输电线纵联差动保护的新原理
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继电保护学习资料4
三、高频通道的工作方式
经常无高频电流（故障时发信） 1. 经常无高频电流（故障时发信） 2. 经常有高频电流（长期发信） 经常有高频电流（长期发信）
四、高频信号的分类和应用
1.闭锁信号 1.闭锁信号 “ 收不到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件 ”
外部故障：一侧的高频保护发出高频闭锁信号，将两侧的保护都闭锁。 内部故障：两端的高频保护都不发出高频闭锁信号，保护可动作于跳闸。
利用装设在每一端的电流速断、距离一段、零序电流速断等保护，当其 保护范围内部故障而动作于跳闸的同时，还向对端发出跳闸信号，不经 其它控制元件而直接使对端的断路器跳闸。
第三节 高频闭锁方向保护基本原理
1. 高频闭锁方向保护的基本原理
※ 高频通道经常无电流，而在外部故障时由短路功率为负的 一 端发出闭锁信号，两侧收信机接受到此信号将两侧保护闭锁。 优点：保护范围内部故障并伴有通道损坏时（通道所在一相接地 优点 或断线），保护装置仍能可靠动作。
※ 相差动高频保护也是一种传送 闭锁信号的保护，也具有闭锁 式保护所具有的缺点，需要两 套启动元件。
t灵敏度低>t高灵敏度
3. 高频负序方向保护的基本原理
原理： 原理：利用负序元件反应各种不对称短路和三相短路（短路初）。
（1）内部故障时，两端GJ2触点均向下闭合，使2ZJ工作线圈带电，同时两 端发信机均不能起动，无闭锁信号。两端保护的2ZJ均动作于跳闸。 （2）外部故障时，靠近故障点一侧的GJ2触点向上闭合，经1ZJ的电流线圈 启动发信机，1ZJ的触点闭合后，经电阻R对发信机附加起动，发出闭 锁信号，将两侧保护闭锁。
2.允许信号 2.允许信号 “ 收到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件 ”
外部故障：近故障点侧不发允许信号，故对端保护不能跳闸； 近故障点的一侧因为判断故障方向的元件不动作，也不能跳闸。 内部故障：两端高频保护同时向对侧发出允许信号，使保护动作于跳闸。
电力系统继电保护原理-输电线路纵联保护
3、电流相位比较式纵联保护
对比两侧电流相位差为0°保护动作； 对比两侧电流相位差为180°保护不动作；
4、距离纵联保护
距离Ⅱ段作为方向元件。 该保护的优点：既具有纵联保护的优点，又具有距离 保护的优点。
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
4.2.1 导引线通信（见P132图4.5）
4.2.2 电力线载波通信（见P134图4.6） “高频保护 ”
KD . Ir
. 正常、k外：Ir =
. IM2
-
. IN2
.. . d内：Ir = IM2 + IN2
线路两侧装有相同变比的TA
保护动作特性： 1）不带制动特性
I set K rel K np K er K st I k .max
2）带制动特性
动作方程：
I m I n K I m I n Iop0
2）使用线路侧电压 2、功率倒向对方向高频保护的影响
在环网或双回线路上，当一回线发生故障时，由于故障线 路两侧的断路器相继动作。造成非故障线路的短路功率改 变方向，从而有可能使得非故障线路的方向高频保护误动。
为防止在功率倒向中保护误动，采取的措施是： 一是反方向功率方向元件优先的原则。即一旦反方向元件 动作，立即闭锁正方向元件。 二是当故障发生后经过一段时间（大于本保护动作时间， 小于相邻线路断路器跳闸时间），尚未判为内部故障，则 认为是外部故障，程序转入另一模块。
protect ＆
GSX
跳闸
③跳闸讯号方式：高频讯号本身可直接使断路器跳闸
protect
பைடு நூலகம்GSX
≥1
跳闸
4.2.3 微波通道
利用150mHz到20gHz间的电磁波进行无线通信称为微波通 信。 优点： 微波通道频带宽。 微波通道独立于输电线之外，可靠。 因而用微波通道可实现传送允许信号和直接跳闸信号的 保护方式。 缺点： 微波信号的衰耗与天气有关。 必须沿线路建设微波中继站。
对比两侧电流相位差为0°保护动作； 对比两侧电流相位差为180°保护不动作；
4、距离纵联保护
距离Ⅱ段作为方向元件。 该保护的优点：既具有纵联保护的优点，又具有距离 保护的优点。
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
4.2.1 导引线通信（见P132图4.5）
4.2.2 电力线载波通信（见P134图4.6） “高频保护 ”
KD . Ir
. 正常、k外：Ir =
. IM2
-
. IN2
.. . d内：Ir = IM2 + IN2
线路两侧装有相同变比的TA
保护动作特性： 1）不带制动特性
I set K rel K np K er K st I k .max
2）带制动特性
动作方程：
I m I n K I m I n Iop0
2）使用线路侧电压 2、功率倒向对方向高频保护的影响
在环网或双回线路上，当一回线发生故障时，由于故障线 路两侧的断路器相继动作。造成非故障线路的短路功率改 变方向，从而有可能使得非故障线路的方向高频保护误动。
为防止在功率倒向中保护误动，采取的措施是： 一是反方向功率方向元件优先的原则。即一旦反方向元件 动作，立即闭锁正方向元件。 二是当故障发生后经过一段时间（大于本保护动作时间， 小于相邻线路断路器跳闸时间），尚未判为内部故障，则 认为是外部故障，程序转入另一模块。
protect ＆
GSX
跳闸
③跳闸讯号方式：高频讯号本身可直接使断路器跳闸
protect
பைடு நூலகம்GSX
≥1
跳闸
4.2.3 微波通道
利用150mHz到20gHz间的电磁波进行无线通信称为微波通 信。 优点： 微波通道频带宽。 微波通道独立于输电线之外，可靠。 因而用微波通道可实现传送允许信号和直接跳闸信号的 保护方式。 缺点： 微波信号的衰耗与天气有关。 必须沿线路建设微波中继站。
输电线路纵联保护
第四章.输电线路纵联保护
▪输电线路纵联差动保护 ▪输电线路高频保护 ▪微波保护
问题的提出：
前述保护存在的主要问题 ①单侧量保护只能保护本线路的一部分 ②受运行方式影响；长线路，重负荷Klm低
第一节. 输电线纵联差动保护（纵差保护）
一．原理:
1. 纵联保护：就是用某种通信通道（简称通道）
将输电线两端的保护装置纵向联结起来，将各 端电气量（电流、功率的方向等）传送到对端， 将两端电气量比较，以判断故障在本线路范围 内还是在本线路保护范围之外，从而决定是否 切除被保护线路。
2、导引线的阻抗和分布电容 3、导引线的故障和感应过电压
第二节.输电线路的高频保护
▪构成 ▪分类 ▪原理
一、概念
1、定义 高频保护：是以输电线载波通道作为通信通道的纵联保护.
广泛应用于高压和超高压输电线路 无时限快速保护,无需与下一线路配合，同时比较两端电 流的相位或功率方向区分内、外故障
电流相位（功率方向）→高频信号→输电线本身 →对端→比较 2、分类
Sd
Sd
Sd
图4-9 高频闭锁方向保护的作用原理
d短路： 3、4功率方向为正，不发闭锁信号 2、5为负，发闭锁信号
则1、2、5、6被闭锁
(1)动作条件 功率方向为正 收不到高频载波信号
(2)讯号由功率方向为负一端发出，两端闭锁 (3)闭锁信号的优点：
当内部故障并伴随通道破坏时(如接地or断 线)保护仍能正确动作
复习题： 一.判断题
二.简答题
答案：
一.判断题 1.对 2.错 3.对 4.对 5.错 二.简答题 1.
2. 3.
4.
5. 6.
相差高频保护： 相差高频保护
五、高频闭锁方向保护
▪输电线路纵联差动保护 ▪输电线路高频保护 ▪微波保护
问题的提出：
前述保护存在的主要问题 ①单侧量保护只能保护本线路的一部分 ②受运行方式影响；长线路，重负荷Klm低
第一节. 输电线纵联差动保护（纵差保护）
一．原理:
1. 纵联保护：就是用某种通信通道（简称通道）
将输电线两端的保护装置纵向联结起来，将各 端电气量（电流、功率的方向等）传送到对端， 将两端电气量比较，以判断故障在本线路范围 内还是在本线路保护范围之外，从而决定是否 切除被保护线路。
2、导引线的阻抗和分布电容 3、导引线的故障和感应过电压
第二节.输电线路的高频保护
▪构成 ▪分类 ▪原理
一、概念
1、定义 高频保护：是以输电线载波通道作为通信通道的纵联保护.
广泛应用于高压和超高压输电线路 无时限快速保护,无需与下一线路配合，同时比较两端电 流的相位或功率方向区分内、外故障
电流相位（功率方向）→高频信号→输电线本身 →对端→比较 2、分类
Sd
Sd
Sd
图4-9 高频闭锁方向保护的作用原理
d短路： 3、4功率方向为正，不发闭锁信号 2、5为负，发闭锁信号
则1、2、5、6被闭锁
(1)动作条件 功率方向为正 收不到高频载波信号
(2)讯号由功率方向为负一端发出，两端闭锁 (3)闭锁信号的优点：
当内部故障并伴随通道破坏时(如接地or断 线)保护仍能正确动作
复习题： 一.判断题
二.简答题
答案：
一.判断题 1.对 2.错 3.对 4.对 5.错 二.简答题 1.
2. 3.
4.
5. 6.
相差高频保护： 相差高频保护
五、高频闭锁方向保护
输电线纵差保护高频保护
信号。ห้องสมุดไป่ตู้
相-地制：收发信机接在一相导线和地之间
传送方式
相-相制：收发信机接在两相导线之间
11
阻止本线路的高频 信号传递到外线路
检修和调试高频保护 时保证人身安全
对工频电流呈现很大 的阻抗，对高频电流
则可顺利通过
①与两侧电容组成高 频串联谐振电路；② 阻抗匹配器；③隔离
工频高压线路。
12
（2）微波通道
• 对于故障发信方式：有高频电流，就是有信号； • 对于长期发信方式：无高频电流，就是有信号； • 对于移频方式，故障时发出的某一频率的高频电
流为有信号。
16
高频信号分类---按作用不同
• 跳闸信号：由线路对端保护发来的直接使保护动 作于跳闸的信号。
• 允许信号：允许保护动作于跳闸的信号。 • 闭锁信号：将保护闭锁、制止保护动作的信号。
• 微波：波长小于1m的电磁波，频段在300~ 30000MHz之间。我国采用的微波频率一般为 2000MHz。
• 缺点：投资大；微波信号只能直线传播，对于长 距离线路需建造若干个微波中继站来转送。
1
2 4 3
1
2 4 3
微波通道示意图
1-定向天线 2-连接电缆 3-收发信机 4-继电部分
13
（3）光纤通道
20
二、闭锁式高频方向保护的基本工作原理
• 规定：母线指向线路的功率方向为正方向；以线路指向母 线的功率方向为反方向。被保护线路两侧都装有方向元件， 且采用当线路发生故障时，若功率方向为正，则高频发信 机不发信，若功率方向为负，则高频发信机发信的方式。
• 故障时收不到高频信号表示两侧都为正方向，允许出口跳 闸；在一段相对较长的时间内收到高频信号时，表示两侧 中一侧为负方向，将保护闭锁。
第三讲：输电线纵联差动保护
•
IM f(• )=0 IN
圆外为动作区
21
一、输电线路的纵联差动保护
7.影响输电线纵差动保护正确工作的因素 7.影响输电线纵差动保护正确工作的因素
电流互感器的误差和不平衡电流； 导引线的阻抗和分布电容； 导引线的故障和感应过电压；
22
一、输电线路的纵联差动保护
CT误差和不平衡电流的影响 CT误差和不平衡电流的影响
35
三、高频保护概述
1.高频保护基本原理
将线路两端的电流相位或功率方向转化为高频信号，然后， 利用输电线路本身构成的高频（载波）电流通道，将此信 号送至对端，以比较两端电流的相位或功率方向的一种保 护。
36
三、高频保护概述
2.高频保护的分类 2.高频保护的分类
按照工作原理的不同，可以分为两大类：
正常运行或外部故障
I J 1 = I1m − I 2 m
•
•
•
• 1 • = (I1M − I 2 M ) = 0 n
I J 2 = I1n − I 2 n
•
•
•
• 1 • = (I1N − I 2 N ) = 0 n
32
二、平行双回线路的横联保护
2.横联方向差动保护原理分析 2.横联方向差动保护原理分析 线路1 线路1内部故障
29
一、输电线路的纵联差动保护
导引线的故障及感应过电压对保护的影响
对于环流法接线，导引线断线将造成保护误动作，导引线 短路将造成输电线内部短路时保护拒动； 对于均压法接线，导引线断线将造成保护拒动，导引线短 路将造成输电线内部短路时保护误动； 短路电流、雷电可在导引线中感应产生过电压，应采取过 电压保护措施。
正常运行或外部故障
继电器端电压较小，不动作
IM f(• )=0 IN
圆外为动作区
21
一、输电线路的纵联差动保护
7.影响输电线纵差动保护正确工作的因素 7.影响输电线纵差动保护正确工作的因素
电流互感器的误差和不平衡电流； 导引线的阻抗和分布电容； 导引线的故障和感应过电压；
22
一、输电线路的纵联差动保护
CT误差和不平衡电流的影响 CT误差和不平衡电流的影响
35
三、高频保护概述
1.高频保护基本原理
将线路两端的电流相位或功率方向转化为高频信号，然后， 利用输电线路本身构成的高频（载波）电流通道，将此信 号送至对端，以比较两端电流的相位或功率方向的一种保 护。
36
三、高频保护概述
2.高频保护的分类 2.高频保护的分类
按照工作原理的不同，可以分为两大类：
正常运行或外部故障
I J 1 = I1m − I 2 m
•
•
•
• 1 • = (I1M − I 2 M ) = 0 n
I J 2 = I1n − I 2 n
•
•
•
• 1 • = (I1N − I 2 N ) = 0 n
32
二、平行双回线路的横联保护
2.横联方向差动保护原理分析 2.横联方向差动保护原理分析 线路1 线路1内部故障
29
一、输电线路的纵联差动保护
导引线的故障及感应过电压对保护的影响
对于环流法接线，导引线断线将造成保护误动作，导引线 短路将造成输电线内部短路时保护拒动； 对于均压法接线，导引线断线将造成保护拒动，导引线短 路将造成输电线内部短路时保护误动； 短路电流、雷电可在导引线中感应产生过电压，应采取过 电压保护措施。
正常运行或外部故障
继电器端电压较小，不动作
七章电网的差动保护
电流互感器二次侧断线
三、纵联差动保护的整定计算
差动保护的动作电流按躲开外部故障时的最大
不平衡电流整定
I op
Krel Kerr
Kst Knp KTA
I dmax
为防止电流互感器二次断线差动保护误动，按
躲开电流互感器二次断线整定
I op
K rel I Lmax KTA
灵敏度校验：
K sen
当区外故障时，被保护线路近短路点一 侧为负短路功率，向输电线路发高频波，两 侧收信机收到高频波后将各自保护闭锁。
当区内故障时，线路两端的短路功率方 向为正，发信机不向线路发送高频波，保护 的起动元件不被闭锁，瞬时跳开两侧断路器。
2KT 延时元件 1KT 记忆元件
正常运行时
内部故障时 外部故障时
I op KTA
（2）躲开单回线运行时的最大负荷电流
I opr
K rel K re KTA
I Lmax
四、横联差动方向保护的优缺点及应用范围
优点：能够迅速而有选择性地切除平行线路上的故障， 实现起来简单、经济，不受系统振荡的影响。
缺点：存在相继动作区，当故障发生在相继动作区 时，切除故障的时间增加1倍。保护装置还存 在死区。需加装单回线运行时线路的主保护 和后备保护。
为什么要采用远方发信?
考虑到当发生故障时，如果只采用本侧“发信”元件将发 信机投人工作，再由“停信”元件的动作状态来决定它是 否应该发信，实践证明这种“发信”方式是不可靠的。
远方启动高频闭锁方向保护的主要问题
双电源变单电源运行(如B侧有电源，C侧无电源)．
发生内部故障时
C侧发起元动件信机被B侧发讯机的高频禁止信号远发方信机启动后通道， 不能自行关闭，致使B侧保护一门 直收到C侧发讯机
电力系统继电保护——4输电线纵联保护
高频信号
A
~1
B
k
C
2
3
4
5
D
6
~
Sk
Sk
Sk
Sk
动作原理
• 保护3和4的功率方向为正，不发出闭锁信号
• 保护2和5的功率方向为负，发出闭锁信号，被本端和 对端收信机接收，闭锁保护1、2、5、6
构成方式：高频通道经常无电流；外部故障时由 短路功率方向为负的一端发出闭锁信号
• 可以保证内部故障并伴随通道破坏时，保护仍然能够 正确动作
8. 高频闭锁距离保护的原理接线
tIII 0
跳闸
Z III
距离III段
0 t1
Z II
t2 0
距离II段(带方向)
&
GFX
通道
GSX
跳闸
&
tII 0
ZI
距离I段(带方向)
万一通信通道损坏，动作情况如何？请讨论
4.4 输电线纵联差动保护
——光纤纵差保护
1. 动作原理
(1) 正常运行或区外故障时
IM1
Y2
T2
D
6
~
Sk
GFX GSX
通道
Y3
跳闸
&
保护1：KW和KA2动作，准备好跳闸回路；可是，保护2的KW 功率方向为负，发出闭锁信号，该信号被两侧的保护的收信机 收到，Y3被闭锁，两侧保护均不能动作。
注意：保护2的发信机必须起动，以保证外部故障时不误动
4. 工作情况分析——两端供电内部故障
高频信号
正常运行或区
外故障时： I I M I N 0
差动保护补充概念
差动的含义：正常运行或者外部故障时，两个电
纵联电流差动保护
（2）采用浮动门坎，即带制动特性的差动保护。因为 区外故障时流过差动回路的不平衡电流与短路电流的大 小有关系，短路电流小，不平衡电流也越小，因此可以 根据短路电流的大小调整差动保护的动作门坎。
4.4.1 纵联电流差动保护原理
外部短路时穿过两侧电流互感器的实际短路电流 可I re以s 采 用以下方法计算：
（2）带制动特性的差动继电器特性 这种原理的差动继电器有两组线圈：制动线圈和动作线圈。
制动线圈流过两侧互感器的电流之差（循环电流） Im ，In 动作线圈流过两侧互感器的电流之和 Im ，In动作条件为：
I mI nKI mI nIo0p
K
I op 0
制动系数，在0~1之间选择。 很小，克服继电器机械摩擦或保证电路状态发生翻转做需要的值。
比率制动方式
Ires0.5I mI n， Ires0.5I mI n 标积制动方式
Ires I mI nco1s8( 0m)n co1s8( 0m)n0
0
co1s8( 0m)n0
在差动继电器的设计中，差动的动作门坎随着 I res 的增大而增大， I res 起制动作用，称为制动电流。动作
的电流（不平衡电流）为：
I unb I mI nnT 1（ A I MI N)
电流继电器正确动作时，差动电流（动作电流） I 应r 躲过
最大不平衡电流，即：
Ir I mI n Iunb
4.4.1 纵联电流差动保护原理
在工程上，不平衡电流稳态值采用电流互感器的10% 的误差曲线按下式计算：
Iun b 0.1KstKnp Ik
因此可以从高频信号的连续和间断反应两端电流相位比 较结果，构成相位纵联保护。
下面结合图形具体说明。
区外故障时
4.4.1 纵联电流差动保护原理
外部短路时穿过两侧电流互感器的实际短路电流 可I re以s 采 用以下方法计算：
（2）带制动特性的差动继电器特性 这种原理的差动继电器有两组线圈：制动线圈和动作线圈。
制动线圈流过两侧互感器的电流之差（循环电流） Im ，In 动作线圈流过两侧互感器的电流之和 Im ，In动作条件为：
I mI nKI mI nIo0p
K
I op 0
制动系数，在0~1之间选择。 很小，克服继电器机械摩擦或保证电路状态发生翻转做需要的值。
比率制动方式
Ires0.5I mI n， Ires0.5I mI n 标积制动方式
Ires I mI nco1s8( 0m)n co1s8( 0m)n0
0
co1s8( 0m)n0
在差动继电器的设计中，差动的动作门坎随着 I res 的增大而增大， I res 起制动作用，称为制动电流。动作
的电流（不平衡电流）为：
I unb I mI nnT 1（ A I MI N)
电流继电器正确动作时，差动电流（动作电流） I 应r 躲过
最大不平衡电流，即：
Ir I mI n Iunb
4.4.1 纵联电流差动保护原理
在工程上，不平衡电流稳态值采用电流互感器的10% 的误差曲线按下式计算：
Iun b 0.1KstKnp Ik
因此可以从高频信号的连续和间断反应两端电流相位比 较结果，构成相位纵联保护。
下面结合图形具体说明。
区外故障时
《课程讲解》-4.4 纵联电流差动保护
过 滤
故障启动发 信机元件
收信比较时间
启
收
元件，功能分 析见后页
发信机操作 发
I1KI2 元件，正波发信信 信
器
收信比较时间t 3 元件
时间元件 在t 3收到输电线路上的高频信号后，将延时 后t有3 输出，并展宽 时间t 4。
延时 t 3时间才有输出的原因
t3
t3
180° 360°
因此可以从高频信号的连续和间断反应两端电流相位比 较结果，构成相位纵联保护。
下面结合图形具体说明。
区外故障时
~
Im
k2 ~
In
180° 360°
t
180° 360°
当某端的电流处于正半波时，由该端保护向输电线上发出高频信号。 该高频信号可以同时被本端保护和对端保护所接收。
可见，区外故障时，两端电流反向，输电线路上存在连续的高频信号。
K st
当两侧互感器的型号、容量相同时取0.5，不同取1。
K np
非周期分量系数。
Ik
外部短路时流过互感器的短路电流（二次值）。
可见：不平衡电流的大小和外部短路电流的大小有关，短路 电流越大，不平衡电流越大。
4.4.1 纵联电流差动保护原理
因此，差动保护的判据有两种思路： （1）躲过最大不平衡电流Iunb.max，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；
部短路时有足够灵敏度的要求。
KsenIIsretIkI.smeitn2
I k . min
单侧最小电源作用且被保护线路末端短路时，流过保护的 最小短路电流。
若纵差动保护不满足灵敏度要求，可采用带制动特性 的纵差动保护。
4.4.1 纵联电流差动保护原理
故障启动发 信机元件
收信比较时间
启
收
元件，功能分 析见后页
发信机操作 发
I1KI2 元件，正波发信信 信
器
收信比较时间t 3 元件
时间元件 在t 3收到输电线路上的高频信号后，将延时 后t有3 输出，并展宽 时间t 4。
延时 t 3时间才有输出的原因
t3
t3
180° 360°
因此可以从高频信号的连续和间断反应两端电流相位比 较结果，构成相位纵联保护。
下面结合图形具体说明。
区外故障时
~
Im
k2 ~
In
180° 360°
t
180° 360°
当某端的电流处于正半波时，由该端保护向输电线上发出高频信号。 该高频信号可以同时被本端保护和对端保护所接收。
可见，区外故障时，两端电流反向，输电线路上存在连续的高频信号。
K st
当两侧互感器的型号、容量相同时取0.5，不同取1。
K np
非周期分量系数。
Ik
外部短路时流过互感器的短路电流（二次值）。
可见：不平衡电流的大小和外部短路电流的大小有关，短路 电流越大，不平衡电流越大。
4.4.1 纵联电流差动保护原理
因此，差动保护的判据有两种思路： （1）躲过最大不平衡电流Iunb.max，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；
部短路时有足够灵敏度的要求。
KsenIIsretIkI.smeitn2
I k . min
单侧最小电源作用且被保护线路末端短路时，流过保护的 最小短路电流。
若纵差动保护不满足灵敏度要求，可采用带制动特性 的纵差动保护。
4.4.1 纵联电流差动保护原理
电力系统继电保护电子教案第四章输电线纵联保护
1. 环流式导引线保护
.
IM
* *
.
Im
.
IN
同极性端子
* *
.
In
动作线圈 动作线圈
导引线
制动线圈
同极性端子 制动线圈
线路两侧电流互感器的同极性端子经导引线连接起 来。继电器的动作线圈跨接在两导引线芯之间。如 果有制动线圈则它被串接在导引线的回路中。
.
IM
* *
.
Im
.
IN
* *
.
In
动作线圈 动作线圈
M
IM
k1 I N N
根据基尔霍夫电流定律(KCL)
可知：
UM
UN
在集总参数电路中，任何时刻，
内部故障
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 M IM
I N N k2
如下： I 0
区外故障
对于输电线路MN可以认为是一个节
点。
内部故障
I IM IN Ik
外部故障
I IM IN 0
.
IM
* *
.
Im
.
k1
IN
*
*
.
In
动作线圈 动作线圈
动作线圈中两侧电流同相
制动线圈
制动线圈的制动电流小于 动作线圈中的动作电流
制动线圈
在内部故障时，动作线圈中两侧电流同相，制动线圈 的制动电流小于动作线圈中的动作电流，保护能够可 靠动作。
2．均压法
.
IM
*
*
.
Im
.
IN
* *
.
In
平衡线圈 平衡线圈
(4)光纤通道
光纤通道与微波通道有相同的优点。光纤 通信也广泛采用(PCM)调制方式。当被保 护线路很短时,通过光缆直接将光信号送到 对侧,在每半套保护装置中都将电信号变成 光信号送出,又将所接收之光信号变为电信 号供保护使用。由于光与电之间互不干扰, 所以光纤保护没有导引线保护的问题,在经 济上也可以与导引线保护竞争。
06+输电线路的纵联保护-1
输电线路两侧电气量的故障特征
2、两端电流相位特征
I U M M
M
假定全系统阻抗角相同，两侧电势角相同。
IN U N
N
正常运行或区外故障时：两侧电流相位相差180°。
I U M M
M
IN U N
N
电流相差高频保护 区内故障时：两侧电流相位相同。
Network Optimization Expert Team
第二节 纵联保护的通信通道
Network Optimization Expert Team
第二节 纵联保护的通信通道
三、微波通道
利用频率为150MHz~20GHz的电磁波进 行无线通信。
优点：
频段为300~3000MHz超短波的无线电波，频带宽，信息传输容量大； 通信速率快，通道独立于输电线路之外，不受线路故障影响。
无中继，通信距离长（几百公里）； 输电线路机械强度大，经济、使用方便，且工程施工比较简单； 缺点： 由于高压输电线路上的干扰能直接进入载波通道，高压输电线路电
晕、短路、开关操作等都会在不同程度上对载波保护造成干扰；
在线路发生故障时通道可能遭到破坏，为此，载波保护应采用在本
线路故障、信号中断的情况下仍能正确动作的技术。
缺点： 传输距离不超过40~60km，衰耗与天气有关; 距离较远时，要装设微波中继站，以增强和传递微波信号， 保护专用微波通道并不经济。
Network Optimization Expert Team
第二节 纵联保护的通信通道
四、光纤通道
将电气量编码后送入光发送机控制发光的 强弱，光在光纤中传送，光接收机则将收到
Network Optimization Expert Team
电力系统继电保护 ——方向比较式纵联保护和纵联电流差动保护
四、影响正确工作的因素及应对措施
2. 功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对措施 增加延时返回元件。
3. 分布电容对方向比较式纵联保护的影响及应对措施 一端断开，另一端三相合闸充电 负序方向元件：按躲过空载线路两相先闭合时出现的稳态负 序电容电流进行整定；或增大保护启动时间；或用方向阻抗 元件代替负序方向。
电气工程及其自动化专业课程
电力系统继电保护
武汉理工大学自动化学院
唐金锐
tangjinrui@
输电线路纵联保护
一、输电线路纵联保护概述 二、输电线路纵联保护两侧信息的交换 三、方向比较式纵联保护 四、纵联电流差动保护
方向比较式纵联保护
一、工频故障分量的方向元件 二、闭锁式方向纵联保护 三、闭锁式距离纵联保护 四、影响正确工作的因素及应对措施
四、影响正确动作的因素
3. 负荷电流对纵联电流差动保护的影响
重负荷情况下发生经大电阻短路，有可能动作量小于制动 量而拒动 全电流纵联差动保护的主要缺点：为了提高重负荷情况下 保护耐受过渡电阻的能力，不得不降低制动系数K的值， 同时也就降低了外部故障时的防卫能力。
为了消除负荷电流的影响，增强保护的耐过渡电阻能力， 提高保护的灵敏度，利用电流的故障分量构成差动保护判 据。
三、闭锁式距离纵联保护
由两端完整的三段式距离保护附加高频通信部分组成： （1）核心变化：距离保护II段的跳闸时间元件增加了瞬时 动作的与门元件。本侧II段动作且收不到闭锁信号。实现 了纵联保护瞬时切除全线任意点短路的速动功能。
（ 2 ）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，三段式零序方向保护代替三段式距离保护
第六章输电线路纵联保护..
不平衡电流对纵联差动保护的影响
* *
I M1
I N1
*
K
*
I M2
I r
I N2
I
区外故障时，由于ＴＡ的传变误差使
五、高频通道的构成
高频保护由继电保护、高频收发信机和高频通 道组成。
电气量 继电 保护 发信机 收信机 通道
收信机 发信机
继电 电气量 保护
高频收发信机接入输电线路的方式有： “相-相”制：连接在两相导线之间； “相-地”制：连接在输电线一相导线和大 地之间。
1 2
3
输电线
4 4
3
2
7
6
6
7
电力系统继电保护原理
第六章 输电线路的纵联保护
6.1
输电线路纵联保护概述
一、反应单侧电气量保护的缺陷 （电流保护和距离保护）
•无法区分本线路末端短路与相邻 线路出口短路。
•无法实现全线速动。
二、输电线路纵联保护的概念
输电线路纵联保护：就是利用通信 通道将线路两端的保护装置纵向联 结起来，将各端的电气量（电流、 功率方向等）传送到对端，将两端 的电气量进行比较，判断故障在区 内还是在区外，从而决定是否切断 被保护线路。
5
5
GFX GSX 8
8 GSX GFX
“相-地”制高频通道示意图
1
2
3
阻波器
3
2
7
6
并联谐振回路，其谐振频率为 6 4 4 7 载波频率。 5 5 对载波电流：Z>1000Ω----将 高频电流限制在被保护线路以 8 GSX GFX GFX GSX 8 内。 对工频电流：Z≈0.04Ω----工频 电流可畅流无阻。
输电线路的纵联保护
向元件.
第二节 输电线纵联保护两侧信息的交换
载波保护或者高频保护
应用载波技术,以输电线本身作为通道,将线路两侧工频电气量 〔或两侧阶段式保护中测量元件的判别结果〕调制40k~500kHz 的高频电波上,沿通道互相传送；两侧保护收到此高频电波后,再 将其还原为工频电气量〔或判别结果〕并在各自的保护中比较这 些量,以判断是区内还是区外故障.
第 4章
输电线路的纵联保护
第一节 输电线路纵联保护概述
一、引言
1、反映单侧电气量保护的缺陷
无法实现全线速动
反应单侧电气量保护的缺陷： ∵无法区分本线路末端短路与相邻线路出口短路. ∴无法实现全线速动.
原因： 〔1〕电气距离接近相等. 〔2〕继电器本身测量误差. 〔3〕线路参数不准确. <4>LH、YH有误差. 〔5〕短路类型不同. 〔6〕运行方式变化等.
收不到高频信 号是跳闸的必 要条件.
高频信号是跳 闸的必要条件.
跳闸信号：
保护
跳闸
信号
1 跳闸 高频信号是跳
脉冲 闸的充分条件.
三、纵联保护动作原理
〔3〕电流相位比较式纵联保护 利用两端电流相位的特征差异,比较两端电流的相位关系构成电流
相位比较式纵联保护 .两端保护各自将本侧电流的正、负半周信 息转换为表示电流相位并利于传送的信号送到对端,同时接收对 端送来的电流 信号并与本册的相位相比较.
〔4〕距离纵联保护 构成原理与方向比较式纵联保护相似,只是用阻抗元件代替功率方
高频保护是目前220KV及以上电压等级复杂网络的主要保护方式.
高频保护由继电保护部分、高频收、发信机和通道组成.
Hale Waihona Puke 按工作原理分为方向高频保护和相差高频保护 方向高频保护的基本原理是比较被保护线路两侧的功率方向 相差高频保护的基本原理是比较被保护线路两侧的电流相位
第二节 输电线纵联保护两侧信息的交换
载波保护或者高频保护
应用载波技术,以输电线本身作为通道,将线路两侧工频电气量 〔或两侧阶段式保护中测量元件的判别结果〕调制40k~500kHz 的高频电波上,沿通道互相传送；两侧保护收到此高频电波后,再 将其还原为工频电气量〔或判别结果〕并在各自的保护中比较这 些量,以判断是区内还是区外故障.
第 4章
输电线路的纵联保护
第一节 输电线路纵联保护概述
一、引言
1、反映单侧电气量保护的缺陷
无法实现全线速动
反应单侧电气量保护的缺陷： ∵无法区分本线路末端短路与相邻线路出口短路. ∴无法实现全线速动.
原因： 〔1〕电气距离接近相等. 〔2〕继电器本身测量误差. 〔3〕线路参数不准确. <4>LH、YH有误差. 〔5〕短路类型不同. 〔6〕运行方式变化等.
收不到高频信 号是跳闸的必 要条件.
高频信号是跳 闸的必要条件.
跳闸信号：
保护
跳闸
信号
1 跳闸 高频信号是跳
脉冲 闸的充分条件.
三、纵联保护动作原理
〔3〕电流相位比较式纵联保护 利用两端电流相位的特征差异,比较两端电流的相位关系构成电流
相位比较式纵联保护 .两端保护各自将本侧电流的正、负半周信 息转换为表示电流相位并利于传送的信号送到对端,同时接收对 端送来的电流 信号并与本册的相位相比较.
〔4〕距离纵联保护 构成原理与方向比较式纵联保护相似,只是用阻抗元件代替功率方
高频保护是目前220KV及以上电压等级复杂网络的主要保护方式.
高频保护由继电保护部分、高频收、发信机和通道组成.
Hale Waihona Puke 按工作原理分为方向高频保护和相差高频保护 方向高频保护的基本原理是比较被保护线路两侧的功率方向 相差高频保护的基本原理是比较被保护线路两侧的电流相位
07输电线路纵联差动保护(5)
闭锁式高频方向保护
闭锁式高频方向保护的基本工作原理:
高频闭锁方向保护是线路两侧的方向元件分别对短路 的方向作出判断，并利用高频信号作出综合判断，进 而决定是否跳闸的一种保护。
第三节 高频保护的基本原理
光缆由多股光纤制成，光纤结构 如图（a）所示。纤芯由高折射 率的高纯度二氧化硅材料制成， 直径仅100～200μm，用于传送光 信号。包层为掺有杂质的二氧化 硅，作用是使光信号能在纤芯中 产生全反射传输。涂覆层及套塑 用来加强光纤机械强度。光缆由 多根光纤绞制而成，为了提高机 械强度，采用多股钢丝起加固作 用，光缆中还可以绞制铜线用于 电源线或传输电信号。光缆可以 埋入地下，也可以固定在杆塔上， 或置于空心的架空地线中（复合 地线式光缆 OPGW）。
'' I unb K unp I k . max
其中
' I unb f er K st K unp
③躲过在相继动作区内发生接地短路时最大非故障相电流
I op K rel I unb. max nTA
电流平衡保护
电流平衡保护是横差方向保护的另一种形式， 其工作原理是比较平行线路上的电流大小，从 而有选择性的切除故障线路，如图所示。
第二节
平行线路的差动保护
3）横差保护保护相继动作区 如图所示，在L1线路末端短路时，两回线路首端电流近似相等， KA1不起动，而对侧与方向相反，加入继电器的电流很大，KA2起 动并将QF2切除。QF2断开后，短路电流重新分配，KA1才起动， 称之为相继动作。要求相继动作区小于5%。
第二节
第二节
平行线路的差动保护
第二节
平行线路的差动保护
当平行线路L1内部短路时，则， I I I r＞0 。 KA1起动，KP1起动、KP2不起动（电流方向相 反）保护动作切除QF1，闭锁QF3 ；对侧同理有 KA2、KP3动作切除QF2，闭锁QF4；同理有L2 内短路，保护切除QF3、QF4而闭锁QF1、QF2 。 注意：横联差动方向保护只在两条线路同时运行 时起到保护作用，而当一条线路故障时，保护切 除该故障线路后为使保护不出现误动作而使横差 保护退出运行，也就是说单条线路运行横差保护 是不起作用的。
纵联电流差动保护【优质最全版】
K st
当两侧互感器的型号、容量相同时取0.5，不同取1。
K np
非周期分量系数。
Ik
外部短路时流过互感器的短路电流（二次值）。
可见：不平衡电流的大小和外部短路电流的大小有关，短路 电流越大，不平衡电流越大。
4.4.1 纵联电流差动保护原理
因此，差动保护的判据有两种思路： （1）躲过最大不平衡电流I，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；
1 纵联电流差动保护原理
纵联电流差动保护要求传输两端的电流相量，对传输设 制动线圈流过两侧互感器的电流之差（循环电流） ，
可见：不平衡电流的大小和外部短路电流的大小有关，短路电流越大，不平衡电流越大。 外部短路时穿过两侧电流互感器的实际短路电流 可以采用以下方法计算：
备的容量和速率都有较高的要求，并要求两端的数据要严 此时需要传递两端各自的相位信息，需要传递的信息量小。
（2）采用浮动门坎，即带制动特性的差动保护。
由纵联电流差动保护的原理可知，在外部短路情况下，输电线两侧一次电流虽然大小相等，方向相反，理论上其和为零，但由于电流
互感器传变的幅值误差和相位误差，使其和不再等于零，保护可能进入动作区。
k 2 因为区外故障时流过差动回路的不平衡电流与短路电流的大小有关系，短路电流小，不平衡电流也越小，因此可以根据短路电流的大
因为区外故障时流过差动回路的不平衡电流与短路电流的大小有关系，短路电流小，不平衡电流也越小，因此可以根据短路电流的大
小调整差动保护的动作门坎。
2）躲过最大负荷电流
I I K I I I 当两侧互感器的型号、容量相同时取0. mn
m n o0 p
4.4.1 纵联电流差动保护原理
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