第四章

輸電線路縱聯保護

PilotProtectionforTransmissionLines

1第一節輸電線路縱聯保護概述一、引言（縱聯保護的提出）1.電流、距離保護的缺陷反映：一側電氣量，即只采集線路一側的電氣量缺陷：Ⅱ段有延時，無法實現全線速動，MN123≥220kV線路難以滿足快速性要求。k1k222.反映線路兩側電氣量的縱聯保護縱聯保護：將線路一側電氣量信息傳到另一側去，兩側電氣量同時比較、聯合工作的保護。即線路兩側之間有縱向聯系的保護。縱聯保護兩端比較的電氣量可以是流過兩端的電流相量、電流相位和兩端功率方向等，比較兩端不同電氣量的差別構成不同原理的縱聯保護。縱聯保護特點：可以快速、可靠地區分本線路內部任意點短路與外部短路，即可以實現全線速動。縱聯保護：又稱為單元保護。PilotProtection

或UnitProtection3二、輸電線路縱聯電流差動保護原理根據基爾霍夫電流定律，線路兩側電流參考方向如上圖所示。（1）當線路上沒有內部故障或外部故障（K2）時，線路兩側的電流之和為零，即流入線路元件的電流之和為零；（2）當線路有內部故障（K1）時，線路兩側電流之和不為零。輸電線路縱聯電流差動保護的工作原理：當差動電流

時，認為是內部故障，保護動作。4輸電線路縱聯電流差動保護原理的特點1、保護范圍明確。保護范圍是線路兩側電流互感器之間的范圍。2、動作速度快，可實現全線速動，即全線路瞬時切除區內故障。這是由于縱聯電流差動保護不需與相鄰元件的保護配合。3、不受系統振蕩、系統運行方式變化的影響。51.兩端電流相量和三、輸電線路兩側電氣量的故障特征MNk1區內故障MNk2區外故障（正方向：母線線路）2.兩端功率方向MNk1區內故障區外故障MNk2兩側功率方向均為正一側功率方向為負（正方向：母線線路）63.兩端電流相位特征假設：兩側系統阻抗角、電勢角相同，正方向：母線線路MNk1區內故障MNk2區外故障4.兩端測量阻抗區內故障：兩端距離Ⅱ段

ZII均啟動區外故障：近端距離Ⅱ段

ZII不啟動，遠端啟動。

7四、縱聯保護基本原理利用不同特征差異的電氣量可以構成不同的縱聯保護原理（1）縱聯電流差動保護原理（兩端電流相量的故障特征）正常運行和外部故障時（K2）：

內部故障時（K1）：

或（2）方向比較式縱聯保護原理（兩端功率方向的故障特征）正常運行和外部故障時（K2）：一側功率正方向，一側負方向。內部故障時（K1）：兩側功率都為正方向。8（3）電流相位比較式縱聯保護原理（兩端電流相位的故障特征）正常運行和外部故障時（K2）：兩側電流相位相差約為180°。

內部故障時（K1）：兩側電流相位相差約為0°。

（4）距離縱聯保護原理（兩端測量阻抗的故障特征）正常運行和外部故障時（K2）：兩端的距離Ⅱ段測量阻抗一側為反方向，另一側為正方向。

內部故障時（K1）：兩端的距離Ⅱ段測量阻抗都在正方向。91.按通道分類2.按原理分類導引線：≤10km，二次電氣量，電流差動保護電力線載波：最廣泛，輸電線路，要求線路故障時能動微波：信息量大,頻帶寬（300－30000MHz）光纖：信息量大，抗干擾，近年短線路保護,頻率為167THz---375THz（1）方向比較式縱聯保護:功率方向、測量阻抗判斷結果（2）縱聯電流差動保護：電流相量、電流相位方向縱聯保護距離縱聯保護邏輯信號五、縱聯保護基本原理的分類電流數據信號10第二節縱聯保護兩側信息的交換一、導引線通信（PilotWireCommunication）

導引線i制動線圈動作線圈i動作線圈制動線圈（a）環流式（b）均壓式保護原理：電流差動原理制動線圈動作線圈制動線圈動作線圈適用于短線路11二、電力線載波通信（PowerLineCarrierCommunication）1.原理功率方向（電流相位）高頻信號（50－400kHz）通道：輸電線路（相－相，相－地）2.構成輸電線路阻波器耦合電容器連接濾波器高頻收發信機接地開關12電力線載波通道又稱為高頻通道高頻收發信機由繼電保護裝置控制發出預定頻率的高頻信號高頻通道：“導線―大地”構成輸電線載波通道。優點：最經濟，可以只在一相線路上裝設。缺點：高頻信號的衰耗和受到的干擾都比較大。133.通道特點及適用保護原理無中繼、經濟、施工簡單干擾影響大、實時性差優點：缺點：信號：傳遞狀態信號（功率方向、電流相位）原理：方向比較式、電流相位比較式縱聯保護4.通道工作方式電力線載波通道的工作方式：2)正常有高頻電流方式（長期發信方式）3)移頻方式（f1f2）1)正常無高頻電流方式（故障啟動發信方式）145.載波信號的種類&保護元件閉鎖信號跳閘脈沖&保護元件允許信號跳閘脈沖保護元件跳閘信號跳閘脈沖MNk1MNk2閉鎖式方向高頻保護允許式方向高頻保護閉鎖信號允許信號跳閘信號15MNk1MNk2閉鎖和允許信號有什么區別？（1）閉鎖信號，不易拒動內部故障：兩端保護都不發出閉鎖信號，保護可動作于跳閘。外部故障：一側保護發閉鎖信號，將兩側的保護都閉鎖。（2）允許信號，不易誤動外部故障：近故障點側不發允許信號，故對端保護不能跳閘；內部故障：兩端高頻保護同時向對側發出允許信號，使保護動作于跳閘。16三、微波通信（MicrowaveCommunication）頻帶寬（300－30000MHz）、抗干擾、不受線路故障影響（允許/跳閘信號）需中繼站（40－60km）、價格貴優點：缺點：原理：縱聯電流分相差動保護四、光纖通信（OpticalFiberCommunication）頻率為167THz---375THz，通信容量大、抗干擾、節省金屬材料等需中繼優點：缺點：原理：縱聯電流分相差動保護電信號－光信號光纖17光信號在光導纖維內傳輸具有衰耗低、抗干擾能力強、通信容量大、比微波通信提高10萬倍以上等優點。目前光纖通信使用的波長為0.85um、1.31um、1.55um。光纖分多模光纖和單模光纖，后者比前者特性好，衰減小、頻帶寬適用于大容量遠距離的通信系統。光纖通信光纖具有寬帶、遠距離傳輸能力強、保密性好、抗干擾能力強等優點,是未來通信網的主要實現技術。18第三節方向比較式縱聯保護方向比較式縱聯保護原理（兩端功率方向的故障特征）正常運行和外部故障時（K2）：一側功率正方向，一側負方向。內部故障時（K1）：兩側功率都為正方向。方向元件（或功率方向測量元件）是縱聯保護中的關鍵。19故障附加狀態圖中各點的電壓、電流稱為電壓、電流的故障分量。工頻故障分量：電壓、電流故障分量中的工頻穩態成分。工頻故障分量的基本概念工頻故障分量方向元件：用工頻電壓、電流的故障分量構成的方向元件。20正常運行和外部故障時：兩側的故障分量功率方向一側是線路→母線（N側），另外一側是母線→線路（M側）。內部故障時：兩側的突變量功率方向為線路→母線。內部故障故障附加狀態圖外部故障工頻故障分量的方向元件的工作原理21故障分量（工頻變化量）的方向繼電器正向故障（1）正向短路（線路MN內部短路故障）有：上式中的、也可以為故障分量中的負序、零序分量。所以：即正方向故障時功率方向為正的判據為：22反向故障以M側保護為例來分析：（2）反向短路（線路MN外部故障）有：上式中的、也可以為故障分量中的負序、零序分量。所以：即正方向故障時功率方向為正的判據為：23k1k2區內故障區外故障1）不受負荷狀態影響；2）不受振蕩影響；5）不受過渡電阻影響；3）無電壓死區；4）有明確的方向性。采用工頻故障分量的方向元件有如下特點：24二、閉鎖式方向縱聯保護1.工作原理kBCAD123456閉鎖信號閉鎖信號故障線路：兩端功率方向均為正，無閉鎖信號，保護動作。非故障線路：功率方向為負的一側發閉鎖信號，將保護閉鎖。區內故障伴有通道損壞時，保護能否正確動作？Y工作方式：正常時無高頻電流，區外反向故障時發閉鎖信號。25第四節縱聯電流差動保護一、縱聯電流差動保護原理MNk1k2KD正常、外部故障：內部故障：1.工作原理基爾霍夫定律262.保護特性1）無制動作用不平衡電流：躲過外部短路最大不平衡電流:躲過最大負荷電流（一側CT斷線）:整定：校驗：（單側電源最小方式最小短路電流）MNk1k2KD27MNk1k2KD2）有制動作用動作線圈電流：制動線圈電流：正常、外部故障：內部故障：動作作用強，制動作用弱制動作用強，動作作用弱制動特性：動作電流不是定值，而是隨制動電流變化的特性。動作方程：動作區IrIresIop0特點：內部短路時提高了靈敏性；外部短路時提高了可靠性。283.兩側電流的同步測量“同步數據”：同步采樣、同時刻采樣點計算1）基于數據通道的同步方法2）基于GPS的同步方法采樣時刻調整法同步采樣：秒脈沖相同時標：標準時間采樣數據修正法時鐘校正法MNk1k229二、縱聯電流相位差動保護原理區內短路：兩側電流幾乎同相；措施：正半周發信，負半周停發。區內:高頻電流是間斷的；wt0iminwt0imin區外短路：兩側電流相位幾乎反相。區外:高頻電流是連續的。MNk1k2wt0wt0理想情況30區內短路間斷角大，區外短路間斷角小。間斷角整定閉鎖角：確定區外短路的最大間斷角。wtwt0動作區時保護動作。整定：31校驗：線路長度