電力系統(tǒng)繼電保護第11講二零一二年二-七月縱聯(lián)差動保護授課日期：2012.05.22/23第14周周二/三5-6/3-4節(jié)§7.1§7.2輸電線路的縱聯(lián)差動保護光纖縱聯(lián)差動保護第7章電網(wǎng)的差動保護和高頻保護7.1輸電線路的縱聯(lián)差動保護

電流、電壓和距離保護在動作值整定上必須與相鄰元件相配合才能滿足動作的選擇性，不能實現(xiàn)全線瞬時切除故障。這就不能滿足高壓輸電線路系統(tǒng)穩(wěn)定的要求。如何保證瞬時切除高壓輸電線路故障？解決辦法：采用線路縱聯(lián)差動保護

7.1.1縱聯(lián)差動保護的基本原理輸電線路的縱聯(lián)保護，就是用某種通信通道(簡稱通道)將輸電線兩端或各端(對于多端線路)的保護裝置縱向連接起來，將各端的電氣量(電流、功率的方向等)傳送到對端，將各端的電氣量進行比較，以判斷故障在本線路范圍內(nèi)還是在線路范圍之外，從而決定是否切斷被保護線路。不需要在時間上與相鄰線路保護相配合，所以當在被保護范圍內(nèi)任一點發(fā)生故障時，它都能瞬時切除故障。

保護原理的本質(zhì)是甄別系統(tǒng)正常和故障狀態(tài)下電氣量或非電氣量之間的差別，縱聯(lián)保護也不例外。輸電線路的縱聯(lián)保護就是利用線路兩端的電氣量在故障與非故障時的特征差異構(gòu)成的。當線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障、區(qū)外故障時，電力線兩端電流波形、功率、電流相位以及兩端的測量阻抗都有明顯的差異，利用這些差異就可以構(gòu)成不同原理的縱聯(lián)保護。7.1.1縱聯(lián)差動保護的基本原理(a)區(qū)內(nèi)故障；(b)區(qū)外故障1、兩側(cè)電流量特征電流互感器采用環(huán)流法接線。流入繼電器的電流為兩個電流互感器二次電流的差。(b)區(qū)外故障差動繼電器TATAKD(a)區(qū)內(nèi)故障；TATA差動繼電器KD點有較大短路電流流出：當線路發(fā)生區(qū)外短路故障或正常運行時，

兩端電流相量關(guān)系為當線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，在故障流入的電流為兩側(cè)電源供給短路點的總電流，大于繼電器動作電流，繼電器動作，斷開本段線路?？v差保護不需要與與相鄰元件的保護在動作值和時限值上相配合，可實現(xiàn)全線。瞬時動作切除故障。m2．兩側(cè)電流相位特征3．兩側(cè)功率方向特征當線路上發(fā)生區(qū)內(nèi)故障和區(qū)外故障時，輸電線兩端的功率方向也有很大差別。設功率正方向由母線指向線路，則線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，兩端功率方向都由母線流向線路，兩端功率方向相同，同為正方向；而發(fā)生區(qū)外故障時，遠故障點端功率由母線流向線路，功率方向為正，近故障點端功率由線路流向母線，功率方向為負，兩端功率方向相反。7.1.1縱聯(lián)差動保護的基本原理1、兩側(cè)電流量特征兩端輸電線路，若全系統(tǒng)阻抗角均勻，且兩端電動勢角相等，則當線路MN發(fā)生區(qū)內(nèi)短路故障時，兩側(cè)電流同相位，即兩電流相位差為0°；而當正常運行或發(fā)生區(qū)外短路故障時，兩側(cè)電流反相，即兩電流相位差為180°。(b)區(qū)外故障差動繼電器TATAKD(a)區(qū)內(nèi)故障；TATA差動繼電器KD4．兩側(cè)測量阻抗值特征當線路區(qū)內(nèi)短路時，輸電線路兩端的測量阻抗都是短路阻抗，一定位于距離保護Ⅱ段的動作區(qū)內(nèi)，兩側(cè)的Ⅱ段同時啟動；當正常運行時，兩側(cè)的測量阻抗是負荷阻抗，距離保護Ⅱ段不會啟動；當發(fā)生外部短路時，兩側(cè)測量阻抗也是短路阻抗，但一側(cè)為反方向，若采用方向特性的阻抗繼電器，則至少有一側(cè)的距離Ⅱ段不會啟動。結(jié)論：1)差動保護靈敏度很高

2)保護范圍穩(wěn)定3)可以實現(xiàn)全線速動

4)不能作相鄰元件的后備保護

(b)區(qū)外故障差動繼電器TATAKD(a)區(qū)內(nèi)故障；TATA差動繼電器KD2．兩側(cè)電流相位特征7.1.1縱聯(lián)差動保護的基本原理1、兩側(cè)電流量特征3．兩側(cè)功率方向特征

實際上，在正常運行和外部短路故障時，差動回路中還有一個不平衡電流Iunb。差動繼電器KD的起動電流是按大于不平衡電流整定的，所以，在被保護線路正常及外部故障時差動保護不會動作。當被保護線路內(nèi)部故障時，流入差動回路的電流遠大于差動繼電器的起動電流，差動繼電器動作，瞬時發(fā)出跳閘脈沖，斷開線路兩側(cè)斷路器。7.1.1縱聯(lián)差動保護的基本原理7.1.2縱聯(lián)差動保護的不平衡電流1．穩(wěn)態(tài)不平衡電流

設互感器的二次電流為

該不平衡電流是當一次電流較大時由于兩側(cè)電流互感器的勵磁性能不一致而引起勵磁電流急劇上升的程度不一樣，造成二次電流的較大差別。正常運行或區(qū)外故障時，流入繼電器的電流為兩側(cè)電流互感器勵磁電流之差就是該不平衡電流。7.1.2縱聯(lián)差動保護的不平衡電流1．穩(wěn)態(tài)不平衡電流

2．暫態(tài)過程中的不平衡電流

暫態(tài)過程中，短路電流含有按指數(shù)規(guī)律衰減的非周期分量，非周期分量大部分是變化緩慢的直流分量，很難傳變到二次側(cè)。大部分成為勵磁電流，在鐵芯中產(chǎn)生非周期分量磁通，使鐵芯嚴重飽和，因此需要考慮在外部短路時暫態(tài)過程中差動回路中出現(xiàn)的不平衡電流,減小暫態(tài)過程中的最大不平衡電流，有兩種方法。1、在差動回路中接入具有快速飽和特性的中間變流器UA。2、在差動回路串入電阻R。在結(jié)束階段，鐵芯飽和消失，電流互感器轉(zhuǎn)入正常工作，不平衡電流又減小。平衡電流不大。最大不平衡電流發(fā)生在暫態(tài)過程時間的中段。暫態(tài)過程中起始段，直流分量大，鐵芯高度飽和，一次側(cè)交流分量很難傳變到二次側(cè)。所以不平衡電流不大。

縱聯(lián)保護按照所利用信息通道的不同類型可以分為導引線縱聯(lián)保護、電力線載波縱聯(lián)保護、微波縱聯(lián)保護和光纖縱聯(lián)保護四種?？v聯(lián)保護按照保護動作原理，可以分為方向比較式縱聯(lián)保護和縱聯(lián)電流差動保護兩類。7.1輸電線路的縱聯(lián)差動保護7.1.1縱聯(lián)差動保護的基本原理7.1.3縱聯(lián)差動保護的分類7.1.2縱聯(lián)差動保護的不平衡電流縱聯(lián)差動保護的整定計算

差動保護的動作電流按躲開外部故障時的最大不平衡電流整定：

為防止電流互感器二次斷線差動保護誤動，按躲開電流互感器二次斷線整定：

靈敏度校驗：縱聯(lián)差動保護的評價

優(yōu)點：全線速動，不受過負荷及系統(tǒng)振蕩的影響，靈敏度較高。

缺點：需敷設與被保護線路等長的輔助導線，且要求電流互感器的二次負載阻抗?jié)M足電流互感器10％的誤差。這在經(jīng)濟上，技術(shù)上都難以實現(xiàn)。

需裝設輔助導線斷線與短路的監(jiān)視裝置，輔助導線斷線應將縱聯(lián)差動保護閉鎖。

在輸電線路中，只有用其它保護不能滿足要求的短線路（一般不超過5～7km線路）才采用。

應用：7.3平行雙回線路保護7.3.1平行雙回線路內(nèi)部故障的特點假設兩側(cè)等效電動勢:假設電流的正方向為由母線指向線路，且平行雙回線路阻抗相等。正常運行或區(qū)外故障時，區(qū)內(nèi)故障時，此判別可通過采用900接線方式的功率方向繼電器實現(xiàn)。當判別為線路II發(fā)生短路故障。由此構(gòu)成的平行雙回線路保護，亦稱為橫聯(lián)差動方向保護。起動元件：反應差電流的電流繼電器。判別元件：功率方向繼電器。當判別為線路I發(fā)生短路故障。1、橫聯(lián)差動方向保護7.3平行雙回線路保護7.3.1平行雙回線路內(nèi)部故障的特點當M母線電壓降低時，且

則判別為線路I發(fā)生短路故障。由此構(gòu)成的平行雙回線路保護，亦稱為電流平衡保護。當M母線電壓降低時，且則判別為線路II發(fā)生短路故障。2、電流平衡保護應用此原理同樣可判別出由N側(cè)發(fā)生故障的線路。7.3平行雙回線路保護7.3.2平行雙回線路的橫聯(lián)差動方向保護1、橫聯(lián)差動方向保護的工作原理橫差方向保護：是用于平行線路的保護裝置，它裝設于平行線路的兩側(cè)。其保護范圍為雙回線的全長。橫差方向保護的動作原理是反應雙回線路的電流及功率方向，有選擇性地瞬時切除故障線路。起動元件：電流繼電器1KA和2KA。判別元件：功率方向繼電器1KW,3KW和2KW,4KW。~~1、橫聯(lián)差動方向保護的工作原理(1)正常運行及外部短路時線路I和II流過相同電流，,兩電流互感器差回路中的電流僅為很小的不平衡電流。1KA和2KA流過僅為很小的不平衡電流Iunb，當整定電流繼電器1KA和2KA的動作電流Iop.r>Iunb,則保護裝置不會誤動作。(2)內(nèi)部短路時(a)當K1發(fā)生在線路I，由于均大于1KA和2KA的動作電流而起動，且1KW和2KW承受正方向功率而動作，跳開1QF和2QF。~~1、橫聯(lián)差動方向保護的工作原理(2)內(nèi)部短路時(c)由于直流操作電源是經(jīng)過1QF和2QF（3QF和4QF

）動合觸點串聯(lián)閉鎖的，當其中任一回路斷開后，即切斷了操作電源，令橫聯(lián)差動方向保護退出工作。(a)當K1發(fā)生在線路I，由于均大于1KA和2KA的動作電流而起動，且1KW和2KW承受正方向功率而動作，跳開1QF和2QF。~~(b)當K2發(fā)生在線路II，由于均大于1KA和2KA的動作電流而起動，且3KW和4KW承受正方向功率而動作，跳開3QF和4QF。2、橫聯(lián)差動方向保護的相繼動作區(qū)和死區(qū)7.3.2平行雙回線路的橫聯(lián)差動方向保護（1）相繼動作區(qū)相繼動作：線路兩側(cè)保護裝置，當故障點太靠近一側(cè)，較遠一側(cè)差動電流過小而拒動，差動電流較大一側(cè)先動作切除故障后，使另一側(cè)差動電流增大再動作。

——產(chǎn)生相繼動作的范圍。

K點到N母線的區(qū)域為M側(cè)保護的相繼動作區(qū)Z1:線路單位長度正序阻抗值M側(cè)保護的相繼動作區(qū)（%）為：以K點為相繼動作區(qū)邊界，有M側(cè)供給的短路電流1KA的整定電流值據(jù)分流公式：一般要求：（2）死區(qū)——KW不能動作引起的，分電流死區(qū)和電壓死區(qū)。

功率方向繼電器采用90接線，但當出口發(fā)生三相短路時，母線殘壓為零，功率方向繼電器不動作，這種不動作的范圍稱為死區(qū)。死區(qū)在本保護出口，在對側(cè)保護的相繼動作區(qū)內(nèi)。在死區(qū)內(nèi)發(fā)生三相短路，兩側(cè)橫差保護都不能動作。死區(qū)的長度不允許大于被保護線路全長的10％。

2、橫聯(lián)差動方向保護的相繼動作區(qū)和死區(qū)7.3.2平行雙回線路的橫聯(lián)差動方向保護（1）相繼動作區(qū)（2）橫聯(lián)差動保護的死區(qū)

——KW不能動作引起的，分電流死區(qū)和電壓死區(qū)。（3）橫聯(lián)差動保護的的優(yōu)缺點及應用范圍

優(yōu)點：

——能夠迅速而有選擇性地切除平行線路上的故障，實現(xiàn)起來簡單、經(jīng)濟，不受系統(tǒng)振蕩的影響。

缺點：

——存在相繼動作區(qū)，當故障發(fā)生在相繼動作區(qū)時，切除故障的時間增加1倍。保護裝置還存在死區(qū)。需加裝單回線運行時線路的主保護和后備保護。適用于66kV及以下的平行線路上。

應用：7.3平行雙回線路保護7.3.3電流平衡保護1、電流平衡保護的工作原理電流平衡保護：是利用電流平衡繼電器比較兩回線路電流大小來判斷雙回線路上是否發(fā)生故障和故障發(fā)生在哪一回路上，從而有選擇性地瞬時切除故障線路。7.3.2平行雙回線路的橫聯(lián)差動方向保護7.3.1平行雙回線路內(nèi)部故障的特點

電流平衡繼電器是按比較平行雙回線路中的電流絕對值而工作的。還引入電壓量作為制動量。2、整流型電流平衡繼電器

整流型電流平衡繼電器是用均壓法幅值比較回路比較平行雙回線路中的電流絕對值大小的。P1822、整流型電流平衡繼電器——是用均壓法幅值比較回路比較平行雙回線路中的電流絕對值大小的。動作電流制動電流制動電壓動作回路整流橋制動回路整流橋制動回路整流橋++U2、U3同極性并聯(lián)輸入為正弦量的動作方程：制動量取U2和U3兩者輸出的最大值執(zhí)行元件KP的動作電壓若電流平衡繼電器為M側(cè)保護線路I的故障選擇元件；由光纖通道構(gòu)成的保護稱為光纖繼電保護。光纖通道由光發(fā)送器、光纖和光接收器組成。信號處理光發(fā)送器光接收器信號處理光纖電信號輸入電信號輸出光纖通道示意圖1、光發(fā)送器。光發(fā)送器作用是將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘栞敵觥?、光接收器。光接收