电力系统继电保护原理 第四章 输电线纵联保护

导引线纵联电流差动保护原理
& & & & & I J = I2m + I2n = (I1M + I1N ) / nL
& & & 内部故障： I J = Id / nL ≠ 0，&J > Idz.J 时动作 I
& 正常及外部故障： I J = 0， 保护不动
缺点：要求沿线路敷设流过CT二次电流的多根导引线，这在技术上是不 可能的，经济上也是不合理的。只能用于5～7公里的短线路，更广泛地 则用于变压器、发电机等电力设备和母线，不能用于长距离线路。
第 四 章
输电线纵联保护
主讲人：肖仕武 主讲人： 电力工程系四方研究所
Office: 教五B309
North China Electric Power University
第四章
输电线纵联保护
第一节 输电线纵联差动保护
1. 反映一侧电气量保护的缺陷
无法区分本线路末端短路与相邻线路出口短路。 ∵ 无法区分本线路末端短路与相邻线路出口短路。 无法实现全线速动。 ∴ 无法实现全线速动。
M N d
M N d
输电线路纵联电流差动保护的工作原理： 当
& & Icd = IM + I N > 0
时，认为是内部故障，保护动作。
输电线路纵联电流差动保护原理的优点 1、保护范围明确，即是线路两侧电流互感器之间的范围。 2、动作速度快，可以实现全线路瞬时切除区内故障。 这是由于纵联电流差动保护不需与相邻元件的保护配合。 3、不受系统振荡、系统运行方式变化的影响。
2、 输电线路纵联保护的基本原理的分类
（1）两端电流相量的故障特征（纵联电流差动保护原理）
& & & 正常运行和外部故障时（F2）：&M + I N = 0 或 IM + IN = 0 I & & & & 内部故障时（F1）：&M + I N = Id 或 IM + I N = Id > 0 I
（2）两端功率方向的故障特征（方向纵联保护原理） 假设正功率方向为：母线→线路 正常运行和外部故障时（F2）：一端功率为正，一端为负 内部故障时（F1）：两端功率都为正
光信号在光导纤维内传输具有衰耗低、抗干扰能力强、通 信容量大、比微波通信提高10 万倍以上等优点。目前光纤通 信使用的波长为0.85 um、 1.31 um、1.55 um 。光纤分多模光 纤和单模光纤，后者比前者特性好，衰减小、频带宽适用于大 容量远距离的通信系统。
第二节 线路高频保护基本原理
一、高频保护概述
1. 定义
高频保护是利用输电线载波通道作为通信通道的纵联保护 纵联保护。 纵联保护 工作原理：将功率方向（或距离方向、电流相位）转化为高频 信号，利用输电线本身构成的高频电流通道将信号送至对端进行 比较，判别故障是否在本线路。保护动作无需延时。
2. 分类
分析： 分析：
（1）外部故障：（保护1、2的情况） 保护2侧功率方向为负，发出高频闭锁信号，两侧保护均不动。 （2）两端供电线路内部故障（保护3、4的情况） 两侧保护功率方向均为正，不发出高频闭锁信号，均动作于跳闸。
特殊情况的考虑： 特殊情况的考虑：
（1）单端供电线路内部故障 受电端的半套保护不起动，也不发送高频信号；电源端的保护动作 于跳闸。 （2）系统振荡 当振荡中心位于保护范围内部时，两侧的功率方向均为正，保护会 误动。对于反应于负序或零序的功率方向元件，不受振荡的影响。
高频闭锁方向保护的构成（电流启动方式） 2. 高频闭锁方向保护的构成（电流启动方式）
1（灵敏度高）启动高频发信机发出闭锁信号； 起动元件： 2（灵敏度低）准备好跳闸回路。 功率方向元件3：判断短路功率方向； 中间继电器4ZJ：内部故障时停止发出高频信号； 极化继电器5ZJ：控制保护的跳闸回路。 工作线圈由本端保护动作后供电； 制动线圈在收信机收到高频闭锁信号时，将高频电流整流后供电。 因此，只有两端保护都不发出闭锁信号时，5ZJ才能动作。
三、高频通道的工作方式
经常无高频电流（故障时发信） 1. 经常无高频电流（故障时发信） 2. 经常有高频电流（长期发信） 经常有高频电流（长期发信）
四、wk.baidu.com频信号的分类和应用
1.闭锁信号 1.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 ”
外部故障：一侧的高频保护发出高频闭锁信号，将两侧的保护都闭锁。 内部故障：两端的高频保护都不发出高频闭锁信号，保护可动作于跳闸。
2.允许信号 2.允许信号 “ 收到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件 ”
外部故障：近故障点侧不发允许信号，故对端保护不能跳闸； 近故障点的一侧因为判断故障方向的元件不动作，也不能跳闸。 内部故障：两端高频保护同时向对侧发出允许信号，使保护动作于跳闸。
3. 跳闸信号 “ 收到这种信号是高频保护动作跳闸的充分必要条件 ”
3、 输电线路纵联保护的按照通信通道分类 通信通道 辅助导线或导引线 输电线载波通道 微波 光纤 保护 导引线差动保护 高频保护 微波保护 光纤保护
输电线路纵联保护的保护原理分类和按照通信通道的分类是 不同的分类方法。两种分类方法可以重叠应用。 目前导引线在线路纵联保护中的应用越来越少，基本上都是 采用输电线载波通道、微波和光纤作为通信通道。 在后三种通信通道中，光纤的通信质量是最好的。输电线载 波通道的通信质量最差。
2、 输电线路纵联保护的原理分类 （1）电流纵联保护。这类保护根据两侧电流的幅值和相位的 比较结果来区分是区内故障还是区外故障。 （纵联电流差动保护、相差纵联保护） （2）方向比较式纵联保护。根据两侧测量的功率方向、测量 阻抗是否在规定的方向、区段内，来区分是区内故障还是区外 故障。 （方向纵联保护、距离纵联保护）
利用装设在每一端的电流速断、距离一段、零序电流速断等保护，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，不经 其它控制元件而直接使对端的断路器跳闸。
第三节 高频闭锁方向保护
1. 高频闭锁方向保护的基本原理
高频通道经常无电流，而在外部故障时由短路功率为负的一 端发出闭锁信号，两侧收信机接受到此信号将两侧保护闭锁。 1、区内故障（F1），线路两侧（M侧、N侧）流过的短路功 率方向都为正方向，即为母线→线路。两侧高频闭锁方向保 护不发闭锁信号，两侧保护动作跳闸。 2、区外故障（F2），线路两侧（M侧、N侧）流过的短路功 率方向一侧为正方向（M侧） ，另一侧为反方向（N侧） 。 功率方向为负方向的保护发闭锁信号，闭锁两侧保护。
距离方向。 （1）方向/距离高频保护：比较被保护线路两侧功率/距离方向。 方向/距离高频保护：比较被保护线路两侧功率 距离方向 相差高频保护：比较被保护线路两侧电流相位。 （2）相差高频保护：比较被保护线路两侧电流相位。
二、高频通道的构成
高频通道：“导线―大地” 构成输电线 高频通道 载波通道。 优点： 优点：最经济，可以只在一相线路上 装设构成通道的设备。 缺点：高频信号的衰耗和受到 缺点 的干扰都比较大。 1. 阻波器 通工频、 通工频、阻高频 2. 结合电容器 3. 连接滤波器 通高频、阻低频； 通高频、阻低频；绝缘 4．电缆 5．高频收、发信机 高频收、
输电线路纵联电流差动保护原理
根据基尔霍夫电流定律，线路两侧电流参考方向如上图所示。 当线路上没有内部故障时，线路两侧的电流之和为零。 & & & 正常运行和外部故障时（F2）：&M + I N = 0 或 IM + IN = 0 I & & & & 内部故障时（F1）：& + I = I 或 I + I = I > 0 I
2、 输电线路纵联保护的基本原理
（3）两端电流相位的特征（相差纵联保护原理） & & 正常运行和外部故障时（F2）： I 和 I 的相位相差180°。
M
N
& & 内部故障时（F1）：IM 和 I N 的相位相同。
（4）两端测量阻抗的特征（距离纵联保护原理） 正常运行和外部故障时（F2）：两端的距离Ⅱ段测量阻抗一 侧为反方向，另一侧为正方向。 内部故障时（F1）：两端的距离Ⅱ段测量阻抗都在正方向
4. 高频闭锁距离保护 方向元件采用距离（方向阻抗）继电器
优点：兼有距离保护、高频保护特点 内部故障瞬时动作；外部故障带时限。 可作相邻母线和线路后备。
ZIII：起动发信机；起动tIII延时跳闸回路。 ZII ：停止发信。（1）起动tII延时跳闸回路；（2）经2ZJ瞬时跳闸。 ZI ： 瞬时跳闸。 区内d1点短路：ZII使两侧发信机都不发信，并经2ZJ瞬时跳闸。 区外d2点短路：A侧ZII起动，发信机不发信；但B侧ZIII起动发信机发信，使得 A、B两侧的2ZJ动作，触点打开，A侧ZII不能瞬时跳闸，而经tII 延时跳闸。
5. 高频闭锁零序方向保护 方向元件采用零序功率方向元件。 三段式零序电流方向元件和高频保护配合，共同构成高频 闭锁零序方向保护 缺点：高频保护不能独立工作。
第四节 相差高频保护
1. 相差高频保护基本原理 基本原理：比较被保护线路两端短路电流的相位。 基本原理 区内短路：两侧电流相位相同（母线→线路）,保护动作； 区外短路：两侧电流相位相差180˚，保护不动作。 措施：短路电流的正半周使发信机发信，负半周停发。 措施 结果：区内短路时收信机收到的高频电流是间断的； 结果 区外短路时收信机收到的高频电流是连续的。
3. 高频负序方向保护的基本原理 利用负序功率方向继电器作为负 序方向元件，来判断故障方向。
原理： 原理：利用负序元件反应各种不对称短路和三相短路（短路初期）。 （1）内部故障时，两端GJ2触点均向下闭合，使2ZJ工作线圈带电，同时两 端发信机均不能起动，无闭锁信号。两端保护的2ZJ均动作于跳闸。 （2）外部故障时，靠近故障点一侧的GJ2触点向上闭合，经1ZJ的电流线圈 启动发信机，1ZJ的触点闭合后，经电阻R对发信机附加起动，发出闭 锁信号，将两侧保护闭锁。 灵敏度和动作时间方面的配合 : 要求GJ2向上闭合触点起动发信机时的灵敏度较高，时间较快； 向下闭合触点起动极化继电器时的灵敏度较低，时间较慢。
※ 相差高频保护也是一种传送闭锁信 号的保护，也具有闭锁式保护所具 有的缺点，需要两套启动元件。
光纤纵联保护
光纤纵联保护采用光纤作为通信通道，根据光纤通道传输信 息的不同可以分为以下四种保护： （1）光纤电流纵差保护，即分相比较两侧电流相量的差别。 （2）光纤纵联保护； （3）光纤距离纵联保护； （4）光纤相差纵联保护。