发布时间 : 星期六 文章《电力系统继电保护（第二版）》读书笔记 - 图文更新完毕开始阅读5919bf71f90f76c660371a4b
4.3 方向比较式纵联保护
方向元件或功率方向测量元件是方向比较式纵联保护中的关键元件，常用工频电压、电流的故障分量构成方向元件。对于用故障分量构成的功率方向元件，在振荡中不会误动。但对于用相电压、相电流组成的功率方向元件、方向阻抗元件等组成方向判别元件时，当振荡中心位于被保护线路上时，会引起误动，需要采取防止误动的措施。
对于双侧电源的输电线路，在保护的正方向短路时，保护安装处电压、电流关系为：Δū＝－Δī Zs，Δū、Δī—保护安装处工频故障分量电压、电流，Zs—保护安装处背侧母线上等值电源的阻抗。在保护的反方向短路时，Δū＝Δī Zs＇， Zs＇—线路阻抗和对侧母线上等效电源阻抗之和。正方向故障时，功率方向为正，即arg(Δū∕ZrΔī)＝arg(－Zs∕Zr) ＝180°，考虑各种因素影响，正方向故障对应的功率方向判据为270°＞arg(Δū∕ ZrΔī) ＞90°；反方向故障时，功率方向为负，即arg(Δū∕ZrΔī)＝arg(Zs∕Zr) ＝0°，反方向故障判据为90°＞arg(Δū∕ ZrΔī) ＞－90°。负序、零序分量方向元件与工频故障分量得到的功率方向判据结果相同。
目前在电力系统中广泛使用由电力载波通道实现的闭锁式方向纵联保护。跳闸判据是本端保护方向元件判定为正方向故障且收不到闭锁信号。正常时无高频电流，区内故障时，两侧保护启动且无闭锁信号，保护出口跳闸。而在区外故障时，虽然两侧保护启动但发闭锁信号，闭锁保护。
外部故障时，闭锁式方向纵联保护近故障点（功率方向为反方向）一
端的保护要及时发出闭锁信号并保持发信状态，同时要考虑信号的传输需要一定的时间才能到达远故障点（功率方向为正）一端的保护，此延时一般整定为4～16ms，否则由于收不到对端发来的高频电流，保护将会误跳闸。
距离保护可以作为变电所母线和下级相邻线路的远后备，同时其主要元件（如启动元件、方向阻抗元件等）也可以作为实现闭锁式方向纵联保护的主要元件，因此两者结合起来构成闭锁式距离纵联保护，兼有两种保护的优点，使得区内故障时能瞬时切除故障，区外故障时，起到后备保护的作用。并且能简化整个保护的接线。
闭锁式距离纵联保护实际上是由两端完整的三段式距离保护附加高频通信部分组成，它
的两端的距离保护Ⅲ段作为故障启动发信元件，以两端的距离保护Ⅱ段为方向判别元件和停信元件。当本侧Ⅱ段动作且收不到闭锁信号，立即跳闸。
闭锁式零序方向纵联保护的实现原理与闭锁式距离纵联保护相同，只需要用三段式零序方向保护代替三段式距离保护元件并与收、发信机部分相配合即可。
非全相运行（单相断线）时，若被保护线路内部
没有再次发生故障，方向纵联保护应该不动作。但负序、零序功率方向判别元件如果采用母线侧电压时，在线路两侧将同时判别为正，保护将误动作；而当采用线路侧电压时，受电侧方向为正，送电侧为负，保护才能闭锁不会误动。因此克服非全相运行期间负序、零序方向纵联保护误动措施是使用线路侧电压或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方向元件。
在高压长线路上，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，由于断路器三相触头不同时闭合，出现一相或两相先合的情况，这时线路电容电流中将出现很大的负序、零序成分，可能引起方向元件误动作。因此一般可增大保护动作启动时间躲过空载合闸的过渡过程。
4.4 纵联电流差动保护
利用保护元件两侧电流和在区内短路与区外短路时一个是短路点电流很大，一个几乎为零的差异，构成电流差动保护；利用被保护元件两侧在区内短路时几乎同相，区外短路几乎反相的特点，比较两侧电流的相位，构成电流相位差动保护。
电流互感器由于具有励磁电流会对互感器二次侧电流值造成影响，因此实际二次侧电流īa＝(īA－īμA)∕nTA，īa、īA为二次、一次电流，īμA为电流互感器的励磁电流，nTA为电流互感器的变比。
即使容量和变比特性都相同的的电流互感器，其励磁特性也不会完全相同，励磁电流不相等，导致电流互感器存在传变的幅值误差和相位误差。输电线路在正常运行及区外故障时，一次电流īM＝－īN，流过差动继电器的不平衡电流为īumb＝īm＋īn＝(īμM＋īμN) ∕nTA。稳态负荷下，不平衡电流较小；而在短路时，短路电流很大，使电流互感器铁芯严重饱和，不平衡
电流可能达到很大的数值。差动继电器的启动电流应躲过该不平衡电流，输电线路两端应采用型号相同、磁化特性一致、铁芯截面较大的高精度的电流互感器，在必要时，还可采用铁芯磁路中有小气隙的电流互感器。
差动保护判据实现有两种思路：其一是躲过最大不平衡电流īumb.max，动作方程为īr＝|īM
＋īN|≥īumb.max，Ir为差动电流，这种方法可以防止区外短路的误动，但对区内故障则降低了差动保护的灵敏度；其二是采用带制动特性的差动保护，由于不平衡电流与短路电流的大小有关，因此根据短路电流的大小调整差动保护的动作门坎，动作方程为Ir≥KresIres，Ir为动作电流，Ires为制动电流（外部短路时，穿过两侧互感器的短路电流），Kres为制动系数，根据不同的被保护元件如线路、变压器、发电机等取不同的值。制动电流在区外短路时，应等于穿过线路的故障电流，可以按照式①Ires＝0.5|īm－īn|，式②Ires＝0.5（|īm|＋|īn|），或式③Ires＝√（|īm||īn|cos(180°－θmn)）三种计算方法得到，相应分为比率制动方式（式①②）和标量积制动方式（式③），采用式③的标积制动方式时，保护灵敏度最高。
输电线路纵联电流差动保护不带制动特性的动作方程为：Ir＝|īM＋īN|≥Iset，Iset为差动继电器的动作电流整定值，按躲过外部短路时最大不平衡电流及电流互感器二次断线时最大负荷电流取值。带有制动线圈的差动继电器时，制动线圈流过两侧互感器的循环电流|īM－īN|，动作线圈流过两侧互感器的和电流|īM＋īN|，在正常运行和外部短路时制动线圈功率增强，而在内部短路时制动功率减弱，相当于无制动作用，而动作线圈的功率极强。动作方程|īM＋īN|≥K|īM－īN|＋IOP0，K为制动系数，IOP0为克服继电器动作机械摩擦或保证电路状态发生翻转需要的值，为很小的门限值。
对于电流差动保护，最重要的是比较两侧“同时刻”的电流，保证两个异地时间的统一和采样时刻的严格同步，常见同步方法有基于数据通道的同步方法和基于全球定位系统GPS同步时钟的同步方法。
利用电力载波通道传递两端电流的相位信息，可构成纵联电流相位差动保护，区外短路时两端电流相差180°，为反相；区内短路时相差0°，为正相。两端保护仅在本端电流正半波（或负半波）时启动发送高频信号，这样外部故障时输电线路上将出现由两侧组合的连续的高频信号。而内部故障时，为间断信号，各侧收信机都同时接收两侧发出的高频电流信号，判断信号是连续还是间断。
保护的相继动作：一侧保护随着另一侧保护动作而动作的情况。纵联保护中内部故障且靠近某侧N侧时，另一侧M侧保护由于多种因素影响导致不能进入动作区，而N侧则在动作区，因此N侧动作后停止发信，M侧随之动作。
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负序电压与三相电压关系为：ū2＝1∕3(ūa＋aūb＋aūc)，负序电压可以通过三相电压计算得到，也可以通过负序滤过器得到。
输电线路由于具有分布电容，正常运行和外部短路两端电流之和不为零，而为线路电容电流。短距离的高压架空线路电容电流较小，纵联电流差动保护可用不平衡电流的门限值躲过它。而长距离架空线路或电缆线路，充电电容电流很大，若用门限值躲过电容电流，将极大地降低灵敏度，所以通常采用测量电压来补偿电容电流。
全电流纵联差动保护中，全电流指非故障状态下的负荷电流和故障分量电流的叠加。当区内发生经大过渡电阻短路时，因为故障分量电流很小，故障电流与负荷电流相差不是很大，使得纵联电流差动保护允许过渡电阻能力有限，特别是在重负荷条件下。因此采用电流的故障分量构成差动保护，将与负荷电流无关，提高了保护的灵敏度。
线路穿越电流：穿过线路的负荷电流，区外短路时，在输电线路两侧大小相等，方向相反。
5. 自动重合闸
5.1 自动重合闸的作用及对它的基本要求
在电力系统的故障中，大多数是输电线路特别是架空线路的故障，且架空线路故障大都是“瞬时性”的。
自动重合闸有断路器重合闸，自动重合熔断器，主要作用于线路，此外在供电给地区负荷的电力变压器上，以及发电厂和变电所的母线上，必要时也可安装自动重合闸。
不对应启动重合闸，当控制开关在合闸位置（即只进行过合闸操作）而断路器实际上在断开位置的情况下，使重合闸启动，这样可实现在人为手动或摇控操作断路器时，重合闸闭