电力系统继电保护-第四章.

1、第四章第四章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护全线速动保护全线速动保护一、问题提出：一、问题提出： 电流电压保护和距离保护用于输电线路保电流电压保护和距离保护用于输电线路保护时，只需将线路一端的电流电压经过互感护时，只需将线路一端的电流电压经过互感器引入保护装置，但器引入保护装置，但由于互感器传变的误差，由于互感器传变的误差，线路参数值的不精确性以及继电器本身的测线路参数值的不精确性以及继电器本身的测量误差等原因量误差等原因，有可能，有可能把被保护线路对端所把被保护线路对端所连结的母线上的故障或母线所连接的其它线连结的母线上的故障或母线所连接的其它线路出口处的故障误判为本线路末端的故障路出口处

2、的故障误判为本线路末端的故障而而将被保护线路切断。将被保护线路切断。4.1.1 输电线纵联保护概述输电线纵联保护概述电流、距离保护的缺陷电流、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反映：一侧电气量，即只采集线路一侧的电气量缺陷：缺陷：段有延时，无法实现全线速动，段有延时，无法实现全线速动，MN123220kV220kV线路线路 难以满足快速性要求。难以满足快速性要求。k1k2电流保护电流保护优点优点距离保护距离保护缺点缺点工作原理工作原理接线接线 简单简单可靠性好可靠性好受系统运受系统运行方式的行方式的影响大影响大适用范围适用范围35kv35kv及以及以下的低压下的低压配电网

3、络配电网络接线较复接线较复杂杂 可靠性可靠性相对差相对差受系统运受系统运行方式的行方式的影响小影响小110kv110kv及以及以上中高压上中高压输电网络输电网络 电流保护、距离保护利用线路一侧的信息量，实电流保护、距离保护利用线路一侧的信息量，实际应用中均构成阶段式保护。际应用中均构成阶段式保护。 为此，设法将被保护元件两端为此，设法将被保护元件两端( (或多端或多端) )的电气量进的电气量进行同时比较行同时比较, ,以便以便判断故障在区内？还是区外？判断故障在区内？还是区外？ 将两端保护装置的信号纵向联结起来，构成将两端保护装置的信号纵向联结起来，构成_纵联保护纵联保护( (又称为单元保护单

4、元保护)。 仅利用线路一侧的电气量所构成的继电保护（单端仅利用线路一侧的电气量所构成的继电保护（单端电气量），电气量），无法区分本线路末端与相邻线路无法区分本线路末端与相邻线路（或元（或元件）的出口故障，如：电流保护、阻抗保护。件）的出口故障，如：电流保护、阻抗保护。纵联保护：又称为单元保护。纵联保护：又称为单元保护。 Pilot Protection 或或 Unit Protection二、纵联保护的定义：二、纵联保护的定义：输电线的纵联保护是用输电线的纵联保护是用某种通信通道某种通信通道将输电线将输电线两两端的保护装置端的保护装置纵向联结起来，将各端的电气量纵向联结起来，将各端的电气量（电

5、流、功率方向等）传送到对端并将两端的电（电流、功率方向等）传送到对端并将两端的电气量比较以判断故障发生在本线路范围内还是在气量比较以判断故障发生在本线路范围内还是在本线路范围外，从而决定是否切断被保护线路。本线路范围外，从而决定是否切断被保护线路。在理论上，纵联保护具有绝对的选择性。在理论上，纵联保护具有绝对的选择性。纵联保护特点：纵联保护特点：可以快速、可靠地区分本线路可以快速、可靠地区分本线路内部任意点短路与外部短路，即可以实现全线内部任意点短路与外部短路，即可以实现全线速动。速动。输电线路纵联保护结构框图输电线路纵联保护结构框图在设备的在设备的“纵向纵向”之间，进行信号交换之间，进行信号

6、交换横向关系横向关系( (如：横向故障如：横向故障) )纵联保护分类纵联保护分类方向纵联和距离纵联保护方向纵联和距离纵联保护( (比较两端逻辑量比较两端逻辑量) )差动纵联保护（比较两端全量）差动纵联保护（比较两端全量） 按保护按保护动作原动作原理划分理划分导引线纵联保护导引线纵联保护电力线载波纵联保护电力线载波纵联保护微波纵联保护微波纵联保护光纤纵联保护光纤纵联保护按通信按通信通道划通道划分分单元保护单元保护非单元保护非单元保护方向比较纵联保护方向比较纵联保护距离纵联保护距离纵联保护按保按保护形护形式划式划分分相位比较纵联保护相位比较纵联保护纵联电流差动保护纵联电流差动保护输电线路纵联保护输

7、电线路纵联保护 （两端的保护（两端的保护装置组成一个装置组成一个保护单元）保护单元）1. 1. 各种传送信息通道的特点各种传送信息通道的特点 (1)(1)导引线通道导引线通道 这种通道需要铺设导引线电缆这种通道需要铺设导引线电缆, ,其投资随线路长度而增加。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10km10km以上以上) )时不经济。导引线越长时不经济。导引线越长, ,安全性越安全性越低，维护困难。低，维护困难。导引线中传输的是电信号。在中性点接地系统中导引线中传输的是电信号。在中性点接地系统中, ,除了雷除了雷击外击外, ,在接地故障时地中电流会引起地电位升高在接地故障时

8、地中电流会引起地电位升高, ,也会产生感应也会产生感应电压电压, ,对保护装置和人身安全构成威胁对保护装置和人身安全构成威胁, ,从而造成保护不正确动从而造成保护不正确动作。所以作。所以导引线的电缆必须有足够的绝缘水平导引线的电缆必须有足够的绝缘水平( (例如例如15kV15kV的绝的绝缘水平缘水平), ),这就使投资增大。这就使投资增大。导引线直接传输交流电量导引线直接传输交流电量, ,故导引线保护广泛采用故导引线保护广泛采用差动保差动保护原理护原理, ,但导引线的参数但导引线的参数( (电阻和分布电容电阻和分布电容) )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保护用

9、于较长的线路。从而在技术上也限制了导引线保护用于较长的线路。(2)(2)电力线载波通道电力线载波通道这种通道在保护中应用最广。以这种通道在保护中应用最广。以电力线作为通电力线作为通信通道信通道。 载波通道由高压输电线及其信息加工和连接设载波通道由高压输电线及其信息加工和连接设备备( (阻波器、结合电容器及高频收发信机阻波器、结合电容器及高频收发信机) )等组成。等组成。 高压输电线机械强度大高压输电线机械强度大, ,十分安全可靠。但是十分安全可靠。但是在线路发生故障时通道可能遭到破坏在线路发生故障时通道可能遭到破坏( (高频信号衰高频信号衰减增大减增大), ),为此需考虑在此情况下高频信号是否

10、能有为此需考虑在此情况下高频信号是否能有效传输的问题。效传输的问题。当载波通道采用当载波通道采用“相相- -地地”制制, ,在线路中点发在线路中点发生单相短路接地故障时衰减与正常时基本相同生单相短路接地故障时衰减与正常时基本相同, ,但在线路两端故障时衰减显著增大。但在线路两端故障时衰减显著增大。当载波通道采用当载波通道采用“相相- -相相”制制, ,在单相短路接在单相短路接地故障时高频信号能够传输地故障时高频信号能够传输, ,但在三相短路时仍但在三相短路时仍然不能。为此载波保护在利用高频信号时然不能。为此载波保护在利用高频信号时应能使应能使保护在本线路故障信号中断的情况下仍能正确动保护在本线

11、路故障信号中断的情况下仍能正确动作。作。(2)(2)电力线载波通道电力线载波通道(3)(3)微波通道微波通道 微波通道与微波通道与输电线没有直接的联系输电线没有直接的联系, ,输电线输电线发生故障时不会对微波通信系统产生任何影响发生故障时不会对微波通信系统产生任何影响, ,因而利用微波保护的方式不受限制。微波通信是因而利用微波保护的方式不受限制。微波通信是一种多路通信系统一种多路通信系统, ,可以提供足够的通道可以提供足够的通道, ,彻底解彻底解决了通道拥挤的问题。决了通道拥挤的问题。微波通信具有很宽的频带微波通信具有很宽的频带, ,线路故障时信号不线路故障时信号不会中断会中断, ,可以传送交

12、流电的波形。采用可以传送交流电的波形。采用脉冲编码调脉冲编码调制制（PCMPCM）方式可以进一步扩大信息传输量）方式可以进一步扩大信息传输量, ,提高提高抗干扰能力抗干扰能力, ,也更适合于数字保护。微波通信是理也更适合于数字保护。微波通信是理想的通信系统想的通信系统, ,但是保护专用微波通信设备是不经但是保护专用微波通信设备是不经济的济的, ,应当与远动等在设计时兼顾起来。同时还要应当与远动等在设计时兼顾起来。同时还要考虑信号衰耗的问题（需要中继）。考虑信号衰耗的问题（需要中继）。(3)(3)微波通道微波通道 但衰减受气候影响较大，且属于但衰减受气候影响较大，且属于“视距传视距传输输”，传输

13、距离受限制。，传输距离受限制。(4)(4)光纤通道光纤通道 光纤通道与微波通道有相同的优点。光纤通光纤通道与微波通道有相同的优点。光纤通信也广泛采用信也广泛采用( (PCMPCM) )调制方式。当被保护线路很调制方式。当被保护线路很短时短时, ,通过光缆直接将光信号送到对侧通过光缆直接将光信号送到对侧, ,在每半套在每半套保护装置中都将电信号变成光信号送出保护装置中都将电信号变成光信号送出, ,又将所又将所接收之光信号变为电信号供保护使用。由于光与接收之光信号变为电信号供保护使用。由于光与电之间互不干扰电之间互不干扰, ,所以光纤保护没有导引线保护所以光纤保护没有导引线保护的问题的问题, ,在

14、经济上也可以与导引线保护竞争。在经济上也可以与导引线保护竞争。（1 1）方向比较式纵联保护）方向比较式纵联保护: : 功率方向、测量阻抗判断结果功率方向、测量阻抗判断结果（2 2）纵联电流保护）纵联电流保护：电流相量、电流相位：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. 2. 纵联保护分类纵联保护分类 按通道分类按通道分类导引线导引线：10km10km，二次电气量，电流差动保护，二次电气量，电流差动保护电力线载波电力线载波：最广泛，输电线路，要求线路故障时能动：最广泛，输电线路，要求线路故障时能动微波微波：信息量大信息量大光纤光纤：信息量大，抗干扰，今年来被广泛采用信息

15、量大，抗干扰，今年来被广泛采用按原理分类按原理分类2. 2. 纵联保护分类纵联保护分类 1) 1) 方向纵联保护与距离纵联保护方向纵联保护与距离纵联保护 两侧保护继电器仅反应本侧的电气量两侧保护继电器仅反应本侧的电气量, ,利用利用通道将继电器对通道将继电器对故障方向判别故障方向判别的结果传送到对的结果传送到对侧侧, ,每侧保护根据两侧保护继电器的动作过程逻每侧保护根据两侧保护继电器的动作过程逻辑判断区分是辑判断区分是区内还是区外故障。区内还是区外故障。这类保护是间接比较线路两侧的电气量这类保护是间接比较线路两侧的电气量, ,在在通道中传送的是通道中传送的是逻辑信号逻辑信号。按照保护判别方向。

16、按照保护判别方向所用的继电器又可分为所用的继电器又可分为方向纵联保护与距离纵方向纵联保护与距离纵联保护联保护。 传送的是判别的逻辑量，信息量较少，但对传送的是判别的逻辑量，信息量较少，但对可靠性要求较高。可靠性要求较高。2) 2) 差动纵联保护差动纵联保护 利用通道将本侧电流的波形或代表电流相位利用通道将本侧电流的波形或代表电流相位的信号传送到对侧的信号传送到对侧, ,每侧保护根据对两侧电流的幅每侧保护根据对两侧电流的幅值和相位比较的结果区分值和相位比较的结果区分是区内还是区外故障。是区内还是区外故障。可见这类保护在每侧都直接比较两侧的电气量。可见这类保护在每侧都直接比较两侧的电气量。类似于差

17、动保护类似于差动保护, ,因此称为因此称为差动纵联保护差动纵联保护。如果将两侧保护的原理图绘在一张图上如果将两侧保护的原理图绘在一张图上( (实际实际每侧只是整个单元保护的半套每侧只是整个单元保护的半套), ),那么前一种保护的那么前一种保护的通道是在逻辑图中将两侧保护联系起来通道是在逻辑图中将两侧保护联系起来, ,而后一种而后一种保护的通道是将两侧的交流回路联系起来。保护的通道是将两侧的交流回路联系起来。 传送的是电气量，信息量较大，并且要求两侧传送的是电气量，信息量较大，并且要求两侧信息同步采集，对通道要求较高。信息同步采集，对通道要求较高。4.1.2 4.1.2 输电线路短路时两侧电气量

18、的输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析故障特征分析纵联保护是利用线路两端的电气量在故障纵联保护是利用线路两端的电气量在故障与非故障时的与非故障时的特征差异特征差异构成保护，当线路发生构成保护，当线路发生区内故障、区外故障时，电力线两端的区内故障、区外故障时，电力线两端的电流波电流波形形、功率方向功率方向、电流相位电流相位以及两端的以及两端的测量阻抗测量阻抗都具有明显的差异，利用这些差异可以构成不都具有明显的差异，利用这些差异可以构成不同原理的纵联保护。同原理的纵联保护。1. 1. 电流全量特征电流全量特征k1MNMUNUMINI内部故障内部故障 k k2 2MNMINI区外故障区外故障 根据

19、基尔霍夫电流定律根据基尔霍夫电流定律(KCL)(KCL)可知：可知：在集总参数电路中，任何时刻，在集总参数电路中，任何时刻，对任意一节点，所有支路电流相对任意一节点，所有支路电流相量和等于零。用数学表达式表示量和等于零。用数学表达式表示如下：如下：对于输电线路对于输电线路MNMN可以认为是一个节点。可以认为是一个节点。0I MNkIIII0MNIII 外部故障外部故障 内部故障内部故障2. 2. 功率方向特征功率方向特征 k1MNMUNUMINI内部故障内部故障 当发生内部故障时，两侧功当发生内部故障时，两侧功率均由母线流向线路，率均由母线流向线路，两侧功两侧功率方向均为正。率方向均为正。k

20、k2 2MNMINI区外故障区外故障 当发生外部故障时，当发生外部故障时，MM侧功侧功率由母线流向线路，其功率方率由母线流向线路，其功率方向为正。向为正。N N侧功率由线路流向侧功率由线路流向母线，其功率方向为负。母线，其功率方向为负。两侧两侧功率方向相反。功率方向相反。MUMIMMMWUINUNINNNWUI+ + + + + + +内部内部故障故障- - -+ + + + +外部外部 故障故障WWMM(+)(+)WWN N(+)(+)WWMM(+)(+)WWN N(-)(-)3. 3. 电流相位特征电流相位特征 MiNitIM0IN180arg0MNIIarg180MNII外部故障外部故障

21、内部故障内部故障IMINtttNiMiINIMINIM区内故障时，两侧电流同相位；区内故障时，两侧电流同相位；正常运行及区外故障时，两侧电流相位相反。正常运行及区外故障时，两侧电流相位相反。4. 4. 两端测量阻抗的特征两端测量阻抗的特征 当线路内部短路时，线路两侧的测量阻抗都是短当线路内部短路时，线路两侧的测量阻抗都是短路阻抗，且一定位于距离保护路阻抗，且一定位于距离保护段的动作区内。两段的动作区内。两侧的侧的段同时启动；段同时启动； 当正常运行时，两侧的测量阻抗都是负荷阻抗，当正常运行时，两侧的测量阻抗都是负荷阻抗，两侧的距离保护两侧的距离保护段均不启动；段均不启动； 当线路外部短路时，线

22、路两侧的测量阻抗也是短当线路外部短路时，线路两侧的测量阻抗也是短路阻抗，但其中一侧是反方向，至少有一侧的距离路阻抗，但其中一侧是反方向，至少有一侧的距离保护保护段不启动；段不启动；区内故障时，区内故障时，两侧的距离保护两侧的距离保护段均启动；段均启动； 正常运行及区外故障时，正常运行及区外故障时，至少有一侧的距离保护至少有一侧的距离保护段不启动。段不启动。1. 1. 两端电流相量和两端电流相量和1KNMIIII0NMIIIMNk k1 1MINI区内故障MNk k2 2MINI区外故障（正方向：母线（正方向：母线线路）线路）2. 2. 两端功率方向两端功率方向MNk k1 1MINI区内故障区

23、外故障MNk k2 2MINIMSNSMSNS两侧功率方向均为正两侧功率方向均为正一侧功率方向为负一侧功率方向为负（正方向：母线（正方向：母线线路）线路）3. 3. 两端电流相位特征两端电流相位特征假设：两侧系统阻抗角、电势角相同，假设：两侧系统阻抗角、电势角相同，正方向：母线正方向：母线线路线路0MNk k1 1MINI区内故障MNk k2 2MINI区外故障1804. 4. 两端测量阻抗两端测量阻抗区内故障：区内故障：两端距离两端距离段段 Z ZII II 均启动均启动区外故障：区外故障：近端距离近端距离段段 Z ZII II 不启动不启动， 远端远端启动启动。 MNk k1 1MINI区

24、内故障k1MUMIMNNINU归纳：归纳：正常运行正常运行或外部故障或外部故障内部故障内部故障方向元件方向元件两侧均为正两侧均为正阻抗元件阻抗元件一侧为正一侧为正一侧为负一侧为负一侧动作一侧动作一侧不动作一侧不动作两侧均动作两侧均动作（希望动作希望动作）（希望不动希望不动）特征分界特征分界 如何应用这些特征？后面陆续予以介绍如何应用这些特征？后面陆续予以介绍。电流相位电流相位相位差相位差接近同相接近同相1804.1.3 4.1.3 纵联差动保护的基本原理纵联差动保护的基本原理 1. 1. 纵联电流差动保护纵联电流差动保护 当输电线发生内部故障时：当输电线发生内部故障时：利用输电线路两侧利用输电

25、线路两侧电流波形和电流波形和或或电流相量和电流相量和的特征可以构成纵联电流差动保护的特征可以构成纵联电流差动保护 MNkIIII当输电线正常运行和发生外部故障时：当输电线正常运行和发生外部故障时： 0MNIII由于受由于受TATA的误差的误差、线路分布电容线路分布电容等因素影响，等因素影响，实际上其二次电流相量和可能实际上其二次电流相量和可能不为不为0 0。纵联电流差动保护动作判据可写为：纵联电流差动保护动作判据可写为： MNsetIIIMNII两侧电流的相量和两侧电流的相量和setI差动保护整定值差动保护整定值 2. 2. 方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护 线路发生内部故障时：线路发生内

26、部故障时：MM侧和侧和N N侧功率方向元件均为正；侧功率方向元件均为正；线路发生外部故障时：线路发生外部故障时：MM侧和侧和N N侧功率方向元件均为一正一负。侧功率方向元件均为一正一负。因此可以根据线路两端功率元件的方向因此可以根据线路两端功率元件的方向来判别线路内部或者外部短路。来判别线路内部或者外部短路。通讯媒介通讯媒介跳闸跳闸&MWNWMINIMUNUMNN N侧侧功率功率方向方向M M侧侧功率功率方向方向3. 3. 电流相位比较式纵联保护电流相位比较式纵联保护 线路发生内部故障时：线路发生内部故障时：MM端和端和N N端电流同相端电流同相线路发生外部故障时：线路发生外部故障时：

27、一端电流为母线流向线路，另一端为由线路流一端电流为母线流向线路，另一端为由线路流向母线，于是两端电流相位相反向母线，于是两端电流相位相反 。1800因此可以根据两侧电流的相位差来判因此可以根据两侧电流的相位差来判别线路内部或者外部短路。别线路内部或者外部短路。考虑到考虑到TVTV、TATA的相角误差的相角误差以及以及输电线分布电容输电线分布电容等影等影响，当线路发生区外故障时两侧二次电流的响，当线路发生区外故障时两侧二次电流的相角差相角差并不并不刚好等于刚好等于1801800 0，而是，而是近似为近似为1801800 0，且在，且在故障前两侧电动故障前两侧电动势有一定的相角差势有一定的相角差，

28、这样在区内短路时两侧电流也不完，这样在区内短路时两侧电流也不完全同相位。全同相位。setb00bset0180内部故障的动作判据可写为：内部故障的动作判据可写为： 180arg180MbbNII当两侧电流的相位差当两侧电流的相位差 b b时，认为两侧电流反时，认为两侧电流反相，保护不应该动作。相，保护不应该动作。当两侧电流的相位差当两侧电流的相位差 b b时，认为两侧电流同相，时，认为两侧电流同相，保护应该动作。保护应该动作。4. 4. 纵联距离保护纵联距离保护 纵联距离保护的基本原理和方向比较纵联保护的基本纵联距离保护的基本原理和方向比较纵联保护的基本原理相似，只是用原理相似，只是用距离元件

29、替代功率方向元件距离元件替代功率方向元件。 线路发生内部故障时：线路发生内部故障时：MM端和端和N N端距离元件方向端距离元件方向 均为正向均为正向 线路发生外部故障时：线路发生外部故障时：MM端和端和N N端距离元件方向端距离元件方向 为一正一反为一正一反因此可以根据比较两端距离元件的方向来判别线因此可以根据比较两端距离元件的方向来判别线路内部或者外部短路。路内部或者外部短路。 距离距离、段均采用方向元件，段均采用方向元件，段动作直接跳闸，段动作直接跳闸，段动作需比较对侧段动作需比较对侧段是否动作。段是否动作。4.2 4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换输电线路纵联保护两侧信息的交换 输电

30、线路纵联保护的输电线路纵联保护的主要特点主要特点是需要对端是需要对端信息，两端保护要通过通信设备实时地进行信信息，两端保护要通过通信设备实时地进行信息传递。因而纵联保护系统和一般保护相比，息传递。因而纵联保护系统和一般保护相比，需增加通信通道。需增加通信通道。光纤通信光纤通信微波通信微波通信电力高频载波通信电力高频载波通信导引线通信导引线通信根据通信通道的不同，输电线路纵联保护分为：根据通信通道的不同，输电线路纵联保护分为：4.2.1 4.2.1 导引线通信导引线通信 利用敷设在电站或变电所之间的金属电缆作为传递利用敷设在电站或变电所之间的金属电缆作为传递被保护线路各侧信息的通道称之为被保护线

31、路各侧信息的通道称之为导引线通信导引线通信。以导引线为通道的纵联保护称为以导引线为通道的纵联保护称为导引线纵联保护导引线纵联保护。导引线纵联保护导引线纵联保护是线路纵联保护的一种型式，是线路纵联保护的一种型式，它是以金属电缆作为通道，借助通道它是以金属电缆作为通道，借助通道将被保护线路将被保护线路对侧传递来的工频信息与本侧的工频信息相比较以对侧传递来的工频信息与本侧的工频信息相比较以判别区内或区外故障判别区内或区外故障。当被保护线路的内部发生故。当被保护线路的内部发生故障时，它将瞬时跳开被保护线路的各侧断路器，实障时，它将瞬时跳开被保护线路的各侧断路器，实现无时限的快速切除故障。现无时限的快速

32、切除故障。保护原理：电流差动原理保护原理：电流差动原理适用于短线路 1. 1. 环流式导引线保护环流式导引线保护 动作线圈动作线圈制动线圈制动线圈制动线圈制动线圈动作线圈动作线圈导引线导引线.MI.NI.mI.nI 线路两侧电流互感器的线路两侧电流互感器的同极性端子同极性端子经导引线经导引线连接起来。继电器的连接起来。继电器的动作线圈跨接在动作线圈跨接在两导引线芯之两导引线芯之间。如果有间。如果有制动线圈制动线圈则它被则它被串接在串接在导引线的回路中。导引线的回路中。*同极性端子同极性端子同极性端子同极性端子. 在在正常运行或外部故障正常运行或外部故障时，被保护线路两侧电流互感器的同时，被保护

33、线路两侧电流互感器的同极性端子的输出极性端子的输出电流大小相等而方向相反电流大小相等而方向相反，故此时导引线流过，故此时导引线流过循环电流，循环电流，而动作线圈中电流相互抵消，而制动线圈有电流，而动作线圈中电流相互抵消，而制动线圈有电流，保证保护可靠不动作保证保护可靠不动作。 由于平衡状态时导引线流过循环电流，故称由于平衡状态时导引线流过循环电流，故称环流法环流法，这种平，这种平衡的工作模式称为衡的工作模式称为电流平衡原理电流平衡原理。 动作线圈动作线圈制动线圈制动线圈制动线圈制动线圈动作线圈动作线圈.mI.nI*动作线圈中电流相互抵消动作线圈中电流相互抵消制动线圈有较大的制动电流制动线圈有较

34、大的制动电流.在内部故障时，在内部故障时，动作线圈动作线圈中两侧电流同相，中两侧电流同相，制动制动线圈线圈的制动电流小于动作线圈中的动作电流，保的制动电流小于动作线圈中的动作电流，保护能够可靠动作护能够可靠动作。动作线圈动作线圈制动线圈制动线圈制动线圈制动线圈动作线圈动作线圈.MI.NI.mI.nI*动作线圈中两侧电流同相动作线圈中两侧电流同相制动线圈的制动电流小于制动线圈的制动电流小于动作线圈中的动作电流动作线圈中的动作电流k1.2 2均压法均压法 动作线圈动作线圈平衡线圈平衡线圈平衡线圈平衡线圈动作线圈动作线圈.MI.mI.NI.nI线路两侧电流互感器的相异极性端子经由导引线线路两侧电流互

35、感器的相异极性端子经由导引线连接起来，继电器的动作线圈串接在导引线回路连接起来，继电器的动作线圈串接在导引线回路上。若有制动线圈，则它被并接在两导引线线芯上。若有制动线圈，则它被并接在两导引线线芯之间。之间。*. . . . .动作线圈动作线圈平衡线圈平衡线圈平衡线圈平衡线圈动作线圈动作线圈.MI.mI.NI.nI在正常运行或外部故障时在正常运行或外部故障时，被保护线路两侧电流互感器极性，被保护线路两侧电流互感器极性相异的端子的输出电流大小相等且方向相同，故导引线及动相异的端子的输出电流大小相等且方向相同，故导引线及动作线圈中均没有电流通过，二次电流只能分别在各自的制动作线圈中均没有电流通过，

36、二次电流只能分别在各自的制动线圈及互感器二次绕组中流过，在两侧导引线线芯间之电压线圈及互感器二次绕组中流过，在两侧导引线线芯间之电压大小相等方向相反，即处在电压平衡状态。这种工作模式也大小相等方向相反，即处在电压平衡状态。这种工作模式也称为称为电压平衡原理电压平衡原理。 *.动作线圈动作线圈平衡线圈平衡线圈平衡线圈平衡线圈动作线圈动作线圈.MI.mI.NI.nI在内部故障时：在内部故障时：动作绕组中两个二次电流动作绕组中两个二次电流同相，而制动绕组中两个二次电流反相，同相，而制动绕组中两个二次电流反相，作用抵消，保护可靠动作。作用抵消，保护可靠动作。 *k1.4.2.2 4.2.2 电力线高频

37、载波通信电力线高频载波通信 在超高压系统中，为了保证并列运行的动态稳在超高压系统中，为了保证并列运行的动态稳定性和提高输电线的传输容量，在很多情况下，要定性和提高输电线的传输容量，在很多情况下，要求输电线路的求输电线路的故障切除时间故障切除时间( (包括保护动作和断路包括保护动作和断路器跳闸时间器跳闸时间) )为为0.1s0.1s左右左右，这就排除了以电流保护，这就排除了以电流保护和距离保护作为主保护的可能性。和距离保护作为主保护的可能性。 差动保护差动保护能无延时地反应被保护设备内部故障，能无延时地反应被保护设备内部故障，其其必要条件必要条件之一是之一是同时检测和比较被保护设备各引同时检测和

38、比较被保护设备各引出端电流的大小和出端电流的大小和( (或或) )相位相位，这对，这对发电机、变压器发电机、变压器和母线等和母线等主设备是易于实现的，但是对于长度在数主设备是易于实现的，但是对于长度在数十以致数百公里的超高压输电线，企图通过十以致数百公里的超高压输电线，企图通过TATA二次二次电缆来实现两侧电流的大小和相位比较，在经济上电缆来实现两侧电流的大小和相位比较，在经济上和技术上既不合理的也不可行。和技术上既不合理的也不可行。4.2.2 4.2.2 电力线高频载波通信电力线高频载波通信 一种可行的办法是将线路两端的一种可行的办法是将线路两端的电流相位电流相位( (或或功率方向功率方向)

39、 )转变为高频信号，转变为高频信号，利用输电线路本身利用输电线路本身( (或或租用电话线租用电话线) )作为载波通道作为载波通道，将该高频信号传输到，将该高频信号传输到对侧，以实现各端电流相位对侧，以实现各端电流相位( (或功率方向或功率方向) )的比较。的比较。这就是高频保护或载波保护名称的来源。这就是高频保护或载波保护名称的来源。 就其本质而言，高频保护不过是差动保护原就其本质而言，高频保护不过是差动保护原理理在中、长线路上的具体应用在中、长线路上的具体应用，因此高频保护也具，因此高频保护也具有不反应外部短路故障、无时延地快速切除故障线有不反应外部短路故障、无时延地快速切除故障线路的优点。

40、路的优点。4.2.2 4.2.2 电力线高频载波通信电力线高频载波通信 1 1载波通道的构成原理载波通道的构成原理 按照通道的构成，电力线载波通信分为：按照通道的构成，电力线载波通信分为：使用两相线路的使用两相线路的“相相相相”式；式；使用一相一地的使用一相一地的“相相地地”式；式；“相相相相”式信号传输衰减小；式信号传输衰减小； “相相地地”式比较经济。式比较经济。原理原理功率方向（电流相位）功率方向（电流相位）高频信号高频信号（50400kHz）通道：输电线路（相相，通道：输电线路（相相，相地相地）电力线载波通道又称为高频通道电力线载波通道又称为高频通道高频收发信机高频收发信机由继电保护装

41、置控制发出预定由继电保护装置控制发出预定频率的高频信号频率的高频信号高频通道：高频通道：“导线导线大地大地” ” 构成构成输电线载波通道。输电线载波通道。 优点：优点：最经济，可以只在一相最经济，可以只在一相 线路上线路上 装设。装设。 缺点缺点：高频信号的衰耗和受到：高频信号的衰耗和受到 的干扰都比较大。的干扰都比较大。 “相相- -地地”制高频通道示意图制高频通道示意图电力线载波电力线载波输电线输电线(传输信号传输信号)“相相- -地地”制高频通道示意图制高频通道示意图电力线载波电力线载波对高频呈现开路，对高频呈现开路，对工频呈现对工频呈现 两侧无延时跳闸两侧无延时跳闸：简述信号交换与逻辑

42、的过程：简述信号交换与逻辑的过程阻抗动作阻抗动作信息的交换信息的交换IIMZIIMZIIM M侧保护侧保护N N侧保护侧保护IIMZ1 1）区内故障）区内故障启动启动Z Z均动作均动作两侧无延时跳闸两侧无延时跳闸：简述信号交换与逻辑的过程：简述信号交换与逻辑的过程阻抗动作阻抗动作信息的交换信息的交换IIMZIIIMZIIIMZIIMZI至少一侧的至少一侧的Z Z不动不动两侧均不跳闸两侧均不跳闸M M侧保护侧保护N N侧保护侧保护阻抗动作阻抗动作信息的交换信息的交换2 2）区外故障）区外故障：简述信号交换与逻辑的过程：简述信号交换与逻辑的过程IIMZI信号线上信号线上“有有1 1出出1”,1”,

43、并闭锁两侧保护并闭锁两侧保护M M侧保护侧保护N N侧保护侧保护 还可以利用这样的特征：还可以利用这样的特征： 区外短路时，至少有区外短路时，至少有一侧为负（或不动）一侧为负（或不动）。上述结构称为：上述结构称为：闭锁式闭锁式。仅传输一个信号。仅传输一个信号。IIIMZ集电极集电极开路开路IIIMZIIIMZ信号线上信号线上“有有1 1出出1”,1”,并闭锁两侧保护并闭锁两侧保护区外短路时，至少有区外短路时，至少有一侧为负（或不动）一侧为负（或不动）。IIINZ集电极集电极开路开路1 1）上图所示的区外故障）上图所示的区外故障闭锁两侧保护！闭锁两侧保护！M M侧侧Z Z不动，持续发闭锁信号，两

44、侧均不跳。不动，持续发闭锁信号，两侧均不跳。N N侧侧Z Z动也无效动也无效I信号线上信号线上“有有1 1出出1”,1”,并闭锁两侧保护并闭锁两侧保护区外短路时，至少有区外短路时，至少有一侧为负（或不动）一侧为负（或不动）。IIMZIINZ2）区内故障）区内故障III信号线上信号线上“有有1 1出出1”,1”,并闭锁两侧保护并闭锁两侧保护区外短路时，至少有区外短路时，至少有一侧为负（或不动）一侧为负（或不动）。IIMZIINZ2 2）区内故障）区内故障 通道上，通道上，无闭锁信号无闭锁信号两侧均满足跳闸条件两侧均满足跳闸条件MMN Nk k1 1MINIMSNSMMN Nk k2 2MININ

45、SMS闭锁和允许信号有什么区别？闭锁和允许信号有什么区别？（1 1）闭锁信号，不易拒动）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。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。外部故障：一侧保护发闭锁信号，将两侧的保护都闭锁。（2 2）允许信号，不易误动）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；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。作于跳闸

46、。4.2.3 4.2.3 微波通信微波通信 随着电力系统的扩大发展，单纯使用电力线随着电力系统的扩大发展，单纯使用电力线载波一种形式的通道将会出现通道拥挤的困难，载波一种形式的通道将会出现通道拥挤的困难，从本世纪五十年代开始在电力系统中应用微波和从本世纪五十年代开始在电力系统中应用微波和特高频通道。目前美、日等国的电力系统已大量特高频通道。目前美、日等国的电力系统已大量采用微波通道，我国很多电力系统也已开始采用。采用微波通道，我国很多电力系统也已开始采用。1 1微波纵联保护的构成微波纵联保护的构成输电线输电线继电保继电保护设备护设备 逻辑逻辑单元单元接收接收端口端口发送发送端口端口TVTV继电

47、保继电保护设备护设备 逻辑逻辑单元单元接收接收端口端口发送发送端口端口TVTV微波微波解调解调微波微波调制调制微波微波解调解调微波微波调制调制微波收微波收发设备发设备微波收微波收发设备发设备纵联保护系统包括纵联保护系统包括线路两端的继电保线路两端的继电保护设备护设备、微波调制微波调制解调设备解调设备、微波发微波发送接收设备送接收设备。 微波调制、解调、发送和接收设备构成微波通道微波调制、解调、发送和接收设备构成微波通道 微波调制解调设备微波调制解调设备微波发送接收设备微波发送接收设备微波通道微波通道调 制调 制设设 备备微波微波发送发送设备设备微波微波接收接收设备设备解 调解 调设设 备备单向

48、微波通道传输过程单向微波通道传输过程x(t)ty(t)ty(t)tx(t)t调制过程调制过程 ：（：（压频变换压频变换 ）电压信号电压信号x x（t t）输入到调制）输入到调制设备，经过调制设备调制后设备，经过调制设备调制后输出的频率信号输出的频率信号y y（t t） 解调过程解调过程 ：收到微波接收设备送来的频率信收到微波接收设备送来的频率信号号x x（t t）后，解调设备会将该信）后，解调设备会将该信号转换为电压信号号转换为电压信号y y（t t）。）。 2 2微波通道的特点微波通道的特点波长小于波长小于1m(1m(300MHz300MHz) )的电磁波称为微波。的电磁波称为微波。其中包括

49、以下三个波段。其中包括以下三个波段。分米波分米波波长由波长由10cm10cmlm(lm(3003003000MHz3000MHz) )；厘米波厘米波波长由波长由l l10cm(10cm(3000300030000MHz30000MHz) )；毫米波毫米波波长在波长在lcmlcm以下。以下。分米波又称为特高频。电力系统中的微波通信多应分米波又称为特高频。电力系统中的微波通信多应用在分米和厘米波段，也有个别使用米波波段的。用在分米和厘米波段，也有个别使用米波波段的。微波纵联保护的优点：微波纵联保护的优点：（1 1）有一条独立于输电线路的通信通道，输电线）有一条独立于输电线路的通信通道，输电线路上产

50、生的干扰，对通信系统没有影响；通道检路上产生的干扰，对通信系统没有影响；通道检修不影响输电线路运行；修不影响输电线路运行；（2 2）扩展了通信频段，可实现）扩展了通信频段，可实现分相差动分相差动；（3 3）受外界干扰影响小，误码率低，可靠性高；）受外界干扰影响小，误码率低，可靠性高；（4 4）输电线路的任何故障均不会破坏通道。）输电线路的任何故障均不会破坏通道。 超短波有超短波有视距传输视距传输的特点，天线越高，的特点，天线越高，传输距离越远。传输距离越远。例如：例如：当两端天线高度为当两端天线高度为50m50m时，传输距离约时，传输距离约为为50km50km。在个别条件下，利用有利的地形，传

51、。在个别条件下，利用有利的地形，传输距离也可达一、二百公里。这个特点就决定输距离也可达一、二百公里。这个特点就决定了在较远距离的条件下，必须采用了在较远距离的条件下，必须采用微波中继通微波中继通信信的方式，通道价格较贵。的方式，通道价格较贵。 微波通信微波通信视距传输。视距传输。视距视距()rhrh+r=l22222km.=.l=37110636022地球半径地球半径约约6360km设设h=100m时，时，三相差动、分相差动三相差动、分相差动对于线路保护来说，分相电流差动保护具有天然的对于线路保护来说，分相电流差动保护具有天然的选相能力和良好的网络拓扑能力，不受系统振荡、选相能力和良好的网络拓

52、扑能力，不受系统振荡、非全相运行的影响，可以反映各种类型的故障，是非全相运行的影响，可以反映各种类型的故障，是理想的线路主保护。理想的线路主保护。 4.2.4 4.2.4 光纤通信光纤通信 就光纤纵差保护的应用环境来说，随着国家就光纤纵差保护的应用环境来说，随着国家电力工业的发展，通讯技术的日新月异，光缆及电力工业的发展，通讯技术的日新月异，光缆及光纤设备费用的急剧下降，光纤设备费用的急剧下降，光纤通讯网在电力系光纤通讯网在电力系统的架设越来越普遍统的架设越来越普遍。另外，由于光纤电流差动。另外，由于光纤电流差动保护简单、可靠，不受线路运行方式的影响，在保护简单、可靠，不受线路运行方式的影响，

53、在城网和短输电线路中大量采用。因城网中输电线城网和短输电线路中大量采用。因城网中输电线大多较短，光纤芯直接接入不需附加复接设备，大多较短，光纤芯直接接入不需附加复接设备，管理也较方便，故在管理也较方便，故在城网中光纤电流差动保护以城网中光纤电流差动保护以专用光纤通道方式为多专用光纤通道方式为多。1 1光纤通信系统的构成光纤通信系统的构成中继器或中继器或光放大器光放大器光纤光纤光纤光纤光接收机光接收机光发射机光发射机电调电调制器制器光调光调制器制器光探光探测器测器电解电解调器调器由光发射机、光纤、中继器和光接收机组成。由光发射机、光纤、中继器和光接收机组成。 电调制器的作用电调制器的作用是把信息

54、转换为适合信道传输的是把信息转换为适合信道传输的信号，如时分复用（信号，如时分复用（TDMTDM）信号或频分复用）信号或频分复用(FDM)(FDM)信号。信号。用户信息可以是用户信息可以是模拟信号模拟信号，也可以是，也可以是数字信号数字信号。光调制器的作用光调制器的作用是把电调制信号转换为适合光纤信道传输的是把电调制信号转换为适合光纤信道传输的光信号，如直接调制激光器的光信号，如直接调制激光器的光强光强，或通过，或通过外调制器调制激光器的外调制器调制激光器的相位相位（偏转）。（偏转）。光中继器的作用光中继器的作用是对经光纤传输衰减后的信号进行放大。是对经光纤传输衰减后的信号进行放大。光中继器光

55、中继器光电光中继器光电光中继器全光中继器全光中继器如需对业务进行分出和插入，可使用如需对业务进行分出和插入，可使用光电光电光中继器光中继器；如只要求对光信号进行放大，则可以使用如只要求对光信号进行放大，则可以使用光光放大器放大器。电解调器的作用电解调器的作用是把电信号放大，恢复出原信号。是把电信号放大，恢复出原信号。光探测器的作用光探测器的作用是把经光纤传输后的微弱光信号转变为电信号。是把经光纤传输后的微弱光信号转变为电信号。2 2光纤通信的优点光纤通信的优点 (1)(1)通信容量大。通信容量大。从理论上讲，用光作载波可以从理论上讲，用光作载波可以传输传输100100亿个话路亿个话路。实际上目

56、前一对光纤一般可通过几百路到几千路，实际上目前一对光纤一般可通过几百路到几千路，而一根细小的光缆又可包含几十到几百根光纤，而一根细小的光缆又可包含几十到几百根光纤，因此光纤通信系统的通信容量是非常大的。因此光纤通信系统的通信容量是非常大的。(2)(2)可以节约大量金属材料。可以节约大量金属材料。使用光纤通信系统时，光纤由玻璃或硅制成，与使用光纤通信系统时，光纤由玻璃或硅制成，与铜或铝不同，硅或玻璃其来源丰富，供应方便。铜或铝不同，硅或玻璃其来源丰富，供应方便。(3)(3)光纤通信还有保密性好光纤通信还有保密性好敷设方便，不怕雷击，不受外界电磁干扰，抗腐敷设方便，不怕雷击，不受外界电磁干扰，抗腐

57、蚀和不怕潮等优点。蚀和不怕潮等优点。(4)(4)光纤最重要的特性之一是光纤最重要的特性之一是无感应性能无感应性能因此利用光纤可以构成无电磁感应的和极为可靠因此利用光纤可以构成无电磁感应的和极为可靠的通道。这一点对继电保护来说尤为重要，在易的通道。这一点对继电保护来说尤为重要，在易受地电位升高、暂态过程及其它有严重干扰的金受地电位升高、暂态过程及其它有严重干扰的金属线路地段之间，光纤是一种理想的通讯媒介。属线路地段之间，光纤是一种理想的通讯媒介。第三节第三节纵联方向保护纵联方向保护 4.3.1 4.3.1 方向元件方向元件 在纵联方向保护中，方向元件或功率方向测量元件是在纵联方向保护中，方向元件

58、或功率方向测量元件是保护中的关键元件。方向元件的作用是判断故障的方保护中的关键元件。方向元件的作用是判断故障的方向，纵联方向保护中的方向元件应满足以下要求：向，纵联方向保护中的方向元件应满足以下要求： (1) (1) 反应所有类型的故障且无死区；反应所有类型的故障且无死区；(2) (2) 不受负荷的影响，在正常负荷状态下不启动；不受负荷的影响，在正常负荷状态下不启动；(3) (3) 不受系统振荡影响，在振荡无故障时不误动，不受系统振荡影响，在振荡无故障时不误动，振荡中再故障时仍能正确判定故障点方向；振荡中再故障时仍能正确判定故障点方向；(4) (4) 在两相运行时仍能起保护作用在两相运行时仍能

59、起保护作用 纵联保护中使用的方向元件纵联保护中使用的方向元件故障分量方向元件故障分量方向元件相电压补偿方向元件相电压补偿方向元件方向比较式纵联保护原理（两端功率方向的故障特征）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（正常运行和外部故障时（K2K2）：一侧功率正方向，一侧）：一侧功率正方向，一侧负方向。负方向。 内部故障时（内部故障时（K1K1）：两侧功率都为正方向。）：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。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。故障附加状态图中各

60、点的电压、电流称为电压、电流的故障分量。工频故障分量：工频故障分量：电压、电流故障分量中的工频稳态成分。电压、电流故障分量中的工频稳态成分。工频故障分量工频故障分量的基本概念的基本概念)()()(cba0kkUE工频故障分量方向元件：用工频电压、电流的故障分量构成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。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（母线（N N侧），另外一侧是母线侧），另外一侧是母线线路（线路（MM侧）。侧）。内部故障时：两侧的突变量功率方向为线路内部故障时：两侧的突变量功率方向为线