第4章 输电线路纵联保护 第2讲

1、4.3.1 工频故障分量的方向元件工频故障分量的方向元件 （一）工作原理（一）工作原理 区内故障：两端保护均判别为正方向区内故障：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区外故障：至少有一端保护判别为反方向 Key issue：如何判别方向 1 4.3.1 方向保护和方向元件方向保护和方向元件 （二）（二） 工频故障分量方向元件工频故障分量方向元件 方向元件或功率方向测量元件是方向比较式纵联保方向元件或功率方向测量元件是方向比较式纵联保 护中的关键元件，常用工频电压、工频电流的故障分量护中的关键元件，常用工频电压、工频电流的故障分量 构成方向元件。构成方向元件。 方向元件的

2、基本要求方向元件的基本要求 正确反映所有类型故障时故障点的方向，无方向死区正确反映所有类型故障时故障点的方向，无方向死区 不受负荷影响，在正常负荷状态下不启动不受负荷影响，在正常负荷状态下不启动 不受系统振荡影响，振荡无故障时不误动，振荡中再不受系统振荡影响，振荡无故障时不误动，振荡中再 故障仍能正确判断方向故障仍能正确判断方向 非全相运行又发生故障时仍能正确判断故障方向非全相运行又发生故障时仍能正确判断故障方向 2 4.3.1 方向保护和方向元件方向保护和方向元件 根据对工频故障分量的分析，对于双端电源的输电根据对工频故障分量的分析，对于双端电源的输电 线路，按照规定的电压、电流正方向，在保

3、护的正方向线路，按照规定的电压、电流正方向，在保护的正方向 短路时，保护安装处的电压、电流关系为：短路时，保护安装处的电压、电流关系为： s UI Z s I Z U、保护安装处工频故障分量电压、电流； 保护安装处背侧母线上等值电源阻抗 3 4.3.1 方向保护和方向元件方向保护和方向元件 在保护的反方向短路时，保护安装处电压、电流关在保护的反方向短路时，保护安装处电压、电流关 系为：系为： s UI Z Zs线路阻抗和对侧母线上等效电源阻抗之和 4 4.3.1 方向保护和方向元件方向保护和方向元件 正方向短路时：正方向短路时： 反方向短路时：反方向短路时： 可见，比较故障分量电压、电流的相位

4、关系，可以可见，比较故障分量电压、电流的相位关系，可以 明确地判断故障的方向。为了便于实现电压、电流相位明确地判断故障的方向。为了便于实现电压、电流相位 关系的判定，关系的判定，实际的方向元件比较的是故障分量电压和实际的方向元件比较的是故障分量电压和 故障分量电流在模拟阻抗上产生的电压之间的相位关系。故障分量电流在模拟阻抗上产生的电压之间的相位关系。 s UI Z s UI Z 5 4.3.1 方向保护和方向元件方向保护和方向元件 argarg()180 s rr ZU ZIZ rs ZZZs设 、 、 的阻抗角相等，所以正方向故障时，功率方向 为正，即 6 4.3.1 方向保护和方向元件方向

5、保护和方向元件 考虑各种因素，正方向故障时，功率方向判据为：考虑各种因素，正方向故障时，功率方向判据为： 反方向故障时，功率方向判据为：反方向故障时，功率方向判据为： 270arg90 r U ZI 90arg90 r U ZI 7 4.3.1 方向保护和方向元件方向保护和方向元件 正方向故障时，零序、负序功率方向判据为：正方向故障时，零序、负序功率方向判据为： 0 00 2 22 270arg90 270arg90 r r U ZI U ZI 8 4.3.1 方向保护和方向元件方向保护和方向元件 反方向故障时，零序、负序功率方向判据为：反方向故障时，零序、负序功率方向判据为： 0 00 2

6、22 90arg90 90arg90 r r U ZI U ZI 9 4.3.1 方向保护和方向元件方向保护和方向元件 由以上分析并结合故障分量网络的特点可知，反映由以上分析并结合故障分量网络的特点可知，反映 工频故障分量的方向元件具有以下几个特点：工频故障分量的方向元件具有以下几个特点： u 不受负荷状态的影响不受负荷状态的影响 u 不受故障点过渡电阻的影响不受故障点过渡电阻的影响 u 正、反方向短路时，方向性明确正、反方向短路时，方向性明确 u 无电压死区无电压死区 u 不受系统振荡影响不受系统振荡影响 10 4.3.2 故障启动发信闭锁式方向纵联保护故障启动发信闭锁式方向纵联保护 （一）

7、工作原理（一）工作原理 在电力载波通道的方向纵联保护中，采用在电力载波通道的方向纵联保护中，采用正常无高正常无高 频电流频电流，而在区外故障时发闭锁信号，其工作原理如图，而在区外故障时发闭锁信号，其工作原理如图 所示，闭锁信号由功率方向为负的一侧发出，被两端的所示，闭锁信号由功率方向为负的一侧发出，被两端的 收信机同时接收，闭锁两端的保护，称为收信机同时接收，闭锁两端的保护，称为闭锁式方向纵闭锁式方向纵 联保护。联保护。 11 4.3.2 故障启动发信闭锁式方向纵联保护故障启动发信闭锁式方向纵联保护 （一）工作原理（一）工作原理 情景之一：正常运行无故障时情景之一：正常运行无故障时 情景之二：

8、区内故障时（图中线路情景之二：区内故障时（图中线路BC两侧保护）两侧保护） 情景之三：区外故障时（图中线路情景之三：区外故障时（图中线路AB或或CD两侧保护）两侧保护） 12 4.3.2 故障启动发信闭锁式方向纵联保护故障启动发信闭锁式方向纵联保护 （二）实现中需解决的几个关键问题（二）实现中需解决的几个关键问题 故障启动元件要灵敏故障启动元件要灵敏 区外故障的可靠闭锁区外故障的可靠闭锁 1. 延时确认闭锁信号延时确认闭锁信号 13 4.3.2 故障启动发信闭锁式方向纵联保护故障启动发信闭锁式方向纵联保护 （三）原理框图（三）原理框图 14 4.3.2 故障启动发信闭锁式方向纵联保护故障启动发

9、信闭锁式方向纵联保护 动作分析：动作分析：A-B段外部故障段外部故障 B端保护端保护2，启动元件，启动元件KA1 启动发信后，功率方向为启动发信后，功率方向为 负，功率正方向元件不动负，功率正方向元件不动 作，发信机不停信，作，发信机不停信，Y1元元 件不动作，件不动作，Y2两个条件都两个条件都 不满足，保护不满足，保护2不跳闸。不跳闸。 4.3.2 故障启动发信闭锁式方向纵联保护故障启动发信闭锁式方向纵联保护 动作分析：动作分析：A-B段外部故障段外部故障 A端保护端保护1，元件，元件KA1可能可能 启动，启动，KA1启动后发信，启动后发信， 但但KA2随之启动，功率方随之启动，功率方 向元

10、件向元件KW启动，启动，Y1元件元件 有输出，停止发信，经过有输出，停止发信，经过 t2延时延时Y2元件的一个输入元件的一个输入 条件满足，条件满足，是否跳闸决定是否跳闸决定 于是否收到于是否收到B端端闭锁信号。闭锁信号。 4.3.2 故障启动发信闭锁式方向纵联保护故障启动发信闭锁式方向纵联保护 动作分析：动作分析：A-B段外部故障段外部故障 思考题思考题1：为什么设置：为什么设置 KA1、KA2两个启动元件？两个启动元件？ 4.3.2 故障启动发信闭锁式方向纵联保护故障启动发信闭锁式方向纵联保护 动作分析：动作分析：A-B段外部故障段外部故障 思考题思考题2：t1、t2两个延时两个延时 的作

11、用是什么？的作用是什么？ 4.3.2 故障启动发信闭锁式方向纵联保护故障启动发信闭锁式方向纵联保护 动作分析：动作分析：B-C段内部故障段内部故障 两端保护两端保护3、4启动发信元启动发信元 件件KA1都启动发信，但是都启动发信，但是 两侧功率方向都为正，两两侧功率方向都为正，两 侧正方向元件侧正方向元件KW动作后动作后 准备跳闸并停止发信准备跳闸并停止发信，经，经 t2延时延时4-16ms后，两侧跳后，两侧跳 闸。闸。 4.3.3 闭锁式距离纵联保护闭锁式距离纵联保护 方向比较式纵联保护仅反映区内故障而动作，可以方向比较式纵联保护仅反映区内故障而动作，可以 快速切除保护范围内部的各种故障，但

12、是不能作为变电快速切除保护范围内部的各种故障，但是不能作为变电 站母线和下级相邻线路的后备。站母线和下级相邻线路的后备。 距离保护可以作为变电所母线和下级相邻线路的远距离保护可以作为变电所母线和下级相邻线路的远 后备，由于距离保护的元件也可以作为实现闭锁式方向后备，由于距离保护的元件也可以作为实现闭锁式方向 纵联保护的主要元件，因此常把两者结合起来构成纵联保护的主要元件，因此常把两者结合起来构成闭锁闭锁 式距离纵联保护式距离纵联保护 20 4.3.3 闭锁式距离纵联保护闭锁式距离纵联保护 闭锁式距离纵联保护组成闭锁式距离纵联保护组成 21 三段式距离保护 高频通信部分 III段保护：故障启动发

13、信元件； II段保护：方向判别元件和停信元件； I段保护：作为两端各自独立跳闸段。 4.3.3 闭锁式距离纵联保护闭锁式距离纵联保护 22 4.3.3 影响方向纵联保护正确工作的因素影响方向纵联保护正确工作的因素 非全相运行状态：非全相运行状态：在超高压输电系统中，为了提高电力在超高压输电系统中，为了提高电力 系统运行的稳定性，经常采用单相故障跳开故障单相的系统运行的稳定性，经常采用单相故障跳开故障单相的 方式，保留非故障两相继续运行，这种运行状态，称为方式，保留非故障两相继续运行，这种运行状态，称为 非全相运行状态。非全相运行状态。 非全相运行状态下，若被保护线路再次发生内部故障，非全相运行

14、状态下，若被保护线路再次发生内部故障， 保护应该正确动作。保护应该正确动作。 4.3.3 影响方向纵联保护正确工作的因素影响方向纵联保护正确工作的因素 （一）非全相运行对方向纵联保护的影响（一）非全相运行对方向纵联保护的影响 工程背景：开关偷跳工程背景：开关偷跳 负序电流 2 2 2 U I Z 线路侧电压 2 2222 2 LNN U UI ZZ Z 母线侧电压 2 2222 2 MMM U UI ZZ Z 可见在此种情况下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。那么应选择哪 个电压呢？ 24 4.3.3 影响方向纵联保护正确工作的因素影响方向纵联保护正确工作的

15、因素 （二）功率倒向问题（二）功率倒向问题 工程背景：图中工程背景：图中3QF先跳闸，在先跳闸，在4QF跳闸前，跳闸前，1QF和和 2QF处的保护出现功率倒向。处的保护出现功率倒向。 M N 图417 功率倒向电网示意图 1 L 2 L 2QF 1QF 4QF3QF 先后 d 25 4.3.3 影响方向纵联保护正确工作的因素影响方向纵联保护正确工作的因素 （二）功率倒向问题（二）功率倒向问题 工程背景：图中工程背景：图中3QF先跳闸，在先跳闸，在4QF跳闸前，跳闸前，1QF和和 2QF处的保护出现功率倒向。处的保护出现功率倒向。 M N 图417 功率倒向电网示意图 1 L 2 L 2QF 1QF 4QF3