全线速动保护与双侧测量原理详解

1.为什么需要全线速动保护

在高压输电线路上，为了保证电力系统运行的稳定性，需要配置全线速动保护，即要求继电保护无时限地切除线路上任一点发生的故障。

2.为什么单侧测量保护无法实现全线速动

在前面学习的电流保护、电流方向保护、零序电流(方向)保护、距离保护有一个共同的特点，均属于单侧测量保护，保护整定时采用三段式配合原理。所谓单侧测量保护是指保护仅测量线路某一侧的母线电压、线路电流等电气量。单侧测量保护有一个共同的缺点，就是无法快速切除本线路上的所有故障，最长切除时间为0.5s左右。如图4-1所示，本线路末端故障k1与下线路始端故障k2两种情况下，保护测量到的电流、电压几乎是相同的。如果为了保证选择性，k2故障时保护不能无时限切除，则本线路末端k1故障时也就不能无时限切除。可见单侧测量保护不能实现全线速动的根本原因是考虑到互感器、保护均存在误差，不能有效地区分本线路末端故障与下线路始端故障。

图4-1　单侧测量保护工作情况图

3.双侧测量保护原理如何实现全线速动

为了实现全线速动保护，保护判据由线路两侧的电气量或保护动作行为构成，进行双侧测量。双侧测量时需要相应的保护通道进行信息交换。双侧测量线路保护的基本原理主要有以下三种：

(1)以基尔霍夫电流定律为基础的电流差动测量。

(2)比较线路两侧电流相位关系的相位差动测量。

(3)比较两侧线路保护故障方向判别结果，确定故障点的位置。

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图4-2　电流差动保护原理图

(a)正常运行或外部故障情况；(b)内部故障情况

忽略了线路电容、电流后，在下线路始端发生故障时，差动电流为零；在本线末端发生故障时，差动电流为故障点短路电流，有明显的区别，可以实现全线速动保护。电流差动原理用于线路纵联差动保护、线路光纤分相差动保护以及变压器、发电机、母线等元件保护。

如图4-3所示为相位差动保护(简称“相差保护”)原理示意图，保护测量的电气量为线路两侧电流的相位差。

图4-3　相位差动保护原理图

(a)正常运行或外部故障情况；(b)内部故障情况

正常运行及外部故障时，流过线路的电流为穿越性的，相位差为180°；内部故障时，线路两侧电流的相位差较小。相位差动保护以线路两侧电流相位差小于整定值作为内部故障的判据，主要用于相差高频保护，由于该保护对通道、收发信机等设备要求较高，技术相对复杂，微机型线路保护已不采用相差高频保护原理。

如图4-4所示为比较线路两侧保护对故障方向判别结果的纵联方向保护原理示意图。外部故障时远故障侧保护判别为正向故障，而近故障侧保护判别为反向故障；如果两侧保护均判别为正向故障，则故障在本线路上。由于纵联方向保护仅需由通道传输对侧保护的故障方向判别结果，属于逻辑量，对通道的要求较低，目前广泛应用于高压线路微机保护上。故障方向的判别既可以采用独立的方向元件(各种方向纵联保护)也可以利用零序电流保护、距离保护中的零序电流方向元件、方向阻抗元件完成 (纵联零序、纵联距离保护)。

纵联保护从原理上即可以区分为内外故障，而不需要保护整定值的配合，因此又称纵联保护具有“绝对选择性”。同时，应该注意纵联保护不反应于本线路以外的故障，不能用于相邻元件后备保护；由于采用双侧测量原理，纵联保护必须两侧同时投入，不能单侧工作。

图4-4　纵联方向保护原理图

(a)外部故障情况；(b)内部故障情况