纵联保护的教案

纵联保护的教案第1页/共88页2/874.1.1输电线纵联保护概述仅利用线路一侧的电气量所构成的继电保护（单端电气量），无法区分本线路末端与相邻线路（或元件）的出口故障，如：电流保护、阻抗保护。综合被保护元件两端(或多端)的电气量进行比较,可以更准确地判断故障是在区内还是区外。将两端保护装置的信号纵向联结起来，构成纵联保护。第2页/共88页3/87单端电气量保护：仅利用被保护元件的一侧电气量，无法区分线路末端和相邻线路的出口短路，可以作为后备保护或出口故障的第二种保护。（通常设计为：三段式）。纵联保护：比较各侧：电流大小、电流相位、方向等。利用被保护元件的各侧电气量，可以识别：内部和外部的故障，但是，不能作为后备保护。第3页/共88页4/87输电线路纵联保护结构框图在设备的“纵向”之间，进行信号交换第4页/共88页5/87

纵联保护有多种分类方法，可以按照通道类型或动作原理进行分类。1）通道类型：导引线电力线载波微波光纤2）动作原理：比较方向比较相位基尔霍夫电流定律（差电流）

还可以将通道类型与动作原理结合起来进行称呼。如：光纤电流差动（简称：光差），高频距离。通道(信号交换手段)第5页/共88页6/87分析、讨论特征的目的：寻找内部故障与其他工况（正常运行、外部故障）的特征区别和差异——>提取判据，构成继电保护原理。（电流大小波形、功率方向、电流相位、测量阻抗）4.1.2两侧电气量的特征

当然，构成原理后，再分析影响因素；并研究消除影响因素的对策、措施。第6页/共88页7/87继电保护规定的正方向：指向被保护元件。根据基尔霍夫电流定律：正常运行及外部故障时，各侧电流向量和等于0。一、两侧电流相量和(瞬时值和)的故障特征根据基尔霍夫电流定律：内部故障时，各侧电流向量和等于故障电流。第7页/共88页8/871、正常运行2、外部短路3、内部短路（为正）（为负）二、两侧功率方向的故障特征第8页/共88页9/871、正常运行及区外故障im与in

相位相反三、两侧电流相位的故障特征第9页/共88页10/87区内故障im与in

相位接近相同第10页/共88页11/871、正常和区外故障一侧阻抗可能动作，另一侧阻抗不动作。2、区内故障两侧阻抗均动作。四、两侧测量阻抗的故障特征第11页/共88页12/87正常运行或外部故障内部故障方向元件两侧均为正阻抗元件一侧为正一侧为负一侧动作一侧不动作两侧均动作电流相位相位差接近同相电气量特征第12页/共88页13/87一、纵联电流差动保护

依据基尔霍夫电流定律，两侧电流相量和（瞬时采样值之和）的故障特征。——

动作门槛4.1.3纵联保护的基本原理第13页/共88页14/871.纵联电流差动保护

依据两侧电流相量和（瞬时值和）的故障特征，即，基尔霍夫电流定律。——

动作门槛4.1.3纵联保护的基本原理第14页/共88页15/871）具有选择性好、可靠、灵敏、快速的优点；2）具有明确区分内部和外部故障的能力；3）具有自然选相的功能；4）不受运行方式、非全相、串补电容、转换性故障、同杆并架线路的跨线故障、振荡及振荡中再故障等因素的影响（受振荡的影响很小）；

5）内部短路电流通常都大于差动电流的启动值。原理最好的保护分相电流差动保护的优点：第15页/共88页16/87缺点：

1）增加两侧信息交换的通道——增加了复杂性。

2）几乎不反映纵向短路。

3）采用导线实现线路两侧的信号交换时，导线（导引线）太长，更容易出现故障，容易烧毁（一次短路后，感应电流太大）。

应用于：发电机、变压器、母线、电抗器、输电线路等。

4）不能作为后备（所有纵联保护的缺点）。

第16页/共88页17/87M侧保护N侧保护阻抗动作信息的交换利用这样的特征(回顾)：区内短路，两侧Z均动作。需要2个独立的信号交换。

上述结构称为:允许式。2.方向比较式纵联保护（距离纵联保护）第17页/共88页18/87二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）M侧保护N侧保护1）区内故障启动＋Z均动作——>两侧无延时跳闸：简述信号交换与逻辑的过程阻抗动作信息的交换第18页/共88页19/87二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）M侧保护N侧保护1）区内故障启动＋Z均动作——>两侧无延时跳闸：简述信号交换与逻辑的过程阻抗动作信息的交换第19页/共88页20/87至少一侧的Z不动——>两侧均不跳闸二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）M侧保护N侧保护阻抗动作信息的交换2）区外故障：简述信号交换与逻辑的过程第20页/共88页21/87

上述方式利用了距离II段（或III段等全线路有灵敏度）的测量元件，实现短路位置、方向的判别——

构成：距离纵联保护。

也可以将Z元件更换为方向元件

——构成：方向纵联保护。

距离纵联、方向纵联保护中，对方向元件的要求：

1）具有明确的单一方向性；

2）能覆盖线路全长。第21页/共88页22/87闭锁两侧保护M侧保护N侧保护

还可以利用这样的特征：

区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。上述结构称为：闭锁式。仅传输一个信号。第22页/共88页23/87信号“1”闭锁两侧保护区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。1）上图所示的区外故障闭锁两侧保护！M侧Z不动，持续发闭锁信号，两侧均不跳。N侧Z动也无效第23页/共88页24/87信号线有“1”,闭锁两侧保护区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。2）区内故障第24页/共88页25/87信号线有“1”,闭锁两侧保护区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。2）区内故障第25页/共88页26/87信号线“1”,闭锁两侧保护区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。2）区内故障

通道上，无闭锁信号两侧均满足跳闸条件第26页/共88页27/87三、电流相位比较式纵联保护区内故障似乎可以设计为：动作区域正常运行第27页/共88页28/87三、电流相位比较式纵联保护区内故障动作区域称为：相差保护考虑误差后第28页/共88页29/874.2输电线路纵联保护两侧信息的交换信号交换的途径（通道）：

1、导引线通信。

2、电力线载波。

3、微波通信。

4、光纤通信。第29页/共88页30/871）导引线方式主要应用于：发电机、母线、变压器、电抗器等保护中。

——仅应用于就近的TA连接方式。2）电力线载波仅传输“有”、“无”高频信号。主要应用于传输：方向或相位信息。3）光纤通信可以传输较多的数字信息。如：传输三相电流、电压的采样值、相量、跳闸信息、断路器状态信息等，并且有校验码，可靠性很高，波特率高，传输信息量大。将光纤安置在架空地线中，构成：地线复合光缆OPGW。第30页/共88页31/874）微波通信也可以传输数字信息。但衰减受气候影响较大，且属于“视距传输”，传输距离受限制。视距地球半径r约6360km设h=100m时，第31页/共88页32/87

光纤与电流差动原理的结合，构成了目前最好的保护方式——光纤差动保护（简称：光差）。技术已经十分成熟，新建超高压特高压线路保护必选保护。高频（载波）保护应用仍很广泛。第32页/共88页33/87“相-地”制高频通道示意图电力线载波输电线(传输信号)第33页/共88页34/87“相-地”制高频通道示意图电力线载波阻波器对高频呈现开路，对工频呈现

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0.04欧第34页/共88页35/87结合电容器对高频呈现小阻抗，对工频呈现开路“相-地”制高频通道示意图电力线载波第35页/共88页36/87“相-地”制高频通道示意图连接滤波器电力线载波第36页/共88页37/87“相-地”制高频通道示意图高频电缆电力线载波第37页/共88页38/87“相-地”制高频通道示意图保护间隙电力线载波第38页/共88页39/87“相-地”制高频通道示意图接地刀闸电力线载波第39页/共88页40/87“相-地”制高频通道示意图高频收发信机电力线载波第40页/共88页41/871）长期发信方式——正常有高频电流方式2、高频通道工作方式也是信号信号平时故障时高频载波——只能体现“有高频”和“无高频”2个信息1是信号，0也是信号！第41页/共88页42/872.高频通道工作方式2）故障启动发信方式——正常无高频电流方式信号3）移频方式故障时刻信号

信号信号第42页/共88页43/873、高频信号的应用(1)跳闸信号(2)允许信号(3)闭锁信号高频信号是跳闸的充分条件高频信号是跳闸的必要条件，但不是充分条件收不到高频信号是跳闸的必要条件第43页/共88页44/874.3闭锁式距离纵联保护

方向判别：

1）超范围的方向阻抗元件。

2）超范围的功率方向元件。

——称为：闭锁式纵联距离。

——称为：闭锁式纵联方向。

重点介绍常用的闭锁式纵联距离。第44页/共88页45/87时间元件的表示方法：第45页/共88页46/87启动元件与阻抗之间的灵敏度配合：第46页/共88页47/87一般t2为4～16ms(等对侧信号发过来)高频闭锁距离保护的原理接线图t1≈100ms(确保两侧阻抗元件返回后,才撤销高频)三个时间的作用第47页/共88页48/87高频闭锁距离的逻辑工作过程

以M侧为例说明工作过程，适当地方再指出N侧的不同之处。红色表示：动作，或逻辑为1。第48页/共88页49/871）区外故障以M侧为例说明工作过程N侧类似第49页/共88页50/871）区外故障以M侧为例说明工作过程N侧类似第50页/共88页51/871）区外故障以M侧为例说明工作过程

先闭锁，防误动；同时，测试收信回路的完好性。第51页/共88页52/871）区外故障以M侧为例说明工作过程第52页/共88页53/871）区外故障以M侧为例说明工作过程第53页/共88页54/871）区外故障以M侧为例说明工作过程

如果对侧高频信号没有传过来，会出现无闭锁信号。第54页/共88页55/871）区外故障以M侧为例说明工作过程

如果对侧高频信号没有传过来，会出现无闭锁信号。没有t2延时，则立即满足动作条件。第55页/共88页56/87区外故障逻辑过程的简单归纳：1）故障时，两侧先启动，并且都发信。2）正方向元件动作——仅停止本侧发信。3）反方向侧继续发信——闭锁两侧保护。利用的特征：任一侧为负，就闭锁保护。第56页/共88页57/872）区内故障以M侧为例说明工作过程启动和发信的过程与前面是一致的第57页/共88页58/872）区内故障以M侧为例说明工作过程第58页/共88页59/87以M侧为例说明工作过程两侧都停发高频2）区内故障第59页/共88页60/872）区内故障以M侧为例说明工作过程

两侧都是如图标识的逻辑跳闸第60页/共88页61/87区内故障逻辑过程的简单归纳：1）故障时，两侧先启动，并且都发信。2）正方向元件动作——仅停止本侧发信。3）两侧都停信——两侧保护立即跳闸。利用的特征：两侧阻抗均动作，就发跳令。第61页/共88页62/873）需要防止“功率倒向”的影响非故障线#1为负#2为正如果先跳开#1为正#2为负再如果保护2识别“由正变负(功率倒向)”过程慢一些，就可能短时出现：两侧均为正的情况——导致误动。

故障30ms以后，才可能出现“功率倒向”。解决办法：故障30ms以后，如果再满足动作条件，需要延时确认。“功率倒向”第62页/共88页63/874）防振荡影响的对策防功率倒向影响的对策确认40ms与距离I、II段类似，短时开放150ms。第63页/共88页64/87

相差高频保护

利用高频载波信号传输两侧电流的半周信号。

目前，基本上不采用了。其优点几乎都被光纤电流差动保护所涵盖，另外，光差还有其他更多的优点。

相差高频有一个优点优于光差：不必同步采样。

介绍的目的：了解特征的利用。第64页/共88页65/87调制过程可以理解为（仅作为理解）：

高频信号高频第65页/共88页66/87区内故障时

调制

高频信号与电流幅值无关。如图，红色的高频信号(对侧发过来)是经过了传输的衰减所致。

将正半周方波调制成高频信号

出现断续(大于闭锁角)的高频信号，满足动作条件

第66页/共88页67/87外部故障时

调制两侧高频信号衔接起来(高频信号是连续的)，无高频间断，不满足动作条件。

第67页/共88页68/87——动作门槛。考虑TA误差、分布电容等影响因素，并躲不平衡电流、非周期分量。4.4纵联电流差动保护第68页/共88页69/87外部短路最大电流(二次值)非周期分量系数TA同型系数(同型取0.5,不同型取1)10%误差二次电流一次电流理想饱和曲线10%误差第69页/共88页70/87外部短路最大电流(二次值)非周期分量系数TA同型系数(同型取0.5,不同型取1)10%误差二次电流一次电流理想饱和曲线10%误差1)不同型时，最大误差：10%2)同型时,考虑都有误差,最大为：0.5×10%=5%第70页/共88页71/87考虑到：电流互感器的传变误差是随着电流的大小而变化的。为此，更科学的方案是：制动量为浮动的。动作量制动量

在所有电流差动保护中，研究内容之一：制动量如何选择？常用的制动量为：第71页/共88页72/87常用动作方程修改为：

进一步考虑到：电流较小时，误差会使得上式误动。因此，再加入一个最小电流的限定：动作区第72页/共88页73/874.4.2两侧异地电流的同步测量1、基于数据通道（光纤通信）的同步方法假设M侧为主站(基准侧)、N侧为从站(需要调整同步)失步状态主站从站第73页/共88页74/874.4.2两侧异地电流的同步测量1、基于数据通道（光纤通信）的同步方法假设M侧为主站(基准侧)、N侧为从站(需要调整同步)失步状态主站从站第74页/共88页75/87失步状态主站从站在来回路径(路由)一样的条件下，有：于是第75页/共88页76/87两侧同步的步骤：1）从站将发给主站；2）主站利用已知的，求出，再发给从站；3）从站根据进行采用时刻的跳整，实现同步。失步状态主站从站第76页/共88页77/87主站从站不同步时间差第77页/共88页78/87

上述方案是光纤差动保护中最常用的同步方法。应用的前提是：来回路由一样（路径一致）。

如果来回路由不一致，那么，光纤差动保护在正常运行时将出现差电流，这是最大的担忧。解决措施之一：差电流与电流启动同时出现才开放保护。1）仅有差电流——失步或其他原因→告警。2）差电流与电流启动同时出现——故障或TA断线。

☻差电流与两侧电流均启动——故障特征。☻差电流与一侧电流启动、另一侧电压低

——>也是故障的特征。第78页/共88页79/87如果不同步，会误动。2007年7月1日，河南西部较大范围的停电。跳闸下面用实例说明：思考、对策和演