1、第6章 輸電線路縱聯保護重點： 1、縱聯保護的概念及分類 2、縱差保護的原理和接線 3、相差高頻保護原理及工作分析 4、方向高頻保護原理及工作分析16.1 輸電線路縱聯保護概述1.電流、距離保護的缺陷反映：一側電氣量，即只采集線路一側的電氣量缺陷：段有延時，無法實現全線速動，220kV線路 難以滿足快速性要求。MN123k1k2 僅利用線路一側的電氣量所構成的繼電保護，無法區分本線路末端與相鄰線路（或元件）的出口故障，如：電流、阻抗保護。6.1.1 引言 （ 縱聯保護的提出 ）2 Answer:為此，設法將兩端的電氣量進行同時比較，以便判斷故障在區內？還是區外？ 將兩端保護裝置的信號縱向聯結起

2、來，構成縱聯保護。與橫向故障的稱謂進行對應比較。 Ques:僅利用線路一側的電氣量所構成的繼電保護，無法區分本線路末端與相鄰線路（或元件）出口故障。3單端電氣量保護： 僅利用被保護元件的一側電氣量，無法區分線路末端和相鄰線路的出口短路，可以作為后備保護（三段式）。縱聯保護： 利用被保護元件的各側電氣量，可以識別：內部和外部的故障，但是，不能作為后備保護。4輸電線路縱聯保護結構框圖在設備的“縱向”之間，進行信號交換橫向關系2. 反映線路兩側電氣量的縱聯保護5 縱聯保護可以按照通道類型或動作原理進行分類。1）通道類型： 導引線 電力線載波 微波 光纖3、輸電線路縱聯保護分類62）動作原理： 基爾霍

3、夫電流定律（差電流） 比較方向 還可以將通道類型與動作原理結合起來進行稱呼。如：光纖電流差動（簡稱：光差），高頻距離。7討論特征的目的是： 尋找內部故障與其他工況（正常運行、外部故障）的區別、差異提取判據。6.1.2 線路兩側電氣量的特征8一、兩側電流相量和(瞬時值和)基爾霍夫電流定律： 在任何一個節點中，流入的電流等于流出的電流。 按照繼電保護規定的正方向指向被保護元件。 那么，基爾霍夫電流定律可以修改為：在任何一個節點中，流入的電流之和等于0。9基爾霍夫電流定律： 表明：流入節點的電流之和等于0。 按照繼電保護規定的正方向，得：10基爾霍夫電流定律的拓展： 將節點拓展為一個封閉域。 二者區

4、別很大，就構成了繼電保護原理電流差動。 廣泛應用于各種設備。被保護設備11 ，應當是：電流和保護。即： 從負荷(或外部短路)電流的特征看： “電流差動”名稱的來歷：電流差 按繼電保護規定的正方向（或計算原理） 但是，習慣成俗，仍然稱為：差動保護。有電流差，就動作12二、兩側功率方向1、正常運行2、外部短路3、內部短路13三、兩側電流相位1、正常運行2、區外故障類似143、區內故障三、兩側電流相位15四、兩側測量阻抗1、正常和區外故障一側阻抗可能動作，另一側阻抗不動作。2、區內故障兩側阻抗均動作。166.1.3 縱聯保護的基本原理一、縱聯電流差動保護 依據兩側電流相量和（瞬時值和）的故障特征，即

5、，基爾霍夫電流定律。動作門檻（利用不同特征差異的電氣量可以構成不同的縱聯保護原理）176.1.3 縱聯保護的基本原理一、縱聯電流差動保護 依據兩側電流相量和（瞬時值和）的故障特征，即，基爾霍夫電流定律。動作門檻仍然適用18分相電流差動保護的優點：1）具有選擇性好、可靠、靈敏、快速的優點；2）具有明確區分內部和外部故障的能力；3）具有自然選相的功能；4）不受運行方式、非全相、串補電容、轉換性故 障、同桿并架線路的跨線故障、振蕩及振蕩中 再故障等因素的影響（受振蕩的影響很小）； 5）內部短路電流通常都大于差動電流的啟動值。19缺點： 1）增加兩側信息交換的通道增加了復雜性。 2）幾乎不反映縱向短路

6、。 3）采用導線實現線路兩側的信號交換時，導線（導引線）太長，更容易出現故障，容易燒毀（一次短路后，感應電流太大）。 因此，主要應用于：發電機、變壓器、母線、電抗器等就近連接TA的保護中。 4）不能作為后備（所有縱聯保護的缺點）。 20二、距離縱聯保護（方向比較式縱聯保護）M側保護N側保護阻抗動作信號的交換利用這樣的特征：區內短路，兩側均為正。需要2個獨立的信號交換。 上述結構稱為:允許式。21 上述方式利用了距離2段（或3段）元件實現短路位置的判別距離縱聯保護。 也可以將Z元件更換為方向元件方向縱聯保護。 距離縱聯、方向縱聯保護中，對方向元件的要求： 1）具有明確的單一方向性； 2）覆蓋線路

7、全長。22三、電流相位比較式縱聯保護區內故障動作區域不動作區域相差保護考慮誤差后236.2 輸電線路縱聯保護兩側信息的交換1、導引線通信。2、電力線載波。3、微波通信。4、光纖通信。241）導引線方式主要應用于：發電機、母線、變壓器、 電抗器等保護中。僅應用于就近的TA連接。2）電力線載波僅傳輸“有”、“無”高頻信號，主要應用 于傳輸：方向或相位信息。3）光纖通信可以傳輸較多的數字信息，如：三相電流 、電壓的采樣值、相量、跳閘信息、斷路器狀態信 息等，并且有校驗碼，可靠性很高。將光纖安置在 架空地線中地線復合光纜OPGW。4）微波通信也可以傳輸數字信息，但衰減受氣候影響 較大，且屬于“視距傳輸

8、”，傳輸距離受限制。 目前，電力線載波和光纖通信廣泛應用于輸電線 路的保護中。25一、導引線通信（Pilot Wire Communication） 導引線i（a）環流式（b）均壓式保護原理：電流差動原理制動線圈動作線圈制動線圈動作線圈適用于短線路制動線圈動作線圈i=0制動線圈動作線圈26二、電力線載波通信（Power Line Carrier Communication） 1. 原理功率方向（電流相位）高頻信號（50400kHz）通道：輸電線路（相相，相地）2. 構成輸電線路阻波器耦合電容器連接濾波器高頻收發信機接地開關27“相-地”制高頻通道示意圖電力線載波輸電線28“相-地”制高頻通道示

9、意圖電力線載波阻波器對高頻呈現開路，對工頻呈現 導致誤動。跳閘61于是，考慮采用兩側電流均啟動的邏輯：跳閘62 還有問題：有一側為負荷側，又出現輕載會出現拒動。跳閘改變條件，無流時電壓也會降低僅用電壓,又不安全(PT斷線)63比較完善的邏輯：跳閘64 另一種同步方法：GPS同步法。 GPS能夠提供：秒脈沖，以及標準時間代碼（年、月、日、時、分、秒），平時的同步誤差 但是，應當注意到：GPS是美國的設備，在特殊情況下，可能無法準確使用。 個人觀點：可以應用于測量等非控制的場合。 我國也在完善“北斗星”系統。65影響電流差動保護的因素及其對策：影響因素同步問題互感器誤差分布電容負荷電流的制動不平衡

10、電流對策設法同步定值考慮定值考慮補償(利用電壓)增加故障電流差動識別飽和666.4 電流相位比較式縱聯保護(相差高頻保護) 利用高頻載波信號傳輸兩側電流的半周信號。 目前，基本上不采用了。其優點幾乎都被光纖電流差動保護所涵蓋，另外，光差還有其他更多的優點。 相差高頻有一個優點優于光差：不必同步采樣。 介紹的目的：了解特征的利用。676.4.1 電流相位比較式縱聯保護原理區內故障動作區域不動作區域相差保護考慮誤差后電流選擇：正序和負序組合(I1+KI2)68調制過程可以理解為（僅作為理解）： 高頻信號高頻69區內故障時 調制 高頻信號與電流幅值無關。 如圖，紅色的高頻信號(對側發過來)是經過了傳

11、輸的衰減所致。 將正半周方波調制成高頻信號 出現斷續(大于閉鎖角)的高頻信號，滿足動作條件 70外部故障時 調制 兩側高頻信號銜接起來(高頻信號是連續的)，無高頻間斷，不滿足動作條件。 71(3)M側感受的相位差： N側感受的相位差： 如果一側保護動作后，另一側保護才滿足條件而動作稱為：相繼動作最不利的角度關系之一 相位信號來晚一些，會被認為：增加了相移。區內故障校驗72區外故障 兩側TA角度差 兩側通道角度差 光速影響取裕度 考慮 閉鎖角0動 作區736.5 方向比較式縱聯保護方向比較式縱聯保護原理（兩端功率方向的故障特征）方向元件（或功率方向測量元件）是縱聯保護的關鍵。正常/外部故障時（K

12、2）：一側功率為正，一側為負。 內部故障時（K1）：兩側功率都為正方向。74一、閉鎖式方向縱聯保護1. 工作原理kBCAD123456閉鎖信號閉鎖信號兩端功率方向均為正， 無閉鎖信號，保護動作。功率方向為負的一側發閉鎖信號，將保護閉鎖。區內故障伴有通道損壞時，保護能否正確動作？工作方式： 正常時無高頻電流，區外反向故障時發閉鎖信號。故障線路：非故障線路：752. 閉鎖式方向縱聯保護的構成762. 閉鎖式方向縱聯保護的構成邏輯結構圖跳閘發信收信&t20t10Y2&Y1KA2KA1KW+TVTA結合電容器KW+: 功率方向元件KA2: 高定值電流元件 停信KA1: 低定值電流元件 起動發信77時間

13、元件的表示方法：782. 閉鎖式方向縱聯保護的構成邏輯結構圖1）區外短路2）區內短路kBCAD123456跳閘發信收信&t20t10Y2&Y1KA2KA1KW+TVTA結合電容器79邏輯結構圖-區外短路(1)&(2)kBCAD123456跳閘發信收信&t20t10Y2&Y1KA2KA1KW+TVTA結合電容器80TVTA跳閘發信收信&t20t10Y2&Y1KA2KA1KW+結合電容器&TVTA跳閘發信收信&t20t10Y2&Y1KA2KA1KW+結合電容器&k2閉鎖信號NM區外短路發出閉鎖信號停發閉鎖信號延時4-16ms等信號發出閉鎖信號保持低電平81TVTA跳閘發信收信&t20t10Y2&Y

14、1KA2KA1KW+結合電容器&TVTA跳閘發信收信&t20t10Y2&Y1KA2KA1KW+結合電容器&k2閉鎖信號NM區外短路切除返回停發閉鎖信號延時100ms防止KW+返回慢(M慢,節拍不一致)誤動發出閉鎖信號82邏輯結構圖-區內短路(3)&(4)kBCAD123456跳閘發信收信&t20t10Y2&Y1KA2KA1KW+TVTA結合電容器83TVTA跳閘發信收信&t20t10Y2&Y1KA2KA1KW+結合電容器&TVTA跳閘發信收信&t20t10Y2&Y1KA2KA1KW+結合電容器&無閉鎖信號NM區內短路發出閉鎖信號停發閉鎖信號延時4-16ms等信號發出閉鎖信號k1842. 閉鎖式

15、方向縱聯保護的構成邏輯結構圖1）區外短路2）區內短路跳閘發信收信&t20t10Y2&Y1KA2KA1KW+TVTA結合電容器1）為何設兩個啟動元件？靈敏度如何配合？2）功率方向元件在振蕩時有何反應？3）兩個時間元件的作用？85二、閉鎖式距離(零序)縱聯保護TV跳閘發信收信&t20t10ZITA結合電容器ZIIZIIItIItIII故障啟動發信元件: ZIII方向判別、停信元件: ZII獨立跳閘元件: ZI特點：區內故障瞬時動作，區外故障作為后備。kBCAD12345686啟動元件與阻抗之間的靈敏度配合：87一般t2為416ms(等對側信號發過來)高頻閉鎖距離保護的原理接線圖t1100ms(確保

16、兩側方向元件返回后,才撤銷高頻)三個時間的作用88高頻閉鎖距離的邏輯工作過程 以M側為例說明工作過程，適當地方再指出N側的不同之處。 紅色表示：動作，或邏輯為1。891、區外故障以M側為例說明工作過程N側類似901、區外故障以M側為例說明工作過程N側類似911、區外故障以M側為例說明工作過程 先閉鎖，防誤動；同時，測試收信回路的完好性。921、區外故障以M側為例說明工作過程931、區外故障以M側為例說明工作過程941、區外故障以M側為例說明工作過程 如果對側高頻信號沒有傳過來，會出現無閉鎖信號。951、區外故障以M側為例說明工作過程 如果對側高頻信號沒有傳過來，會出現無閉鎖信號。 沒有t2延時

17、，則立即滿足動作條件。96區外故障邏輯過程的簡單歸納：1）故障時，兩側先啟動，并且都發信。2）正方向元件動作僅停止本側發信。3）反方向側繼續發信閉鎖兩側保護。利用的特征：任一側為負，就閉鎖保護。972、區內故障以M側為例說明工作過程啟動和發信的過程與前面是一致的982、區內故障以M側為例說明工作過程992、區內故障以M側為例說明工作過程兩側都停發高頻1002、區內故障以M側為例說明工作過程 兩側都是如圖標識的邏輯跳閘101區內故障邏輯過程的簡單歸納：1）故障時，兩側先啟動，并且都發信。2）正方向元件動作僅停止本側發信。3）兩側都停信兩側保護立即跳閘。利用的特征：兩側方向均為正，就發跳令。102需要防止“功率倒向”的影響#1為負 #2為正如果先跳開#1為正 #2為負如果保護2識別“由正變負(功率倒向)”過程慢一些，就可能短時出現：兩側均為正的情況導致誤動。 故障40ms以后，才可能出現“功率倒向”。解決辦法： 故障40ms以