输电线路纵联保护分析
13-14-2输电线路纵联保护解析
电力系统继电保护原理主讲教师：刘青电自教研室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。
单端电气量保护：仅利用被保护元件的一侧电气量，无法区分线路末端和相邻线路的出口短路，可以作为后备保护（三段式）。
纵联保护：利用被保护元件的各侧电气量，可以识别：内部和外部的故障，作为主保护。
继电保护装置继电保护装置TA TATVTV 输电线路纵联保护结构框图在设备的“纵向”之间，进行信号交换通信设备通信设备通信通道三、通信通道的类型1.导引线通道----导引线纵联差动保护它只适用于< 15－20公里的短线路。
它在发电机、变压器、母线保护中应用得更广泛。
2. 电力线载波通道----载波（高频）保护利用输电线路本身作为通道在工频电流上叠加载波信号（30～500kHZ）传送两侧电气量的信息。
3. 微波通道（150MHZ～20ＧHZ）--微波保护频带宽，需采用脉冲编码调制，适合于数字式保护，不经济。
4. 光纤通道----光纤保护采用脉冲编码调制PCM方式，光信号不受干扰。
四、高频通道的构成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。
电气量继电保护发信机收信机收信机发信机继电保护电气量通道高频保护由继电保护、高频收发信机和高频通道组成。
GFX GSX GFXGSX 123456782346758“相-地”制高频通道示意图输电线“相-地”制高频通道示意图GFX GSX GFXGSX 123456782346758阻波器并联谐振回路，其谐振频率为载波频率。
输电线纵联保护
1
2
3
k
C 闭锁信号 D
4
5
6
思考题：为何设KA1、KA2两个启动元件？ 为何设t1、t2两个延时？
Y1
Y2
t2 0
跳闸
&
&
KW+ KA2 KA1
TV TA
0 t1
停收 启信
结合电容器
第四节 纵联电流差动保护
一、纵联电流差动保护原理
1. 工作原理
基尔霍夫定律
M IM
k1 IN N k2
Im
KD Ir
启信
TA
3）区外短路
结合电容器
2 KA1启信 闭锁 KW+ 不停信
4）单电源区内短路
本节课内容总结
1. 两侧电气量故障特征 2. 纵联保护的概念及优点 3. 纵联保护的分类（通道、原理） 4. 纵联保护的信息通道
载波通道的构成、工作方式、信号性质 5. 闭锁式方向纵联保护工作原理
A 闭锁信号 B
第四章
输电线路纵联保护
Pilot Protection for Transmission Lines
第一节 输电线路纵联保护概述
一、电流、距离保护的缺陷
M1
k2
2 N3
k1
反映：一侧电气量 缺陷：二段有延时，无法实现全线速动，
≥220kV 难以满足稳定性要求。
二、输电线路两侧电气量定值电流元件 起动发信
KA2: 高定值电流元件 停信
3. 故障时保护动作行为分析
A 闭锁信号 B
1
2
3
k
C 闭锁信号 D
4
5
6
1
Y1 1
Y2
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
浅谈输电线路的纵联保护
３ 结束语
输 电 线 路 纵 联 保 护 利 用信 息通 道 将 输 电 线路 两 端 电 气量 传送到对端 ． 进 行 两 端 的 电 的 电气 量 比 较 ． 从 而判 断是 线路 内
导 引线通信纵联保 护的优 点 ： 其工作量 少 、 简单可 靠 ． 不
受 系统 振 荡 的影 响 ， 不 受 非 全相 运 行 的影 响 。
扰 不 影 响 通 信 系统 ： 通 道 的检 修 不影 响 线路 进 行 ． 传 递 的 信 息
容量增加、 速率加快 ， 受到外界干扰的影响小 ， 可 靠性 高 。 输电 纵联 保 护 缺 点 ： 微 波 通 道 需要 微 波 中继 站 ． 微 波
广 泛 的应 用 。
【 关键词 】 输 电线路 ｉ 纵联保护 ； 全线速 动 【 中图分类号 】 Ｔ Ｍ ７ ７ ３ 【 文献标识码 】 Ａ 【 文章编号 】 １ ０ ０ ６ — ４ ２ ２ ２ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ３ — ０ ２ ０ ７ — ０ １
１ 纵联保护 的原理
微 波纵 联 保 护 、 光 纤 纵 联保 护 。
艺、 材料组成、 及 光 学特 性 、 光 纤常 用途 进 行 分 类 外 。
光 纤 通 信 纵 联 保 护 的优 点 ： 通信容量大 ． 节 约 大 量金 属 材 料 ， 保 密性 能 好 、 敷设 方便 、 不怕雷击 。 不 受 外 界 电磁 干扰 ． 抗 腐蚀 性 好 ． 不 易受 潮
导 引线 通 信 纵 联 保 护 的缺 点 ： 因导 引 线造 价 较 高 ． 因此 导
引线 不 能 过 长 ， 所 以应 用 受 限 。 （ ２） 输 电线 路 的 载 波 通 信 是 以 载 波 信 号 为 传 输 介 质 的 电
浅谈输电线路的纵联保护
浅谈输电线路的纵联保护摘要：本文首先就输电线路纵联保护原理、概念、分类进行了介绍，而后进一步深入，对纵联差动保护应解决的主要问题及解决措施展开了剖析。
关键字：纵联保护；故障；光纤纵联差动保护一、纵联保护（一）基本原理纵联保护是将线路两侧测量信息进行判断实现全线速动保护，其基本原理有如下三种：（二）概念和分类将线路两侧测量信息传到对侧进行比较构成的全线速动保护，称作线路纵联保护。
线路纵联保护不需与其他保护配合，不受负荷电流的影响，不反应系统震荡，有良好的选择性。
通常用高频通道组成的纵联保护称高频保护，用光纤通道组成的纵联保护称光纤纵联差动保护。
二、纵联差动保护应解决的主要问题及措施（一）纵联差动保护应解决的主要问题1、输电线路电容电流的影响电容电流是从线路内部流出的电流，因此它构成动作电流。
由于负荷电流是穿越性的电流，它只产生制动电流。
所以在空载或轻载下电容电流最容易造成保护误动。
2、外部短路或外部短路切除时产生的不平衡电流外部短路或外部短路切除时，由于两端电流互感器的变比误差不一致、暂态过程中由于两端电流互感器的暂态特性不一致、二次回路的时间常数的不一致产生不平衡电流。
3、重负荷线路区内经高阻接地时灵敏度不足的问题4、正常运行时电流感器（TA）断线造成纵联电流差动保护误动作正常运行时当输电线路一端的TA断线时差动继电器的动作电流和制动电流都等于未断线一端的负荷电流。
由于差动继电器的制动系数小于1，起动电流值又较小，因此工作点将落在比率制动特性的动作区内造成差动继电器动作。
5、弱电端拒动的问题当线路有一端背后无电源或为小电源时该端称为弱电端。
6、输电线路两端保护采样时间不一致所产生的不平衡电流的问题引起两侧采样不同步的原因：（1）两侧装置上电时刻的不一致；（2）一侧数据传送到另一侧有通道时延和数据接收时延；（3）两侧装置晶振存在固有偏差；（二）解决措施1、防止电容电流造成保护误动的措施（1）提高差动继电器比率制动曲线中的起动电流Iqd的定值来躲电容电流的影响。
线路保护-(纵联保护)
3.纵联分相电流差动保护
（1）稳态分相电流差动保护的基本原理
在系统图中，设流过两端保护的电流、以 母线流向被保护线路的方向规定为其正方向， 如图中箭头方向所示。以两端电流的相量和作 为继电器的动作电流，该电流有时也称作差动 电流、差电流。另以两端电流的相量差作为继 电器的制动电流。
差动门槛值
差动电流
3.功率倒向时出现的问题及对策 。
1号保护 F+动作 情况 功率倒向前 功率倒向后 √ × F-动作 情况 × √
2号保护 F+动作 情况 × √ F-动作情 况 √ ×
如果纵联方向保护在35ms内一直不动作（收信时间满35ms） ，那么纵联方向保护再要动作的话要另加25ms的延时。
4.远方启信的作用和通道交换的过程。
电流、电压、零序电流和距离保护都是反应 输电线路单端电气量变化的保护，这种反应 单端电气量变化的保护从原理上讲都区分不 开本线路末端和相邻线路始端的短路 。
凡是反应单端电气量变化的保护都做成多 段式的保护，其中瞬时动作的第Ⅰ段保护， 其定值都要按躲本线路末端短路（其实质 是躲相邻线路始端短路）来整定。这类反 应输电线路单端电气量变化的保护，它的
2.允许式光纤纵联方向保护
1.允许式纵联方向保护的简化框图：
保护启动
正方向元件动作 反方向元件不动作
有对侧允许信号
保护启动
＆
出口
正方向元件动作 反方向元件不动作
＆
向对侧发允许信号
保护启动 开关任一相分位 且该相无流
＆
向对侧发允许信号
有对侧允许信号 开关任三相分位 且三相无流
＆
向对侧发允许信号
2.允许式光纤纵联保护的通道
（2）如果高定值起动元件起动后，又收到了任 一相相跳闸位置继电器都动作的信号并确认该 相无电流时立即停信。这停信通常称作“位置 停信”。 在起动元件起动后本断路器又单相或三相 跳闸了，这说明本线路上发生了短路，本端保 护动作跳闸了，所以采取马上停信措施后有利 于对端纵联方向保护跳闸。
电力系统继电保护 第四章输电线路的纵联保护
3 微波通信
频段为300~30000MHz，超短波的无线电波，频带宽，信息传输容量大，传 输距离不超过40~60km；距离较远时，要装设微波中继站，以增强和传递微 波信号。通信速率快，可用于纵联电流差动原理的保护。
4 光纤通信
1.光纤通信的构成
光发射机、光纤、中继器和光接收机。
（2）正常时有高频电流方式（长时发信） 在正常工作条件下发信机始终处于发信状态，沿高 频通道传送高频电流。
优点：高频通道部分经常处于监视的状态，可靠性高；且无 需收、发信机启动元件，简化装置。 缺点：经常处于发信状态，增加了对其他通信设备的干扰时 间；也易受外界高频信号干扰，应具有更高的抗干扰能力。
（希望不动） 一侧为正 一侧为负
内部故障 （希望动作）
两侧均为正
一侧动作 一侧不动作
两侧均动作
电流相位 相位差 180
接近同相
如何应用这些特征？后面陆续予以介绍。
纵联保护：用某种通信信道将输电线 路两端的保护装置纵向联结起来，将 一端电气量（电流、功率方向等）传 到对端进行比较，判断故障在本线路 范围内还是范围之外，从而决定是否 切除被保护线路。
根据通道的构成，输电线路载波通信分为： “相-相”式 连接在两相导线之间 “相-地”式 连接在输电线一相导线和大地之间
1、输电线路载波通信的构成
继电
部分
G R
输电线路
高频阻波器 耦合电容器
连接滤波器 高频电缆
G 高频通道部分 R
接 地 开 关
继电
部分
(1)阻波器：阻波器是由 一电感线圈与可变电容器 并联组成的回路。当并联 谐振时，它所呈现的阻抗 最大（1000Ω以上），利 用这一特性，使其谐振频 率为所用的载波频率。这 样的高频信号就被限制在 被保护输电线路的范围以 内，而不能穿越到相邻线 路上去。但对工频电流而 言，阻波器仅呈现电感线 圈的阻抗，数值很小（约 为0.04Ω左右），并不影 响它的传输。
输电线路纵联保护概述
4.两端的测量阻抗的特征
M IM UM
IN N
k1
UN
正常负荷时测量阻抗 位于II段保护范围外；
区内故障时两侧的测 量阻抗都落在本段的II 段保护范围内，两侧II 段同时启动；
外部故障时有一侧保 护为反方向，不启动。
4.1.3 纵联保护的基本原理
1.纵联电流差动保护 利用线路两端的电流和的特征可以构成纵联差动保护。 正常运行或区外故障时，
4.1.1 输电线路纵联保护概述
输电线路的纵联保护结构如下图所示：
~
~
继电保护装置 通信设备
通信通道
继电保护装置 通信设备
一套完整的纵联保护包括：两端保护装置、通信设 备和通信通道。
3.通信通道的分类
导引线通信：通过敷设电缆传送电气量信息。 电力线载波通道：以电力线作为通信通道。 微波通道 光纤通信：经济、容量大、不受干扰，是目前主流。
4.1.3 纵联保护的基本原理
3.电流相位比较式纵联保护 由于测量误差和输电线路
分布电容的影响，两端电流的 不动作区 实际电流的相位差不可能恰好
等于0°或180°。所以保护的
动作区和不动作区如图所示。
动作区
4.1.3 纵联保护的基本原理
4.距离纵联保护 构成原理和方向比较式纵联保护相似，只是用方向阻抗
传传送送的的是是判电别气的量逻，辑信量息，量信较息大量，较并少且，要但求对两可侧靠信性息要同求步较采高集。，对 通道要求较高。
4.1.2 输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析
纵联保护是利用线路两端的电气量在内部故障与非故障 时的特征差异构成的。
线路发生内部故障与其它运行状态（外部故障和正常运 行）相比，电力线两端电流波形、功率方向、电流相位以及 两端的测量阻抗都有明显的差异，利用这些差异可以构成不 同原理的纵联保护。
04 输电线路纵联保护
4.3.3 闭锁式距离纵联保护的构成
¾ 本线路故障： ZIII启动发信； ZII判断为正方向，启动停信；两侧均未收到高频闭锁信号
而跳闸。
4.3.3 闭锁式距离纵联保护的构成
¾ 外部故障： ZIII启动发信； ZII判断为反方向，不停信；两侧均收到高频闭锁信号而不
跳闸。
闭锁式距离纵联保护中的III段定时限距 具有为线路远端母线和相邻元件的远后备 能力。
它是以由短路功率为负的一侧发出高频闭 锁信号，这个信号被两端的收信机所接收，而 把保护闭锁。故称高频闭锁方向保护。
这种按闭锁信号构成的保护只在非故障线 路上才传送高频信号，而在故障线路上并不传 送高频信号。因此，在故障线路上由于短路使 高频通道可能遭到破坏时，并不会影响保护的 正确动作。
高频闭锁信号由非故障线的近故障点侧保 护发出。
4.4 纵联电流差动保护 4.4.1 纵联电流差动保护原理
线路两侧装有相同变比的TA
由于两侧电流互感器励磁特性不同，正常 运行及外部故障时流过的短路电流反映至二 次侧大小会不相同。此电流差称为不平衡电 流。
4.4 纵联电流差动保护
4.4.1 纵联电流差动保护原理
不平衡电流的值可计算为：
Iunb = 0.1Kst Knp Ik max
两侧电流相位差00
两侧电流相位差1800
4.1 输电线路纵联保护概述
4.1.2 输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析
两端测量阻抗的特征（距离纵联保护） (以II段距离为启动元件，采用方向阻抗特性）
区内故障：两侧测量阻抗均为短路阻抗 区外故障：两侧测量阻抗均为短路阻抗，但一侧 为反方向 正常运行时：两侧测量阻抗均为负荷阻抗
4. 2 输电线路纵联保护两侧信息量的交换
输电线路纵联保护
• 当发生外部短路时，两侧的测量阻抗也是短路阻抗 ，但一侧为反方向，至少有一侧的阻抗元件不起动 。
4.1.3 纵联保护的基本原理
• 利用输电线两端电气量在正常运行、外部短 路和内部短路时的特征差异可以构成不同原 理的输电线路纵联保护：
➢纵联电流差动保护 ➢方向比较式纵联保护 ➢电流相位比较式纵联保护 ➢距离纵联保护
4. 输电线路纵联保护
4.1 输电线路纵联保护概述 4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换 4.3 方向比较式纵联保护 4.4 纵联电流差动保护
4.1 输电线路纵联保护概述
➢4.1.1 引言
仅反应线路一侧的电气量不可能无延时地快速区 分本线末端和对侧母线(或相邻线始端)故障。
反应线路两侧的电气量可以快速、可靠地区分本 线路内部任意点短路与外部短路，达到有选择性 、快速地切除全线路任意点短路的目的。
– 当输电线路发生内部短路时，两端电流相角差为0°， 保护动作，跳开本端断路器。
– 而正常运行或发生区外短路时两端电流相角差180 ° ，保护不动作。
4.1.3 纵联保护的基本原理
3.电流相位比较式纵联保护
• 考虑电流电压互感器的误差以及输电线分布电容等的影响， 当线路发生区外故障时两端电流相角差并不等于180°，而 是在180°附近；
导引线纵差保护的特点
• 导引线纵差保护的突出优点是：
– 不受电力系统振荡的影响，不受非全相运行的影响、在 单侧电源运行时仍能正确工作。
– 简单可靠，维修工作量极少，投运率极高，技术成熟， 服务年限长，动作速度快等优点。
• 导引线纵差保护的使用也受如下因素的限制：
– 保护装置的性能受导引线参数和使用长度影响，导引线 愈长，分布电容愈大则保护装置的安全可靠性愈低；
浅论输电线路电流纵联差动保护的优缺点及存在问题的解决方法
Science &Technology Vision科技视界0引言随着社会的快速发展,电力系统在人们生活中所占的地位已经越来越重要,因此,维护输电线路的安全稳定运行,就成为了一个对当前所以电力从业人员来说都十分重要的问题。
在输电线路的保护中,距离保护及电流电压保护只需将其中一端线路的电流电压引入继电保护装置,但是由于多种原因,这种保护装置可能将区外故障误判为区内故障,因此,只有将保护的无时限保护范围缩短至小于线路的全长。
例如,保护I 段的定值一般设定为线路全长的80%到85%,在被保护线路其余部分发生故障时,都只能由II 段来切除。
但对于某些重要的线路来说,是不允许出现此类情况的,所以从为了实现能够无时限切除被保护线路的全长的目标出发,现阶段许多输电线路都采用了纵联保护的原理。
1电流纵联差动保护的原理及优点所谓输电线路的纵联保护,就是用某种通信通道将输电线路两端的保护装置纵向联结起来,将各端的电气量(电流、功率的方向等)传送到对端,将两端的电气量比较,以判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外,从而决定是否切断被保护线路。
因此,理论上这种纵联保护具有绝对的选择性[1]。
而电流纵联差动保护的原理,是基于基尔霍夫电流定律的。
其判据为:∑I ≥I ZD式中∑I 为流入差动继电器的总电流,I ZD 为保护动作整定值。
图1-1输电线路电流纵联差动保护原理图在图1-1中,KD 为差动继电器,设电流的正方向为母线流向被保护线路的方向。
当线路内部故障时(如k1点短路),流经输电线路两侧的故障电流均朝正方向,且I ̇M +I ̇N =I ̇k ,式中I ̇k为k1点的短路电流;当线路正常运行或被保护线路外部短路时(如k2点短路),输电线路两侧的电流大小相等且方向相反,I ̇M +I ̇N=0。
即在内部短路时,短路电流很大,差动继电器动作;而外部短路时,短路电流几乎为0,差动继电器不动作。
从上述原理的叙述中,可以看出,电流纵联差动保护具有如下诸多优点:能正确地判别内部故障和外部故障,灵敏度高,简单可靠,全线速动,流入继电器的总电流不受系统运行方式、非全相运行和系统振荡等影响,本身具有选相功能,这些优点都是距离保护及电流电压保护所没有的,故如今电流差动保护已经成为输电线路主保护的首选原理之一,全国各地长期的运行经验也证明了其优越性。
第三讲输电线纵联差动保护
9
一、输电线路的纵联差动保护
元件环流法纵联差动保护的特点：
正常运行时导引线中存在环流； 继电器反应于电流而动作； 适用于变压器、发电机和母线。
10
一、输电线路的纵联差动保护
4.输电线的环流法纵联差动保护
正常运行或外部故障
继电器端电压较小，不动作
11
一、输电线路的纵联差动保护
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
31
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 线路1内部故障
当被保护线路外部故障时，两端电流相位差180°，两端 发信机交替发信，通道中有连续的高频电流通过，收信机 的接收端收到连续高频电流，输出解调为连续直流信号， 闭锁比相元件，保护不动作。 当被保护线路内部故障时，两端电流同相位，两端发信机 同时发信，同时停信，所以通道流通着断续的高频电流， 收信机也收到断续的高频电流，输出时有时无的方波脉冲， 在无方波脉冲输出地半个周波里，开放比相电路，保护动 作切除故障。由于动作时间只有半个周波（10ms），不 足以保证跳闸的可靠性。因此增加脉冲展宽元件，把短脉 冲展宽，以保证有足够的跳闸时间。
27
一、输电线路的纵联差动保护
导引线的阻抗和分布电容对保护的影响
当纵差动保护用于较长的输电线时，导引线的阻抗增大， 使隔离变压器GB的二次负载增大，因而使GB的传变误差 增大。 为了减小其二次负载，可以提高GB的变压比，但将使导 引线上的分布电容电流和漏电流增大，同样增大GB的传 变误差； GB二次电压过高时，将出现设备和人身安全，以及设备 的管理体制等问题。 纵差动保护只适于用在较短（一般应在20 km以下）而且 重要的输电线上。
输电线路纵联保护
零；均压法接线在导引线中没有电流环流，差动继电器中电流也为零。在内部短
路时，两种接线旳差动继电器中都有电流流过，从而能够精确地动作。当发生外
部短路时，均压法接线旳导引线将会承受高电压，而环流法接线旳导引线将在内
部短路时承受高电压。对于短线路来说，外部短路旳机会多，而内部短路又能够
由纵联保护不久地切除，所以从这个观点来看，环流法很好，但两种接线对保护
。
•
•
•
Ik1 Ik1M Ik1N
1.12
第4章 输电线路纵联保护
4.2 导引线纵联保护
式(4-2)阐明内部短路时流入差动继电器旳电流为故障点总电流旳二次值，且 远不小于正常运营和外部短路时流入差动继电器旳不平衡电流。当差动继电 器为反应电流过量动作时，线路内部短路时，它就动作，即向被保护线路两 侧送出跳闸信号，而正常运营和外部短路时，差动继电器不动作。 从以上分析可见，导引线纵联保护在原理上区别了线路旳内部和外部故障， 可无延时地切除线路两侧电流互感器之间任何地点旳故障。因为在正常情况 下，上述连接方式旳纵联保护旳二次侧电流在导引线中成环流，所以也称为 环流法纵联保护。实际上图4.2旳接线只能用于短线路、变压器、发电机和母 线等作为主保护，而不用于输电线路，因为在正常情况下，它要求沿线路敷 设流过电流互感器二次电流旳多根导引线，这在技术上是有诸多困难旳，在 经济上也是不合理旳。
•
IN
1.20
线路纵联保护旳动作特征取决于线路两侧电流旳关系。两侧电流旳关
系能够用幅值关系和相位关系来表达，也能够用复数比来表达，所以动作
特征旳分析措施如下：
从纵联保护整定计算旳基本原则可知，其动作条件可表达为
•
•
| IM IN |≥ Iop
输电线路的纵联保护
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
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将线路一侧电气量信息传到另一侧去，两侧 的电气量同时比较、联合工作，即在线路两 侧之间发生纵向的联系，以这种方式构成的 保护称为输电线路的纵联保护。
由于保护是否动作取决于安装在输电线两端 的装置联合判断的结果，两端的装置组成一 个保护单元，各端的装置不能独立构成保护， 在国外又称为输电线的单元保护。
方向比较式纵联保护
两侧保护装置将本侧的功率方向、测量阻抗是否 在规定的方向、区段内的判别结果传送到对侧,每 侧保护装置根据两侧的判别结果，区分是区内还 是区外故障。 在通道中传送的是逻辑信号，而不是电气量本身。 传送的信息量较少，但对信息可靠性要求很高。 按照保护判别方向所用的原理可分为方向纵联保 护与距离纵联保护。
纵联电流差动保护
利用通道将本侧电流的波形或代表电流相 位的信号传送到对侧,每侧保护根据对两 侧电流的幅值和相位比较的结果区分是区 内还是区外故障。 在每侧都直接比较两侧的电气量，称为纵 联电流差动保护。 信息传输量大，并且要求两侧信息采集的 同步，实现技术要求较高。
输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析
纵联保护的基本原理
利用输电线两端电气量在正常运行、外部短 路和内部短路时的特征差异可以构成不同原 理的输电线路纵联保护：
• • • • 纵联电流差动保护 方向比较式纵联保护 电流相位比较式纵联保护 距离纵联保护
纵联电流差动保护
利用输电线路两端电流波形和或电流相量和的特 征可以构成纵联电流差动保护。
两端电流相位特征
对于图所示的双端输电线路，假定全系统阻抗角均 匀、两侧电势角相同。 当发生内部短路时，两侧电流同相位； 当正常运行或外部短路时，两侧电流相位差180°
两端测量阻抗的特征
当线路内部短路时，输电线路两端的测量阻 抗都是短路阻抗，一定位于阻抗元件Ⅱ段的 动作区内，两侧的Ⅱ段同时起动； 当正常运行时，两侧的测量阻抗是负荷阻抗， 阻抗元件Ⅱ段不起动； 当发生外部短路时，两侧的测量阻抗也是短 路阻抗，但一侧为反方向，至少有一侧的阻 抗元件Ⅱ段不起动。
纵联保护采用的原理往往受到通道的制约。
导引线通道
这种通道需要铺设导引线电缆传送电气量信息 , 其投资随线 路长度而增加，当线路较长 ( 超过 10km 以上 ) 时就不经济了。
导引线越长，自身的运行安全性越低。在中性点接地系统中, 除了雷击外，在接地故障时地中电流会引起地电位升高，也 会产生感应电压，所以导引线的电缆必须有足够的绝缘水平 (例如15kV的绝缘水平)，从而使投资增大。 一般导引线中直接传输交流二次电量波形，故导引线保护广 泛采用差动保护原理，但导引线的参数 (电阻和分布电容 )直 接影响保护性能，从而在技术上也限制了导引线保护用于较 长的线路。
• 发生内部短路时，
I I
M
I I N d
M
• 正常运行和外部短路时，
I I
0 I N
• 由于受CT误差、线路分布电容等因素的影响，实际上 不为零，此时差动保护的动作判据实际上为：
纵联保护需要利用线路两端的电气量在故 障与非故障时的特征差异构成保护。 当线路发生内部故障与外部故障时，电力 线两端的电流波形、功率方向、电流相位 以及测量阻抗都具有明显的差异，利用这 些差异可以构成不同原理的纵联保护。
两端电流相量和的故障特征
根据基尔霍夫电流定律，对于一个中间既无电源，又 无负荷的正常运行或外部故障的输电线路，在任意时 刻，两端电流相量和等于零。 当内部故障时，故障 点有短路电流流出。
电力线载波通道
在保护中应用最为广泛，它不需要专门架设 通信通道，而是利用输电线路构成通道。 载波通道由输电线路及其信息加工和连接设 备 ( 阻波器、结合电容器及高频收发信机 ) 等 组成。 输电线路机械强度大 , 运行安全可靠。但是 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。
微波通道
微波通信是一种多路通信系统,可以提供足够 的信息通道,微波通信具有很宽的频带,可以传 送交流电的波形。 采用脉冲编码调制 (PCM) 方式可以进一步扩 大信息传输量,提高抗干扰能力,也更适合于数 字保护。 微波通信是理想的通信系统,但是保护专用微 波通信设备是不经济的,电力信息系统等在设 计时应兼顾继电保护的需要。
一套完整纵联保护的构成如下图所示。
纵联保护的分类
按照所利用信息通道的不同，可分为4种：
• • • • 导引线纵联保护——导引线保护 电力线载波纵联保护——载波保护 微波纵联保护——微波保护 光纤纵联保护——光纤保护
按照保护动作原理，纵联保护可以分为两类：
• 方向比较式纵联保护 • 纵联电流差动保护
第四章 输电线路纵联保护
4.1 4.2 4.3 4.4 输电线路纵联保护概述 输电线路纵联保护两侧信息的交换 方向比较式纵联保护 纵联电流差动保护
4.1 概述
仅反应线路一侧的电气量不可能无延时地快 速区分本线末端和对侧母线(或相邻线始端) 故障。 反应线路两侧的电气量可以快速、可靠地区 分本线路内部任意点短路与外部短路，达到 有选择性、快速地切除全线路任意点短路的 目的。
两端功率方向的故障特征
规定母线到线路的方向为正 当线路发生内部故障时，两端功率方向相同，同为正 方向。 当线路发生外部故障时，远故障点端功率方向为正； 近故障点端功率方向为负，两端功率方向相反。 在系统正常运行时，两端的功率方向相反，线路的送 电端功率方向为正、受电端的功率方向为负。
光纤通道
光纤通道与微波通道具有相同的优点，光纤 通道也广泛采用 (PCM) 调制方式，保护使用 的光纤通道一般与电力信息系统统一考虑。 当被保护的线路很短时,可架设专门的光缆通 道直接将电信号转换成光信号送到对侧,并将 所接收之光信号变为电信号进行比较。 由于光信号不受干扰,在经济上也可以与导引 线保护竞争，近年来成为短线路纵联保护的 主要形式。