继电保护第四章课后习题参考答案

纵联保护依据的最基本原理是什么？

答：纵联保护包括纵联比较式保护和纵联差动保护两大类，它是利用线路两端电气量在故障与非故障时、区内故障与区外故障时的特征差异构成保护的。纵联保护的基本原理是通过通信设施将两侧的保护装置联系起来，使每一侧的保护装置不仅反应其安装点的电气量，而且哈反应线路对侧另一保护安装处的电气量。通过对线路两侧电气量的比较和判断，可以快速、可靠地区分本线路内部任意点的短路与外部短路，达到有选择、快速切除全线路短路的目的。

纵联比较式保护通过比较线路两端故障功率方向或故障距离来区分区内故障与区外故障，当线路两侧的正方向元件或距离元件都动作时，判断为区内故障，保护立即动作跳闸；当任意一侧的正方向元件或距离元件不动作时，就判断为区外故障，两侧的保护都不跳闸。

纵联差动保护通过直接比较线路两端的电流或电流相位来判断是区内故障还是区外故障，在线路两侧均选定电流参考方向由母线指向被保护线路的情况下，区外故障时线路两侧电流大小相等，相位相反，其相量和或瞬时值之和都等于零；而在区内故障时，两侧电流相位基本一致，其相量和或瞬时值之和都等于故障点的故障电流，量值很大。所以通过检测两侧的电流的相量和或瞬时值之和，就可以区分区内故障与区外故障，区内故障时无需任何延时，立即跳闸；区外故障，可靠闭锁两侧保护，使之均不动作跳闸。

4.7 图4—30所示系统，线路全部配置闭锁式方向比较纵联保护，分析在K 点短

路时各端保护方向元件的动作情况，各线路保护的工作过程及结果。 A B

C D

1E ?2E ?

123456k 答：当短路发生在B —C 线路的K 处时，保护2、5的功率方向为负，闭锁信号

持续存在，线路A —B 上保护1、2被保护2的闭锁信号闭锁，线路A —B 两侧

均不跳闸；保护5的闭锁信号将C —D 线路上保护5、6闭锁，非故障线路保护

不跳闸。故障线路B —C 上保护3、4功率方向全为正，均停发闭锁信号，它们

判定有正方向故障且没有收到闭锁信号，所以会立即动作跳闸，线路B —C 被切

除。

答：根据闭锁式方向纵联保护，功率方向为负的一侧发闭锁信号，跳闸条件是本

端保护元件动作，同时无闭锁信号。1保护本端元件动作，但有闭锁信号，故不

动作；2保护本端元件不动作，收到本端闭锁信号，故不动作；3保护本端元件

动作，无闭锁信号，故动作；4保护本端元件动作，无闭锁信号，故动作；5保

护本端元件不动作，收到本端闭锁信号，故不动作；6保护本端元件动作，但有

闭锁信号，故不动作。

4.10 图4—30所示系统，线路全部配置闭锁式方向比较纵联保护，在K 点短路

时，若A —B 和B —C 线路通道同时故障，保护将会出现何种情况？靠什么保护

动作切除故障？

A B

C D

1E ?2E ?

123456k 答：在图4—30所示系统中K 点短路时，保护2、5的功率方向为负，其余保护

的功率方向全为正。3、4之间停发闭锁信号，5处保护向6处发闭锁信号，2处

保护向1处发闭锁信号。由于3、4停发闭锁信号且功率方向为正，满足跳闸条

件，因此B —C 通道的故障将不会阻止保护3、4的跳闸，这正是采用闭锁式保

护的优点。C —D 通道正常，其线路上保护5发出的闭锁信号将保护6闭锁，非

故障线路C —D 上保护不跳闸。2处保护判定为反方向不满足跳闸条件，并且发

闭锁信号，由于A —B 通道故障，2处保护发出的闭锁信号可能无法传到1处，

而保护1功率方向为正，将会导致1处的保护误动作；不过非故障线路的载波通

道故障率远远低于故障线路，这也是广泛采用闭锁式载波纵联保护的原因。

4.12 输电线路纵联电流差动保护在系统振荡、非全相运行期间，会否误动，为

什么？

答：系统振荡时，线路两侧通过同一个电流，与正常运行及外部故障时的

情况一样，差动电流为量值较小的不平衡电流，制动电流较大，选取适当的制动

特性，就会保证不误动作。非全相运行时，线路两侧的电流也为同一个电流，电

流纵联差动保护也不误动作。

4.16根据图1说明为什么要采用带有制动作用的差动特性②而不选择不带制动

线圈的电流差动继电器特性①，它根据什么条件选定？

I

res

I 1

op I ,max

unb I unb

I O a b

①

②③

④

图1

答：不带制动线圈的电流差动继电器，其动作电流必须躲过外部短路时最大不平

衡电流进行整定，这相当于按照最极端、最严重的情况来整定继电器。如图1

中直线①所示的1I op ，该数值很大，所以继电器的动作值也很大，这样虽然能够

保证区外故障时不误动作（安全性），但同时大大牺牲了内部故障时的灵敏度。

采用制动特性后，可使继电器的动作电流随着实际不平衡电流（如图1中的曲线③）的增大而自动增大，当不平衡电流达到其最大值时，使继电器的动作电

流与没有制动的情况下一致，从而可以保证这时继电器不会误动。不平衡电流减

小时，动作值也降低，但始终大于不平衡电流，如图1中的折线②。可见，无论

不平衡电流大还是小，差动保护都不会误动。由于动作电流不再始终为最大值，

在内部短路特性不变的情况下（如图1中的直线④），可使灵敏度大为提高。如

图1所示，无制动特性时短路电流必须超过a 点时才能制动，而有制动后，在不

降低外部短路安全性的前提下，只要内部短路的电流跨越b 点，就能够可靠动作。

设置制动特性后，电流差动继电器的动作表达式为

0I I K I I I m n m n op +--≥ ，动作电流不是恒定值，而是随制动电流的变化而变化的。

4.18 试述电流相位纵联差动保护原理比纵联电流差动保护原理的优缺点，实现

技术要求方面的优缺点。

答：电流相位纵联差动保护是依据两端电流相位的差异来甄别区内、外故障的。在输电线路正常运行及外部故障时，流过线路两端的电流为同一个电流，在电流参考方向均由母线指向被保护线路的情况下，两侧电流的相位相反，即相位差为180°；而在线路内部故障时，两侧电源均向故障点提供短路电流，所以两端电流的相位差取决于两端电动势的相位差，一般不超过100°。电流相位纵联差动保护由于仅需要比较两端电流的相位信息，动作情况与电流的大小无关，在模拟式保护中实现较为方便，并且受TA饱和的影响稍小；其缺点是两端电流的相位受分布电容的影响较大，闭锁角整定比较困难，闭锁角过大可能导致内部三相短路时拒动作，而过小时又有可能导致正常或外部故障情况下误动作。

纵联电流差动保护既比较线路两侧电流的大小，又比较电流的相位，即进行相量比较或瞬时值比较。由于利用了电流的全部信息，并可以采取比率制动等措施，它在可靠性和灵敏性等方面均优于电流相位纵联差动保护。此外由于纵联电流差动保护可以分相构成，具有天然的选相能力，因此不必与选相元件配合，简化了逻辑，提高了可靠性。但与电流相位纵联差动保护相比，纵联电流差动保护实现较为复杂，受TA饱和、断线的影响也比较大。纵联电流差动保护动作性能同样会受到输电线路分布电容的影响，必须采取补偿措施来消除其影响。

在实现技术方面，电流相位纵联差动保护仅比较线路两侧电流的相位，可以采用高频载波通道中高频信号的“有”和“无”来分别代表电流相位的“正”和“负”，实现比较简单，可以用模拟的方法，用操作电流对高频信号进行调制。

纵联电流差动保护既比较大小，又比较电流相位，信息交互量较大，载波通道难以满足要求，对电流瞬时值或相量的采集和计算必须借用数字的方法，并且要求两端采样必须同步，所以实现起来比较困难。

4.20 什么是闭锁角，由什么决定其大小，为什么必须考虑闭锁角，闭锁角的大小对保护有何影响？

答：在理想情况下，外部短路时，线路两侧电流的相位相反（两侧电流的参考方向均由母线指向被保护线路），在采用操作电流正半波发信的调制方式下，线路两端的发信机交替发信，高频通道中持续有高频信号；内部短路时两侧电流的相位基本相同，两侧几乎是同时在正半波发信，负半波停止发信，所以高频通道中仅有持续的高频信号，相差高频保护就是通过判断高频通道中高频信号是否间断来区分内、外部故障的。高频信号连续，判断为外部故障，将线路两端的保护闭锁，均不跳闸；高频信号间断，判断为内部故障，两侧保护快速跳闸。

在实际情况下，由于互感器误差、线路分布电容、高频信号传递时间等原因，区外故障时两侧的收信机收到的高频信号不连续，会出现一定的间断，有可能造成保护的误动，因此应找出外部故障时出现的最大间断角，并进行闭锁，这个角

就叫做闭锁角，表示为

?。当高频信号的间断时间对应的电气角度小于闭锁角

b

时，就判断为区外故障，可靠将两侧保护闭锁，而当高频信号间断的角度大于闭锁角时，才认为是内部故障，保护才动作跳闸。

闭锁角应按照躲过区外故障时可能出现的最大间断角来整定，最大间断角主要由互感器的角度误差、序电流滤序器产生的角度误差、线路电容电流引起的角度误差、高频信号沿线传输需要的延时等因素决定。电流互感器两侧二次电流的最大误差不超过7°；经保护装置中的滤序器及发信操作回路的角度误差两侧不超过15°；高频信号在输电线路上传播，其速度近似为8

?，传输的线路长

310m s

度与等值的工频角延迟为

6100l ??。因而外部短路时两侧收到的高频电流之间的间隔角最小为180(7156)100l ?±?+

?+??时，保护不应动作，所以要选择保护的闭锁角7156100

b l ?≥?+?+??，即 7156100b l y ??≥?+?+

??+ 一般裕度角y ?取15°，可见线路越长闭锁角越大。

闭锁角越大，外部短路时的安全性越高，越不容易产生误动，对提高保护的

可靠性有利，但内部短路时有可能产生拒动。

4.21 什么是相继动作？为什么会出现相继动作，出现相继动作对电力系统有何

影响？

答：在输电线路保护中，一侧保护先动作后跳闸，另一侧保护才能动作的

现象，称为相继动作。

随着被保护线路的增长，为了保证区外故障时不误动作，要求保护的闭锁角

增大，从而使动作区域变小，内部故障时有可能进入保护的不动作区。由于在内

部故障时高频信号的传输延时对于电流相位超前侧和滞后侧影响是不同的，对于

滞后的N 侧来说，超前侧M 发出的高频信号经传输延迟后，相当于使两者之间

的相位差缩小，高频信号的间断角增大，有利于其动作，所以N 侧是可以动作

的；但对于超前的M 侧来说，N 侧发来的信号经延时后相对于加大了两侧电流

的相位差，使M 侧感受到的高频信号的间断角变得更小，有可能小于整定的闭

锁角，从而导致不动作。为解决M 端不能跳闸问题，当N 侧跳闸后，停止发高

频信号，M 侧只能收到自己发出的高频信号，间隔180°，满足跳闸条件随之也

跳闸。出现相继动作后，保护相继动作的一端故障切除的时间变慢。

4.2纵联保护与阶段式保护的根本差别是什么？

答：纵联保护与阶段式保护的根本差别在于，阶段式保护仅检测、反应保护安装处一端的电气量，其无延时的速动段（即第Ⅰ段）不能保护全长，只能保护线路的一部分，另一部分则需要依靠带有一定延时的第Ⅱ段来保护；而纵联保护通过通信联系，同时反应被保护线路两端的电气量，无需延时配合就能够区分出区内故障与区外故障，因而可以实现线路全长范围内故障的无时限切除。

4.5通道传输的信号种类、通道的工作方式有哪些？

答：在纵联比较式保护中，通道中传送的信号有三类，即闭锁信号、允许信号和跳闸信号。在纵联电流差动保护中，通道中传送的是线路两端电流的信息，可以是用幅值、相角或实部、虚部表示的相量值，也可以是采样得到的离散值。在纵联电流相位差动保护中，通道中传送的是表示两端电流瞬时值为正（或负）的相位信息，例如，瞬时值为正半周时有高频信息，

瞬时值为负半周时无高频信息，检测线路上有高频信息的时间，可以比较线路两端电流的相位。不同的通道有不同的工作方式，对于载波通道而言，有三种工作方式，即正常无高频电流方式、正常有高频电流方式和移频方式。对于光纤及微波通道，取决于具体的通信协议形式。

4.12输电线路纵联电流差动保护在系统振荡、非全相运行期间，会否误动，为什么？答：系统振荡时，线路两侧通过同一个电流，与正常运行及外部故障时的情况一样，差动电流为量值较小的不平衡电流，制动电流较大，选取适当的制动特性，就会保证不误动作。非全相运行时，线路两侧的电流也为同一个电流，电流纵联差动保护也不误动作。