1、大連理工大學電氣工程學院大連理工大學電氣工程學院第四章第四章 輸電線路縱聯(lián)保護輸電線路縱聯(lián)保護主要內(nèi)容主要內(nèi)容v4.1 輸電線路縱聯(lián)保護概述v4.2 輸電線路縱聯(lián)保護兩側(cè)信息的交換v4.3 方向比較式縱聯(lián)保護v4.4 縱聯(lián)電流差動保護4.1輸電線路縱聯(lián)保護概述輸電線路縱聯(lián)保護概述反映單側(cè)電氣量保護存在的不足：反映單側(cè)電氣量保護存在的不足：v電流保護：段保護范圍有限v距離保護：段保護范圍為線路全長的8085%v其余線路故障（1520%），只能由第II段的延時切除（0.5s）v電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行：重要線路不允許v為實現(xiàn)全線速動，采用輸電線路縱聯(lián)保護輸電線路縱聯(lián)保護4.1輸電線路縱聯(lián)保護概述輸電線路縱

2、聯(lián)保護概述輸電線路縱聯(lián)保護輸電線路縱聯(lián)保護基本原理：基本原理： 用某種通信通道將輸電線兩端的保護裝置縱向用某種通信通道將輸電線兩端的保護裝置縱向聯(lián)結(jié)起來，將一側(cè)的電氣量（電流、功率的方聯(lián)結(jié)起來，將一側(cè)的電氣量（電流、功率的方向、測量阻抗等）傳送到對端，將兩端的電氣向、測量阻抗等）傳送到對端，將兩端的電氣量比較，以判斷故障在本線路范圍內(nèi)還是在線量比較，以判斷故障在本線路范圍內(nèi)還是在線路范圍外，從而決定是否切斷被保護線路。路范圍外，從而決定是否切斷被保護線路。4.1輸電線路縱聯(lián)保護概述輸電線路縱聯(lián)保護概述輸電線路縱聯(lián)保護的基本原理：輸電線路縱聯(lián)保護的基本原理： 用某種通信通道將輸電線兩端的保護裝置

3、縱向聯(lián)結(jié)起來，將一側(cè)的用某種通信通道將輸電線兩端的保護裝置縱向聯(lián)結(jié)起來，將一側(cè)的電氣量（電流、功率的方向、測量阻抗等）傳送到對端，將兩端的電氣量（電流、功率的方向、測量阻抗等）傳送到對端，將兩端的電氣量比較，以判斷故障在本線路范圍內(nèi)還是在線路范圍外，從而電氣量比較，以判斷故障在本線路范圍內(nèi)還是在線路范圍外，從而決定是否切斷被保護線路。決定是否切斷被保護線路。輸電線路縱聯(lián)保護的結(jié)構(gòu)：輸電線路縱聯(lián)保護的結(jié)構(gòu)：4.1輸電線路縱聯(lián)保護概述輸電線路縱聯(lián)保護概述輸電線路短路時兩側(cè)電氣量的故障特征分析：輸電線路短路時兩側(cè)電氣量的故障特征分析：（1）電流相量和）電流相量和 區(qū)內(nèi)故障：區(qū)內(nèi)故障： 區(qū)外故障：區(qū)外

4、故障： 正常運行：正常運行：MNk1MNMN00IIIIIIIIII4.1輸電線路縱聯(lián)保護概述輸電線路縱聯(lián)保護概述輸電線路短路時兩側(cè)電氣量的故障特征分析：輸電線路短路時兩側(cè)電氣量的故障特征分析：（2）兩端功率方向）兩端功率方向 區(qū)內(nèi)故障：兩側(cè)功率方向為正區(qū)內(nèi)故障：兩側(cè)功率方向為正 區(qū)外故障：兩側(cè)功率方向一正一負（靠近短路點端為負）區(qū)外故障：兩側(cè)功率方向一正一負（靠近短路點端為負） 正常運行：兩側(cè)功率方向一正一負正常運行：兩側(cè)功率方向一正一負4.1輸電線路縱聯(lián)保護概述輸電線路縱聯(lián)保護概述輸電線路短路時兩側(cè)電氣量的故障特征分析：輸電線路短路時兩側(cè)電氣量的故障特征分析：（3）兩端電流相位）兩端電流相

5、位 區(qū)內(nèi)故障：兩側(cè)電流相位差為區(qū)內(nèi)故障：兩側(cè)電流相位差為0。 區(qū)外故障：兩側(cè)電流相位差為區(qū)外故障：兩側(cè)電流相位差為180。 正常運行：兩側(cè)電流相位差為正常運行：兩側(cè)電流相位差為180。4.1輸電線路縱聯(lián)保護概述輸電線路縱聯(lián)保護概述輸電線路短路時兩側(cè)電氣量的故障特征分析：輸電線路短路時兩側(cè)電氣量的故障特征分析：（4）兩側(cè)的測量阻抗）兩側(cè)的測量阻抗 區(qū)內(nèi)故障：測量阻抗均為短路阻抗，兩側(cè)距離保護區(qū)內(nèi)故障：測量阻抗均為短路阻抗，兩側(cè)距離保護II段同時段同時啟動；啟動； 區(qū)外故障：兩側(cè)的測量阻抗也是短路阻抗，但一側(cè)為反向，區(qū)外故障：兩側(cè)的測量阻抗也是短路阻抗，但一側(cè)為反向，至少一側(cè)的距離保護至少一側(cè)的距

6、離保護II段不啟動；段不啟動； 正常運行：兩側(cè)的測量阻抗均為負荷阻抗，距離保護正常運行：兩側(cè)的測量阻抗均為負荷阻抗，距離保護II段不段不啟動。啟動。4.1輸電線路縱聯(lián)保護概述輸電線路縱聯(lián)保護概述輸電線路縱聯(lián)保護的分類輸電線路縱聯(lián)保護的分類動作原理：方向比較式縱聯(lián)保護方向比較式縱聯(lián)保護兩側(cè)保護裝置將本側(cè)的功率方向、測量阻抗是否在規(guī)定的方向、區(qū)段內(nèi)的判別結(jié)果傳送到對側(cè)，每側(cè)保護裝置根據(jù)兩側(cè)的判別結(jié)果，區(qū)分是區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障。根據(jù)保護判別方向所用的原理可分為方向縱聯(lián)保護方向縱聯(lián)保護和距離縱聯(lián)保護距離縱聯(lián)保護。縱聯(lián)電流差動保護縱聯(lián)電流差動保護利用通道將本側(cè)電流的波形或代表電流相位的信號傳送到對側(cè)，

7、每側(cè)保護根據(jù)對兩側(cè)電流的幅值和相位比較的結(jié)果區(qū)分是區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障。通信方式： 導引線縱聯(lián)保護、電力線載波縱聯(lián)保護、微波縱聯(lián)保護、光纖縱聯(lián)導引線縱聯(lián)保護、電力線載波縱聯(lián)保護、微波縱聯(lián)保護、光纖縱聯(lián)保護保護4.1輸電線路縱聯(lián)保護概述輸電線路縱聯(lián)保護概述輸電線路縱聯(lián)保護的分類輸電線路縱聯(lián)保護的分類通信方式：v （1）導引線）導引線通道通道 ：導引線導引線縱聯(lián)保護縱聯(lián)保護v （2）電力線載波）電力線載波通道通道：電力線載波縱聯(lián)保護（載波保護電力線載波縱聯(lián)保護（載波保護/高頻保護高頻保護）v （3）微波）微波通道通道：微波縱聯(lián)保護（微波縱聯(lián)保護（微波保護微波保護 ）v （4）光纖）光纖通道通道：光

8、纖縱聯(lián)保護（光纖縱聯(lián)保護（光纖保護光纖保護）4.2 輸電線路縱聯(lián)保護兩側(cè)信息的交換輸電線路縱聯(lián)保護兩側(cè)信息的交換v 導引線導引線通信：利用敷設(shè)在輸電線路兩端變電所之間的二次電纜傳遞被保護通信：利用敷設(shè)在輸電線路兩端變電所之間的二次電纜傳遞被保護線路各側(cè)信息的通信方式。線路各側(cè)信息的通信方式。v 采用電流差動原理，分為環(huán)流式和均壓式采用電流差動原理，分為環(huán)流式和均壓式 4.2 輸電線路縱聯(lián)保護兩側(cè)信息的交換輸電線路縱聯(lián)保護兩側(cè)信息的交換v電力線載波電力線載波通信通信：v高頻保護高頻保護將線路兩端的電流相位（或功率方向）信息轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l信號，經(jīng)過高頻將線路兩端的電流相位（或功率方向）信息轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l信

9、號，經(jīng)過高頻耦合設(shè)備將高頻信號加載到輸電線路上，輸電線路本身作為高頻信號的通道將高頻耦合設(shè)備將高頻信號加載到輸電線路上，輸電線路本身作為高頻信號的通道將高頻載波信號傳輸?shù)綄?cè)，對端再經(jīng)過高頻耦合設(shè)備將高頻信號接收，以實現(xiàn)各端電流載波信號傳輸?shù)綄?cè)，對端再經(jīng)過高頻耦合設(shè)備將高頻信號接收，以實現(xiàn)各端電流相位（或功率方向）的比較。包括相相位（或功率方向）的比較。包括相-相式和相相式和相-地式。地式。電力線載波通信示意圖1阻波器；2耦合電容器；3連接濾波器；4電纜；5載波收發(fā)信機；6接地開關(guān)4.2 輸電線路縱聯(lián)保護兩側(cè)信息的交換輸電線路縱聯(lián)保護兩側(cè)信息的交換v 電力線載波電力線載波通信通信：v 阻波器

10、：阻波器：阻波器是由一個電感線圈與可變電容器并聯(lián)組成的回路。 v 耦合電容器：耦合電容器：結(jié)合電容器與連接濾過器共同配合將載波信號傳遞至輸電線路，同時使高頻收發(fā)信機與工頻高壓線路絕緣。 v 連接濾波器：連接濾波器：連接濾波器由一個可調(diào)節(jié)的空心變壓器及連接至高頻電纜一側(cè)的電容器組成。 v 高頻收、發(fā)信機：高頻收、發(fā)信機：發(fā)信機部分系由繼電保護裝置控制，通常都是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護起動之后它才發(fā)出信號。4.2 輸電線路縱聯(lián)保護兩側(cè)信息的交換輸電線路縱聯(lián)保護兩側(cè)信息的交換v 電力線載波電力線載波通信通信：通道傳輸?shù)男盘栴l率范圍通道傳輸?shù)男盘栴l率范圍50-400kHzv 電力線載波通道的工作方式

11、：正常無高頻電流方式、正常有高頻電流方式電力線載波通道的工作方式：正常無高頻電流方式、正常有高頻電流方式、移頻方式、移頻方式v 正常無高頻電流方式正常無高頻電流方式在電力系統(tǒng)正常工作條件下發(fā)信機不發(fā)信，沿通道在電力系統(tǒng)正常工作條件下發(fā)信機不發(fā)信，沿通道不傳送高頻電流，發(fā)信機只在電力系統(tǒng)發(fā)生故障期間才由保護的啟動元件不傳送高頻電流，發(fā)信機只在電力系統(tǒng)發(fā)生故障期間才由保護的啟動元件啟動發(fā)信，又稱為故障啟動發(fā)信的方式。該方式在我國電力系統(tǒng)應用廣泛啟動發(fā)信，又稱為故障啟動發(fā)信的方式。該方式在我國電力系統(tǒng)應用廣泛。4.2 輸電線路縱聯(lián)保護兩側(cè)信息的交換輸電線路縱聯(lián)保護兩側(cè)信息的交換v 電力線載波電力線載

12、波通信通信：通道傳輸?shù)男盘栴l率范圍通道傳輸?shù)男盘栴l率范圍50-400kHzv 工作方式：正常無高頻電流方式、正常有高頻電流方式、移頻方式工作方式：正常無高頻電流方式、正常有高頻電流方式、移頻方式v 正常有高頻電流方式正常有高頻電流方式在電力系統(tǒng)正常工作條件下發(fā)信機處于發(fā)信狀態(tài)，在電力系統(tǒng)正常工作條件下發(fā)信機處于發(fā)信狀態(tài)，沿高頻通道傳送高頻電流，又稱為長期發(fā)信方式。沿高頻通道傳送高頻電流，又稱為長期發(fā)信方式。4.2 輸電線路縱聯(lián)保護兩側(cè)信息的交換輸電線路縱聯(lián)保護兩側(cè)信息的交換v 電力線載波電力線載波通信通信：通道傳輸?shù)男盘栴l率范圍通道傳輸?shù)男盘栴l率范圍50-400kHzv 工作方式：正常無高頻電

13、流方式、正常有高頻電流方式、移頻方式工作方式：正常無高頻電流方式、正常有高頻電流方式、移頻方式v 移頻方式移頻方式在電力系統(tǒng)正常工作條件下，發(fā)信機處在發(fā)信狀態(tài)，向在電力系統(tǒng)正常工作條件下，發(fā)信機處在發(fā)信狀態(tài)，向?qū)Χ怂统鲱l率為對端送出頻率為f1的高頻電流，這一高頻電流可作為通道的連續(xù)檢的高頻電流，這一高頻電流可作為通道的連續(xù)檢查或閉鎖保護之用。在線路發(fā)生故障時，保護裝置控制發(fā)信機停止查或閉鎖保護之用。在線路發(fā)生故障時，保護裝置控制發(fā)信機停止發(fā)送頻率為發(fā)送頻率為f1的高頻電流，改發(fā)頻率為的高頻電流，改發(fā)頻率為f2的高頻電流。在國外應用的高頻電流。在國外應用廣泛。廣泛。4.2 輸電線路縱聯(lián)保護兩側(cè)信

14、息的交換輸電線路縱聯(lián)保護兩側(cè)信息的交換v電力線電力線載波信號的種類：載波信號的種類：v按照信號的性質(zhì)或作用，可以將其分為閉鎖信號、允許信號和跳閘信號。這三種信號可用以上任一中種通信通道產(chǎn)生和傳送。v1閉鎖信號閉鎖信號。即無閉鎖信號是保護作用于跳閘的必要條件，或者說閉鎖信號是阻止保護動作于跳閘的信號。只有同時滿足以下條件時保護才動作于跳閘：v本端保護元件動作；無閉鎖信號本端保護元件動作；無閉鎖信號v2允許信號允許信號。允許信號是允許保護作用于跳閘的信號，或者說有允許信號是保護動作于跳閘的必要條件。只有同時滿足以下條件時保護才動作于跳閘：v本端保護元件動作；有允許信號本端保護元件動作；有允許信號v

15、3跳閘信號跳閘信號。跳閘信號是直接引起跳閘的信號，或者說收到跳閘信號是跳閘的充要條件。跳閘的條件為本端保護元件動作，或者對端傳來跳閘信號。要求本側(cè)和對側(cè)要求本側(cè)和對側(cè)的保護元件必須具有直接區(qū)分區(qū)內(nèi)故障和區(qū)外故障的能力的保護元件必須具有直接區(qū)分區(qū)內(nèi)故障和區(qū)外故障的能力，如距離I段等 高頻保護信號邏輯圖(a)閉鎖信號；(b)允許信號；(c)跳閘信號4.2 輸電線路縱聯(lián)保護兩側(cè)信息的交換輸電線路縱聯(lián)保護兩側(cè)信息的交換v 電力線載波電力線載波通信通信：通道傳輸?shù)男盘栴l率范圍通道傳輸?shù)男盘栴l率范圍50-400kHzv 微波微波通信通信：微波通信頻率段屬于超短波的無線電波，在微波通信頻率段屬于超短波的無線

16、電波，在300-30000MHz之間，頻帶更寬，傳輸距離超過之間，頻帶更寬，傳輸距離超過40-60km時，需裝時，需裝設(shè)微波中繼站，以增強和傳遞微波信號設(shè)微波中繼站，以增強和傳遞微波信號v 光纖光纖通信通信：以光纖作為信號傳遞媒介的通信，通常由光發(fā)射機、光以光纖作為信號傳遞媒介的通信，通常由光發(fā)射機、光纖、中繼器和光接收機組成。光發(fā)射機作用為把電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑爬w、中繼器和光接收機組成。光發(fā)射機作用為把電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘枺呻娬{(diào)制器和光調(diào)制器組成；光接收機作用為把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)樘枺呻娬{(diào)制器和光調(diào)制器組成；光接收機作用為把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺晒馓綔y器和電解調(diào)器組成。電信號，由光探測器和電解調(diào)器組

17、成。4.3 方向比較式縱聯(lián)保護方向比較式縱聯(lián)保護v 方向元件應滿足如下要求：方向元件應滿足如下要求：v （1）正確反映所有類型故障時故障點的方向且無死區(qū)；）正確反映所有類型故障時故障點的方向且無死區(qū)；v （2）不受負荷的影響，在正常負荷狀態(tài)下不啟動；）不受負荷的影響，在正常負荷狀態(tài)下不啟動；v （3）不受系統(tǒng)振蕩影響，在振蕩無故障時不誤動，振蕩中再故障）不受系統(tǒng)振蕩影響，在振蕩無故障時不誤動，振蕩中再故障時仍能正確判定故障點的方向；時仍能正確判定故障點的方向；v （4）不受非全相運行的影響，在兩相運行中又發(fā)生短路時仍能正）不受非全相運行的影響，在兩相運行中又發(fā)生短路時仍能正確判定故障點的方向確

18、判定故障點的方向v 通常采用通常采用工頻電壓、電流的故障分量工頻電壓、電流的故障分量構(gòu)成方向元件。構(gòu)成方向元件。4.3 方向比較式縱聯(lián)保護方向比較式縱聯(lián)保護v 工頻故障分量工頻故障分量v 當電力系統(tǒng)在某種非故障狀態(tài)（如正常運行、兩相運行等）下運行當電力系統(tǒng)在某種非故障狀態(tài)（如正常運行、兩相運行等）下運行時，在時，在k點發(fā)生金屬性短路，故障點電壓降為點發(fā)生金屬性短路，故障點電壓降為0，這時，這時4.3 方向比較式縱聯(lián)保護方向比較式縱聯(lián)保護v 工頻故障分量工頻故障分量v 對于雙端電源的輸電線路，在保護的正方向短路時，保護安裝處的對于雙端電源的輸電線路，在保護的正方向短路時，保護安裝處的電壓、電流關(guān)

19、系為電壓、電流關(guān)系為v 在保護反方向短路時，在保護反方向短路時，保護安裝處電壓、電流關(guān)系為保護安裝處電壓、電流關(guān)系為4.3 方向比較式縱聯(lián)保護方向比較式縱聯(lián)保護v 工頻故障分量工頻故障分量v 為便于實現(xiàn)電壓、電流相位關(guān)系的判定，實際的方向元件比較的是為便于實現(xiàn)電壓、電流相位關(guān)系的判定，實際的方向元件比較的是故障分量電壓和故障分量電流在模擬阻抗故障分量電壓和故障分量電流在模擬阻抗Zr上產(chǎn)生的電壓之間相位上產(chǎn)生的電壓之間相位關(guān)系，正方向故障時，功率方向為正關(guān)系，正方向故障時，功率方向為正v 考慮各種因素影響，正方向故障時功率方向為正的判據(jù)為考慮各種因素影響，正方向故障時功率方向為正的判據(jù)為4.3

20、方向比較式縱聯(lián)保護方向比較式縱聯(lián)保護v 工頻故障分量工頻故障分量v 為便于實現(xiàn)電壓、電流相位關(guān)系的判定，實際的方向元件比較的是為便于實現(xiàn)電壓、電流相位關(guān)系的判定，實際的方向元件比較的是故障分量電壓和故障分量電流在模擬阻抗故障分量電壓和故障分量電流在模擬阻抗Zr上產(chǎn)生的電壓之間相位上產(chǎn)生的電壓之間相位關(guān)系，反方向故障時，功率方向為負關(guān)系，反方向故障時，功率方向為負v 考慮各種因素影響，反方向故障時功率方向為負的判據(jù)為考慮各種因素影響，反方向故障時功率方向為負的判據(jù)為4.3 方向比較式縱聯(lián)保護方向比較式縱聯(lián)保護v 閉鎖式方向縱聯(lián)保護閉鎖式方向縱聯(lián)保護v 工作原理工作原理v 目前廣泛使用由電力線載波

21、通道實現(xiàn)的閉鎖式方向縱聯(lián)保護。正常目前廣泛使用由電力線載波通道實現(xiàn)的閉鎖式方向縱聯(lián)保護。正常時無高頻電流，在區(qū)外故障時發(fā)閉鎖信號。時無高頻電流，在區(qū)外故障時發(fā)閉鎖信號。v 故障時，閉鎖信號由功率方向為負的一側(cè)發(fā)出，被兩端的收信機接故障時，閉鎖信號由功率方向為負的一側(cè)發(fā)出，被兩端的收信機接收，閉鎖兩端的保護。收，閉鎖兩端的保護。4.3 方向比較式縱聯(lián)保護方向比較式縱聯(lián)保護v 閉鎖式距離縱聯(lián)保護閉鎖式距離縱聯(lián)保護v 由兩端由兩端III段式距離保護段式距離保護+高頻通信組成高頻通信組成v 工作原理工作原理v 以兩端的距離保護以兩端的距離保護III段繼電器作為故障啟動發(fā)信元件；段繼電器作為故障啟動發(fā)信

22、元件；v 以兩端的距離保護以兩端的距離保護II段為方向判別元件和停信原件；段為方向判別元件和停信原件；v 以距離保護以距離保護I段作為兩端各自獨立跳閘段段作為兩端各自獨立跳閘段v 其中，三段式距離保護核心變化為距離保護其中，三段式距離保護核心變化為距離保護II段的跳閘時間元件增段的跳閘時間元件增加了瞬時動作的與門元件，該元件動作條件是本側(cè)加了瞬時動作的與門元件，該元件動作條件是本側(cè)II段動作且收不段動作且收不到閉鎖信號，表明故障在兩端保護的到閉鎖信號，表明故障在兩端保護的II內(nèi)即本線路內(nèi)，立即跳閘，內(nèi)即本線路內(nèi)，立即跳閘，從而構(gòu)成了縱聯(lián)保護瞬時切除全線任意點短路的速動功能。從而構(gòu)成了縱聯(lián)保護瞬時切除全線任意點短路的速動功能。4.4 縱聯(lián)電流差動保護縱聯(lián)電流差動保護v 用于發(fā)電機保護、變壓器保護、大型電動機保護和輸電線路保護中用于發(fā)電機保護、變壓器保護、大型電動機保護和輸電線路保護中v 分類：電流差動、電流相位差動分類