電力系統(tǒng)繼電保護(hù)輸電線路縱聯(lián)保護(hù)

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)4輸電線路縱聯(lián)保護(hù)當(dāng)前第1頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.1輸電線路縱聯(lián)保護(hù)概述當(dāng)前第2頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.1.1引言輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)——將線路一側(cè)電氣量信息傳到另一側(cè)去，兩側(cè)的電氣量同時(shí)比較、聯(lián)合工作，也就是說(shuō)在線路兩側(cè)之間發(fā)生縱向的聯(lián)系，以這種方式構(gòu)成的保護(hù)稱之為輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)。以兩端輸電線路為例，一套完整的縱聯(lián)保護(hù)其一般構(gòu)成如右圖所示：TV——電壓互感器TA——電流互感器當(dāng)前第3頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.1.1引言一般縱聯(lián)保護(hù)可以按照所利用通道類型或保護(hù)動(dòng)作原理進(jìn)行分類：當(dāng)前第4頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.1.1引言一般縱聯(lián)保護(hù)可以按照所利用通道類型或保護(hù)動(dòng)作原理進(jìn)行分類：方向比較式縱聯(lián)保護(hù)——兩側(cè)保護(hù)裝置將本側(cè)的功率方向、測(cè)量阻抗是否在規(guī)定的方向、區(qū)段內(nèi)的判別結(jié)果傳送到對(duì)側(cè),每側(cè)保護(hù)裝置根據(jù)兩側(cè)的判別結(jié)果，區(qū)分是區(qū)內(nèi)還是區(qū)外故障。這類保護(hù)在通道中傳送的是邏輯信號(hào)，而不是電氣量本身，傳送的信息量較少，但對(duì)信息可靠性要求很高。按照保護(hù)判別方向所用的原理可分為方向縱聯(lián)保護(hù)與距離縱聯(lián)保護(hù)?？v聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)——利用通道將本側(cè)電流的波形或代表電流相位的信號(hào)傳送到對(duì)側(cè),每側(cè)保護(hù)根據(jù)對(duì)兩側(cè)電流的幅值和相位比較的結(jié)果區(qū)分是區(qū)內(nèi)還是區(qū)外故障。這類保護(hù)在每側(cè)都直接比較兩側(cè)的電氣量，信息傳輸量大，并且要求兩側(cè)信息采集的同步，實(shí)現(xiàn)技術(shù)要求較高。當(dāng)前第5頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.1.2輸電線路短路時(shí)兩側(cè)電氣量的故障特征分析縱聯(lián)保護(hù)需要利用線路兩端的電氣量在故障與非故障時(shí)的特征差異構(gòu)成保護(hù)。（圖4-2：雙端電源線路內(nèi)、外部故障示意圖）當(dāng)前第6頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.1.3縱聯(lián)保護(hù)的基本原理1縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)考慮CT誤差、線路分布電容等因素的影響，動(dòng)作判據(jù)實(shí)際上應(yīng)為：2方向比較式縱聯(lián)保護(hù)利用輸電線路兩端功率方向相同或相異的特征構(gòu)成方向比較式縱聯(lián)保護(hù)。當(dāng)前第7頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.1.3縱聯(lián)保護(hù)的基本原理3電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)兩端保護(hù)各將本側(cè)電流的正、負(fù)半波信息轉(zhuǎn)換為表示電流相位并利于傳送的信號(hào)，送往對(duì)端，同時(shí)接收對(duì)端送來(lái)的電流相位信號(hào)與本側(cè)相位信號(hào)比較?？紤]電流電壓互感器誤差及輸電線分布電容等影響，保護(hù)的動(dòng)作區(qū)一般如圖4－4所示。4距離縱聯(lián)保護(hù)其基本原理構(gòu)成和方向比較式縱聯(lián)保護(hù)基本原理相似，只是用阻抗元件替代功率方向元件。優(yōu)點(diǎn)：只有當(dāng)故障發(fā)生在II段范圍內(nèi)時(shí)相應(yīng)方向阻抗元件才起動(dòng)，減少了方向元件的起動(dòng)次數(shù)從而提高了保護(hù)的可靠性；一般高壓線路配備距離保護(hù)為后備保護(hù)，距離保護(hù)的II段為方向元件，簡(jiǎn)化了縱聯(lián)保護(hù)（主保護(hù)）的實(shí)現(xiàn)。不足：后備保護(hù)檢修時(shí)主保護(hù)被迫停運(yùn)的。（圖4-4：電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作區(qū)示意圖）當(dāng)前第8頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.2輸電線路縱聯(lián)保護(hù)兩側(cè)信息的交換當(dāng)前第9頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.2.1導(dǎo)引線通信導(dǎo)引線通信-利用敷設(shè)在輸電線路兩端變電所之間的二次電纜傳遞被保護(hù)線路各側(cè)信息的通信方式；導(dǎo)引線縱聯(lián)保護(hù)-以導(dǎo)引線為通道的縱聯(lián)保護(hù)，常采用電流差動(dòng)原理，其接線可分為環(huán)流式和均壓式兩種。導(dǎo)引線縱差保護(hù)的突出優(yōu)點(diǎn)-不受電力系統(tǒng)振蕩的影響，不受非全相運(yùn)行的影響，在單側(cè)電源運(yùn)行時(shí)仍能正確工作。在正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，被保護(hù)線路兩側(cè)電流互感器的同極性端子的輸出電流大小相等而方向相反，動(dòng)作線圈中沒(méi)有電流流過(guò)，即處在電流平衡狀態(tài)，此時(shí)導(dǎo)引線流過(guò)兩端循環(huán)電流，故稱環(huán)流式。正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，導(dǎo)引線及動(dòng)作線圈中均沒(méi)有電流通過(guò)，二次電流只能分別在各自制動(dòng)線圈及互感器二次繞組中流過(guò)，兩側(cè)導(dǎo)引線線芯間電壓大小相等方向相反，處在電壓平衡狀態(tài)，這種工作模式也稱為電壓平衡原理。當(dāng)前第10頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.2.2電力線載波通信1電力線載波通道的構(gòu)成按照通道的構(gòu)成，電力線載波通信又可分為使用兩相線路的“相—相”式和使用一相一地的“相—地”式兩種。“相—地”式載波通道如下圖所示：（圖4-7：阻波器特性）阻波器的阻抗與頻率的關(guān)系如圖4－7所示。當(dāng)其諧振頻率為載波信號(hào)所選定的載波頻率時(shí)呈現(xiàn)極高的阻抗從而使高頻電流被阻擋在本線路以內(nèi)。而對(duì)工頻電流，阻波器僅呈現(xiàn)電感線圈的阻抗（約0.04Ω），工頻電流暢通無(wú)阻。耦合電容器的電容量極小，對(duì)工頻信號(hào)呈現(xiàn)非常大的阻抗，同時(shí)可以防止工頻電壓侵入高頻收、發(fā)信機(jī)。對(duì)高頻載波電流則阻抗很小，與連接濾波器共同組成帶通濾波器，只允許此通帶頻率內(nèi)的高頻電流通過(guò)。它是一個(gè)可調(diào)電感的空芯變壓器和一個(gè)接在副邊的電容。連接濾波器與耦合電容器共同組成“四端口網(wǎng)絡(luò)”帶通濾波器，使所需頻帶的電流能夠順利通過(guò)。為使高頻信號(hào)在收、發(fā)信機(jī)與輸電線路間傳遞時(shí)不發(fā)生反射，減少高頻能量附加衰耗，需要“四端口網(wǎng)絡(luò)”使兩側(cè)的阻抗相匹配。同時(shí)空芯變壓器的使用進(jìn)一步使收、發(fā)信機(jī)與輸電線路的高壓部分相隔離，提高了安全性。三相輸電線路都可以用來(lái)傳遞高頻信號(hào)，任意一相與大地之間都可以組成“相－地”回路。高頻收發(fā)信機(jī)通常是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障保護(hù)起動(dòng)后發(fā)出信號(hào)，但也有采用長(zhǎng)期發(fā)信故障起動(dòng)后停信或改變信號(hào)的頻率的工作方式。發(fā)信機(jī)發(fā)出的高頻信號(hào)經(jīng)載波信道傳送到對(duì)端，被對(duì)端和本端的收信機(jī)所接受，兩端的收信機(jī)既接收來(lái)自本側(cè)的高頻信號(hào)又接收來(lái)自對(duì)側(cè)的高頻信號(hào)，兩個(gè)信號(hào)經(jīng)比較判斷后，作用于繼電保護(hù)的輸出部分。當(dāng)檢修連接濾波器時(shí)，接通接地刀閘，使耦合電容器下端可靠接地。當(dāng)前第11頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.2.2電力線載波通信2電力線載波通道的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（１）無(wú)中繼通信距離長(zhǎng)。（２）經(jīng)濟(jì)、使用方便。（３）工程施工比較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：由于輸電線載波通道是直接通過(guò)高壓輸電線路傳送高頻載波電流的，因此高壓輸電線路上的干擾直接進(jìn)入載波通道，高壓輸電線路的電暈、短路、開(kāi)關(guān)操作等都會(huì)在不同程度上對(duì)載波通信造成干擾。（圖解：拍攝于巴黎附近的法國(guó)RTE電力公司高壓輸電線路）應(yīng)用：高頻載波一般用來(lái)傳遞狀態(tài)信號(hào)，用于構(gòu)成方向比較式縱聯(lián)和電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)。輸電線載波通信還被用于對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視的調(diào)度自動(dòng)化信息的傳遞、電力系統(tǒng)內(nèi)部的載波電話等。當(dāng)前第12頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)電力線載波通信3電力線載波通道的工作方式優(yōu)點(diǎn)—1、高頻保護(hù)中的高頻通道部分經(jīng)常處于被監(jiān)視的狀態(tài)，可靠性較高；2、無(wú)需收、發(fā)信機(jī)啟動(dòng)元件，使裝置稍為簡(jiǎn)化。缺點(diǎn)—1、因?yàn)榘l(fā)信機(jī)經(jīng)常處于發(fā)信狀態(tài)，增加了對(duì)其他通信設(shè)備的干擾時(shí)間；2、因?yàn)榻?jīng)常處于收信狀態(tài)，外界對(duì)高頻信號(hào)干擾的時(shí)間長(zhǎng)，要求收信機(jī)自身有更高的抗干擾能力。這種方式能監(jiān)視通道的工作情況，提高了通道工作的可靠性，并且抗干擾能力較強(qiáng)；但是它占用的頻帶寬，通道利用率低。當(dāng)前第13頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)電力線載波通信4電力線載波信號(hào)的種類閉鎖信號(hào)——阻止保護(hù)動(dòng)作于跳閘的信號(hào)。只有同時(shí)滿足以下兩條件時(shí)保護(hù)才作用于跳閘：(1)本端保護(hù)元件動(dòng)作；(2)無(wú)閉鎖信號(hào)。（圖4-8a：閉鎖信號(hào)邏輯圖）在閉鎖式方向比較高頻保護(hù)中：允許信號(hào)——允許保護(hù)動(dòng)作于跳閘的信號(hào)。只有同時(shí)滿足以下兩條件時(shí)保護(hù)才作用于跳閘：(1)本端保護(hù)元件動(dòng)作；(2)有允許信號(hào)。（圖4-8b：允許信號(hào)邏輯圖）在允許式方向比較高頻保護(hù)中：跳閘信號(hào)——直接引起跳閘的信號(hào)。跳閘的條件——本端保護(hù)元件動(dòng)作，或者對(duì)端傳來(lái)跳閘信號(hào)。只要本端保護(hù)元件動(dòng)作即作用于跳閘，與有無(wú)對(duì)端信號(hào)無(wú)關(guān)；只要收到跳閘信號(hào)即作用于跳閘，與本端保護(hù)元件動(dòng)作與否無(wú)關(guān)。（圖4-8c：跳閘信號(hào)邏輯圖）當(dāng)前第14頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.2.3微波通信1微波縱聯(lián)保護(hù)的構(gòu)成下圖為微波通信縱聯(lián)保護(hù)的示意圖：微波信號(hào)的調(diào)制可以采取頻率調(diào)制（FM）方式和脈沖編碼調(diào)制（PCM）方式，可以傳送模擬信號(hào)，也可以傳送數(shù)字信號(hào)。當(dāng)前第15頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.2.3微波通信2微波縱聯(lián)保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)（1） 有一條獨(dú)立于輸電線路的通信通道，輸電線路上產(chǎn)生的干擾如故障點(diǎn)電弧、開(kāi)關(guān)操作、沖擊過(guò)電壓、電暈等，對(duì)通信系統(tǒng)沒(méi)有影響。通道的檢修不影響輸電線路運(yùn)行。（2） 擴(kuò)展了通信頻段，可以傳遞的信息容量增加、速率加快，可以實(shí)現(xiàn)縱聯(lián)電流分相差動(dòng)原理的保護(hù)。（3） 受外界干擾的影響小，工業(yè)、雷電等干擾頻譜基本上不在微波頻段內(nèi)，通信誤碼率低，可靠性高。（4） 輸電線路的任何故障都不會(huì)使通道工作破壞，因此可以傳送內(nèi)部故障時(shí)的允許信號(hào)和跳閘信號(hào)。當(dāng)前第16頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.2.4光纖通信光纖通信——以光纖作為信號(hào)傳遞媒介的通信。1光纖通道的構(gòu)成（圖4-10：?jiǎn)蜗帱c(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖系統(tǒng)的構(gòu)成）電調(diào)制器的作用是把信息轉(zhuǎn)換為適合信道傳輸?shù)男盘?hào)，多為數(shù)字信號(hào)。光調(diào)制器的作用是把電調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合光纖信道傳輸?shù)墓庑盘?hào)，如直接調(diào)制激光器的光強(qiáng)，如圖4－11所示，或通過(guò)外調(diào)制器調(diào)制激光器的相位。光探測(cè)器的作用是把經(jīng)光纖傳輸后的微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。電解調(diào)器的作用是把電信號(hào)放大，恢復(fù)出原信號(hào)。圖4.11激光器的光強(qiáng)度調(diào)制當(dāng)前第17頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.2.4光纖通信光信號(hào)在光纖中的傳播過(guò)程如圖4－12所示，由玻璃或硅材料制成的光纖為細(xì)圓筒空芯狀，假定光線對(duì)著光纖射入，進(jìn)入光纖內(nèi)的光線按照入射方向前進(jìn)，當(dāng)光線射到芯和皮的交界面時(shí)會(huì)發(fā)生反射，如此不斷向前傳播。為了讓光線在芯和皮的界面上發(fā)生全反射，而不折射到光纖外面去，需要采用適當(dāng)?shù)牟牧虾捅３止饫w為一定的形狀。（圖解：光纖棕櫚樹(shù)）當(dāng)前第18頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.2.4光纖通信2光纖通信的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（１）通信容量大。（２）可以節(jié)約大量金屬材料，經(jīng)濟(jì)效益是很可觀的。（３）光纖通信還有保密性好，敷設(shè)方便，不怕雷擊，不受外界電磁干擾，抗腐蝕和不怕潮等優(yōu)點(diǎn)。（４）光纖最重要的特性之一是無(wú)感應(yīng)性能，因此利用光纖可以構(gòu)成無(wú)電磁感應(yīng)的、極為可靠的通道。缺點(diǎn)：通信距離還不夠長(zhǎng)，長(zhǎng)距離通信時(shí)要用中繼器及其附加設(shè)備；此外當(dāng)光纖斷裂時(shí)不易找尋或連接。（圖解：光纖圣誕樹(shù)）當(dāng)前第19頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.3方向比較式縱聯(lián)保護(hù)當(dāng)前第20頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.3.1工頻故障分量的方向元件方向元件的作用是判斷故障的方向，應(yīng)滿足以下要求：（1）正確反映所有類型故障時(shí)故障點(diǎn)的方向且無(wú)死區(qū)；（2）不受負(fù)荷的影響，正常負(fù)荷狀態(tài)下不起動(dòng)；（3）不受系統(tǒng)振蕩影響，振蕩無(wú)故障時(shí)不誤動(dòng)，振蕩中再故障時(shí)仍能正確判定故障點(diǎn)的方向；（4）在兩相運(yùn)行中又發(fā)生短路時(shí)仍能正確判定故障點(diǎn)的方向。當(dāng)前第21頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.3.1工頻故障分量的方向元件1正序分量故障判據(jù)根據(jù)3.8節(jié)對(duì)工頻故障分量的分析，對(duì)于雙端電源的輸電線路，按照規(guī)定的電壓、電流正方向，在保護(hù)的正方向短路時(shí)，保護(hù)安裝處電壓、電流關(guān)系為：實(shí)際使用的正向故障判據(jù)為：實(shí)際使用的反向故障判據(jù)為：當(dāng)前第22頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.3.1工頻故障分量的方向元件2負(fù)序、零序分量故障判據(jù)對(duì)于負(fù)序、零序分量正方向故障時(shí)，有：反方向故障時(shí)，有：正向故障判據(jù)為：反向故障判據(jù)為：當(dāng)前第23頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.3.2閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)1閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)的工作原理閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)——此閉鎖信號(hào)由功率方向?yàn)樨?fù)的一側(cè)發(fā)出，被兩端的收信機(jī)接收，閉鎖兩端的保護(hù)，其工作原理如下圖所示。這種保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)——利用非故障線路一端的閉鎖信號(hào)，閉鎖非故障線路不跳閘。而對(duì)于故障線路跳閘則不需要閉鎖信號(hào)，這樣在內(nèi)部故障伴隨有通道破壞（例如通道相接地或斷線）時(shí)，兩端保護(hù)仍能可靠跳閘。這是這種保護(hù)得到廣泛應(yīng)用的主要原因。（圖4-13：閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)作用原理）當(dāng)前第24頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.3.2閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)2閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)的構(gòu)成下圖的保護(hù)動(dòng)作邏輯圖為線路一側(cè)的裝置原理框圖，另一側(cè)與此完全相同。當(dāng)前第25頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.3.3閉鎖式距離縱聯(lián)保護(hù)的原理閉鎖式距離縱聯(lián)保護(hù)——把方向比較式縱聯(lián)保護(hù)和距離保護(hù)結(jié)合起來(lái)構(gòu)成閉鎖式距離縱聯(lián)保護(hù)，可使內(nèi)部故障時(shí)能夠瞬時(shí)動(dòng)作，外部故障時(shí)則具有不同的時(shí)限特性，起到后備保護(hù)的作用，從而兼有兩種保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，并且能簡(jiǎn)化整個(gè)保護(hù)的接線。（圖4-15：閉鎖式距離縱聯(lián)保護(hù)所用的阻抗元件的動(dòng)作范圍和時(shí)限）當(dāng)前第26頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.3.3閉鎖式距離縱聯(lián)保護(hù)的原理閉鎖式距離縱聯(lián)保護(hù)實(shí)際上是由兩端完整的三段式距離保護(hù)附加高頻通信部分組成，其一端保護(hù)的工作原理框圖如圖4-16所示。在被保護(hù)線路內(nèi)、外部短路時(shí)的工作過(guò)程請(qǐng)按照上述的原理結(jié)合圖4－16自行分析。（圖4-16：閉鎖式距離縱聯(lián)保護(hù)的原理接線圖）當(dāng)前第27頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.3.3閉鎖式距離縱聯(lián)保護(hù)的原理閉鎖式距離縱聯(lián)保護(hù)的主要缺點(diǎn)——當(dāng)后備保護(hù)檢修時(shí)，主保護(hù)也被迫停運(yùn)，運(yùn)行檢修靈活性不夠。閉鎖式零序方向縱聯(lián)保護(hù)的實(shí)現(xiàn)原理與上相同，只需用三段式零序方向保護(hù)代替三段式距離保護(hù)元件并與收、發(fā)信機(jī)部分相配合即可。當(dāng)前第28頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)人工短路試驗(yàn)當(dāng)前第29頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.3.4影響方向比較式縱聯(lián)保護(hù)工作的因素及克服措施1非全相運(yùn)行對(duì)方向縱聯(lián)保護(hù)的影響及應(yīng)對(duì)措施非全相運(yùn)行狀態(tài)——在我國(guó)的超高壓輸電系統(tǒng)中，為了提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，經(jīng)常采用單相故障跳開(kāi)故障單相的方式（詳見(jiàn)第五章單相重合閘內(nèi)容），保留非故障的兩相繼續(xù)運(yùn)行的運(yùn)行狀態(tài)。下面示出線路一相僅在M側(cè)斷開(kāi)時(shí)的負(fù)序電壓分布圖和相量圖，其中下標(biāo)M代表母線側(cè)，下標(biāo)L代表線路側(cè)，負(fù)序電壓源接在M、L間的端口間（縱向不對(duì)稱故障）。當(dāng)前第30頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.3.4影響方向比較式縱聯(lián)保護(hù)工作的因素及克服措施結(jié)論——使用線路側(cè)電壓，受電側(cè)功率方向?yàn)檎?，送電?cè)負(fù)序功率方向?yàn)樨?fù)，發(fā)出閉鎖信號(hào)，保護(hù)不誤動(dòng)；若使用母線電壓，兩側(cè)負(fù)序功率方向同為正，保護(hù)誤動(dòng)。零序功率方向在非全相運(yùn)行期間與負(fù)序功率方向的特點(diǎn)一致。圖4-17：系統(tǒng)一相僅在一側(cè)斷開(kāi)的情況（ａ）系統(tǒng)圖；（ｂ）負(fù)序分量網(wǎng)絡(luò)圖；（ｃ）負(fù)序電壓分布圖；（ｄ）相量圖當(dāng)前第31頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.3.4影響方向比較式縱聯(lián)保護(hù)工作的因素及克服措施工頻故障分量（突變量）方向元件能適應(yīng)線路非全相運(yùn)行：負(fù)荷狀態(tài)——將非全相運(yùn)行視為非故障狀態(tài)，在兩相運(yùn)行的負(fù)荷狀態(tài)不會(huì)動(dòng)作。兩相運(yùn)行的線路上若再次發(fā)生故障——其故障附加網(wǎng)絡(luò)是兩相運(yùn)行時(shí)的等值網(wǎng)絡(luò)在故障點(diǎn)疊加一個(gè)故障電源，判別區(qū)內(nèi)、外短路的式(4-2)、式（4-3）仍然成立，突變量方向元件無(wú)論使用母線電壓還是線路電壓，仍能正確動(dòng)作?？朔侨噙\(yùn)行期間方向縱聯(lián)保護(hù)誤動(dòng)的措施：

使用線路側(cè)電壓，這也是超高壓線路電壓互感器裝于線路側(cè)的主要原因；在兩相運(yùn)行期間退出負(fù)序、零序方向元件，僅保留使用工頻突變量的方向元件。（圖為施工人員在組裝鐵塔）當(dāng)前第32頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.3.4影響方向比較式縱聯(lián)保護(hù)工作的因素及克服措施2功率倒向?qū)Ψ较蚩v聯(lián)保護(hù)的影響及克服措施右圖系統(tǒng)中假設(shè)故障發(fā)生在線路L1近M側(cè)的d點(diǎn)，斷路器3QF先于斷路器4QF跳閘：當(dāng)前第33頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.3.4影響方向比較式縱聯(lián)保護(hù)工作的因素及克服措施3分布電容對(duì)縱聯(lián)方向保護(hù)的影響及克服措施當(dāng)電壓互感器接于線路上時(shí)，保護(hù)安裝處的負(fù)序電壓為：流入方向元件的負(fù)序電流為：由相量圖可見(jiàn):而當(dāng)電壓互感器接于母線上時(shí)，負(fù)序方向縱聯(lián)保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)：圖4-19(a)、(b)分別表示在空載線路上，斷路器三相觸頭不同期合閘時(shí)的系統(tǒng)負(fù)序等值阻抗圖及保護(hù)安裝處負(fù)序相量圖：當(dāng)前第34頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.3.4影響方向比較式縱聯(lián)保護(hù)工作的因素及克服措施克服措施：對(duì)負(fù)序方向元件采取按躲過(guò)空載線路兩相先閉合時(shí)出現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)負(fù)序電容電流（較一相先閉合電流大）進(jìn)行整定；在空載合閘的過(guò)渡過(guò)程中，負(fù)序充電電容電流的數(shù)值會(huì)很大，一般很難由整定值躲開(kāi)，可增大保護(hù)起動(dòng)時(shí)間躲過(guò)空載合閘的過(guò)渡過(guò)程；用方向阻抗特性代替負(fù)序方向特性。（運(yùn)行中的SF6斷路器圖）當(dāng)前第35頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.4縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)當(dāng)前第36頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.4.1縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)1縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)的工作原理以下圖所示線路為例簡(jiǎn)要說(shuō)明電流縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的基本原理。圖中KD為差動(dòng)電流測(cè)量元件(差動(dòng)繼電器)。電流差動(dòng)保護(hù)——利用被保護(hù)元件兩側(cè)電流和在內(nèi)部短路與外部短路時(shí)一個(gè)短路點(diǎn)電流很大、一個(gè)幾乎為零的差異構(gòu)成的保護(hù)。電流相位差動(dòng)保護(hù)——利用兩側(cè)在內(nèi)部短路時(shí)幾乎同相、外部短路幾乎反相的特點(diǎn)，比較兩側(cè)電流的相位構(gòu)成的保護(hù)。當(dāng)前第37頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.4.1縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)不平衡電流——由于兩個(gè)電流互感器總是具有勵(lì)磁電流，且勵(lì)磁特性不完全相同，所以在正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，流過(guò)差動(dòng)繼電器的電流不等于零，此電流稱為不平衡電流。當(dāng)前第38頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.4.1縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)當(dāng)前第39頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.4.1縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)2輸電線路縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)特性分析(1)不帶制動(dòng)特性的差動(dòng)繼電器特性其動(dòng)作方程是：Ir-流入差動(dòng)繼電器的電流；Iset—差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流整定值；Iset值通常按以下兩個(gè)條件來(lái)選?。?）躲過(guò)外部短路時(shí)的最大不平衡電流，即Iset＝KrelKnpKerKstIkmax（4.23）式中,Krel—可靠系數(shù)，取1.2~1.3；Knp—非周期分量系數(shù)，當(dāng)差動(dòng)回路采用速飽和變流器時(shí)，

Knp為1；當(dāng)差動(dòng)回路是用串聯(lián)電阻降低不平衡電流時(shí)，為1.5~2；Ker—電流互感器的10%誤差系數(shù)；Kst—同型系數(shù)，在兩側(cè)電流互感器同型號(hào)時(shí)取0.5，不同型號(hào)時(shí)取1；Ikmax—外部短路時(shí)流過(guò)電流互感器的最大短路電流（二次值）。2）躲過(guò)最大負(fù)荷電流，即Iset＝KrelILmax（4.24）式中Krel—可靠系數(shù)，取1.2~1.3；ILmax—線路正常運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電流的二次值。

取以上兩個(gè)整定值中較大的一個(gè)作為差動(dòng)繼電器的整定值。保護(hù)應(yīng)滿足線路在單側(cè)電源運(yùn)行發(fā)生內(nèi)部短路時(shí)有足夠的靈敏度：Ikmin單側(cè)最小電源作用且被保護(hù)線路末端短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)的最小短路電流。（SEL-311L線路電流差動(dòng)系統(tǒng)圖）當(dāng)前第40頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.4.1縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)（2）帶有制動(dòng)線圈的差動(dòng)繼電器特性其電磁型繼電器（虛框內(nèi)）的結(jié)構(gòu)原理和動(dòng)作特性如下圖所示：繼電器的動(dòng)作方程為：當(dāng)前第41頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.4.2兩側(cè)電流的同步測(cè)量?jī)蓚?cè)的“同步數(shù)據(jù)”——指兩側(cè)的采樣時(shí)刻必須嚴(yán)格同時(shí)刻和使用兩側(cè)相同時(shí)刻的采樣點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。常見(jiàn)的同步方法有基于數(shù)據(jù)通道的同步方法和基于全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem）GPS同步時(shí)鐘的同步方法。1基于數(shù)據(jù)通道的同步方法當(dāng)前第42頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.4.2兩側(cè)電流的同步測(cè)量如下圖所示，線路兩側(cè)保護(hù)中任意規(guī)定一側(cè)為主站,另一側(cè)為從站。兩側(cè)固有采樣頻率相同，采樣間隔為Ts，由晶振控制。tm1、tm2、…、tmj為主站時(shí)標(biāo)采樣時(shí)刻點(diǎn)；ts1、ts2、…、tsi為從站時(shí)標(biāo)采樣時(shí)刻點(diǎn)。（圖4-22：采樣時(shí)刻調(diào)整法原理示意圖）在通道延時(shí)的測(cè)定過(guò)程中，主、從站都將各自的時(shí)標(biāo)送給了對(duì)端（也可以專門單獨(dú)發(fā)送），從站可以根據(jù)主站時(shí)標(biāo)修改自己的時(shí)標(biāo)與主站相同，以主站時(shí)標(biāo)為兩側(cè)的時(shí)標(biāo)，這種方式應(yīng)用較多。也可以兩側(cè)都保存兩側(cè)的時(shí)標(biāo)，記憶兩側(cè)時(shí)標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)前第43頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.4.2兩側(cè)電流的同步測(cè)量2基于具有統(tǒng)一時(shí)鐘的同步方法全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem-GPS)是美國(guó)于1993年全面建成的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航和定位系統(tǒng).它由24顆衛(wèi)星組成,具有全球覆蓋、全天候工作、24h連續(xù)實(shí)時(shí)地為地面上無(wú)限個(gè)用戶提供高精度位置和時(shí)間信息的能力。GPS傳遞的時(shí)間能在全球范圍內(nèi)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘(UTC)保持高精度同步，是迄今為止最為理想的全球共享無(wú)線電時(shí)鐘信號(hào)源。當(dāng)前第44頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.4.2兩側(cè)電流的同步測(cè)量專用定時(shí)型GPS接收機(jī)由接收天線和接收模塊組成，接收機(jī)在任意時(shí)刻能同時(shí)接收其視野范圍里4~8顆衛(wèi)星的信息，通過(guò)對(duì)接收到的信息進(jìn)行解碼、運(yùn)算和處理，能從中提取并輸出兩種時(shí)間信號(hào)：一、秒脈沖信號(hào)1PPS(1pulsepersecond)，該脈沖信號(hào)上升沿與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘UTC的同步誤差不超過(guò)1μs；二、經(jīng)串行口輸出與1PPS對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間(年、月、日、時(shí)、分、秒)代碼。基于GPS時(shí)鐘的輸電線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)同步方案如圖4-23所示：（世界上第一臺(tái)GPS接收機(jī)）（圖4-23：基于GPS的同步采樣方案）當(dāng)前第45頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.4.3縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)1縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)的工作原理縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)原理--僅利用輸電線路兩端電流相位在區(qū)外短路時(shí)相差180°、區(qū)內(nèi)短路時(shí)相差為0°，也可以區(qū)分區(qū)內(nèi)、外短路。（圖4－24：閉鎖式縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)的原理框圖）收信比較時(shí)間t3元件：請(qǐng)轉(zhuǎn)至下一頁(yè)當(dāng)前第46頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.4.3縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)收信比較時(shí)間t3元件(收信機(jī)既可收到本側(cè)高頻電流又可收到對(duì)側(cè)高頻電流):時(shí)間t3元件對(duì)收到的高頻電流進(jìn)行整流并延時(shí)t3后有輸出，并展寬t4時(shí)間：（圖4-20c：內(nèi)部短路兩側(cè)電流及高頻信號(hào)）（圖4-20b：外部短路兩側(cè)電流及高頻信號(hào)）當(dāng)前第47頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.4.3縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)2縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性與相繼動(dòng)作（1）縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)的閉鎖角及其整定——為了保證在任何外部短路條件下保護(hù)都不誤動(dòng)，需要分析外部短路時(shí)兩側(cè)收到的高頻電流之間不連續(xù)的最大時(shí)間間隔即對(duì)應(yīng)工頻的相角差，以整定t3延時(shí)。所以，線路越長(zhǎng)閉鎖角越大。（圖4-25c：動(dòng)作特性圖）當(dāng)前第48頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.4.3縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)（2）校驗(yàn)內(nèi)部短路最不利動(dòng)作時(shí)保護(hù)動(dòng)作的靈敏度（以圖4－25a所示系統(tǒng)為例）M側(cè)收到的高頻信號(hào)不連續(xù)的間隔最大可達(dá)：N側(cè)收到的高頻信號(hào)不連續(xù)的間隔為：所以N側(cè)保護(hù)可以動(dòng)作，M側(cè)保護(hù)則不一定動(dòng)作。為解決M側(cè)不能跳閘問(wèn)題，當(dāng)N側(cè)跳閘后，停止發(fā)高頻信號(hào)，M側(cè)只能收到自己發(fā)的高頻信號(hào)，間隔180°，滿足跳閘條件隨之也跳閘。相繼動(dòng)作—一端保護(hù)隨另一端保護(hù)動(dòng)作而動(dòng)作的情況稱為保護(hù)的“相繼動(dòng)作”，保護(hù)相繼動(dòng)作的一端故障切除的時(shí)間變慢。（圖4-25a：系統(tǒng)示意圖）（圖4-25b：內(nèi)部短路相量圖）當(dāng)前第49頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.4.3縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)3負(fù)序?yàn)V過(guò)器按照負(fù)序分量的定義，負(fù)序電壓與三相電壓的關(guān)系為：負(fù)序?yàn)V過(guò)器——從三相不對(duì)稱電壓、電流中取出負(fù)序分量的回路。(1)負(fù)序電壓濾過(guò)器一般通過(guò)阻容元件構(gòu)成，如圖4-26（a）所示：使用三相線電壓為輸入，濾掉零序分量；為使當(dāng)只有正序輸入時(shí)，讓輸出為零，當(dāng)只有負(fù)序輸入時(shí)，輸出最大，選擇電阻、電容參數(shù)為：（圖4-26a：負(fù)序電壓濾過(guò)器接線圖）當(dāng)前第50頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期六\8點(diǎn)4.4.3縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)R1、X1回路中電流超前電壓30°，R2、X2回路中電流超前電壓60°，則可得到當(dāng)輸入電壓中只有正序分量時(shí)M、N端子輸出的負(fù)序電壓為零；當(dāng)輸入電壓中只有負(fù)序分量時(shí)M、N端子輸出的負(fù)序電壓為