继电保护11纵差保护课件

电力系统继电保护第11讲二零一二年二-七月纵联差动保护授课日期：2012.05.22/23第14周周二/三5-6/3-4节§7.1§7.2输电线路的纵联差动保护光纤纵联差动保护第7章电网的差动保护和高频保护7.1输电线路的纵联差动保护

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，不能实现全线瞬时切除故障。这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？解决办法：采用线路纵联差动保护

7.1.1纵联差动保护的基本原理输电线路的纵联保护，就是用某种通信通道(简称通道)将输电线两端或各端(对于多端线路)的保护装置纵向连接起来，将各端的电气量(电流、功率的方向等)传送到对端，将各端的电气量进行比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外，从而决定是否切断被保护线路。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，它都能瞬时切除故障。

保护原理的本质是甄别系统正常和故障状态下电气量或非电气量之间的差别，纵联保护也不例外。输电线路的纵联保护就是利用线路两端的电气量在故障与非故障时的特征差异构成的。当线路发生区内故障、区外故障时，电力线两端电流波形、功率、电流相位以及两端的测量阻抗都有明显的差异，利用这些差异就可以构成不同原理的纵联保护。7.1.1纵联差动保护的基本原理(a)区内故障；(b)区外故障1、两侧电流量特征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感器二次电流的差。(b)区外故障差动继电器TATAKD(a)区内故障；TATA差动继电器KD点有较大短路电流流出：当线路发生区外短路故障或正常运行时，

两端电流相量关系为当线路发生区内故障时，在故障流入的电流为两侧电源供给短路点的总电流，大于继电器动作电流，继电器动作，断开本段线路。纵差保护不需要与与相邻元件的保护在动作值和时限值上相配合，可实现全线。瞬时动作切除故障。m2．两侧电流相位特征3．两侧功率方向特征当线路上发生区内故障和区外故障时，输电线两端的功率方向也有很大差别。设功率正方向由母线指向线路，则线路发生区内故障时，两端功率方向都由母线流向线路，两端功率方向相同，同为正方向；而发生区外故障时，远故障点端功率由母线流向线路，功率方向为正，近故障点端功率由线路流向母线，功率方向为负，两端功率方向相反。7.1.1纵联差动保护的基本原理1、两侧电流量特征两端输电线路，若全系统阻抗角均匀，且两端电动势角相等，则当线路MN发生区内短路故障时，两侧电流同相位，即两电流相位差为0°；而当正常运行或发生区外短路故障时，两侧电流反相，即两电流相位差为180°。(b)区外故障差动继电器TATAKD(a)区内故障；TATA差动继电器KD4．两侧测量阻抗值特征当线路区内短路时，输电线路两端的测量阻抗都是短路阻抗，一定位于距离保护Ⅱ段的动作区内，两侧的Ⅱ段同时启动；当正常运行时，两侧的测量阻抗是负荷阻抗，距离保护Ⅱ段不会启动；当发生外部短路时，两侧测量阻抗也是短路阻抗，但一侧为反方向，若采用方向特性的阻抗继电器，则至少有一侧的距离Ⅱ段不会启动。结论：1)差动保护灵敏度很高

2)保护范围稳定3)可以实现全线速动

4)不能作相邻元件的后备保护

(b)区外故障差动继电器TATAKD(a)区内故障；TATA差动继电器KD2．两侧电流相位特征7.1.1纵联差动保护的基本原理1、两侧电流量特征3．两侧功率方向特征

实际上，在正常运行和外部短路故障时，差动回路中还有一个不平衡电流Iunb。差动继电器KD的起动电流是按大于不平衡电流整定的，所以，在被保护线路正常及外部故障时差动保护不会动作。当被保护线路内部故障时，流入差动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，瞬时发出跳闸脉冲，断开线路两侧断路器。7.1.1纵联差动保护的基本原理7.1.2纵联差动保护的不平衡电流1．稳态不平衡电流

设互感器的二次电流为

该不平衡电流是当一次电流较大时由于两侧电流互感器的励磁性能不一致而引起励磁电流急剧上升的程度不一样，造成二次电流的较大差别。正常运行或区外故障时，流入继电器的电流为两侧电流互感器励磁电流之差就是该不平衡电流。7.1.2纵联差动保护的不平衡电流1．稳态不平衡电流

2．暂态过程中的不平衡电流

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,减小暂态过程中的最大不平衡电流，有两种方法。1、在差动回路中接入具有快速饱和特性的中间变流器UA。2、在差动回路串入电阻R。在结束阶段，铁芯饱和消失，电流互感器转入正常工作，不平衡电流又减小。平衡电流不大。最大不平衡电流发生在暂态过程时间的中段。暂态过程中起始段，直流分量大，铁芯高度饱和，一次侧交流分量很难传变到二次侧。所以不平衡电流不大。

纵联保护按照所利用信息通道的不同类型可以分为导引线纵联保护、电力线载波纵联保护、微波纵联保护和光纤纵联保护四种。纵联保护按照保护动作原理，可以分为方向比较式纵联保护和纵联电流差动保护两类。7.1输电线路的纵联差动保护7.1.1纵联差动保护的基本原理7.1.3纵联差动保护的分类7.1.2纵联差动保护的不平衡电流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，按躲开电流互感器二次断线整定：

灵敏度校验：纵联差动保护的评价

优点：全线速动，不受过负荷及系统振荡的影响，灵敏度较高。

缺点：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10％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短线路（一般不超过5～7km线路）才采用。

应用：7.3平行双回线路保护7.3.1平行双回线路内部故障的特点假设两侧等效电动势:假设电流的正方向为由母线指向线路，且平行双回线路阻抗相等。正常运行或区外故障时，区内故障时，此判别可通过采用900接线方式的功率方向继电器实现。当判别为线路II发生短路故障。由此构成的平行双回线路保护，亦称为横联差动方向保护。起动元件：反应差电流的电流继电器。判别元件：功率方向继电器。当判别为线路I发生短路故障。1、横联差动方向保护7.3平行双回线路保护7.3.1平行双回线路内部故障的特点当M母线电压降低时，且

则判别为线路I发生短路故障。由此构成的平行双回线路保护，亦称为电流平衡保护。当M母线电压降低时，且则判别为线路II发生短路故障。2、电流平衡保护应用此原理同样可判别出由N侧发生故障的线路。7.3平行双回线路保护7.3.2平行双回线路的横联差动方向保护1、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，有选择性地瞬时切除故障线路。起动元件：电流继电器1KA和2KA。判别元件：功率方向继电器1KW,3KW和2KW,4KW。~~1、横联差动方向保护的工作原理(1)正常运行及外部短路时线路I和II流过相同电流，,两电流互感器差回路中的电流仅为很小的不平衡电流。1KA和2KA流过仅为很小的不平衡电流Iunb，当整定电流继电器1KA和2KA的动作电流Iop.r>Iunb,则保护装置不会误动作。(2)内部短路时(a)当K1发生在线路I，由于均大于1KA和2KA的动作电流而起动，且1KW和2KW承受正方向功率而动作，跳开1QF和2QF。~~1、横联差动方向保护的工作原理(2)内部短路时(c)由于直流操作电源是经过1QF和2QF（3QF和4QF

）动合触点串联闭锁的，当其中任一回路断开后，即切断了操作电源，令横联差动方向保护退出工作。(a)当K1发生在线路I，由于均大于1KA和2KA的动作电流而起动，且1KW和2KW承受正方向功率而动作，跳开1QF和2QF。~~(b)当K2发生在线路II，由于均大于1KA和2KA的动作电流而起动，且3KW和4KW承受正方向功率而动作，跳开3QF和4QF。2、横联差动方向保护的相继动作区和死区7.3.2平行双回线路的横联差动方向保护（1）相继动作区相继动作：线路两侧保护装置，当故障点太靠近一侧，较远一侧差动电流过小而拒动，差动电流较大一侧先动作切除故障后，使另一侧差动电流增大再动作。

——产生相继动作的范围。

K点到N母线的区域为M侧保护的相继动作区Z1:线路单位长度正序阻抗值M侧保护的相继动作区（%）为：以K点为相继动作区边界，有M侧供给的短路电流1KA的整定电流值据分流公式：一般要求：（2）死区——KW不能动作引起的，分电流死区和电压死区。

功率方向继电器采用90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。死区的长度不允许大于被保护线路全长的10％。

2、横联差动方向保护的相继动作区和死区7.3.2平行双回线路的横联差动方向保护（1）相继动作区（2）横联差动保护的死区

——KW不能动作引起的，分电流死区和电压死区。（3）横联差动保护的的优缺点及应用范围

优点：

——能够迅速而有选择性地切除平行线路上的故障，实现起来简单、经济，不受系统振荡的影响。

缺点：

——存在相继动作区，当故障发生在相继动作区时，切除故障的时间增加1倍。保护装置还存在死区。需加装单回线运行时线路的主保护和后备保护。适用于66kV及以下的平行线路上。

应用：7.3平行双回线路保护7.3.3电流平衡保护1、电流平衡保护的工作原理电流平衡保护：是利用电流平衡继电器比较两回线路电流大小来判断双回线路上是否发生故障和故障发生在哪一回路上，从而有选择性地瞬时切除故障线路。7.3.2平行双回线路的横联差动方向保护7.3.1平行双回线路内部故障的特点

电流平衡继电器是按比较平行双回线路中的电流绝对值而工作的。还引入电压量作为制动量。2、整流型电流平衡继电器

整流型电流平衡继电器是用均压法幅值比较回路比较平行双回线路中的电流绝对值大小的。P1822、整流型电流平衡继电器——是用均压法幅值比较回路比较平行双回线路中的电流绝对值大小的。动作电流制动电流制动电压动作回路整流桥制动回路整流桥制动回路整流桥++U2、U3同极性并联输入为正弦量的动作方程：制动量取U2和U3两者输出的最大值执行元件KP的动作电压若电流平衡继电器为M侧保护线路I的故障选择元件；由光纤通道构成的保护称为光纤继电保护。光纤通道由光发送器、光纤和光接收器组成。信号处理光发送器光接收器信号处理光纤电信号输入电信号输出光纤通道示意图1、光发送器。光发送器作用是将电信号转变为光信号输出。2、光接收器。光接收