高壓線路保護

高壓線路保護授課人繼電保護任務故障故障特征主要內容重合閘零序方向保護接地距離保護相間距離保護光纖分相電流差動光纖分相差動保護光纖分相差動保護采用光纖通道，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

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

所謂單側測量保護是指保護僅測量線路某一側的母線電壓、線路電流等電氣量。單側測量保護有一個共同的缺點，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?？梢妴蝹葴y量保護無法實現(xiàn)全線速動的根本原因是考慮到互感器、保護均存在誤差，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.雙側測量保護原理如何實現(xiàn)全線速動

為了實現(xiàn)全線速動保護，保護判據由線路兩側的電氣量或保護動作行為構成，進行雙側測量。雙側測量時需要相應的保護通道進行信息交換。雙側測量線路保護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的電流差動保護；（2）比較線路兩側電流相位關系的相位差動保護；（3）比較線路兩側保護對故障方向判別結果的縱聯(lián)方向保護。差動保護構成（環(huán)流法）：1.線路兩側性能和變比完全相同的TA2.二次回路用電纜相連，構成環(huán)路3.差動繼電器并聯(lián)在環(huán)路上，構成差動回路正常情況下，環(huán)路中形成環(huán)流；故障情況下，差動回路中產生電流。電流差動保護電流縱聯(lián)差動保護的示意圖(a)外部短路(b)內部短路電流差動保護電流差動上圖為電流差動保護原理示意圖，保護測量電流為線路兩側電流相量和，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，差動電流為故障點短路電流，有明顯的區(qū)別，可以實現(xiàn)全線速動保護。電流差動原理用于線路縱聯(lián)差動保護、線路光纖分相差動保護以及變壓器、發(fā)電機、母線等元件保護上。相位差動相位差動上圖為相位差動保護（簡稱“相差保護”）原理示意圖，保護測量的電氣量為線路兩側電流的相位差。

正常運行及外部故障時，流過線路的電流為“穿越性“的，相位差為1800；內部故障時，線路兩側電流的相位差較小。相位差動保護以線路兩側電流相位差小于整定值作為內部故障的判據，主要用于相差高頻保護，由于該保護對通道、收發(fā)信機等設備要求較高，技術相對復雜，微機型線路保護已不采用相差高頻保護原理?？v聯(lián)方向保護縱聯(lián)方向保護上圖為比較線路兩側保護對故障方向判別結果的縱聯(lián)方向保護原理示意圖。外部故障時遠故障側保護判別為正向故障，而近故障側保護判別為反向故障；如果兩側保護均判別為正向故障，則故障在本線路上。由于縱聯(lián)方向保護僅需由通道傳輸對側保護的故障方向判別結果，屬于邏輯量，對通道的要求較低，目前廣泛應用于高壓線路微機保護上。故障方向的判別既可以采用獨立的方向元件（各種方向縱聯(lián)保護）也可以利用零序電流保護、距離保護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。線路縱聯(lián)1.按通道類型分類

（1）導引線：兩側保護電流回路由二次電纜連接起來，用于線路縱差保護；

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

（3）微波通道：用于微波保護；(2000MHZ)

（4）光纖通道：用于光纖分相差動保護。(HZ)

線路縱聯(lián)保護通道類型光纖通道微波通道導引線載波通道線路縱聯(lián)電流差動原理2.按保護原理分類縱聯(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）約定線路兩側的Ⅰ段保護動作后跳開本側斷路器，同時向對側保護發(fā)出”跳閘信號“，對側保護收到跳閘信號后立即跳閘。稱為“跳閘式”縱聯(lián)保護。圖（b）約定保護判明為正向故障時向對側發(fā)出“允許信號”，保護啟動后本側判別為正向故障且收到對側保護的允許信號時說明兩側保護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。

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

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

載波通道是利用電力線路、結合加工設備、收發(fā)信機構成的一種有線通信通道，以載波通道構成的線路縱聯(lián)保護也稱為高頻保護。

“相地制”電力線載波高頻通道結構如下圖所示。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）結合濾波器

結合濾波器作用是電氣隔離與阻抗匹配。結合濾波器將高壓部分與低壓的二次設備隔離，同時與兩側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，屏蔽層應可靠接地。（5）保護間隙

當高壓侵入時，保護間隙擊穿并限制了結合濾波器上的電壓，起到過壓保護的作用。（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)信機在系統(tǒng)正常情況下不發(fā)信，系統(tǒng)擾動時繼電保護起動，發(fā)信機投入工作。又稱為故障發(fā)信。優(yōu)點：

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

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

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

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

線路縱聯(lián)調制方式

收發(fā)信機調制方式有調幅與移頻鍵控（FSK）兩種。調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)專用方式與復用方式

高頻保護單獨使用一臺收發(fā)信機為專用方式。高頻保護也可以采用音頻接口接至通信載波機，與遠動通信復用收發(fā)信機，稱復用方式。

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，隨著光纖通信技術的快速發(fā)展，使用光纖通道的縱聯(lián)保護應用日益廣泛。

光纖通信的原理是將電氣量編碼后送入光發(fā)送機控制發(fā)光的強弱，光在光纖中傳送，光接收機則將收到的光信號的強弱變化轉為電信號，見圖。線路縱聯(lián)線路縱聯(lián)光纜由多股光纖制成，光纖結構如圖所示。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。包層為摻有雜質的二氧化硅，作用是使光信號能在纖芯中產生全反射傳輸。涂覆層及套塑用來加強光纖機械強度。線路縱聯(lián)光纜由多根光纖絞制而成，為了提高機械強度，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)保護通過光纖直接相連；采用數(shù)字復接方式時在通信機房增加一臺數(shù)字復接接口設備。線路縱聯(lián)光纖分相差動保護輸電線路兩側電流采樣信號通過編碼變成碼流形式后轉換成光信號經光纖送至對側保護，保護裝置收到對側傳來的光信號先解調為電信號再與本側保護的電流信號構成差動保護。光纖通道通信容量大，采用分相差動方式，即三相電流各自構成差動保護。

光纖分相差動保護電流差動元件動作特性見圖所示光纖分相差動保護圖中差動電流為Id，即兩側電流相量和的幅值；制動電流Ibrk，即兩側電流相量差的幅值。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。判據不是簡單的過電流判據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折點。制動特性廣泛用于各種差動保護，防止外部故障穿越性電流形成的不平衡電流導致保護誤動。光纖分相差動保護光纖分相差動保護如上圖所示，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。差動電流不會進入動作區(qū)，保護不動作。光纖分相差動保護光纖分相差動保護內部故障情況如上圖所示，Id=Ik，Ibrk=(0～1)Ik，Id/Ibrk=(1～∞)Ik

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

光纖分相差動保護光纖分相差動保護對于輕微故障及經大電阻的故障線路，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，為了進一步提高保護靈敏度，加快保護動作速度，可采用工頻變化量分相差動保護。問題投入或經更改的電流回路應利用負荷電流進行哪些檢驗？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對接有差動保護或電流保護相序濾過器的回路，測量有關不平衡值。問題差動保護用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。距離保護原理

距離保護是由阻抗繼電器完成電壓電流比值測量，根據比值的大小來判斷故障的遠近，并利用故障的遠近確定動作時間的一種保護裝置。通常將該比值稱為阻抗繼電器的測量阻抗ZK=úK/íK距離保護原理下圖中k點短路時，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距離保護原理距離保護原理由于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)分故障與正常運行，并且能夠判斷出故障的遠近。

故障距離越遠，測量阻抗越大。因此測量阻抗越大，保護動作時間應當越長，并采用三段式距離保護來滿足繼電保護的基本要求。三段式距離保護的動作原則與電流保護類似。距離保護階梯型時限特性參見下圖。距離保護原理距離保護原理（1）I段瞬時動作，為保證選擇性，保護區(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，保護區(qū)不能伸出相鄰線路I段保護區(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外，還要作為相鄰線路的遠后備保護。其測量阻抗小于負荷阻抗時起動，故動作阻抗小于最小的負荷阻抗。動作時間與電流保護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。

距離保護原理距離保護原理距離保護如上圖所示，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線路發(fā)生故障時起動保護裝置或進入故障計算程序。采用負序電流及電流突變量元件作為起動元件。

（2）測量元件

測量元件完成保護安裝處到故障點阻抗或距離的測量，并與事先確定好的整定值進行比較，當保護區(qū)內部故障時動作，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，用于判斷保護區(qū)內部或外部故障，并在不同保護區(qū)內部故障時以相應的動作延時控制斷路器的跳閘。距離保護原理阻抗繼電器是距離保護的核心元件，它的作用是用來測量保護安裝處故障點到故障點的阻抗（距離），并與整定值進行比較，以確定是保護區(qū)內部故障還是保護區(qū)外故障。

距離保護原理

1.相間距離保護0o接線

根據上面的分析，反應相間故障的阻抗繼電器接線應當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0o接線。接線如下表所示。

距離保護原理距離保護原理2.接地距離保護零序補償接線

在中性點直接接地電網中，當零序電流保護不能滿足要求時，一般考慮采用接地距離保護，它的主要任務是反應電網的接地故障。

反應接地故障的阻抗繼電器接線應當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償接線。接線如表所示。距離保護原理問題距離保護在失去電壓或總閉鎖元件動作的情況下，應怎樣進行處理？（1）停用接入該電壓互感器的所有距離保護總連接片。（2）若同時出現(xiàn)直流接地時，在距離保護連接片未斷開前，不允許拉合直流電源來查找直流接地點。（3）立即去開關場恢復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正常。（4）在確保電壓互感器二次恢復正常，并經電壓表測量各相電壓正常后，才允許解除距離保護的閉鎖，按規(guī)定程序投入各套被停用的距離保護總連接片。

零序電流保護接地故障產生零序分量是最顯著的特點。正常運行和三相短路及兩相短路都不產生零序分量(分析省略)。取出零序分量用以構成專門的接地保護，稱為零序保護。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)電機中性點電壓互感器（零序電壓互感器）取得零序電壓。零序電流保護零序電流保護一般配置三段式或四段式零序電流保護。

（1）零序電流Ⅰ段為速動段保護；

（2）零序電流Ⅱ段為帶時限零序電流速段保護；

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

無時限零序電流速斷保護工作原理，與無時限電流速斷保護相似，靠整定零序電流的大小來獲得選擇性。零序電流保護零序電流保護當在被保護線路MN上發(fā)生單相或兩相接地短路