继电保护 纵联保护课件

第四章

输电线路纵联保护14.1.1输电线纵联保护概述为此，设法将被保护元件两端(或多端)的电气量进行同时比较,以便判断故障在区内？还是区外？将两端保护装置的信号纵向联结起来，构成纵联保护。——与横向故障的称谓进行对应比较（后面再用图例说明“纵、横”的区别）。仅利用线路一侧的电气量所构成的继电保护（单端电气量），无法区分本线路末端与相邻线路（或元件）的出口故障，如：电流保护、阻抗保护。2单端电气量保护：仅利用被保护元件的一侧电气量，无法区分线路末端和相邻线路的出口短路，可以作为后备保护或出口故障的第二种保护。（通常设计为：三段式）。纵联保护：利用被保护元件的各侧电气量，可以识别：内部和外部的故障，但是，不能作为后备保护。3纵联保护有多种分类方法，可以按照通道类型或动作原理进行分类。1）通道类型：导引线电力线载波微波光纤2）动作原理：比较方向比较相位基尔霍夫电流定律（差电流）还可以将通道类型与动作原理结合起来进行称呼。如：光纤电流差动（简称：光差），高频距离。通道(信号交换手段)5分析、讨论特征的目的：寻找内部故障与其他工况（正常运行、外部故障）的特征区别和差异——>提取判据，构成继电保护原理。4.1.2两侧电气量的特征当然，构成原理后，再分析影响因素；并研究消除影响因素的对策、措施（需要权衡利弊后，再确定是否采用）。6一、两侧电流相量和(瞬时值和)的故障特征基尔霍夫电流定律：

在一个节点中，流入的电流等于流出的电流。按照继电保护规定的正方向：——指向被保护元件。那么，基尔霍夫电流定律可以修改为：在任何一个节点中，流入的电流之和等于0。下面，用图例说明。7，就构成了继电保护原理——电流差动保护。广泛应用于各种设备的保护。基尔霍夫电流定律的拓展：

将节点拓展为一个封闭区域。二者区别很大被保护设备设计区别的门槛9，应当是：电流和保护。即：从负荷(或外部短路)电流的特征看：“电流差动”名称的来历(与规定方向有关)：——即电流差＝0按继电保护规定的正方向（或计算原理）但是，习惯成俗，仍然称为：差动保护。——>若有电流差，就动作。10二、两侧功率方向的故障特征1、正常运行2、外部短路3、内部短路（为正）（为负）113、区内故障三、两侧电流相位的故障特征13四、两侧测量阻抗的故障特征1、正常和区外故障一侧阻抗可能动作，另一侧阻抗不动作。2、区内故障两侧阻抗均动作。14归纳：正常运行或外部故障内部故障方向元件两侧均为正阻抗元件一侧为正一侧为负一侧动作一侧不动作两侧均动作（希望动作）（希望不动）特征分界

如何应用这些特征？后面陆续予以介绍。电流相位相位差接近同相154.1.3纵联保护的基本原理一、纵联电流差动保护

依据两侧电流相量和（瞬时值和）的故障特征，即，基尔霍夫电流定律。基本思路仍然适用——动作门槛17分相电流差动保护的优点：1）具有选择性好、可靠、灵敏、快速的优点；2）具有明确区分内部和外部故障的能力；3）具有自然选相的功能；4）不受运行方式、非全相、串补电容、转换性故障、同杆并架线路的跨线故障、振荡及振荡中再故障等因素的影响（受振荡的影响很小）；

5）内部短路电流通常都大于差动电流的启动值。原理最好的保护18缺点：1）增加两侧信息交换的通道——增加了复杂性。2）几乎不反映纵向短路。

3）采用导线实现线路两侧的信号交换时，导线（导引线）太长，更容易出现故障，容易烧毁（一次短路后，感应电流太大）。

因此，主要应用于：发电机、变压器、母线、电抗器等就近连接TA的保护中。

4）不能作为后备（所有纵联保护的缺点）。

19二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）M侧保护N侧保护1）区内故障启动＋Z均动作——>两侧无延时跳闸：简述信号交换与逻辑的过程阻抗动作信息的交换21二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）M侧保护N侧保护1）区内故障启动＋Z均动作——>两侧无延时跳闸：简述信号交换与逻辑的过程阻抗动作信息的交换22至少一侧的Z不动——>两侧均不跳闸二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）M侧保护N侧保护阻抗动作信息的交换2）区外故障：简述信号交换与逻辑的过程23信号线上“有1出1”,并闭锁两侧保护M侧保护N侧保护

还可以利用这样的特征：

区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。上述结构称为：闭锁式。仅传输一个信号。25信号线上“有1出1”,并闭锁两侧保护区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。集电极开路1）上图所示的区外故障闭锁两侧保护！M侧Z不动，持续发闭锁信号，两侧均不跳。N侧Z动也无效26信号线上“有1出1”,并闭锁两侧保护区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。2）区内故障27信号线上“有1出1”,并闭锁两侧保护区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。2）区内故障通道上，无闭锁信号两侧均满足跳闸条件29三、电流相位比较式纵联保护区内故障动作区域称为：相差保护考虑误差后304.2输电线路纵联保护两侧信息的交换信号交换的途径（通道）：1、导引线通信。2、电力线载波。3、微波通信。4、光纤通信。311）导引线方式主要应用于：发电机、母线、变压器、电抗器等保护中。——仅应用于就近的TA连接方式。2）电力线载波仅传输“有”、“无”高频信号。主要应用于传输：方向或相位信息。3）光纤通信可以传输较多的数字信息。如：传输三相电流、电压的采样值、相量、跳闸信息、断路器状态信息等，并且有校验码，可靠性很高。

324）微波通信也可以传输数字信息。但衰减受气候影响较大，且属于“视距传输”，传输距离受限制。视距地球半径r约6360km设h=100m时，33微波通信、光纤通信部分——自学（重点：基本原理、特点）光纤与电流差动原理的结合，构成了目前最好的保护方式——光纤差动保护（简称：光差）。其优缺点在前面已经说明了。下面，简单地说明：在电力线载波方式中，各主要模块的功能或作用。34“相-地”制高频通道示意图电力线载波输电线(传输信号)35“相-地”制高频通道示意图电力线载波阻波器对高频呈现开路，对工频呈现

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0.04欧36结合电容器对高频呈现小阻抗，对工频呈现开路“相-地”制高频通道示意图电力线载波37“相-地”制高频通道示意图连接滤波器电力线载波38“相-地”制高频通道示意图高频电缆电力线载波39“相-地”制高频通道示意图保护间隙电力线载波40“相-地”制高频通道示意图接地刀闸电力线载波41“相-地”制高频通道示意图高频收发信机电力线载波421）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！432.高频通道工作方式2）故障启动发信方式——正常无高频电流方式信号3）移频方式故障时刻信号

信号信号443、高频信号的应用(1)跳闸信号(2)允许信号(3)闭锁信号高频信号是跳闸的充分条件高频信号是跳闸的必要条件，但不是充分条件收不到高频信号是跳闸的必要条件454.3闭锁式距离纵联保护

方向判别：

1）超范围的方向阻抗元件。

2）超范围的功率方向元件。

——称为：闭锁式纵联距离。

——称为：闭锁式纵联方向。重点介绍常用的闭锁式纵联距离。46时间元件的表示方法：47启动元件与阻抗之间的灵敏度配合：48一般t2为4～16ms(等对侧信号发过来)高频闭锁距离保护的原理接线图t1≈100ms(确保两侧阻抗元件返回后,才撤销高频)三个时间的作用49高频闭锁距离的逻辑工作过程以M侧为例说明工作过程，适当地方再指出N侧的不同之处。红色表示：动作，或逻辑为1。501）区外故障以M侧为例说明工作过程N侧类似511）区外故障以M侧为例说明工作过程N侧类似521）区外故障以M侧为例说明工作过程先闭锁，防误动；同时，测试收信回路的完好性。531）区外故障以M侧为例说明工作过程541）区外故障以M侧为例说明工作过程551）区外故障以M侧为例说明工作过程如果对侧高频信号没有传过来，会出现无闭锁信号。561）区外故障以M侧为例说明工作过程如果对侧高频信号没有传过来，会出现无闭锁信号。没有t2延时，则立即满足动作条件。57区外故障逻辑过程的简单归纳：1）故障时，两侧先启动，并且都发信。2）正方向元件动作——仅停止本侧发信。3）反方向侧继续发信——闭锁两侧保护。利用的特征：任一侧为负，就闭锁保护。582）区内故障以M侧为例说明工作过程启动和发信的过程与前面是一致的592）区内故障以M侧为例说明工作过程60以M侧为例说明工作过程两侧都停发高频2）区内故障612）区内故障以M侧为例说明工作过程两侧都是如图标识的逻辑跳闸62区内故障逻辑过程的简单归纳：1）故障时，两侧先启动，并且都发信。2）正方向元件动作——仅停止本侧发信。3）两侧都停信——两侧保护立即跳闸。利用的特征：两侧阻抗均动作，就发跳令。633）需要防止“功率倒向”的影响非故障线#1为负#2为正如果先跳开#1为正#2为负再如果保护2识别“由正变负(功率倒向)”过程慢一些，就可能短时出现：两侧均为正的情况——导致误动。故障30ms以后，才可能出现“功率倒向”。解决办法：故障30ms以后，如果再满足动作条件，需要延时确认。“功率倒向”644）防振荡影响的对策防功率倒向影响的对策确认40ms与距离I、II段类似，短时开放150ms。65

相差高频保护

利用高频载波信号传输两侧电流的半周信号。

目前，基本上不采用了。其优点几乎都被光纤电流差动保护所涵盖，另外，光差还有其他更多的优点。

介绍的目的：了解特征的利用。66调制过程可以理解为（仅作为理解）：

高频信号高频67区内故障时

调制高频信号与电流幅值无关。如图，红色的高频信号(对侧发过来)是经过了传输的衰减所致。

将正半周方波调制成高频信号

出现断续(大于闭锁角)的高频信号，满足动作条件

68外部故障时

调制两侧高频信号衔接起来(高频信号是连续的)，无高频间断，不满足动作条件。

694.4纵联电流差动保护——动作门槛。考虑TA误差、分布电容等影响因素，并躲不平衡电流、非周期分量。70外部短路最大电流(二次值)非周期分量系数TA同型系数(同型取0.5,不同型取1)10%误差二次电流一次电流理想饱和曲线10%误差71外部短路最大电流(二次值)非周期分量系数TA同型系数(同型取0.5,不同型取1)10%误差二次电流一次电流理想饱和曲线10%误差1)不同型时，最大误差：10%2)同型时,考虑都有误差,最大为：0.5×10%=5%72考虑到：电流互感器的传变误差是随着电流的大小而变化的。为此，更科学的方案是：制动量为浮动的。动作量制动量

在所有电流差动保护中，研究内容之一：制动量如何选择？常用的制动量为：73常用动作方程修改为：进一步考虑到：电流较小时，误差会使得上式误动。因此，再加入一个最小电流的限定：动作区744.4.2两侧异地电流的同步测量1、基于数据通道（光纤通信）的同步方法假设M侧为主站(基准侧)、N侧为从站(需要调整同步)失步状态主站从站754.4.2两侧异地电流的同步测量1、基于数据通道（光纤通信）的同步方法假设M侧为主站(基准侧)、N侧为从站(需要调整同步)失步状态主站从站76失步状态主站从站在来回路径(路由)一样的条件下，有：于是77两侧同步的步骤：1）从站将发给主站；2）主站利用已知的，求出，再发给从站；3）从站根据进行采用时刻的跳整，实现同步。失步状态主站从站78主站从站不同步时间差79

上述方案是光纤差动保护中最常用的同步方法。应用的前提是：来回路由一样（路径一致）。

如果来回路由不一致，那么，光纤差动保护在正常运行时将出现差电流，这是最大的担忧。解决措施之一：差电流与电流启动同时出现才开放保护。1）仅有差电流——失步或其他原因→告警。2）差电流与电流启动同时出现——故障或TA断线。☻差电流与两侧电流均启动——故障特征。☻差电流与一侧电流启动、另一侧电压低

——>也是故障的特征。80如果不同步，会误动。2007年