输电线路纵联保护

1、第4章输电线路纵向保护，回到总目录，电流、电压保护和距离保护仅反映被保护线路一侧的功率。为了获得选择性，瞬时故障范围只能是被保护线路的一部分。即使是性能较好的距离保护，也只能保护单侧电力线上线路总长的80%左右，双侧电力线上线路总长的60%左右。当受保护线路的其余部分出现故障时，只能通过延迟保护将其移除。许多重要的高压输电线路不允许这样做。为了电力系统的安全和稳定，需要设置一个保护装置，及时切断线路上任何地方的故障。输电线路的纵向保护就是在这种背景下产生的。因此，仅通过反映线路一侧的电气量是不可能区分线路末端与对侧母线(或相邻线路的起点)之间的故障的，而仅通过反映线路两侧的电气量是可能区分上述

2、两种故障的，从而达到有选择地快速切断整条线路故障的目的。因此，有必要将电量信息从线路的一侧传输到另一侧，即在线路的两侧之间存在纵向连接。这种保护装置称为输电线路纵向保护。4.1输电线路纵联保护的基本原理和类型4.2先导线路纵联保护4.3输电线路高频保护的基本概念4.4定向高频保护的思想和实践， 本章内容4.1输电线路纵向保护的基本原理和类型仅通过反映线路一侧的电量是不可能区分该线路末端和相对母线(或相邻线路的起点)之间的故障的。因此，有必要将电量信息从线路一侧传输到另一侧，即在线路两侧之间进行纵向连接。 这种保护装置称为输电线路纵向保护。4.1.1输电线路纵向保护的基本原理4.1输电线路纵向保

3、护的基本原理和类型如图4.1所示，当输电线路k1发生短路故障时，流经线路两侧断路器的故障电气图4.1输电线路纵向保护的基本原理示意图如图中实线箭头所示从母线流向线路(规定从母线流向线路的电流或功率为正，反之亦然)。当短路发生在传输线MN外部时(如图中的k2所示)，流经MN侧的电流由图中的虚线箭头所示，M侧的电流为正，N侧的电流为负。该保护装置利用线路内部短路时两侧电流方向同相，线路外部短路时电流方向相反的特点，通过直接或间接比较线路两侧的电流(或功率)方向，可以区分是内部故障还是外部故障。即、4.1输电线路纵联保护的基本原理和类型，纵联保护的基本原理是：当线路内任何地方发生故障时，线路两侧的电

4、流方向(或功率)为正，两侧的保护装置动作，使两侧的断路器立即跳闸；当线路外发生短路时，两侧的电流(或电源)方向相反，保护不起作用。这种保护可以无时限切断全线故障，理论上是绝对选择性的。4.1输电线路纵联保护的基本原理和类型为了在两侧交换电量信息，输电线路纵联保护需要使用通道。使用的通道不同，器件原理、结构、性能和应用范围也有很大差异。根据所使用的不同通道，输电线路纵联保护可分为以下四种类型(通常以此命名):(1)纵联线路纵联保护(简称纵联线路保护)。(2)电力线载波导频保护(简称高频保护)。(3)微波纵向传播、4.1.2输电线路纵联保护的基本类型、4.1输电线路纵联保护的基本原理和类型、4.2

5、.1纵联保护的基本原理、纵联保护是最简单的纵联保护，简称为纵联保护。它使用辅助导线或引导线作为通道，在受保护线路的一侧通过引导线传输当前状态。导线传输的电流状况可分为两类，一类是传输电流的大小(瞬时值)，另一类是传输电流的方向。根据传输电流的大小(瞬时值)，区分是内部短路还是外部短路相对简单，目前已被广泛使用。然而，根据传输电流的方向，很难区分是内部短路还是外部短路，目前很少使用。首先，以一条很短的线路为例，简要说明了纵联保护的基本原理。如图4.2所示，在m线和n线两侧安装特性和变比相同的电流互感器，两侧电流互感器一次回路的正极性放在靠近母线的一侧，相同极性的二次回路的端子相连，差动继电器KD

6、并联在电流互感器的二次端子上。4.2先导线路先导保护，在线路的两端，仍然规定初级侧电流的正方向是从母线到被保护线路。线路正常运行时，如果线路电流从M端流入，从N端流出(如图中虚线所示)，则线路两侧的电流按照规定的正方向反相，变流器的二次电流为4.2先导线路先导保护、4.2先导线路先导保护。两侧电流互感器的励磁电流；两侧电流互感器的变比。图4.2纵联保护、纵联线路纵联保护的基本原理，流入差动继电器(或差动电路)的电流是，因为、当线路外发生短路时(如k2)，电流互感器的一次和二次电流方向与正常运行时相同，流入差动继电器的电流仍为不平衡电流。然而，由于此时初级侧电流是短路电流，它比正常负载电流大得多

7、，所以此时不平衡电流大得多。当线路内部发生短路时(如点k1)，M两侧的电流为正。此时，它将反转(见图4.2中的实线)，流入差动继电器的电流是(4-2)中故障点的总电流。4.2先导线路先导保护，等式(4-2)表明，内部短路时流入差动继电器的电流是故障点总电流的二次值，远远大于正常运行和外部短路时流入差动继电器的不平衡电流。当差动继电器反射过大电流时，线路短路时，差动继电器动作，即向受保护线路两侧发送跳闸信号，而在正常运行和外部短路时，差动继电器不动作。从以上分析可以看出，先导线路先导保护从原理上区分了线路的内部故障和外部故障，能够及时排除线路两侧电流互感器之间任意位置的故障。正常情况下，上述接线

8、方式的纵联保护的二次侧电流在纵联线路中循环，因此也称为环流纵联保护。事实上，图4.2所示的接线只能用作短线路、变压器、发电机和母线的主要保护，而不能用于输电线路，因为在正常情况下，需要沿线路敷设多条流经电流互感器二次电流的导线，这在技术上是困难的，在经济上也是不合理的。在导频线路保护中，为了节省导频线路的数量，被比较的三相电流通常被合成为单相电流，并有所不同与复合滤波器相比，合成器更简单，具有更高的输出功率，并且可以容易地制成电压源或电流源。虽然灵敏度较低，但一般能满足短线路的要求，因此被广泛使用。在先导线路先导保护中，根据先导线路中的电流，可以分为两种类型：环流法和均压法。两种接线方式的基本

9、原理图如图4.3所示。在图中，TA是一个综合转换器，它将三相电流转换为单相电流，然后通过升压变压器T和导线PW连接线路两侧的保护电路。升压变压器大大降低了降低到原边的先导线电阻值，有利于克服先导线电阻的影响。升压变压器还起到将先导线路与继电器隔离的作用，并且还便于监控先导线路的完整性，因此它总是被使用。在正常运行和外部短路的情况下，线路4.2先导线路先导保护、4.2先导线路先导保护，图4.3先导线路先导保护采用集成变流器的原理图，(a)环流法，(b)均压法、两侧电流和相位差为180，升压变压器高压侧电压和相位。先导导线中没有电流循环，差动继电器中的电流为零。在内部短路的情况下，电流流过具有两种

10、连接方式的差动继电器，因此它们可以精确地工作。当发生外部短路时，均压法连接的导线将承受高电压，而环流法连接的导线在发生内部短路时将承受高电压。对于短线路，外部短路的机会很多，而内部短路可以通过先导保护快速消除。因此，从这个角度来看，循环法更好，但两种连接方式对保护性能没有显著影响。4.2先导线路先导保护整定计算的基本原则是保证保护装置在正常运行和外部短路时不跳闸。因此，应根据以下条件选择先导线路先导保护的一次运行电流。1.避免外部短路时的最大不平衡电流是保护范围内避免外部短路时的最大不平衡电流。此时，差动继电器的整定电流应为公式(4-3)中的可靠性系数，取1.31.5。短路时保护范围外的最大不

11、平衡电流可根据以下公式(4-4)、4.2.2导频保护的整定计算、4.2导频保护中的非周期系数，主要考虑暂态过程中非周期分量的影响，当差动电路中使用快饱和中间变换器时，取1；当在差动电路中使用串联电阻来减小不平衡电流时，取1.52；电流互感器的最大允许相对误差为0.1；电流互感器同型系数，两侧电流互感器相同型号取0.5，不同型号取1。保护范围外的最大短路电流减小到二次侧的值。2.正常运行时，避免电流互感器二次侧继电器中的电流。当电流互感器的二次侧继电器正常运行时，线路负载电流的二次值将流经差动继电器，此时保护将不动作。此时，差动继电器的整定电流应为公式(4-5)中的可靠性系数，取1 . 51 .

12、 8；4.2先导线路先导保护，当线路正常运行时，最大负载电流减小到二次侧的值。以上两个设定值中的较大值应作为差动继电器的设定值。保护的灵敏度系数可通过以下公式进行验证：(4-6)当一侧电源动作且被保护线路末端短路时，流经差动继电器的最小短路电流。当灵敏度系数不能满足要求时，必须采用具有制动特性的纵向保护。4.2先导管路先导保护、4.2.3先导管路先导保护的操作特性，取决于两侧电流之间的关系可以用幅值关系和相位关系来表示，也可以用复数比来表示，因此动作特性的分析方法如下：从纵联保护整定计算的基本原理来看，动作条件可以表示为(4-7)、(4-7)、(4-8)、(4-7)、(4-8)，当取为参考相量

13、，且设时，上述公式可以写成、在正常运行和外部短路时，180，即显然不能满足公式的动作条件在复平面上，它恰好是动作特征圆的中心和非动作区域的中心，可见圆是非动作区域(也称为锁定区域)。当线路内部发生短路时，为0，其值在正实轴上，满足公式(4-9)的动作条件，保护处于最敏感状态，即动作区域在圆圈外。通常，由于0.1，特征圆必须在J轴的左侧，其特征如图4.4(a)所示。在当前直角坐标系中，保护的动作特性如图4.4(b)所示，它只是第一和第三象限的平分线2(外部短路电流曲线)，是非动作区的中心。在第1行和第1行之间没有动作区域，在这两行之外有一个动作区域。从图4.4可以看出，随着工作电流的增加，先导保

14、护的闭锁面积变大。一旦保护动作电流设定，当被保护线路外的短路电流增加时，闭锁圆的半径将减小，即保护闭锁面积反而缩小。此时，由于电流互感器的误差会随着外部短路电流的增加而增加，进入差动继电器的不平衡电流也会增加，纵向保护可能会走出狭窄的闭锁区，进入动作区，导致保护误动。(a)复平面特性(b)当前直角坐标系特性图4.4先导保护0、4.2先导线路先导保护、4.2.4先导保护带制动特性。当被保护线路短路时，如果进入差动继电器的不平衡电流较大，保护动作电流也会增大，使保护动作。为了减小不平衡电流对纵联保护的影响，常采用带制动特性的纵联保护。带制动线圈的电流差动继电器原理接线图如图4.5所示。(a)正常运

15、行期间和线路外短路期间(b)线路内短路期间，图4.5带制动线圈的电流差动继电器的主接线图，4.2先导线路先导保护、该主接线图的特点是有两个制动线圈WB，它们的相对极性考虑如下：当线路穿越故障时，两个制动线圈产生的磁通量加起来就是差动线圈WKD。当存在内部故障时，两侧的故障电流分别通过一个制动线圈流入差动线圈，差动线圈上产生的磁通量相加，两个制动线圈上产生的磁通量相减，制动效果相互削弱。因此，设置这两个制动线圈后，对内部故障的灵敏度影响不大，而对于外部故障，制动效果随着交叉短路电流的增加而增加，使得差动继电器在被保护线路两侧电流互感器误差较大的情况下仍能可靠地不动作。设置制动线圈后，差动继电器的动作方程为(4-10)，4.2先导线路先导保护，其中电流被中和，使差动继电器动作；停止差动继电器动作的差动电流称为制动电流；k制动系数，0k1；先导保护的二次动作电流。公式(4-10)的两边按相同的顺序分开并简化，得到、4.2先导线路先导保护