基于综合阻抗的输电线路纵联保护

上海电力学院

本科毕业设计（论文）

原文题目：

Transmission line pilot protection principle

based on integrated impedance

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基于综合阻抗的输电线路纵联保护

摘要：在本文中被称为综合阻抗法的纵联保护原理，是基于同一条线路上对输电线路两端电压向量之和以及输电线两端电流向量之和比值的方法，它是一种新型的输电线路纵联保护原理。当输电线路发生区外故障时，虚构的用于表现出线路容性阻抗的线路综合阻抗是负序的并且幅值很大。当线路发生区内故障时，虚构的故障相线路一般用于表示系统电源和线路的线路综合阻抗的正序和负序阻抗都是很小的。根据这种特点，就可以区别输电线路上的区内故障和区外故障。在研究中整定的标准不会受电容电流影响。在有或没有支路的线路中都适用。同时，动作电流的标准也很容易整定，电磁瞬态过程的仿真实验（Electron Magnetic Transient Program ,EMTP）和动态物理实验数据都证实了综合阻抗的高灵敏性和高可靠性

1介绍：

从20世纪90年代起，中国的高压输电线路便广泛使用基于微机系统的纵联距离保护。但是它的效果在某些特殊情况下不能很好满足需求，比如说在振荡过程中、全国性的故障发生时等。随着光纤通信技术的快速发展，电流差动保护由于整定简单、更高的灵敏性、选相上的特性，在电力系统电力传输线路中广泛应用。由于传输线路的等效电容是随着传输线路存在的，在线路正常运行状态时差动电流由线路对地等效电容电流构成，线路电流差动保护的灵敏性就会受到限制。随着输电线路的长度增长或供电电压的提高，线路的对地电容电流也会随着增加。所以线路对地电容电流对差动保护的影响是有必要考虑的，特别是超高压输电和特高压输电线路上。为了消除线路对地电容电流对电流差动保护的影响，设计了一些补偿线路电容电流方法以及新的不会被对地电容电流影响的保护措施。现阶段基于向量的电容电流补偿法主要适用于降低现实中输电线路电容电流的不良影响，这种方法可以很好的补偿稳态时的电容电流。但是在故障暂态时，特别是要求主保护有高动作速度时，这种方法的并不能很好的满足要求。基于暂态电容电流补偿的电流差动保护通过使用时域补偿法可以很好地补偿暂态电容电流。除此以外，基于伯杰龙（Bergeron）线路模型的纵联保护也被提出了。由于输电线电容的影响已经被考虑进了线路参数中这种方法可以不考虑电容电流的影响。

但是这些方法中多数需要获得线路对地电容以及并联电容的参数，这样就会增加保护的复杂程度。由于并联电抗器和线路的开断在不同的系统运行条件下是经常变化的，这对于保护系统来说比较难以在不增加额外投入的同时通信获取准确地并联电容与线路开断数据。不仅如此，并联电抗器的运行参数需要根据电力

系统的运行方式实时改变的，可是至今继电保护装置仍然没有办法准确获取并联电抗器的实时参数。所以这些方法不能准确地补偿线路等效电容，这就无法满足超高压和特高压十点线路的要求。适合超高压和特高压的保护原理仍需发展。

在这论文中，提出一种新型的输电线路纵联保护原理。本文中被称为综合阻抗的原理是通过利用输电线路两端的电压向量和以及两端电流向量和的比例就可以区别出故障点是在输电线路内部还是在输电线路外部。当发生外部故障时，线路综合阻抗的虚部是负的并且幅值较大，此时线路表现为容性。当线路内部故障发生时，线路的综合阻抗的虚部有可能是正的也可能是负的，但是数值很小。根据综合阻抗的特性，便在文中提出新型的纵联保护的方法。这种新的标准对于补偿电容电流没有要求，同时也可以适用于有或者没有并联电抗器的超高压和特高压中。这个原理不容易被负荷电流和高阻故障影响。即使对于一些弱反馈或者单反馈线路来说，这个原理仍然具有较高的敏感性和可靠性。此原理通过了EMTP 和动态物理仿真结果的证实有效。

2基于综合阻抗的纵联保护：

本段中基于综合阻抗的纵联保护是通过在单相系统中的应用进行介绍的。

2.1综合阻抗的定义

如图一中表示了一个在F点发生区内故障的输电线路的网络。E m和E n都是在终端m点和n点电压源的电压向量的表示。U m，U n，I m，I n分别是两端的电压和电流向量表示。电路传输线模型是π型等效模型。Z c是线路的电容阻抗。I mc

和I nc是流过终端m和n的等效电容的电流。I f是流过故障支路的电流。R f是故障阻抗。Z m是系统m的等效阻抗，Z n是系统n的等效阻抗。Z lm是从终端m到故障点F的线路等效阻抗，Z ln是终端n到故障点F的线路等效阻抗。在图二中是含有故障分量的低通模型，图中的?U f是故障点F故障分量的电压而?I F是故障电流。

图1 区内故障的输电线路网络

图2 发生区内故障包含故障分量网络

Z cd 是综合阻抗，它的定义是

Z cd =U cd /I cd 1

其中U cd =U m +U n ，I cd =I m +I n 。

2.2内部故障的综合阻抗

设Z 1=Z m +Z lm ，Z 2=Z y +Z lm ，这样流过故障点的电流可以通过图1和图2得出

I F =??I f =??U f / R f +Z 1||Z 2 2

其中?U f =?U F 0 ，U F 0 是故障点F 的故障前电压，塔与两端电压向量和相交有关。如果U F 0 =k U m +U n e j δ,I F =U F 0

R

F +Z 1||Z 2

=k U m +U n e j δ/ R F +Z 1||Z 2 ， I cd =I m +I n =I mc +I nc +I F = U m +U n

Z c

+U F 0

R

F +Z 1||Z 2

3

将 3 带入 1 ，我们可以获得

Z cd =

1

1

c +

ke j δ

R F +Z 1||Z 2

=Z c || R F +Z 1||Z 2 /ke j δ 4

公式 4 中的系数k 和δ的值会随着故障点的位置和U m 以及U n 之间的相角改变而改变。一般情况下，当电力系统在正常情况下运行时，系数k 的值大约是0.5，?30°<δ<30°。根据图3和图4，分析情况如下。

图3表示的是在故障发生前的输电线路，其中U m ，U n 是两端的电压向量的表示，F 点表示的是线路上故障的位置U F 0 是故障点的电压向量。关于所有电压相量的关系如图四

图3 故障发生前的输电线诊断

图四：电压向量之间关系向量

其中α是U m和U n之间的夹角。当输电线路在正常状态下运行时，在两终端之

间的电压降落被限制在两端电压的10%范围以内，以保证系统的稳定运行。所以，

U m和U n之间的数之差一般是很小的。为了简化测量，设U m=U n。根据图四，我看可以得到结论当故障发生在在线路中点时有U F0=0.5U m+U n，此时

k=0.5，δ=0°，两者在这种情况下都是最小值。当故障点靠近任意一个终端时，我们可以得出k和δ应该取最大值。例如，当故障发生在m点如图三所示，我们可

以得出δ=α/2此时U F0=U m+U n/2cosδ,此时k和δ可以根据α的数值计算。当电路系统运行在正常状态时，U m和U n之间的夹角差是小于60°。假设

α=60°，可以得到δ=30°此时参数k=0.577。所以参数k大约取值0.5，

?30°<δ<30°。

当输电线发生有过度电阻故障时，电容电流比流过故障点的电流小得多。所以电容电流可以忽略不计，公式4可以表示成下面的式子

Z cd?R F+Z1||Z2/ke jδ5

我们从公式五中可以得出综合阻抗Z cd与系统阻抗，线路阻抗，故障电阻和角度δ有关。

设Z F=R F+Z1||Z2。Z cd和Z F在R?X坐标平面上的关系表示如图5所示。从图五中可以得出当经小电阻故障时Z cd会保持在第一或者第二象限，所以Z cd的虚部的符号是正的，并且虚部的值较|Z c|小。当R F或者δ的值变大时，Z cd会进入第四象限，此时Z cd的虚部符号会变成负的，但是Z cd的虚部的数值仍然小于|Z c|。

当线路经高阻故障发生时，线路的电容效应不能被忽略。由于Z1||Z2?R F,计算方便，式4中的Z1||Z2可以忽略不计。这样我们可得到：

Z cd ?

1

1c +ke j δ

F

=Z c || R F / ke j δ 6

所以发生经高阻故障时Z cd 等于Z c 与R F / ke j δ 的并联值。

图5 在R ?X 坐标系中内部故障各阻抗的关系

显然， Z cd

2.3外部故障的综合阻抗

图六表示的是输电线路发生外部故障的网络。在发生外部故障时差动电流只由电容电流构成

从图六可以得出差动电流关系式：

I cd =I m +I n =I mc +I nc =U m Z c

+U

n Z c

7

可以得出综合阻抗关系式：

Z cd =

U m +U n

I cd

=Z c 8

从式 8 中可以得出当发生外部故障时，综合阻抗Z cd 等于线路的电容阻抗Z c ，Z cd 的虚部符号是负的并且幅值相较系统阻抗而言比较大。

当传输线路正常工作时，可以获得同样的结论：综合阻抗等于线路的电容阻抗Z c 。

2.4基于综合阻抗的纵联保护标准

通过上面的计算，可以得出一个结论：在正常运行状态下，综合阻抗Z cd 表现的是线路的电容阻抗，阻抗的虚部是幅值并且数值较大。在发生内部故障时，Z cd 主要有电源阻抗、线路阻抗、故障电阻和两终端的相角有关。所以Z cd 一般处于R ?X 坐标系的第一或者第二象限中，虚部一般为正值并且数值较小。当R F 或者δ变大时，综合阻抗会进入第四象限。尽管Z cd 的虚部为负值但是幅值仍比|Z c |小很多，基于这种特性，一种新的输电线路纵联保护理论如下：

Im Z cd >0 或者 |Im Z cd I set

9

其中Z set是保护判据的动作阈值。Z set的整定可以通过下式确定：

Z set=k rel×Z c10

图6 外部故障时的输电线网络

其中k rel是可靠系数，为了保证新的保护原理的可靠性根据第四部分的模拟结果可以设定为0.5-0.6。

例如电压等级是500kV长度为400km的传输线路，电容阻抗大约是1000Ω。所以Z set设定的值应该是500-600Ω。当线路的长度变短的时候线路的容性阻抗会变大，所以Z set从10中计算出的值后变大。在这样的情况下Z set一般可以设定为600Ω

在式9中的I set是标准中的动作电流阈值，要整定它的数值以保证计算过的准确，尽管I set的数值设定要比正常运行时或者区外故障时的电容电流小，这个标准仍然可以正确的运行。一般情况下，I set可以设定为0.1×I n，其中I n是电流互感器二次侧的额定电流

3特性分析

3.1并联电抗器的影响

如图七所示，是装设有并联电抗器且发生内部故障情况下输电线路的等效网络，其中Z L是并联电抗器的阻抗。图八是含有故障分量的网络。根据章节2.2中的分析我们可以得到下式

I F=??I F=??U F

R F+Z1||Z2

11其中?U F=?U F0=?k U m+U n e jδ，这样可以得到差动电流

I cd=I m+I n=I mL+I nL+I mc+I nc+I F

=U m+U n

Z L +U m+U n

Z c

+k U m+U n e jδ

R F+Z1||Z2

12

I mL， I nL， I mc，I nc分别是是流过并联电抗器以及两个终端m、n等效电容电流。Z1，Z2和δ与式3相同。

图7 有并联电抗器的输电线路发生区内故障时的网络

图8 有并联电抗器的传输线路含故障分量网络

将 12 带入 1 中，可以得到

Z cd =

1

1L +1C +ke j δF 12

=Z L Z C

R F +Z 1||Z 2

ke j δ

13

输电线的电容电流一般较少通过并联电抗器补偿，所以Z c 和Z L 并联结果是电容性阻抗。因为线路有并联电抗器，流过电抗器的等效电容的电流一般比流过线路的故障电流小很多。忽略并联电抗器和电路电容效应的影响，可以得到与2.2段相同的结论。因为当有并联电抗器的输电线路在发生内部故障的情况下，综合阻抗的虚部的符号可能是正或负并且幅值很小。

如图九所示的是由并联电抗器的输电线路发生外部故障时的等效网络。当电抗器停止工作时，通过查看该章节2.3中的式子可以得出综合阻抗Z cd 0=Z c =1/ωc ，其中Z cd 0是当电抗器停止工作时的综合阻抗。

当电抗器合闸工作是，可以从图九得出

I cd

=I m +I n =U m

Z

c ||Z L

+U n

Z c ||Z L

14

综合阻抗是

Z cd 1=

U m +U n

I cd

=Z c ||Z L =

1j ωc ?

1 15

其中Z cd 1表示的是当电抗器连接上时的的综合阻抗。

由于输电线路的电容一般较少的有并联电抗器补偿，我们很容易知道ωc 比

1ωL

大并且Z cd 1的模比Z cd 0的模大。因此Z cd 1比Z cd 0的虚部大很多

与并联电抗器退出运行的情况对比，有电抗器并联运行时的综合阻抗的虚部

模更大。所以在式 9 中整定的动作阻抗Z set 应根据需电抗器退出运行的运行状况来整定。显然根据式 10 整定的保护原理可以在这种情况下正确工作。当并联电抗器并联运行时，这新的原理仍然可以不改变动作阻抗Z set 并且新原理的灵敏性

不受到影响。

图9 有并联电抗器的输电线路发生区外故障时的等效电路图

3.2高阻故障的灵敏性

传统的电流差动保护原理必须整定一个动作电流阈值并且要高于稳定状态下线路的电容电流以避免误动，因此高阻故障的差动保护的灵敏性一般会受到限制。

然而，对于式9的基于综合阻抗的保护原理，对于整定的动作电流I set是为了确保计算的准确性的，所以它的设定值可以低于传输电路的电容电流，并且新的保护原理不会误动。根据章节四中的仿真结果，新的原理即使在500kV系统中发生400Ω高阻故障仍能正常正确动作，而在这种情况下传统的差动保护是很难保护的。所以，基于综合阻抗的保护原理相比于电流差动保护来说更少的受到故障电阻阻值的影响。

由于负载电流会增加制动电流，传统的电流差动保护的灵敏性会受到负载电流的限制，这会引起保护系统的拒动特别是当发生高阻故障时。然而负载电流是根据角δ改变的，在新的原理中由于负载电流改变产生的影响表现在当重载时综合阻抗会进入第四象限。基于在第二章节中的分析，即使在那样情况中，综合阻抗的虚部仍然小于|Z c|。所以新的原理守负载电流影响小。

3.3单电源线路或者弱电源线路的高灵敏性

在单电源线路或者弱电源线路中发生故障时，电流差动保护的灵敏性会受弱电源端或者无源端影响而降低。此时容易发生拒动现象。

与单电源相似，弱电源线路有一个特点：单电源线路的阻抗比其他情况下阻抗要大得多。根据地2.2章节中的分析，综合阻抗是根据Z1||Z2决定的，而Z1和Z2主要决定于较小电源的阻抗。所以，我们可以很容易得出新的整定原理仍然适用在弱电源或单电源线路上并且有很高的灵敏性。

3.4电流互感器励磁饱和的影响

当传输线路上发生故障时，在两端的电流互感器会因为较高的故障电流产生励磁饱和、铁芯剩磁和去磁直流偏置等现象。电流互感器的二次侧输出电流可能减小至零。对于区外故障虚拟的差动电流会变大，这会引起电流差动保护的误动。对于区内故障，电流差动保护可能由于电流互感器二次侧电流的崩溃而拒动。

事实上基于差动电流的保护原理都会受到电流互感器励磁饱和的影响。在本文中提到的新的保护原理同样会受到电流互感器励磁饱和的影响。

当发生外部故障而故障点距离终端n较近如图六所示，在节点n的电压在故障期间会降低到零。如果在终端n的电流互感器动作在饱和区，二次侧的输出电流会崩溃并且在节点n的电流向量会减少接近零。根据式1，综合阻抗是受到

终端m的电压以及电流向量评定的，并且它的数值会接近输电线路短路阻抗，小于|Z c|。在这样情况下新的原理会引起误动的情况

上述分析可以看出本文中提到的保护原理同样受到电流互感器励磁饱和的

影响。然而，随着中国数字化变电站的发展，没有励磁饱和的电子式电流互感器广泛使用，基于综合阻抗的保护原理便具有不受线路传输电容及并联电抗器影响的优点，并且它的表现会更加优秀。

3.5故障暂态分量的影响

当故障发生时的差动电流由直流分量和高频分量构成。为了避免发生误动，在传统的电流差动保护方案中在故障暂态期间需要设定一个较高的动作电流阈值。只有当暂态过程结束后才能降低动作阈值从而提高灵敏性。所以电流差动保护的灵敏度会受到故障暂态过程的影响

由于在本文中提到的纵联差动保护是基于向量的原理，所以需要使用滤波器用以计算过向量。当故障发生时，故障前样本会一个一个地进入滤波器的窗口（filter window）并且在暂态过程中样本的直流分量和高频分量会影响计算结果的准确性，这会引起综合阻抗数值的波动。为了保证保护的可靠性，阻抗的整定值Z set一般应该设定在暂态过程中低于稳态情况

然而，发生区内故障时的综合阻抗模值与区外故障的综合阻抗形成鲜明对比。这个标准还有较多的安全裕量。所以尽管设定了一个较低的阈值，在发生区内高阻故障时新的原理仍然具有较高的灵敏度并且快速动作。当暂态分量消失后新的标准可以恢复到较高的阻抗阈值。

4仿真和验证

4.1仿真模型

如图十所示是电压500kV，频率50Hz双端电源分布式参数传输线网络。基

于图10的四个不同的模型用于验证新的保护原理。假设两终端电流的参考方向都是从指向线路

图10 EMTP仿真系统模型

EMPT是用于仿真不同的外部或内部故障的，MATLAB用作计算电容电流、差动电流以及综合阻抗。样本频率是2KHz，傅利叶滤波器算法是用作计算相角的。

各个部分参数和输电线的长度下列表：

正序电阻：r1=0.01958Ω/km

正序电感：l1=0.8192mH/km

正序电容：c1=0.0135μF/km

零序电阻：r0=0.1828Ω/km

零序电感：l0=2.74mH/km

零序电容：c0=0.0092μF/km

模型Ⅰ是长线路模型，线路的长度是400km

Z m1=4.3578+j49.8097Ω,Z m0=1.1 + j16.6Ω

Z n1=2.1788 + j24.9048Ω,Z n0=0.436 + j8.02Ω

其中Z m1、Z m0、Z n1和Z n0是两端m和n正序和负序系统阻抗的表示。

模型Ⅱ是中等长度的线路模型，线路长度是200km

Z m1=4.3578+j48.8097Ω，Z m0=1.1 + j16.6Ω

Z n1=1.0894+j12.4524Ω，Z n0=0.27+j4.151Ω模型Ⅲ是短线路模型，线路的长度是40km

Z m1=4.3578+j49.8097Ω，Z m0=1.1+j16.6Ω

Z n1=7.2627+j83.016Ω，Z n0=1.21+j27.7Ω线路模型Ⅳ是弱电源模型，线路的长度是400km，终端n是薄弱环节（weak system）

Z m1=4.3578+j49.8097Ω，Z m0=1.1+j16.6Ω

Z n1=800+j1000Ω，Z n0=50+j100Ω

在图十中，K1是靠近终端m在线路首端的点，K2和K3表示位于线路中间和尾部的点。K4是线路外部，与母线n方向相反。不同的有或者没有过度阻抗的

故障在这四个点中会仿真。

4.2仿真结果分析

傅利叶滤波器算法是用在仿真中的，并且仿真结果列在表格1和表格2中，其中Im Z cda，Im Z cdb和Im Z cdc代表的是相序A，相序B和相序C综合阻抗的虚部。表格1表示的是四种不同模型的情况下线路上发生没有过度电阻故障的综合阻抗的虚部。表格2表示的是当发生高阻故障时模型Ⅰ综合阻抗的虚部。R F表示的是故障阻抗设置为100Ω，300Ω和400Ω情况。I cdb表示的是相序B差动电流。I cdb=I mb+I nb，其中I mb和I nb是相序B在终端m和n的电流向量。

表格1 不同没有过度电阻故障EMTP仿真结果

可以从表格1中得出结论：在模型Ⅰ中发生内部故障时的健全相和发生外部故障时候的三相的综合阻抗的虚部大约是1000Ω。线路长度越短，综合阻抗的虚部越大。综合阻抗的故障相虚部小于100Ω，并且虚部的符号可以是正的也可以是负的。基于综合阻抗的保护原理可以正确的工作

表格2 高阻故障的EMPT仿真结果

为了比较传统的电流差动保护的表现。表格2中同样提供了B相的差动电流。模型Ⅰ中在系统正常运行时的电容电流大约是500A。为了避免误动，电流差动保护的动作阈值应该设定为电容电流的两倍即1000A。可以从表格2中得到当故障阻抗超过300Ω时故障相的差动电流是低于1000A的。因此，电流差动保护不能在这样情况下可靠的运行。

然而，在本文中提出的行的保护原理相比于传统的保护方式受到的高阻抗故障影响较小。在9动作电流I set可以设定为一个较低的数值。即使当动作电流I set 设定为250A时新的保护原理仍然具有较高的可靠性。从表格2中可以得出故障相的综合阻抗虚部的模值会随着故障阻抗的增加而增加。当故障阻抗低于400Ω时，综合阻抗虚部的最大值是389。所以在9中提出的原理可以可靠的跳闸。

4.3暂态过程仿真

图11-13表示的是发生各种故障时的综合阻抗虚部以及B相差动电流。其中I cdb代表B相的差动电流以及Im Z cdb表示的是B相的综合阻抗的虚部。水平轴表示采样数量其中采样频率是2kHz

我们可以看出当故障发生时计算结果会出现特定的波动。故障发生后过

20ms，计算结果会接近稳态值，此时当滤波器完整采样是，计算结果会接近稳态值。所以K rel设定为0.5或者是0.6在稳态情况下不会引起误动。如果需要减少保护动作时间，应该使用更短滤波窗口的滤波器，并且动作阻抗Z set应当设定一个更加低的值以保证保护的可靠性。

图11：当K2发生BG故障的仿真结果

图12：当K2发生BG故障（R F=300Ω）的仿真结果

图13：当K4发生AB故障时的仿真结果

4.4动态物理仿真模型和结果

为了验证提出的保护原理的效用，本文中还使用的动态物理仿真实验。动态模型是一个750kV传输线路系统。输电线路的参数如表格3所示。仿真的是不同种类的有或者没有过度电阻的故障在不同位置产生的情况。线路上有4个故障点，K5、K6、K7位于线路上，K8在线路外（见图14）

基于动态模型数据的仿真结果列在了表格4和表格5中。表格四表示的是没有过度电阻的情况下的三相仿真结果。表格5表示的是有300Ω故障电阻的是单相故障情况下的仿真结果

可以从表格4和表格5中得出当线路上发生故障时，故障相的综合阻抗的虚部的符号是正的数值很小而健全相综合阻抗的虚部的符号是负的并且数值大于1000Ω.当发生区外故障时三相的综合阻抗的虚部符号全部是负的并且数值都大

于1000Ω.很明显的，无论故障是否在区内都可以通过新的原理确定，新的保护原理可以应用在UHV系统中

图14：中国的750kV的动态物理仿真模型

表格3 输电线路参数（每100km）

表格4 没有过度电阻的动态物理仿真结果

表格5 存在过度电阻的动态物理仿真结果

5小结

本文提出了一种新型的基于综合阻抗的纵联保护原理。EMTP仿真和动态物理仿真实验数据都是用于验证这个原理的。我们可以得出下列结论：1行的保护原理不受到电容电流的影响并且可以适用于备有或者没有并联电抗的输电线路中

2基于新的原理的保护方式不会受到高阻影响并且在弱电源线路或者单电源网络中仍然有较高的灵敏性

3由于行的原理不需要获取线路电容以及并联电抗的参数，动作值的整定相较于需要补偿电容电流的电流差动保护低。所以新的保护原理比电流差动保护来说具有较高的灵敏性。

4由于提出的保护原理需要获取两端的电压，所以当出现电压缺失时保护的效用将受到影响

变压器纵联差动保护

第四节变压器纵联差动保护 一、变压器纵联差动保护的原理 纵联差动保护是反应被保护变压器各端流入和流出电流的相量差。对双绕组变压器实现纵差动保护的原理接线如下图所示。 为了保证纵联差动保护的正确工作，应使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等，差回路电流为零。在保护范围内故障时，流入差回路的电流为短路点的短路电流的二次值，保护动作。应使 或 结论： 适当选择两侧电流互感器的变比。 纵联差动保护有较高的灵敏度。 二、变压器纵联差动保护在稳态情况下的不平衡电流及减小不平衡电流的措施 在正常运行及保护范围外部短路稳态情况下流入纵联差动保护差回路中的电流叫稳态不平衡电流I bp。 1．由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流 思考：由于变压器常常采用Y,dll的接线方式, 因此, 其两侧电流的相位差30o。此时，如果两侧的电流互感器仍采用通常的接线方式，则二次电流由于相位不同，会有一个差电流流入继电器。如何消除这种不平衡电流的影响？

解决办法：通常都是将变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形。 2．由两侧电流互感器的误差引起的不平衡电流 思考：变压器两侧电流互感器有电流误差△I，在正常运行及保护范围外部故障时流入差回路中的电流不为零，为什么？ 为什么在正常运行时，不平衡电流也很小？ 为什么当外部故障时，不平衡电流增大？ 原因：电流互感器的电流误差和其励磁电流的大小、二次负载的大小及励磁阻抗有关，而励磁阻抗又与铁芯特性和饱和程度有关。 当被保护变压器两侧电流互感器型号不同，变比不同，二次负载阻抗及短路电流倍数不同时都会使电流互感器励磁电流的差值增大。 减少这种不平衡电流影响的措施： （1）在选择互感器时，应选带有气隙的D级铁芯互感器，使之在短路时也不饱和。 （2）选大变比的电流互感器，可以降低短路电流倍数。 （3）在考虑二次回路的负载时，通常都以电流互感器的10％误差曲线为依据，进行导线截面校验，不平衡电流会更小。最大可能值为： 3．由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流 思考：两侧的电流互感器、变压器是不是一定满足 或的关系？ 原因：很难满足上述关系。 减少这种不平衡电流影响的措施： 利用平衡线圈W ph来消除此差电流的影响。 假设在区外故障时，如下图所示，则差动线圈中将流过电流（），由它所产生的磁势为W cd()。为了消除这个差动电流的影响，通常都是将平衡线圈W ph接入二次电流较小的一侧，应使 W cd()=W ph 4．带负荷调变压器的分接头产生的不平衡电流 思考：在电力系统中为什么采用带负荷调压的变压器会产生不平衡电流？

纵联保护原理

纵联保护原理 线路的纵联保护是指反应线路两侧电量的保护，它可以实现全线路速动。而普通的反应线路一侧电量的保护不能做到全线速动。纵联差动是直接将对侧电流的相位信息传送到本侧，本侧的电流相位信息也传送到对侧，每侧保护对两侧电流相位就行比较，从而判断出区内外故障。是属于直接比较两侧电量对纵联保护。目前电力系统中运行对这类保护有：高频相差保护、导引线差动保护、光纤纵差保护、微波电流分相差动保护。纵联方向保护：反应线路故障的测量元件为各种不同原理的方向元件，属于间接比较两侧电量的纵联保护。包括高频距离保护、高频负序方向保护、高频零序方向保护、高频突变量方向保护。 先了解一下纵联差动保护： 为实现线路全长范围内故障无时限切除所以必须采用纵联保护原理作为输电线保护。 输电线路的纵联差动保护（习惯简称纵差保护）就是用某种通信通道将输电线两端的保护装置纵向连

接起来，将各端的电气量（电流、功率的方向等）传送到对端,将两端的电气量比较,以判断故障在本线路范围内还是在线路外,从而决定是否切断被保护回路. 纵联差动保护的基本原理是基于比较被保护线路始端和末端电流的大小和相位原理构成的。 高频保护的工作原理：将线路两端的电流相位或功率方向转化为高频信号，然后，利用输电线路本身构成高频电流通道，将此信号送至对端，以比较两端电流的相位或功率方向的一总保护装置。安工作原理的不同可分为两大类：方向高频保护和相差高频保护。 光纤保护也是高频保护的一总原理是一样的只是高频的通道不一样一个事利用输电线路的载波构成通道一个是利用光纤的高频电缆构成光纤通道。光纤通信广泛采用PCM调制方式。这总保护发展很快现在一般的变电站全是光纤的了经济又安全。

纵联保护原理

纵联保护原理?我们先来瞧一下反映一侧电气量变化得保护有什么不足？ 对于反映单侧电气量变化得M侧保护来说,它无法区分就是本侧线路末端故障还就是下级线路始端故障。所以在保护整定上要将它瞬时段得保护范围限制在全线得7０％~80%左右，也即反映单侧电气量变化得保护不能瞬时切除本线路全长内得故障。 因此,引入了纵联保护,纵联保护就是综合反映线路两侧电气量变化得保护,对本线路全长范围内得故障均能瞬时切除。 为了使保护能够做到全线速动,有效得办法就是让线路两端得保护都能够测量到对端保护得动作信号，再与本侧带方向得保护动作信号比较、判定,以确定就是否为区内故障,若为区内故障,则瞬时跳闸。这样无论在线路得任何一处发生故障,线路两侧得保护都能瞬时动作跳闸。快速性、选择性都得到了保证。?在构成保护上,就是将对侧对故障得判断量传送到本侧,本侧保护经过综合判断,来决定保护就是否应该动作。有将对侧电气量转化为数字信号通过微波通道或光纤传送到本侧进行直接计算(如纵联差动保护)，有将对侧对故障就是否在本线路正方向得判断量通过高频(载波、微波)通道传送到本侧,本侧保护进行综合判别（如纵联方向保护、纵联距离保护等等) 一、实现纵联保护得方式: １、闭锁式:也就就是说收不到高频信号就是保护动作与跳闸得必要条件。一般应用于超范围式纵联保护(所谓超范围即两侧保护得正方向保护范围均超出本线路全长）;高频信号采用收发同频,即单频制。 ? ２、允许式:也就就是说收到高频信号就是保护动作与跳闸得必要条件。一般应用于超范围式纵联保护(所谓欠范围即两侧保护得正方向保护范围均超过本线路全长得50%以上,但没有超出本线路全长);高频信号采

纵联差动保护原理

一、发电机相间短路的纵联差动保护 将发电机两侧变比和型号相同的电流互感器二次侧图示极性端纵向连接起来，差动继电器KD接于其差回路中，当正常运行或外部 故障时，I1 与 I2 反向流入，KD的电流为1 1 TA I n - 2 2 TA I n = 1 I' - 2 I'≈0 ，故KD不会动作。当在保护 区内K2点故障时， I1与 I2 同向流入，KD的电流为： 1 1 TA I n + 2 2 TA I n = 1 I' + 2 I'=2k TA I n 当2k TA I n 大于KD的整定值时，即 1 I' - (3) max max / unb st unp i k TA I K K f I n = ≠0 ,KD动作。这里需要指出的是：上面的讨论是在理想情况下进行的，实际上两侧的电流互感器的特性（励磁特性、饱和特性）不可能完全一致，误差也不一样，即nTA1≠nTA2，正常运行及外部

故障时， 2 k TA I n ≥Iset ，总有一定量值的电流流入KD, 此电流称为不平衡电流，用Iunb 表示。通常，在发电机正常运行时，此电流很小，当外部故障时，由于短路电流的作用，TA 的误差增大，再加上短路电流中非周期分量的影响，Iunb 增大，一般外部短路电流越大，Iunb 就可能越大，其最大值可达： .min .min .min ()brk brk op ork brk op I I I K I I I >≥≤+ 式中：Kst ——同型系数，取； Kunp ——非周期性分量影响系数，取为1～； fi ——TA 的最大数值误差，取。 为使KD 在发电机正常运行及外部故障时不发生误动作， KD 的动作值必须大于最大平衡电流，即Iop= (Krel 为可靠系数，取）。越大，动作值Iop 就越大，这样就会使保护在发电机内部故障的灵敏度降低。此时，若出现较轻微的内部故障，或内部经比较大的过渡电阻Rg 短路时，保护不能动作。对于大、中型发电机，即使轻微故障也会造成严重后果。为了提高保护的灵敏系数，有必要将差动保护的动作电流减小，要求最小动作电流=（IN 为发电机额定电流），而在任何外部故障时不误动作。显然，图所示的

电动机纵联差动保护

电动机纵联差动保护 一、比率制动差动保护 （1）电动机二次额定电流 1 n TA I n =? （2）差动保护最小动作电流 I s =K rel (·K cc ·K er +Δm )I n ap K K rel ——可靠系数，取K rel =2 ap K ——外部短路切除引起电流互感器误差增大的系数（非周期分量系数）=2 ap K K cc ——同型系数，电流互感器同型号时取K cc =0.5，不同型号时K cc =1 K er ——电流互感器综合误差取K er =0.1 Δm ——通道调整误差，取Δm =0.01~0.02 I s =2 (2×0.5×0.1+0.02)I n =0.24 I n 一般情况下，取I s =(0.25~0.35)I n ，当不平衡电流较大时，I s =0.4I n （3）确定拐点电流I t 有些装置中拐点电流是固定的，如I t = I n ；当拐点电流不固定时可取I t = (0.5~0.8)I n （4）确定制动特性斜率s 按躲过电动机最大起动电流下差动回路的不平衡电流整定 最大起动电流I st ·max 下的不平衡电流I umb ·max 为 I umb ·max =(·K cc ·K er +Δm ) I st ·max ap K =2，K cc =0.5，K er =0.1，Δm=0.02，I st ·max =K st I n (取I st =10) ap K I umb ·max =(2×0.5×0.1+0.02)10I n =1.2I n 比率制动特性斜率为 t n st s umb rel I I K I I K s ??= ?max K rel =2，当I s =0.3 I n ，I t =0.8 I n ，K st =7 2 1.20.30.3470.8n n n n I I s I I ×?==? 一般取s =0.3~0.5 （5）灵敏系数计算 电动机机端最小两相短路电流为 (2)1 2K L I x x = ?′+ x ′- 电动机供电系统处最小运行方式时折算到S B 基准容量的系统阻抗标幺值 U B - 电动机供电电压级的平均额定电压U B =6.3(10.5)kV X L - 电动机供电电缆折算到S B 基准容量的阻抗标幺值 制动电流(2)res TA 2K I I n =相应的动作电流为

纵联保护分类

1 纵联保护分类 仅反应线路一侧的电气量不可能区分本线末端和对侧母线（或相邻线始端）故障，只有反应线路两侧的电气量才可能区分上述2点故障，为了达到有选择性地快速切除全线故障的目的。需要将线路一侧电气量的信息传输到另一侧去，也就是说在线路两侧之间发生纵向的联系。这种保护称为输电线的纵联保护。 1．1 按使用通道分类 为了交换信息，需要利用通道。纵联保护按照所利用通道的不同类型可以分为4种（通常纵联保护也按此命名）：导引线纵联保护（简称导引线保护）、电力线载波纵联保护（简称载波保护）、微波纵联保护（简称微波保护）、光纤纵联保护（简称光纤保护）。 1．2 各种传送信息通道的特点 1．2．1 导引线通道。这种通道需要铺设电缆，其投资随线路长度而增加。当线路较长（超过10 km以上）时就不经济了。导引线越长，安全性越低。导引线中传输的是电信号。在中性点接地系统中，除了雷击外，在接地故障时地中电流会引起地电位升高，也会产生感应电压，对保护装置和人身安全构成威胁，也会造成保护不正确动作。所以导引线的电缆必须有足够的绝缘水平（例如15 kV的绝缘水平），从而使投资增大。导引线直接传输交流电量，故导引线保护广泛采用差动保护原理，但导引线的参数（电阻和分布电容）直接影响保护性能，从而在技术上也限制了导线保护用于较长的线路。 1．2．2 电力线载波通道。这种通道在保护中应用最广。载波通道由高压输电线及其加工和连接设备（阻波器、结合电容器及高频收发信机）等组成。高压输电线机械强度大，十分安全可靠。但正是在线路发生故障时通道可能遭到破坏（高频信号衰减增大），为此需考虑在此情况下高频信号是否能有效传输的问题。当载波通道采用“相－地”制，在线路中点发生单相短路接地故障时衰减与正常时基本相同，但在线路两端故障时衰减显著增大。当载波通道采用“相－相”制，在单相短路接地故障时高频信号能够传输，但在三相短路时仍然不能。为此载波保护在利用高频信号时应使保护在本线路故障信号中断的情况下仍 能正确动作。 1．2．3 微波通道。微波通道与输电线没有直接的联系，输电线发生故障时不会对微波通信系统产生任何影响，因而利用微波保护的方式不受限制。微波通信是一种多路通信系统，可以提供足够的通道，彻底解决了通道拥挤的问题。微波通信具有很宽的频带，线路故障时信号不会中断，可以传送交流电的波形。采用脉冲编码调制（PCM）方式可以进一步扩大信息传输量，提高抗干扰能力，也更适合于数字保护。微波通信是理想的通信系统，但是保护专用微波通信设备是不经济的，应当与远动等在设计时兼顾起来。同时还要考虑信号 衰耗的问题。 1．2．4 光纤通道。光纤通道与微波通道有相同的优点。光纤通信也广泛采用（PCM）调制方式。当被保护线路很短时，通过光缆直接将光信号送到对侧，在每半套保护装置中都

纵联差动保护联调方法

采样 相关概念: ?定值中的“CT变比系数”: 将电流一次额定值大的一侧设定为1,小的一侧整定为本侧电流一次额定值与对侧电流一次额定值的比值。 如:本侧CT变比1250/5;对侧2500/1,则本侧CT变比系数整定为0、5,对侧整定为1。 步骤: 本侧CT变比:a/b,对侧CT变比c/d。 ?(1)本侧加电流I1,则对侧显示差流:I1*a*d/b/c。 ?(2)对侧加电流I2,则本侧显示差流:I2*c*b/d/a。 模拟空充 相关概念: ?没有CT断线时差动跳闸需同时满足如下条件: 1、两侧差动保护均投入(控制字+软压板+硬压板) 2、没有通道异常 3、有差流 4、本侧保护启动 5、对侧差动信号,即给本侧发差动允许信号(a、b同时满足) a、有差流 b、对侧分位无流或对侧启动 步骤: ?①对侧分位,本侧合位。本侧加差流,则本侧跳,对侧不跳。 解释: 1、对侧分位无流+有差流->给本侧发允许信号 2、对侧不启动->对侧不跳 ?②本侧分位,对侧合位。对侧加差流,则对侧跳,本侧不跳。 模拟弱馈 相关概念: ?保护启动方式: 1、电流变化量启动 2、零序过流元件启动 3、位置不对应启动(针对偷跳) 4、弱馈启动(针对弱电源侧) 步骤: ?①两侧合位。对侧加一低于正常值电压34V(1、之所以加34V就是为了满足如下两 条:a、满足弱馈条件<65%额定,b、大于33V避开PT断线,2、其实PT断线并不影响弱馈启动,即只要加的电压满足<65%额定即可,也就就是说不加也行。),本侧加差流,则两侧跳。 解释: 1、本侧启动+有差流->给对侧发允许信号

2、对侧弱馈+本侧允许信号->对侧启动(弱馈启动方式) 3、对侧启动+有差流->给本侧发允许信号 ?②两侧合位。本侧加一低于正常值电压34V,对侧加差流,则两侧跳。 模拟远跳 步骤: 方法一: ?①本侧投入“远跳经本侧控制”,本侧合位,对侧点TJR的同时本侧加一启动量,则本侧 跳。(若点的就是ＴＪＲ继电器,则对侧也跳,但保护装置跳闸灯不亮。若点的就是保护装置的TJR开入,则对侧开关不跳。) ?②对侧投入“远跳经本侧控制”,对侧合位,本侧点TJR的同时对侧加一启动量,则对侧 跳。 (注:因TJR与启动量需要时间上的配合,较难把握,可采用如下简便方法。) 方法二: ?①本侧退出“远跳经本侧控制”,本侧合位,对侧点TJR,本侧跳。 ?②对侧退出“远跳经本侧控制”,对侧合位,本侧点TJR,对侧跳。 简化整组联调实用版步骤: 一、前提: 1、“通道异常”灯熄灭,两侧主保护投入(控制字+软压板+硬压板)。 2、给两套主保护并上电压、串上电流。 二、采样 本侧CT变比:a/b,对侧CT变比c/d。 (1)本侧加电流I1,则对侧显示差流:I1*a*d/b/c。 (2)对侧加电流I2,则本侧显示差流:I2*c*b/d/a。 三、模拟空充 ①对侧分位,本侧合位。本侧加差流,则本侧跳,对侧不跳。 ②本侧分位,对侧合位。对侧加差流,则对侧跳,本侧不跳。 模拟弱馈 ①两侧合位。对侧加一小于65%额定电压,本侧加差流,则两侧跳。 ②两侧合位。本侧加一小于65%额定电压,对侧加差流,则两侧跳。 四、模拟远跳 方法一: ①本侧投入“远跳经本侧控制”,本侧合位,对侧点TJR的同时本侧加一启动量,则本侧跳。 ②②对侧投入“远跳经本侧控制”,对侧合位,本侧点TJR的同时对侧加一启动量,则对侧跳。方法二(较简单): ①本侧退出“远跳经本侧控制”,本侧合位,对侧点TJR,本侧跳。 ②对侧退出“远跳经本侧控制”,对侧合位,本侧点TJR,对侧跳。 ③两侧恢复“远跳经本侧控制”。

纵联差动保护

6.2 纵联差动保护 6.2.1 基本原理 6.2.1.1 定义 差动保护是一种依据被保护电气设备进出线两端电流差值的变化构成的对电气设备的保护装置，一般分为纵联差动保护和横联差动保护。变压器的差动保护属纵联差动保护，横联差动保护则常用于变电所母线等设备的保护。 6.2.1.2 基本原理 变压器纵差保护是按照循环电流原理构成的 变压器纵差保护的原理要求变压器在正常运行和纵差保护区（纵差保护区为电流互感器TA 1、TA 2之间的范围）外故障时，流入差动继电器中的电流为零，即2?'I －2? ''I ＝0，保证纵差保护不动作。但由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差保护的正确工作，就须适当选择两侧电流互感器的变比，使得正常运行和外部故障时，两个电流相等。 (a) 双绕组变压器正常运行时的电流分布 (b) 三绕组变压器内部故障时的电流分布 （图6.4 变压器纵差保护原理接线图） 在图6.4（a ）双绕组变压器中，变压器两侧电流1?'I 、1?''I 同相位，所以电流互感器TA 1、TA 2二次的电流2?'I 、2?''I 同相位，则2?'I －2?''I ＝0的条件是2?'I ＝2? ''I ，即 2?'I ＝2?''I ＝ 11i n I ?'＝21i n I ? '' (6.1) 即 12i i n n ＝1 1?? '''I I ＝T K (6.2) 式中，1i n 、2i n ——分别为TA 1、TA 2的变比； T K ——变压器的变比。 若上述条件满足，则当变压器正常运行或纵差保护区外故障（以下简称“区外故障”或“区内故障”）时，流入差动继电器的电流为 K I ?＝2?'I －2? ''I ＝0 (6.3) 当区内故障时，2?''I 反向流出，则流入差动继电器的电流为

纵联保护方式比较分析

纵联保护方式比较分析 摘 要 对纵联保护进行了分类，分析了各类纵联保护的原理、技术特点和工作方式，并比较了各类纵联保护的优缺点。 关键词 纵联保护分类 工作方式 1 纵联保护分类 仅反应线路一侧的电气量不可能区分本线末端和对侧母线（或相邻线始端）故障，只有反应线路两侧的电气量才可能区分上述2点故障，为了达到有选择性地快速切除全线故障的目的。需要将线路一侧电气量的信息传输到另一侧去，也就是说在线路两侧之间发生纵向的联系。这种保护称为输电线的纵联保护。 1．1 按使用通道分类 为了交换信息，需要利用通道。纵联保护按照所利用通道的不同类型可以分为4种（通常纵联保护也按此命名）：导引线纵联保护（简称导引线保护）、电力线载波纵联保护（简称载波保护）、微波纵联保护（简称微波保护）、光纤纵联保护（简称光纤保护）。 1．2 各种传送信息通道的特点 1．2．1 导引线通道。这种通道需要铺设电缆，其投资随线路长度而增加。当线路较长（超过10 km以上）时就不经济了。导引线越长，安全性越低。导引线中传输的是电信号。在中性点接地系统中，除了雷击外，在接地故障时地中电流会引起地电位升高，也会产生感应电压，对保护装置和人身安全构成威胁，也会造成保护不正确动作。所以导引线的电缆必须有足够的绝缘水平（例如15 kV的绝缘水平），从而使投资增大。导引线直接传输交流电量，故导引线保护广泛采用差动保护原理，但导引线的参数（电阻和分布电容）直接影响保护性能，从而在技术上也限制了导线保护用于较长的线路。 1．2．2 电力线载波通道。这种通道在保护中应用最广。载波通道由高压输电线及其加工和连接设备（阻波器、结合电容器及高频收发信机）等组成。高压输电线机械强度大，十分安全可靠。但正是在线路发生故障时通道可能遭到破坏（高频信号衰减增大），为此需考虑在此情况下高频信号是否能有效传输的问题。当载波通道采用“相－地”制，在线路中点发生单相短路接地故障时衰减与正常时基本相同，但在线路两端故障时衰减显著增大。当载波通道采用“相－相”制，在单相短路接地故障时高频信号能够传输，但在三相短路时仍然不能。为此载波保护在利用高频信号时应使保护在本线路故障信号中断的情况下仍能正确动作。 1．2．3 微波通道。微波通道与输电线没有直接的联系，输电线发生故障时不会对微波通信系

变压器差动保护原理

变压器差动保护 一：这里讲的是差动保护的一种，即变压器比例制动式完全纵差保护（以下简称差动）； 二：差动保护的定义 由于在各种参考书中没有找到差动保护的具体定义，这里只根据自己所掌握的知识给差动保护下一个定义：当区内发生某些短路性故障的时候，在变压器各侧电流互感器CT的二次回路中将产生大小相同，相位不同的短路电流，当这些短路电流的向量和即差流达到一定值时，跳开变压器各侧断路器的保护，就是变压器差动保护 三：下面我以两圈变变压器为例，针对以上所述变压器差动保护的定义，对差动保护进行阐述： 1、图一所示：为一两圈变变压器，降压变，具体参数如下：主变高压侧电压U高=110KV,主变低压侧电压U低=10KV,变压器容量Sn=240000KV A, 高压侧CT变比1000/5,低压侧的CT变比是1500/5.计算平衡系数。 I1’：流过变压器高压侧的一次电流；

I”：流过变压器低压侧的一次电流； I2’：流过变压器高压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流； I2”：流过变压器低压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流； nh：高压侧电流互感器CT1变比； nl：低压侧电流互感器CT2变比； nB：变压器的变比； 各参数之间的关系：I1’/ I2’= nh I”/ I2”= nl I2’= I2”I1’/ I”= nh/ nl=1/ nB 2、区内：CT1到CT2的范围之内； 3、反映故障类型：高压侧内部相间短路故障，高压侧（中性点直接接地） 单相接地故障以及匝间、层间短路故障； 四：差动的特性 1、比率制动：如图二所示，为差动保护比率特性的曲线图： 下面我们就以上图讲一下差动保护的比率特性： o：图二的坐标原点； f：差动保护的最小制动电流； d：差动保护的最小动作电流； p：比率制动斜线上的任一点； e：p点的纵坐标； b：p点的横坐标； 动作区：在of范围内，由于电流小于最小制动电流，因此在此范围内，只要电流大于最小动作电流Iopo，差动保护动作；当电流大于f点时， 由于电流大于最小制动电流，此时保护开始进行比率制动运算，曲 线抬高，此时只有当电流在比率制动曲线以上时保护动作；因此， 图中阴影部分，即差动保护的动作区； 制动区：当电流在落在曲线以下而大于最小动作电流的时候，由于受比率制动系数的制约，保护部动作，这个区域就是差动保护的制动区； 比率制动系数K：实际上比率制动系数，就是图二中斜线的斜率，因此我们

纵联保护原理

纵联保护原理 我们先来看一下反映一侧电气量变化的保护有什么不足？ 对于反映单侧电气量变化的M侧保护来说，它无法区分是本侧线路末端故障还是下级线路始端故障。所以在保护整定上要将它瞬时段的保护范围限制在全线的70%~80%左右，也即反映单侧电气量变化的保护不能瞬时切除本线路全长内的故障。 因此，引入了纵联保护，纵联保护是综合反映线路两侧电气量变化的保护，对本线路全长范围内的故障均能瞬时切除。 为了使保护能够做到全线速动，有效的办法是让线路两端的保护都能够测量到对端保护的动作信号，再与本侧带方向的保护动作信号比较、判定，以确定是否为区内故障，若为区内故障，则瞬时跳闸。这样无论在线路的任何一处发生故障，线路两侧的保护都能瞬时动作跳闸。快速性、选择性都得到了保证。 在构成保护上，是将对侧对故障的判断量传送到本侧，本侧保护经过综合判断，来决定保护是否应该动作。有将对侧电气量转化为数字信号通过微波通道或光纤传送到本侧进行直接计算（如纵联差动保护），有将对侧对故障是否在本线路正方向的判断量通过高频（载波、微波）通道传送到本侧，本侧保护进行综合判别（如纵联方向保护、纵联距离保护等等） 一、实现纵联保护的方式： 1、闭锁式：也就是说收不到高频信号是保护动作和跳闸的必要条件。一般应用于超范围式纵联保护（所谓超范围即两侧保护的正方向保护范围均超出本线路全长）；高频信号采用收发同频，即单频制。 2、允许式：也就是说收到高频信号是保护动作和跳闸的必要条件。一般应用于超范围式纵联保护（所谓欠范围即两侧保护的正方向保护范围均超过本线路全长的50%以上，但没有超出本线路全长）；高频信号采用收发不同频率，即双频制。

差动保护联调试验

1两侧差动保护联调试验 1.1本试验只针对差动保护，应将距离、零序保护的压板断开。 1.2专用光纤通道 1.2.1光功率与光衰耗测试。 两侧分别在保护的光发送口（在保护装置的光发送插件背板处旋开尾纤，在3#插件背板尾纤插座上插入光功率计）测量发送功率，将接收端尾纤插头插入光功率计测量接收功率，本侧发送功率与对侧的接收功率差即光通道的衰耗，两个方向的光衰耗之差应小于2—3dB并记录备案，否则应查明原因。 1.2.2收信灵敏度和裕度的确认：装置的发信光功率为-7dB，接收光功率正常出厂为-35dB，通道裕度不小于6dB，则接收电平不得小于-29dB，即允许最大衰耗为35-7-6=22dB（当线路较长时，可通过取消插件内部的跳线L4将接收光功率整定在-40dB）。 1.2.3单相故障联动试验： 本侧断路器在合闸位置，对侧断路器在断开位置，本侧模拟单相故障，则本侧差动保护动作跳开本侧断路器。 两侧断路器在合闸位置，两侧分别进行如下试验：一侧模拟单相故障同时另一侧在模拟相电压降低到额定电压90％以下，则差动保护瞬时动作跳开两侧断路器，然后单相重合。 1.2.4相间故障联动试验。 两侧断路器在合闸位置，两侧分别进行如下试验：一侧模拟相间故障的同时另一侧三相电压正常，则差动保护不动作；两侧断路器在合闸位置，一侧模拟相间故障的同时另一侧模拟故障相电压降低至额定相电压的90％以下的条件，则两侧差动保护同时动作跳开本侧的断路器。 1.2.5如采用两套PSL-603保护，应检查光纤信号不能交叉，做其中一套保护联调时应关闭另一套保护的电源。 1.3复用PCM（光纤接口） 1.3.1光功率与光衰耗测试。 在保护的光发送口测量发送功率P1，在保护的光接收口测量接收功率P2；在光电转换器的光发送口测量发送功率P4，在光电转换器的光接收口测量接收功率P 3。保护发送功率与光电转换器的接收功率差(P1-P3)即保护至光电转换器的光衰耗，光电转换器发送功率与的保护接收功率差(P4-P2)即光电转换器至保护的光衰耗，如下图所示。两个方向的光衰耗之差应小于2-3dB并记录备案，否则应查明原因。光电转换器输出的64kbit/s音频信号以后的环节由通讯专业负责。 允许信号的含义是：本侧保护启动，收到对侧的信号，则保护动作出口。允许式保护不能收自己的信号，只能收对侧的信号。

纵联差动保护联调方法

采样 相关概念： 定值中的“CT变比系数”： 将电流一次额定值大的一侧设定为1，小的一侧整定为本侧电流一次额定值与对侧电流一次额定值的比值。 如：本侧CT变比1250/5；对侧2500/1，则本侧CT变比系数整定为，对侧整定为1。 步骤： 本侧CT变比：a/b，对侧CT变比c/d。 （1）本侧加电流I1，则对侧显示差流：I1*a*d/b/c。 （2）对侧加电流I2，则本侧显示差流：I2*c*b/d/a。 模拟空充 相关概念： 没有CT断线时差动跳闸需同时满足如下条件： 1、两侧差动保护均投入（控制字+软压板+硬压板） 2、没有通道异常 3、有差流 4、本侧保护启动 5、对侧差动信号，即给本侧发差动允许信号（a、b同时满足） a、有差流 b、对侧分位无流或对侧启动 步骤： ①对侧分位，本侧合位。本侧加差流，则本侧跳，对侧不跳。 解释： 1、对侧分位无流+有差流->给本侧发允许信号 2、对侧不启动->对侧不跳 ②本侧分位，对侧合位。对侧加差流，则对侧跳，本侧不跳。

模拟弱馈 相关概念： 保护启动方式： 1、电流变化量启动 2、零序过流元件启动 3、位置不对应启动（针对偷跳） 4、弱馈启动（针对弱电源侧） 步骤： ①两侧合位。对侧加一低于正常值电压34V（1、之所以加34V是为了满足如下两条： a、满足弱馈条件<65%额定， b、大于33V避开PT断线，2、其实PT断线并不影响 弱馈启动，即只要加的电压满足<65%额定即可，也就是说不加也行。），本侧加差流，则两侧跳。 解释： 1、本侧启动+有差流->给对侧发允许信号 2、对侧弱馈+本侧允许信号->对侧启动（弱馈启动方式） 3、对侧启动+有差流->给本侧发允许信号 ②两侧合位。本侧加一低于正常值电压34V，对侧加差流，则两侧跳。 模拟远跳 步骤： 方法一： ①本侧投入“远跳经本侧控制”，本侧合位，对侧点TJR的同时本侧加一启动量， 则本侧跳。（若点的是ＴＪＲ继电器，则对侧也跳，但保护装置跳闸灯不亮。若点的是保护装置的TJR开入，则对侧开关不跳。） ②对侧投入“远跳经本侧控制”，对侧合位，本侧点TJR的同时对侧加一启动量， 则对侧跳。 （注：因TJR与启动量需要时间上的配合，较难把握，可采用如下简便方法。）

纵联差动保护原理

一、发电机相间短路的纵联差动保护 将发电机两侧变比和型号相同的电流互感器二次侧图示极性端纵向连接起来，差动继电器KD 接于其差回路中，当正常运行或外部故障时，I 1 与 I 2 反向流入，KD 的电流为 11TA I n - 22 TA I n =1I ' - 2I ' ≈0 ，故KD 不会动作。当在保护 区内K2点故障时， I1与 I2 同向流入，KD 的电流为： 11TA I n + 22TA I n =1I ' + 2I '=2k TA I n 当 2k TA I n 大于KD 的整定值时，即 1I ' - (3)max max /unb st unp i k TA I K K f I n =≠0 ,KD 动作。这里需要指出的是：上面的讨论是在理想情况下进行的，实际上两侧的电流互感器的特性（励磁特性、饱和特性）不可能完全一致，误差也不一样，即nTA1≠nTA2，正常运行及外部故障时， 2k TA I n ≥I set ，总有一定量值的电流流入KD, 此电流称为不平衡电流，用Iunb 表示。通常，在发电机正常运行时，此电流很小，当外部故障时，由于短路电流的作用，TA 的误差增大，再加上短路电流中非周期分量的影响，Iunb 增大，一般外部短路电流越大，Iunb 就可能越大，其最大值可达： .min .min .min ()brk brk op ork brk op I I I K I I I >≥≤+ 式中：Kst ——同型系数，取； Kunp ——非周期性分量影响系数，取为1～； fi ——TA 的最大数值误差，取。 为使KD 在发电机正常运行及外部故障时不发生误动作， KD 的动作值必须大于最大平衡电流，即Iop= (Krel 为可靠系数，取）。越大，动作值Iop 就越大，这样就会使保护在发电机内部故障的灵敏度降低。此时，若出现较轻微的内部故障，或内部经比较大的过渡电阻Rg 短路时，保护不能动作。对于大、中型发电机，即使轻微故障也会造成严重后果。为了提高保护的灵敏系数，有必要将差动保护的动作电流减小，要求最小动作电流=（IN 为发电机额定电流），而在任何外部故障时不误动作。显然，图所示的差动保护整定的动作电流已大于额定电流，无法满足这种要求。 具有比率制动特性的差动保护 保护的动作电流Iop 随着外部故障的短路电流而产生的Iunb 的增大而按比例的线性增大，且比Iunb 增大的更快，使在任何情况下的外部故障时，保护不会误动作。这是把外部故障

继电保护第4章课后习题参考答案

4.7 图4—30所示系统，线路全部配置闭锁式方向比较纵联保护，分析在K点短 路时各端保护方向元件的动作情况，各线路保护的工作过程及结果。 ?? 答：当短路发生在B—C线路的K处时，保护2、5的功率方向为负，闭锁信号 持续存在，线路A—B上保护1、2被保护2的闭锁信号闭锁，线路A—B两侧 均不跳闸；保护5的闭锁信号将C—D线路上保护5、6闭锁，非故障线路保护不跳闸。故障线路B—C上保护3、4功率方向全为正，均停发闭锁信号，它们 判定有正方向故障且没有收到闭锁信号，所以会立即动作跳闸，线路B—C被切除。 答：根据闭锁式方向纵联保护，功率方向为负的一侧发闭锁信号，跳闸条件是本 端保护元件动作，同时无闭锁信号。1保护本端元件动作，但有闭锁信号，故不 动作；2保护本端元件不动作，收到本端闭锁信号，故不动作；3保护本端元件 动作，无闭锁信号，故动作；4保护本端元件动作，无闭锁信号，故动作；5保 护本端元件不动作，收到本端闭锁信号，故不动作；6保护本端元件动作，但有 闭锁信号，故不动作。 4.10 图4—30所示系统，线路全部配置闭锁式方向比较纵联保护，在K点短路时，若A—B和B—C线路通道同时故障，保护将会出现何种情况？靠什么保护 动作切除故障？ ?? 答：在图4—30所示系统中K点短路时，保护2、5的功率方向为负，其余保护的功率方向全为正。3、4之间停发闭锁信号，5处保护向6处发闭锁信号，2处 保护向1处发闭锁信号。由于3、4停发闭锁信号且功率方向为正，满足跳闸条件，因此B—C通道的故障将不会阻止保护3、4的跳闸，这正是采用闭锁式保 护的优点。C—D通道正常，其线路上保护5发出的闭锁信号将保护6闭锁，非 故障线路C—D上保护不跳闸。2处保护判定为反方向不满足跳闸条件，并且发 闭锁信号，由于A—B通道故障，2处保护发出的闭锁信号可能无法传到1处， 而保护1功率方向为正，将会导致1处的保护误动作；不过非故障线路的载波通 道故障率远远低于故障线路，这也是广泛采用闭锁式载波纵联保护的原因。 4.12 输电线路纵联电流差动保护在系统振荡、非全相运行期间，会否误动，为 什么？ 答：系统振荡时，线路两侧通过同一个电流，与正常运行及外部故障时的 情况一样，差动电流为量值较小的不平衡电流，制动电流较大，选取适当的制动 特性，就会保证不误动作。非全相运行时，线路两侧的电流也为同一个电流，电 流纵联差动保护也不误动作。

变压器纵联差动保护..

第四节 变压器纵联差动保护 一、变压器纵联差动保护的原理 纵联差动保护是反应被保护变压器各端流入和流出电流的相量差。对双绕组变压器实现纵差动保护的原理接线如下图所示。 为了保证纵联差动保护的正确工作，应使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等，差回路电流为零。在保护范围内故障时，流入差回路的电流为短路点的短路电流的二次值，保护动作。 应使 22112 2 TA TA n I n I I I ‘’‘‘’‘=== 或 T TA TA n I I n n ==‘’‘1 1 12 结论： 适当选择两侧电流互感器的变比。 纵联差动保护有较高的灵敏度。 二、变压器纵联差动保护在稳态情况下的不平衡电流及减小不平衡电流的措施 在正常运行及保护范围外部短路稳态情况下流入纵联差动保护差回路中的电流叫稳态不平衡电流I bp 。 1．由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流 思考：由于变压器常常采用Y ,dll 的接线方式, 因此, 其两侧电流的相位差30o。此时，如果两侧的电流互感器仍采用通常的接线方式，则二次电流由于相位不同，会有一个差电流流入继电器。如何消除这种不平衡电流的影响？ 解决办法：通常都是将变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形。

2．由两侧电流互感器的误差引起的不平衡电流 思考：变压器两侧电流互感器有电流误差△I ，在正常运行及保护范围外部故障时流入差回路中的电流不为零，为什么？ 为什么在正常运行时，不平衡电流也很小 ？ 为什么当外部故障时，不平衡电流增大？ 原因：电流互感器的电流误差和其励磁电流的大小、二次负载的大小及励磁阻抗有关， 而励磁阻抗又与铁芯特性和饱和程度有关。 当被保护变压器两侧电流互感器型号不同，变比不同，二次负载阻抗及短路电流倍数不同时都会使电流互感器励磁电流的差值增大。 减少这种不平衡电流影响的措施： （1）在选择互感器时，应选带有气隙的D 级铁芯互感器，使之在短路时也不饱和。 （2）选大变比的电流互感器，可以降低短路电流倍数。 （3）在考虑二次回路的负载时，通常都以电流互感器的10％误差曲线为依据，进行导线截面校验，不平衡电流会更小。最大可能值为： tx TA max .d bp K n I 0.1 I = 3．由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流 思考：两侧的电流互感器、变压器是不是一定满足 T 1TA 2 TA n 3 n n = 或 T 1TA 2 TA n n n =的关系？ 原因：很难满足上述关系。

变压器差动保护原理

主变差动保护 一、主变差动保护简介 主变差动保护作为变压器的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障，差动保护是输入的两端CT电流矢量差，当两端CT电流矢量差达到设定的动作值时启动动作元件。 差动保护是保护两端电流互感器之间的故障（即保护范围在输入的两端CT之间的设备上），正常情况流进的电流和流出的电流在保护内大小相等，方向相反，相位相同，两者刚好抵消，差动电流等于零；故障时两端电流向故障点流，在保护内电流叠加，差动电流大于零。驱动保护出口继电器动作，跳开两侧的断路器，使故障设备断开电源。 二、纵联差动保护原理 (一)、纵联差动保护的构成 纵联差动保护是按比较被保护元件（1号主变）始端和末端电流的大小和相位的原理而工作的。为了实现这种比较，在被保护元件的两侧各设置一组电流互感器TA1、TA2，其二次侧按环流法接线，即若两端的电流互感器的正极性端子均置于靠近母线一侧，则将他们二次的同极性端子相连，再将差动继电器的线圈并入，构成差动保护。其中差动继电器线圈回路称为差动回路，而两侧的回路称为差动保护的两个臂。 (二)、纵联差动保护的工作原理 根据基尔霍夫第一定律， = ∑?I；式中∑?I表示变压器各侧电流的向量和，其物理意义是：变 压器正常运行或外部故障时，若忽略励磁电流损耗及其他损耗，则流入变压器的电流等于流出变压器的电流。因此，纵差保护不应动作。 当变压器内部故障时，若忽略负荷电流不计，则只有流进变压器的电流而没有流出变压器的电流，其纵差保护动作，切除变压器。见变压器纵差保护原理接线。

（1）正常运行和区外故障时，被保护元件两端的电流和的方向如图1.5.5（a）所示，则流入继电器的电流为 继电器不动作。 （2）区内故障时，被保护元件两端的电流和的方向如图1.5.5（b）所示，则流入继电器的电流为 此时为两侧电源提供的短路电流之和，电流很大，故继电器动作，跳开两侧的断路器。 由上分析可知，纵联差动保护的范围就是两侧电流互感器所包围的全部区域，即被保护元件的全部，而在保护范围外故障时，保护不动作。因此，纵联差动保护不需要与相邻元件的保护在动作时间和动作值上进行配合，是全线快速保护，且具有不反应过负荷与系统震荡及灵敏度高等优点。 三、微机变压器纵差保护的主要元件介绍 主要元件有：1）比率差动保护元件，2）励磁涌流闭锁元件，3）TA饱和闭锁元件，4）TA断线闭锁（告警）元件，5）差动速断元件，6）过励磁闭锁元件 下面对各个元件的功能和原理作个简要的介绍：

高压线路纵联保护基本原理

概述输电线的纵联保护，就是用某种通信通道(简称通道)将输电线两端或 各端(对于多端线路)的保护装置纵向连接起来，将各端的电气量(电流、功率的方向等)传送到对端，将各端的电气量进行比较，以判断故障在个线路范围内还是在线路范围之外，从而决定是否切断被保护线路。因此，理论上这种纵联保护具有绝对的选择性。 基本原理利用比较两侧的电流相位或功率方向判断故障是否在区内按照纵联保护构成原理分类 单元式纵联保护 将输电线看作一个被保护单元如同变压器和发电机一样。 这种保护方式是从输电线的每一端采集电气量的测量值，通过通信通道传送到其他各端。在各端将这些测量值进行直接比较，以决定保护装置是否应该动作跳闸。如比较 电流相位的相位差动保护、比较电流波形(幅值和相位)的电流差动保护 非单元式保护 也是在输电线各端对某种或某几种电气量进行测量，但并下将测量值直接传送到其他各端，直接进行比较。而是传送根据这些测量值得到的对故障性质(如故障方向、故障位置等)的判断结果。如方向比较式纵联保护、距离纵联保护等 按照传送的通信信号分类 任何纵联保护都是依靠通信通道传送的某种信号来判断故障的位置是否在被保线路内。因此信号的性质和功能在很大程度上决定了保护的性能。 信号按其性质可分为三种； 闭锁信号、允许信号和跳闸信号。 这三种信号可用任一种通信通道产生和传送。 闭锁信号 以两端线路为例，所谓闭锁信号就是指：“收不到这种信号是保护动作跳闸的必要条件”。就是当发生外部故障时，由判定为外部故障的一端保护装置发出闭锁信号，将两端的保护闭锁。而当内部故障时，两端均不发、因而也收不到闭锁信号，保护即可动作于跳闸。 允许信号 所谓允许信号是指：“收到这种信号是保护动作跳闸的必要条件”。因此，当内部故障是，两端保护应同时向对端发出允许信号，使保护装置能够动作于跳闸。而当外部故障时，则因接近故障点端判出故障在反方向而不发允许信号，对端保护不能跳闸，本端则因判出故障在反方向也不能跳闸。 跳闸信号 跳闸信号是指：“收到这种信号是保护动作于跳闸的充要条件”。实现这种保护时，实际上是利用装设在每一端的瞬时电流速断、距离I段或零序电流瞬时速断等保护，当其保护范围内部故障而动作十跳闸的同时，还向对端发出跳

华北电力大学精品课程-电力系统继电保护(黄少锋教授)—纵联(4)

第四章 输电线路纵联保护

4.1.1 输电线纵联保护概述 仅利用线路一侧的电气量所构成的继电保护（单端电气量），无法区分本线路末端与相邻线路（或元件）的出口故障，如：电流保护、阻抗保护。 为此，设法将被保护元件两端(或多端)的电气量进行同时比较,以便判断故障在区内？还是区外？ 将两端保护装置的信号纵向联结起来，构成纵联保护。——与横向故障的称谓进行对应比较（后面再用图例说明“纵、横”的区别）。

单端电气量保护： 仅利用被保护元件的一侧电气量，无法区分线路末端和相邻线路的出口短路，可以作为后备保护或出口故障的第二种保护。 （通常设计为：三段式）。 纵联保护： 利用被保护元件的各侧电气量，可以识别：内部和外部的故障，但是，不能作为后备保护。

输电线路纵联保护结构框图 在设备的“纵向”之间，进行信号交换 横向关系通信设备通信设备 通信通道 继电保护装置 继电保护装置 TA TA TV TV (如：横向故障)

纵联保护有多种分类方法，可以按照通道类型或动作原理进行分类。1）通道类型： 导引线电力线载波微波光纤 ? ???? 2）动作原理： 比较方向比较相位基尔霍夫电流定律（差电流） ?? ?? ?还可以将通道类型与动作原理结合起来进行称呼。如：光纤电流差动（简称：光差），高频距离。 通道(信号交换手段)

4.1.2 两侧电气量的特征 分析、讨论特征的目的： 寻找内部故障与其他工况（正常运行、外部故障）的特征区别和差异——>提取判据，构成继电保护原理。 当然，构成原理后，再分析影响因素；并研究消除影响因素的对策、措施（需要权衡利弊）。