基于等传变原理的高压交流输电线路继电保护
电力系统继电保护原理 第十二章 高压直流输电系统的保护
• 低电压保护属于后备保护，在两站失去通信的 情况下仍能正常工作。
• 纵联差动保护的判据为
| I dL I dL.oth |
• 式中：IdL 为直流线路电流；I dL.oth 为对站直流线路电流。
• 纵联差动保护比较来自整流站和逆变站的直流电流，如 果两站电流差值超过了设定值，保护动作。
– （1）极母线设备的闪络或接地故障。 • 极母线设备包括平波电抗器、直流滤波器等。
– （2）极母线直流过电压、过电流以及持续的直流欠压。 – （3）中性母线开路或接地故障。 – （4）站内接地网过流。 – （5）接地极引线开路或对地故障、接地极引线过负荷。 – （6）直流滤波器过流、过负荷、失谐，高压电容器不平衡以及有源部分
• 在研究保护策略时，除交直流模型外，必须结合相应的控 制系统。
第二节 直流输电系统保护原理与配置
一、直流线路故障过程
直流架空线路发生故障时，从故障电流的特征而论， 短路故障的过程可以分为初始行波、暂态和稳态三个阶段。 1、初始行波阶段
- 与交流输电线路故障时的波过程相似，直流输电线故障后，沿线路的 电场和磁场所储存的能量相互转化形成故障电流行波和相应的电压行 波。
• 横联差动电流保护属于后备保护，只适用于单极金属 回线方式。
三、直流系统保护的配置
（一） 直流系统保护设计原则
- （1）满足可靠性、灵敏性、选择性、速动性的基本要求。 - （2）在直流系统各种运行方式下，对全部运行设备都能提供完全
的保护。能检测到设备的故障和异常情况，并从系统中切除影响运行 的故障设备。 - （3）保护系统应至少双重化配置，每一保护区域具备充分冗余度。保 证保护不误动或拒动，如有可能，后备保护应尽可能使用不同的测量 原理。 - （4）相邻保护区应有重叠，保证无保护死区。采用分区保护、保护区 搭接的方式。 - (5）各保护之间配合协调，并能正确反映故障区域，保护动作尽量避 免双极停运。 - （6）与直流控制系统能密切配合，控制系统故障不引起保护跳闸。
特高压交流输电继电保护及相关问题的分析
特高压交流输电继 电保护 及相关问题的分析
张兆君 朱 超 谭风雷 吴兴泉 缪晓刚 ｌ 文 章摘要ｌ
特高压 交流 输电继电保护 问题研究过 程 中， 本文 注重利用 电磁暂态 仿真实验． 对
交变 分量 的衰 减 速度 较慢 ， 并且 在频 率 影 响 下． 较 高的频率会导致衰减 速度较快 ， 这就可 能对继 电保护装置性能产生 较大的影响 ． 对电
随着我国电力行业的不 断发展 ． 相关技术 第一 ， 直流分量 衰减时间常数较长．例如 的影响．同时 ， 特高压交流输电系 统应用独立 水 平得到了显著提升 ， 但是特高压交流输 电在 在三相短路故障当中 ． 短路电压 出现 ， 衰减直 的调压变压器 ， 这—装置会 对变 压器差动保护 电力系统中 ， 仍然属于— 个新 的课题 ， 对该 问 流分量若是有足够的容量余量 时 ， 衰减时间常 效果产生影响 ， 在具体应 用过程中 ， 需要对相 题 的研究 ， 仍存在一定的局 限性 。特高压交流 数不会对 继电保护装置产生影响 反之 ． 则会 关问题予 以有效认知 ． 以满足实际需要 ． 输 电在 ５ ０ ０ ｋ Ｖ和 ７ ５ ０ ｋ Ｖ继电保护装 置中得 到 对继 电保护装置产生不利影响 【 ３ Ｊ 。
了一定程度的应 用 ． 件．
第二 ．
当直流
３ ． 结束语
下 ， 交变 分量的衰减 电力 行业 快 速发 展 的今 天 ， 为 了更 好地 通 过对特高压交流输电继电保护相关 问题 的研 速度会相对较慢 ， 并且衰减速度与 频率存在正 满足人们的电能需要 ． 输 电系统的传输容量不 究， 有利于对相关技术要点进 行把 握 ， 从 而更 比关系 ， 频率越高 ， 衰减的速度会越快． 断增大 ， 电力系统故 障问题 给电网运行带来 了 好地 增强其实用性。 第三 ， 频率变化范围相对较 大。例如特高 较大的威胁。
电力系统继电保护-第四章
由于受TA的误差、线路分布电容等因素影响， 实际上其二次电流相量和可能不为0。 纵联电流差动保护动作判据可写为：
I M I N I set
IM IN
两侧电流的相量和 差动保护整定值
I set
2. 方向比较式纵联保护
线路发生内部故障时： M侧和N侧功率方向元件均为正；
1. 电流全量特征
根据基尔霍夫电流定律 (KCL)可知：
在集总参数电路中，任何时刻， 对任意一节点，所有支路电流相 量和等于零。用数学表达式表示 如下： I 0
M
U M
I M
k1
N I N
U N
内部故障
M
I M
I N
N
k2
区外故障
对于输电线路MN可以认为是一个节点。 内部故障 外部故障
线路发生外部故障时： 一端电流为母线流向线路，另一端为由线路流 向母线，于是两端电流相位相反 180 。
因此可以根据两侧电流的相位差来判 别线路内部或者外部短路。
考虑到TV、TA的相角误差以及输电线分布电容等影 响，当线路发生区外故障时两侧二次电流的相角差并不 刚好等于1800，而是近似为1800，且在故障前两侧电动势 有一定的相角差，这样在区内短路时两侧电流也不完全 同相位。 当两侧电流的相位差
I N
外部故障
I M
I N
iM
t
I M
I N
iN
iM
t
0
0
I M
t
I N
iN
t
180
IM IN
arg
IM IN
电力系统变电站的继电保护
电力系统变电站的继电保护电力系统中的变电站是电能从高压输电系统进入低压配电系统的关键节点，为保障电能的传输和供应安全，需要对变电站进行继电保护。
继电保护是一种采用继电器作为主要执行器件，通过检测电力系统中的异常情况并及时采取措施，保护电力系统设备和人身安全的一种技术措施。
变电站的继电保护主要包括差动保护、距离保护、过载保护、接地保护等。
差动保护是变电站中最常见、最重要的一种保护方式，其原理是通过比较电流输入和输出之间的差值，判断电流是否存在故障并采取保护动作。
差动保护可分为电流差动保护和功率差动保护两种。
电流差动保护是通过对比输入和输出电流的差值来判断是否有电流异常，如果差值超过设定范围，则认为存在故障；功率差动保护是通过对比输入和输出功率的差值来判断是否有功率异常，如果差值超过设定范围，则认为存在故障。
距离保护是通过测量故障点到保护设备的距离来判断故障的位置，并采取保护动作。
过载保护是通过测量设备的电流是否超过额定值来判断设备是否存在过载情况，并采取保护动作。
接地保护是通过测量系统的接地电流来判断系统是否存在接地故障，并采取保护动作。
变电站的继电保护主要由继电器、互感器、开关等组成。
继电器是继电保护系统的核心部件，负责检测电力系统的异常情况并采取保护动作。
互感器用于测量电流和电压的变化，并将信号传递给继电器。
开关则用于控制电力系统的通断，当检测到异常情况时，继电器会触发开关动作，切断故障点及其周围的设备，以保护设备和人身安全。
现代的变电站继电保护系统通常采用数字化继电保护装置，具有高精度、高可靠性和自动化程度高等优点。
数字化继电保护装置可通过对电能流向、电能变化、电能大小等进行精密测量和计算，实时监测电力系统的状态，并判断是否存在故障，及时采取保护措施。
数字化继电保护装置还具有通信功能，可以与上级监控系统进行数据交换，实现对变电站继电保护的集中监控和管理。
变电站的继电保护是保障电力系统设备和人身安全的重要技术措施。
电力系统继电保护的原理
电力系统继电保护的原理
电力系统继电保护的原理是基于监测电力系统中的电流、电压等参数，一旦这些参数超过了设定的阈值，继电保护设备就会发出信号，触发断路器等设备进行动作，以保护电力系统的安全稳定运行。
继电保护设备通常由电流互感器和电压互感器等传感器、测量单元、比较单元、逻辑单元以及执行单元等组成。
其中，电流互感器和电压互感器负责将电力系统中的电流和电压信号转化为测量信号，传送给测量单元进行处理。
测量单元将测量信号转化为数字信号，并与事先设定的保护阈值进行比较。
比较单元负责对比测量信号和阈值的大小关系，当测量信号超过设定阈值时，比较单元会发出触发信号。
逻辑单元接收触发信号，并根据预设的保护逻辑进行判断，决定是否需要进行保护动作。
最后，执行单元接收逻辑单元的指令，通过操纵断路器等设备进行相应的动作。
继电保护设备的阈值设置是根据电力系统的运行要求和设备的额定参数进行调整的。
不同的电力设备，如发电机、变压器、线路等，具有不同的保护要求，因此需要针对性地设置保护阈值。
阈值的设置需要综合考虑设备的稳定工作范围、起动过电流、过负荷电流等因素，并根据实际情况进行适当调整。
继电保护系统的关键在于快速、准确地检测电力系统中的异常情况，并及时采取相应的保护措施。
通过使用互感器转化电路参数为可测量的信号，再经过测量、比较和逻辑判断等步骤，
能够快速、有效地实现对电力系统的保护。
这种原理能够大大提高电力系统的可靠性和安全性，确保电力系统的正常运行。
浅谈高压继电保护系统的原理及其常见故障处理田海峰
浅谈高压继电保护系统的原理及其常见故障处理田海峰摘要:高压电网的优点主要表现在高效性、经济性以及安全性等。
通过对计算机技术、信息技术以及其他一系列技术的有效融合，在输变电以及配电基础设施中充分应用这些技术特点，能够实现高压电网运行水平的提升。
高压电网中通过继电保护系统的应用，能在相对比较短的时间内进行响应高压电网系统故障，对系统采取保护动作，不仅能保护高压电网系统各项设备，同时还能提高故障处理效率。
关键词:智能高压电网;继电保护;故障处理1.线路保护的作用和要求1.1线路保护的作用由于控制系统中的定电流控制器对于故障电流起着限制作用，使得线路故障后的稳态电流不会显著增大，能起到保护系统设备安全的作用，具有一部分继电保护的功能，可以称之为“影子保护系统”。
但是，“影子保护系统”只是起到限制故障电流的作用，并无法清除故障，系统仍处于故障状态。
如果该故障状态长期存在，保护系统极线保护区中的低电压保护将动作，采取闭锁故障极的措施，造成直流系统单极或双极停运。
因此，输电线路保护的作用是快速检测出线路上故障的发生，并由控制系统进行故障清除和重启工作。
线路保护动作后，控制系统通过增大整流侧的触发角，将整流器变为逆变器运行，从而使线路向两侧快速放电，达到熄灭故障点电弧的目的。
经过一段时间，待故障点电弧完全熄灭后，将整流侧换流器恢复为整流器工作状态，进行全压或降压再启动。
当故障为瞬时性故障时，线路可恢复正常运行；当故障为永久性故障时，线路保护将再次动作。
此过程与交流线路的故障跳闸与自动重合闸过程类似。
通过线路保护的快速动作，输电系统可以在线路瞬时性故障时迅速恢复运行，无需闭锁整个系统，保障了系统的稳定运行。
1.2线路保护的要求ａ）线路主保护应该在保证选择性的前提下尽可能快速地检测并切除故障。
由于输电系统的传输容量较大，快速切除故障可以缩短系统传输功率损失的时间，提高系统的稳定性。
ｂ）线路后备保护应该先于其他保护区域的后备保护动作，防止系统发生不必要的停运。
35Kv输电线路的继电保护设计
35Kv输电线路的继电保护设计在电力系统中，35kV输电线路扮演着重要的角色，负责将发电厂产生的电能传输到各个用电点。
然而，由于外部环境、设备老化等原因，输电线路可能会出现故障，导致电力系统的不稳定甚至瘫痪。
为了确保电力系统的安全稳定运行，35kV输电线路的继电保护设计至关重要。
本文将深入探讨35kV输电线路继电保护的设计原则、方法和应用。
首先，我们需要了解什么是继电保护。
继电保护是电力系统中一种自动保护装置，它通过检测电力系统中的异常信号，如电流、电压、功率等，来判断系统是否存在故障。
一旦检测到故障，继电保护会发出信号，触发断路器等设备，切断故障点与系统的连接，从而保护电力系统的安全运行。
在35kV输电线路的继电保护设计中，我们需要遵循以下原则：1. 快速响应：继电保护应能够迅速响应输电线路的故障，切断故障点与系统的连接，避免故障扩大。
2. 准确判断：继电保护应能够准确判断输电线路的故障类型和位置，避免误判和漏判。
3. 可靠操作：继电保护应具备高度可靠性，确保在任何情况下都能正常工作。
4. 易于维护：继电保护应具备易维护性，便于日常检查、调试和更换。
在35kV输电线路的继电保护设计中，常用的方法包括电流保护、电压保护、距离保护和差动保护等。
这些方法各自有其特点和适用场景。
1. 电流保护：电流保护是通过检测输电线路中的电流变化来判断故障的存在。
当电流超过设定值时，继电保护会触发断路器等设备，切断故障点与系统的连接。
2. 电压保护：电压保护是通过检测输电线路中的电压变化来判断故障的存在。
当电压超过或低于设定值时，继电保护会触发断路器等设备，切断故障点与系统的连接。
3. 距离保护：距离保护是通过检测输电线路中的阻抗变化来判断故障的存在。
当阻抗超过设定值时，继电保护会触发断路器等设备，切断故障点与系统的连接。
4. 差动保护：差动保护是通过比较输电线路两端的电流和电压差异来判断故障的存在。
当差动电流或差动电压超过设定值时，继电保护会触发断路器等设备，切断故障点与系统的连接。
继电保护试题库(含参考答案)
继电保护试题库（含参考答案）一、单选题（共50题，每题1分，共50分）1、220kV及以上变压器电量保护按双重化配置，每套保护包含完整的主、后备保护功能变压器各侧及公共绕组的MU均按( )配置，中性点电流、间隙电流并入( )A、双重化独立合并单元B、变压器各侧双套，公共绕组单套独立合并单元C、变压器各侧与公共绕组共用2套合并单元相应侧MUD、双重化相应侧MU正确答案：D2、GOOSE报文保证其通信可靠性的方式是( )。
A、协议问答握手机制B、由以太网链路保证C、报文重发与超时机制D、MAC地址与端口绑定正确答案：C3、双母线运行倒闸过程中会出现同一断路器的两个隔离开关同时闭合的情况，如果此时Ⅰ母发生故障，母线保护应( )。
A、切除两条母线B、切除Ⅰ母C、切除Ⅱ母D、两条母线均不切除正确答案：A4、中心点接地变压器发生高压侧单相接地故障，故障点越靠近中心点，相间纵差保护灵敏度( )。
A、越高B、越低C、没有变化D、以上都有可能。
正确答案：B5、下列保护中，属于后备保护的是( )。
A、高频闭锁零序保护B、断路器失灵保护C、气体（瓦斯）保护D、变压器差动保护正确答案：B6、当架空输电线路发生三相短路故障时，该线路保护安装处的电流和电压的相位关系是( )A、电压补偿角B、线路阻抗角C、保护安装处的功角D、功率因数角正确答案：B7、断路器的跳合闸位置监视灯串联一个电阻，其目的是为了( )。
A、防止灯泡过热。
B、限制通过跳闸绕组的电流C、防止因灯座短路造成断路器误跳闸D、补偿灯泡的额定电压正确答案：C8、( )kV及以上系统保护、高压侧为330kV及以上的变压器和300MW及以上的发电机变压器组差动保护用电流互感器宜采用TPY电流互感器。
A、110B、330C、500D、220正确答案：B9、电容器低电压保护的动作电压（一次值）可取Uop=( )Un。
A、(0.6-0.7)B、(0.5-0.6)C、(0.8-0.9)D、(0.7-0.8)正确答案：B10、高频闭锁距离保护的优点是( )。
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基于等传变原理的高压交流输电线路继电保护
摘要：高压线路自然功率大，波阻抗小，线路的分布电容电流将大幅度增加，
对于一般的高压和超高压线路来讲，问题并不严重，但对于高压交流线路而言，
该问题可能是致命的。
如何在这个电容电流存在的情况下保证继电保护快速正确
地动作必须予以认真考虑
关键词：等传变原理；高压交流输电线路继电保护；
传统的行波差动保护由于其在理论上能够完全消除电容电流的影响，动作速
度快，且不受过渡电阻的影响，可以从原理上解决传统的工频量保护所不能解决
的理论和技术问题。
但是，在实际特高压线路中，为补偿容性无功、消除特高压
输电线路的电容效应以及限制工频过电压而引入的高压并联电抗器，会使传统的
行波差动保护原理在特高压线路上不再成立。
一、等传变原理
根据行波差动电流的大小判断区内是否发生故障。
实际三相输电系统中，暂
态分量的各相不独立，波过程的求解变的十分困难，因此把三相系统变换成独立
模量，变换后的模量能正确反映电力系统的各种运行工况。
由于对称分量变换存
在复数，计算起来较复杂，影响保护动作速度，因此要在保护动作的可靠性和
速度方面做出选择，这要视系统对保护的要求而定。
作为求解静电场的有效方法，模拟电荷法是基于电磁场的唯一性定理，将电极表面连续分布的自由电荷或介质
分界面上连续分布的束缚电荷用一组离散化的模拟电荷予以等值替代，再应用叠
加原理，将离散的模拟电荷在空间所产生的场量叠加，即得原连续分布电荷所产
生的空间电场分布。
静态电场的数学模型可视为以电位函数为待求量的泊松方程
或拉普拉斯方程的定解问题，但在实际工程问题中，电荷的分布情况往往是未知的，不能直接由给定的边界条件解出。
由于特高压系统对保护的动作速度要求更
为突出，所以变换解耦，除了短路故障外，其他故障保护都能快速动作，而在发
生短路故障时，可以借助系统的其他保护来切除故障，只是降低一些可靠性。
此外，直流输电线路的网架结构从其原有只有两端系统，发展至今已具有多段系统；输电线路也逐渐从海底电缆发展为架空输电线路和电缆并存；而且，直流输电线
路的输送功率、距离、电压等级以及可控性等指标均在逐渐提高。
所以，研究直
流输电线路的继电保护时必须考虑这些发展趋势。
需要验证的是，广域范围下直
流输电控制保护系统受通讯延时的影响，并要注意结合送、受端电网稳定问题设
计合适的故障响应策略，并可以结合送、受端潮流情况合理设计每一换流阀组输
送功率的协调分配控制策略。
二、等传变原理的高压交流输电线路继电保护
1.行波差动保护动作的新方法。
为适应电力系统对超高速保护的要求，继电
保护原理由反应工频电气量转向反应故障发生初期的高频暂态量—行波，其中包
含了大量的故障信息(如故障类型、故障位置及方向等)。
传统的行波差动保护需
要实时传输每个采样点到对端，如果采样率较高，虽然获得的行波信号特征比较
全面，但传输量将非常大，不利于保护的速动性；而采样率较低时，虽然传输的
信息量较少，但采集的行波信号将不再完整。
对此，笔者利用方向电流行波波头
部分较短时间内的积分作为特征值构成新的保护动作判据，系统正常运行只有系
统发生故障时才会产生高频行波，系统正常时检测不到行波，行波差动保护不会
启动，据此可判断系统正常运行。
提取先到达保护安装处的初始正向行波波头的
积分为正向特征值，积分值偏差应很小，但实际上，偏差较大，且到达时刻相差
时间小于根据这一区别，构成新的行波差动保护方案。
按照行波差动保护基本由
于系统内部短路点以及高压并联电抗器的存在，会使反向特征值与正向电流行波
波头的积分差值很大，和系统正常运行、区外故障时有明显的区别。
2.由于高压并联电抗器的存在，系统正常运行、区外故障时有较大的暂态不
平衡差流，采用该方法，可以有效地躲过暂态不平衡差流，而且文中采用两个门
槛值以获取保护动作阀值，保护动作更加可靠。
采集到行波后，方向电流行波波
头的积分计算时间很短，只需将信息传送到对端的线路传输时间和本端的计算判
别时间，不必等行波的来回折反射，且方法简单，因而保护动作速度较传统行波
差动保护更快。
该方法对采样频率、通信系统及计算机技术没有过高的要求，能
够在现有的技术条件下实现，具有较高的实用价值。
对输电线路工频电场有较大
影响，其影响是先减小后增加，工频电场的变化率随着斜坡角度增加而增大，斜
坡角度不太大时，斜坡不会使输电走廊宽度增加。
特高压单回交流输电线路下方
离地1． 5 m处电磁场强度均满足国家相关标准的要求，不会对地面人员产生危害。
在高压直流输电线路中，一旦并联电抗器发生故障，其线路会发出相应的命令，启动自动保护装置，此时，并联电抗器就可以充分的发挥出其作用，若故障
超过了高压直流输电线路允许的标准，则需要及时的将两侧断路器断开。
通常情
况下，高压直流输电线路中自动重合闸主要包括三相重合闸、单相重合闸与快速
重合闸集中模式，具体选择哪一种模式，还需要根据具体的过电压水平进行分析，为了防止过电压操作情况的发生，在非全相情况下过电压倍数在允许标准范围时，可以使用单相重合闸，若超过标准范围，就需要使用三相重合闸。
在进行设置时，需要充分的考虑到线路两端的时间间隔与重合顺序，将其控制在标准范围内。
3.常用的继电保护技术。
微分欠压保护是一种基于电压幅值水平与电压微分
数值的保护措施，兼具主保护与后备保护的功能，在现阶段下，SIEMENS 方案与ABB 方案检测的对象都是输电线路的电压水平与电压微分。
其中，后者上升延时
为20ms，在电压变化率上升沿宽度未达到标准的情况下，就能够起到后备保护
作用，但是其耐过渡电阻能力并不理想。
微分电压保护动作的可靠性与灵敏度要
优于行波保护，但是动作速度则不如行波保护，两者都存在着灵敏度不理想、整
定依据不足、耐过渡电阻能力较差的问题。
低电压保护是高压直流输电线路的常
用后备继电保护，主要依靠对电压幅值的检测来实现保护工作，根据保护对象的
不同，低电压保护包括极控低电压保护措施与线路低电压保护措施，其中，前者
保护定值低于后者，前者在线路发生故障时会闭锁故障极，后者在开展保护动作
时会启动线路重启程序。
低电压保护的设计简单，但是缺乏科学、系统的整定依据，难以帮助技术人员判断故障的具体类型，动作速度较慢。
纵联电流差动保护
模式使用双端电气量，选择性较好，但是该种保护模式在故障发生较长的时间后
才能够做出保护措施，因此，只能够用于高阻故障的诊断与切除中。
由于各类因
素的影响，现阶段使用的差动保护也未联系到电压变化过程与电容电流问题，很
容易出现误动，虽然电流差动保护装置有着动作速度快以及灵敏度高的优势，但
是这种优势却未在高压直流输电线路中充分的发挥出来，性能还有待提升。
总的来说，高压直流线路的优势导致其对于继电保护工作也提出了更高的要求。
继电保护不仅要满足传统的保护要求，还需要对线路过电压产生限制，提升
设备与系统运行的稳定性与安全性，就现阶段来看，虽然我国的高压直流输电线
路已经得到了广泛的使用，但是其继电保护技术还存在着各类问题，缺乏科学、
系统的整定依据，灵敏度不高，还需要开展进一步的研究，相信在不久的将来，
高压直流输电线路继电保护技术定可以得到跨越式的发展。
参考文献：
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[3]齐文静.影响超高压输电线路保护的主要因素[J].电气时代，2016：104~105.。