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1、4.3 方向比较式纵联保护,闭锁式方向纵联保护闭锁式距离纵联保护,4.3.1 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：（1）正确反映所有类型故障且无死区；（2）不受负荷的影响，在正常负荷状态下不启动；（3）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；（4）在两相运行中又发生短路时仍能正确判定故障点的方向。,1 工频故障分量的方向元件,根据3.8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：,保护正方向短路时，电流、电压的关系为：,可见，比较故障分量
2、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，实际的方向比较的是故障分量电压和故障分量电流在模拟阻抗Zr上产生的电压之间的相位关系。,设Zr、Zs及Zs的阻抗角相等，所以正方向短路时：,所以，反方向短路时：,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：,所以，反方向故障时判据为：,2 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。,正方向故障时：,反方向故障时：,4.3.2 闭锁式方向纵联保护,1.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闭锁式方向纵联保护。采用正
3、常无高频电流、区外故障时发闭锁信号的方式构成。闭锁信号由功率方向为负的一端发出，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保护。,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。,1,2,3,4,5,6,A,B,C,D,（1）当B-C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）。（2）保护2、5的功率方向为负，其余保护的功率方向为正。（3）功率方向为负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 自身发出的闭锁信号）,4.3.2 闭锁式方向纵联保护,2.闭锁式方向纵联保护的构成 在闭锁
4、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。,保护A,保护B,闭锁信号（有传输延时，假设为10ms）,闭锁信号,保护元件,思考：在0-10ms的时间内，若保护A的闭锁端没有收到闭锁信号会怎么样？,发信,收信,&,&,t1,0,t2,0,TA,KW+,KA2,KA1,跳闸,TV,Y1,Y2,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,闭锁 信号,启动,不启动,不动作,不动作,不停信,发信,收信,&,&,t1,0,t2,0,TA,KW+,KA2,KA1,跳闸,TV,Y1,Y2,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,对端发
5、送的 闭锁信号,对端发送的 闭锁信号,启动,启动,停信,延时等待对侧信号,思考:若没有t2延时，会出现什么情况？,不跳闸,发信,收信,&,&,t1,0,t2,0,TA,KW+,KA2,KA1,跳闸,TV,Y1,Y2,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,故障电流消失,返回,延时停信,跳闸条件不满足，不跳闸,继续发送闭锁信号,发信,收信,&,&,t1,0,t2,0,TA,KW+,KA2,KA1,跳闸,TV,Y1,Y2,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,故障电流消失,返回,闭锁信号,闭锁,不动作,思考：t1延时的作用是什么？,4.3.2 闭锁式方向纵联保
6、护,3.闭锁式方向纵联保护的不足之处 当保护3和保护4出现故障，不能正常跳闸时，应由保护1和保护6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B-C段故障未切除，保护2和保护5就要不停的发闭锁信号给保护1和保护6，使之无法动作，因而无法实现远后备保护的功能。,1,2,3,4,5,6,A,B,C,D,4.3.3 闭锁式距离纵联保护,1.闭锁式距离纵联保护的特点（1）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。（2）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。当然也可以附加专门的功率方向元件。（3）在区内故障时能够
7、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，起到后备保护的作用。,发信,收信,&,t1,0,t2,0,TA,跳闸,TV,Y2,耦合电容器,2、闭锁式距离纵联保护的基本组成部分,4.3.3 闭锁式距离纵联保护,3.闭锁式距离纵联保护的工作原理（1）I段保护 同第三章中的分析，当故障发生在距离保护I段的保护范围内时，I段保护马上发出跳闸信号。,发信,收信,&,t1,0,t2,0,TA,跳闸,TV,Y2,耦合电容器,故障发生在距离保护I段的保护范围内的工作情况,直接发出 跳闸信号,4.3.3 闭锁式距离纵联保护,3.闭锁式距离纵联保护的工作原理（2）区内故障（末端短路）的II
8、段保护 和第三章分析不同，II段保护动作引起跳闸有两种方式，一是通过“与门”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4-16ms；二是通过延时环节 后发出跳闸信号，这一延时大概为500ms。第三章中，II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，II段保护不需要延时500ms后才能发出跳闸信号，只需4-16ms即可发出跳闸信号，增加了快速性。,发信,收信,&,t1,0,t2,0,TA,跳闸,TV,Y2,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,4-16ms,500ms,4.3.3 闭锁式距离纵联保护,2.闭锁式距离纵联保护的工作原理
9、（3）区外故障 和闭锁式方向纵联保护的工作原理相同，只是 替代了 的功能，替代了 的功能。,发信,收信,&,t1,0,t2,0,TA,跳闸,TV,Y2,耦合电容器,区外故障，功率方向为负的元件的动作情况,给对端发出闭锁信号,发信,收信,&,t1,0,t2,0,TA,跳闸,TV,Y2,耦合电容器,对端发送的 闭锁信号,对端发送的 闭锁信号,区外故障，功率方向为正的元件的动作情况,500ms,4.3.4 影响方向纵联保护正确工作的因素及应对措施,1.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（220kV及以上）中，为保持系统的稳定性，往往采用单相故障则单相跳闸的方式，保
10、留非故障的两相继续运行，这种运行状态称为非全相运行状态。非全相运行方式并非故障状态，若系统没有再次发生故障，则系统不应该跳闸。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。,M,N,+,-,母线电压 为与线路侧电压 相位相反。,负序电源,如果电压互感器接在母线上，则方向元件电压为 电流为，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 电流为，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。,4.3.4 影响正确工作的因素及应对措施,1.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
11、量（突变量）方向元件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。当剩余的两相再次发生故障时，分析可知突变量方向元件依然能够正确动作。所以，突变量方向元件既可以采用母线电压也可以采用线路电压作为测量电压。,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、零序方向纵联保护误动的措施是：（1）负序、零序方向元件采用线路电压作为测量电压；（2）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。,4.3.4 影响正确工作的因素及应对措施,2.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L1上靠近M侧的k点，L1两侧
12、保护跳开断路器QF3、QF4，切除故障。下面就跳闸前后各保护的情况进行分析。,QF3,QF4,QF1,QF2,正,正,正,负,L1,L2,M,N,当QF3和QF4尚未跳闸时，功率方向如图所示，此时L2的QF1功率方向为负，QF1的发信机向QF2发出闭锁信号，L2的两端保护都不动作。同时，QF3和QF4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）,QF3,QF4,QF1,QF2,当QF3跳闸、但QF4尚未跳闸时，QF1的功率方向由负变正，将停发闭锁信号；与此同时，QF2的功率方向由正变负，将发出闭锁信号闭锁QF1。但此时可能会出现这样
13、一种情况，QF1已经停发闭锁信号但QF2尚未发出闭锁信号，此时QF1的保护已启动同时又没有闭锁信号，QF1就会误跳闸。更严重的是，若QF2的保护返回慢而QF1动作快（“触点竞赛”），则QF1和QF2都会误跳闸。,正,正,负,L1,L2,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,M,N,闭锁信号,发信,收信,&,&,t1,0,t2,0,TA,KW+,KA2,KA1,跳闸,TV,Y1,Y2,耦合电容器,功率导向引起的误动作解决办法,给发信元件增加延时返回环节。,增大延时t1,4.3.4 影响正确工作的因素及应对措施,3.分布电容对方向比较式保护的影响及应对措施 在超高压长
14、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，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，可能引起方向元件误动作。下面以负序方向元件为例进行分析说明。,4.3.4 影响正确工作的因素及应对措施,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：,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。,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。,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。,
