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1、第 四 章 输电线路纵联保护Pilot Protection for Transmission Lines,第一节 输电线路纵联保护概述,一、引言（ 纵联保护的提出 ）,1. 电流、距离保护的缺陷,反映：一侧电气量，即只采集线路一侧的电气量,缺陷：段有延时，无法实现全线速动，,220kV线路 难以满足快速性要求。,2. 反映线路两侧电气量的纵联保护,纵联保护：将线路一侧电气量信息传到另一侧去，两侧电气量同时比较、联合工作的保护。即线路两侧之间有纵向联系的保护。,纵联保护两端比较的电气量可以是流过两端的电流相量、电流相位和两端功率方向等，比较两端不同电气量的差别构成不同原理的纵联保护。,纵联保护
2、特点：可以快速、可靠地区分本线路内部任意点短路与外部短路，即可以实现全线速动。,纵联保护：又称为单元保护。 Pilot Protection 或 Unit Protection,输电线路纵联电流差动保护原理的特点,1、保护范围明确。保护范围是线路两侧电流互感器之间的范围。 2、动作速度快，可实现全线速动，即全线路瞬时切除区内故障。 这是由于纵联电流差动保护不需与相邻元件的保护配合。 3、不受系统振荡、系统运行方式变化的影响。,1. 两端电流相量和,三、输电线路两侧电气量的故障特征,（正方向：母线线路）,2. 两端功率方向,（正方向：母线线路）,3. 两端电流相位特征,假设：两侧系统阻抗角、电势
3、角相同，正方向：母线线路,4. 两端测量阻抗,区内故障：两端距离段 ZII 均启动,区外故障：近端距离段 ZII 不启动，远端启动。,四、纵联保护基本原理,利用不同特征差异的电气量可以构成不同的纵联保护原理,（1）纵联电流差动保护原理（两端电流相量的故障特征） 正常运行和外部故障时（K2）： 内部故障时（K1）： 或,（2）方向比较式纵联保护原理（两端功率方向的故障特征） 正常运行和外部故障时（K2）：一侧功率正方向，一侧负方向。 内部故障时（K1）：两侧功率都为正方向。,（3）电流相位比较式纵联保护原理（两端电流相位的故障特征） 正常运行和外部故障时（K2）：两侧电流相位相差约为180。 内
4、部故障时（K1）：两侧电流相位相差约为0。,（4）距离纵联保护原理（两端测量阻抗的故障特征） 正常运行和外部故障时（K2）：两端的距离段测量阻抗一侧 为反方向，另一侧为正方向。 内部故障时（K1）：两端的距离段测量阻抗都在正方向。,五、纵联保护基本原理的分类,1. 按原理分类,（1）方向比较式纵联保护: 功率方向、测量阻抗判断结果,（2）纵联电流保护：电流相量、电流相位,方向纵联保护,距离纵联保护,逻辑信号,电流数据信号,2. 按通道分类,导引线：10km，二次电气量，电流差动保护,电力线载波：最广泛，输电线路，要求线路故障时能动,微波：信息量大,光纤：信息量大，抗干扰，今年来被广泛采用,第二
5、节 纵联保护两侧信息的交换,一、导引线通信（Pilot Wire Communication）,（a）环流式,（b）均压式,保护原理：电流差动原理,二、电力线载波通信（Power Line Carrier Communication）,1. 原理,功率方向（电流相位）,高频信号（50400kHz）,通道：输电线路（相相，相地）,2. 构成,输电线路,阻波器,耦合电容器,连接滤波器,高频收发信机,接地开关,电力线载波通道又称为高频通道,高频收发信机 由继电保护装置控制发出预定频率的高频信号,高频通道：“导线大地” 构成输电 线载波通道。 优点：最经济，可以只在一相 线路上 装设。 缺点：高频信号
6、的衰耗和受到 的干扰都比较大。,3. 通道特点及适用保护原理,干扰影响大、实时性差,纵联电流差动保护,优点：,缺点：,信号：传递状态信号（功率方向、电流相位）,原理：方向比较式、电流相位比较式纵联保护,4. 通道工作方式,电力线载波通道的工作方式：,2) 正常有高频电流（长期发信方式）,3) 移频方式（f1 f2）,1) 正常无高频电流（故障启动发信方式）,长期发信方式正常有高频电流方式,2.高频通道工作方式,也是信号,信号,平时,故障时,高频载波只能体现“有高频”和“无高频”2个信息,1是信号，0也是信号！,2.高频通道工作方式,故障启动发信方式正常无高频电流方式,移频方式,故障时刻,5.
7、载波信号的种类,闭锁式方向高频保护,允许式方向高频保护,闭锁信号,闭锁和允许信号有什么区别？,（1）闭锁信号，不易拒动 内部故障：两端保护都不发出闭锁信号，保护可动作于跳闸。 外部故障：一侧保护发闭锁信号，将两侧的保护都闭锁。,（2）允许信号，不易误动 外部故障：近故障点侧不发允许信号，故对端保护不能跳闸； 内部故障：两端高频保护同时向对侧发出允许信号，使保护动作于跳闸。,三、微波通信（Microwave Communication）,频带宽（30030000MHz）、抗干扰、 不受线路故障影响（允许/跳闸信号）,需中继（4060km）、价格贵,优点：,缺点：,原理：纵联电流分相差动保护,四、
8、光纤通信（Optical Fiber Communication）,通信容量大、抗干扰、节省金属材料等,需中继,优点：,缺点：,原理：纵联电流分相差动保护,光纤,光信号在光导纤维内传输具有衰耗低、抗干扰能力强、通信容量大、比微波通信提高10 万倍以上等优点。目前光纤通信使用的波长为0.85 um、 1.31 um、1.55 um 。光纤分多模光纤和单模光纤，后者比前者特性好，衰减小、频带宽适用于大容量远距离的通信系统。,光纤通信,光纤具有宽带、远距离传输能力强、保密性好、抗干扰能力强等优点,是未来通信网的主要实现技术。,第三节 方向比较式纵联保护,方向比较式纵联保护原理（两端功率方向的故障特征
9、） 正常运行和外部故障时（K2）：一侧功率正方向，一侧负方向。 内部故障时（K1）：两侧功率都为正方向。,方向元件（或功率方向测量元件）是纵联保护中的关键。,故障附加状态图中各点的电压、电流称为电压、电流的故障分量。 工频故障分量：电压、电流故障分量中的工频稳态成分。,工频故障分量的基本概念,工频故障分量方向元件：用工频电压、电流的故障分量构成的方向元件。,正常运行和外部故障时：两侧的故障分量功率方向一侧是线路母线（N侧），另外一侧是母线线路（M侧）。 内部故障时：两侧的突变量功率方向为线路母线。,内部故障 故障附加状态图,外部故障,一、工频故障分量的方向元件的工作原理,故障分量（工频变化量）
10、的方向继电器,正向故障,（1）正向短路（线路MN内部短路故障） 有： 上式中的 、 也可以为故障分量中的负序、零序分量。 所以：,即正方向故障时功率方向为正的判据为：,反向故障,以M侧保护为例来分析： （2）反向短路（线路MN外部故障） 有： 上式中的 、 也可以为故障分量中的负序、零序分量。 所以：,即正方向故障时功率方向为负的判据为：,区内故障,区外故障,1）不受负荷状态影响；,2）不受振荡影响；,5）不受过渡电阻影响；,3）无电压死区；,4）有明确的方向性。,采用工频故障分量的方向元件有如下特点：,二、闭锁式方向纵联保护,1. 工作原理,闭锁信号,闭锁信号,故障线路：两端功率方向均为正，
11、无闭锁信号，保护动作。,非故障线路：功率方向为负的一侧发闭锁信号，将保护闭锁。,区内故障伴有通道损坏时，保护能否正确动作？,Y,工作方式：正常时无高频电流，区外反向故障时发闭锁信号。,2. 闭锁式方向纵联保护的构成,1）区外短路,2）区内短路,3）单电源区内短路,问题：,1）为何设两个启动元件？灵敏度如何配合？,2）故障分量构成的功率方向元件在振荡时有何好处？,3）两个时间元件的作用？,三、闭锁式距离(零序)纵联保护,故障启动发信元件: ZIII,方向判别、停信元件: ZII,独立跳闸元件: ZI,特点：区内故障瞬时动作，区外故障作为后备。,第四节 纵联电流差动保护,一、纵联电流差动保护原理,
12、正常、外部故障：,内部故障：,1. 工作原理,基尔霍夫定律,2. 保护特性,1）无制动作用,不平衡电流：,躲过外部短路最大不平衡电流:,躲过最大负荷电流（一侧CT断线）:,整定：,校验：,（单侧电源最小方式最小短路电流）,2）有制动作用,动作线圈电流（差动电流）：,制动线圈电流（制动电流）：,正常、外部故障：,内部故障：,动作作用强，制动作用弱,制动作用强，动作作用弱,制动特性：,动作电流不是定值，而是随制动电流变化的特性。,动作方程：,特点：,内部短路时提高了灵敏性；外部短路时提高了可靠性。,3. 两侧电流的同步测量,“同步数据”：,同步采样、,同时刻采样点计算,1）基于数据通道的同步方法,
13、2）基于GPS的同步方法,采样时刻调整法,同步采样：秒脉冲,相同时标：标准时间,采样数据修正法,时钟校正法,二、纵联电流相位差动保护原理,区内短路：两侧电流几乎同相；,措施：正半周发信，负半周停发。,区内: 高频电流是间断的；,im,in,im,in,区外短路：两侧电流相位几乎反相。,区外: 高频电流是连续的。,理 想 情 况,区内短路间断角大， 区外短路间断角小。,间断角,整定闭锁角 ：,确定区外短路的最大间断角。,时保护不动，即闭锁。,整定：,校验：,线路长度的增加，使得闭锁角整定值增大，动作角减小。,区内短路最不利情况下保护可能拒动。,N端保护先动作跳闸, 停止本侧发信， M端保护再动作跳闸。,相 继 动 作,M 端保护可能不动,三、影响纵联电流差动保护正确动作的因素,1. 电流互感器的误差和不平衡电流,2. 输电线路分布电容的影响,3. 过渡电阻的影响的影响,故障分量电流与负荷电流相差不大，,负荷电流为穿越性质，降低保护动作灵敏度。,线路两端电流之和不为零，为线路电容电流。,
