线路差动高频
线路的差动保护和高频保护
电力系统微机保护
沈阳工程学院继电教研室
继技术精华 保电网平安
➢参考书目:
➢《电力系统微机继电保护》
高亮
➢《微型机继电保护原理》
张举
➢《微型机继电列超高压线路成套保护装置》
电压电 流模拟
量 交流量输入 与滤波插件
提供
开
+5V
关
电压 电流 数字
和
+24V 电源
量 输 入
量
CPU插件
开关量 输出
外部
操作回 回路
路插件
显示板提供人机接口
插件式结构：各插件之间通过底板走线实现电气联系。
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1.1、硬件系统概述
1.数据采集单元:将模拟量转换为数字量。 电压形成 模拟滤波 采样保持 多路转换 模数转换
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我国微机保护市场
➢我国自主研制较为有实力的四大集团公司 为南瑞、许继、南自、四方，南自在主变 保护等保护领域实力较强。许继在线路保 护实力很强，南瑞在主站及自动化监控方 面实力很强。四方也主要是在保护方面实 力较强。
➢ 国外的企业如西门子、施耐德、ABB等
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2.微机保护的特点
（１）维护调试方便 （2）可靠性高 （3）易于获得附加功能 （4）灵活性大 （5）保护性能得到很好改善 （6）经济性好
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第一章 硬件系统
1.1 概述 一般微机保护装置采用插件式结构（分为 前插式和后插式），各插件之间通过底板 走线实现电气联系。这样设计即考虑了现 场使用的便利性又提高了装置的可靠性。
继电保护和电网安全自动装置校验规程
一、填空1.开关非自动状态一般是在开关为或状态时使用。
答：运营热备用2.线路高频（或差动）保护两侧状态原则上规定。
答：始终保持一致3.线路高频（或差动）保护全停时，若线路仍需运营，须经华东网调相关领导批准，本线路按整定单规定调整,同时规定相邻线路具有，不允许相邻线路的高频（或差动）保护。
答：距离II段时间全线快速保护同时停4.当500kV线路停运且该线路任一侧相应的开关需恢复运营状态时，应将线路的远方跳闸停用，方向高频改为，分相电流差动改为，以免误动，操作由当值调度员发布操作指令。
停用无通道跳闸信号运营开关5.500kV厂站均采用每组母线上有二套母差保护，在运营中同一母线的二套母差同时停用，若二套母差同时停用，则规定该母线。
答：不考虑停役6.部分厂站的500kV开关之间，具有二套的短线保护，当网调发令操作称为短线保护时，即认为是。
答：相同二套短线保护同时操作7.500kV短线保护在线路或变压器闸刀拉开时，现场应将其改为跳闸，当线路或变压器闸刀合上时应将短线保护改为。
正常情况下，网调操作短线保护。
答：跳闸信号不发令8.500kV变压器低压过流保护是的主保护，原则上运营中不得，若因保护异常或保护工作，导致主变低压侧无过流保护时，则应考虑。
答：低压侧母线全停变压器陪停9.振荡指电力系统并列的两部分间或几部分间，使系统上的、、、发生大幅度有规律的摆动现象。
答：输送功率往复摆动电流电压无功10.变压器的主保护同时动作跳闸，未经查明因素和消除故障之前，不得进行。
答：强送11.变压器的瓦斯或差动之一动作跳闸，在检查变压器外部无明显故障，检查，证明变压器内部无明显故障者，可以试送一次，有条件时，应尽量进行零起升压。
答：瓦斯气体12.电压互感器发生异常情况，若随时也许发展成故障时，则不得就地操作该电压互感器的。
答：高压闸刀13.220KV系统线路开关发生非全相且分合闸闭锁时，应一方面拉开对侧开关使线路处在充电状态，然后用，设法隔离此开关。
调度考试题库
持证上岗考试(典操部分)一、填空题：1、华东网调调度员对发布的操作指令的正确性负责，厂、站值班人员对具体操作步骤和现场安全措施负责。
2、华东网调调度员对正常操作应先拟写操作任务票，经审核后布置到现场，布置操作任务票作为现场拟票准备，不属发布操作指令范畴，任何操作均以华东网调调度员发布的操作指令为准。
3、当华东网调发令厂、站值班人员进行一次设备状态改变操作时，厂、站值班人员根据继电保护整定说明和现场运行规定自行对二次回路作相应调整的操作，原则是因一次设备停役而陪停的二次保护要与一次设备状态相一致，不得少停，更不得多停保护。
4、线路跳闸后的强送应按《华东电力系统调度规程》中有关线路事故处理的规定执行。
5、 500kV GIS 开关“带电冷备用”的调度操作指令其含义是：开关本身在断开位置，其有电侧的闸刀在合闸位置，而无电侧的闸刀在拉开位置。
6、线路压变无闸刀时线路压变不能单独停，其一次侧运行状态随线路状态一起改变。
压变二次侧的操作由现场自行掌握。
7、当 500kV 线路有线路闸刀，线路停役后相应开关需继续运行时，线路的停复役操作应增加有关保护的停投操作，保护的停投操作应在线路冷备用状态进行。
8、当 500kV 线路有高抗时，在线路改为线路检修后，线路高抗应改为冷备用或检修。
9、对于 3/2 接线方式的母线停、复役操作各分为二步。
即停役时：靠母线侧开关从运行改为冷备用； X 母线从冷备用改为检修。
复役时： X 母线从检修改为冷备用；靠母线侧开关从冷备用改为运行。
10 、当 3/2 接线方式母线上直接接有主变，在进行母线停役操作时应先将主变改为冷备用，然后再停母线。
而复役时，应先将母线改为运行，再将主变改运行。
11 、当 3/2 接线方式是 GIS 设备，在进行母线停役操作时应先将靠母线侧开关改为热备用，然后再改为带电冷备用，再停母线。
而复役时应先将靠母线侧开关改为热备用，再对母线进行充电和合环操作。
12 、当母线压变有闸刀可以操作时，母线为运行状态压变可以单独停用，母线为冷备用状态压变可以是运行、冷备用或检修，母线是检修状态压变可以是冷备用或检修，在母线改检修前压变应先改为冷备用或检修。
电力系统继电保护第4章4-1,4-2
图4-1环流法接线的纵差保护 单相原理接线图
4.1.1 纵联差动保护原理
正常运行和外部短路： 流入差动继电器KD中的电流为：
I r I I 2 I II 2 1 I I I II 0 KTA
实际上，差动回路中还有一 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
I I I2 I I I 2 II II 2
II
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
I I I r 2M 2N I I I 1N 1M ' K KTA KTA KTA
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
4.1.1 纵联差动保护原理
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 护原理接线如图4-1所示。
电流互感器采用环流法接线。 流入继电器的电流为两个电流互 感器二次电流的差。即
Ir I2M I2 N 1 I1M I1N KTA
I opr K rel Kerr K st K np I K max KTA
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： K rel I Lmax I op KTA 灵敏度校验： K sen I K min 1.5 ~ 2
I op
4.1.4影响输电线路导引线纵联差动 保护正确动作的因素
2．暂态不平衡电流
220kV等级变电站母差保护CT极性的探讨
220kV等级变电站母差保护CT极性的探讨手表回收摘要:母线是电力系统最重要的元件之一，母线一旦故障，接在母线上的所有电气设备都要停电，从而直接影响电力系统的安全稳定运行，因此必须选择适当的母线保护方式。
本文主要针对220kV等级变电站母差保护CT极性进行分析。
为双母线接线，如主接线二次母线差动回路的接线时，必须有相应的开关，母线差动保护的方法有两种:第一种方法，母线隔离开关辅助触点开关电路元件母线过程，电流互感器二次回路的开关。
另一种方法是手动切换到相应的母线差动电路开关元件母线电流互感器二次回路的过程。
切换，以确保在正常操作期间，接收基回路差动电流接近零[1]。
1 220kV的母线差动保护当220kV总线耦合器开关，开关220kV或110kV旁路工作母线，备用总线或110kV母线，备用母线分成不同期的独立系统时，母差保护应停用;当利用发电机变压器组对母线电气设备零升压或用电源开关向空母线冲击合闸时，母线差动保护应停用;母线差动保护交流电流回路的操作应该是短期的，母线差动电路的工作或检查应停用母线差动保护;母线差动保护装置失灵时，应停用。
新的线路在进行第一次送电前要注意停用母差保护。
快速阻抗母差保护动作，有以下几个特点:1)双总线并行运行，一组总线上的故障，在任何情况下，有选择性的保护。
2)双总线并行运行，两组母线连续出现故障时，保护装置能相继跳开两条母线上所有连接开关。
3)双总线并行操作可以自动适应的总线连接元素的位置，保护误动的变化过程中的变化，不会造成的电流互感器开放。
4)充电合闸保护改正总线上的故障，考虑安装一个专门的母线充电保护。
5)交换总线故障保护的过程中，可以纠正行动。
6)适应的电流互感器变比不一致[2]。
2 220kV变电站母线差动保护的CT极性(1)单母线完全差动保护。
母线完全差动保护是母线连接元件的所有访问的差分电路中，与母线连接的每个元件上都装有变比相同的电流互感器，按环流法原理将其连接起来。
输电线路的高频保护
2·操作元件： 操作元件的作用是将输电线路上的三相50Hz正弦电流转变为 50Hz的方波电流，然后以此方波电流对发信机中的高频电流进行操作。 此方波电流称操作电流，相差高频保护是比较线路两侧电流 “I1+KI2” 的 相位的保护。 当操作电流为负半周时，发信机不发信；当操作电流为正半周时， 发信机发信，送出高频信号。可见，操作电流所形成的方波电流控制着高 频通道的通断。因而断续的高频信号反应了线路两侧电流的相位。 (3)相位比较元件： 比相元件用于比较被保护线路两侧的电流相位。因为采用单频率 制，所以收信机同时接收两侧发信机发出的高频信号。图5—37说明线路 内外故障时，保护装置从操作发信到收信、比相的工作情况。
因此，在外部故障时，保护正确动作的必要条件是靠近故障点 一端的高频发信机必须起动，而如果两端起动元件的灵敏度不相配合， 就可能发生误动作。
4．高频闭锁距离保护和高频闭锁零序保护的基本原理 ．
高频闭锁方向保护可以快速地切除保护范围内部的各种故障，但 却不能作为变电所母线和下一条线路的后备保护。 至于距离保护，正如以前所讲的，它只能在线路中间60％～70％ 的范围内瞬时切除故障，而在其余的30％～40％长度的范围内要以一端 带有第Ⅱ段的时限来切除。 由于在距离保护中所用的主要继电器(如起动元件、方向阻抗元 件等)都是实现高频闭锁方向保护所必需的，
高频保护具有如下特点： 高频保护具有如下特点：
1)在被保护线路两侧各装半套高频保护，通过高频信号的传送和比较， 以实现保护的目的。保护范围只限于本线路。 2)保护因有收、发信机等部分，接线比较复杂，价格比较昂贵。
2．高频保护的分类 高频保护按比较信号的方式可分为直接比较式高频保护和间接 比较式高频保护两类。 直接比较式高频保护是将两侧的交流电量经过转换后直接传送 到对侧去，装在两侧的保护装置直接对交流电量进行比较。如电流相位 比较式高频保护，简称相差动高频保护。 间接比较式高频保护:有高频闭锁方向保护、高频闭锁距离保护、 高频远方跳闸。
高频保护
（3）高频信号的作用
跳闸信号：
P
跳闸
P
≥1
高频信号
＆
高频信号
跳闸
高频
允许信号：
P
≥1
跳闸
闭锁信号：
P
跳闸
≥1
跳闸
P
＆
＆
跳闸
P
＆
跳闸
PLeabharlann ＆跳闸信号
高频信号
高频信号
高频信号
高频信号
3、高频闭锁方向保护 原理：根据被线路两侧的方向元件分别对短路 的方向作出判断，并利用高频信号作出综合判 断，进而决定是否跳闸的一种保护。 发信方式：国内广泛应用的高频闭锁方向保护 采用故障起动发信方式，并规定线路两端功率 由母线指向线路为正方向，由线路指向母线为 反方向。 要求：在故障时在起动元件灵敏度范围内应 可靠起动发信及起动保护。
闭锁，使两侧保护不能跳闸。
继电 部分
通信部分
2、高频保护
（1）高频通道 “相-地”制高频通道的构成。
收信机
收信机
发信机
发信机
（2）高频信号与高频电流关系
故障起动方式：电力系统正常运行时收发信机 不发信，通道中无高频电流。当电力系统故障 时，起动元件起动收发信机发信。 优点：对邻近通道的影响小，可以延长收发信 机的寿命。 缺点：必须有起动元件，且需要定时检 查通道是否良好。
当短路电流为正半周时，高频发信机发出高 频信号，而在负半周时则不发出信号。 当被保护范围内部故障时，由于两侧同时发 出高频信号，也同时停止发信。在两侧收信机收 到的高频信号是间断的。 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。
线路主保护之差动与高频详解
案例分析
针对历史上发生的线路主保护异常案例进行分析，总 结经验教训，提出改进措施。案例分析可以帮助运行 人员更好地了解异常发生的原因和处理方法，提高应 对异常情况的能力。同时，也可以为保护装置的研发 和改进提供有价值的参考信息ENKU DESIGN
线路主保护技术发展趋势
差动元件
差动保护通过比较线路两端的电流或功率方向来判断故障位置。当线路内部故 障时，两端电流或功率方向相反；当外部故障时，两端电流或功率方向相同。
差动保护的实现方式
纵联差动保护
利用通信通道将线路两端的电流或功率方向信息传送到对端 ，进行比较判断。这种方式可以实现全线速动保护，但需要 依赖可靠的通信通道。
保护系统应在尽可能短的时间内切除故障 ，以减小故障对系统和设备的影响。
差动保护与高频保护的选型依据
差动保护选型依据
对于短线路或电缆线路，由于其对地电容较 大，宜采用差动保护作为主保护。差动保护 通过比较线路两侧电流的大小和相位来判断 故障位置，具有原理简单、动作可靠、速度 快等优点。
高频保护选型依据
高频保护
高频保护主要用于输电线路的全线速动保护，通过高频信号传输和比较两侧电气量的变化来判断是否发生故障。 其保护范围较大，可以覆盖整条输电线路。
动作速度比较
差动保护
差动保护的动作速度相对较慢，因为需要等待两侧电流的差值达到一定程度才能判断为故障。同时， 差动保护的整定计算也相对复杂，需要考虑多种因素。
线路主保护的配置原则
可靠性原则
选择性原则
保护系统应具有高可靠性，确保在故障发 生时能够准确、迅速地动作，避免误动或 拒动。
保护系统应能够准确区分被保护元件内部 故障和外部故障，实现有选择性地切除故 障部分，保证非故障部分的正常运行。
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M 1QF
继电
G
部分
R
2QF N
输电线路 高频阻波器
耦合电容器
避
接
T
雷
地
器
开
结合滤波器
关
高频电缆
G
高频通道部分
R
继电 部分
二、高频通道工作方式
1、故障起动发信方式
在正常条件下发信机不工作，通道 中没有高频电流，只在电力系统发 生故障期间才由起动元件起动发信。
允许信号： PR 允许 信号
&
跳闸
脉冲
跳闸信号： PR 跳闸 信号
1 跳闸
脉冲
第六节 方向高频保护
一、高频闭锁方向保护基本原理
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。
高频闭锁信号
A
BK
高频闭锁信号
C
K2
D
1
23
45
6
第七节 相差高频保护
三、闭锁角的整定
1、保护范围内部发生故障
高频信号最小间断角是：min
58
l 100
6
2、保护范围外部发生故障时，可能出现
的最大间断角为： m a x
3、闭锁角的确定：
22
l 100
6
min B max
即B
max rel
220
l 60 100
150
2、零序电流启动元件：以测量零序电流大小为判 据（作为接地故障的启动元件）
差动保护
相差动继电器动作判据：
iOP iOPR 0.7 iOP iOPR 0.15I N 本侧电流iOP i 4i 对侧电流iOPR iR 4iR i 本侧电流的变化量（故障电流）
接地差动继电器动作判据
iOP iOPR 0.7 iOP iOPR 本侧电流iOP i 对侧电流iOPR iR
0.15I N
第三节 平行双回线路保护
一、横联差动方向保护
1、工作原理：按照比较双回线路电流之差大小和方 向原理构成的保护称为平行双回线路横联差动方向保 护。
保护工作情况：
在正常运行或区外故障时
&Y
G
R
比相元件
至 通 道
跳闸
起动元件的作用是故障时起动发信机和 开放比相回路，并且要求起动发信机要比 开放比相回路更灵敏，动作更快。
操作元件的作用是将输电线路上的50H z电流转变为一个50Hz的方波电流，然后 以此工频方波电流对发信机中的高频电流 进行调制。
比相元件的作用是比较被保护线路两侧 操作电流的相位。
2、长期发信方式
在正常工作条件下发信机始终 处于发信状态，沿高频通道传 送高频电流。
3、移频方式
在正常工作条件下，发信机向对 侧传送频率为f1的高频电流；当 发生故障时，继电保护装置控制 发信机移频，停止发送频率为f1 的高频电流，而发出频率为f2的 高频电流。
PR
闭锁信号： 闭锁
信号
&
跳闸
脉冲
本章主要内容
7.1 输电线路的纵差动保护 7.2 平行双回线路保护 7.3 高频保护的基本原理 7.4 高频通道及高频信号类型 7.5 方向高频保护 7.6 相差高频保护
第一节 输电线路的纵联差动保护
一、纵差动保护的基本原理 纵差动保护的基本原理是基于比较被
保护线路始端和末端电流的大小和相位 原理构成的。
)
1
•
•
•
(I 2 I 1) I unb
nTA
Iunb fer I K.max
测量元件动作电流整定原则
保证外部短路保护不动作。 （动作电流按照大于外部短路流过保护的最大不平衡
电流整定。）
试验 硬件
I0
Ia
Ib
Ic
U a
U b U c U L U L
低通
VFC
光 隔 离
第
PC机串口
二
节
•
•
I I I II
M
II
1QF
I
N
2QF
5QF
K
3QF
III
II
4QF
双回线路内部K点发生了短路故障
M
II
1QF
K
I
N 5QF
2QF
3QF
III
II
4QF
2、相继动作区
在靠近对端附近短路时，两回线路电流大小差不多， 相位也相同，导致KA不动作；当对端保护动作跳开对 端断路器后，电流重新分配，然后本侧保护才动作。 这种情况称为相继动作，此区域称为相继动作区。
一、相差高频保护工作原理
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，这种保护称为相差高频保护。
M IM
K1
IN K2
IM
i
IM IN
o
IN
IM IN
t
i
IM
o
IN
IM
180 0
t
IN
二、相差高频保护的构成
操作元件
起 动
低定值
元
件 高定值
T2 0 t2
t1 0 T1
二、电流平衡保护
电流平衡保护工作原理 利用比较两回线电流大小而构成的保护称为
电流平衡保护。
第四节 高频保护基本原理
高频保护：将线路两端的电流相位 或功率方向转化为高频信号，然后， 利用输电线路本身构成的高频电流 通道，将此信号送至对端，以比较 两端电流的相位或功率方向的一种 保护。
第五节 高频通道及高频信号类型
1、当线路正常运行或外部故障时；
M
IM
IN
N
K
Im
In
Ig
•
•
•
Ig ImIn 0
2、当线路内部故障时；
M
IM
IN
N
K
Im
Ig
In
•
•
•
•
I g I m I n I k / nTA
二、不平衡电流 不平衡电流等于两侧电流互感
器的励磁电流之差。
•
Ig
1 nTA
(
•
I
M
•
I
1
)
(
•
I
N
•
I
2
管理机 CPU3
串 口
打印
光
纤
纵
+E
联
差
纵差
出口
保护
出口 动 继电器 保
CPU1
护
串 口
距离 出口 保护 CPU2
光纤纵差保护硬件配置图
装置简介
装置启动元件
1、相电流启动元件：以测量相电流工频变化量幅 值大小为判据而构成（作为相间短路故障的启动 元件）