第七章 电网的差动保护 第一节 电网的纵联差动保护 第二节 平行线路横联差动方向保护

第一节 输电线纵联差动保护 一、基本原理 电流保护：Ⅰ段保护范围有限 距离保护：Ⅰ段保护范围为线路全长的80—85% 其余线路故障（如：15—20%），只能由第二段的时限切除 电力系统稳定运行：重要线路不允许 实现线路全长范围内故障的无时限切除！

线路纵差动保护是利用比较被保护元件始末端电流的大小和相位的原理来构成输电线路保护的。当在被保护范围内任一点发生故障时，它都能瞬时切除故障。 电流、电压和距离保护属于单端保护，不能瞬时切除保护范围内任何地点的故障。这就不能满足高压输电线路系统稳定的要求。如何保证瞬时切除高压输电线路故障？ 采用线路纵差动保护 解决办法： 线路纵差动保护是利用比较被保护元件始末端电流的大小和相位的原理来构成输电线路保护的。当在被保护范围内任一点发生故障时，它都能瞬时切除故障。

被保护线路上发生短路和被保护线路外短路，线路两侧电流大小和相位是不相同的。 故比较线路两侧电流大小和相位，可以区分是线路内部短路，还是线路外部短路。

一、纵联差动保护的工作原理 电网的纵联差动保护反应被保护线路首末两端电流的大小和相位，保护整条线路，全线速动。纵联差动保护原理接线如下图所示。 (1)线路两侧电流互感器型号、变比相同，性能一致。 (2)辅助导引线将两侧的电流互感器二次侧按环流法连接成回路. (3)差动电流继电器接入差动回路。

流入继电器的电流为I2-I2，即为电流互感器二次电流的差。 差回路：继电器回路。

正常运行： 流入差回路的电流 外部短路： 流入差回路中的电流为 实际上，差回路中还有一个不平衡电流Iunb。差动继电器KD的起动电流是按大于不平衡电流整定的，所以，在被保护线路正常及外部故障时差动保护不会动作。

内部短路： 流入差动保护回路的电流为 被保护线路内部故障时，流入差回路的电流远大于差动继电器的起动电流，差动继电器动作，瞬时发出跳闸脉冲，断开线路两侧断路器。 结论： 1、差动保护灵敏度很高 2、保护范围稳定 3、可以实现全线速动 4、不能作相邻元件的后备保护

二、纵联差动保护的不平衡电流 1．稳态情况下的不平衡电流 该不平衡电流为两侧电流互感器励磁电流的差。差动回路中产生不平衡电流最大值为 式中 Kerr一电流互感器 10％误差； Kst—电流互感器的同型系数，两侧电流互感器为同型号时，取0.5，否则取l； Idmax—被保护线路外部短路时，流过保护线路的最大短路电流。

2．暂态不平衡电流 纵联差动保护是全线速动保护，需要考虑在外部短路时暂态过程中差回路出现的不平衡电流,其最大值为 式中Knp——非周期分量的影响系数，在接有速饱和变流器时，取为1，否则取为1.52。

电流互感器二次侧断线

灵敏度校验： 差动保护的动作电流按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定 为防止电流互感器二次断线差动保护误动，按躲开电流互感器二次断线整定 三、纵联差动保护的整定计算 差动保护的动作电流按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定 为防止电流互感器二次断线差动保护误动，按躲开电流互感器二次断线整定 灵敏度校验：

四、纵联差动保护的评价 全线速动，不受过负荷及系统振荡的影响，灵敏度较高。 优点： 缺点： 需敷设与被保护线路等长的辅助导线，且要求电流互感器的二次负载阻抗满足电流互感器10％的误差。这在经济上，技术上都难以实现。 需装设辅助导线断线与短路的监视装置，辅助导线断线应将纵联差动保护闭锁。 在输电线路中，只有用其它保护不能满足要求的短线路（一般不超过5～7km 线路）才采用。 应用：

它在发电机、变压器、母线保护中应用得更广泛（后述）

第二节 平行线路横联差动方向保护 一、横联差动方向保护的工作原理 横差方向保护：是用于平行线路的保护装置，它装设于平行线路的两侧。其保护范围为双回线的全长。横差方向保护的动作原理是反应双回线路的电流及功率方向，有选择性地瞬时切除故障线路。

正常运行及外部发生短路： 两线路中的电流相等。两电流互感器差回路中的电流仅为很小的不平衡电流，小于继电器的起动电流，电流继电器不会起动。

内部故障时 ： 如在线路WLl的d点发生短路，M侧电流继电器中的电流 。 当Ir＞Iop时，电流继电器1动作。 功率方向继电器2承受正方向功率动作，功率方向继电器3承受负功率不动作，因而跳开QF1。

线路N侧：流过差回路中的电流 当Ir＞Iop时，电流继电器动作。 功率方向继电器 2承受正功率，接点闭合，跳开QF 3瞬时切除故障线路WL1，非故障线路WL2继续运行。

相继动作：线路两侧保护装置先后动作切除故障的方式。 二、横联差动方向保护的相继动作区和死区 1、相继动作区 相继动作：线路两侧保护装置先后动作切除故障的方式。 相继动作区：产生相继动作的范围。

三、横联差动方向保护的整定计算 1．电流继电器的动作电流 （l）为保证横差保护范围外故障保护不动作，横差保护的动作电流应按躲开外部短路最大不平衡电流整定 电流继电器的起动电流 （2）躲开单回线运行时的最大负荷电流

四、横联差动方向保护的优缺点及应用范围 能够迅速而有选择性地切除平行线路上的故障，实现起来简单、经济，不受系统振荡的影响。 优点： 存在相继动作区，当故障发生在相继动作区时，切除故障的时间增加1倍。保护装置还存在死区。需加装单回线运行时线路的主保护和后备保护。 缺点： 应用： 适用于66kV及以下的平行线路上。

输电线路纵差保护

平行输电线路横差保护

第八章 电网高频保护 第一节 高频保护的基本概念 第二节 高频闭锁方向保护 第三节 高频闭锁距离保护 第四节 相差高频保护

第一节 高频保护的基本概念 解决办法： 采用高频保护 一、概述 第一节 高频保护的基本概念 一、概述 在高压输电线路上，要求无延时地切除被保护线路内部的故障。此时，电流保护和距离保护都不能满足要求。纵联差动保护可以实现全线速动。但其需敷设与被保护线路等长的辅助导线，这在经济上、技术上都有难以实现。 解决办法： 采用高频保护

高频保护： 是用高频载波代替二次导线，传送线路两侧电信号，所以高频保护的原理是反应被保护线路首末两端电流的差或功率方向信号，用高频载波将信号传输到对侧加以比较而决定保护是否动作。 高频保护与线路的纵联差动保护类似，正常运行及区外故障时，保护不动，区内故障全线速动。

二、载波通道的构成原理 目前应用比较广泛的载波通道是“导线一大地”制。 只需在一相线路上装设通道设备。缺点是高频信号的衰耗和受到的干扰都比较大。

1. 高频阻波器 高频阻波器是由电感线圈和可调电容组成，当通过载波频率时，它所呈现的阻抗最大。对工频电流而言，阻抗较小，因而工频电流可畅通无阻，不会影响输电线路正常传输。 并联谐振频率（50～300kHz

2.结合电容器 它是一个高压电容器，电容很小，对工频电压呈现很大的阻抗，使收发信机与高压输电线路绝缘，载频信号顺利通过。结合电容器2与连接滤波器3组成带通滤波器，对载频进行滤波。

它是一个可调节的空心变压器，与结合电容器共同组成带通滤波器。 3.连接滤波器 它是一个可调节的空心变压器，与结合电容器共同组成带通滤波器。 带通滤波器从线路一侧看入的阻抗与输电线路波阻抗（约为400）匹配，而从电缆一侧看入的阻抗，与高频电缆波阻抗（100）匹配。可避免高频信号的电磁波在传送中发生反射，减少高频能量附加衰耗。

4.高频电缆 用来连接户内的收发信机和装在户外的连接滤波器。为屏蔽干扰信号，减少高频损耗，采用单芯同轴电缆，其波阻抗为100Ω。

5.保护间隙 保护间隙是高频通道的辅助设备。用它来保护高频电缆和高频收发信机免遭过电压的袭击。

6.接地刀闸 接地刀闸也是高频通道的辅助设备。在调整或检修高频收发信机和连接滤波器时，用它来进行安全接地，以保证人身和设备的安全。

7.高频收、发信机 高频收发信机的作用是发送和接收高频信号。发信机部分是由继电保护来控制。高频收信机接收到由本端和对端所发送的高频信号。经过比较判断之后，再动作于跳闸或将它闭锁。

在这两种工作方式中，按传送的信号性质，又可以分为传送闭锁信号、允许信号和跳闸信号三种类型。 三、高频信号的利用方式 经常有高频电流 按高频通道的工作方式分成 经常无高频电流 在这两种工作方式中，按传送的信号性质，又可以分为传送闭锁信号、允许信号和跳闸信号三种类型。

收不到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件。 三、高频信号的利用方式 闭锁信号： 收不到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件。

允许信号： 收到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件。

传送跳闸信号： 收到这种信号是保护动作于跳闸充分而必要条件的条件。

第二节 高频闭锁方向保护 高频闭锁方向保护是通过高频通道间接比较被保护线路两侧的功率方向，以判别是被保护范围内部故障还是外部故障。 第二节    高频闭锁方向保护 一、高频闭锁方向保护的基本原理 高频闭锁方向保护是通过高频通道间接比较被保护线路两侧的功率方向，以判别是被保护范围内部故障还是外部故障。

当区外故障时，被保护线路近短路点一侧为负短路功率，向输电线路发高频波，两侧收信机收到高频波后将各自保护闭锁。

当区内故障时，线路两端的短路功率方向为正，发信机不向线路发送高频波，保护的起动元件不被闭锁，瞬时跳开两侧断路器。

延时元件 记忆元件 正常运行时 内部故障时 外部故障时

延时元件 记忆元件

a.记忆元件1KT的作用 防止线路外部故障切除后近故障侧电流元件KA先返回， 而远离故障侧的KA和十KW后返回所引起的非故障线路远 离故障侧保护的误跳闸。 t1常取0.5s。

b.2KT的作用 防止线路外部短路时远离故障侧的保护在未收到近故障侧发讯机传送过来的高频讯号而误动作，故远离故障侧保护应延时t2秒，等待对侧是否传送高频电流闭锁讯号。 t2取4—16ms,大于高频讯号在被保护线路上的传输时间。

解决这个问题的一个办法是，采用远方启动的高频闭锁方向保护。 电流启动高频闭锁方向保护主要缺点 当线路外部发生故障时， 若非故障线近故障侧的电流元件KA因某种原因拒动而不能启动发讯机，则远离故障侧的保护启动(KA’和KW动作)，t2后因收不到高频闭锁信号，将误跳间。 解决这个问题的一个办法是，采用远方启动的高频闭锁方向保护。

何谓远方发信? 远方发信是指每一侧的发信机，不但可以由本侧的发信元件将它投人工作，而且还可以由对侧的发信元件借助于高频通道将它投人工作，以保证“发信”的可靠性。

例如，区外故障时，由于某种原因，近故障点侧“发信”元件拒动，这时该侧的发信机就不能发信，导致正方向侧收信机收不到高频闭锁信号，而使正方向侧高频保护误动。为了消除上述缺陷，就采用了远方发信的办法。

为什么要采用远方发信? 考虑到当发生故障时，如果只采用本侧“发信”元件将发 信机投人工作，再由“停信”元件的动作状态来决定它是 否应该发信，实践证明这种“发信”方式是不可靠的。

远方启动高频闭锁方向保护的主要问题 双电源变单电源运行(如B侧有电源，C侧无电源)． 发生内部故障时 C侧发信机被B侧发讯机的高频信号远方启动后，不能自行关闭，致使B侧保护一直收到C侧发讯机的高频闭锁讯号而无法动作跳闸。

第四节 高频闭锁距离保护 高频闭锁方向保护的优点、缺点…… 距离保护的优点、缺点…… 能不能把两者结合起来，取两者的优点,屏弃其缺点? 第四节 高频闭锁距离保护 高频闭锁方向保护的优点、缺点…… 距离保护的优点、缺点…… 能不能把两者结合起来，取两者的优点,屏弃其缺点? 答案: 可以。做成高频闭锁的距离保护，使得内部故障时能够瞬时动作，而在外部故障时具有不同的时限特性，起到后备保护的作用。

高频闭锁距离保护的评价： 优点： 内部故障时可瞬时切除故障，在外部故障时可起到后备保护的作用。 缺点： 主保护(高频保护)和后备保护(距离保护)的接线互相连在一起，不便于运行和检修。

比较被保护线路两侧电流的相位，即利用高频信号将电流的相位传送到对侧去进行比较而决定跳闸与否。 第四节 相差高频保护 一、相差高频保护的工作原理 比较被保护线路两侧电流的相位，即利用高频信号将电流的相位传送到对侧去进行比较而决定跳闸与否。

区内故障：两侧电流同相位，发出跳闸脉冲； 区外故障：两侧电流相位相差180°，保护不动作 。 一、相差高频保护的工作原理 区内故障：两侧电流同相位，发出跳闸脉冲； 区外故障：两侧电流相位相差180°，保护不动作 。

一、相差高频保护的工作原理 为了满足以上要求，采用高频通道正常时无信号，而在外部故障时发出闭锁信号的方式来构成保护。 实际上，当短路电流为正半周，高频发信机发出信号；而在负半周，高频发信机不发出信号。

一、相差高频保护的工作原理 当被保护范围内部故障时。由于两侧电流相位相同，两侧高频发信机同时工作，发出高频信号，也同时停止发信。这样，在两侧收信机收到的高频信号是间断的，即正半周有高频信号，负半周无高频信号。

一、相差高频保护的工作原理 当被保护范围外部故障时，由于两侧电流相位相差180°，线路两侧的发信机交替工作，收信机收到的高频信号是连续的高频信号。经检波限幅倒相处理后，电流为直流。

一、相差高频保护的工作原理 由以上的分析可见，相位比较实际上是通过收信机所收到的高频信号来进行的。在被保护范围内部发生故障时，两侧收信机收到的高频信号重叠约10ms，于是保护瞬时的动作，立即跳闸。在被保护范围外部故障时，两侧的收信机收到的高频信号是连续的，线路两侧的高频信号互为闭锁，使两侧保护不能跳闸。

如果内部故障时高频通道遭破坏，会不会影响保护跳闸？ 一、相差高频保护的工作原理 如果内部故障时高频通道遭破坏，会不会影响保护跳闸？

一、相差高频保护的工作原理

一、相差高频保护的工作原理 正常时: 发信机没有电源，所以不能向高频通道发送信号。

一、相差高频保护的工作原理 系统发生故障时: 灵敏元件首先起动，给发信机的提供电源，发信机立刻向通道发送出故障电流调制的断续高频波。 不灵敏元件起动后，准备好保护跳闸出口回路电源。

一、相差高频保护的工作原理 收信机收到断续波时，CT有输出，KDS动作，发出跳闸脉冲。若收信机收到连续高频波，说明是区外故障，经检波限幅倒相处理后，CT输出电流为零， KDS不动作，闭锁了保护出口回路。

二、相差高频保护的相位特性和相继动作区 相差高频保护是通过测定通道上高频信号是否间断，来判断是保护范围内部还是外部故障的。当间断角大于闭锁角时，为保护范围内部故障，保护动作。反之，当间断角小于闭锁角时，为保护范围外部故障，保护不动作。

二、相差高频保护的相位特性和相继动作区 在电力系统的实际运行中，在被保护范围内部故障时，两侧高频信号不会完全重叠；在外部故障时，两侧的高频信号也不会是连续的。所以，就需要进一步分析相差高频保护的相位特性。 相位特性：是指相位比较继电器中的电流Ir和高频信号的相位角ф关系曲线，亦即Ir=f（ф）的曲线，称为相位特性曲线。

1.相差高频保护在线路两侧操作电流的相位关系 二、相差高频保护的相位特性和相继动作区 1.相差高频保护在线路两侧操作电流的相位关系 (1)外部三相短路: 电流互感器约有φTA＝7°角误差，复合滤过器及保护约有φbh＝15°角误差。高频信号在输电线路上传输需要时间，以光速V＝3.0×108 m/s传送至对侧所需时间t产生的延迟角误差 总误差角为 为了保证保护的选择性，应考虑一定的裕度，令φy＝15°

二、相差高频保护的相位特性和相继动作区 外部故障：两侧操作电流的相位差不是180°，收到的两侧断续高频波不是连续的，而是180°+φ，即出现间断角为

二、相差高频保护的相位特性和相继动作区 (2)内部故障: 双侧电源系统在d点发生三相短路时，线路两侧电势EM和EN之间的相角差为δo ，δ角一般不超过70° 。 M侧电流IM落后于EMφdM≈60°, N侧到短路点φdN=90°。两侧电流的相位差将达到100°。电流互感器的最大误差角φTA=7°，保护装置的角误差φbh=15°，高频信号沿输电线路传输需要时间，造成的延迟误差角α=0.06°l。

二、相差高频保护的相位特性和相继动作区 N侧收到两侧高频载波信号的最大角相差为 M侧为

二、相差高频保护的相位特性和相继动作区 内部故障时，理论上接收两侧断续高频波的间断角为180°，由于两侧电源电势的相位差、电流互感器和保护装置的角误差，所以间断角仅为

2.保护的相继动作区 收信机收到两调频信号的相位差与线路的长度有关，保护范围之外故障时，间断角为 要求保护不动作，保护范围内故障时，M侧的间断角为 要求保护动作, 线路的临界长度为 l =175km 即当线路长度>175km时，被保护线路内部故障M侧的保护将不动作，但N侧保护间断角增大，保护动作，当N侧断路器跳开以后，M侧收发信机自发自收，其间断角为180°，则M侧保护动作。

二、相差高频保护的相位特性和相继动作区 3．保护闭锁角 在理想情况，相位特性曲线Ir=f（ф）是如下图所示的直线（虚线1所示）。但实际上不是直线而是曲线，如下图中实线2所示。

二、相差高频保护的相位特性和相继动作区 设继电器KDS的动作电流为IOP，则它与相位特性曲线有两个交点。在交点上部，Ir>Iop，继电器的动作。交点下部，Ir <Iop，继电器不会动作。图中的角φb称为保护的闭锁角，φop角称为保护的动作角。

二、相差高频保护的相位特性和相继动作区 闭锁角φb必须满足；外部故障时保证保护不动作，内部故障时保证保护能正确动作。因此，φb应整定为 上式表明，线路越长，闭锁角越大，而闭锁角越大，对保护动作的灵敏度的影响就越不利。

复习思考题： 5-1 什么是高频通道的经常无高频电流方式和长期发信方 式？ 5-2 高频通道是由哪几部分组成的？各部分有什么作用？ 5-3 简述高频闭锁方向保护的工作原理。 5-4 简述相差高频保护的工作原理。 5-5 什么是相差高频保护的闭锁角？