【精品】第4章 高频保护PPT

1、机械工业出版社教材配套电子教案电力系统继电保护电力系统继电保护刘学军刘学军 编制编制机械工业出版社教材配套电子教案第第4 4章章 输电线路的差动保护和高频输电线路的差动保护和高频保护保护 4.1 4.1 电网的纵联差动保护电网的纵联差动保护4.2 4.2 平行线路横联差动方向保护平行线路横联差动方向保护4.1.1 4.1.1 纵联差动保护原理纵联差动保护原理 电流、电压和距离保护在动作值整定上必须与相电流、电压和距离保护在动作值整定上必须与相邻元件相配合才能满足动作的选择性，不能实现全线邻元件相配合才能满足动作的选择性，不能实现全线瞬时切除故障。这就不能满足高压输电线路系统稳定瞬时切除故障。这

2、就不能满足高压输电线路系统稳定的要求。如何保证瞬时切除高压输电线路故障？的要求。如何保证瞬时切除高压输电线路故障？解决办法解决办法：采用线路纵联差动保护采用线路纵联差动保护 带辅助导线的线路纵联差动保护是利用比较被保护线路两带辅助导线的线路纵联差动保护是利用比较被保护线路两端（侧）电流的大小和相位的原理来构成输电线路保护的。端（侧）电流的大小和相位的原理来构成输电线路保护的。不反应相邻线路故障，不需要在时间上与相邻线路保护相不反应相邻线路故障，不需要在时间上与相邻线路保护相配合，所以当在被保护范围内任一点发生故障时，它都能配合，所以当在被保护范围内任一点发生故障时，它都能瞬时切除故障。瞬时切除

3、故障。 4.1.1 4.1.1 纵联差动保护原理纵联差动保护原理22111rmnmntaiiiiik 电网的纵联差动保护反应被保护电网的纵联差动保护反应被保护线路首末两端电流的大小和相位，保线路首末两端电流的大小和相位，保护整条线路，全线速动。纵联差动保护整条线路，全线速动。纵联差动保护原理接线如图护原理接线如图4-14-1所示。所示。 电流互感器采用环流法接线。电流互感器采用环流法接线。流入继电器的电流为两个电流互流入继电器的电流为两个电流互感器二次电流的差。即感器二次电流的差。即图图4-1环流法接线的纵差保护环流法接线的纵差保护单相原理接线图单相原理接线图4.1.1 纵联差动保护原理纵联差

4、动保护原理正常运行和外部短路：正常运行和外部短路：流入差动继电器流入差动继电器kdkd中的电流为：中的电流为： 实际上，差动回路中还有一实际上，差动回路中还有一个不平衡电流个不平衡电流i iunbunb。差动继电器。差动继电器kdkd的起动电流是按大于不平衡电的起动电流是按大于不平衡电流整定的，所以，在被保护线路流整定的，所以，在被保护线路正常及外部故障时差动保护不会正常及外部故障时差动保护不会动作。动作。 2210riiiiiitaiiiiik2ii2ii2i iiiiiii2ii内部短路：内部短路：流入差动保护回路的电流入差动保护回路的电流为流为 被保护线路内部故障时，流被保护线路内部故障

5、时，流入差回路的电流远大于差动继电入差回路的电流远大于差动继电器的起动电流，差动继电器动作，器的起动电流，差动继电器动作，瞬时发出跳闸脉冲，断开线路两瞬时发出跳闸脉冲，断开线路两侧断路器。侧断路器。 结论：结论：1 1、差动保护灵敏度很高、差动保护灵敏度很高 2 2、保护范围稳定、保护范围稳定 3 3、可以实现全线速动、可以实现全线速动 4 4、不能作相邻元件的后备保护、不能作相邻元件的后备保护 taktantamnmrkikikiiii11224.1.24.1.2、纵联差动保护的不平衡电流、纵联差动保护的不平衡电流 1 1稳态情况下的不平衡电流稳态情况下的不平衡电流 该不平衡电流为两侧电流互

6、感器励磁电流之差。差动该不平衡电流为两侧电流互感器励磁电流之差。差动回路中产生不平衡电流最大值为回路中产生不平衡电流最大值为 式中式中: kerr一电流互感器一电流互感器 10误差；误差； kst电流互感器的同型系数，两侧电流互感器为同电流互感器的同型系数，两侧电流互感器为同型号时，取型号时，取0.5，否则取，否则取l； ikmax被保护线路外部短路时，流过保护线路的最被保护线路外部短路时，流过保护线路的最大短路电流。大短路电流。taksterrunbkikkimaxmax2 2暂态不平衡电流暂态不平衡电流 暂态过程中，短路电流含有按指数规律衰减的非周期暂态过程中，短路电流含有按指数规律衰减的

7、非周期分量，非周期分量大部分是变化缓慢的直流分量，很难传分量，非周期分量大部分是变化缓慢的直流分量，很难传变到二次侧。大部分成为励磁电流，在铁芯中产生非周期变到二次侧。大部分成为励磁电流，在铁芯中产生非周期分量磁通，使铁芯严重饱和，因此需要考虑在外部短路时分量磁通，使铁芯严重饱和，因此需要考虑在外部短路时暂态过程中差动回路中出现的不平衡电流暂态过程中差动回路中出现的不平衡电流, ,其最大值为其最大值为式中式中k knpnp非周期分量的影响系数，在接有速饱和变流器非周期分量的影响系数，在接有速饱和变流器时，取为时，取为1 1，否则取为，否则取为1.51.5 2 2。 maxmaxunberrst

8、npkikkki2 2暂态不平衡电流暂态不平衡电流tiunb0t0 ik图图4-3(a)短路电流的变化短路电流的变化 图图4-3(b)不平衡电流的变化不平衡电流的变化4.1.3环流法纵联差动保护的整定计算环流法纵联差动保护的整定计算 差动保护的动作电流按躲开外部故障时的最大不平衡差动保护的动作电流按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定：电流整定： 为防止电流互感器二次断线差动保护误动，按躲开电为防止电流互感器二次断线差动保护误动，按躲开电流互感器二次断线整定：流互感器二次断线整定： 灵敏度校验：灵敏度校验：taknpsterrrelropkikkkkimaxtalrelopkikimax25 .

9、 1minopkseniik4.1.44.1.4影响输电线路导引线纵联差动影响输电线路导引线纵联差动保护正确动作的因素保护正确动作的因素 影响输电导引线纵联差动保护正确动作的因素影响输电导引线纵联差动保护正确动作的因素 1 1、电流互感器的误差和不平衡电流；、电流互感器的误差和不平衡电流； 2 2、导引线的阻抗和分布电容；、导引线的阻抗和分布电容； 3 3、导引线故障和感应过电压、导引线故障和感应过电压 对于电流互感器的误差和不平衡电流的影响在对于电流互感器的误差和不平衡电流的影响在差动保护计算时加以考虑。对于暂态不平衡电流差动保护计算时加以考虑。对于暂态不平衡电流的影响在差动回路中接入速饱和

10、变流器或串联电的影响在差动回路中接入速饱和变流器或串联电阻来减小影响。对于导引线的分布电容和阻抗的阻来减小影响。对于导引线的分布电容和阻抗的影响，可以采用带有制动特性的差动继电器，减影响，可以采用带有制动特性的差动继电器，减小动作电流，提高保护的灵敏性。小动作电流，提高保护的灵敏性。4.1.54.1.5纵联差动保护的评价纵联差动保护的评价 优点：优点：全线速动，不受过负荷及系统振荡的影响，全线速动，不受过负荷及系统振荡的影响，灵敏度较高。灵敏度较高。 缺点：缺点：需敷设与被保护线路等长的辅助导线，且要求需敷设与被保护线路等长的辅助导线，且要求电流互感器的二次负载阻抗满足电流互感器电流互感器的二

11、次负载阻抗满足电流互感器1010的误差。这在经济上，技术上都难以实现。的误差。这在经济上，技术上都难以实现。 需装设辅助导线断线与短路的监视装置，辅助导需装设辅助导线断线与短路的监视装置，辅助导线断线应将纵联差动保护闭锁。线断线应将纵联差动保护闭锁。 在输电线路中，只有用其它保护不能满足要求的在输电线路中，只有用其它保护不能满足要求的短线路（一般不超过短线路（一般不超过5 57km 7km 线路）才采用。线路）才采用。 应用：应用： 4.2.1横联差动方向保护的工作原理横联差动方向保护的工作原理 横差方向保护：是用于平行线路的保护装置，它装设于横差方向保护：是用于平行线路的保护装置，它装设于平

12、行线路的两侧。其保护范围为双回线的全长。横差方向保平行线路的两侧。其保护范围为双回线的全长。横差方向保护的动作原理是反应双回线路的电流及功率方向，有选择性护的动作原理是反应双回线路的电流及功率方向，有选择性地瞬时切除故障线路。地瞬时切除故障线路。1、正常运行及外部短路时、正常运行及外部短路时2ki1kig1ka2ka1ta2ta3ta4ta1qf2qf3qf4qf1wl2wl图4-5（a）在正常运行或外部短路时，线路在正常运行或外部短路时，线路1wl和和2wl流过相同电流过相同电流，流，1ka和和2ka流过不平衡电流流过不平衡电流iunb或最大不平衡电流或最大不平衡电流iunb.max，整定电

13、流继电器，整定电流继电器1ka和和2ka的动作电流的动作电流iop.riunb.max,则保护装置不会误动作。则保护装置不会误动作。2、内部故障2ki1kig1ka2ka1ta2ta3ta4ta1qf2qf3qf4qfwl1wl2k2ki(1)设线路设线路wl1内部发生故障，则通过线路内部发生故障，则通过线路wl1、wl2短短路电流路电流ik1、ik2的大小与他们由母线的大小与他们由母线m到故障点之间阻抗到故障点之间阻抗值成反比。显然值成反比。显然ik1ik2，流入继电器，流入继电器1ka、2ka中电流中电流分别为：分别为：11211rkkoptaiiiik22212rkoptaiiik1ka

14、、2ka动作，使断路动作，使断路器器1qf、3qf跳闸，切除故跳闸，切除故障线路障线路wl1。mn图4-5（b）2、内部故障、内部故障(2)设线路设线路wl2内部发生故障，则通过线路内部发生故障，则通过线路wl1、wl2短路电短路电流流ik1、ik2的大小与他们由母线的大小与他们由母线m到故障点之间阻抗值成反比。到故障点之间阻抗值成反比。显然显然ik2ik1，流入继电器，流入继电器1ka、2ka中电流分别为：中电流分别为：12111rkkoptaiiiik21212rkoptaiiik2ki1kig1ka2ka1ta2ta3ta4ta1qf2qf3qf4qfwl1wl2kmn1ki1ka、2k

15、a动作，使断路器动作，使断路器2qf、4qf跳闸，切除故障线路跳闸，切除故障线路wl2。图4-5(c)图图4-6平行线路横差保护单相原理接线图平行线路横差保护单相原理接线图图图4-64-6平行线路横差保护单相原理接线图平行线路横差保护单相原理接线图以上分析表明，差动电流继电器以上分析表明，差动电流继电器1ka、2ka只能判别平行线路内只能判别平行线路内部、外部故障，但不能选择出那条线路故障。从图中看出，不同部、外部故障，但不能选择出那条线路故障。从图中看出，不同线路故障通过电流继电器线路故障通过电流继电器1ka、2ka的电流方向不同，因此，可的电流方向不同，因此，可用功率方向继电器元件选择故障

16、线路。见图用功率方向继电器元件选择故障线路。见图4-6，方向元件电压，方向元件电压接于母线电压互感器二次测，工作电流接于差动回路。接于母线电压互感器二次测，工作电流接于差动回路。 正常运行及外部发生短路：正常运行及外部发生短路： 两线路中的电流相等。两电流互感器差回路中的电两线路中的电流相等。两电流互感器差回路中的电流仅为很小的不平衡电流，小于继电器的起动电流，电流仅为很小的不平衡电流，小于继电器的起动电流，电流继电器不会起动。流继电器不会起动。 图图4-64-6平行线路横差保护单相原理接线图平行线路横差保护单相原理接线图内部故障时内部故障时 ： 如在线路如在线路wllwll的的k k点发生短

17、路，点发生短路，m m侧电流继电器中的电流侧电流继电器中的电流 。 当当i irmrmi io op1p1时，电流继电器时，电流继电器1ka1ka动作动作。 功率方向继电器功率方向继电器1kp1kp承受正方向功率动作，功率方向继电器承受正方向功率动作，功率方向继电器2kp2kp承受负承受负功率不动作，因而跳开功率不动作，因而跳开qf1qf1。 )(121kktamriiki线路线路n n侧：流过差动回路中的电流为：侧：流过差动回路中的电流为： 当当i ir.nr.ni iop2op2时，电流继电器时，电流继电器2ka2ka动作。动作。 功率方向继电器功率方向继电器3kp3kp承受负功率承受负功

18、率, ,不动作不动作;4kp;4kp承受正功承受正功率，接点闭合，跳开率，接点闭合，跳开qf3,qf3,瞬时切除故障线路瞬时切除故障线路wl1wl1，非故障线，非故障线路路wl2wl2继续运行。继续运行。 22ktanriki2ki1kik1kp2kp3kp4kp1k a2ka4.2.24.2.2横联差动方向保护的相继动作区和死区横联差动方向保护的相继动作区和死区 1 1、相继动作区、相继动作区 相继动作：线路两侧保护装置先后动作切除故障的方式。相继动作：线路两侧保护装置先后动作切除故障的方式。 相继动作区：产生相继动作的范围。相继动作区：产生相继动作的范围。 2ki1ki2kiklnm段故障

19、相段故障相继动作区继动作区n段故障相段故障相继动作区继动作区 假设相继动作区的临界点假设相继动作区的临界点k k的短路电流与的短路电流与n n侧母线侧母线上的短路时的短路电流相等上的短路时的短路电流相等 m m侧保护差动回路的一次电流为侧保护差动回路的一次电流为 : 21kkkniii1210opkkmriiiin n侧保护差动回路电流为侧保护差动回路电流为: :222r nkoptaiiikm m端保护不动作。端保护不动作。n n端保护动作，端保护动作，3qf3qf跳闸。跳闸。12kkii3qf3qf跳闸后，故障并未切除。短路电流重新分布跳闸后，故障并未切除。短路电流重新分布 ，故障点全部短

20、路电流通过保护故障点全部短路电流通过保护1 1，于是，于是m m端保护端保护1 1的差的差动回路电流为动回路电流为 ，大于启动元件，大于启动元件动作电流，故保护动作电流，故保护1 1动作，动作，1qf1qf跳闸。这样，跳闸。这样，k k点故障点故障分别有分别有n n、m m端保护先后动作，使端保护先后动作，使3qf3qf先跳闸，然后先跳闸，然后1qf1qf跳闸切除故障线路的情况称为跳闸切除故障线路的情况称为相继动作相继动作。在靠近。在靠近n n端变电所母线的一段区域发生故障，首先端变电所母线的一段区域发生故障，首先n n端保护端保护先动作，继之先动作，继之m m端保护才动作的这段区域称为端保护

21、才动作的这段区域称为m m端的端的相继动作区相继动作区l lm m。同样，。同样，n n端保护在端保护在m m端变电所附近也端变电所附近也存在一段相继动作区存在一段相继动作区l ln n。 20ki212r mktaopiiki依据电压平衡方程式依据电压平衡方程式 相继动作区用百分数相继动作区用百分数 表示表示11212121()kmkmkkmiz lliz liz lizll1212()()kkkkmiiliilop mmknimlli则端相继动作区为：100%100%50%op mmmknilmli12op mkkiii令12knkkiii2ki1ki2kiklmlmm3 3、横联差动保护

22、的死区、横联差动保护的死区 功率方向继电器采用功率方向继电器采用9090 接线，但当出口发生三相短路接线，但当出口发生三相短路时，母线残压为零，功率方向继电器不动作，这种不动作时，母线残压为零，功率方向继电器不动作，这种不动作的范围称为死区。死区在本保护出口，在对侧保护的相继的范围称为死区。死区在本保护出口，在对侧保护的相继动作区内。在死区内发生三相短路，两侧横差保护都不能动作区内。在死区内发生三相短路，两侧横差保护都不能动作。死区的长度不允许大于被保护线路全长的动作。死区的长度不允许大于被保护线路全长的1010。 三、横联差动方向保护的三、横联差动方向保护的整定计算整定计算 1 1电流继电器

23、的动作电流电流继电器的动作电流 1.5.relk可靠系数，取（l l）为保证横差保护范围外故障保护不动作，横差保护的）为保证横差保护范围外故障保护不动作，横差保护的动作电流应按躲开外部短路最大不平衡电流整定动作电流应按躲开外部短路最大不平衡电流整定电流继电器电流继电器的起动电流的起动电流 （2 2）躲开单回线运行时的最大负荷电流：）躲开单回线运行时的最大负荷电流：)(maxmaxmaxunbunbrelunbrelopiikikicontaopropkkiimaxreloplrekiik（3 3）躲过对侧断路器跳闸）躲过对侧断路器跳闸后流过本侧保护的非故障相后流过本侧保护的非故障相最大电流：最

24、大电流：maxunftarelropikki.maxunb.maxtaunbii由误差引起的最大不平衡电流由两回路参数不同引起的不平衡电流 在平行的双回线路上，两侧的断路器都处在合闸位置。当区内发生故障在平行的双回线路上，两侧的断路器都处在合闸位置。当区内发生故障时，应能保证至少有一侧保护有足够的灵敏度。为此，应在两侧保护灵敏度时，应能保证至少有一侧保护有足够的灵敏度。为此，应在两侧保护灵敏度相等的那一点发生故障时，两侧都有足够的灵敏度。这样，当故障点向一侧相等的那一点发生故障时，两侧都有足够的灵敏度。这样，当故障点向一侧移动时，靠近故障点的一侧保护的灵敏系数增大，而远离故障点的一侧保护移动时，靠近故障点的一侧保护的灵敏系数增大，而远离故障点的一侧保护的灵敏度必然下降。在相同灵敏系数点发