输电线路纵联保护分析课件

第四章第四章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护4.1 输电线路纵联保护概述输电线路纵联保护概述4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换输电线路纵联保护两侧信息的交换4.3 方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护4.4 纵联电流差动保护纵联电流差动保护第四章 输电线路纵联保护4.1 输电线路纵联保护概述14.1 概述概述仅反应线路一侧的电气量不可能无延时地快仅反应线路一侧的电气量不可能无延时地快速区分本线末端和对侧母线速区分本线末端和对侧母线(或相邻线始端或相邻线始端)故障。故障。反应线路两侧的电气量可以快速、可靠地区反应线路两侧的电气量可以快速、可靠地区分本线路内部任意点短路与外部短路，达到分本线路内部任意点短路与外部短路，达到有选择性、快速地切除全线路任意点短路的有选择性、快速地切除全线路任意点短路的目的。目的。4.1 概述仅反应线路一侧的电气量不可能无延时地快速区分本2纵联保护（单元保护）纵联保护（单元保护）将线路一侧电气量信息传到另一侧去，两侧将线路一侧电气量信息传到另一侧去，两侧的电气量同时比较、联合工作，即在线路两的电气量同时比较、联合工作，即在线路两侧之间发生纵向的联系，以这种方式构成的侧之间发生纵向的联系，以这种方式构成的保护称为输电线路的纵联保护。保护称为输电线路的纵联保护。由于保护是否动作取决于安装在输电线两端由于保护是否动作取决于安装在输电线两端的装置联合判断的结果，两端的装置组成一的装置联合判断的结果，两端的装置组成一个保护单元，各端的装置不能独立构成保护，个保护单元，各端的装置不能独立构成保护，在国外又称为输电线的单元保护。在国外又称为输电线的单元保护。纵联保护（单元保护）将线路一侧电气量信息传到另一侧去，两侧的3一套完整纵联保护的构成如下图所示。一套完整纵联保护的构成如下图所示。一套完整纵联保护的构成如下图所示。4纵联保护的分类纵联保护的分类按照所利用信息通道的不同，可分为按照所利用信息通道的不同，可分为4种：种：导引线纵联保护导引线纵联保护导引线保护导引线保护电力线载波纵联保护电力线载波纵联保护载波保护载波保护微波纵联保护微波纵联保护微波保护微波保护光纤纵联保护光纤纵联保护光纤保护光纤保护按照保护动作原理，纵联保护可以分为两类：按照保护动作原理，纵联保护可以分为两类：方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护纵联电流差动保护纵联电流差动保护纵联保护采用的原理往往受到通道的制约。纵联保护采用的原理往往受到通道的制约。纵联保护的分类按照所利用信息通道的不同，可分为4种：5导引线通道导引线通道这这种种通通道道需需要要铺铺设设导导引引线线电电缆缆传传送送电电气气量量信信息息,其其投投资资随随线线路长度而增加，当线路较长路长度而增加，当线路较长(超过超过10km以上以上)时就不经济了。时就不经济了。导导引引线线越越长长，自自身身的的运运行行安安全全性性越越低低。在在中中性性点点接接地地系系统统中中,除除了了雷雷击击外外，在在接接地地故故障障时时地地中中电电流流会会引引起起地地电电位位升升高高，也也会会产产生生感感应应电电压压，所所以以导导引引线线的的电电缆缆必必须须有有足足够够的的绝绝缘缘水水平平(例如例如15kV的绝缘水平的绝缘水平)，从而使投资增大。，从而使投资增大。一一般般导导引引线线中中直直接接传传输输交交流流二二次次电电量量波波形形，故故导导引引线线保保护护广广泛泛采采用用差差动动保保护护原原理理，但但导导引引线线的的参参数数(电电阻阻和和分分布布电电容容)直直接接影影响响保保护护性性能能，从从而而在在技技术术上上也也限限制制了了导导引引线线保保护护用用于于较较长的线路。长的线路。导引线通道这种通道需要铺设导引线电缆传送电气量信息,其投资随6电力线载波通道电力线载波通道在在保保护护中中应应用用最最为为广广泛泛，它它不不需需要要专专门门架架设设通信通道，而是利用输电线路构成通道。通信通道，而是利用输电线路构成通道。载载波波通通道道由由输输电电线线路路及及其其信信息息加加工工和和连连接接设设备备(阻阻波波器器、结结合合电电容容器器及及高高频频收收发发信信机机)等等组成。组成。输输电电线线路路机机械械强强度度大大,运运行行安安全全可可靠靠。但但是是在在线线路路发发生生故故障障时时通通道道可可能能遭遭到到破破坏坏，为为此此载载波波保保护护应应采采用用在在本本线线路路故故障障、信信号号中中断断的的情况下仍能正确动作的技术。情况下仍能正确动作的技术。电力线载波通道在保护中应用最为广泛，它不需要专门架设通信通道7微波通道微波通道微微波波通通信信是是一一种种多多路路通通信信系系统统,可可以以提提供供足足够够的的信信息息通通道道,微微波波通通信信具具有有很很宽宽的的频频带带,可可以以传送交流电的波形。传送交流电的波形。采采用用脉脉冲冲编编码码调调制制(PCM)方方式式可可以以进进一一步步扩扩大大信信息息传传输输量量,提提高高抗抗干干扰扰能能力力,也也更更适适合合于于数数字保护。字保护。微微波波通通信信是是理理想想的的通通信信系系统统,但但是是保保护护专专用用微微波波通通信信设设备备是是不不经经济济的的,电电力力信信息息系系统统等等在在设设计时应兼顾继电保护的需要。计时应兼顾继电保护的需要。微波通道微波通信是一种多路通信系统,可以提供足够的信息通道,8光纤通道光纤通道光光纤纤通通道道与与微微波波通通道道具具有有相相同同的的优优点点，光光纤纤通通道道也也广广泛泛采采用用(PCM)调调制制方方式式，保保护护使使用用的的光纤通道一般与电力信息系统统一考虑。光纤通道一般与电力信息系统统一考虑。当当被被保保护护的的线线路路很很短短时时,可可架架设设专专门门的的光光缆缆通通道道直直接接将将电电信信号号转转换换成成光光信信号号送送到到对对侧侧,并并将将所接收之光信号变为电信号进行比较。所接收之光信号变为电信号进行比较。由由于于光光信信号号不不受受干干扰扰,在在经经济济上上也也可可以以与与导导引引线线保保护护竞竞争争，近近年年来来成成为为短短线线路路纵纵联联保保护护的的主要形式。主要形式。光纤通道光纤通道与微波通道具有相同的优点，光纤通道也广泛采用9方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护两两侧侧保保护护装装置置将将本本侧侧的的功功率率方方向向、测测量量阻阻抗抗是是否否在在规规定定的的方方向向、区区段段内内的的判判别别结结果果传传送送到到对对侧侧,每每侧侧保保护护装装置置根根据据两两侧侧的的判判别别结结果果，区区分分是是区区内内还是区外故障。还是区外故障。在在通通道道中中传传送送的的是是逻逻辑辑信信号号，而而不不是是电电气气量量本本身身。传送的信息量较少，但对信息可靠性要求很高。传送的信息量较少，但对信息可靠性要求很高。按按照照保保护护判判别别方方向向所所用用的的原原理理可可分分为为方方向向纵纵联联保保护与距离纵联保护。护与距离纵联保护。方向比较式纵联保护两侧保护装置将本侧的功率方向、测量阻抗是否10纵联电流差动保护纵联电流差动保护利用通道将本侧电流的波形或代表电流相利用通道将本侧电流的波形或代表电流相位的信号传送到对侧位的信号传送到对侧,每侧保护根据对两每侧保护根据对两侧电流的幅值和相位比较的结果区分是区侧电流的幅值和相位比较的结果区分是区内还是区外故障。内还是区外故障。在每侧都直接比较两侧的电气量，称为纵在每侧都直接比较两侧的电气量，称为纵联电流差动保护。联电流差动保护。信息传输量大，并且要求两侧信息采集的信息传输量大，并且要求两侧信息采集的同步，实现技术要求较高。同步，实现技术要求较高。纵联电流差动保护利用通道将本侧电流的波形或代表电流相位的信号11输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析纵纵联联保保护护需需要要利利用用线线路路两两端端的的电电气气量量在在故故障与非故障时的特征差异构成保护。障与非故障时的特征差异构成保护。当当线线路路发发生生内内部部故故障障与与外外部部故故障障时时，电电力力线线两两端端的的电电流流波波形形、功功率率方方向向、电电流流相相位位以以及及测测量量阻阻抗抗都都具具有有明明显显的的差差异异，利利用用这这些差异可以构成不同原理的纵联保护。些差异可以构成不同原理的纵联保护。输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析纵联保护需要利用线路两12两端电流相量和的故障特征两端电流相量和的故障特征当内部故障时，故障当内部故障时，故障点有短路电流流出。点有短路电流流出。根据基尔霍夫电流定律，对于一个中间既无电源，又根据基尔霍夫电流定律，对于一个中间既无电源，又无负荷的正常运行或外部故障的输电线路，在任意时无负荷的正常运行或外部故障的输电线路，在任意时刻，两端电流相量和等于零。刻，两端电流相量和等于零。两端电流相量和的故障特征当内部故障时，故障点有短路电流流出。13两端功率方向的故障特征两端功率方向的故障特征规定母线到线路的方向为正规定母线到线路的方向为正当线路发生内部故障时，两端功率方向相同，同为正当线路发生内部故障时，两端功率方向相同，同为正方向。方向。当线路发生外部故障时，远故障点端功率方向为正；当线路发生外部故障时，远故障点端功率方向为正；近故障点端功率方向为负，两端功率方向相反。近故障点端功率方向为负，两端功率方向相反。在系统正常运行时，两端的功率方向相反，线路的送在系统正常运行时，两端的功率方向相反，线路的送电端功率方向为正、受电端的功率方向为负。电端功率方向为正、受电端的功率方向为负。两端功率方向的故障特征规定母线到线路的方向为正14两端电流相位特征两端电流相位特征对于图所示的双端输电线路，假定全系统阻抗角均对于图所示的双端输电线路，假定全系统阻抗角均匀、两侧电势角相同。匀、两侧电势角相同。当发生内部短路时，两侧电流同相位；当发生内部短路时，两侧电流同相位；当正常运行或外部短路时，两侧电流相位差当正常运行或外部短路时，两侧电流相位差180两端电流相位特征对于图所示的双端输电线路，假定全系统阻抗角均15两端测量阻抗的特征两端测量阻抗的特征当线路内部短路时，输电线路两端的测量阻当线路内部短路时，输电线路两端的测量阻抗都是短路阻抗，一定位于阻抗元件抗都是短路阻抗，一定位于阻抗元件段的段的动作区内，两侧的动作区内，两侧的段同时起动；段同时起动；当正常运行时，两侧的测量阻抗是负荷阻抗，当正常运行时，两侧的测量阻抗是负荷阻抗，阻抗元件阻抗元件段不起动；段不起动；当发生外部短路时，两侧的测量阻抗也是短当发生外部短路时，两侧的测量阻抗也是短路阻抗，但一侧为反方向，至少有一侧的阻路阻抗，但一侧为反方向，至少有一侧的阻抗元件抗元件段不起动。段不起动。两端测量阻抗的特征当线路内部短路时，输电线路两端的测量阻抗都16纵联保护的基本原理纵联保护的基本原理利利用用输输电电线线两两端端电电气气量量在在正正常常运运行行、外外部部短短路路和和内内部部短短路路时时的的特特征征差差异异可可以以构构成成不不同同原原理的输电线路纵联保护：理的输电线路纵联保护：纵联电流差动保护纵联电流差动保护方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护电流相位比较式纵联保护电流相位比较式纵联保护距离纵联保护距离纵联保护纵联保护的基本原理利用输电线两端电气量在正常运行、外部短路和17纵联电流差动保护纵联电流差动保护利用输电线路两端电流波形和或电流相量和的特利用输电线路两端电流波形和或电流相量和的特征可以构成纵联电流差动保护。征可以构成纵联电流差动保护。发生内部短路时，发生内部短路时，正常运行和外部短路时，正常运行和外部短路时，由于受由于受CT误差、线路分布电容等因素的影响，实际上误差、线路分布电容等因素的影响，实际上不为零，此时差动保护的动作判据实际上为：不为零，此时差动保护的动作判据实际上为：式中，式中，Iset为门槛值为门槛值纵联电流差动保护利用输电线路两端电流波形和或电流相量和的特征18方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护 利用输电线路两端功率方向相同或相异的特征利用输电线路两端功率方向相同或相异的特征可以构成方向比较式纵联保护。可以构成方向比较式纵联保护。两端保护各安装功率方向元件，当系统中发生故障时，两端保护各安装功率方向元件，当系统中发生故障时，两端功率方向元件判别流过本端的功率方向，两端功率方向元件判别流过本端的功率方向，闭锁式方向纵联保护：闭锁式方向纵联保护：功率方向为负者发出闭锁信号，闭锁两端的保护；功率方向为负者发出闭锁信号，闭锁两端的保护；允许式方向纵联保护：允许式方向纵联保护：功率方向为正者发出允许信号，允许两端保护跳闸。功率方向为正者发出允许信号，允许两端保护跳闸。方向比较式纵联保护 利用输电线路两端功率方向相同或相异的特征19电流相位比较式纵联保护电流相位比较式纵联保护利用两端电流相位的特征差异，比较两端利用两端电流相位的特征差异，比较两端电流的相位关系。电流的相位关系。两端保护各将本侧电流的正、负半波信息转换两端保护各将本侧电流的正、负半波信息转换为表示电流相位并利于传送的信号，送往对端，为表示电流相位并利于传送的信号，送往对端，同时接收对端送来的电流相位信号与本侧的相同时接收对端送来的电流相位信号与本侧的相位信号比较。位信号比较。当输电线路发生内部短路时，两端电流相角差当输电线路发生内部短路时，两端电流相角差为为0，保护动作，跳开本端断路器。，保护动作，跳开本端断路器。在正常运行或发生区外短路时两端电流相角差在正常运行或发生区外短路时两端电流相角差为为180，保护不动作。，保护不动作。电流相位比较式纵联保护利用两端电流相位的特征差异，比较两端电20电流相位比较式纵联保护电流相位比较式纵联保护考虑电流电压互感器的误差以及输电线分布电容等考虑电流电压互感器的误差以及输电线分布电容等的影响，当线路发生区外故障时两端电流相角差并的影响，当线路发生区外故障时两端电流相角差并不等于不等于180，而是在，而是在180附近；附近；考虑故障前两侧电势有一定相角差，在内部短路时考虑故障前两侧电势有一定相角差，在内部短路时两侧电流也不完全同相位。两侧电流也不完全同相位。电流相位比较式纵联保护考虑电流电压互感器的误差以及输电线分布21距离纵联保护距离纵联保护基本原理：基本原理：与方向比较式纵联保护相似，只是用阻抗元件替代功率与方向比较式纵联保护相似，只是用阻抗元件替代功率方向元件。方向元件。优点：优点：当故障发生在当故障发生在段范围内时相应的方向阻抗元件才起动，段范围内时相应的方向阻抗元件才起动，当故障发生在距离当故障发生在距离以外时相应的方向阻抗元件不起动，以外时相应的方向阻抗元件不起动，减少了方向元件的起动次数，提高了保护的可靠性；减少了方向元件的起动次数，提高了保护的可靠性；一般高压线路配备距离保护作为后备保护，距离保护的一般高压线路配备距离保护作为后备保护，距离保护的段作为方向元件，简化了纵联保护（主保护）的实现。段作为方向元件，简化了纵联保护（主保护）的实现。不足：不足：后备保护检修时主保护被迫停运。后备保护检修时主保护被迫停运。距离纵联保护基本原理：224.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换输电线路纵联保护两侧信息的交换 输电线路纵联保护的工作需要两端信息，输电线路纵联保护的工作需要两端信息，两端保护要通过通信设备和通信通道快速地两端保护要通过通信设备和通信通道快速地进行信息传递。进行信息传递。输电线路保护常用的通信方式分有：输电线路保护常用的通信方式分有：导引线通信导引线通信电力线载波通信电力线载波通信微波通信微波通信光纤通信光纤通信4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换 输电线路纵联保护234.2.1 导引线通信导引线通信导引线通信：导引线通信：利用敷设在输电线路两端变电所之间的二次电缆传递被利用敷设在输电线路两端变电所之间的二次电缆传递被保护线路各侧信息的通信方式。保护线路各侧信息的通信方式。导引线纵联保护导引线纵联保护以导引线为通道的纵联保护称为导引线纵联保护。以导引线为通道的纵联保护称为导引线纵联保护。采用电流差动原理，分为：采用电流差动原理，分为：环流式环流式均压式均压式4.2.1 导引线通信导引线通信：24环流式环流式线路两侧电流互感器的同极性端子经线路两侧电流互感器的同极性端子经导引线连接起来。在模拟式保护中两导引线连接起来。在模拟式保护中两端的保护继电器各有两个线圈，动作端的保护继电器各有两个线圈，动作线圈跨接在两根导引线之间，流过两线圈跨接在两根导引线之间，流过两端的和电流起动作作用；制动线圈端的和电流起动作作用；制动线圈（也称平衡线圈）被串接在导引线的（也称平衡线圈）被串接在导引线的回路中，流过两端的差电流，起制动回路中，流过两端的差电流，起制动作用；当继电器的动作作用大于制动作用；当继电器的动作作用大于制动作用时，保护动作。在正常运行或外作用时，保护动作。在正常运行或外部故障时，被保护线路两侧电流互感部故障时，被保护线路两侧电流互感器的同极性端子的输出电流大小相等器的同极性端子的输出电流大小相等而方向相反，动作线圈中没有电流流而方向相反，动作线圈中没有电流流过，即处在电流平衡状态，此时导引过，即处在电流平衡状态，此时导引线流过两端循环电流，故称环流式。线流过两端循环电流，故称环流式。环流式线路两侧电流互感器的同极性端子经导引线连接起来。在模拟25均压式均压式线路两端电流互感器的异极性端子线路两端电流互感器的异极性端子经由导引线连接起来，继电器的动经由导引线连接起来，继电器的动作线圈串接在导引线回路中，流过作线圈串接在导引线回路中，流过两端的差电流；制动线圈则被跨接两端的差电流；制动线圈则被跨接在两根导引线之间，流过和电流。在两根导引线之间，流过和电流。在正常运行或外部故障时，被保护在正常运行或外部故障时，被保护线路两侧电流互感器极性相异的端线路两侧电流互感器极性相异的端子的输出电流大小相等且方向相同，子的输出电流大小相等且方向相同，故导引线及动作线圈中均没有电流故导引线及动作线圈中均没有电流通过，二次电流只能分别在各自的通过，二次电流只能分别在各自的制动线圈及互感器二次绕组中流过，制动线圈及互感器二次绕组中流过，在两侧导引线线芯间之电压大小相在两侧导引线线芯间之电压大小相等方向相反，即处在电压平衡状态，等方向相反，即处在电压平衡状态，这种工作模式也称为电压平衡原理。这种工作模式也称为电压平衡原理。均压式线路两端电流互感器的异极性端子经由导引线连接起来，继电26导引线纵差保护的特点导引线纵差保护的特点导引线纵差保护的突出优点是：导引线纵差保护的突出优点是：不受电力系统振荡的影响，不受非全相运行的影响、在不受电力系统振荡的影响，不受非全相运行的影响、在单侧电源运行时仍能正确工作。单侧电源运行时仍能正确工作。简单可靠，维修工作量极少，投运率极高，技术成熟，简单可靠，维修工作量极少，投运率极高，技术成熟，服务年限长，动作速度快等优点。服务年限长，动作速度快等优点。导引线纵差保护的使用也受如下因素的限制：导引线纵差保护的使用也受如下因素的限制：保护装置的性能受导引线参数和使用长度影响，导引线保护装置的性能受导引线参数和使用长度影响，导引线愈长，分布电容愈大则保护装置的安全可靠性愈低；愈长，分布电容愈大则保护装置的安全可靠性愈低；导引电缆造价高，随着使用长度增加，初投资剧增。导引电缆造价高，随着使用长度增加，初投资剧增。导引线纵差保护的特点导引线纵差保护的突出优点是：274.2.2 电力线载波通信电力线载波通信高频保护（载波保护）：高频保护（载波保护）：将将线线路路两两端端的的电电流流相相位位(或或功功率率方方向向)信信息息转转变变为为高高频频信信号号，经经过过高高频频耦耦合合设设备备将将高高频频信信号号加加载载到到输输电电线线路路上上，输输电电线线路路本本身身作作为为高高频频信信号号的的通通道道将将高高频频载载波波信信号号传传输输到到对对侧侧，对对端端再再经经过过高高频频耦耦合合设设备备将将高高频频信信号号接接收收下下来来，以实现各端电流相位以实现各端电流相位(或功率方向或功率方向)的比较。的比较。电力线载波通道的构成：电力线载波通道的构成：“相相相相”式：使用两相线路，高频信号传输的衰减小式：使用两相线路，高频信号传输的衰减小“相地相地”式：使用一相一地，比较经济式：使用一相一地，比较经济4.2.2 电力线载波通信高频保护（载波保护）：28“相地相地”式载波通道如图所示，式载波通道如图所示，“相地”式载波通道如图所示，29电力线载波通道的构成电力线载波通道的构成输电线路输电线路 三相输电线路都可以用来传递高频信号，三相输电线路都可以用来传递高频信号，任意一相与大地间都可以组成任意一相与大地间都可以组成“相地相地”回路。回路。阻波器阻波器 为为了了使使高高频频载载波波信信号号只只在在本本线线路路中中传传输输而而不不穿穿越越到到相相邻邻线线路路上上去去，采采用用了了电电感感线线圈圈与与可可调调电电容容组组成成的的并并联联谐谐振振回回路路，其其阻阻抗抗与与频频率率的的关关系系如如图图所所示示。当当其其谐谐振振频频率率为为载载波波信信号号所所选选定定的的载载波波频频率率时时，对对载载波波电电流流呈呈现现极极高高的的阻阻抗抗（1000以以上上），从从而而使使高高频频电电流流被被阻阻挡挡在在本本线线路路以以内内。而而对对工工频频电电流流，阻阻波波器器仅仅呈呈现现电电感感线线圈圈的的阻阻抗抗（约（约0.04），工频电流畅通无阻。），工频电流畅通无阻。电力线载波通道的构成输电线路30电力线载波通道的构成电力线载波通道的构成耦合电容器耦合电容器其电容量极小，对工频信号呈现非常大的阻抗其电容量极小，对工频信号呈现非常大的阻抗防止工频电压侵入高频收、发信机。防止工频电压侵入高频收、发信机。连接滤波器连接滤波器它它是是一一个个可可调调电电感感的的空空芯芯变变压压器器和和一一个个接接在在副副边边的的电电容容。连连接接滤滤波波器器与与耦耦合合电电容容器器共共同同组组成成一一个个“四四端端口口网网络络”带带通通滤滤波波器器，使使所所需需频频带带的的电电流流能能够够顺顺利利通通过过。例例如如220kV架架空空输输电电线线路路的的波波阻阻抗抗约约为为400，而而高高频频电电缆缆的的波波阻阻抗抗约约为为100，为为使使高高频频信信号号在在收收、发发信信机机与与输输电电线线路路间间传传递递时时不不发发生生反反射射，减减少少高高频频能能量量的的附附加加衰衰耗耗，需需要要“四四端端口口网网络络”使使两两侧侧的的阻阻抗抗相相匹匹配配。同同时时空空芯芯变变压压器器的的使使用用进进一一步步使使收收、发发信信机机与与输输电电线线路路的的高高压压部部分分相相隔离，提高了安全性。隔离，提高了安全性。电力线载波通道的构成耦合电容器31电力线载波通道的构成电力线载波通道的构成高频收、发信机高频收、发信机高高频频传传发发信信机机由由继继电电保保护护部部分分控控制制发发出出预预定定频频率率（可可设设定定）的的高高频频信信号号，通通常常都都是是在在电电力力系系统统发发生生故故障障保保护护起起动动后后发发出出信信号号，但但也也有有采采用用长长期期发发信信故故障障起起动动后后停停信信或或改改变变信信号号的的频频率率的的工工作作方方式式。发发信信机机发发出出的的高高频频信信号号经经载载波波信信道道传传送送到到对对端端，被被对对端端和和本本端端的的收收信信机机所所接接受受，两两端端的的收收信信机机既既接接收收来来自自本本侧侧的的高高频频信信号号又又接接收收来来自自对对侧侧的的高高频频信信号号，两两个个信信号号经经比比较较判判断断后后，作作用用于于继继电电保保护的输出部分护的输出部分接地刀闸接地刀闸当当检检修修连连接接滤滤波波器器时时，接接通通接接地地刀刀闸闸，使使耦耦合合电电容容器器下下端可靠接地端可靠接地电力线载波通道的构成高频收、发信机32电力线载波通道的特点电力线载波通道的特点电力线载波通信是电力系统的一种特殊的通电力线载波通信是电力系统的一种特殊的通信方式，它以电力线路为信息通道，通道传信方式，它以电力线路为信息通道，通道传输的信号频率范围一般为输的信号频率范围一般为50400kHz,载频载频低于低于40kHz受工频干扰太大，同时信道中的受工频干扰太大，同时信道中的连接设备的构成也比较困难；连接设备的构成也比较困难；载频过高，将对中波广播等产生严重干扰，载频过高，将对中波广播等产生严重干扰，同时高频能量衰耗也将大大增加。同时高频能量衰耗也将大大增加。电力线载波通信曾在一段时间内成为电力系电力线载波通信曾在一段时间内成为电力系统应用最广的通信手段。它具有以下优点：统应用最广的通信手段。它具有以下优点：电力线载波通道的特点电力线载波通信是电力系统的一种特殊的通信33电力线载波通道的优点电力线载波通道的优点无中继通信距离长无中继通信距离长电电力力线线载载波波通通信信距距离离可可达达几几百百公公里里，中中间间不不需需要要信信号号的的中中继继设设备备，一一般般的的输输电电线线路路，只只需需要要在在线线路路两两端端配配备备载载波机和高频信号耦合设备。波机和高频信号耦合设备。经济、使用方便经济、使用方便使使用用电电力力线线载载波波通通信信的的装装置置（继继电电保保护护、电电力力自自动动化化设设备备等等）与与载载波波机机之之间间的的距距离离很很近近，都都在在同同一一变变电电站站内内，高频电缆短，由于不需要再架信道，整个投资省。高频电缆短，由于不需要再架信道，整个投资省。工程施工比较简单工程施工比较简单 输输电电线线路路建建好好后后，装装上上阻阻波波器器、耦耦合合电电容容器器、结结合合滤滤波波器器，放放好好高高频频载载波波电电缆缆，然然后后安安装装载载波波机机，就就可可以以进进行行调调试试。这这些些工工作作都都在在变变电电站站内内进进行行，基基本本上上不不需需另另外外进进行行基基建建工工程程，能能较较快快的的建建立立起起通通信信。在在不不少少工工期期比比较较紧紧的的输输变变电电工工程程中中，往往往往只只有有电电力力线线载载波波通通信信才才能能和和输输变变电工程电工程同期建成，保证了输变电工程的如期投产同期建成，保证了输变电工程的如期投产电力线载波通道的优点无中继通信距离长34 由由于于输输电电线线载载波波通通道道是是直直接接通通过过高高压压输输电电线线路路传传送送高高频频载载波波电电流流的的，因因此此高高压压输输电电线线路路上上的的干干扰扰直直接接进进入入载载波波通通道道，高高压压输输电电线线路路的的电电晕晕、短短路路、开开关关操作等都会在不同程度上对载波保护造成干扰。操作等都会在不同程度上对载波保护造成干扰。由由于于高高频频载载波波的的通通信信速速率率低低，难难于于满满足足纵纵联联电电流流差差动动保保护护实实时时性性的的要要求求，一一般般用用来来传传递递状状态态信信号号，用用于构成方向比较式纵联和电流相位比较式纵联保护。于构成方向比较式纵联和电流相位比较式纵联保护。输输电电线线载载波波通通信信还还被被用用于于对对系系统统运运行行状状态态监监视视的的调调度自动化信息的传递、电力系统内部的载波电话等。度自动化信息的传递、电力系统内部的载波电话等。由于输电线载波通道是直接通过高压输电线路传送高频载波电流的35电力线载波通道的工作方式电力线载波通道的工作方式输电线路纵联保护载波通道按工作方式分为输电线路纵联保护载波通道按工作方式分为三类：三类：正常无高频电流方式正常无高频电流方式正常有高频电流方式正常有高频电流方式移频方式移频方式我国常用正常无高频电流方式。我国常用正常无高频电流方式。电力线载波通道的工作方式输电线路纵联保护载波通道按工作方式分36正常无高频电流方式正常无高频电流方式在电力系统正常工作条件下发信机不发信，沿通道在电力系统正常工作条件下发信机不发信，沿通道不传送高频电流，只在电力系统发生故障期间发信，不传送高频电流，只在电力系统发生故障期间发信，又称为故障起动发信的方式。又称为故障起动发信的方式。为为了了确确知知高高频频通通道道是是否否完完好好，采采用用定定期期检检查查的的方方法法，可分为两种：可分为两种：手动：手动：值值班班员员手手动动起起动动发发信信，并并检检查查高高频频信信号号是是否否合合格格，通通常常是是每每班班一一次次，该该方方式式在在我我国国电电力力系系统统中中得得到到了了广广泛泛的的采采用用自动：自动：利利用用专专门门的的时时间间元元件件按按规规定定时时间间自自动动起起动动，检检查查通通道道，并向值班员发出信号。并向值班员发出信号。正常无高频电流方式在电力系统正常工作条件下发信机不发信，沿通37正常有高频电流方式正常有高频电流方式在电力系统正常工作条件下发信机处于发信状态，在电力系统正常工作条件下发信机处于发信状态，沿高频通道传送高频电流，又称为长期发信方式。沿高频通道传送高频电流，又称为长期发信方式。主要优点：主要优点：使使高高频频保保护护中中的的高高频频通通道道部部分分经经常常处处于于监监视视的的状状态态，可靠性较高；可靠性较高；无需收、发信起动元件，使装置稍为简化。无需收、发信起动元件，使装置稍为简化。缺点：缺点：因因为为经经常常处处于于发发信信状状态态，增增加加了了对对其其它它通通信信设设备备的的干干扰时间；扰时间；因因为为经经常常处处于于收收信信状状态态，外外界界对对高高频频信信号号干干扰扰的的时时间间长，要求自身有更高的抗干扰能力。长，要求自身有更高的抗干扰能力。正常有高频电流方式在电力系统正常工作条件下发信机处于发信状态38移频方式移频方式在电力系统正常工作条件下，发信机处在发信状态，在电力系统正常工作条件下，发信机处在发信状态，向对端送出频率为向对端送出频率为f1的高频电流，这一高频电流可的高频电流，这一高频电流可作为通道的连续检查或闭锁保护之用。在线路发生作为通道的连续检查或闭锁保护之用。在线路发生故障时，保护装置控制发信机停止发送频率为故障时，保护装置控制发信机停止发送频率为f1的的高频电流，同时发出频率为高频电流，同时发出频率为f2的高频电流。的高频电流。这种方式能监视通道的工作情况，这种方式能监视通道的工作情况，提高了通道工作的可提高了通道工作的可靠性，并且抗干扰能力较强；靠性，并且抗干扰能力较强；它占用的频带宽，通道利用率低。它占用的频带宽，通道利用率低。移频方式在国外已得到了广泛的应用。移频方式在国外已得到了广泛的应用。移频方式在电力系统正常工作条件下，发信机处在发信状态，向对端39电力线载波信号的种类电力线载波信号的种类按照高频载波通道传送的信号在纵联保按照高频载波通道传送的信号在纵联保护中的作用，高频信号分为：护中的作用，高频信号分为：闭锁信号闭锁信号允许信号允许信号跳闸信号跳闸信号电力线载波信号的种类按照高频载波通道传送的信号在纵联保护中的40闭锁信号闭锁信号阻止保护动作于跳闸的信号阻止保护动作于跳闸的信号无闭锁信号是保护作用于跳闸的必要条件。无闭锁信号是保护作用于跳闸的必要条件。只有同时满足以下两条件时保护才作用于跳只有同时满足以下两条件时保护才作用于跳闸：闸：本端保护元件动作；本端保护元件动作；无闭锁信号。无闭锁信号。闭锁信号阻止保护动作于跳闸的信号41允许信号允许信号允许保护动作于跳闸的信号。允许保护动作于跳闸的信号。有允许信号是保护动作于跳闸的必要条件。有允许信号是保护动作于跳闸的必要条件。同时满足以下两条件时，保护装置才动作于同时满足以下两条件时，保护装置才动作于跳闸：跳闸：本端保护元件动作；本端保护元件动作；有允许信号。有允许信号。允许信号允许保护动作于跳闸的信号。42跳闸信号跳闸信号直接引起跳闸的信号直接引起跳闸的信号收到跳闸信号是跳闸的充分条件。收到跳闸信号是跳闸的充分条件。跳闸的条件是下列条件之一：跳闸的条件是下列条件之一：本端保护元件动作本端保护元件动作对端传来跳闸信号。对端传来跳闸信号。跳闸信号直接引起跳闸的信号434.2.3 微波通信微波通信从从二二十十世世纪纪五五十十年年代代开开始始，微微波波通通信信在在电电力力系系统统中中开开始始得得到到应用。应用。电电力力系系统统使使用用的的微微波波通通信信频频率率段段一一般般在在30030000MHz之之间间，相相比比电电力力线线载载波波的的50400kHz频频段段，频频带带要要宽宽的的多多，信息传输容量要大的多。信息传输容量要大的多。微微波波纵纵联联保保护护使使用用的的频频段段属属于于超超短短波波的的无无线线电电波波，电电离离层层已已不不能能起起反反射射作作用用，只只能能在在“视视线线”范范围围内内传传播播，距距离离不不超超过过4060Km，如如果果两两个个变变电电站站之之间间距距离离超超出出以以上上范范围围，就就要要装装设设微微波波中中继继站站，以以增增强强和和传传递递微微波波信信号号。微微波波通通道道的的建建设设往往往往是是根根据据电电力力系系统统通通信信的的总总体体需需要要统统一一安安排排的的，微微波波纵纵联联保护的保护的信息传递只使用微波信道容量的一小部分。信息传递只使用微波信道容量的一小部分。4.2.3 微波通信从二十世纪五十年代开始，微波通信在电44微波纵联保护的构成微波纵联保护的构成微波纵联保护系统如图所示，包括输电线路两端的微波纵联保护系统如图所示，包括输电线路两端的保护装置（虚框内）部分和微波通信部分。保护装置（虚框内）部分和微波通信部分。微波纵联保护的构成微波纵联保护系统如图所示，包括输电线路两端45微波纵联保护的优点微波纵联保护的优点与电力线高频载波保护相比，微波纵联保护有以下与电力线高频载波保护相比，微波纵联保护有以下特点：特点：有一条独立于输电线路的通信通道，输电线路上产生的有一条独立于输电线路的通信通道，输电线路上产生的干扰对通信系统没有影响，通道的检修不影响输电线路干扰对通信系统没有影响，通道的检修不影响输电线路运行。运行。扩展了通信频段，可以传递的信息容量增加、速率加快，扩展了通信频段，可以传递的信息容量增加、速率加快，可以实现纵联电流分相差动原理的保护。可以实现纵联电流分相差动原理的保护。受外界干扰的影响小，工业、雷电等干扰的频谱基本上受外界干扰的影响小，工业、雷电等干扰的频谱基本上不在微波频段内，通信误码率低，可靠性高。不在微波频段内，通信误码率低，可靠性高。输电线路的任何故障都不会使通道工作破坏，因此可以输电线路的任何故障都不会使通道工作破坏，因此可以传送内部故障时的允许信号和跳闸信号。传送内部故障时的允许信号和跳闸信号。微微波波有有在在视视线线距距离离内内传传送送的的特特点点决决定定了了在在通通信信距距离离较远时，必须架设微波中继站，通道价格较贵。较远时，必须架设微波中继站，通道价格较贵。微波纵联保护的优点与电力线高频载波保护相比，微波纵联保护有以464.2.4 光纤通信光纤通信 以以光光纤纤作作为为信信号号传传递递媒媒介介的的通通信信称称为为光光纤纤通通信。信。随随着着光光纤纤技技术术的的发发展展和和光光纤纤制制作作成成本本的的降降低低，光光纤纤信信道道正正在在成成为为电电力力通通信信网网的的主主干干网网，光光纤纤通通信信在在电电力力系系统统通通信信中中得得到到越越来来越越多多的的应应用用，例例如如连连接接各各高高压压变变电电站站的的电电力力调调度度自自动动化化信信息息系系统统、两两端端变变电电站站具具有有光光纤纤信信道道的的纵纵联联保保护护、超超短短输输电电线线路的纵联保护、配电自动化通信网等。路的纵联保护、配电自动化通信网等。4.2.4 光纤通信 以光纤作为信号传递媒介的通信称为光纤通47光纤通道的构成光纤通道的构成光发射器：光发射器：把把电电信信号号转转变变成成光光信信号号，一一般般由由电电调调制制器器和和光光调调制制器器组组成。成。光接收器：光接收器：把把光光信信号号转转变变成成电电信信号号，一一般般由由光光探探测测器器和和电电解解调调器器组组成。成。光纤通道的构成光发射器：48光纤通道的构成光纤通道的构成电调制器：电调制器：把信息转换为适合信道传输的信号，多为数字信号。把信息转换为适合信道传输的信号，多为数字信号。光调制器：光调制器：把电调制信号转换为适合光纤信道传输的光信号。把电调制信号转换为适合光纤信道传输的光信号。光中继器：光中继器：对经光纤传输衰减后的信号进行放大。对经光纤传输衰减后的信号进行放大。光探测器：光探测器：把经光纤传输后的微弱光信号转变为电信号。把经光纤传输后的微弱光信号转变为电信号。电解调器：电解调器：把电信号放大，恢复出原信号。把电信号放大，恢复出原信号。光纤通道的构成电调制器：49光纤通信的特点光纤通信的特点通信容量大通信容量大可以节约大量金属材料可以节约大量金属材料 光纤通信还有保密性好，敷设方便，不怕雷击，不受外界电光纤通信还有保密性好，敷设方便，不怕雷击，不受外界电磁干扰，抗腐蚀和不怕潮等优点。磁干扰，抗腐蚀和不怕潮等优点。光纤最重要的特性之一是无感应性能，在易受地电位升高、光纤最重要的特性之一是无感应性能，在易受地电位升高、暂态过程及其它有严重干扰的金属线路地段之间，光纤是一暂态过程及其它有严重干扰的金属线路地段之间，光纤是一种理想的通信媒介。种理想的通信媒介。光光纤纤通通信信的的美美中中不不足足之之处处是是通通信信距距离离还还不不够够长长，在在长长距距离离通通信信时时，要要用用中中继继器器及及其其附附加加设设备备。此此外外当当光光纤纤断断裂裂时时不不易易找找寻寻或或连连接接，不不过过，由由于于光光缆缆中中的的光光纤纤数数目目多多，可可以以将将断断裂裂的的光纤迅速用备用替换。光纤迅速用备用替换。光纤通信的特点通信容量大504.3 方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护方向元件或功率方向测量元件是方向比较式纵联保护方向元件或功率方向测量元件是方向比较式纵联保护中的关键元件，中的关键元件，方向元件的作用：判断故障的方向，方向元件的作用：判断故障的方向，方向元件应满足以下要求：方向元件应满足以下要求：正确反映所有类型故障时故障点的方向且无死区；正确反映所有类型故障时故障点的方向且无死区；不受负荷的影响，在正常负荷状态下不起动；不受负荷的影响，在正常负荷状态下不起动；不受系统振荡影响，在振荡无故障时不误动，振荡中再故障时不受系统振荡影响，在振荡无故障时不误动，振荡中再故障时仍能正确判定故障点的方向；仍能正确判定故障点的方向；在两相运行中又发生短路时仍能正确判定故障点的方向。在两相运行中又发生短路时仍能正确判定故障点的方向。常用工频电压、电流的故障分量构成方向元件。常用工频电压、电流的故障分量构成方向元件。4.3 方向比较式纵联保护方向元件或功率方向测量元件是方向51闭锁式方向纵联保护闭锁式方向纵联保护目前在电力系统中广泛使用由电力线载波通道实现闭锁式方目前在电力系统中广泛使用由电力线载波通道实现闭锁式方向纵联保护，采用正常无高频电流，而在外部故障时发闭锁向纵联保护，采用正常无高频电流，而在外部故障时发闭锁信号的方式构成。信号的方式构成。此闭锁信号由功率方向为负的一侧发出，被两端的收信机接此闭锁信号由功率方向为负的一侧发出，被两端的收信机接收，闭锁两端的保护，故称为闭锁式方向纵联保护。收，闭锁两端的保护，故称为闭锁式方向纵联保护。闭锁式方向纵联保护目前在电力系统中广泛使用由电力线载波通道实52闭锁式方向纵联保护的构成闭锁式方向纵联保护的构成闭锁式方向纵联保护的构成53闭锁式距离纵联保护闭锁式距离纵联保护方向比较式纵联保护可以快速地切除保护范围内部的各种故方向比较式纵联保护可以快速地切除保护范围内部的各种故障，但却不能作为变电站母线和下一条线路的后备。障，但却不能作为变电站母线和下一条线路的后备。距离保护却可以作为变电站母线和下一条线路的后备距离保护却可以作为变电站母线和下一条线路的后备,由于由于在距离保护中所用的主要继电器（如起动元件、方向阻抗元在距离保护中所用的主要继电器（如起动元件、方向阻抗元件等）也可以作为实现闭锁式方向比较纵联保护的主要元件，件等）也可以作为实现闭锁式方向比较纵联保护的主要元件，因此经常把两者结合起来构成闭锁式距离纵联保护。因此经常把两者结合起来构成闭锁式距离纵联保护。内部故障时能够瞬时动作，而在外部故障时则具有不同的时内部故障时能够瞬时动作，而在外部故障时则具有不同的时限特性，起到后备保护的作用，从而兼有两种保护的优点，限特性，起到后备保护的作用，从而兼有两种保护的优点，并且能简化整个保护的接线。并且能简化整个保护的接线。闭锁式距离纵联保护方向比较式纵联保护可以快速地切除保护范围内54输电线路纵联保护分析课件554.4 纵联电流差动保护纵联电流差动保护纵联电流差动保护的工作原理纵联电流差动保护的工作原理电流差动保护原理建立在基尔霍夫电流定律的基电流差动保护原理建立在基尔霍夫电流定律的基础之上。础之上。它具有良好的选择性，能灵敏地，快速地切除保它具有良好的选择性，能灵敏地，快速地切除保护区内的故障，被广泛地应用在能够方便地取得护区内的故障，被广泛地应用在能够方便地取得被保护元件两端电流的发电机保护、变压器保护、被保护元件两端电流的发电机保护、变压器保护、大型电动机保护中，输电线路的电流纵联差动保大型电动机保护中，输电线路的电流纵联差动保护是该原理应用的一个特例。护是该原理应用的一个特例。4.4 纵联电流差动保护纵联电流差动保护的工作原理56电流纵联差动保护的基本原理电流纵联差动保护的基本原理电流纵联差动保护的基本原理57电流差动保护：电流差动保护：利用被保护元件在内部短路两侧电流和很大，而外部短利用被保护元件在内部短路两侧电流和很大，而外部短路时几乎为零的差异，构成电流差动保护；路时几乎为零的差异，构成电流差动保护；电流相位差动保护：电流相位差动保护：利用被保护元件两侧电流在内部短路时几乎同相，外部利用被保护元件两侧电流在内部短路时几乎同相，外部短路时几乎反相的特点，比较两侧电流的相位可以构成短路时几乎反相的特点，比较两侧电流的相位可以构成电流相位差动保护；电流相位差动保护；差动电流测量元件差动电流测量元件差动继电器差动继电器电流差动保护：58不平衡电流不平衡电流不平衡电流：不平衡电流：流过差动继电器的电流是电流互感器的二次侧电流，由流过差动继电器的电流是电流互感器的二次侧电流，由于两个电流互感器总是具有励磁电流，且励磁特性不会于两个电流互感器总是具有励磁电流，且励磁特性不会完全相同，所以在正常运行及外部故障时，流过差动继完全相同，所以在正常运行及外部故障时，流过差动继电器的电流不等于零，此电流称为不平衡电流。电器的电流不等于零，此电流称为不平衡电流。考虑励磁电流的影响，考虑励磁电流的影响，二次侧电流的数值应为：二次侧电流的数值应为：正常与外部短路时，正常与外部短路时，此时，流过差动继电器的电流为：此时，流过差动继电器的电流为：不平衡电流不平衡电流：59继电器正确动作时的差动电流继电器正确动作时的差动电流Ir应躲过正常与外应躲过正常与外部短路时的不平衡电流：部短路时的不平衡电流：不平衡电流的计算：不平衡电流的计算：电流互感器的电流互感器的10%误差曲线：误差曲线：继电器正确动作时的差动电流Ir应躲过正常与外部短路时的不平衡60带有制动线圈的差动继电器特性带有制动线圈的差动继电器特性差动继电器有两组线圈：差动继电器有两组线圈：制动线圈：制动线圈：流过两侧继电器的循环电流，正常运行和外部短路时制动作用增强，流过两侧继电器的循环电流，正常运行和外部短路时制动作用增强，内部短路时制动作用减弱。内部短路时制动作用减弱。动作线圈：动作线圈：流过两侧继电器的和电流。流过两侧继电器的和电流。继电器的动作方程：继电器的动作方程：带有制动线圈的差动继电器特性差动继电器有两组线圈：61纵联电流差动保护的应用纵联电流差动保护的应用线路纵联电流差动保护既比较线路两侧电流的大小又比较电流线路纵联电流差动保护既比较线路两侧电流的大小又比较电流的相位，要求进行相量比较。的相位，要求进行相量比较。传输两端的电流相量其传输容量和传输速率都对传输设备有较传输两端的电流相量其传输容量和传输速率都对传输设备有较高的要求，利用电力线载波很难满足以上技术要求。高的要求，利用电力线载波很难满足以上技术要求。纵联电流差动保护原理主要应用在发电机、变压器、母线等集纵联电流差动保护原理主要应用在发电机、变压器、母线等集中参数元件上，并在超短距离输电线导引线保护中有所采用。中参数元件上，并在超短距离输电线导引线保护中有所采用。近年来随着微波、光纤、全球卫星同步时钟等通信技术和设备近年来随着微波、光纤、全球卫星同步时钟等通信技术和设备的发展，纵联电流差动保护原理才在远距离输电线路上获得越的发展，纵联电流差动保护原理才在远距离输电线路上获得越来越多的应用。来越多的应用。纵联电流差动保护的应用线路纵联电流差动保护既比较线路两侧电流62复习题复习题1.简述线路纵联保护的主要类型。简述线路纵联保护的主要类型。2.线路高频载波保护通道的组成，保护载波线路高频载波保护通道的组成，保护载波信号的类型。信号的类型。3.闭锁式方向纵联保护和闭锁式距离保护的闭锁式方向纵联保护和闭锁式距离保护的原理与动作逻辑。原理与动作逻辑。复习题1.简述线路纵联保护的主要类型。63