电力系统继电保护技术 第4版 课件 第5章 输电线路的全线快速保护

第5章全线快速保护

利用电流、阻抗原理构成的保护，是将被保护线路一端的电气量引入保护装置，单端测量的保护不能快速区分本线路末端和对侧母线故障，为保证保护的选择性，I段保护不能保护线路全长，如距离保护的第I段，最多也只能瞬时切除被保护线路全长的80%-85%范围以内的故障，线路其余部分发生的短路，则要靠带时限的保护来切除，保护不能实现全线速动。在220kV及以上电压等级的电力系统中难于满足系统稳定性的要求。5.1输电线路差动保护原理及分类5.1输电线路差动保护原理及分类输电线的纵联差动保护（习惯简称纵差保护）就是用某种通信通道将输电线两侧的保护装置纵向连接起来，将各侧的电气量（电流、功率的方向等）传送到对侧，将两侧的电气量比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外，从而决定是否切断被保护线路。该保护是一种快速保护，其保护范围就是本线路的全长。5.1输电线路差动保护原理及分类将一侧的电气量或其用于被比较的特征传送到对侧可以根据不同的信息传送通道条件，采用不同的传输技术。比较被保护线路两端不同电气量的差别构成不同原理的纵差保护。5.1输电线路差动保护原理及分类1.按照所利用通道类型分类按通导分类：导引线通道，电力线载波通道，微波通道，光纤通道。保护按通道相应命名：导引线纵差，载波保护，微波保护，光纤保护。按保护原理分类：方向比较式纵差保护，纵联电流差动保护。原理：被保护线路上发生短路和被保护线路外短路，线路两侧电流大小和相位是不相同的。通过比较线路两侧电流大小和相位，可以区分是线路内部短路，还是线路外部短路。1、纵联差动保护的基本原理构成要求：线路两侧的电流互感器型号、变比完全相同，性能一致。辅助导引线将两侧的电流互感器二次侧按环流法连接法。5.2输电线路的纵量差动保护2、工作原理（1）线路正常运行或外部短路时，流入差动回路电流为5.2输电线路差动保护理想情况：实际上：两侧互感器的性能不可能完全相同，电流差不等于零，会有一个不平衡电流。（2）内部故障时5.1线路差动保护

，有很大的电流流入差动继电器，保护动作，断开线路两侧断路器，切除短路故障。（3）不平衡电流1）稳态不平衡电流5.2线路差动保护

由于电流互感器总是具有励磁电流，且励磁特性不完全相同。同一生产厂家相同型号，相同变比的电流互感器也是如此。2）暂态不平衡电流5.2线路差动保护原因：由于非周期分量对时间变化率远小于周期分量，故非周期分量很难变换到二次侧，但却使铁芯严重饱和，导致励磁阻抗急剧下降，励磁电流剧增，从而使二次电流的误差增大。结论：暂态不平衡电流要比稳态不平衡电流大得多，并且含有很大的非周期分量。5.2线路差动保护外部短路时的不平衡电流：短路电流不平衡电流5.2线路差动保护4、整定计算（1）按躲过最大不平衡电流整定（2）按躲过电流互感器断线条件灵敏度：5.2线路差动保护5、利用故障分量的电流差动保护从故障信息观点看，电流纵差保护最为理想。因为差动回路的输出电流反映着被保护对象内部的信息。假设被保护对象内部故障，并规定电流正方向为母线指向被保护对象，则两侧电流分别为5.2线路差动保护差动回路的输出电流为因为差动电流为结论：在差动回路中完全消除了非故障状态下的电流。不论非故障状态多么复杂，纵差保护具有精确提取内部故障分量的能力。即在电流纵差保护中用故障分量的电流和直接用故障后的实际电流来提取故障分量是完全相同的。5.2线路差动保护

所谓平行线路，是指线路长度，导电材料等都相同的两条并列连接的线路，通常两条线路并联运行，只有在其中一条线路发生故障时，另一条线路才单独运行。这就要求保护在平行线路同时运行时能有选择地切除故障线路，保证无故障线路正常运行。

1、平行线路内部故障特点5.3平行线路差动保护正常运行或区外短路时：内部短路时：线路1短路时：≥0线路2短路时:≤05.3平行线路差动保护结论：电流差是否为零可作为平行线路有无故障的依据。判断故障线路则需要判断电流差的方向，以此原理去实现的差动保护称为横联差动方向保护。5.3平行线路差动保护2、横联差动方向保护KA1、KP1动作，断开闭锁KA2、KP3动作，断开5.3平行线路差动保护相继动作区：5.3平行线路差动保护整定计算：1）躲过单回线路运行时的最大负荷电流2）躲过双回线路最大不平衡电流5.3平行线路差动保护

3）躲过在相继动作区内发生接地短路故障时，流过本侧非故障相最大短路的电流取上述三条件最大值为整定值。3、电流平衡保护5.3

平行线路差动保护工作原理：是比较平行线路上的电流大小，从而有选择性的切除故障线路。注意事项：在电源侧才能采用电流平衡保护。5.3电流平衡保护

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主讲人：许建安5.4输电线路高频保护

线路纵联差动保护只适用于短线路，对于长线路纵联差动保护不能采用。

广义高频保护就是很好解决了纵联差动保护的辅助导引线问题的一类保护。随着解决方式的不同，称谓也不一样，即高频保护、微波保护、光纤保护等。5.4输电线路高频保护（1）高频保护构成5.4输电线路高频保护（2）微波保护5.4输电线路高频保护（3）光纤保护构成5.4输电线路高频保护（1）高频通道“相-地”制高频通道的构成。5.4输电线路高频保护高频阻波器作用：由电感和电容构成的并联谐振回路，它串联在线路两端，从而将高频信号限制在被保护线路上传递，而不致分流到其他线路上去。5.4输电线路高频保护

耦合电容器的作用：将低压高频设备输出的高频信号耦合到高压线路上。5.4输电线路高频保护连接滤波器：绕组匝数可以调节的变压器。在其连接高频电缆的一侧串接电容器，连接滤波器与耦合电容器共同组成高频串联谐振回路，让高频电流顺利通过。5.4输电线路高频保护高频电缆：用来连接高频收、发信机与连接滤波器。5.4输电线路高频保护在检查调试高频保护时，应将接地刀闸合上，以保证人身安全。放电间隙用以防止过电压对收、发信机的伤害。5.4输电线路高频保护收、发信实际为一体机，收信部分具有放大、解调接收的高频信号的作用。

5.4输电线路高频保护启动方式:故障启动发信长时发信移频发信5.4输电线路高频保护（2）高频信号与高频电流关系故障启动方式：电力系统正常运行时收发信机不发信，通道中无高频电流。当电力系统故障时，起动元件启动收发信机发信。

优点：对邻近通道的影响小，可以延长收发信机的寿命。缺点：必须有启动元件，且需要定时检查通道是否良好。5.4输电线路高频保护长期发信方式：电力系统正常运行时，收发信机连续发信，高频电流持续存在，用于监视通道是否完好。而高频电流的消失代表高频信号。优点：通道的工作状态受到监视，可靠性高。缺点：增大了通道间的干扰，并降低了收发信机的使用年限。5.4输电线路高频保护移频发信方式:正常运行时发出频率的高频电流，用于监视通道。故障时，收发信机发出频率为的高频电流,频率为的高频电流代表高频信号。（3）高频信号的作用5.4输电线路高频保护闭锁信号是阻止保护动作于跳闸的信号。换言之，无闭锁信号是保护作用于跳闸的必要条件。

允许信号是允许保护动作于跳闸的信号。有允许信号是保护动作于跳闸的必要条件。5.4输电线路高频保护跳闸信号是直接引起跳闸的信号,收到跳闸信号是跳闸的充要条件。3、高频闭锁方向保护5.4输电线路高频保护原理：根据被保护线路两侧的方向元件分别对短路的方向作出判断，并利用高频信号作出综合判断，进而决定是否跳闸的一种保护。发信方式：国内广泛应用的高频闭锁方向保护用故障启动发信方式，并规定线路两端功率由母线指向线路为正方向，由线路指向母线为反方向。要求：故障时在启动元件灵敏度范围内应可靠启动发信及启动保护。5.4输电线路高频保护方向元件：正向时使高频收、发信机停信。反向时，高频收、发信机继续发信。电力系统正常运行时，启动元件不启动，高频收、发信机不发信，保护不开放。5.4输电线路高频保护当BC线路故障时：线路AB、BC上的高频保护均分别起动发信。5.4输电线路高频保护保护1方向元件判断正方向，与门有输出，经t2延时使本侧高频收、发信机停信，另一方面经禁止门2准备出口跳闸。因保护2的方向元件判断故障为反方向，与门无输出，高频收、发信机连续发出高频信号，闭锁本侧保护。

记忆元件KT1的作用是防止外部故障切除后，近故障点侧的保护启动元件先返回停止发信，而远故障点侧的启动元件和功率方向元件后返回，造成保护误动作跳闸。5.4输电线路高频保护4、相差高频保护原理：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，称为相差高频保护。

假设：线路两侧的电势同相，系统各元件的阻抗角相同（实际上有差别的）。5.4输电线路高频保护5.4输电线路高频保护

为实现比相，须把线路对端的电流的信号传送到本端且能代表原工频电流的相位，由比相系统给出比较结果。若两侧电流相位差近于0°时，保护判断为被保护范围内部故障，应瞬时动作切除故障。若两侧流相位差接近于180°时，保护判断为外部故障，应可靠将保护闭锁。5.4输电线路高频保护

当短路电流为正半周时，高频发信机发出高频信号，而在负半周时则不发出信号。

当被保护范围内部故障时，由于两侧同时发出高频信号，也同时停止发信。在两侧收信机收到的高频信号是间断的。

当被保护范围外部故障时，由于两侧电流相位相差180°，线路两侧的发信机交替工作，收信机收到的高频信号是连续的高频信号。5.4输电线路高频保护5.4输电线路高频保护结论：（区内故障）两侧收信机收到的高频信号重叠约10ms，保护瞬时动作跳闸。即使内部故障时高频通道遭破坏，不能传送高频信号，但收信机仍能收到本侧发信机发出的间断高频信号，因而不会影响保护跳闸。保护区外故障：两侧的收信机收到的高频信号是连续的，线路两侧的高频信号互为闭锁，使两侧保护不能跳闸。5.4输电线路高频保护小结：1）高频闭锁方向保护是比较线路两侧功率方向，两侧均为正方向时保护动作；有一侧为反方向时，闭锁保护。2）相差高频保护是比较线路两侧电流的相位，相位相近时保护动作；反相时保护闭锁。发信方式：故障发信、长期发信、移频发信。5.4输电线路高频保护高频信号：跳闸信号、允许信号、闭锁信号。高频电流与高频信号关系：长期发信，高频电流消失代表高频信号。故障发信，高频电流代表高频信号。移频信号：高频电流代表高频信号。5.4输电线路高频保护光纤通道容量大、抗腐蚀、敷设及检修方便，可节省大量有色金属；可解决纵联保护中导引线保护及高频保护的通道易受电磁干扰、高频信号衰耗等问题。1.架空地线复合光缆（OPGW）的结构、特征5.5光纤差动保护

复合光缆地线具有2种功能，一是作为输电线路的避雷线；二是通过复合在地线中的光纤，是传送光信号的介质，可传送音频、视频、数据和各种控制信号，组建多路宽带通信网。

2.光纤通信的特点1）通信容量大。2）节约大量金属材料

5.5光纤差动保护3）光纤通信还有保密性好，敷设方便，不怕雷击，不受外界电磁干扰，抗腐蚀和不怕潮等优点。

4）光纤最重要的特性之一是无感应性能，因此利用光纤可以构成无电磁感应的、极为可靠的通道。

3、光纤保护的组成5.5光纤差动保护由故障判别元件（继电保护部分）和信号传输系统（PCM端机、光端机以及光缆通道）组成PCM端机由PCM调制器和PCM解调器组成。PCM(PulseCodeModulation)调制器的原理是脉冲编码调制。5.5光纤差动保护光端机:两侧装置中,每一侧光端机包括光发送部分和光接收部分。光发送部分由试验信号发生器、PCM码放大器、驱动电路和发光管LED组成。

光缆:由光纤组成，光纤是一种很细的空心石英丝或玻璃丝,直径仅为。继电保护部