荷的正常运行或外部故障的输电线路，在任意时 刻，两端电流相量和等于零。
▪ 一套完整纵联保护的构成如下图所示。
纵联保护的分类
▪ 按照所利用信息通道的不同，可分为4种：
• 导引线纵联保护——导引线保护 • 电力线载波纵联保护——载波保护 • 微波纵联保护——微波保护 • 光纤纵联保护——光纤保护
▪ 按照保护动作原理，纵联保护可以分为两类：
• 方向比较式纵联保护 • 纵联电流差动保护
▪ 一般导引线中直接传输交流二次电量波形，故导引线保护广 泛采用差动保护原理，但导引线的参数(电阻和分布电容)直 接影响保护性能，从而在技术上也限制了导引线保护用于较 长的线路。
电力线载波通道
▪ 在保护中应用最为广泛，它不需要专门架设 通信通道，而是利用输电线路构成通道。
▪ 载波通道由输电线路及其信息加工和连接设 备(阻波器、结合电容器及高频收发信机)等 组成。
两端电流相位特征
▪ 对于图所示的双端输电线路，假定全系统阻抗角均 匀、两侧电势角相同。
▪ 当发生内部短路时，两侧电流同相位； ▪ 当正常运行或外部短路时，两侧电流相位差180°
两端测量阻抗的特征
▪ 当线路内部短路时，输电线路两端的测量阻 抗都是短路阻抗，一定位于阻抗元件Ⅱ段的 动作区内，两侧的Ⅱ段同时起动；
▪ 纵联保护采用的原理往往受到通道的制约。
导引线通道
▪ 这种通道需要铺设导引线电缆传送电气量信息,其投资随线 路长度而增加，当线路较长(超过10km以上)时就不经济了。
▪ 导引线越长，自身的运行安全性越低。在中性点接地系统中, 除了雷击外，在接地故障时地中电流会引起地电位升高，也 会产生感应电压，所以导引线的电缆必须有足够的绝缘水平 (例如15kV的绝缘水平)，从而使投资增大。
第四章 输电线路纵联保护
4.1 输电线路纵联保护概述 4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换 4.3 方向比较式纵联保护 4.4 纵联电流差动保护
4.1 概述
▪ 仅反应线路一侧的电气量不可能无延时地快 速区分本线末端和对侧母线(或相邻线始端) 故障。
▪ 反应线路两侧的电气量可以快速、可靠地区 分本线路内部任意点短路与外部短路，达到 有选择性、快速地切除全线路任意点短路的 目的。
▪ 当正常运行时，两侧的测量阻抗是负荷阻抗， 阻抗元件Ⅱ段不起动；
▪ 当发生外部短路时，两侧的测量阻抗也是短 路阻抗，但一侧为反方向，至少有一侧的阻 抗元件Ⅱ段不起动。
纵联保护的基本原理
▪ 利用输电线两端电气量在正常运行、外部短 路和内部短路时的特征差异可以构成不同原 理的输电线路纵联保护：
• 纵联电流差动保护 • 方向比较式纵联保护 • 电流相位比较式纵联保护 • 距离纵联保护
纵联电流差动保护
▪ 利用输电线路两端电流波形和或电流相量和的特 征可以构成纵联电流差动保护。
• 发生内部短路时， I IM IN Id • 正常运行和外部短路时， I IM IN 0
• 由于受CT误差、线路分布电容等因素的影响，实际上 不为零，此时差动保护的动作判据实际上为：
IM IN Iset
▪ 微波通信是理想的通信系统,但是保护专用微 波通信设备是不经济的,电力信息系统等在设 计时应兼顾继电保护的需要。
光纤通道
▪ 光纤通道与微波通道具有相同的优点，光纤 通道也广泛采用(PCM)调制方式，保护使用 的光纤通道一般与电力信息系统统一考虑。
▪ 当被保护的线路很短时,可架设专门的光缆通 道直接将电信号转换成光信号送到对侧,并将 所接收之光信号变为电信号进行比较。
• 式中，Iset为门槛值
▪ 当内部故障时，故障 点有短路电流流出。
两端功率方向的故障特征
▪ 规定母线到线路的方向为正 ▪ 当线路发生内部故障时，两端功率方向相同，同为正
方向。 ▪ 当线路发生外部故障时，远故障点端功率方向为正；
近故障点端功率方向为负，两端功率方向相反。 ▪ 在系统正常运行时，两端的功率方向相反，线路的送
电端功率方向为正、受电端的功率方向为负。
▪ 按照保护判别方向所用的原理可分为方向纵联保 护与距离纵联保护。
纵联电流差动保护
▪ 利用通道将本侧电流的波形或代表电流相 位的信号传送到对侧,每侧保护根据对两 侧电流的幅值和相位比较的结果区分是区 内还是区外故障。
▪ 在每侧都直接比较两侧的电气量，称为纵 联电流差动保护。
▪ 信息传输量大，并且要求两侧信息采集的 同步，实现技术要求较高。
纵联保护（单元保护）
▪ 将线路一侧电气量信息传到另一侧去，两侧 的电气量同时比较、联合工作，即在线路两 侧之间发生纵向的联系，以这种方式构成的 保护称为输电线路的纵联保护。
▪ 由于保护是否动作取决于安装在输电线两端 的装置联合判断的结果，两端的装置组成一 个保护单元，各端的装置不能独立构成保护， 在国外又称为输电线的单元保护。
▪ 输电线路机械强度大,运行安全可靠。但是 在线路发生故障时通道可能遭到破坏，为此 载波保护应采用在本线路故障、信号中断的 情况下仍能正确动作的技术。
微波通道
▪ 微波通信是一种多路通信系统,可以提供足够 的信息通道,微波通信具有很宽的频带,可以传 送交流电的波形。
▪ 采用脉冲编码调制(PCM)方式可以进一步扩 大信息传输量,提高抗干扰能力,也更适合于数 字保护。
▪ 由于光信号不受干扰,在经济上也可以与导引 线保护竞争，近年来成为短线路纵联保护的 主要形式。
方向比较式纵联保护
▪ 两侧保护装置将本侧的功率方向、测量阻抗是否 在规定的方向、区段内的判别结果传送到对侧,每 侧保护装置根据两侧的判别结果，区分是区内还 是区外故障。
▪ 在通道中传送的是逻辑信号，而不是电气量本身。 传送的信量较少，但对信息可靠性要求很高。