第4章-输电线路纵联保护课件

第4章输电线路纵联保护第4章输电线路纵联保护电流保护、距离保护：仅利用被保护元件一侧的电气量构成保护判据。不可能快速区分本线末端和对侧母线（或相邻线首端）故障。导致II段延时切除，在高压系统中难以满足稳定性对快速切除故障的要求。4.1输电线路纵联保护概述4.1.1引言电流保护、距离保护：4.1输电线路纵联保护概述4.1.1纵联保护：利用某种通信通道同时比较被保护元件两侧电气量（即在线路两侧之间发生纵向的联系）在正常运行与故障时差异的保护。4.1输电线路纵联保护概述4.1.1引言1纵联保护的一般构成框图TATV纵联保护：利用某种通信通道同时比较被保护元件两侧电气量（即在2分类：1)导引线纵联保护（简称导引线保护）2)电力线载波纵联保护（简称载波保护）3)微波纵联保护（简称微波保护）4)光纤纵联保护（简称光纤保护）

按照所利用信息通道的不同，纵联保护分为：2分类：1)导引线纵联保护2)电力线载波纵联保护按照保护动作原理，纵联保护分为：1)方向比较式纵联保护2)

纵联电流差动保护

通道中传送的是逻辑信号，而不是电气量本身。依据所利用电气量的不同又可分为方向纵联保护与距离纵联保护。

通道中传送的是电流波形或代表电流相位的信号。分为纵联电流差动保护和纵联电流相位差动保护。按照保护动作原理，纵联保护分为：1)方向比较式纵联保护24.1.2输电线路短路时两侧电气量的故障特征1．两端电流相量和的故障特征规定：电流的正方向为由母线流向线路两侧电流相量和：1）区内短路时：2）区外短路时：4.1.2输电线路短路时两侧电气量的故障特征1．两端电流1）区内短路时：2两端功率方向的故障特征规定：功率正方向为母线流向线路此时线路两侧功率方向相同，均与正方向一致此时线路两侧功率方向相反2）区外短路时：3）正常运行时：线路两侧功率方向相反4.1.2输电线路短路时两侧电气量的故障特征1）区内短路时：2两端功率方向的故障特征规定：功率正方向3．两端电流相位特征区外短路和正常运行时，两侧电流相位差180°。区内短路时，两侧电流同相位。假定全系统阻抗角相同，两侧电势相位一致4.1.2输电线路短路时两侧电气量的故障特征3．两端电流相位特征区外短路和正常运行时，两侧电流相位差14．两端测量阻抗的特征

区内短路时：短路阻抗，两侧距离Ⅱ段同时启动正常运行时：负荷阻抗，距离Ⅱ段不启动外部短路时：短路阻抗，但一侧为反方向，该侧的距离Ⅱ段不启动

4.1.2输电线路短路时两侧电气量的故障特征4．两端测量阻抗的特征区内短路时：短路阻抗，两侧距离Ⅱ段同4.1.3纵联保护的基本原理

1.纵联电流差动保护故障判别量：两侧电流相量和内部故障特征：其值很大，为短路点电流动作条件：2.方向比较式纵联保护

故障判别量：内部故障特征：动作条件：线路两侧功率方向的异同线路两侧功率方向相同当线路两侧功率方向相同时，保护动作；否则不动作4.1.3纵联保护的基本原理1.纵联电流差动保护故障3．电流相位比较式纵联保护故障判别量：两侧电流相位差内部故障特征：相位差为动作条件：内部短路时两侧电流不能完全同相位，保护的动作区一般如下图所示：4.1.3纵联保护的基本原理

3．电流相位比较式纵联保护故障判别量：两侧电流相位差内部故4．距离纵联保护

构成原理和方向比较式纵联保护相似，只是用阻抗元件替代功率方向元件。优点：减少了方向元件的启动次数，提高了保护的可靠性缺点：后备保护检修时主保护被迫停运4.1.3纵联保护的基本原理

4．距离纵联保护构成原理和方向比较式纵联保护相似（1）环流式正常运行或外部故障时4.2.1导引线通信4.2输电线路纵联保护两侧信息的传送导引线开路：误动导引线短路：拒动（1）环流式正常运行或外部故障时4.2.1导引线通信4.2（2）均压式(电压平衡原理)正常运行或外部故障时导引线开路：拒动导引线短路：误动4.2.1导引线通信（2）均压式(电压平衡原理)正常运行或外部故障时导引线开路：优点：不受系统振荡、非全相运行的影响。简单可靠，维修工作量极少。不足：保护装置的性能受导引线参数和长度影响。4.2.1导引线通信优点：不受系统振荡、非全相运行的影响。简单可靠，维修工作量极阻波器耦合电容器连接滤波器接地开关电缆高频收、发信机4.2.2电力线载波通信1．电力线载波通信的构成“相一地”式载波通道比较经济阻波器耦合电容器连接滤波器接地开关电缆高频收、发信机4.2.(2)

阻波器

(1)

输电线路作用：“阻高频，通工频”4.2.2电力线载波通信载波信号频率(2)

阻波器

(1)

输电线路作用：“阻高频，通阻波器4.2.2电力线载波通信阻波器4.2.2电力线载波通信(3)耦合电容器(4)连接滤波器作用：“通高频，阻工频”起到阻抗匹配的作用，从而减少高频能量的附加衰耗。还起到隔离的作用。(5)高频收、发信机

两种方式：①故障后发信②正常时发信，故障时停信或改变频率(6)接地开关检修连接滤波器时接通开关4.2.2电力线载波通信(3)耦合电容器(4)连接滤波器作用：“通高频，阻耦合电容器连接滤波器连接滤波器耦合电容器4.2.2电力线载波通信耦合电容器连接滤波器连接滤波器耦合电容器4.2.2电力线2.电力线载波通道的特点(1)无中继通信距离长

(2)经济、使用方便

(3)工程施工比较简单可以和输变电工程同期建成3.电力线载波通道的工作方式(1)正常无高频电流方式

（故障启动发信的方式），我国主要采用这种方式(2)正常有高频电流方式（长期发信方式）(3)移频方式4.2.2电力线载波通信2.电力线载波通道的特点(1)无中继通信距离长(2)经4.电力线载波信号的种类（1）闭锁信号（2）允许信号（3）跳闸信号4.2.2电力线载波通信（来自对端）（来自对端）（来自对端）4.电力线载波信号的种类（1）闭锁信号（2）允许信号4.2.3微波通信1构成2微波通信纵联保护的优点

（与电力线高频载波保护相比）(1)独立的信道，输电线路的干扰不影响通信系统；通道的检修不影响线路运行。(2)传递的信息容量增加、速率加快。(3)受外界干扰的影响小，可靠性高。(4)输电线路的任何故障都不会使通道工作破坏。缺点：微波通道价格较贵（视线距离内传送，需微波中继站）。4.2.3微波通信1构成2微波通信纵联保护的优4.2.4光纤通信1.光纤通信的构成4.2.4光纤通信1.光纤通信的构成4.2.4光纤通信4.2.4光纤通信2．光纤通信的特点(1)通信容量大(2)节约大量金属材料(3)保密性好，敷设方便，不怕雷击，无感应性能，不受外界电磁干扰，抗腐蚀和不怕潮。不足：长距离通信时，要用中继器及其附加设备；当光纤断裂时不易找寻或连接。4.2.4光纤通信2．光纤通信的特点(1)通信容量大(2)节约大量金属材料4.3.2闭锁式方向纵联保护1．闭锁式方向纵联保护的工作原理

闭锁信号闭锁信号4.3方向比较式纵联保护4.3.1工频故障分量的方向元件要点：功率方向为负的保护向本线路另一侧的保护发闭锁信号。功率方向为正且未收到闭锁信号的保护跳闸。4.3.2闭锁式方向纵联保护1．闭锁式方向纵联保护的工作2．闭锁式方向纵联保护的构成

功率正方向元件高电流定值电流启动停信元件低电流定值电流启动发信元件BC段短路保护3、4的KA1启动发信，但KW+输出1，KA2输出也为1，Y1输出1，t2后跳闸并停止发信11111对端闭锁信号传输需要一定时间到达本端，防止本端因收不到闭锁信号导致误动。功率方向为正且未收到闭锁信号的保护跳闸。2．闭锁式方向纵联保护的构成功率正方向元件高电流定值电流启2．闭锁式方向纵联保护的构成

功率正方向元件高电流定值电流启动停信元件低电流定值电流启动发信元件BC段短路保护2的KA1启动发信，但KW+输出0，Y1输出0，发信机不停信，且不跳闸10100功率方向为正且未收到闭锁信号的保护跳闸。2．闭锁式方向纵联保护的构成功率正方向元件高电流定值电流启2．闭锁式方向纵联保护的构成

功率正方向元件高电流定值电流启动停信元件低电流定值电流启动发信元件BC段短路保护1的KA1、KA2、KW+均启动，Y1输出1，停止发信，是否跳闸取决于是否收到2的闭锁信号（t2时间内）。11111功率方向为正且未收到闭锁信号的保护跳闸。2．闭锁式方向纵联保护的构成功率正方向元件高电流定值电流启4.3.3闭锁式距离纵联保护方向比较式纵联保护不能作为变电站母线和下级相邻线路的后备。因此可将其和距离保护结合。距离Ｉ段距离II段距离III段4.3.3闭锁式距离纵联保护方向比较式纵联保护不能作为4.3.4影响方向纵联保护正确工作的因素及应对措施

1非全相运行对负序方向纵联保护的影响及应对措施4.3.4影响方向纵联保护正确工作的因素及应对措施

1负序方向元件的动作条件：防止其误动的措施：采用线路侧电压负序方向元件的动作条件：防止其误动的措施：采用线路侧电压2功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对措施最不利情况：QF3先于QF4跳闸。QF3跳闸前：线路L2：M侧功率负，N侧功率正。1向2发闭锁信号，QF1和QF2不跳闸124.3.4影响方向纵联保护正确工作的因素及应对措施2功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对措施最不利QF3跳闸后：线路L2：M侧功率正，N侧功率负，功率倒向。2向1发闭锁信号，但信号有延时，在M侧未收到闭锁信号前可能误动作跳开QF1。122功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对措施4.3.4影响方向纵联保护正确工作的因素及应对措施QF3跳闸后：122功率倒向对方向比较式纵联保护的影响应对措施：发信元件动作后延时t1返回。即保护1功率反向后不是立即停止发信，而是t1后停止发信，保护1、2均收到此信号，从而不会误动作。122功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对措施4.3.4影响方向纵联保护正确工作的因素及应对措施应对措施：发信元件动作后延时t1返回。122功率倒向对3分布电容对负序方向纵联保护的影响及应对措施影响：当TV接于线路上时，由于电容电流的影响会使负序方向纵联保护误动措施：增大定值或增加延时；在保护装置中加进消除分布电容影响的补偿措施3分布电容对负序方向纵联保护的影响及应对措施影响：当TV接4.4.1纵联电流差动保护原理4.4纵联电流差动保护1工作原理电流差动保护正常或外部短路内部短路电流相位差动保护正常或外部反相内部短路同相4.4.1纵联电流差动保护原理4.4纵联电流差动保护正常运行及外部故障时，差动继电器KD中的电流为不平衡电流工程上电流互感器二次侧电流差动保护判据电流互感器同型系数非周期分量系数正常运行及外部故障时，差动继电器KD中的电流为不平衡电流工程2纵联电流差动保护的整定计算采用不带制动特性的差动继电器时1）2）取1、2中大者灵敏度：躲过外部短路时最大不平衡电流躲过最大负荷电流动作方程：2纵联电流差动保护的整定计算采用不带制动特性的差动继电器带有制动特性的差动继电器采用不带制动特性的差动继电器，区内故障时灵敏度低。

可以采用浮动门坎（制动特性）。1）2）3）制动电流的选取：带有制动特性的差动继电器采用不带制动特性的差带有制动特性的差动继电器动作方程：动作特性：不带制动特性时灵敏度低灵敏度高带有制动特性的差动继电器动作方程：动作特性：不带制动特性时灵4.4.2两侧电流的同步测量数据同步的含义(1)两侧的采样时刻同步。(2)使用两侧相同时刻的采样数据计算差动电流。难题：如何保证两个异地时钟时间的统一和采样时刻的同步。常用方法：(1)基于数据通道的同步方法(2)基于GPS同步时钟的同步方法。4.4.2两侧电流的同步测量数据同步的含义4.4.2两侧电流的同步测量1基于数据通道的同步方法——采样时刻调整法(1)通道延时的测定（正式采样同步前）(2)主站时标与从站时标的核对

延时测得后，从站根据主站时标修改自己的时标。tm1：主站发送信息tr2：主站收到返回信息主站采样时刻点从站采样时刻点4.4.2两侧电流的同步测量1基于数据通道的同步方法——(3)采样时刻的调整:(3)采样时刻的调整:为使两侧采样保持同步，常采用的稳定调整方式：2基于具有统一时钟的同步方法为使两侧采样保持同步，常采用的稳定调整方式：2基于具有统一4.4.3纵联电流相位差动保护1工作原理

利用被保护元件两侧电流在区内短路时几乎同相、区外短路时几乎反相的差异，构成电流相位差动保护。分析时，假定全系统阻抗角相同，两侧电势相位一致。规定电流正方向为母线指向线路。4.4.3纵联电流相位差动保护1工作原理M侧N侧M侧N侧M侧N侧M侧N侧区外故障输电线上高频信号连续输电线上高频信号不连续区外故障正半周启动发信正半周启动发信M侧N侧M侧N侧M侧N侧M侧N侧区外故障输电线上高频信号连续单频制闭锁式电流相位差动保护原理框图反应对称故障反应不对称故障4.4.3纵联电流相位差动保护正半波时，发出连续高频电流，负半波时不发高频电流。单频制闭锁式电流相位差动保护原理框图反应对称故障反应不对称故2纵联电流相位差动