当与相邻变压器相配合 Klm?要求。
Zdz.1104.5??1.91?1.2 满足
ZAB?ZB20?34.7第四章 输电线纵联保护
第一节 输电线纵联差动保护
一．问题的提出
前几章中讲述的电流电压保护和距离保护原理用于输电线路时，只需将线路一端的电流电压经过互感器引入保护装置，比较容易实现。但由于互感器传变的误差，线路参数值的不精确性以及继电器本身的测量误差等原因，这种保护装置可能将被保护线路对端所连结的母线上的故障，或母线所连接的其它线路出口处的故障，误判断为本线路末端的故障而将被保护线路切断。为了防止这种非选择动作，不得不将这种保护的无时限保护范围缩短到小于线路全长。电流速断整定为线路全长的60%左右，距离I段定值整定为线路全长的80%~85%，对于其余的40%或15%~20%线路段上的故障，只能带第II段的时限切除，为了保证故障切除后电力系统的稳定运行，这样做对于某些重要线路是不能允许的。在这种情况下，只能采用所谓的纵联保护原理保护输电线路，以实现线路全长范围内故障的无时限切除。 二．前提及定义
在介绍纵联保护之前，除了以前规定的电流正方向仍然是从母线指向线路外，还要提出两个条件：一是两端要有电源，二是要有通信通道。
所谓输电线的纵联保护，就是用某种通信通道（简称通道）将输电线两端的保护装置纵向联结起来，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范围之外，从而决定是否切断被保护线路。因此，纵联保护应该是属于第二类继电保护，理论上这种纵联保护具有绝对的选择性。而且只要是在保护范围内的各点故障，都能快速切除，因此，纵联保护都可以做主保护。 三. 基本工作原理
输电线的纵联保护随着所用的通道不同，也有多种形式，但是它们的基本工作原理应该是相同的，下面我们以一种用辅助导线或称导引线作为通道的纵联保护为例来说明其工作原理。见图4-1纵差动保护的单相原理接线。 I1A I1B EI A B EII d1 I2b I a2
差 差动继电器 动I-I 回I2a＋I2b>Idz.j，差动继电器动作 路
（a）内部故障情况
EI A I1AB I2b 36 B d2 EII I2a 差动回路 I-I 差动继电器 I2a-I2b=0 (b)外部故障及正常运行情况 图4-1 纵差动保护的单相原理接线图 如图4-1所示，在线路的A和B两端装设特性和变比完全相同的电流互感器，两侧电流互感器的一、二次回路的正极性均置于靠近母线的一侧（标“·”号者为正极性），用辅助导线联结两侧电流互感器的二次回路，正极性与正极性相联，负极性与负极性相联，差动继电器通过差动回路并联联接在电流互感器的二次端子上。 下面我们来分析在内部d1点故障和外部d2点故障（包括正常运行情况）差动保护的动作行为。 当保护范围内部d1点故障时，因为是双端电源供电，则两侧均有故障电流流向短路点，如图4-1（a）所示，此时I1A和I1B都是从母线流向线路，即从正极性端流进去，与我们规定的电流正方向相同，短路点的总电流为Id=I1A+I1B，这时两侧的二次电流应该从正极性端流出来，因此流入继电器回路，亦即差动回路的电流为Ij=I2a+I2b﹥Idz.j，差动继电器动作，即差动保护动作跳掉两侧开关。由于是区内故障，差动保护动作是正确的。由此可见，差动继电器实际上就是一个电流继电器，是反映增量动作的继电器，只要在保护范围内部故障，无论是首端、中点、末端故障，纵差动保护都是反应于故障点的总电流而快速动作，因此它一定是主保护。 当保护范围外部d2点故障时，流向故障点d2的电流I1AB是由电源EI提供的，如图4-1（b）所示，该电流流过差动保护的两侧，从A侧看，一次电流和二次电流的方向和区内d1故障的情况一样，但在B侧，I1AB是由线路流向母线，亦即由负极性端流进去，与我们规定的电流正方向相反，因此二次电流I2b也要反一个极性，从负极性端流出来，因此流入继电器回路，亦即差动回路的电流为Ij=I2a-I2b=0﹤Idz.j，差动继电器不动作，而此时由于是区外故障，差动继电器不动作是正确的。同样道理，正常运行情况和区外故障的情况是一样的。当然我们说区外故障和正常运行时差动回路的电流等于零是指在理想状态下，而实际情况下由于各种误差的影响，差动回路的电流不可能等于零，我们把这个电流叫做不平衡电流（以后会详述）。当然我们希望这个不平衡电流越小越好。从上面的分析可以得出，差动保护能否动作，关键是看差动回路有没有工作电流（或叫差动电流，即电流是相加还是相减），显然不是指不平衡电流。 四. 结论 从上面的分析我们还可以看出，这种用辅助导线作为通信通道的输电线纵联差动保护，有一定的局限性，如果输电线路很长，为了装设纵差动保护，还得架设很长的辅助导线，这在技术上是不可能的，也是很不经济的。所以，这种差动保护只适合于短线路和电压等级比较低的系统。为了减少所需导引线的根数，在输电线纵差保护中，一般都采用电流综合器（∑I），将三相电流合成一单相电流， 37 ???????然后传送到对端进行比较。图4-1这种接线比较适合用于变压器、发电机等电力设备和母线。也就是说，从现在开始，我们将主要研究差动保护，无论是输电线差动、还是变压器差动、发电机差动以及母线差动，既然它们都是差动保护，因此其基本工作原理都是一样的，其共性就看差动回路有没有工作电流，都是作为主保护。但同时它们又有各自的特点，这些我们以后将会分别介绍。 第二节 输电线的高频保护 一．问题的提出 上一节我们提到的用辅助导线作为通信通道的输电线纵联差动保护只适合于低电压系统的短线路，如果高电压等级的长输电线路要装纵联保护怎么办？一般采用高频保护。 二．高频保护的基本概念 1．定义 高频保护是以输电线载波通道作为通信通道的纵联保护。高频保护广泛应用于高压和超高压输电线路，是比较成熟和完善的一种无时限快速原理保护。 2．分类 目前广泛采用的高频保护，按其工作原理的不同可以分为两大类，即方向高频保护和相差高频保护。方向高频保护的基本原理是比较被保护线路两端的功率方向；而相差高频保护的基本原理则是比较两端电流的相位。在实现以上两类保护的过程中，都需要解决一个如何将功率方向或电流相位转化为高频信号，以及如何进行比较的问题。 三．高频通道的构成原理 前面我们已经提到高频保护最大的特点是用输电线路本身作为通信通道，当然除了输电线路以外，高频保护所用的载波通道，还需要一些辅助设备，而且是输电线路两侧分别有两个完全相同的半套，才能构成一套完整的高频通道。这些辅助设备包括： 1. 阻波器 2. 结合电容器 3. 连接滤过器 4. 高频电缆 5. 高频收、发信机等。 四．高频通道的工作方式和高频信号的作用 高频通道的工作方式可以分为经常无高频电流和经常有高频电流两种方式，或者说故障时发信和长期发信两种方式。 在这两种工作方式中，以其传送的信号性质为准，又可以分为传送闭锁信号、允许信号和跳闸信号三种类型。 应该指出，必须注意将“高频信号”和“高频电流”区别开来。所谓高频信号是指线路一端的高频保护在故障时向线路另一端的高频保护所发出的信息或命令。因此，在经常无高频电流的通道中，当故障时发出的高频电流固然代表一种信号，但在经常有高频电流的通道中，当故障时将高频电流停止或改变其频率也代表一种信号，这一情况就表明了“信号”和“电流”的区别。 38 1． 闭锁信号 所谓闭锁信号就是指：“收不到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件”。 2． 允许信号 所谓允许信号就是指：“收到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件” 3． 跳闸信号 所谓跳闸信号就是指：“收到这种信号是保护动作于跳闸的充分而必要条件”。 五．高频保护举例 1. 高频闭锁方向保护的基本原理 目前广泛应用的高频闭锁方向保护，是以高频通道经常无高频电流而在外部故障时发出闭锁信号的方式构成的。此闭锁信号由短路功率方向为负的一端发出，这个信号被两端的收信机所接收，而把保护闭锁，故称高频闭锁方向保护。我们可以用图4-2所示的系统故障情况来说明保护装置的工作原理。 高频信号 高频信号 d D C B E1 A E2 1 6 4 5 3 2 Sd Sd 图4－2 高频闭锁方向保护的作用原理 设故障发生于线路BC的范围以内，则短路功率Sd的方向如图所示。此时安装在线路BC两端的方向高频保护3和4的功率方向为正，保护应动作于跳闸。故保护3和4都不发出高频闭锁信号，因而两端都收不到高频闭锁信号，在保护起动后，即可瞬时动作，跳开两端的断路器。但对非故障线路AB和CD，其靠近故障点一端的功率方向为由线路流向母线，即功率方向为负，则该端的保护2和5发出高频闭锁信号。此信号一方面被自己的收信机接收，同时经过高频通道把信号送到对端的保护1和6，使得保护装置1、2和5、6都被高频信号闭锁，保护不会将线路AB和CD错误地切除。 2. 高频闭锁距离保护和高频闭锁零序方向电流保护 我们以四统一高频闭锁距离保护为例来说明其工作原理，见图4-3。 高频信号 d1 d2 A 距离保护 ＋ 收发信机 收发信机 ＋ 距离保护 B E2 E1 Sd Sd 图4-3 高频闭锁距离保护的工作原理 39 当区内d1点故障 （a） QDJA动作，起动发信，闭锁两 QDJB动作，起动发信，闭锁 侧保护 两侧保护 （b） 3ZKJA（作方向元件）正方向 3ZKJB（作方向元件）正方向 动作，起动停信，允许跳闸 动作，起动停信，允许跳闸 当区外d2点故障 （a） QDJA动作，起动发信，闭锁两 QDJB动作，起动发信，闭锁 侧保护 两侧保护 （b） 3ZKJA仍是正方向动作，起动 3ZKJB为反方向不动作，不能 停信 停止发信，即继续发高频 闭锁信号， 两侧收信机都收到高频闭锁信号， 断路器不能跳闸。 相关链接： （1）高频闭锁零序电流方向保护的工作原理和高频闭锁距离保护完全一样，只是它的起信元件是由灵敏度高的电流元件担任（这就是说明我们WXH-800系列的微机线路保护中零序电流为什么分六段的原因），而停信元件就直接用零序功率方向元件就可以了。 （2）在高频闭锁距离保护中，1、2、3ZKJ都是方向阻抗继电器，都可以做方向元件用，为什么要用3ZKJ作为方向元件，而不用1ZKJ或2ZKJ作为方向元件？ 这是我们在设计时需要考虑的问题，因为用3ZKJ作为方向元件以后，就不能再作阻抗测量元件了，也就是说，我们是以牺牲阻抗III段（后备段）而换取了一个全线范围内速动的高频闭锁距离保护，这是非常合算的。如果用1ZKJ去作方向元件，固然也可以构成高频闭锁距离保护，但距离保护I段就牺牲掉了，也就是说，以80%的速动段去换取100%的速动，实际上这是很不合算的。 （3）如果1、2、3ZKJ不是方向阻抗，而是全阻抗或偏移阻抗，能否来做方向判别元件，回答肯定是不行的，因为它们没有方向性，这就说明我们相间距离保护为什么要采用方向阻抗继电器的原因。 3．相差动高频保护 其基本原理在于比较被保护线路两端短路电流的相位。在此仍采用电流的给定正方向是由母线流向线路。因此装于线路两端的电流互感器的极性应如图4-4（a）所示，这样，当保护范围内部d1点故障时，在理想情况下，两端电流相位相同，如图4-4（b）所示，两端保护装置应动作，使两端的断路器跳闸，而当保护范围外部d2点故障时，两端电流相位相差180°，如图4-4（c）所示，保护装置则不应动作。 为了满足以上要求，当采用高频通道经常无电流，而在外部故障时发出高频电流（即闭锁信号）的方式构成保护时，在实际上可以做成当短路电流为正半周，使它操作高频发信机发出高频电流，而在负半周则不发，如此不断地交替进行。这样当保护范围内部故障时，由于两端的电流同相位，它们将同时发出闭锁信号也同时停止闭锁信号，因此，从两端收信机所收到的高频电流就是间断的，亦即为间断波。当保护范围外部故障时，由于两端电流的相位相反，两个电流仍然在它自己的正半周发出高频信号。因此，两个高频电流发出的时间就相差180°， 40