第三讲输电线纵联差动保护

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一、输电线路的纵联差动保护


元件环流法纵联差动保护的特点：
正常运行时导引线中存在环流； 继电器反应于电流而动作； 适用于变压器、发电机和母线。

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一、输电线路的纵联差动保护


4.输电线的环流法纵联差动保护
正常运行或外部故障

继电器端电压较小，不动作
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一、输电线路的纵联差动保护
正常运行或外部故障
I J 1 I1m I 2 m



1 (I1M I 2 M ) 0 n
I J 2 I1n I 2 n



1 (I1N I 2 N ) 0 n
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二、平行双回线路的横联保护

2.横联方向差动保护原理分析 线路1内部故障
当被保护线路外部故障时，两端电流相位差180°，两端 发信机交替发信，通道中有连续的高频电流通过，收信机 的接收端收到连续高频电流，输出解调为连续直流信号， 闭锁比相元件，保护不动作。 当被保护线路内部故障时，两端电流同相位，两端发信机 同时发信，同时停信，所以通道流通着断续的高频电流， 收信机也收到断续的高频电流，输出时有时无的方波脉冲， 在无方波脉冲输出地半个周波里，开放比相电路，保护动 作切除故障。由于动作时间只有半个周波（10ms），不 足以保证跳闸的可靠性。因此增加脉冲展宽元件，把短脉 冲展宽，以保证有足够的跳闸时间。


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一、输电线路的纵联差动保护


导引线的阻抗和分布电容对保护的影响
当纵差动保护用于较长的输电线时，导引线的阻抗增大， 使隔离变压器GB的二次负载增大，因而使GB的传变误差 增大。 为了减小其二次负载，可以提高GB的变压比，但将使导 引线上的分布电容电流和漏电流增大，同样增大GB的传 变误差； GB二次电压过高时，将出现设备和人身安全，以及设备 的管理体制等问题。 纵差动保护只适于用在较短（一般应在20 km以下）而且 重要的输电线上。
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一、输电线路的纵联差动保护



1.电流保护和距离保护的缺陷
改进措施
保护的I段定值整定为线路全长的80%~85%； 带时限的第II段切除对于其余的15%~20%线路段上的 故障； 对于某些重要线路采用纵联保护；

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一、输电线路的纵联差动保护


2.纵联差动保护的基本原理
纵联差动保护的基本原理是同时比较被保护线路 始端和末端电流的电气量，判断故障是否在本线 路范围之内。 导引线纵联差动保护是最简单的一种用辅助导线 或称导引线作为通道的纵联保护。

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一、输电线路的纵联差动保护


环流法的稳态不平衡电流分析
不平衡电流主要受励磁电流 影响
CT铁芯越饱和，励磁电流越 大，随之增加二次电流的误差； 一次电流确定时，二次负荷越 大，铁芯越饱和； 二次负荷确定时，一次电流越 大，铁芯越饱和；
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一、输电线路的纵联差动保护


对CT的要求
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三、高频保护概述


3.高频保护的构成
①继电保护部分 ②高频收、发信机 ③高频通道组成
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三、高频保护概述


4.高频通道的构成原理
相-地制高频通道的构成示意图。
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三、高频保护概述


5.高频通道的工作方式
（1）“长时发信”方式 在正常运行情况下，收、发信机一直处于发信和收信工作状态，高频 通道中始终有高频信号通过。 （2）“短时发信”方式 在正常运行情况下，收、发信机一直处于不工作状态，高频通道中没 有高频信号通过。只有在系统中发生故障时，发信机才由起动元件起 动，高频通道中才有高频信号通过。 （3）“移频”方式 在正常运行情况下，发信机向对侧传送频率为f1的高频电流；其作用 是闭锁保护和对通道进行连续检查。当发生故障时，继电保护装置控 制发信机移频，停止发送频率为f1的高频电流，而发出频率为f2的高 频电流。


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二、平行双回线路的横联保护


1.横联方向差动保护的原理
通过比较两回线路短路电流大小和方向，从而有选择地切 除故障线路。 装设在平行线路的两侧，每一侧将两回线路电流互感器的 二次侧用差接方式连接，并将继电器的电流线圈接入差电 流回路中。

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二、平行双回线路的横联保护


2.横联方向差动保护原理分析
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三、高频保护概述


1.高频保护基本原理
将线路两端的电流相位或功率方向转化为高频信号，然后， 利用输电线路本身构成的高频（载波）电流通道，将此信 号送至对端，以比较两端电流的相位或功率方向的一种保 护。
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三、高频保护概述



2.高频保护的分类
按照工作原理的不同，可以分为两大类：
①方向高频保护：比较被保护线路两侧的功率方向 ②相差高频保护：比较被保护线路两侧的电流相位
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三、高频保护概述


6.高频信号的作用
（1）跳闸信号 高频信号是跳闸的充要条件 （2）允许信号 高频信号是跳闸的必要条件，但不是充分 （3）闭锁信号 收不到高频信号是跳闸的必要条件
PR
跳闸 信号
1
跳闸 脉冲
PR
允许 信号
&
跳闸 脉冲
PR
闭锁 信号
&
跳闸 脉冲
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一、输电线路的纵联差动保护


6.输电线纵差动保护的动作特性
相位特性


当电流增大时，使保护误动作的相位差减小； 电流幅值大的时候可靠性高。
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一、输电线路的纵联差动保护


6.输电线纵差动保护的动作特性
复数比特性 两端电流的复数比描述保护动作特性； M ) 保护的动作量= f ( I IN 使保护动作的方程
IM f( )0 IN




圆外为动作区
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一、输电线路的纵联差动保护


7.影响输电线纵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； 导引线的阻抗和分布电容； 导引线的故障和感应过电压；

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一、输电线路的纵联差动保护


CT误差和不平衡电流的影响
故障的特征量包含在一次电流中； 动作的判断依据是二次电流； 一切导致一次电流到二次电流错误变换的因素都会引起继 电器误动作； 一切导致一次电流到二次电流错误变换的表现就是不平衡 电流的存在。
四、相差高频保护


1.相差高频保护工作原理
比较被保护线路两侧电流的相位—即利用高频信号将电流 的相位传送到对侧去进行比较，这种保护称为相差高频保 护。
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四、相差高频保护


2.相差高频保护的构成
相差高频保护主要部分包括起动元件，操作元件和比相元 件。
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四、相差高频保护


3.相差高频保护的工作原理



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一、输电线路的纵联差动保护

短路电流示例
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一、输电线路的纵联差动保护


CT的选型
为了保证纵差动保护的选择性，差动继电器的起动电流必 须躲开最大不平衡电流Ibp.max； 因此，Ibp.max越小，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。


4.输电线的环流法纵联差动保护
正常运行或外部故障

继电器端电压较大，动作
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一、输电线路的纵联差动保护


环流法的特点
正常运行时导引线中存在环流； 当导引线发生开路故障时，保护要误动； 当导引线发生短路故障时，保护要拒动。
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一、输电线路的纵联差动保护


5.输电线的均压法纵联差动保护
接线图：
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一、输电线路的纵联差动保护


均压法的特点
正常运行时导引线两端电压相等，方向相反； 导引线开路，保护拒动； 导引线短路，保护误动。
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一、输电线路的纵联差动保护


环流法和均压法的比较
在导引线发生故障的情况下，导引线纵联差动保护不能正确工作； 装有导引线监视和电力系统故障检测元件时，仅导引线发生故障是不 会误跳闸的； 当被保护线路与导引线几乎同时发生故障时，保护装置不正确工作是 不可避免的； 如果被保护线路先发生故障，由于导引线纵联差动保护的动作时间很 快，一般在导引线故障前能可靠发出跳闸脉冲，保护不会拒动； 如果导引线先发生故障，由于这类事故常由外力破坏引起，导引线大 多属于开路故障，因此环流式的保护不受影响，能正确跳闸，而均压 式的保护将拒绝动作。 因此，通常多采用环流式接线的导引线纵联差动保护。
纵差保护的二次负荷一定，铁芯饱和程度主要受一次电流 影响； 当发生故障时，一次电流较大，铁芯饱和； 内部故障时，继电器必须动作，无需考虑不平衡电流的影 响； 因此，只需考虑外部故障时，出现不平衡电流的问题。 CT容量满足10%误差曲线时，不平衡电流的稳态值计算




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一、输电线路的纵联差动保护


暂态不平衡电流
故障发生后，电网会经过短暂的过渡过程到达稳态运行； 暂态过程中存在幅值衰减的周期分量和缓慢衰减的非周期 分量； CT主要针对工频设计，几乎不能将缓慢变化的非周期分 量变换到二次侧，而成为励磁电流； 二次侧也存在非周期分量，增加了励磁电流； 暂态过程中，励磁电流、不平衡电流大大超过稳态；
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一、输电线路的纵联差动保护


导引线的故障及感应过电压对保护的影响
对于环流法接线，导引线断线将造成保护误动作，导引线 短路将造成输电线内部短路时保护拒动； 对于均压法接线，导引线断线将造成保护拒动，导引线短 路将造成输电线内部短路时保护误动； 短路电流、雷电可在导引线中感应产生过电压，应采取过 电压保护措施。
主要内容

Βιβλιοθήκη 一、输电线路的纵联差动保护 二、平行双回线路的横联保护 三、高频保护概述 四、相差高频保护 五、方向高频保护
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一、输电线路的纵联差动保护

1.电流保护和距离保护的缺陷
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一、输电线路的纵联差动保护


1.电流保护和距离保护的缺陷
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，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。
I J 1 I 2 m I1m



1 (I 2 M I1M ) n
I J 2 I1n I 2 n



1 2 (I1N I 2 N ) I 2 N n n
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二、平行双回线路的横联保护


相继的动作区
在平行双回线路中，当短路点靠近对侧母线时，流过该侧 保护的差电流很小，以致起动元件和方向元件都不动作； 但流过对侧保护的差电流实际上为两回线路短路电流之和， 所以差电流很大，对端保护动作，跳开断路器，之后全部 短路电流将沿故障线路流向故障点，流入本侧继电器的差 电流明显增大，保护动作。这种情况称为相继动作，此区 域称为相继动作区。

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一、输电线路的纵联差动保护

3.元件的环流法纵联差动保护

一次侧电流的正方向为从母线流向被保护的线路； 两侧电流互感器一次回路的正极性均置于靠近母线的一端， 二次回路的同极性端子相联接；

差动继电器并联联接； I

j
I 2M I 2 N


1 ( I1 M I 1 N ) n

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一、输电线路的纵联差动保护


6.输电线纵差动保护的动作特性
理论上，纵差保护动作是个突变的过程，既流过 继电器的电流要么为零，要么大于动作电流； 实际存在不平衡电流； 动作特性：在电流特性图上划分动作与不动作区 域。

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一、输电线路的纵联差动保护


6.输电线纵差动保护的动作特性
幅值特性
I J 1 I1m I 2 m



1 (I1M I 2 M ) I dz . J n
I J 2 I1n I 2 n



1 2 (I1N I 2 N ) I1N I dz . J n n
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二、平行双回线路的横联保护

2.横联方向差动保护原理分析 线路2内部故障
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一、输电线路的纵联差动保护

内部故障



1 差动回路电流： I J I 2 M I 2 N (I1M I1N ) n 1 I1N 单电源：1) I J I 2 M n I1M 2) I J I 2 N 1 n 1 1 I J I 2 M I 2 N (I1M I1N ) I d 0 双电源： n n 当I J I dz.J ，继电器动作于跳闸。
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一、输电线路的纵联差动保护

正常运行

差动回路电流： I 继电器不动作。

J
I2M I2 N


1 (I1M I1N ) 0 n
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一、输电线路的纵联差动保护

外部故障

差动回路电流： I 继电器不动作。

j
I2M I2 N


1 (I1M I1N ) 0 n