第四章 线路纵联保护

§4－1   输电线纵联差动保护

一、基本原理：

1.反应单侧电气量保护的缺陷：

∵无法区分本线路末端短路与相邻线路出口短路。∴无法实现全线速动。

   原因：（1）电气距离接近相等。 （2）继电器本身测量误差。

（3）线路参数不准确。    (4)LH、YH有误差。

 （5）短路类型不同。    （6）运行方式变化等。

2. 输电线路纵联差动保护：

   （1）输电线路的纵联保护：（P129 第二自然段）。

   （2）导引线纵联差动保护：

          用导引线传送电流（大小或方向），根据电流在导引线中的流动情况，

可分为环流式和均压式两种。（P131 图4-2）自学。

（注意图中隔离变压器GB的极性）

例：环流法构成了导引线纵联保护：

     线路两侧装有相同变比的LH

      正常或区外短路：Im1=-In1

                ∴Im2=-In2

           IJ=Im2+In2=0         J不动

     区内短路：IJ=Im2+In2=（Im1+ In1）/nLH = Id/ nLH   >  Idz

    ( 同时跳两侧DL)←J动作

    可见纵联差动保护的范围是两侧LH之间，理论上具有绝对选择性可实现全线速动。但它只适用于< 5～7公里的短线路。若用于长线路技术上有困难且经济上不合理。

（P136 标题2）

它在发电机、变压器、母线保护中应用得更广泛（后述）

3. 纵联保护信号传输方式：

    （1）辅助导引线 （2）电力线载波：高频保护 （3）微波：微波保护 （4）光纤：光纤保护

 §4-2        输电线的高频保护

一、高频保护概述：

高频保护的定义：（P136）

分类：按照工作原理分两大类，方向高频保护和相差高频保护。

方向高频保护：比较被保护线路两侧的功率方向。

相差高频保护：比较被保护线路两侧的电流相位。

二、高频通道的构成：

     有“相-相”和“相-地”两种连接方式

∨

    “我国广泛运用”

     构成示意图P137 图4-7

1.阻波器：L、C并联谐振回路，谐振于载波频率。

       对载波电流：Z>1000Ω——————在本线路。

       对工频电流：Z<0.04Ω——————畅流无阻。

2．结合电容器                带通滤波器                ①通高频、阻工频

3．连接滤波器                                          ②阻抗匹配

4．高频电缆：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。

5．高频收、发信机

三、高频通道工作方式及高频信号的应用：     无高频电流是信号    

1．高频通道的工作方式

两种：  长期发信方式：正常运行时，始终收发信（经常有高频电流）

        故障时发信方式：正常运行时，收发信机不工作。当系统故障时，发信机由启动元件启动通道中才有高频电流（经常无高频电流）

另：改变频率也是一种信号。                           

2．高频信号的分类及应用                           有高频电流是信号

   按高频信号的应用分三类：跳闸信号、允许信号、闭锁信号

（1）跳闸信号

                                   跳闸    “或”门：高频信号是跳闸的充分条件

（2）允许信号

                                   跳闸     “与”门：高频信号是跳闸的必要条件

(3)闭锁信号：

                                   跳闸 “否”门：收不到高频信号是跳闸的必要条件

                         o

四、方向高频保护

1．高频信号

高频信号

高频闭锁方向保护的基本原理

举例说明：                          d

        S+               S-   S+           S+    S-            S+        

         A    1            2 B   3            4 C  5             6  D

  内部接地时：保护3、4：S+动，两侧都不发高频信号，保护动作跳3、4DL

  外部接地时：保护2、5：S-动，他们发出高频闭锁信号，送至保护1、6、2、5。AB,BC线路均保持不动

它是以由短路功率为负的一侧发出高频闭锁信号，这个信号被两端的收信机所接收，而把保护闭锁。故称高频闭锁方向保护。

注：这种按闭锁信号构成的保护只在非故障线路上才传送高频信号，而在故障线路上并不传送高频信号。因此，在故障线路上由于短路使高频通道可能遭到破坏时，并不会影响保护的正确动作。

                                       4

                                               -

                                                      跳闸

           +          +                       +

           1         2         3             5

                                                -

                                         UJ

半套高频闭锁方向保护原理接线（电流启动方式）

（1）组成：

I1 起动元件：灵敏度较高，起动发信机发信

I2 起动元件：灵敏度较低，起动保护的跳闸回路

3 功率方向元件：判断短路功率的方向

4ZJ 中间继电器：内部短路时，停止发信

5ZJ 极化继电器（双线圈）：工作线圈接方向元件输出，制动线圈接收信机的输出

（2）工作情况：

      ①外部短路时：I1 I2  动

AB线，B侧S-  I1        4ZJ常闭触点      起动       发信

               3不动   5ZJ制动

       A 侧S+  3动       4动         停止发信

                 I+动   5ZJ 工作、制动线圈均有电流，不动，所以：1、2DL不跳闸

②内部短路时：

BC线：I1、I2、3、4ZJ均动作，停止发信，5ZJ有工作电流       跳闸  

(3)为什么要用两个灵敏度不同的起动元件

I2/I1=1.5~2            防止区外故障误跳闸

若采用一个起动元件，当区外接地时，由于LH误差，起动元件误差。S+侧起动元

件动作，S-侧起动元件未动。S+侧误动。

 采用两个起动元件I1I2，S+侧I2动作时，S-侧I1一定动作，故可防止误动

（4）时间配合

         外部故障时，S+侧需等待对侧的高频闭锁信号，故跳闸回路应有一定延时。故障切除后，返回时，为防止误动，启信回路应延时返回。

（5）方向元件

     要求 ：①能反映所有类型的故障   

②没有死区    

③正常负荷状态下不动作

            ④系统震荡时不会误动作

             ⑤线路两端在灵敏度上容易配合

    满足要求的方向元件 ：负序方向元件（单相式、三相式） 相电压补偿式方向元件

                         行波方向元件

2．高频闭锁距离保护和高频闭锁零序方向保护的基本原理（自学）

高频闭锁距离保护是距离保护与电力线载波通道相结合，利用收发信急的高频信号传送对侧保护的测量结果，两端同时比较两侧距离保护的测量结果，实现内部故障瞬时切除，区外故障不动作。

高频闭锁零序方向保护  工作原理与上同

    此种构成方式，主保护和后备保护统一设计，减少了测量元件，简化了接线，相对的提高了可靠性。缺点：距离或零序保护检修时，主保护和后备保护都必须退出工作。

五、相差动高频保护：P142

1.相差动高频保护基本原理：

比较被保护线路两侧短路电流的相位。

Em     M    Im    d1    In      N    En

    D2

 Im

  In

调制方法：正半波发信，负半波停信，不断交替（高频通道经常无电流，而在外部故障时发出的高频电流（即闭锁信号）的方式构成保护）

传送闭锁信号的保护需两套起动元件。

1、构成：

             跳闸

主要部分：起动元件、操作元件、比相元件

1起动元件:-------故障检测元件(区分正常运行和故障) 

不对称故障      I2------有两个灵敏度不同的起动元件，其中：高灵敏----起动发信

                                                        低灵敏----准备跳闸

对称故障     Z或相电流I

2操作元件: 将输电线上的三相工频电流转变为单一工频放便电流(只用一个通道)。

并对GFX的高频电流进行调制。

选择的要求：①能反映各种类型故障；

②内部故障时  φ=0° 而外部故障时  φ=180°

利用相序滤过或复合滤过器可以将三相电流综合成单一电流I1、I2、I0或I1+KI2、I1+KI0等。

*I1:  能反映所有短路,但在不对称短路时,包含故障前的负荷分量,会造成区内短路时,相位差大为增加.

*I2:  不能反映三相短路

*I0:  不能反映三相短路和两相短路

*I1+KI2:  I2能反映不对称短路,I1用于反映三相短路,K值的选择>1,保证I2起主导作用,一般K=6或8。

3比相元件：根据线路两侧电流的相位判断内外故障

理想：

区内故障：φ=0°停信间隙γ=180°

区外故障：φ=180°停信间隙γ=0°

实际：

区内故障：φ>0°停信间隙γ<180°

区外故障：φ<180°

要找出外部故障 可能出现的最大间隙角γmax,并按此进行闭锁，以保证外部故障时保护可靠不误动，这个角度就叫做闭锁角，表示为φb.

2、闭锁角的确定：

理想：区外故障时，φ=180°

实际：① CT角度误差φct=7° 

      ② 保护装置的角误差（复合电流滤过器），φb.h=15°

③ 高频信号传输带来的角误差

电磁波的传输速率 v=光速＝3×105公里/秒

工频：每周波360°～0.02″～6000km

所以：每传100km ，误差6°

φL＝(L/100)×6° 其中了L    线路长度

（或：φL=ωt＝2πf×t＝360×50×L/v=(L/100)×6° ）

④为保证选择性并计及一些其它误差（由分布电容引起）。

考虑裕度角φy＝15°。

Φb=φct＋φb.h＋φL＋φy＝37°＋(L/100)×6°

例：L＝300km，Φb= 37°＋(300/100)×6°＝55°

由Φb计算公式可知，L↑→Φb↑，     Φdz=180°－Φb ↓降低保护灵敏度

3、保护的相继动作（区）：

举例：    Em    Im    d(3)        In        En

    Zm     Zn

操作电流只有I1

设EmΛEn=70°      Zm       发电机、变压器和线路阻抗φdm=60°

                    Zm       发电机、变压器阻抗φdn=90°

Em

    φ=arg（Im/In）=100°

60°    Im

                 对M侧保护：

En            φm=100°+7°+15°+（L /100）×6°

                 对N侧保护：    因为In滞后

    φn=100°+7°+15°－（L /100）×6°

     In       设L=300km.  φb =55°   φdz=125°

                   φm=122°+(300/100)×6°=140°＞125°  闭锁

                   φm=122°－(300/100)×6°=104°＜125° 动作

             为解决M端保护不能跳闸的问题,采用N侧跳闸的同时,立即停止本侧发信。N端停信后，M 侧收信机只能收到自己所发的信号，间隔角为180°，M侧保护可立即跳闸。

            保护装置的这种工作情况     一端的保护先动作以后，另一端的保护才能再动作跳闸，称为“相继动作”。

            主要影响因素：故障类型、两侧电源电动势间相角差以及线路长度。

       作业：P38 题1、4、8、13。