平行线路的横联方向差动保护方案

为了提高电力系统并联运行的稳定性和增加传输容量，电力系统常采用平行双回线路运行方式。35～66 kV 平行双回线路通常采用横联方向差动保护（简称“横差保护”）或电流平衡保护作为主保护。

平行线路是指参数相同且平行供电的双回线路，采用这种供电方式可以提高供电可靠性，当一条线路发生故障时，另一条非故障线路仍可正常供电。为此，要求保护能判别出平行线路是否发生故障及故障线路。横联方向差动保护判别平行线路是否发生故障时，采用测量差回路电流大小的方法；判别故障线路时，则采用测量差回路电流方向的方法。

1.横联方向差动保护的工作原理

横联方向差动保护利用功率方向元件判断故障线路，它既可用于电源侧，也可用于受电侧。电流平衡保护利用双回线电流大小判断故障线路，它只能用于电源侧。由于电流平衡保护的接线和调整都比较简单，故常在平行线路主电源侧装设电流平衡保护，而在另一侧装设横联方向差动保护。

横联方向差动保护是反映双回线路中电流之差的大小和方向的一种保护。如图4−1−14所示，两条线路的电流互感器变比相同、型号相同。M 端TA1 与TA2（N 端TA3 与TA4）二次绕组异极性端相连，构成环流法接线方式，在两连线之间差动回路上接入电流继电器 KA1（或KA2）。该保护主要由一个电流继电器和两个功率方向继电器构成，电流继电器接于双回线路电流互感器二次侧的差动回路，功率方向继电器电流线圈接于被保护线路的差电流上，电压线圈接于其所在母线电压互感器的二次电压上。

图4−1−14　平行线路的横联方向差动保护单相原理接线

现以单侧（M 端）电源线路为例说明横联方向差动保护的工作原理。

（1）线路正常运行或外部（如k2 点）短路时，线路L1 中流过的电流II 与线路L2 中流过的电流 I2相等，M 端保护的电流继电器KA1 中流过的电流为

实际上，由于双回线路阻抗不完全相等，电流互感器的特性也可能不完全一致，KA1 中会流过不平衡电流。若能使KA1 的动作电流大于不平衡电流，则M 端的电流继电器不会动作，M 端的整套保护不会起动跳闸。同理N 端的保护也不会动作。

（2）任一线路内部（如k1 点）故障时，若线路L1 发生短路，不考虑负荷电流，则通过线路L1 和L2 的短路电流 II和 2I的大小与它们由母线M到故障点经过的阻抗值成反比。显然 I1＞ I2，在M 端保护KA1 中流过的电流为

此电流大于电流继电器的整定值时，电流继电器KA1 动作，功率方向继电器是否动作取决于流过功率方向继电器的电流和所加电压间的相位。根据图4−1−14所示的极性，当线路L1 故障时，功率方向继电器KW1 流过的差电流I从同极性端子流入，所加的母线电压也是从同极性端子加入，故通过KW1 判别为正方向故障，KW1 动作。KW2 与KW1 流过相同的电流，但其所加母线电压的方向是从非极性端子加入的，故KW2不动作。因此M 端的保护KA1 与KW1 动作将QF1 跳开。同时在k1 点故障时，N 端TA3 流过的电流为 2I，TA4 流过的电流为2I−，则KA2 中的差电流为

此电流将使KA2 动作，且根据图4−1−14所示极性，功率方向继电器KW3满足动作条件而动作，故QF3 跳闸。因此，L1 线路故障，M 端与N 端保护均动作，使QF1 与QF3 跳闸。(www.xing528.com)

L2 线路故障时，2＞ I1，利用上述分析方法可知，KA1 与KW2 动作，使QF2 跳闸，KA2 与KW4 动作，使QF4 跳闸。

无压检定和同步检定的三相自动重合闸示意

以上分析说明，差动电流继电器KA1 与KA2 在平行线路外部故障时不动作，而在L1 线路或L2 线路故障时，KA1 与KA2 都动作，因此电流继电器能判别平行线路内、外部故障，但不能判别故障线路。L1 与L2 线路内部故障时，KA1 和KA2 中的电流方向不同，故可用功率方向继电器来选择故障线路。由此可见，横联方向差动保护是反映平行线路短路电流差的大小和方向，有选择性地切除故障线路的一种保护。

当保护动作跳开一回线路以后，平行线路只剩下一回线路运行时，横联方向差动保护要误动作，应立即退出工作。因此，各端保护的正电源由本端的两断路器的常开辅助触点进行闭锁，即当一台断路器跳闸后，保护就自动退出运行。如果平行线路两端都有电源，则横联差动保护仍能正确动作。

横联差动保护装置中的电流继电器是保护的起动元件，功率方向继电器是保护的选择元件，根据这种保护的工作原理，可以构成反映相间短路的横联差动保护，也可构成反映接地故障的横联差动保护。前者起动元件接入同名的相差电流，方向元件采用90°接线，起动元件与方向元件为按相起动方式，保护采用两相式接线。后者起动元件接于两回线的零序差动回路，功率方向元件被通入零序差动电流，加入零序电压。

2.横联方向差动保护的相继动作区和死区

在保护区内故障时，横联方向差动保护在电源侧测量的是两线路电流差的大小；在非电源侧测量的是两线路电流的和。因此，非电源侧保护的灵敏度比电源侧高。但靠近母线故障时，两侧保护存在相继动作的问题。

（1）相继动作区：对侧保护动作后，由于短路电流重新分布，本侧保护再动作，称为相继动作。可能发生相继动作的区域叫作相继动作区。

当平行线路内部任一端母线附近发生短路时，例如在图4−1−15所示线路中，N 端母线附近k 点故障时，流过L1 的短路电流 II与流过线路L2的短路电流 2I近似相等，此时，对M 侧保护来说，流过起动元件KA1 中的电流很小，当其值小于KA1 的动作电流时，M 侧保护不动作。但对N 侧保护来说， 2I经QF2、QF4、QF3 流向短路点，流过起动元件KA2 中的电流其值将大于动作电流，N侧保护会动作而断开QF3。这时，故障并未被切除，QF3 断开后，短路电流重新分布， I2 =0，短路电流全部经QF1 流至故障点。M 侧保护流过的电流此电流大于动作电流，将使保护动作断开QF1。k 点故障分别由N 侧、M 侧保护先后动作于QF3、QF1，切除故障线路，这种两侧保护装置先后动作的现象称为相继动作。另一种相继动作的情况是在M 侧母线附近区域内发生故障时， I1＞ I2，且 I2很小，因此N 侧保护不动作， 而M 侧保护将先动作断开QF1。QF1 断开后， I1 =0 ， I2 增大，于是N 侧保护又动作断开QF3，故障由M、N 侧保护相继动作切除。

图4−1−15　横联方向差动保护相继动作分析

相继动作可选择性地切除故障，但切除故障的时间会延长一倍，故应尽量减小相继动作区。通常要求在正常运行方式下，两侧母线附近的相继动作区总长不能超过线路全长的50%。

（2）死区：反映相间短路的横联方向差动保护中功率方向元件采用90°接线。当保护安装处附近发生三相对称短路时，母线残压接近零，若加于功率方向继电器的功率小于其动作功率，则功率方向继电器不动作。功率方向继电器在靠近母线的一段不动作的区域称为死区。保护的死区位于本保护的相继动作区之内。通常要求死区的长度不超过全线路长度的10%。

3.评价

横联方向差动保护的主要优点是能够快速地、选择性地切除平行线路上的故障，并且接线简单。其缺点是在相继动作区发生短路故障时，切除故障时间将延长一倍；选用感应型功率方向继电器的保护有死区；双回线路中有一回线路停止运行时，保护要退出工作。为了对双回线路上的横联方向差动保护及相邻线路进行后备保护，以及在单回线路运行时作为主保护，还需装设一套接于双回线路的三段式电流保护或距离保护。零序横联方向差动保护具有较高的灵敏度和较小的相继动作区。横联方向差动保护目前被广泛应用于66 kV 及以下电压等级电网。