继电保护教材 二

第七章电网的纵联保护第一节纵联保护的原理与分类一、全线速动保护与双侧测量原理1、为什么需要全线速动保护？2、为什么单侧测量保护无法实现全线速动？

单侧测量保护——是指保护仅测量线路某一侧的母线电压、线路电流等电气量。

缺点——就是无法快速切除本线路上的所有故障，最长切除时间为0.5秒左右。3、双侧测量保护原理如何实现全线速动？双侧测量线路保护的基本原理主要有以下三种：◆以基尔霍夫电流定律为基础的电流差动测量；◆比较线路两侧电流相位关系的相位差动测量；◆比较两侧线路保护故障方向判别结果，确定故障点的位置。电流差动原理用于线路纵联差动保护、线路光纤分相差动保护以及变压器、发电机、母线等元件保护上。相位差动保护以线路两侧电流相位差小于整定值作为内部故障的判据，主要用于相差高频保护，由于该保护对通道、收发信机等设备要求较高，技术相对复杂，微机型线路保护已不采用相差高频保护原理。因纵联方向保护仅需由通道传输对侧保护的故障方向判别结果，属于逻辑量，对通道的要求较低，目前广泛应用于高压线路微机保护上。故障方向的判别既可以采用独立的方向元件也可以利用零序电流保护、距离保护中的零序电流方向元件、方向阻抗元件完成按通道类型分二、纵联保护分类导引线，两侧保护电流回路由二次电缆连接起来，用于线路纵差保护。但因敷设、维护困难，仅用于特殊的10km以下短线路上，实际使用较少；载波通道，使用电力线路构成载波通道，用于高频保护。微波通道，用于微波保护。但技术复杂，成本昂贵，只在载波通道应用困难的特殊情况下采用。光纤通道，用于光纤分相差动保护按保护原理分类电流差动原理纵联方向原理按通道传送信息含义分类“闭锁式”纵联保护“允许式”纵联保护除了闭锁信号和允许信号，纵联保护还可以在“跳闸信号“的基础上构成。线路两侧的Ⅰ段保护动作后跳开本侧断路器，同时向对侧保护发出”跳闸信号“，对侧保护收到跳闸信号后立即跳闸。只要线路两侧的Ⅰ段保护的保护区有重叠，就可以构成全线速动保护。采用”跳闸信号“方式的主要问题是通道干扰问题，因为收到对侧信号后不加判断立即跳闸，一旦此信号为干扰信号，保护将误动，必须采取措施校验跳闸信号的有效性。实际工作中”跳闸信号“方式一般不用于纵联保护而在一些”远方跳闸装置“中采用。第七章电网的纵联保护第二节纵联保护通道一、导引线导引线通道就是用二次电缆将线路两侧保护的电流回路联系起来。主要问题：是导引线通道长度与输电线路相当，敷设困难；通道发生断线、短路时会导致保护误动，运行中检测、维护通道困难；导引线较长时电流互感器二次阻抗过大导致误差增大。导引线通道构成的纵联保护仅用于少数特殊的短线路上。二、载波通道载波通道是利用电力线路、结合加工设备、收发信机构成的一种有线通信通道，以载波通道构成的线路纵联保护也称为高频保护。载波信号（又称高频信号）频率为50－400kHz。载波信号经调制后送入输电线路，线路除了传送50Hz的工频电流同时还传输高频电流。传送高频信号可以用电力线路之一相与大地作为回路，称为“相地制”；也可用两相电力线路作为回路，称为“相相制”。相地制高频衰耗大，但简单、经济，目前国内多数高频保护采用“相地制”载波通道。1、载波通道组成（1）阻波器阻波器为一个LC并联电路，载波频率下并联谐振，呈现高阻抗，阻止高频电流流出母线以减小衰耗和防止与相邻线路的纵联保护形成相互干扰。对于50Hz工频阻波器则呈现低阻抗（0.04Ω），不影响工频电流的传输。（2）耦合电容器耦合电容器为高压小容量电容，与结合滤波器串联谐振于载波频率，允许高频电流流过，而对工频电流呈现高阻抗，阻止其流过。但由于电容容量小，呈现容抗大，工频电压大部分降在耦合电容上，耦合电容后的设备承受的工频电压较低。（3）结合滤波器结合滤波器作用是电气隔离与阻抗匹配。结合滤波器将高压部分与低压的二次设备隔离，同时与两侧的通道阻抗匹配以减小反射衰耗。结合滤波器线路一侧等效阻抗应与输电线路的波阻抗匹配，220kV线路波阻抗一般为400Ω、330kV及500kV线路波阻抗为300Ω；电缆一侧等效阻抗则与电缆波阻抗匹配，早期电缆波阻抗为100Ω，目前电缆波阻抗为75Ω。（4）电缆高频电缆一般为同轴电缆，电缆芯外有屏蔽层，为减小干扰，屏蔽层应可靠接地。（5）保护间隙当高压侵入时，保护间隙击穿并限制了结合滤波器上的电压，起到过压保护的作用。（6）接地刀闸检修时合上接地刀闸，保证人身安全，检修完毕通道投入运行前必须打开接地刀闸。2、收发信机（1）收发信机原理信号源产生标准频率的载波信号信号源输出的方波信号经滤波送入前置放大电路进行电压放大，前置放大输出送入功率放大。线路滤波抑制发信谐波电平。产生基准信号衰耗器可以根据线路长度等实际情况进行调整，长线路上应保证有足够的发信功率，短线路时适当投入衰耗防止发信功率过大干扰其他高频保护、远动等载波通信设备。载波信号在混频电路中与本振频率信号混合，本振频率f1＝f0＋fM，f0为收信机标频，fM为固定的移频。混频电路输出经带通滤波（中心频率为fM）后输出。放大检波电路将解调后的信号送往高频保护。（2）“短时发信”与“长期发信”方式

短时发信方式——下收发信机在系统正常情况下不发信，系统扰动时继电保护起动，发信机投入工作。特点：由于功放仅短时工作，相对降低对功放的要求、有利于延长发信机寿命、减少对其他载波设备的干扰，但必须定期手动发信以检查通道及收发信机是否完好。

长期发信方式——即发信机始终投入工作。特点：对功放、电源等电路要求较高，但通道监视方便、能迅速发现通道缺陷。为了减小长期发信造成的干扰，系统正常时发信机以较小的功率发信，系统扰动继电保护起动后发信机加大发信功率以克服高频信号穿越故障线路带来的衰耗。（3）“单频制”与“双频制”

单频制是指两侧发信机和收信机均使用同一个频率，收信机收到的信号为两侧发信机信号的叠加，见图7-9（a）。

双频制则是一侧的发信机与收信机使用不同的频率，收信机只能收到对侧发信机的信号而收不到本侧发信机的信号，如图7-9（b）所示。用于“闭锁式”保护用于允许式保护（4）调制方式收发信机调制方式有调幅与移频键控（FSK）两种。调幅方式以高频电流的“有“、”无“传送信息；FSK方式则以不同的频率传送信息，即正常运行式发出功率较小的监频fG信号监视通道，系统故障时改发功率较大的跳频fT信号。（5）专用方式与复用方式高频保护单独使用一台收发信机为专用方式。高频保护也可以采用音频接口接至通信载波机，与远动通信复用收发信机，称复用方式。3、高频通道衰耗与通道裕度（1）电平基本概念电平是高频信号传输中广泛使用的一种衡量信号强度的计量单位。（a）绝对电平功率绝对电平（dB）

基准功率：1mW电压绝对电平电流绝对电平（dB）

（dB）

为0.775V为0.00129A（b）相对电平衡量功放的增益、通道的衰耗时常使用相对电平。例如发信功率为Pw1，对侧收信功率为Pw2，相对电平b为：（dB）(2)通道衰耗载波通道衰耗主要由电力线上的衰耗、加工设备衰耗、高频电缆衰耗等构成。经验公式：（dB）35kV线路取1.22×10-2，110kV线路取8.7×10-3，220kV线路取6.5×10-3，500kV线路取7.2×10-3；B取1.3-3.9dB/km；（3）通道裕度为了防止干扰，收信机触发回路设有门槛电平（4-5dBm），必须保证发信功率减去总衰耗后收信电平高于门槛电平，同时留有裕度，裕度考虑为8.686dB。通道裕度试验时在收发信机中串入8.686dB衰耗，如果通道、收发信机工作正常，则退出衰耗正常运行时就保证有了8.686dB以上的通道裕度。三、微波通道微波通道为无线通信方式，采用频率为2000MHz、6000～8000MHz，主要用于电力系统通信，由定向天线、连接电缆、收发信机组成。微波通道容量大，不存在通道拥挤问题，没有载波通道当线路故障时衰耗加大的问题，但设备昂贵，每隔40～60km需加设微波中继站，维护困难，因此微波通道仅在个别载波通道应用确实困难的线路上用于纵联保护。四、光纤通道光纤通道通信容量大，不受电磁干扰。光纤通信一般采用脉冲编码调制（PCM）以提高通信容量，信号以编码形式传送，传送率目前一般为64Kb/S，也有采用2Mb/S的。继电保护光纤通道光源采用发光二级管LED，波长为0.85μm、1.3μm或1.55μm，寿命可达3×106小时。加强光纤机械强度由高折射率的高纯度二氧化硅材料制成，直径仅100～200μm，用于传送光信号。包层为掺有杂质的二氧化硅，作用是使光信号能在纤芯中产生全反射传输。7-147-157-167-177-187-197-207-217-227-237-247-257-267-277-287-297-307-317-327-34第七章电网的纵联保护第三节纵联差动保护一、导引线保护1、保护原理纵差保护判据为

2、不平衡电流（1）不平衡电流形成原因

不平衡电流——是指一次侧差动电流严格为零时，二次侧流入保护的差动电流。原因：因TA存在励磁电流。（2）不平衡电流计算不平衡电流由以下经验公式计算：差动保护的整定：

二、光纤分相差动保护输电线路两侧电流采样信号通过编码变成码流形式后转换成光信号经光纤送至对侧保护，保护装置收到对侧传来的光信号先解调为电信号再与本侧保护的电流信号构成差动保护。使用导引线通道时为节省通道，将两侧三相电流先综合成一个综合电流后再进行比较；而光纤通道通信容量大，采用分相差动方式，即三相电流各自构成差动保护。1、光纤分相差动保护原理（1）电流差动元件差动电流为制动电流为折线的斜率为制动系数Kres（0.5-0.75）动作方程为：外部故障时，

电流差动元件取相电流进行差动计算时，称为稳态分相差动元件；取零序电流计算时，称零序电流差动元件；取相电流的工频变化量进行计算，则称变化量分相差动元件。2、电容电流问题为补偿后相差动电流为相差动电流为相电容补偿电流3、保护总起动元件起动元件可以由反应相间工频变化量的过流继电器、反应全电流的零序过流继电器组成，两者构成“或”逻辑，互相补充。（a）电流变化量起动元件，动作方程：

相间电流的半波积分的最大值可整定的固定门坎为浮动门坎，随着变化量的变化而自动调整，取1.25倍可保证门槛电压始终略高于不平衡输出（b）零序过流元件起动当零序电流大于整定值时，零序起动元件动作并展宽７秒，去开放出口继电器正电源。4、采样同步问题电流信号由光纤通道传输时会有ms级的延时，需考虑两侧保护信息的同步问题。两侧装置一侧作为同步端，另一侧作为参考端。以同步方式交换两侧信息，参考端采样间隔固定，并在每一采样间隔中固定向对侧发送一帧信息。同步端随时调整采样间隔，如果满足同步条件，就向对侧传输三相电流采样值；否则，启动同步过程，直到满足同步条件为止。由于采用同步数据通信方式，就存在同步时钟提取问题，若通道是采用专用光纤通道，装置的时钟应采用内时钟方式；数据发送采用本机的内部时钟，接收时钟从接收数据码流中提取。若通道是通过同向接口复接PCM通信设备，则应采用外部时钟方式，数据发送时钟和接收时钟为同一时钟源，均是从接收数据码流中提取。二、分相电流差动保护原理框图组成：由起动元件、TA断线闭锁元件、分相电流差动元件、通道监视、收信回路组成。分相电流差动元件可由相电流差动、相电流变化量差动、零序电流差动组成。（1）内部故障情况（2）外部故障情况（3）TA断线情况（4）通道异常（5）本侧三相跳闸情况第七章电网的纵联保护第四节纵联方向保护一、纵联方向保护工作原理1、“闭锁式”与“允许式”工作原理纵联方向保护的原理：是通过通道判明两侧保护均起动且判为正向故障时，判定故障为线路内部故障，立即动作于跳闸。

闭锁式纵联方向保护：起动后若判故障为反向故障，发出闭锁信号；反之则停止发信号（称为保护停信）。采用“单频制”。允许式纵联方向保护：起动后若判明故障为正向故障，发出允许信号；反之则停止发信。二