高壓線路保護(hù)

高壓線路保護(hù)授課人繼電保護(hù)任務(wù)故障故障特征主要內(nèi)容重合閘零序方向保護(hù)接地距離保護(hù)相間距離保護(hù)光纖分相電流差動光纖分相差動保護(hù)光纖分相差動保護(hù)采用光纖通道，電流差動原理，性能優(yōu)越，目前廣泛用于高壓線路。

線路縱聯(lián)1.全線速動保護(hù)

在高壓輸電線路上，要求繼電保護(hù)無時限地切除線路上任一點(diǎn)發(fā)生的故障。2.單側(cè)測量保護(hù)無法實現(xiàn)全線速動

所謂單側(cè)測量保護(hù)是指保護(hù)僅測量線路某一側(cè)的母線電壓、線路電流等電氣量。單側(cè)測量保護(hù)有一個共同的缺點(diǎn)，就是無法快速切除本線路上的所有故障。線路縱聯(lián)線路縱聯(lián)由上圖可以看出本線路末端故障k1與下線路始端故障k2兩種情況下，保護(hù)測量到的電流、電壓幾乎是相同的。如果為了保證選擇性，k2故障時保護(hù)不能無時限切除，則本線路末端k1故障時也就無法無時限切除。可見單側(cè)測量保護(hù)無法實現(xiàn)全線速動的根本原因是考慮到互感器、保護(hù)均存在誤差，不能有效地區(qū)分本線路末端故障與下線路始端故障。線路縱聯(lián)3.雙側(cè)測量保護(hù)原理如何實現(xiàn)全線速動

為了實現(xiàn)全線速動保護(hù)，保護(hù)判據(jù)由線路兩側(cè)的電氣量或保護(hù)動作行為構(gòu)成，進(jìn)行雙側(cè)測量。雙側(cè)測量時需要相應(yīng)的保護(hù)通道進(jìn)行信息交換。雙側(cè)測量線路保護(hù)的基本原理主要有以下三種：（1）以基爾霍夫電流定律為基礎(chǔ)的電流差動保護(hù)；（2）比較線路兩側(cè)電流相位關(guān)系的相位差動保護(hù)；（3）比較線路兩側(cè)保護(hù)對故障方向判別結(jié)果的縱聯(lián)方向保護(hù)。差動保護(hù)構(gòu)成（環(huán)流法）：1.線路兩側(cè)性能和變比完全相同的TA2.二次回路用電纜相連，構(gòu)成環(huán)路3.差動繼電器并聯(lián)在環(huán)路上，構(gòu)成差動回路正常情況下，環(huán)路中形成環(huán)流；故障情況下，差動回路中產(chǎn)生電流。電流差動保護(hù)電流縱聯(lián)差動保護(hù)的示意圖(a)外部短路(b)內(nèi)部短路電流差動保護(hù)電流差動上圖為電流差動保護(hù)原理示意圖，保護(hù)測量電流為線路兩側(cè)電流相量和，也稱差動電流。忽略了線路電容電流后，在下線路始端發(fā)生故障時，差動電流為零；在本線末端發(fā)生故障時，差動電流為故障點(diǎn)短路電流，有明顯的區(qū)別，可以實現(xiàn)全線速動保護(hù)。電流差動原理用于線路縱聯(lián)差動保護(hù)、線路光纖分相差動保護(hù)以及變壓器、發(fā)電機(jī)、母線等元件保護(hù)上。相位差動相位差動上圖為相位差動保護(hù)（簡稱“相差保護(hù)”）原理示意圖，保護(hù)測量的電氣量為線路兩側(cè)電流的相位差。

正常運(yùn)行及外部故障時，流過線路的電流為“穿越性“的，相位差為1800；內(nèi)部故障時，線路兩側(cè)電流的相位差較小。相位差動保護(hù)以線路兩側(cè)電流相位差小于整定值作為內(nèi)部故障的判據(jù)，主要用于相差高頻保護(hù)，由于該保護(hù)對通道、收發(fā)信機(jī)等設(shè)備要求較高，技術(shù)相對復(fù)雜，微機(jī)型線路保護(hù)已不采用相差高頻保護(hù)原理?？v聯(lián)方向保護(hù)縱聯(lián)方向保護(hù)上圖為比較線路兩側(cè)保護(hù)對故障方向判別結(jié)果的縱聯(lián)方向保護(hù)原理示意圖。外部故障時遠(yuǎn)故障側(cè)保護(hù)判別為正向故障，而近故障側(cè)保護(hù)判別為反向故障；如果兩側(cè)保護(hù)均判別為正向故障，則故障在本線路上。由于縱聯(lián)方向保護(hù)僅需由通道傳輸對側(cè)保護(hù)的故障方向判別結(jié)果，屬于邏輯量，對通道的要求較低，目前廣泛應(yīng)用于高壓線路微機(jī)保護(hù)上。故障方向的判別既可以采用獨(dú)立的方向元件（各種方向縱聯(lián)保護(hù)）也可以利用零序電流保護(hù)、距離保護(hù)中的零序電流方向元件、方向阻抗元件完成縱聯(lián)零序、縱聯(lián)距離保護(hù)。線路縱聯(lián)1.按通道類型分類

（1）導(dǎo)引線：兩側(cè)保護(hù)電流回路由二次電纜連接起來，用于線路縱差保護(hù)；

（2）載波通道：使用電力線路構(gòu)成載波通道，用于高頻保護(hù)；（4-500KHZ)

（3）微波通道：用于微波保護(hù)；(2000MHZ)

（4）光纖通道：用于光纖分相差動保護(hù)。(HZ)

線路縱聯(lián)保護(hù)通道類型光纖通道微波通道導(dǎo)引線載波通道線路縱聯(lián)電流差動原理2.按保護(hù)原理分類縱聯(lián)方向原理線路縱聯(lián)3.按高頻信號類型分類圖A：跳閘信號圖B：允許信號圖C：閉鎖信號

圖（a）約定線路兩側(cè)的Ⅰ段保護(hù)動作后跳開本側(cè)斷路器，同時向?qū)?cè)保護(hù)發(fā)出”跳閘信號“，對側(cè)保護(hù)收到跳閘信號后立即跳閘。稱為“跳閘式”縱聯(lián)保護(hù)。圖（b）約定保護(hù)判明為正向故障時向?qū)?cè)發(fā)出“允許信號”，保護(hù)啟動后本側(cè)判別為正向故障且收到對側(cè)保護(hù)的允許信號時說明兩側(cè)保護(hù)均判別故障為正方向，動作于跳閘出口，這種方案為“允許式”縱聯(lián)保護(hù)。

圖（c）約定保護(hù)判明故障為反方向時，發(fā)出“閉鎖信號”閉鎖兩側(cè)保護(hù)，稱為“閉鎖式”縱聯(lián)保護(hù)；縱聯(lián)保護(hù)通道導(dǎo)引線

導(dǎo)引線通道就是用二次電纜將線路兩側(cè)保護(hù)的電流回路聯(lián)系起來，主要問題是導(dǎo)引線通道長度與輸電線路相當(dāng)，敷設(shè)困難；通道發(fā)生斷線、短路時會導(dǎo)致保護(hù)誤動，運(yùn)行中檢測、維護(hù)通道困難；導(dǎo)引線較長時電流互感器二次阻抗過大導(dǎo)致誤差增大。導(dǎo)引線通道構(gòu)成的縱聯(lián)保護(hù)僅用于少數(shù)特殊的短線路上?？v聯(lián)保護(hù)通道載波通道

載波通道是利用電力線路、結(jié)合加工設(shè)備、收發(fā)信機(jī)構(gòu)成的一種有線通信通道，以載波通道構(gòu)成的線路縱聯(lián)保護(hù)也稱為高頻保護(hù)。

“相地制”電力線載波高頻通道結(jié)構(gòu)如下圖所示。載波通道組成載波通道組成（1）阻波器

阻波器為一個LC并聯(lián)電路，載波頻率下并聯(lián)諧振，呈現(xiàn)高阻抗，阻止高頻電流流出母線以減小衰耗和防止與相鄰線路的縱聯(lián)保護(hù)形成相互干擾。對于50Hz工頻阻波器則呈現(xiàn)低阻抗（0.04Ω），不影響工頻電流的傳輸。

（2）耦合電容器

耦合電容器為高壓小容量電容，與結(jié)合濾波器串聯(lián)諧振于載波頻率，允許高頻電流流過，而對工頻電流呈現(xiàn)高阻抗，阻止其流過。

（3）結(jié)合濾波器

結(jié)合濾波器作用是電氣隔離與阻抗匹配。結(jié)合濾波器將高壓部分與低壓的二次設(shè)備隔離，同時與兩側(cè)的通道阻抗匹配以減小反射衰耗。

載波通道組成（4）電纜

高頻電纜一般為同軸電纜，電纜芯外有屏蔽層，為減小干擾，屏蔽層應(yīng)可靠接地。（5）保護(hù)間隙

當(dāng)高壓侵入時，保護(hù)間隙擊穿并限制了結(jié)合濾波器上的電壓，起到過壓保護(hù)的作用。（6）接地刀閘

檢修時合上接地刀閘，保證人身安全，檢修完畢通道投入運(yùn)行前必須打開接地刀閘。

線路縱聯(lián)高頻通道工作方式：

1.短時發(fā)信方式收發(fā)信機(jī)在系統(tǒng)正常情況下不發(fā)信，系統(tǒng)擾動時繼電保護(hù)起動，發(fā)信機(jī)投入工作。又稱為故障發(fā)信。優(yōu)點(diǎn)：

干擾少，壽命長。缺點(diǎn)：需啟動元件，延長了保護(hù)時間；另外需定期起動發(fā)信機(jī)檢查通道。

2.長期發(fā)信方式發(fā)信機(jī)始終投入工作，又稱長期發(fā)信方式。對功放、電源等電路要求較高。優(yōu)點(diǎn)：通道監(jiān)視方便、能迅速發(fā)現(xiàn)通道缺陷。無起動元件，保護(hù)簡化。缺點(diǎn)：使用年限減少，干擾多。線路縱聯(lián)“單頻制”與“雙頻制”

單頻制是指兩側(cè)發(fā)信機(jī)和收信機(jī)均使用同一個頻率，收信機(jī)收到的信號為兩側(cè)發(fā)信機(jī)信號的疊加，見下圖（a），單頻制用于“閉鎖式”保護(hù)。

線路縱聯(lián)雙頻制則是一側(cè)的發(fā)信機(jī)與收信機(jī)使用不同的頻率，收信機(jī)只能收到對側(cè)發(fā)信機(jī)的信號而收不到本側(cè)發(fā)信機(jī)的信號，如上圖（b）所示，允許式保護(hù)需要采用雙頻制。

線路縱聯(lián)調(diào)制方式

收發(fā)信機(jī)調(diào)制方式有調(diào)幅與移頻鍵控（FSK）兩種。調(diào)幅方式以高頻電流的“有”、“無”傳送信息；FSK方式則以不同的頻率傳送信息，即正常運(yùn)行式發(fā)出功率較小的監(jiān)頻fG信號監(jiān)視通道，系統(tǒng)故障時改發(fā)功率較大的跳頻fT信號。

線路縱聯(lián)專用方式與復(fù)用方式

高頻保護(hù)單獨(dú)使用一臺收發(fā)信機(jī)為專用方式。高頻保護(hù)也可以采用音頻接口接至通信載波機(jī)，與遠(yuǎn)動通信復(fù)用收發(fā)信機(jī)，稱復(fù)用方式。

線路縱聯(lián)微波通道

微波通道為無線通信方式，采用頻率為2000MHz、6000～8000MHz，主要用于電力系統(tǒng)通信，由定向天線、連接電纜、收發(fā)信機(jī)組成。

線路縱聯(lián)光纖通道

光纖通道通信容量大，不受電磁干擾，隨著光纖通信技術(shù)的快速發(fā)展，使用光纖通道的縱聯(lián)保護(hù)應(yīng)用日益廣泛。

光纖通信的原理是將電氣量編碼后送入光發(fā)送機(jī)控制發(fā)光的強(qiáng)弱，光在光纖中傳送，光接收機(jī)則將收到的光信號的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)為電信號，見圖。線路縱聯(lián)線路縱聯(lián)光纜由多股光纖制成，光纖結(jié)構(gòu)如圖所示。纖芯由高折射率的高純度二氧化硅材料制成，直徑僅100～200μm，用于傳送光信號。包層為摻有雜質(zhì)的二氧化硅，作用是使光信號能在纖芯中產(chǎn)生全反射傳輸。涂覆層及套塑用來加強(qiáng)光纖機(jī)械強(qiáng)度。線路縱聯(lián)光纜由多根光纖絞制而成，為了提高機(jī)械強(qiáng)度，采用多股鋼絲起加固作用，光纜中還可以絞制銅線用于電源線或傳輸電信號。光纜可以埋入地下，也可以固定在桿塔上，或置于空心的架空地線中（復(fù)合地線式光纜OPGW）。線路縱聯(lián)下圖為兩種光纖通道連接方式，采用專用光纖方式時兩臺縱聯(lián)保護(hù)通過光纖直接相連；采用數(shù)字復(fù)接方式時在通信機(jī)房增加一臺數(shù)字復(fù)接接口設(shè)備。線路縱聯(lián)光纖分相差動保護(hù)輸電線路兩側(cè)電流采樣信號通過編碼變成碼流形式后轉(zhuǎn)換成光信號經(jīng)光纖送至對側(cè)保護(hù)，保護(hù)裝置收到對側(cè)傳來的光信號先解調(diào)為電信號再與本側(cè)保護(hù)的電流信號構(gòu)成差動保護(hù)。光纖通道通信容量大，采用分相差動方式，即三相電流各自構(gòu)成差動保護(hù)。

光纖分相差動保護(hù)電流差動元件動作特性見圖所示光纖分相差動保護(hù)圖中差動電流為Id，即兩側(cè)電流相量和的幅值；制動電流Ibrk，即兩側(cè)電流相量差的幅值。圖中Iset為整定電流，陰影部分為動作區(qū)，折線的斜率為制動系數(shù)Kbrk（0.5-0.75）。動作方程為：Id>Iset

Id>KbrkIbrk

兩項條件“與”邏輯輸出。判據(jù)不是簡單的過電流判據(jù)Id>Iset，而是引入了“制動特性”，即制動電流增大時抬高動作電流。選擇穩(wěn)壓管的擊穿電壓，可以得到所需的制動特性曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。制動特性廣泛用于各種差動保護(hù)，防止外部故障穿越性電流形成的不平衡電流導(dǎo)致保護(hù)誤動。光纖分相差動保護(hù)光纖分相差動保護(hù)如上圖所示，外部故障時，Id=Iunb=0.05Ik，Ibrk=2Ik，Id/Ibrk=0.025Ik，Ik為“穿越性”的外部故障電流。差動電流不會進(jìn)入動作區(qū)，保護(hù)不動作。光纖分相差動保護(hù)光纖分相差動保護(hù)內(nèi)部故障情況如上圖所示，Id=Ik，Ibrk=(0～1)Ik，Id/Ibrk=(1～∞)Ik

，Id(Ibrk)在圖中標(biāo)注的區(qū)間內(nèi)，保護(hù)可靠動作。Ik為故障點(diǎn)總的短路電流，制動電流大小與短路電流的分布有關(guān)，注意制動系數(shù)Kbrk應(yīng)小于1。

光纖分相差動保護(hù)光纖分相差動保護(hù)對于輕微故障及經(jīng)大電阻的故障線路，上述分相電流差動靈敏度可能不夠，而零序電流差動通常作為后備要求延時，為了進(jìn)一步提高保護(hù)靈敏度，加快保護(hù)動作速度，可采用工頻變化量分相差動保護(hù)。問題投入或經(jīng)更改的電流回路應(yīng)利用負(fù)荷電流進(jìn)行哪些檢驗？檢驗項目①測量每相及零序回路的電流值；②測量各相電流的極性及相序是否正確；③定（核）相；④對接有差動保護(hù)或電流保護(hù)相序濾過器的回路，測量有關(guān)不平衡值。問題差動保護(hù)用CT在最大穿越性電流時其誤差超過10%，可以采取什么措施防止誤動作？措施1）適當(dāng)增大CT變比；2）將兩組同型號CT二次串聯(lián)使用；3）減少CT二次回路負(fù)載；4）對新型差動繼電器可提高比率制動系數(shù)等等。距離保護(hù)原理

距離保護(hù)是由阻抗繼電器完成電壓電流比值測量，根據(jù)比值的大小來判斷故障的遠(yuǎn)近，并利用故障的遠(yuǎn)近確定動作時間的一種保護(hù)裝置。通常將該比值稱為阻抗繼電器的測量阻抗ZK=úK/íK距離保護(hù)原理下圖中k點(diǎn)短路時，加在阻抗繼電器上的電壓為母線的殘壓úmK，電流為短路電流ìK，阻抗繼電器的一次測量阻抗就是短路阻抗：

ZK=ùmK/ìK=ZLK距離保護(hù)原理距離保護(hù)原理由于Umk<UN，Ik>IL，因此ZK<ZL。故利用阻抗繼電器的測量阻抗可以區(qū)分故障與正常運(yùn)行，并且能夠判斷出故障的遠(yuǎn)近。

故障距離越遠(yuǎn)，測量阻抗越大。因此測量阻抗越大，保護(hù)動作時間應(yīng)當(dāng)越長，并采用三段式距離保護(hù)來滿足繼電保護(hù)的基本要求。三段式距離保護(hù)的動作原則與電流保護(hù)類似。距離保護(hù)階梯型時限特性參見下圖。距離保護(hù)原理距離保護(hù)原理（1）I段瞬時動作，為保證選擇性，保護(hù)區(qū)不能伸出本線路，即測量阻抗小于本線路阻抗時動作。如圖所示，引入可靠系數(shù)（0.8～0.85)

（2）II段延時動作，為保證選擇性，保護(hù)區(qū)不能伸出相鄰線路I段保護(hù)區(qū)，即測量阻抗小于本線路阻抗與相鄰線路I段動作阻抗之和時動作。引入可靠系數(shù)（一般取0.8）

（3）III段除了作為本線路的近后備保護(hù)外，還要作為相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)。其測量阻抗小于負(fù)荷阻抗時起動，故動作阻抗小于最小的負(fù)荷阻抗。動作時間與電流保護(hù)III段時間有相同的配置原則，即大于相鄰線路最長的動作時間。

距離保護(hù)原理距離保護(hù)原理距離保護(hù)如上圖所示，由起動元件、測量元件與邏輯回路三部分組成。

（1）起動元件

起動元件的主要作用是在被保護(hù)線路發(fā)生故障時起動保護(hù)裝置或進(jìn)入故障計算程序。采用負(fù)序電流及電流突變量元件作為起動元件。

（2）測量元件

測量元件完成保護(hù)安裝處到故障點(diǎn)阻抗或距離的測量，并與事先確定好的整定值進(jìn)行比較，當(dāng)保護(hù)區(qū)內(nèi)部故障時動作，外部故障時不動作。測量元件由I、II、III段的阻抗繼電器1KR、2KR、3KR來完成。

（3）邏輯回路

邏輯回路一般由一些邏輯門與時間元件組成，用于判斷保護(hù)區(qū)內(nèi)部或外部故障，并在不同保護(hù)區(qū)內(nèi)部故障時以相應(yīng)的動作延時控制斷路器的跳閘。距離保護(hù)原理阻抗繼電器是距離保護(hù)的核心元件，它的作用是用來測量保護(hù)安裝處故障點(diǎn)到故障點(diǎn)的阻抗（距離），并與整定值進(jìn)行比較，以確定是保護(hù)區(qū)內(nèi)部故障還是保護(hù)區(qū)外故障。

距離保護(hù)原理

1.相間距離保護(hù)0o接線

根據(jù)上面的分析，反應(yīng)相間故障的阻抗繼電器接線應(yīng)當(dāng)以相間電壓作為繼電器電壓，以相間電流差為繼電器電流。由于在負(fù)荷電流下（cosφ=1）繼電器電壓電流為0o，所以這種接線稱為相間距離保護(hù)0o接線。接線如下表所示。

距離保護(hù)原理距離保護(hù)原理2.接地距離保護(hù)零序補(bǔ)償接線

在中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中，當(dāng)零序電流保護(hù)不能滿足要求時，一般考慮采用接地距離保護(hù)，它的主要任務(wù)是反應(yīng)電網(wǎng)的接地故障。

反應(yīng)接地故障的阻抗繼電器接線應(yīng)當(dāng)以相電壓作為繼電器電壓，以相電流ìK+3Kì0為繼電器電流，此接線方式稱為零序補(bǔ)償接線。接線如表所示。距離保護(hù)原理問題距離保護(hù)在失去電壓或總閉鎖元件動作的情況下，應(yīng)怎樣進(jìn)行處理？（1）停用接入該電壓互感器的所有距離保護(hù)總連接片。（2）若同時出現(xiàn)直流接地時，在距離保護(hù)連接片未斷開前，不允許拉合直流電源來查找直流接地點(diǎn)。（3）立即去開關(guān)場恢復(fù)電壓互感器二次回路中被斷開的熔斷器，或消除其他原因造成的失壓，使電壓互感器二次恢復(fù)正常。（4）在確保電壓互感器二次恢復(fù)正常，并經(jīng)電壓表測量各相電壓正常后，才允許解除距離保護(hù)的閉鎖，按規(guī)定程序投入各套被停用的距離保護(hù)總連接片。

零序電流保護(hù)接地故障產(chǎn)生零序分量是最顯著的特點(diǎn)。正常運(yùn)行和三相短路及兩相短路都不產(chǎn)生零序分量(分析省略)。取出零序分量用以構(gòu)成專門的接地保護(hù)，稱為零序保護(hù)。零序分量的取得方法:(1)零序電流濾過器

(2)零序電流互感器零序電流保護(hù)零序電壓的取得方法：（a）由三個單相電壓互感器組成；（b）由三相五柱式電壓互感器組成；（c）由發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電壓互感器（零序電壓互感器）取得零序電壓。零序電流保護(hù)零序電流保護(hù)一般配置三段式或四段式零序電流保護(hù)。

（1）零序電流Ⅰ段為速動段保護(hù)；

（2）零序電流Ⅱ段為帶時限零序電流速段保護(hù)；

（3）零序電流Ⅲ段為零序過電流保護(hù)。零序電流保護(hù)1.零序電流速斷保護(hù)（零序電流I段）

無時限零序電流速斷保護(hù)工作原理，與無時限電流速斷保護(hù)相似，靠整定零序電流的大小來獲得選擇性。零序電流保護(hù)零序電流保護(hù)當(dāng)在被保護(hù)線路MN上發(fā)生單相或兩相接地短路