第4章-电网的纵联保护

2025/7/27第4章电网的纵联保护1第4章电网的纵联保护2025/7/27第4章电网的纵联保护2要求:

掌握电网纵联保护工作原理

知识点:掌握全线速动保护概念与双侧测量保护原理了解各种通道组成掌握纵联保护分类及相应保护的工作原理了解新型方向元件判据及特点学习微机型纵联保护原理框图2025/7/27第4章电网的纵联保护34.1纵联保护的原理与分类全线速动保护与双侧测量原理纵联保护分类2025/7/27第4章电网的纵联保护4全线速动保护与双侧测量原理全线速动保护：继电保护无时限地切除线路上任一点发生的故障在高压输电线路上，为了保证电力系统运行的稳定性，需要配置全线速动保护前面学习的电流保护、方向电流保护、零序电流保护、距离保护均为“单侧测量〞保护。即保护判据均来自线路一侧的电流、电压。2025/7/27第4章电网的纵联保护5“单侧测量〞保护无法实现全线速动因为“单侧测量〞保护不利用动作时间那么无法区分本线末与下线始端故障k1、k2故障时保护P测量的电流、电压几乎一样2025/7/27第4章电网的纵联保护6“双侧测量〞保护工作原理a.以基尔霍夫电流定律为根底的电流差动保护忽略了线路电容电流2025/7/27第4章电网的纵联保护7b.比较线路两侧电流相位关系的相位差动保护线路两侧电流相位相近内部故障2025/7/27第4章电网的纵联保护8c.比较两侧线路保护故障方向判别结果，纵联方向保护线路两侧保护均判为正向故障内部故障2025/7/27第4章电网的纵联保护9纵联保护特点：

两侧保护需要通道联系

两侧保护必须双侧同时工作

纵联保护判据具有“绝对选择性〞，区内、外故障时保护判据有明显差异纵联保护在区外故障时不动作，没有远后备作用

2025/7/27第4章电网的纵联保护104.1.2纵联保护分类〔1〕按通道类型分类〔a〕导引线：两侧保护电流回路由二次电缆连接起来，用于线路纵差保护。敷设、维护困难，仅用于特殊的10km以下短线路上，实际使用较少。〔b〕载波通道：使用电力线路构成载波通道，用于高频保护。2025/7/27第4章电网的纵联保护11〔c〕微波通道：用于微波保护。目前迅速开展，正大量取代载波通道2025/7/27第4章电网的纵联保护12〔2〕按保护原理分类目前实际应用的纵联保护有3种：纵联方向保护方向原理纵联距离、零序保护电流差动原理纵联差动保护※两侧保护均判为正向故障－－内部故障※纵联保护采用专用的方向元件判别故障方向※纵联保护利用距离中的方向阻抗元件及零序电流保护中的零序方向元件判别故障方向2025/7/27第4章电网的纵联保护13〔3〕按通道传送信息含义分类闭锁信号N侧保护判断故障为反向故障，闭锁本侧纵联保护同时发出信号闭锁对侧〔M侧〕保护，纵联保护收到信号即闭锁，信号的含义为“闭锁〞。2025/7/27第4章电网的纵联保护14允许信号两侧保护判断故障为正向故障后，同时向对侧保护发出允许信号。本侧保护判断故障为正向后还必须收到对侧保护发的允许信号，信号的含义为“允许〞。2025/7/27第4章电网的纵联保护15跳闸信号两侧保护Ⅰ段动作跳开本侧断路器，同时向对侧保护发出跳闸信号。收到对侧信号立即跳闸，信号的含义为“跳闸〞。只要两侧保护Ⅰ段动作区均超过50％线路全长，即可构成远跳式全线速动保护。2025/7/27第4章电网的纵联保护164.2纵联保护通道1.导引线二次电缆联系线路两侧保护的电流回路敷设困难；检测、维护通道困难；电流互感器二次阻抗过大导致误差增大。问题：导引线为通道的电流差动保护较少用于线路保护，广泛用于变压器、发电机、母线等元件保护。本书第9、10、11章将详细讨论。2025/7/27第4章电网的纵联保护172.载波通道有线通信，50-400kHz1.阻波器6.接地刀闸5.保护间隙4.电缆2.耦合电容器3.结合滤波器相－地制载波〔高频〕通道2025/7/27第4章电网的纵联保护18收发信机原理框图发信机产生基准频率fb如1024kHz获得载波频率fo获得基准频率如0.25kHz调制2025/7/27第4章电网的纵联保护19收信机96kHz100kHz104kHz收到假设干信号，例如：本机f0＝100kHzfM＝12kHz，f1＝112kHz与112kHz混频16kHz、208kHz……12kHz、212kHz……8kHz、216kHz……12kHz滤波12kHz混频后得到f1－f，f1＋f，f1＋2f，……此信号对应收信频率100kHzf2025/7/27第4章电网的纵联保护20“短时发信〞与“长期发信〞方式短时发信：继电保护不启动时，发信机功放电源不投入发信机工作轻松。需要人工定期检查通道完好长期发信：发信机始终投入，对发信机质量要求高长期监视，容易发现通道问题2025/7/27第4章电网的纵联保护21“单频制〞与“双频制〞“单频制〞两侧发信机和收信机均使用同一个频率，收信机收到的信号为两侧发信机信号的叠加“双频制〞两侧发信机和收信机均使用两个频率，收信机仅收到对侧发信机的信号2025/7/27第4章电网的纵联保护22调幅与移频键控〔FSK〕调幅以“有〞、“无〞方式传递高频信号FSK以改变频率的方式传递高频信号专用方式：高频保护单独使用一台收发信机。国产220kV保护常采用专用方式与复用方式复用方式：采用音频接口接至通信载波机，与远动通信复用收发信机。进口500kV保护常采用2025/7/27第4章电网的纵联保护23功率绝对电平（dBm），P0＝1mW

电平的概念功率相对电平

（dB）

输入20W增益0.5输出20W×0.5＝10W输入43dBm增益-3dB输出43-3＝40(dBm)乘除计算加减计算电平是高频信号传输中广泛使用的一种衡量信号强度的计量单位2025/7/27第4章电网的纵联保护24微波通道容量大，不存在通道拥挤问题，不受线路故障影响3.微波通道无线通信方式采用频率为2000MHz、6000～8000MHz设备昂贵，每隔40～60km需加设微波中继站，维护困难，仅在个别载波通道应用确实困难的线路上用于纵联保护。2025/7/27第4章电网的纵联保护253.光纤通道01暗亮暗亮01通道通信容量大，不受电磁干扰除了用于纵联保护，更为广泛地用于电力系统通信领域假设条件许可，纵联保护首选光纤通道2025/7/27第4章电网的纵联保护26专用光纤方式连接：保护单独使用一个光纤通道数字复接方式连接：保护与通信复用光纤通道2025/7/27第4章电网的纵联保护274.3纵联差动保护导引线保护差动保护原理判据为差动电流difference等效按“差动〞定义理解按“基尔霍夫电流定律〞理解2025/7/27第4章电网的纵联保护28线路正常运行及外部故障时，假设忽略误差

线路内部故障时，

纵差保护判据：

为故障点电流，差动保护关键问题：不平衡电流什么是不平衡电流？一次电流相等，二次电流之差不为零不平衡电流如何产生？两侧TA误差不一致2025/7/27第4章电网的纵联保护29TA励磁电流TA误差TA励磁电流差异差动保护不平衡电流不平衡电流经验公式同型系数TA误差一次电流TA变比2025/7/27第4章电网的纵联保护30光纤分相差动保护※使用光纤通道※采用差动保护原理※采用“比率制动〞特性－－难点，关键※线路较长时考虑电容电流补偿首先讨论制动问题及电容电流问题再介绍光纤分相差动保护组成及原理框图2025/7/27第4章电网的纵联保护31问题1：什么是“比率制动〞特性？动作电流不是固定值动作方程：

制动电流2025/7/27第4章电网的纵联保护32外部故障情况短路电流穿越M、N侧保护0.510％只要Kres>0.025，动作电流比不平衡电流增长快始终有Id<Iact，不会误动2025/7/27第4章电网的纵联保护33内部故障情况只要Id>Iset，保护即可动作2025/7/27第4章电网的纵联保护34采用“比率制动〞优点同样保证外部故障不误动情况下，内部故障时动作电流小，灵敏度高外部故障无制动特性时整定电流KrelIunb.max有制动特性时整定电流Iset内部故障2025/7/27第4章电网的纵联保护35比率制动特性广泛用于各种差动原理保护：线路纵联差动保护〔纵差保护〕；变压器纵差保护；第7章发电机纵差保护；第7章母线差动保护〔母差保护〕；第7章学习时注意比较2025/7/27第4章电网的纵联保护36

问题2：电容电流如何考虑？线路电容电流对于差动保护属于不平衡电流，整定时应躲过实测线路电容电流值。电容电流较大时可以进行电容电流补偿，补偿时从差动电流中扣除电容电流2025/7/27第4章电网的纵联保护37光纤分相差动保护根本构成

保护总起动元件：起动后开放保护出口电源7秒变化量相间电流浮动门坎固定门坎反响相间工频变化量反响零序电流或2025/7/27第4章电网的纵联保护38

保护差动元件组成：零序电流差动元件；线路两侧零序电流差动稳态分相差动元件；线路两侧相电流差动变化量分相差动元件，取相电流的工频变化量进行计算。差动元件之间逻辑关系为“或〞2025/7/27第4章电网的纵联保护39

差动保护原理框图2025/7/27第4章电网的纵联保护40起动动作动作收信内部故障，以A相接地为例动作2025/7/27第4章电网的纵联保护41TA断线，闭锁差动保护(以A相断线为例〕动作闭锁D5关闭对侧保护不动作闭锁动作2025/7/27第4章电网的纵联保护42通道异常情况，闭锁差动保护动作闭锁D5关闭2025/7/27第4章电网的纵联保护43本侧三相跳闸时,如果发生故障，例如对侧手合于故障线路保护不起动，不向对侧保护发“差动保护动作信号〞收不到对侧保护发“差动保护动作信号“，保护无法跳闸专门设置回路解决此问题2025/7/27第4章电网的纵联保护44本侧三相跳闸情况,以A相接地为例本侧三跳动作不起动动作向对侧发差动动作信号使对侧保护能跳闸2025/7/27第4章电网的纵联保护454.4纵联方向保护根本原理：两侧保护均判为正向故障即为内部故障实现方式：“闭锁式〞或“允许式〞

新型方向元件工作原理纵联方向保护根本原那么

纵联方向保护原理框图2025/7/27第4章电网的纵联保护46“闭锁式〞工作原理保护起动，判为反向故障发信单频制收信为两侧发信叠加收信闭锁两侧保护外部故障，近故障侧发闭锁信号内部故障，两侧均不发闭锁信号2025/7/27第4章电网的纵联保护47“允许式〞工作原理保护起动，判为正向故障发信双频制仅能收到对侧信号本侧判正向故障且收到对侧信号内部故障，跳闸M侧判正向，但无N侧允许信号N侧收到M侧允许信号，但本侧判反向内部故障，两侧均发允许信号2025/7/27第4章电网的纵联保护48※基于变化量原理的方向元件

新型方向元件工作原理以电压、电流变化量构成判据与第6章工频变化量阻抗继电器分析一样，电路模型为故障后状态减去故障前状态〔a〕－〔b〕有2025/7/27第4章电网的纵联保护49研究故障附加状态中正序量

800800得到动作方程：

2025/7/27第4章电网的纵联保护50系统、线路负序阻抗与正序阻抗近似相等，负序变化量也可利用正向故障时Zs较小时△U较小，应当进行补偿2025/7/27第4章电网的纵联保护51当最大运行方式下ZS/ZL>0.5时，ZCOM＝0引入补偿阻抗ZCOM当最大运行方式下ZS/ZL<0.5时，ZCOM＝0.5Zset正方向元件ΔF+的测量相角为：正向故障时接近1800，反向故障时接近00。2025/7/27第4章电网的纵联保护52反方向元件ΔF-的测量相角为：反向故障Zs较小对反向元件无影响，不需要补偿2025/7/27第4章电网的纵联保护53工频变化量方向元件小结反方向元件ΔF-正方向元件ΔF＋正向故障反向故障180000001800动作动作不动作不动作2025/7/27第4章电网的纵联保护54※基于暂态分量能量积分的方向元件能量函数基于暂态分量能量积分的方向元件与基于变化量原理的方向元件

工作原理是一致的，算法不同2025/7/27第4章电网的纵联保护55纵联方向保护根本原那么※起动元件设置设两套起动元件分别起动发信以及开放跳闸回路，低定值元件起动发信回路；高定值元件开放跳闸回路，单套起动元件存在的问题M侧保护单侧工作，误动纵联保护不能单侧工作2025/7/27第4章电网的纵联保护56当外部故障切除后低定值元件应该延时返回，继续发信一段时间。M侧保护失去闭锁，误动2025/7/27第4章电网的纵联保护57※远方起动收到对侧信号而本侧起动发信元件未起动时，由收信起动本侧发信回路。〔2〕方便手动检查通道远方起动有如下作用：〔1〕更加可靠地防止纵联保护单侧工作当一侧纵联保护低定值元件损坏时仍能依靠远方起动回路起动发信。可以由线路任一侧变电所运行人员单独进行通道检查2025/7/27第4章电网的纵联保护58※延时保护停信保护停信：闭锁式保护正方向元件动作时，停止发出闭锁信号。纵联保护起动后无论正反向故障，连续发信8ms用于远方起动。8ms后根据方向元件动作情况决定是否停信。闭锁式纵联保护收信示意图2025/7/27第4章电网的纵联保护59

纵联方向保护原理框图以闭锁式为例程序流程图2025/7/27第4章电网的纵联保护60正常运行程序框图手动起动保护起动收信远方起动发信当本侧断路器翻开或处于弱电源侧时延时100ms远方起动防止本侧保护不判别为正向故障时误发闭锁信号，闭锁对侧保护2025/7/27第4章电网的纵联保护61手动检查通道情况检查收信电平检查是否有拍频检查发信电平2025/7/27第4章电网的纵联保护62故障测量程序原理框图2025/7/27第4章电网的纵联保护63〔b〕其他保护停信〔T5、D