第四章電網(wǎng)差動保護

第四章電網(wǎng)差動保護第一頁，共87頁。第一節(jié)輸電線縱聯(lián)差動保護一、基本原理電流保護：Ⅰ段保護范圍有限距離保護：Ⅰ段保護范圍為線路全長的80—85%其余線路故障（如：15—20%），只能由第二段的時限切除電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行：重要線路不允許

實現(xiàn)線路全長范圍內(nèi)故障的無時限切除！第二頁，共87頁。

電流、電壓和距離保護屬于單端保護，不能瞬時切除保護范圍內(nèi)任何地點的故障。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：采用線路縱差動保護

線路縱差動保護是利用比較被保護元件始末端電流的大小和相位的原理來構(gòu)成輸電線路保護的。當(dāng)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。

第三頁，共87頁。被保護線路上發(fā)生短路和被保護線路外短路，線路兩側(cè)電流大小和相位是不相同的。故比較線路兩側(cè)電流大小和相位，可以區(qū)分是線路內(nèi)部短路，還是線路外部短路。第四頁，共87頁。一、縱聯(lián)差動保護的工作原理

電網(wǎng)的縱聯(lián)差動保護反應(yīng)被保護線路首末兩端電流的大小和相位，保護整條線路，全線速動?？v聯(lián)差動保護原理接線如下圖所示。

(1)線路兩側(cè)電流互感器型號、變比相同，性能一致。(2)輔助導(dǎo)引線將兩側(cè)的電流互感器二次側(cè)按環(huán)流法連接成回路.(3)差動電流繼電器接入差動回路。第五頁，共87頁。

流入繼電器的電流為I2-I2，即為電流互感器二次電流的差。差回路：繼電器回路。第六頁，共87頁。正常運行：流入差回路的電流

外部短路：流入差回路中的電流為

實際上，差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。

第七頁，共87頁。內(nèi)部短路：

流入差動保護回路的電流為

被保護線路內(nèi)部故障時，流入差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。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

第八頁，共87頁。二、縱聯(lián)差動保護的不平衡電流

1．穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流

該不平衡電流為兩側(cè)電流互感器勵磁電流的差。差動回路中產(chǎn)生不平衡電流最大值為

式中Kerr一電流互感器10％誤差；Kst—電流互感器的同型系數(shù)，兩側(cè)電流互感器為同型號時，取0.5，否則取l；Idmax—被保護線路外部短路時，流過保護線路的最大短路電流。第九頁，共87頁。2．暫態(tài)不平衡電流

縱聯(lián)差動保護是全線速動保護，需要考慮在外部短路時暫態(tài)過程中差回路出現(xiàn)的不平衡電流,其最大值為式中Knp——非周期分量的影響系數(shù)，在接有速飽和變流器時，取為1，否則取為1.52。第十頁，共87頁。電流互感器二次側(cè)斷線第十一頁，共87頁。

三、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：第十二頁，共87頁。四、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(shè)與被保護線路等長的輔助導(dǎo)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(shè)輔助導(dǎo)線斷線與短路的監(jiān)視裝置，輔助導(dǎo)線斷線應(yīng)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(yīng)用：第十三頁，共87頁。

它在發(fā)電機、變壓器、母線保護中應(yīng)用得更廣泛（后述）第十四頁，共87頁。第二節(jié)平行線路橫聯(lián)差動方向保護

一、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(shè)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(yīng)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。第十五頁，共87頁。正常運行及外部發(fā)生短路：

兩線路中的電流相等。兩電流互感器差回路中的電流僅為很小的不平衡電流，小于繼電器的起動電流，電流繼電器不會起動。

第十六頁，共87頁。內(nèi)部故障時：如在線路WLl的d點發(fā)生短路，M側(cè)電流繼電器中的電流。當(dāng)Ir＞Iop時，電流繼電器1動作。

功率方向繼電器2承受正方向功率動作，功率方向繼電器3承受負功率不動作，因而跳開QF1。

第十七頁，共87頁。線路N側(cè)：流過差回路中的電流

當(dāng)Ir＞Iop時，電流繼電器動作。

功率方向繼電器2承受正功率，接點閉合，跳開QF3瞬時切除故障線路WL1，非故障線路WL2繼續(xù)運行。

第十八頁，共87頁。二、橫聯(lián)差動方向保護的相繼動作區(qū)和死區(qū)

1、相繼動作區(qū)

相繼動作：線路兩側(cè)保護裝置先后動作切除故障的方式。

相繼動作區(qū)：產(chǎn)生相繼動作的范圍。

第十九頁，共87頁。三、橫聯(lián)差動方向保護的整定計算

1．電流繼電器的動作電流

（l）為保證橫差保護范圍外故障保護不動作，橫差保護的動作電流應(yīng)按躲開外部短路最大不平衡電流整定電流繼電器的起動電流

（2）躲開單回線運行時的最大負荷電流第二十頁，共87頁。四、橫聯(lián)差動方向保護的優(yōu)缺點及應(yīng)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(dāng)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(yīng)用：第二十一頁，共87頁。第二十二頁，共87頁。輸電線路縱差保護第二十三頁，共87頁。平行輸電線路橫差保護第二十四頁，共87頁。第八章電網(wǎng)高頻保護第一節(jié)高頻保護的基本概念第二節(jié)高頻閉鎖方向保護第三節(jié)高頻閉鎖距離保護第四節(jié)相差高頻保護第二十五頁，共87頁。第一節(jié)

高頻保護的基本概念

一、概述

在高壓輸電線路上，要求無延時地切除被保護線路內(nèi)部的故障。此時，電流保護和距離保護都不能滿足要求?？v聯(lián)差動保護可以實現(xiàn)全線速動。但其需敷設(shè)與被保護線路等長的輔助導(dǎo)線，這在經(jīng)濟上、技術(shù)上都有難以實現(xiàn)。解決辦法：采用高頻保護第二十六頁，共87頁。高頻保護：是用高頻載波代替二次導(dǎo)線，傳送線路兩側(cè)電信號，所以高頻保護的原理是反應(yīng)被保護線路首末兩端電流的差或功率方向信號，用高頻載波將信號傳輸?shù)綄?cè)加以比較而決定保護是否動作。高頻保護與線路的縱聯(lián)差動保護類似，正常運行及區(qū)外故障時，保護不動，區(qū)內(nèi)故障全線速動。第二十七頁，共87頁。二、載波通道的構(gòu)成原理目前應(yīng)用比較廣泛的載波通道是“導(dǎo)線一大地”制。

只需在一相線路上裝設(shè)通道設(shè)備。缺點是高頻信號的衰耗和受到的干擾都比較大。

第二十八頁，共87頁。1.高頻阻波器高頻阻波器是由電感線圈和可調(diào)電容組成，當(dāng)通過載波頻率時，它所呈現(xiàn)的阻抗最大。對工頻電流而言，阻抗較小，因而工頻電流可暢通無阻，不會影響輸電線路正常傳輸。并聯(lián)諧振頻率（50～300kHz第二十九頁，共87頁。2.結(jié)合電容器

它是一個高壓電容器，電容很小，對工頻電壓呈現(xiàn)很大的阻抗，使收發(fā)信機與高壓輸電線路絕緣，載頻信號順利通過。結(jié)合電容器2與連接濾波器3組成帶通濾波器，對載頻進行濾波。第三十頁，共87頁。3.連接濾波器

它是一個可調(diào)節(jié)的空心變壓器，與結(jié)合電容器共同組成帶通濾波器。帶通濾波器從線路一側(cè)看入的阻抗與輸電線路波阻抗（約為400）匹配，而從電纜一側(cè)看入的阻抗，與高頻電纜波阻抗（100）匹配?？杀苊飧哳l信號的電磁波在傳送中發(fā)生反射，減少高頻能量附加衰耗。

第三十一頁，共87頁。4.高頻電纜用來連接戶內(nèi)的收發(fā)信機和裝在戶外的連接濾波器。為屏蔽干擾信號，減少高頻損耗，采用單芯同軸電纜，其波阻抗為100Ω。第三十二頁，共87頁。5.保護間隙保護間隙是高頻通道的輔助設(shè)備。用它來保護高頻電纜和高頻收發(fā)信機免遭過電壓的襲擊。第三十三頁，共87頁。6.接地刀閘

接地刀閘也是高頻通道的輔助設(shè)備。在調(diào)整或檢修高頻收發(fā)信機和連接濾波器時，用它來進行安全接地，以保證人身和設(shè)備的安全。第三十四頁，共87頁。7.高頻收、發(fā)信機

高頻收發(fā)信機的作用是發(fā)送和接收高頻信號。發(fā)信機部分是由繼電保護來控制。高頻收信機接收到由本端和對端所發(fā)送的高頻信號。經(jīng)過比較判斷之后，再動作于跳閘或?qū)⑺]鎖。第三十五頁，共87頁。三、高頻信號的利用方式按高頻通道的工作方式分成

在這兩種工作方式中，按傳送的信號性質(zhì)，又可以分為傳送閉鎖信號、允許信號和跳閘信號三種類型。

經(jīng)常有高頻電流

經(jīng)常無高頻電流第三十六頁，共87頁。收不到這種信號是高頻保護動作跳閘的必要條件。三、高頻信號的利用方式閉鎖信號：第三十七頁，共87頁。收到這種信號是高頻保護動作跳閘的必要條件。允許信號：第三十八頁，共87頁。收到這種信號是保護動作于跳閘充分而必要條件的條件。傳送跳閘信號：第三十九頁，共87頁。第二節(jié)

高頻閉鎖方向保護高頻閉鎖方向保護是通過高頻通道間接比較被保護線路兩側(cè)的功率方向，以判別是被保護范圍內(nèi)部故障還是外部故障。一、高頻閉鎖方向保護的基本原理第四十頁，共87頁。

當(dāng)區(qū)外故障時，被保護線路近短路點一側(cè)為負短路功率，向輸電線路發(fā)高頻波，兩側(cè)收信機收到高頻波后將各自保護閉鎖。第四十一頁，共87頁。

當(dāng)區(qū)內(nèi)故障時，線路兩端的短路功率方向為正，發(fā)信機不向線路發(fā)送高頻波，保護的起動元件不被閉鎖，瞬時跳開兩側(cè)斷路器。第四十二頁，共87頁。記憶元件延時元件正常運行時內(nèi)部故障時外部故障時第四十三頁，共87頁。記憶元件延時元件第四十四頁，共87頁。a.記憶元件1KT的作用防止線路外部故障切除后近故障側(cè)電流元件KA先返回，而遠離故障側(cè)的KA和十KW后返回所引起的非故障線路遠離故障側(cè)保護的誤跳閘。t1常取0.5s。第四十五頁，共87頁。防止線路外部短路時遠離故障側(cè)的保護在未收到近故障側(cè)發(fā)訊機傳送過來的高頻訊號而誤動作，故遠離故障側(cè)保護應(yīng)延時t2秒，等待對側(cè)是否傳送高頻電流閉鎖訊號。b.2KT的作用t2取4—16ms,大于高頻訊號在被保護線路上的傳輸時間。第四十六頁，共87頁。第四十七頁，共87頁。解決這個問題的一個辦法是，采用遠方啟動的高頻閉鎖方向保護。電流啟動高頻閉鎖方向保護主要缺點當(dāng)線路外部發(fā)生故障時，若非故障線近故障側(cè)的電流元件KA因某種原因拒動而不能啟動發(fā)訊機，則遠離故障側(cè)的保護啟動(KA’和KW動作)，t2后因收不到高頻閉鎖信號，將誤跳間。第四十八頁，共87頁。第四十九頁，共87頁。何謂遠方發(fā)信?遠方發(fā)信是指每一側(cè)的發(fā)信機，不但可以由本側(cè)的發(fā)信元件將它投人工作，而且還可以由對側(cè)的發(fā)信元件借助于高頻通道將它投人工作，以保證“發(fā)信”的可靠性。第五十頁，共87頁。例如，區(qū)外故障時，由于某種原因，近故障點側(cè)“發(fā)信”元件拒動，這時該側(cè)的發(fā)信機就不能發(fā)信，導(dǎo)致正方向側(cè)收信機收不到高頻閉鎖信號，而使正方向側(cè)高頻保護誤動。為了消除上述缺陷，就采用了遠方發(fā)信的辦法。第五十一頁，共87頁。為什么要采用遠方發(fā)信?考慮到當(dāng)發(fā)生故障時，如果只采用本側(cè)“發(fā)信”元件將發(fā)信機投人工作，再由“停信”元件的動作狀態(tài)來決定它是否應(yīng)該發(fā)信，實踐證明這種“發(fā)信”方式是不可靠的。第五十二頁，共87頁。C側(cè)發(fā)信機被B側(cè)發(fā)訊機的高頻信號遠方啟動后，不能自行關(guān)閉，致使B側(cè)保護一直收到C側(cè)發(fā)訊機的高頻閉鎖訊號而無法動作跳閘。遠方啟動高頻閉鎖方向保護的主要問題雙電源變單電源運行(如B側(cè)有電源，C側(cè)無電源)．發(fā)生內(nèi)部故障時第五十三頁，共87頁。第四節(jié)高頻閉鎖距離保護

高頻閉鎖方向保護的優(yōu)點、缺點……距離保護的優(yōu)點、缺點……能不能把兩者結(jié)合起來，取兩者的優(yōu)點,屏棄其缺點?答案:可以。做成高頻閉鎖的距離保護，使得內(nèi)部故障時能夠瞬時動作，而在外部故障時具有不同的時限特性，起到后備保護的作用。

第五十四頁，共87頁。第五十五頁，共87頁。第五十六頁，共87頁。第五十七頁，共87頁。第五十八頁，共87頁。第五十九頁，共87頁。第六十頁，共87頁。第六十一頁，共87頁。第六十二頁，共87頁。缺點：高頻閉鎖距離保護的評價：主保護(高頻保護)和后備保護(距離保護)的接線互相連在一起，不便于運行和檢修。優(yōu)點：內(nèi)部故障時可瞬時切除故障，在外部故障時可起到后備保護的作用。第六十三頁，共87頁。第四節(jié)相差高頻保護一、相差高頻保護的工作原理比較被保護線路兩側(cè)電流的相位，即利用高頻信號將電流的相位傳送到對側(cè)去進行比較而決定跳閘與否。第六十四頁，共87頁。區(qū)內(nèi)故障：兩側(cè)電流同相位，發(fā)出跳閘脈沖；區(qū)外故障：兩側(cè)電流相位相差180°，保護不動作。一、相差高頻保護的工作原理第六十五頁，共87頁。

為了滿足以上要求，采用高頻通道正常時無信號，而在外部故障時發(fā)出閉鎖信號的方式來構(gòu)成保護。實際上，當(dāng)短路電流為正半周，高頻發(fā)信機發(fā)出信號；而在負半周，高頻發(fā)信機不發(fā)出信號。一、相差高頻保護的工作原理第六十六頁，共87頁。

當(dāng)被保護范圍內(nèi)部故障時。由于兩側(cè)電流相位相同，兩側(cè)高頻發(fā)信機同時工作，發(fā)出高頻信號，也同時停止發(fā)信。這樣，在兩側(cè)收信機收到的高頻信號是間斷的，即正半周有高頻信號，負半周無高頻信號。一、相差高頻保護的工作原理第六十七頁，共87頁。當(dāng)被保護范圍外部故障時，由于兩側(cè)電流相位相差180°，線路兩側(cè)的發(fā)信機交替工作，收信機收到的高頻信號是連續(xù)的高頻信號。經(jīng)檢波限幅倒相處理后，電流為直流。一、相差高頻保護的工作原理第六十八頁，共87頁。由以上的分析可見，相位比較實際上是通過收信機所收到的高頻信號來進行的。在被保護范圍內(nèi)部發(fā)生故障時，兩側(cè)收信機收到的高頻信號重疊約10ms，于是保護瞬時的動作，立即跳閘。在被保護范圍外部故障時，兩側(cè)的收信機收到的高頻信號是連續(xù)的，線路兩側(cè)的高頻信號互為閉鎖，使兩側(cè)保護不能跳閘。一、相差高頻保護的工作原理第六十九頁，共87頁。如果內(nèi)部故障時高頻通道遭破壞，會不會影響保護跳閘？一、相差高頻保護的工作原理第七十頁，共87頁。一、相差高頻保護的工作原理第七十一頁，共87頁。正常時:發(fā)信機沒有電源，所以不能向高頻通道發(fā)送信號。一、相差高頻保護的工作原理第七十二頁，共87頁。

靈敏元件首先起動，給發(fā)信機的提供電源，發(fā)信機立刻向通道發(fā)送出故障電流調(diào)制的斷續(xù)高頻波。系統(tǒng)發(fā)生故障時:

不靈敏元件起動后，準備好保護跳閘出口回路電源。一、相差高頻保護的工作原理第七十三頁，共87頁。

收信機收到斷續(xù)波時，CT有輸出，KDS動作，發(fā)出跳閘脈沖。若收信機收到連續(xù)高頻波，說明是區(qū)外故障，經(jīng)檢波限幅倒相處理后，CT輸出電流為零，KDS不動作，閉鎖了保護出口回路。一、相差高頻保護的工作原理第七十四頁，共87頁。二、相差高頻保護的相位特性和相繼動作區(qū)

相差高頻保護是通過測定通道上高頻信號是否間斷，來判斷是保護范圍內(nèi)部還是外部故障的。當(dāng)間斷角大于閉鎖角時，為保護范圍內(nèi)部故障，保護動作。反之，當(dāng)間斷角小于閉鎖角時，為保護范圍外部故障，保護不動作。第七十五頁，共87頁。在電力系統(tǒng)的實際運行中，在被保護范圍內(nèi)部故障時，兩側(cè)高頻信號不會完全重疊；在外部故障時，兩側(cè)的高頻信號也不會是連續(xù)的。所以，就需要進一步分析相差高頻保護的相位特性。相位特性：是指相位比較繼電器中的電流Ir和高頻信號的相位角ф關(guān)系曲線，亦即Ir=f（ф）的曲線，稱為相位特性曲線。二、相差高頻保護的相位特性和相繼動作區(qū)

第七十六頁，共87頁。1.相差高頻保護在線路兩側(cè)操作電流的相位關(guān)系

(1)外部三相短路:總誤差角為

為了保證保護的選擇性，應(yīng)考慮一定的裕度，令φy＝15°

電流互感器約有φTA＝7°角誤差，復(fù)合濾過器及保護約有φbh＝15°角誤差。高頻信號在輸電線路上傳輸需要時間，以光速V＝3.0×108m/s傳送至對側(cè)所需時間t產(chǎn)生的延遲角誤差二、相差高頻保護的相位特性和相繼動作區(qū)

第七十七頁，共87頁。外部故障：兩側(cè)操作電流的相位差不是180°，收到的兩側(cè)斷續(xù)高頻波不是連續(xù)的，而是180°+φ，即出現(xiàn)間斷角為二、相差高頻保護的相位特性和相繼動作區(qū)

第七十八頁，共87頁。

(2)內(nèi)部故障:雙側(cè)電源系統(tǒng)在d點發(fā)生三相短路時，線路兩側(cè)電勢EM和EN之間的相角差為δo，δ角一般不超過70°。

M側(cè)電流IM落后于EMφdM≈60°,N側(cè)到短路點φdN=90°。兩側(cè)電流的相位差將達到100°。電流互感器的最大誤差角φTA=7°，保護裝置的角誤差φbh=15°，高頻信號沿輸電線路傳輸需要時間，造成的延遲誤差角α=0.06°l。二、相差高頻保護的相位特性和相繼動作區(qū)

第七十九頁，共87頁。N側(cè)收到兩側(cè)高頻載波信號的最大角相差為M側(cè)為

二、相差高頻保護的相位特性和相繼動作區(qū)

第八十頁，共87頁。內(nèi)部故障時