4.3 4.3 方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护闭锁式方向纵联保护闭锁式方向纵联保护闭锁式距离纵联保护闭锁式距离纵联保护方向比较式纵联保护优秀课件4.3.1 4.3.1 工频故障分量的方向元件工频故障分量的方向元件 方向元件是方向比较纵联保护的关键元件，常用工频方向元件是方向比较纵联保护的关键元件，常用工频电压、电流的故障分量构成。电压、电流的故障分量构成。 方向元件作用是判别故障的方向，应满足以下要求：方向元件作用是判别故障的方向，应满足以下要求： （1 1）正确反映所有类型故障且无死区；）正确反映所有类型故障且无死区； （2 2）不受负荷的影响，在正常负荷状态下不启动；）不受负荷的影响，在正常负荷状态下不启动； （3 3）不受系统振荡影响，在振荡无故障时不误动，振）不受系统振荡影响，在振荡无故障时不误动，振荡中再故障仍能正确判定故障方向；荡中再故障仍能正确判定故障方向； （4 4）在两相运行中又发生短路时仍能正确判定故障点）在两相运行中又发生短路时仍能正确判定故障点的方向。的方向。方向比较式纵联保护优秀课件1 1 工频故障分量的方向元件工频故障分量的方向元件 根据根据3.83.8节对工频故障分量的分析，保护正方向短路时，节对工频故障分量的分析，保护正方向短路时，电流、电压的关系为：电流、电压的关系为：保护正方向短路时，电流、电压的关系为：保护正方向短路时，电流、电压的关系为：方向比较式纵联保护优秀课件 可见，比较故障分量电压、电流的相位关系，可以明可见，比较故障分量电压、电流的相位关系，可以明确的判断故障的方向。为了便于实现，实际的方向比较的确的判断故障的方向。为了便于实现，实际的方向比较的是故障分量电压和故障分量电流在模拟阻抗是故障分量电压和故障分量电流在模拟阻抗ZrZr上产生的电上产生的电压之间的相位关系。压之间的相位关系。设设Z Zr r、Z Zs s及及Z Zs s的阻抗角相等，所以正方向短路时：的阻抗角相等，所以正方向短路时：所以，反方向短路时：所以，反方向短路时：方向比较式纵联保护优秀课件 考虑到各种因素的影响，正方向故障时对应的功率方考虑到各种因素的影响，正方向故障时对应的功率方向判据为：向判据为：所以，反方向故障时判据为：所以，反方向故障时判据为：方向比较式纵联保护优秀课件2 2 序分量的方向元件序分量的方向元件 由于零序、负序分量本身就是故障分量，因此可以将故由于零序、负序分量本身就是故障分量，因此可以将故障分量电压、电流以及阻抗均用零序或负序分量代替，构成障分量电压、电流以及阻抗均用零序或负序分量代替，构成序分量方向元件。序分量方向元件。正方向故障时：正方向故障时：反方向故障时：反方向故障时：方向比较式纵联保护优秀课件4.3.2 4.3.2 闭锁式方向纵联保护闭锁式方向纵联保护1.1.工作原理工作原理 目前在电力系统中广泛使用由电力线载波通道实现的目前在电力系统中广泛使用由电力线载波通道实现的闭锁式方向纵联保护。采用闭锁式方向纵联保护。采用正常无高频电流、区外故障时正常无高频电流、区外故障时发闭锁信号发闭锁信号的方式构成。的方式构成。 闭锁信号由闭锁信号由功率方向为负功率方向为负的一端发出，被两端的收信的一端发出，被两端的收信机同时接收，闭锁两端的保护，因此称为闭锁式方向纵联机同时接收，闭锁两端的保护，因此称为闭锁式方向纵联保护。保护。方向比较式纵联保护优秀课件4.3.2 闭锁式方向纵联保护现利用下图所示的系统具体说明其工作原理。现利用下图所示的系统具体说明其工作原理。 123456ABCD（1 1）当）当B-CB-C段发生短路时，所有的保护都要启动（注意：保护段发生短路时，所有的保护都要启动（注意：保护 启动不一定能跳闸）。启动不一定能跳闸）。（2 2）保护）保护2 2、5 5的功率方向为负，其余保护的功率方向为正。的功率方向为负，其余保护的功率方向为正。（3 3）功率方向为负功率方向为负的保护向对端元件发出闭锁信号，使得对端的保护向对端元件发出闭锁信号，使得对端 不能跳闸。（注意：功率方向为负的保护的收信机也收到不能跳闸。（注意：功率方向为负的保护的收信机也收到 自身发出的闭锁信号）自身发出的闭锁信号）方向比较式纵联保护优秀课件4.3.2 闭锁式方向纵联保护2.2.闭锁式方向纵联保护的构成闭锁式方向纵联保护的构成 在闭锁过程中，要注意闭锁信号的传输具有一定的延在闭锁过程中，要注意闭锁信号的传输具有一定的延时，所以要特别注意时间配合的问题，以防止误动作。时，所以要特别注意时间配合的问题，以防止误动作。保保护护A A保保护护B B闭锁信号（有传输延时，假设为闭锁信号（有传输延时，假设为10ms）闭锁信号闭锁信号 保护元件保护元件 思考：在思考：在0-10ms0-10ms的时间内，若保护的时间内，若保护A A的闭锁端没有收到闭的闭锁端没有收到闭锁信号会怎么样？锁信号会怎么样？ 方向比较式纵联保护优秀课件发发信信收收信信&t10t20TAKW+KA2KA1跳闸跳闸 TVY1Y2耦合电容器耦合电容器外部短路时，功率方向为负的元件的动作情况分析外部短路时，功率方向为负的元件的动作情况分析闭锁闭锁 信号信号 启动启动不启动不启动不动作不动作不动作不动作不停信不停信方向比较式纵联保护优秀课件发发信信收收信信&t10t20TAKW+KA2KA1跳闸跳闸 TVY1Y2耦合电容器耦合电容器外部短路时，功率方向为正的元件的动作情况分析外部短路时，功率方向为正的元件的动作情况分析对端发送的对端发送的 闭锁信号闭锁信号对端发送的对端发送的 闭锁信号闭锁信号启动启动启动启动停信停信延时等待对侧信号延时等待对侧信号思考思考:若没有若没有t2延时，会出现什么情况？延时，会出现什么情况？不跳闸不跳闸方向比较式纵联保护优秀课件发发信信收收信信&t10t20TAKW+KA2KA1跳闸跳闸 TVY1Y2耦合电容器耦合电容器故障消失后，功率方向为负的元件的动作情况分析故障消失后，功率方向为负的元件的动作情况分析故障电故障电流消失流消失返回返回延时停信延时停信跳闸条件不跳闸条件不满足，不跳满足，不跳闸闸继续发送继续发送闭锁信号闭锁信号方向比较式纵联保护优秀课件发发信信收收信信&t10t20TAKW+KA2KA1跳闸跳闸 TVY1Y2耦合电容器耦合电容器故障消失后，功率方向为正的元件的动作情况分析故障消失后，功率方向为正的元件的动作情况分析故障电故障电流消失流消失返回返回闭锁信号闭锁信号闭锁闭锁不动作不动作思考：思考：t1延时的作用是什么？延时的作用是什么？方向比较式纵联保护优秀课件4.3.2 闭锁式方向纵联保护3.3.闭锁式方向纵联保护的不足之处闭锁式方向纵联保护的不足之处 当保护当保护3 3和保护和保护4 4出现故障，不能正常跳闸时，应由保护出现故障，不能正常跳闸时，应由保护1 1和保护和保护6 6来跳闸断开故障。但闭锁式方向纵联保护无法实现来跳闸断开故障。但闭锁式方向纵联保护无法实现这一功能。因为只要这一功能。因为只要B-CB-C段故障未切除，保护段故障未切除，保护2 2和保护和保护5 5就要就要不停的发闭锁信号给保护不停的发闭锁信号给保护1 1和保护和保护6 6，使之无法动作，因而无，使之无法动作，因而无法实现远后备保护的功能。法实现远后备保护的功能。 123456ABCD方向比较式纵联保护优秀课件4.3.3 4.3.3 闭锁式距离纵联保护闭锁式距离纵联保护1.1.闭锁式距离纵联保护的特点闭锁式距离纵联保护的特点 （1 1）不仅可以反映区内故障，而且还可以作为下级线）不仅可以反映区内故障，而且还可以作为下级线路的远后备保护。路的远后备保护。 （2 2）具有方向特性的阻抗元件自身就能够判别功率方）具有方向特性的阻抗元件自身就能够判别功率方向的正负，所以可以替代功率方向元件进行功率方向的判断。向的正负，所以可以替代功率方向元件进行功率方向的判断。当然也可以附加专门的功率方向元件。当然也可以附加专门的功率方向元件。 （3 3）在区内故障时能够瞬时动作切除故障，而在区外）在区内故障时能够瞬时动作切除故障，而在区外故障时则具有常规距离保护的阶段式配合特性，起到后备保故障时则具有常规距离保护的阶段式配合特性，起到后备保护的作用。护的作用。方向比较式纵联保护优秀课件发发信信收收信信&t10t20TA跳闸跳闸 TVY2耦合电容器耦合电容器2 2、闭锁式距离纵联保护的基本组成部分、闭锁式距离纵联保护的基本组成部分方向比较式纵联保护优秀课件4.3.3 闭锁式距离纵联保护3.3.闭锁式距离纵联保护的工作原理闭锁式距离纵联保护的工作原理 （1 1）I I段保护段保护 同第三章中的分析，当故障发生在距离保护同第三章中的分析，当故障发生在距离保护I I段的保护段的保护范围内时，范围内时，I I段保护马上发出段保护马上发出跳闸信号跳闸信号。方向比较式纵联保护优秀课件发发信信收收信信&t10t20TA跳闸跳闸 TVY2耦合电容器耦合电容器故障发生在距离保护故障发生在距离保护I段的保护范围内的工作情况段的保护范围内的工作情况直接发出直接发出 跳闸信号跳闸信号 方向比较式纵联保护优秀课件4.3.3 闭锁式距离纵联保护3 3. .闭锁式距离纵联保护的工作原理闭锁式距离纵联保护的工作原理 （2 2）区内故障（末端短路）的）区内故障（末端短路）的IIII段保护段保护 和第三章分析不同，和第三章分析不同，IIII段保护动作引起跳闸有两种方段保护动作引起跳闸有两种方式，一是通过式，一是通过“与门与门”环节后发出跳闸信号（要求同时无环节后发出跳闸信号（要求同时无闭锁信号），这种方式的延时大概为闭锁信号），这种方式的延时大概为4-16ms4-16ms；二是通过延；二是通过延时环节时环节 后发出跳闸信号，这一延时大概为后发出跳闸信号，这一延时大概为500ms500ms。第三。第三章中，章中，IIII段保护只有第二种工作方式。使用纵联保护后，段保护只有第二种工作方式。使用纵联保护后，在本段末端短路时，在本段末端短路时，IIII段保护不需要延时段保护不需要延时500ms500ms后才能发出后才能发出跳闸信号，只需跳闸信号，只需4-16ms4-16ms即可发出跳闸信号，增加了快速性。即可发出跳闸信号，增加了快速性。方向比较式纵联保护优秀课件发发信信收收信信&t10t20TA跳闸跳闸 TVY2耦合电容器耦合电容器区内故障，在I段保护范围之外、II段保护范围之内时 4-16ms500ms方向比较式纵联保护优秀课件4.3.3 闭锁式距离纵联保护2.2.闭锁式距离纵联保护的工作原理闭锁式距离纵联保护的工作原理 （3 3）区外故障）区外故障 和闭锁式方向纵联保护的工作原理相同，只是和闭锁式方向纵联保护的工作原理相同，只是 替代替代了了 的功能，的功能， 替代了替代了 的功能。的功能。方向比较式纵联保护优秀课件发发信信收收信信&t10t20TA跳闸跳闸TVY2耦合电容器耦合电容器区外故障，功率方向为负的元件的动作情况 给对端发出给对端发出闭锁信号闭锁信号方向比较式纵联保护优秀课件发发信信收收信信&t10t20TA跳闸跳闸TVY2耦合电容器耦合电容器对端发送的对端发送的 闭锁信号闭锁信号 对端发送的对端发送的 闭锁信号闭锁信号 区外故障，功率方向为正的元件的动作情况 500ms方向比较式纵联保护优秀课件4.3.4 4.3.4 影响方向影响方向纵联纵联保护正确工作的因素及应对措施保护正确工作的因素及应对措施1.1.非全相运行对方向比较式纵联保护的影响及应对措施非全相运行对方向比较式纵联保护的影响及应对措施 在我国的超高压输电系统（在我国的超高压输电系统（220kV220kV及以上）中，为保持及以上）中，为保持系统的稳定性，往往采用系统的稳定性，往往采用单相故障则单相跳闸单相故障则单相跳闸的方式，保的方式，保留非故障的两相继续运行，这种运行状态称为留非故障的两相继续运行，这种运行状态称为非全相运行非全相运行状态状态。 非全相运行方式并非故障状态非全相运行方式并非故障状态，若系统没有再次发生，若系统没有再次发生故障，则系统不应该跳闸故障，则系统不应该跳闸。下面将分析在非全相运行状态下面将分析在非全相运行状态下，方向纵联保护的工作情况。下，方向纵联保护的工作情况。 方向比较式纵联保护优秀课件MN+ +- -母线电压母线电压 为为与线路侧电压与线路侧电压 相位相反相位相反。负序负序电源电源如果电压互感器接在母线上，则方向元件电压为如果电压互感器接在母线上，则方向元件电压为 电流电流为为 ，两者反相，方向元件判定为正，不发出闭锁信号，两者反相，方向元件判定为正，不发出闭锁信号。如果电压互感器接在线路上，则方向元件电压为如果电压互感器接在线路上，则方向元件电压为 电流电流为为 ，两者同相，方向元件判定为负，发出闭锁信号，两者同相，方向元件判定为负，发出闭锁信号。零序功率方向元件在非全相状态下与负序功率方向元件相同零序功率方向元件在非全相状态下与负序功率方向元件相同。方向比较式纵联保护优秀课件4.3.4 影响正确工作的因素及应对措施1.1.非全相运行对方向比较式纵联保护的影响及应对措施非全相运行对方向比较式纵联保护的影响及应对措施 工频故障分量（突变量）方向元件工频故障分量（突变量）方向元件能适应线路非全相运能适应线路非全相运行，在两相运行的负荷状态下不会动作。行，在两相运行的负荷状态下不会动作。 当剩当剩余余的两相再次发生故障时，分析可知的两相再次发生故障时，分析可知突变量方向元突变量方向元件件依然能够正确动作。依然能够正确动作。 所以，突变量方向元件既可以采用母线电压也可以采用所以，突变量方向元件既可以采用母线电压也可以采用线路电压作为测量电压。线路电压作为测量电压。方向比较式纵联保护优秀课件4.3.4 影响正确工作的因素及应对措施 综上所述，要克服非全相运行期间负序、零序方向纵联综上所述，要克服非全相运行期间负序、零序方向纵联保护误动的措施是：保护误动的措施是： （1 1）负序、零序方向元件采用线路电压作为测量电压；）负序、零序方向元件采用线路电压作为测量电压； （2 2）在两相运行期间，退出负序、零序方向元件，仅保）在两相运行期间，退出负序、零序方向元件，仅保留使用工频突变量的元件。留使用工频突变量的元件。方向比较式纵联保护优秀课件4.3.4 影响正确工作的因素及应对措施2.2.功率倒向对方向比较式保护的影响及应对措施功率倒向对方向比较式保护的影响及应对措施 如图所示的系统，假设故障发生在线路如图所示的系统，假设故障发生在线路L1L1上靠近上靠近M M侧侧的的k k点，点，L1L1两侧保护跳开断路器两侧保护跳开断路器QF3QF3、QF4QF4，切除故障。下，切除故障。下面就跳闸前后各保护的情况进行分析。面就跳闸前后各保护的情况进行分析。QF3QF4QF1QF2正正正负L1L2MN方向比较式纵联保护优秀课件 当当QF3QF3和和QF4QF4尚未跳闸时，功率方向如图所示，此时尚未跳闸时，功率方向如图所示，此时L2L2的的QF1QF1功率方向为负，功率方向为负，QF1QF1的发信机向的发信机向QF2QF2发出闭锁信号，发出闭锁信号，L2L2的两端保的两端保护都不动作。同时，护都不动作。同时，QF3QF3和和QF4QF4的功率方向都为正，准备跳闸。的功率方向都为正，准备跳闸。短路发生后，当QF3和QF4都未跳闸时的功率方向分析（假设短路点靠近QF3） QF3QF4QF1QF2正正正负L1L2MN闭锁信号闭锁信号方向比较式纵联保护优秀课件QF3QF4QF1QF2 当当QF3QF3跳闸、但跳闸、但QF4QF4尚未跳闸时，尚未跳闸时，QF1QF1的功率方向由负变正，将的功率方向由负变正，将停发闭锁信号；与此同时，停发闭锁信号；与此同时，QF2QF2的功率方向由正变负，将发出闭锁的功率方向由正变负，将发出闭锁信号闭锁信号闭锁QF1QF1。但此时可能会出现这样一种情况，。但此时可能会出现这样一种情况，QF1QF1已经停发闭已经停发闭锁信号但锁信号但QF2QF2尚未发出闭锁信号，此时尚未发出闭锁信号，此时QF1QF1的保护已启动同时又没的保护已启动同时又没有闭锁信号，有闭锁信号，QF1QF1就会误跳闸。更严重的是，若就会误跳闸。更严重的是，若QF2QF2的保护返回慢的保护返回慢而而QF1QF1动作快动作快（“触点竞赛触点竞赛”），则，则QF1QF1和和QF2QF2都会误跳闸。都会误跳闸。正正负L1L2短路发生后，当QF3已跳闸但QF4尚未跳闸时的功率方向分析正负MN闭锁信号闭锁信号方向比较式纵联保护优秀课件发发信信收收信信&t10t20TAKW+KA2KA1跳闸跳闸 TVY1Y2耦合电容器耦合电容器功率导向引起的误动作解决办法功率导向引起的误动作解决办法给发信元件给发信元件增加延时返增加延时返回环节。回环节。增大延增大延时时t1t1方向比较式纵联保护优秀课件4.3.4 影响正确工作的因素及应对措施3 3. .分布电容分布电容对方向比较式保护的影响及应对措施对方向比较式保护的影响及应对措施 在超高压长线路上，由于分布电容很大，使线路充电在超高压长线路上，由于分布电容很大，使线路充电电流增大，当线路一端断开，另一端进行三相合闸充电时，电流增大，当线路一端断开，另一端进行三相合闸充电时，由于断路器三相触头不同时闭合，出现一相或两相先合闸由于断路器三相触头不同时闭合，出现一相或两相先合闸的情况，会存在很大的零序、负序电流，可能引起方向元的情况，会存在很大的零序、负序电流，可能引起方向元件误动作。件误动作。 下面以负序方向元件为例进行分析说明。下面以负序方向元件为例进行分析说明。方向比较式纵联保护优秀课件4.3.4 影响正确工作的因素及应对措施MIM2UY2IY2UM2-jXC2 空载线路三相不同时合闸的系统负序等值网络如图空载线路三相不同时合闸的系统负序等值网络如图所示，当互感器接在线路上时，可得：所示，当互感器接在线路上时，可得：方向比较式纵联保护优秀课件4.3.4 影响正确工作的因素及应对措施 可见，在空载合闸一侧将会发生正向方向元件误动可见，在空载合闸一侧将会发生正向方向元件误动作，而线路的另一侧尚未合闸，因而无电流，保护不动作，而线路的另一侧尚未合闸，因而无电流，保护不动作，通道上没有闭锁信号，从而造成保护误动作。作，通道上没有闭锁信号，从而造成保护误动作。 当电压互感器位于母线上时，负序电压几乎为零，当电压互感器位于母线上时，负序电压几乎为零，方向元件一般不会误动作。方向元件一般不会误动作。 为了防止线路空载合闸时引起负序方向元件误动作，为了防止线路空载合闸时引起负序方向元件误动作，通常对负序方向元件采取按躲过空载线路两相先闭合时通常对负序方向元件采取按躲过空载线路两相先闭合时出现的稳态负序电容电流进行整定。或用方向阻抗元件出现的稳态负序电容电流进行整定。或用方向阻抗元件代替负序方向元件。代替负序方向元件。方向比较式纵联保护优秀课件