电力系统继电保护04输电线路纵联保护汇编

1、1.1第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.1第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.2第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.2 电流、电压保护和距离保护都是只反映被保护线路一侧的电量，为电流、电压保护和距离保护都是只反映被保护线路一侧的电量，为了获得选择性，其瞬时切除的故障范围只能是被保护线路的一部分，了获得选择性，其瞬时切除的故障范围只能是被保护线路的一部分，即使性能较好的距离保护，在单侧电源线路上也只能保护线路全长的即使性能较好的距离保护，在单侧电源线路上也只能保护线路全长的80%80%左右，在双侧电源线路上瞬时切除故障的范围大约只有线路全长的左右

2、，在双侧电源线路上瞬时切除故障的范围大约只有线路全长的60%60%左右。在被保护线路其余部分发生故障时，都只能由延时保护来切左右。在被保护线路其余部分发生故障时，都只能由延时保护来切除。这对于很多重要的高压输电线路是不允许的，为了电力系统的安除。这对于很多重要的高压输电线路是不允许的，为了电力系统的安全稳定，线路上要求设置具有无延时切除线路上任意处故障的保护装全稳定，线路上要求设置具有无延时切除线路上任意处故障的保护装置，输电线的纵联保护就是在这种背景下产生的。因此仅反映线路一置，输电线的纵联保护就是在这种背景下产生的。因此仅反映线路一侧的电气量是不可能区分本线路末端和对侧母线侧的电气量是不可

3、能区分本线路末端和对侧母线( (或相邻线路始端或相邻线路始端) )故故障的，只有反应线路两侧的电气量才可能区分上述两点故障，达到有障的，只有反应线路两侧的电气量才可能区分上述两点故障，达到有选择性地快速切除全线故障的目的。为此需要将线路一侧电气量的信选择性地快速切除全线故障的目的。为此需要将线路一侧电气量的信息传输到另一侧去，即在线路两侧之间发生纵向的联系，这种保护装息传输到另一侧去，即在线路两侧之间发生纵向的联系，这种保护装置称为输电线的纵联保护。置称为输电线的纵联保护。1.3第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.3 4.14.1输电线路纵联保护的基本原理与类型输电线路纵联保护

4、的基本原理与类型 4.24.2导引线纵联保护导引线纵联保护 4.34.3输电线高频保护基本概念输电线高频保护基本概念 4.44.4方向高频保护方向高频保护 思考题与习题思考题与习题 本章内容本章内容1.4第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.44.1 4.1 输电线路纵联保护的基本原理与类型输电线路纵联保护的基本原理与类型 仅反映线路一侧的电气量是不可能区分本线路末端和对侧母线仅反映线路一侧的电气量是不可能区分本线路末端和对侧母线( (或或相邻线路始端相邻线路始端) )故障的，只有反映线路两侧的电气量才能区分上述两故障的，只有反映线路两侧的电气量才能区分上述两点故障，达到有选择性

5、地快速切除全线故障的目的。为此需要将线路点故障，达到有选择性地快速切除全线故障的目的。为此需要将线路一侧电气量的信息传输到另一侧去，即在线路两侧之间发生纵向的联一侧电气量的信息传输到另一侧去，即在线路两侧之间发生纵向的联系。这种保护装置就称为输电线的纵联保护。系。这种保护装置就称为输电线的纵联保护。1.5第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.54.1.1 4.1.1 输电线路纵联保护的基本原理输电线路纵联保护的基本原理 4.1 输电线路纵联保护的基本原理与类型输电线路纵联保护的基本原理与类型 当输电线路内部发生如图当输电线路内部发生如图4.1所示的所示的k1点短路故障时，流经线路

6、两侧断路器的故障电点短路故障时，流经线路两侧断路器的故障电 图图4.1 输电线路纵联保护的基本原理示意图输电线路纵联保护的基本原理示意图流如图中实线箭头所示，均从母线流向线路流如图中实线箭头所示，均从母线流向线路(规定电流或功率从母线流向线路为正，反规定电流或功率从母线流向线路为正，反之为负之为负)。而当输电线路。而当输电线路MN的外部发生短路时的外部发生短路时(如图中的如图中的k2点点)，流经，流经MN侧的电流如图中侧的电流如图中的虚线箭头所示，的虚线箭头所示，M侧的电流为正，侧的电流为正，N侧的电流为负。利用线路内部短路时两侧电流方侧的电流为负。利用线路内部短路时两侧电流方向同相而外部短路

7、时两侧电流方向相反的特点，保护装置就可以通过直接或间接比较线向同相而外部短路时两侧电流方向相反的特点，保护装置就可以通过直接或间接比较线路两侧电流路两侧电流(或功率或功率)方向来区分是线路内部故障还是外部故障。即方向来区分是线路内部故障还是外部故障。即a4.1 4.1 输电线路纵联保护的基本原理与类型输电线路纵联保护的基本原理与类型1.6第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.6 纵联保护的基本原理是：当线路内部任何地点发生故障时，线路两侧电流纵联保护的基本原理是：当线路内部任何地点发生故障时，线路两侧电流方向方向( (或功率或功率) )为正，两侧的保护装置就无延时地动作于跳开两侧

8、的断路器；为正，两侧的保护装置就无延时地动作于跳开两侧的断路器；当线路外部发生短路时，两侧电流当线路外部发生短路时，两侧电流( (或功率或功率) )方向相反，保护不动作。这种保方向相反，保护不动作。这种保护可以实现线路全长范围内故障的无时限切除，从理论上这种保护具有绝对护可以实现线路全长范围内故障的无时限切除，从理论上这种保护具有绝对的选择性。的选择性。 4.1 输电线路纵联保护的基本原理与类型输电线路纵联保护的基本原理与类型1.7第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.7 输电线路纵联保护为了交换两侧的电气量信息，需要利用通道。采输电线路纵联保护为了交换两侧的电气量信息，需要利用

9、通道。采用的通道不同，在装置原理、结构、性能和适用范围等方面就具有很大用的通道不同，在装置原理、结构、性能和适用范围等方面就具有很大的差别。输电线路纵联保护按照所利用通道的不同可以分为以下四种类的差别。输电线路纵联保护按照所利用通道的不同可以分为以下四种类型型(通常纵联保护也按此命名通常纵联保护也按此命名)：(1) 导引线纵联保护导引线纵联保护(简称导引线保护简称导引线保护)。(2) 电力线载波纵联保护电力线载波纵联保护(简称高频保护简称高频保护)。(3) 微波纵联保护微波纵联保护(简称微波保护简称微波保护)。(4) 光纤纵联保护光纤纵联保护(简称光纤保护简称光纤保护)。下面将重点介绍导引线保

10、护和高频保护。下面将重点介绍导引线保护和高频保护。4.1.2 输电线路纵联保护的基本类型输电线路纵联保护的基本类型4.1 4.1 输电线路纵联保护的基本原理与类型输电线路纵联保护的基本原理与类型1.8第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.84.2.1 导引线纵联保护的基本原理导引线纵联保护的基本原理 导引线纵联保护是纵联保护中最简单的一种，又常简称为纵联保护，它导引线纵联保护是纵联保护中最简单的一种，又常简称为纵联保护，它就是利用辅助导线或称导引线作为通道将被保护线路一侧的电流状况与经过就是利用辅助导线或称导引线作为通道将被保护线路一侧的电流状况与经过导引线传送过来的另一侧的电流

11、状况进行比较，以辨别短路是发生在被保护导引线传送过来的另一侧的电流状况进行比较，以辨别短路是发生在被保护线路的内部或是外部，从而判断保护是否应该动作。导引线所传送的电流状线路的内部或是外部，从而判断保护是否应该动作。导引线所传送的电流状况可分为两大类，其中一类是传送电流的大小况可分为两大类，其中一类是传送电流的大小(瞬时值瞬时值)，另一类是传送电流，另一类是传送电流的方向。根据传送电流的大小的方向。根据传送电流的大小(瞬时值瞬时值)以辨别是内部短路还是外部短路的保以辨别是内部短路还是外部短路的保护比较简单，目前获得十分广泛的应用。而根据传送电流的方向以辨别是内护比较简单，目前获得十分广泛的应用

12、。而根据传送电流的方向以辨别是内部短路还是外部短路的保护则比较复杂，目前应用较少。部短路还是外部短路的保护则比较复杂，目前应用较少。首先以极短的线路为例，简要说明纵联保护的基本原理。如图首先以极短的线路为例，简要说明纵联保护的基本原理。如图4.2所示，在所示，在线路的线路的M和和N两侧装设特性和变比完全相同的电流互感器，两侧电流互感器两侧装设特性和变比完全相同的电流互感器，两侧电流互感器的一次回路的正极性均置于靠近母线的一侧，二次回路的同极性端子连接，的一次回路的正极性均置于靠近母线的一侧，二次回路的同极性端子连接，差动继电器差动继电器KD则并连接在电流互感器的二次端子上。则并连接在电流互感器

13、的二次端子上。 LILILIMNII MNII 4.2 4.2 导引线纵联保护导引线纵联保护1.9第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.9在线路的两端，仍规定一次侧电流的正方向为从母线流向被保护的线路。在线在线路的两端，仍规定一次侧电流的正方向为从母线流向被保护的线路。在线路正常运行时，设线路的电流路正常运行时，设线路的电流 从从M端流入，从端流入，从N端流出端流出(如图中的虚线所示如图中的虚线所示)，则线路两侧电流则线路两侧电流 和和 按照规定的正方向看反相，按照规定的正方向看反相， ，其电流互感器，其电流互感器的二次电流为的二次电流为4.2 4.2 导引线纵联保护导引线纵联保

14、护MNII LILILIMILIMMMTAIIIn NNNTAIIIn 1.10第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.104.2 4.2 导引线纵联保护导引线纵联保护式中式中 、 两侧电流互感器的二次电流；两侧电流互感器的二次电流； 、 两侧电流互感器的激磁电流；两侧电流互感器的激磁电流； 两侧电流互感器的变比。两侧电流互感器的变比。MINIMINITAn图图4.2 4.2 纵联保护的基本原理纵联保护的基本原理1.11第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.114.2 4.2 导引线纵联保护导引线纵联保护流入差动继电器流入差动继电器(或称为差动回路或称为差动回路)的电

15、流为的电流为 MMNNrTATAIIIIInn由于由于 MNII MNrunbTAIIIIn所以所以 1.12第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.12式中式中 不平衡电流不平衡电流(下面将详细说明下面将详细说明)。当线路外部发生短路当线路外部发生短路(如如k2点点)时，电流互感器一次和二次电流的方向与正常工作的时，电流互感器一次和二次电流的方向与正常工作的情况相同，流入差动继电器的电流仍为不平衡电流，但因为此时一次侧电流为短路情况相同，流入差动继电器的电流仍为不平衡电流，但因为此时一次侧电流为短路电流，比正常时的负荷电流大得多，所以此时的不平衡电流要大得多。电流，比正常时的负荷

16、电流大得多，所以此时的不平衡电流要大得多。当线路内部发生短路当线路内部发生短路(如如k1点点)时，时，M两侧的电流均为正。这时将反向两侧的电流均为正。这时将反向(见图见图4.2中的实中的实线线)，此时流入差动继电器的电流为，此时流入差动继电器的电流为 (4-2)式中式中 故障点的总电流，故障点的总电流， 。4.2 4.2 导引线纵联保护导引线纵联保护unbI1MM1NNrTATAIIIIInnMNMN1M1Nk1rTATATATAIIIIIIIInnnnk1Ik1k1Mk1NIII1.13第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.13式式(4-2)(4-2)说明内部短路时流入差动继电

17、器的电流为故障点总电流的二次值，且说明内部短路时流入差动继电器的电流为故障点总电流的二次值，且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。当差动继电器为反映电流过量动作时，线路内部短路时，它就动作，即向被保护线路两侧为反映电流过量动作时，线路内部短路时，它就动作，即向被保护线路两侧送出跳闸信号，而正常运行和外部短路时，差动继电器不动作。送出跳闸信号，而正常运行和外部短路时，差动继电器不动作。从以上分析可见，导引线纵联保护在原理上区分了线路的内部和外部故障，从以上分析可见，导引线纵联保护在原理上区分了线路的内部和外部故障

18、，可无延时地切除线路两侧电流互感器之间任何地点的故障。由于在正常情况可无延时地切除线路两侧电流互感器之间任何地点的故障。由于在正常情况下，上述连接方式的纵联保护的二次侧电流在导引线中成环流，因此也称为下，上述连接方式的纵联保护的二次侧电流在导引线中成环流，因此也称为环流法纵联保护。实际上图环流法纵联保护。实际上图4.24.2的接线只能用于短线路、变压器、发电机和母的接线只能用于短线路、变压器、发电机和母线等作为主保护，而不用于输电线路，因为在正常情况下，它要求沿线路敷线等作为主保护，而不用于输电线路，因为在正常情况下，它要求沿线路敷设流过电流互感器二次电流的多根导引线，这在技术上是有很多困难的

19、，在设流过电流互感器二次电流的多根导引线，这在技术上是有很多困难的，在经济上也是不合理的。经济上也是不合理的。 在导引线纵联保护中，为了节省导引线的芯数，一般将欲比较的三相电在导引线纵联保护中，为了节省导引线的芯数，一般将欲比较的三相电流综合成单相电流，并在线的两端均设有差动继电器，从而省去传送跳闸脉流综合成单相电流，并在线的两端均设有差动继电器，从而省去传送跳闸脉冲信号的导引线。冲信号的导引线。4.2 4.2 导引线纵联保护导引线纵联保护1.14第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.14 将三相电流合成为单相电流可以采用复式滤序器或综合器。综合器比复式滤序将三相电流合成为单相电

20、流可以采用复式滤序器或综合器。综合器比复式滤序器简单，输出功率大，容易做成电压源或电流源，虽然灵敏度差一些，在短线上器简单，输出功率大，容易做成电压源或电流源，虽然灵敏度差一些，在短线上一般也能满足要求，因而获得广泛的应用。一般也能满足要求，因而获得广泛的应用。在导引线纵联保护中，按照在导引线中电流的流动情况可分为环流法和均压法两在导引线纵联保护中，按照在导引线中电流的流动情况可分为环流法和均压法两种。图种。图4.34.3中给出了两种接线法的基本原理图。图中中给出了两种接线法的基本原理图。图中TATA为综合变流器，将三相电为综合变流器，将三相电流变为单相电流，再经过升压变压器流变为单相电流，再

21、经过升压变压器T T和导引线和导引线PWPW将线路两侧保护回路连接在一将线路两侧保护回路连接在一起。升压变压器使导引线电阻归算到一次侧的数值大为降低，有利于克服导引线起。升压变压器使导引线电阻归算到一次侧的数值大为降低，有利于克服导引线电阻的影响。升压变压器还起着将导引线与继电器隔离的作用，也便于实现对导电阻的影响。升压变压器还起着将导引线与继电器隔离的作用，也便于实现对导引线完好性的监视，因而总是采用的。在正常运行及外部短路情况下，线路引线完好性的监视，因而总是采用的。在正常运行及外部短路情况下，线路4.2 4.2 导引线纵联保护导引线纵联保护1.15第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路

22、纵联保护1.154.2 4.2 导引线纵联保护导引线纵联保护图图4.3 采用综合变流器的导引线纵联保护原理图采用综合变流器的导引线纵联保护原理图(a) 环流法环流法 (b) 均压法均压法1.16第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.16两侧电流两侧电流 和和 相位相差相位相差180180，升压变压器的高压侧电压，升压变压器的高压侧电压 和和 相位也相差相位也相差180180，环流法接线在导引线中有电流环流，忽略导引线的电阻，差动继电器中的电流为环流法接线在导引线中有电流环流，忽略导引线的电阻，差动继电器中的电流为零；均压法接线在导引线中没有电流环流，差动继电器中电流也为零。在内部

23、短零；均压法接线在导引线中没有电流环流，差动继电器中电流也为零。在内部短路时，两种接线的差动继电器中均有电流流过，从而能够准确地动作。当发生外路时，两种接线的差动继电器中均有电流流过，从而能够准确地动作。当发生外部短路时，均压法接线的导引线将会承受高电压，而环流法接线的导引线将在内部短路时，均压法接线的导引线将会承受高电压，而环流法接线的导引线将在内部短路时承受高电压。对于短线路来说，外部短路的机会多，而内部短路又可以部短路时承受高电压。对于短线路来说，外部短路的机会多，而内部短路又可以由纵联保护很快地切除，所以从这个观点来看，环流法较好，但两种接线对保护由纵联保护很快地切除，所以从这个观点来

24、看，环流法较好，但两种接线对保护性能无重大影响。性能无重大影响。MINI SURU4.2 4.2 导引线纵联保护导引线纵联保护1.17第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.17导引线纵联保护整定计算的基本原则是，应保证正常运行和外部短路时保导引线纵联保护整定计算的基本原则是，应保证正常运行和外部短路时保护装置不动作跳闸。因此导引线纵联保护的一次动作电流按满足以下条件护装置不动作跳闸。因此导引线纵联保护的一次动作电流按满足以下条件进行选择。进行选择。1. 躲过外部短路时的最大不平衡电流躲过外部短路时的最大不平衡电流为躲开保护范围外部短路时的最大不平衡电流，此时差动继电器的整定电为躲

25、开保护范围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流应为 (4-3)式中式中 可靠系数，取可靠系数，取1.31.5。保护范围外部短路时的最大不平衡电流可按下式来确定保护范围外部短路时的最大不平衡电流可按下式来确定 (4-4)4.2.2 导引线纵联保护的整定计算导引线纵联保护的整定计算setrell maxIK IrelKunb maxnpsterrk maxIK K K I4.2 4.2 导引线纵联保护导引线纵联保护1.18第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.18式中式中 非周期系数，主要考虑暂态过程中的非周期分量的影响，当差动回非周期系数，主要考虑暂态过程中的

26、非周期分量的影响，当差动回路中采用速饱和中间变流器时，取路中采用速饱和中间变流器时，取1；当差动回路中采用串联电阻降低不平衡电；当差动回路中采用串联电阻降低不平衡电流时，取流时，取1.52； 电流互感器容许的最大相对误差，取电流互感器容许的最大相对误差，取0.1； 电流互感器的同型系数，两侧电流互感器型号相同取电流互感器的同型系数，两侧电流互感器型号相同取0.5，不同型号取，不同型号取1 保护范围外部最大短路电流归算到二次侧的数值。保护范围外部最大短路电流归算到二次侧的数值。2. 躲过正常运行时电流互感器二次侧继线时的电流躲过正常运行时电流互感器二次侧继线时的电流正常运行时电流互感器二次侧继线

27、时，差动继电器中将流过线路负荷电流的二次正常运行时电流互感器二次侧继线时，差动继电器中将流过线路负荷电流的二次值，这时保护就不动作。此时差动继电器的整定电流应为值，这时保护就不动作。此时差动继电器的整定电流应为 (4-5)式中式中 可靠系数，取可靠系数，取1.51.8；npKerrKerrKstKk maxIsetrell maxIK IrelKrelK4.2 4.2 导引线纵联保护导引线纵联保护1.19第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.19 线路正常运行时和最大负荷电流归算到二次侧的数值。线路正常运行时和最大负荷电流归算到二次侧的数值。应取以上两个整定值中较大的一个作为差动

28、继电器的整定值。应取以上两个整定值中较大的一个作为差动继电器的整定值。保护的灵敏系数可按下式校验：保护的灵敏系数可按下式校验： (4-6) 式中式中 单侧电源作用且被保护线路末端短路时，流过差动继电器的最单侧电源作用且被保护线路末端短路时，流过差动继电器的最小短路小短路 电流。电流。 当灵敏系数不能满足要求时，则需要采用具有制动特性的纵联保护等。当灵敏系数不能满足要求时，则需要采用具有制动特性的纵联保护等。l maxIk minsenop2IKIk minI4.2 4.2 导引线纵联保护导引线纵联保护1.20第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.204.2.3 导引线纵联保护的动

29、作特性导引线纵联保护的动作特性 线路纵联保护的动作特性取决于线路两侧电流的关系。两侧电流的关线路纵联保护的动作特性取决于线路两侧电流的关系。两侧电流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：特性的分析方法如下： 从纵联保护整定计算的基本原则可知，其动作条件可表示为从纵联保护整定计算的基本原则可知，其动作条件可表示为 (4-7)式式(4-7)两侧同除两侧同除 得得 (4-8)当以当以 为参考相量，并令为参考相量，并令 ， 则上式可写为则上式可写为 MNop|IIINIopMNN1IIII

30、NIMNargIINIopjMNNe1IIII4.2 4.2 导引线纵联保护导引线纵联保护1.21第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.21式式(4-9)所描述的特性所描述的特性在复数平面上的轨迹是在复数平面上的轨迹是个圆，其圆心坐标为个圆，其圆心坐标为(- -1，0)，半径，半径为。为。在正常运行及外部短路时，在正常运行及外部短路时， ， 180，即，即 ， ，显然无，显然无法满足式法满足式(4-9)的动作条件。在复平面上的动作条件。在复平面上 正好是动作特性圆的圆心，又是正好是动作特性圆的圆心，又是不动作区的中心不动作区的中心，可见，可见圆内为不动作区圆内为不动作区(又称为闭

31、锁区又称为闭锁区)。当线路内部发生短路时。当线路内部发生短路时，0，则有，则有 0，其值在正实轴上，满足式，其值在正实轴上，满足式(4-9)的动作条件，且保护在的动作条件，且保护在最灵敏状态下，即最灵敏状态下，即圆外为动作区。一般情况下，因圆外为动作区。一般情况下，因0 1，所以特性圆必在，所以特性圆必在j轴的左侧，其特性如图轴的左侧，其特性如图4.4(a)所示。所示。在电流直角坐标系中，保护的动作特性如图在电流直角坐标系中，保护的动作特性如图4.4(b)所示，所示， 正好是第一、第正好是第一、第三象限的平分线三象限的平分线2(外部短路电流曲线外部短路电流曲线)，是不动作区的中心。直线，是不动

32、作区的中心。直线1和和1之间为不动之间为不动作区，两直线外侧为动作区。作区，两直线外侧为动作区。MNII MIjMNe1II j180MNeIIjMMNNeIIIIopNIIMNII 4.2 4.2 导引线纵联保护导引线纵联保护1.22第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.22由图由图4.44.4可知，随着动作电流增大，纵联保护的闭锁区就越大，一旦保护的动作电可知，随着动作电流增大，纵联保护的闭锁区就越大，一旦保护的动作电流整定后，则当被保护线路外部短路电流增大时，闭锁圆的半径流整定后，则当被保护线路外部短路电流增大时，闭锁圆的半径 将随之减小，将随之减小，即保护的闭锁区反而缩小

33、。这时由于电流互感器的误差会随外部短路电流增大而即保护的闭锁区反而缩小。这时由于电流互感器的误差会随外部短路电流增大而增大，进入差动继电器的不平衡电流也将增加，纵联保护可能越出被缩小的闭锁增大，进入差动继电器的不平衡电流也将增加，纵联保护可能越出被缩小的闭锁区进入动作区而发生保护误动作。区进入动作区而发生保护误动作。 (a) (a) 复平面上的特性复平面上的特性 (b) (b) 电流直角坐标系的特性电流直角坐标系的特性图图4.4 纵联保护的动作特性纵联保护的动作特性0 0 opNII4.2 4.2 导引线纵联保护导引线纵联保护1.23第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.234.

34、2.4 带制动特性的纵联保护带制动特性的纵联保护 当被保护线路外部短路时，如果进入差动继电器的不平衡电流很大，则保护的当被保护线路外部短路时，如果进入差动继电器的不平衡电流很大，则保护的动作电流也将增大，这使保护的灵敏度下降，并可能误动作。为了减少不平衡动作电流也将增大，这使保护的灵敏度下降，并可能误动作。为了减少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的原理接线图如图动继电器的原理接线图如图4.5所示。所示。 (a) 在正常运行和线路外部短路时在正常运行和线路外部短路时 (b) 在线

35、路内部短路时在线路内部短路时图图4.5 带制动线圈的电流差动继电器的原理接线图带制动线圈的电流差动继电器的原理接线图4.2 4.2 导引线纵联保护导引线纵联保护1.24第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.24该原理接线图的特点是制动线圈该原理接线图的特点是制动线圈WB有两个，它们的相对极性是这样考虑的：当外部有两个，它们的相对极性是这样考虑的：当外部故障时，线路穿越电流在两个制动线圈上产生的磁通相加，在差动线圈故障时，线路穿越电流在两个制动线圈上产生的磁通相加，在差动线圈WKD上产生上产生的磁通相减，制动作用增强，使差动继电器不能动作；而当内部故障时，两侧的故障的磁通相减，制动

36、作用增强，使差动继电器不能动作；而当内部故障时，两侧的故障电流各经一个制动线圈流入差动线圈，在差动线圈上产生的磁通相加，两制动线圈上电流各经一个制动线圈流入差动线圈，在差动线圈上产生的磁通相加，两制动线圈上产生的磁通相减，制动作用互相减弱。因此，设置这样的两个制动线圈后，对内部故产生的磁通相减，制动作用互相减弱。因此，设置这样的两个制动线圈后，对内部故障的灵敏度影响甚小，而对外部故障则制动作用随穿越性短路电流的增大而增大，从障的灵敏度影响甚小，而对外部故障则制动作用随穿越性短路电流的增大而增大，从而在被保护线路两侧电流互感器有较大的误差下，差动继电器仍能可靠不动作。而在被保护线路两侧电流互感器

37、有较大的误差下，差动继电器仍能可靠不动作。设置制动线圈后，差动继电器的动作方程为设置制动线圈后，差动继电器的动作方程为 (4-10) rrMNMNoprIIk III4.2 4.2 导引线纵联保护导引线纵联保护1.25第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.25式中式中 和电流，使差动继电器动作的电流；和电流，使差动继电器动作的电流； 差电流，它将制止差动继电器动作，故称为制动电流；差电流，它将制止差动继电器动作，故称为制动电流；K K 制动系数，制动系数，0 0k k1 1； 纵联保护的二次动作电流。纵联保护的二次动作电流。式式(4-10)(4-10)两边同除以两边同除以 ，令，

38、令 ，化简得，化简得 MNIIMNIIoprINIMNjIabIMNjIabI4.2 4.2 导引线纵联保护导引线纵联保护1.26第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.26式式(4-11)在复数平面上也是一个圆，如图在复数平面上也是一个圆，如图4.6所示。其圆心坐标为所示。其圆心坐标为( ,0)，圆的半径，圆的半径为为 ，在圆内为闭锁区。从图中及式，在圆内为闭锁区。从图中及式(4-11)可见，在复数平面上电流差动继电器的可见，在复数平面上电流差动继电器的闭锁圆的大小与外部短路电流的大小无关，仅与制动系数闭锁圆的大小与外部短路电流的大小无关，仅与制动系数k有关。制动电流越大，圆有关

39、。制动电流越大，圆的半径越大，即纵联保护的闭锁区越大。这种特性正好满足在内部短路时制动电流小，的半径越大，即纵联保护的闭锁区越大。这种特性正好满足在内部短路时制动电流小，动作电流小，保护的灵敏度高，而外部短路时，制动电流大，动作电流大，不易误动动作电流小，保护的灵敏度高，而外部短路时，制动电流大，动作电流大，不易误动作的要求。在图作的要求。在图4.6(b)中，动作电流不再是常数，而是随外部短路电流的增大而增大中，动作电流不再是常数，而是随外部短路电流的增大而增大的变量。的变量。 (a) 复平面上的特性复平面上的特性 (b) 电流直角坐标系的特性电流直角坐标系的特性图图4.6 带制动线圈的纵联保

40、护动作特性带制动线圈的纵联保护动作特性2211kk2211kk221kk4.2 4.2 导引线纵联保护导引线纵联保护1.27第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.27总而言之，导引线纵联保护的通道需要铺设电缆，其投资随线路长度而增加。总而言之，导引线纵联保护的通道需要铺设电缆，其投资随线路长度而增加。当线路较长当线路较长(超过超过10余公里余公里)时就不经济了。导引线越长，安全性越低。导引线时就不经济了。导引线越长，安全性越低。导引线中传输的是电信号，在中性点接地系统中，除了雷击外，在接地故障时地中电中传输的是电信号，在中性点接地系统中，除了雷击外，在接地故障时地中电流会引起地电

41、位升高，也会产生感应电压，对保护装置和人身安全构成威胁，流会引起地电位升高，也会产生感应电压，对保护装置和人身安全构成威胁，并会造成误动作。所以导引线的电缆必须有足够的绝缘水平，例如并会造成误动作。所以导引线的电缆必须有足够的绝缘水平，例如15kV的绝的绝缘水平，这将使投资增大。导引线直接传输交流电量，故在导引线纵联保护中缘水平，这将使投资增大。导引线直接传输交流电量，故在导引线纵联保护中广泛采用纵联保护原理，但导引线的参数广泛采用纵联保护原理，但导引线的参数(电阻及分布电容电阻及分布电容)直接影响保护性能，直接影响保护性能，从而在技术上也限制了导引线纵联保护用于较长的线路。从而在技术上也限制

42、了导引线纵联保护用于较长的线路。4.2 4.2 导引线纵联保护导引线纵联保护1.28第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.284.34.3 输电线高频保护基本概念输电线高频保护基本概念 为了快速切除高压远距离输电线路上的各种类型的短路，在线路纵联保护为了快速切除高压远距离输电线路上的各种类型的短路，在线路纵联保护原理的基础上，以输电线载波通道作为通信通道，来比较输电线路两侧的电气原理的基础上，以输电线载波通道作为通信通道，来比较输电线路两侧的电气量，以判断短路是在被保护输电线本身还是在相邻线路上，这种保护称为高频量，以判断短路是在被保护输电线本身还是在相邻线路上，这种保护称为高频

43、保护。它可以有效地克服采用导引线纵联差动的缺点。保护。它可以有效地克服采用导引线纵联差动的缺点。1.29第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.29输电线路用来作为载波通道时，必须在输电线路上装设专用的加工设备，将输电线路用来作为载波通道时，必须在输电线路上装设专用的加工设备，将同时在输电线路上传送的工频和高频电流分开，并将高频收、发信机与高压同时在输电线路上传送的工频和高频电流分开，并将高频收、发信机与高压设备隔离，以保证二次设备和人身的安全。高频收、发信机通过结合电容器设备隔离，以保证二次设备和人身的安全。高频收、发信机通过结合电容器接入输电线路的方式主要有两种：一种连接方式是

44、高频收、发信机通过结合接入输电线路的方式主要有两种：一种连接方式是高频收、发信机通过结合电容器连接在输电线路两相导线之间，称为电容器连接在输电线路两相导线之间，称为“相相相相”制；另一种连接方式制；另一种连接方式是高频收、发信机通过结合电容器连接在输电线一相导线与大地之间，称为是高频收、发信机通过结合电容器连接在输电线一相导线与大地之间，称为“相相地地”制。制。“相相相相”制高频通道的衰耗小，但所需加工设备多，投资制高频通道的衰耗小，但所需加工设备多，投资大；大；“相相地地”制高频通道传输效率低，但所需加工设备少，投资较小。目制高频通道传输效率低，但所需加工设备少，投资较小。目前，国内外一般都

45、采用前，国内外一般都采用“相相地地”制，高频通道。制，高频通道。“相相地地”制高频通道原理接线，如图制高频通道原理接线，如图4.74.7所示，高频加工设备由高频阻波所示，高频加工设备由高频阻波器、耦合电容器、连接滤波器、高频电缆等组成，主要元件作用如下所述。器、耦合电容器、连接滤波器、高频电缆等组成，主要元件作用如下所述。4.3.1 4.3.1 高频通道的构成原理高频通道的构成原理4.34.3 输电线高频保护基本概念输电线高频保护基本概念1.30第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.30图图4.7 “相相地地”制高频通道原理接线图制高频通道原理接线图l输电线路；输电线路；2高频阻

46、波器；高频阻波器；3耦合电容器；耦合电容器；4连接滤波器；连接滤波器；5高频电线；高频电线；6保护间隙；保护间隙；7接地刀闸；接地刀闸；8，9高频收、发信机高频收、发信机4.34.3 输电线高频保护基本概念输电线高频保护基本概念1.31第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.311. 1. 高频阻波器高频阻波器高频阻波器是由电感和电容组成的高频阻波器是由电感和电容组成的50Hz50Hz并联谐振回路，串接在输电线的工作相中并联谐振回路，串接在输电线的工作相中，它对工频的阻抗很小，一般小于，它对工频的阻抗很小，一般小于0.04 0.04 ；而对高频载波电流具有很高阻抗，其；而对高频载波

47、电流具有很高阻抗，其值约大于值约大于l000 l000 ，这样高频信号就被限制在被保护线路的范围以内，而不能穿越，这样高频信号就被限制在被保护线路的范围以内，而不能穿越到相邻线路上去，以免产生不必要的损耗和造成对其他高频通道的干扰。到相邻线路上去，以免产生不必要的损耗和造成对其他高频通道的干扰。为了适应各种高频载波设备的需要，已有多种阻波器投入运行，其中包括单频阻为了适应各种高频载波设备的需要，已有多种阻波器投入运行，其中包括单频阻波器、双频阻波器、带频阻波器和宽带阻波器等。在电力系统高频保护中，广泛波器、双频阻波器、带频阻波器和宽带阻波器等。在电力系统高频保护中，广泛使用专用的单频阻波器。使

48、用专用的单频阻波器。2. 2. 耦合电容器耦合电容器耦合电容器与连接滤波器共同配合，将载波信号传递至输电线路，同时使高频收耦合电容器与连接滤波器共同配合，将载波信号传递至输电线路，同时使高频收发信机与工频高压线路绝缘。由于耦合电容器对于工频电流呈现极大的阻抗，故发信机与工频高压线路绝缘。由于耦合电容器对于工频电流呈现极大的阻抗，故由它所导致的工频泄漏电流极小。由它所导致的工频泄漏电流极小。3. 连接滤波器连接滤波器连接滤波器由一个可调节的空心变压器及连接至高频电缆一侧的电容器组成。连接滤波器由一个可调节的空心变压器及连接至高频电缆一侧的电容器组成。连接滤波器和耦合电容器构成一个带通滤波器，连接

49、于高压输电线路与高频连接滤波器和耦合电容器构成一个带通滤波器，连接于高压输电线路与高频4.34.3 输电线高频保护基本概念输电线高频保护基本概念1.32第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.32电缆之间。当在其带通范围内的高频信号通过时，所产生的衰耗应电缆之间。当在其带通范围内的高频信号通过时，所产生的衰耗应为最小，高频信号能高效率地通过，当工频电流通过时，则产生的为最小，高频信号能高效率地通过，当工频电流通过时，则产生的衰耗应尽可能地大，从而能使工频电流截止。同时，带通滤波器能衰耗应尽可能地大，从而能使工频电流截止。同时，带通滤波器能进行阻抗匹配，对进行阻抗匹配，对“相相地地”

50、制方式，输电线路侧的波阻抗约为制方式，输电线路侧的波阻抗约为400 400 高频电缆侧的波阻抗约为高频电缆侧的波阻抗约为100 100 。这样，就可以避免高频信号的电磁。这样，就可以避免高频信号的电磁波在传送过程中发生反射，因而减小高频信号的附加衰耗。并联在波在传送过程中发生反射，因而减小高频信号的附加衰耗。并联在连接滤波器两侧的接地刀闸，是当调整或检修高频收、发信机和连连接滤波器两侧的接地刀闸，是当调整或检修高频收、发信机和连接滤波器时，用它来进行安全接地，以保证人身和设备的安全。接滤波器时，用它来进行安全接地，以保证人身和设备的安全。4. 4. 高频电缆高频电缆高频电缆是将位于主控制室的高

51、频收、发信机与户外变电站的带通高频电缆是将位于主控制室的高频收、发信机与户外变电站的带通滤波器连接起来的导线，以便用最小的衰耗传送高频信号。从主控滤波器连接起来的导线，以便用最小的衰耗传送高频信号。从主控制室到户外变电站这段距离，虽然高频电缆只有几百米，但因其所制室到户外变电站这段距离，虽然高频电缆只有几百米，但因其所传送的信号频率很高，如果采用普通电缆，衰减很大，因此多采用传送的信号频率很高，如果采用普通电缆，衰减很大，因此多采用单芯式同轴电缆。其波阻抗约为单芯式同轴电缆。其波阻抗约为100 100 。4.34.3 输电线高频保护基本概念输电线高频保护基本概念1.33第第4 4章章 输电线路

52、纵联保护输电线路纵联保护1.335. 5. 保护间隙保护间隙保护间隙是高频通道的辅助设备，作为过电压保护用，当线路上遭受雷保护间隙是高频通道的辅助设备，作为过电压保护用，当线路上遭受雷击产生过电压时，通过放电间隙击穿接地，以保护收、发信机不致被击击产生过电压时，通过放电间隙击穿接地，以保护收、发信机不致被击毁。毁。6. 6. 高频收、发信机高频收、发信机发信机部分由继电保护来控制，通常是在电力系统发生故障时，保护部发信机部分由继电保护来控制，通常是在电力系统发生故障时，保护部分启动之后它才发出信号，但也有采用长期发信方式的。由发信机发出分启动之后它才发出信号，但也有采用长期发信方式的。由发信机

53、发出的高频信号，通过高频通道输送到对端收信机接收，也可以被自己一端的高频信号，通过高频通道输送到对端收信机接收，也可以被自己一端收信机接收。高频收信机接收到本端和对端所发送的高频信号后，经过收信机接收。高频收信机接收到本端和对端所发送的高频信号后，经过比较和判断后，决定继电保护动作跳闸或闭锁。比较和判断后，决定继电保护动作跳闸或闭锁。高频收、发信机有电子管型、晶体管型和集成电路型等。高频收、发信机有电子管型、晶体管型和集成电路型等。4.34.3 输电线高频保护基本概念输电线高频保护基本概念1.34第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.344.3.24.3.2 高频通道的工作方式高

54、频通道的工作方式按照正常运行时有无高频信号，高频通道的工作方式可分为经常无高频电流按照正常运行时有无高频信号，高频通道的工作方式可分为经常无高频电流(故障时发信方式故障时发信方式)和经常有高频电流和经常有高频电流(长期发信方式长期发信方式)两种方式。两种方式。所谓经常无高频电流所谓经常无高频电流(故障时发信方式故障时发信方式)是指在正常运行时通道中无高频信号是指在正常运行时通道中无高频信号，只在线路故障时才启动发信机。其优点是发信机寿命长，对通道中其他信，只在线路故障时才启动发信机。其优点是发信机寿命长，对通道中其他信号的干扰小，缺点是要定期启动发信机来检查通道的完好性。而经常有高频号的干扰小

55、，缺点是要定期启动发信机来检查通道的完好性。而经常有高频电流电流(长期发信方式长期发信方式)使在正常运行时通道中就有高频信号，无需发信机的启使在正常运行时通道中就有高频信号，无需发信机的启动部分，使得装置简化、保护灵敏度和动作速度提高，此方式应设法解决对动部分，使得装置简化、保护灵敏度和动作速度提高，此方式应设法解决对通道中其他信号的干扰问题。通道中其他信号的干扰问题。在以上的两种工作方式中，以其传送的信号性质为准，又可以分为传送闭锁在以上的两种工作方式中，以其传送的信号性质为准，又可以分为传送闭锁信号、允许信号和跳闸信号三种类型。信号、允许信号和跳闸信号三种类型。 需要注意的是，应该将需要注

56、意的是，应该将“高频信号高频信号”与与“高频电流高频电流”两个概念区分开来。两个概念区分开来。所谓高频信号是指线路一端的高频保护在故障时向线路另一端的高频保护所所谓高频信号是指线路一端的高频保护在故障时向线路另一端的高频保护所发出的信息。因此，在经常无高频电流发出的信息。因此，在经常无高频电流(故障时发信方式故障时发信方式)的通道中，故障时的通道中，故障时发出发出4.34.3 输电线高频保护基本概念输电线高频保护基本概念1.35第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.35高频电流的出现就是一种信号，但在经常有高频电流高频电流的出现就是一种信号，但在经常有高频电流(长期发信方式长期发

57、信方式)的通道的通道中，当故障时将高频电流停止或改变其频率也是代表一种信号。中，当故障时将高频电流停止或改变其频率也是代表一种信号。所谓跳闸信号是指：所谓跳闸信号是指：“出现高频信号就构成跳闸的充分条件，不论保护装置出现高频信号就构成跳闸的充分条件，不论保护装置是否动作是否动作”。可见它与继电保护的动作信号之间是。可见它与继电保护的动作信号之间是“或或”的逻辑关系。的逻辑关系。所谓允许信号是指：所谓允许信号是指：“出现高频信号仅构成跳闸的必要条件，必须再和保护出现高频信号仅构成跳闸的必要条件，必须再和保护装置的动作行为组成装置的动作行为组成“与与”门，才构成跳闸的充分条件。没有高频信号则构门，

58、才构成跳闸的充分条件。没有高频信号则构成不跳闸的充分条件成不跳闸的充分条件”。所谓闭锁信号是指：所谓闭锁信号是指：“出现高频信号构成不跳闸的充分条件，没有高频信号出现高频信号构成不跳闸的充分条件，没有高频信号仅是跳闸的必要条件，后者和保护装置的动作行为组成仅是跳闸的必要条件，后者和保护装置的动作行为组成“与与”门，构成跳闸门，构成跳闸的充分条件的充分条件”。采用闭锁信号的优点是可靠性高，线路故障对传送闭锁信号无影响，所以在采用闭锁信号的优点是可靠性高，线路故障对传送闭锁信号无影响，所以在以输电线路作高频通道时，广泛采用这种信号方式，缺点是这种信号方式要以输电线路作高频通道时，广泛采用这种信号方

59、式，缺点是这种信号方式要求两端保护元件动作时间和灵敏系数应很好配合，所以保护结构复杂，求两端保护元件动作时间和灵敏系数应很好配合，所以保护结构复杂，4.34.3 输电线高频保护基本概念输电线高频保护基本概念1.36第第4 4章章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护1.36动作速度慢。采用允许信号的主要优点是动作速度快，在主保护双重化动作速度慢。采用允许信号的主要优点是动作速度快，在主保护双重化的情况下，可以利用一套闭锁信号，另一套用允许信号。采用跳闸信号的情况下，可以利用一套闭锁信号，另一套用允许信号。采用跳闸信号的优点是能从一端判定内部故障，缺点是抗干扰能力差，多用于线路变的优点是能从一端判定

60、内部故障，缺点是抗干扰能力差，多用于线路变压器组上。压器组上。如果按照高频信号的比较方式，高频信号还可分为间接比较方式和直接如果按照高频信号的比较方式，高频信号还可分为间接比较方式和直接比较方式两种。比较方式两种。所谓间接比较方式是指：高频信号仅将本侧交流继电器对故障的判断结所谓间接比较方式是指：高频信号仅将本侧交流继电器对故障的判断结果传送到对侧去，线路两侧保护根据两侧交流继电器对故障判断的结果果传送到对侧去，线路两侧保护根据两侧交流继电器对故障判断的结果作出最终判断。所以高额信号间接代表交流电气量，可以简单地用高频作出最终判断。所以高额信号间接代表交流电气量，可以简单地用高频电流的有或无来