纵联保护工作原理和故障处理
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。
电力系统继电保护 第四章输电线路的纵联保护
（希望不动）
方向元件 阻抗元件 电流相位
一侧为正 一侧为负
一侧动作 一侧不动作
相位差 180
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。 可以实现本线路全长范围内任意一点 故障的零秒切除的保护。 纵联保护没有后备保护功能
(3) 微波通道 是一种多路通信通道，频带宽，可传送交流电 的波形。是理想的通道，但保护专用微波通道 是不经济的。 (4) 光纤通道 •采用光纤作为通信通道，目前超高压线路在 架线时已同时架设光纤通道，所以，已被越来 越多的超高压线路采用。
B. 按保护动作原理分：
(1) 方向比较式纵联保护
两侧的保护装置将本侧的功率方向、测量阻
继电保护通信通道的选择原则
优先考虑采用光纤通道
其他……
4.3 方向比较式纵联保护
一、概念
以正常无高频电流而在区外故障时发 出闭锁信号的方式构成。此闭锁信号 由短路功率为负的一侧发出，这个信 号被两端的收信机所接收，而把保护 闭锁，故称闭锁式方向纵联保护（高 频闭锁方向保护）。
两侧功率方向的故障特征
纵联保护按通道类型分类
纵联保护信号传输方式： （ 1 ）以导引线作为通信通道：纵联差 动保护 （ 2 ）电力线载波：高频保护（方向高 频保护，相差高频保护），其中方向高 频保护又包括高频闭锁方向保护，高频 闭锁负序方向保护，高频闭锁距离保护； （ 3 ）微波：微波保护，长线路，需要 中继站；
(2) 耦合电容器（滤波、隔工频） 耦合电容器与连接滤波器共同配 合，将载波信号传递至输电线路，同时 使高频收发信机与工频高压线路绝缘。 由于耦合电容器对于工频电流呈现极大 的阻抗，故由它所导致的工频泄漏电流 极小。
纵联差动保护原理
一、发电机相间短路的纵联差动保护将发电机两侧变比和型号相同的电流互感器二次侧图示极性端纵向连接起来，差动继电器KD接于其差回路中，当正常运行或外部故障时，I1与I2反向流入，KD的电流为11TAIn-22TAIn=1I'-2I'≈0 ，故KD不会动作。
当在保护区内K2点故障时，I1与I2 同向流入，KD的电流为：11TAIn+22TAIn=1I'+2I'=2kTAIn当2kTAIn大于KD的整定值时，即1I'-(3)max max/unb st unp i k TAI K K f I n=≠0 ,KD动作。
这里需要指出的是：上面的讨论是在理想情况下进行的，实际上两侧的电流互感器的特性（励磁特性、饱和特性）不可能完全一致，误差也不一样，即nTA1≠nTA2，正常运行及外部故障时，2kTAIn≥I set，总有一定量值的电流流入KD, 此电流称为不平衡电流，用Iunb表示。
通常，在发电机正常运行时，此电流很小，当外部故障时，由于短路电流的作用，TA的误差增大，再加上短路电流中非周期分量的影响，Iunb增大，一般外部短路电流越大，Iunb就可能越大，其最大值可达：.min.min.min()brk brkop ork brk opI II K I I I>≥≤+式中：Kst——同型系数，取0.5；Kunp——非周期性分量影响系数，取为1～1.5；fi ——TA的最大数值误差，取0.1。
为使KD在发电机正常运行及外部故障时不发生误动作，KD的动作值必须大于最大平衡电流Iunb.max，即Iop=KrelIunb.max(Krel为可靠系数，取1.3）。
Iunb.max越大，动作值Iop就越大，这样就会使保护在发电机内部故障的灵敏度降低。
此时，若出现较轻微的内部故障，或内部经比较大的过渡电阻Rg短路时，保护不能动作。
对于大、中型发电机，即使轻微故障也会造成严重后果。
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。
纵联差动保护原理
一、发电机相间短路的纵联差动保护将发电机两侧变比和型号相同的电流互感器二次侧图示极性端纵向连接起来，差动继电器KD接于其差回路中，当正常运行或外部故障时，I1 与 I2 反向流入，KD的电流为11TAIn- 22TAIn=1I' - 2I'≈0 ，故KD不会动作。
当在保护区内K2点故障时， I1与 I2 同向流入，KD的电流为：11TAIn+ 22TAIn=1I' +2I'=2kTAIn当2kTAIn大于KD的整定值时，即1I' - (3)max max/unb st unp i k TAI K K f I n=≠0 ,KD动作。
这里需要指出的是：上面的讨论是在理想情况下进行的，实际上两侧的电流互感器的特性（励磁特性、饱和特性）不可能完全一致，误差也不一样，即nTA1≠nTA2，正常运行及外部故障时，2k TAI n ≥Iset ，总有一定量值的电流流入KD, 此电流称为不平衡电流，用Iunb 表示。
通常，在发电机正常运行时，此电流很小，当外部故障时，由于短路电流的作用，TA 的误差增大，再加上短路电流中非周期分量的影响，Iunb 增大，一般外部短路电流越大，Iunb 就可能越大，其最大值可达：.min.min .min()brk brk op ork brk op I I I K I I I >≥≤+式中：Kst ——同型系数，取；Kunp ——非周期性分量影响系数，取为1～； fi ——TA 的最大数值误差，取。
为使KD 在发电机正常运行及外部故障时不发生误动作， KD 的动作值必须大于最大平衡电流，即Iop=(Krel 为可靠系数，取）。
越大，动作值Iop 就越大，这样就会使保护在发电机内部故障的灵敏度降低。
此时，若出现较轻微的内部故障，或内部经比较大的过渡电阻Rg 短路时，保护不能动作。
对于大、中型发电机，即使轻微故障也会造成严重后果。
为了提高保护的灵敏系数，有必要将差动保护的动作电流减小，要求最小动作电流=（IN 为发电机额定电流），而在任何外部故障时不误动作。
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。
继电保护第四章-纵联保护
4. 输电线路纵联保护（Unit Protection）结构
继电保 护装置
通信设备
• 导引线 • 载波 • 光通信纤信道 • 微波
继电保 护装置
通信设备
继电保护装置
实现电气量采集并形成电气量特征，完成保护任务。
通信设备
将上述信息发送至对端的保护设备，同时接收对端保护发送的
信息并送至本端保护单元
通信信道
故障分量方向元件的特点
不受负荷状态的影响 不受故障点过渡电阻的影响 正、反方向短路时，方向性明确 无电压死区 不受系统振荡影响
（二） 闭锁式方向纵联保护
1. 工作原理
以高频通道经常无电流而在外部故障时发出闭
锁信号的方式构成。
闭锁信号
A1
B
2
3
闭锁信号
C
4
5
6D
F
对AB线路为外部故障，2处功率方向均为 负，发闭锁信号，1、2保护被闭锁。
导引线通信应用：
高压电网超短线路（几公里）。 用于变压器、发电机等电力设备和母线。
（二） 电力线载波通信
采用输电线路本身作为信息传输媒介，在传输电能的同时 完成两端信息的交换。 （一）通道的构成
1
2 76
3 45 89
3
2
4 5
67
98
1.传输线 2.阻波器 3.结合电容器 4.连接滤波器 5.高频电 缆 6.保护间隙 7.安全接地开关 8. 高频收发信机 9.保护 继电器
3. 电气元件故障时两端电气量的特征分析
所选电气量
区内故障 特征
区外或正常 运行时特征
保护原理
功率方向
均指向被保 护元件
一端指向被 保护元件反
输电线路纵联保护
•
•
•
I N
I N IμN nTA
4.2 导引线纵联保护
•
式中 I M
、
•
I
N
——两侧电流互感器的二次电流；
•
Iμ
n
M
T
A
、—I• μ —N 两—侧—电两流侧互电感流器互的感变器比的。激磁电流；
•
•
•
IM
IL
IN
•
I k1M
k1
M
•
•
M
IM
IN
•
I k1N k2
M
N
KD
图4.2 纵联保护的基本原理
4.2 导引线纵联保护
流入差动继电器(或称为差动回路)的电流为
•
•
••
•
Ir
IMIμM nTA
INIμN nTA
由于
•
•
IM IN
所以
•
•
•
Ir
IμM IμN nTA
•
Iunb
4.2 导引线纵联保护
•
式中 I u n b ——不平衡电流(下面将详细说明)。 当情况线相路同外，部流发入生差短动路继(如电k器2点的)时电，流电仍流为互不感平器衡一电次流和，二但次因电为流此的时方一向次与侧正电常流工为作短路的 电流，比正常时的负荷电流大得多，所以此时的不平衡电流要大得多。
a 如果只用一个电流启动元件，在被保护线路外部短路而短路电流接近启动元件动作值时，近短路侧的电流启动元件可能拒动，导致该 侧发信机不发信； 没有高频信号则构成不跳闸的充分条件”。 保护范围外部短路时的最大不平衡电流可按下式来确定 为了适应各种高频载波设备的需要，已有多种阻波器投入运行，其中包括单频阻波器、双频阻波器、带频阻波器和宽带阻波器等。 没有高频信号则构成不跳闸的充分条件”。 此时，两侧方向元件2KW均动作，延时 秒后，经禁止门2作用于跳闸。
纵联保护的原理及通道
Irm= |Im-In|= |△Im-△In+2Ifh|
当发生重负荷大过渡电阻接地故障时，故障电流受负荷电
流抵消而产生两端故障相电流反相的现象;Ifh >> IF Idm < kIrm 保护拒动.
稳态量相量差动： 1) 负荷电流受穿越性负荷电流影响较大； 2) 高阻故障、重负荷下故障、振荡中故障灵敏度低。
装置后端子有远跳开入接点，通过此接点传输至对侧跳闸。
＋220V(G11)
开入
光
光
远跳（823）
发
光纤
收
开入 远跳（824）
光
光
收
2Mb/s 发
TA TB
A01
A02 跳闸
A03
TC
A04
单跳 三跳
A21
A22 三跳 A23 闭重
永跳
A24
WXH-803A 系列光纤纵
联保护
M
WXH-803A 系列光纤纵
Im In Icd
比例制动差动保护判据 Im In k Im In
|Im+In|
Icd:应躲过正常运行不平衡 电流
Icd
采样误差、同步误差、
输电线路对地电容电流等
|Im-In|
原理介绍----差动保护
M Im
F IF
N In
M Im
N In F
IF
线路内部流出电流只成为动作电流
穿越性的电流只成为制动电流
个）。
TX
光 端 机
RX
入
衰 耗 仪
出
需要注意的一些问题
• 1、通道状态的查看 • 2、如何检查通道是否良好 • 3、保护定值的整定与容抗的整定 • 4、接口设备的注意事项 • 5、运行中的注意事项
纵联和横联差动保护的原理
纵联和横联差动保护的原理~！电网的纵联差动保护电流、电压和距离保护属于单端保护，不能瞬时切除保护范围内任何地点的故障。
这就不能满足高压输电线路系统稳定的要求。
如何保证瞬时切除高压输电线路故障？解决办法：采用线路纵差动保护线路纵差动保护是利用比较被保护元件始末端电流的大小和相位的原理来构成输电线路保护的。
当在被保护范围内任一点发生故障时，它都能瞬时切除故障。
－、纵联差动保护的工作原理电网的纵联差动保护反应被保护线路首末两端电流的大小和相位，保护整条线路，全线速动。
纵联差动保护原理接线如下图所示。
，即为电流互感器二次电流的差。
差回路：继电器回路。
正常'流入继电器的电流为I2—I2运行：流入差回路的电流外部短路：流入差回路中的电流为指出：被保护线路在正常运行及区外故障时，在理想状态下，流入差动保护差回路中的电流为零。
实际上，差回路中还有一个不平衡电流Ibp。
差动继电器KD的起动电流是按大于不平衡电流整定的，所以，在被保护线路正常及外部故障时差动保护不会动作。
内部短路：流入差动保护回路的电流为被保护线路内部故障时，流入差回路的电流远大于差动继电器的起动电流，差动继电器动作，瞬时发出跳闸脉冲，断开线路两侧断路器。
结论： 1、差动保护灵敏度很高 2、保护范围稳定 3、可以实现全线速动 4、不能作相邻元件的后备保护二、纵联差动保护的不平衡电流 1．稳态情况下的不平衡电流该不平衡电流为两侧电流互感器励磁电流的差。
差动回路中产生不平衡电流最大值为式中 KTA一电流互感器 10％误差； max—被保护线路外部短路时，流过保护线路的最大短路电流。
∙Ktx—电流互感器的同型系数，两侧电流互感器为同型号时，取0.5，否则取l； Id 2．暂态不平衡电流纵联差动保护是全线速动保护，需要考虑在外部短路时暂态过程中差回路出现的不平衡电流,其最大值为 2。
三、纵联差动保护的整定计算~式中Kfz——非周期分量的影响系数，在接有速饱和变流器时，取为1，否则取为1.5 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灵敏度校验：四、纵联差动保护的评价优点：全线速动，不受过负荷及系统振荡的影响，灵敏度较高。
闭锁式纵联方向保护的原理
闭锁式纵联方向保护的原理摘要：通过对输电线路闭锁式纵联方向保护的原理的了解、保护动作过程、方向元件的要求、起动元件的要求及一些功能与问题的探讨，总结出了闭锁式纵联方向保护的本质。
关键词：闭锁式；纵联方向保护；启信；停信1、基本原理如果我们在输电线路的每一端都装设两个方向元件：一个是正方向元件F+，正方向故障时动作，反方向故障不动作；一个是反方向元件F-，正方向故障时不动作，反方向故障时动作（我们定义母线指向线路为正方向）。
那么在如图所示的线路上，NP线路发生短路，MN为非故障线路。
通过观察我们可以发现：对于故障线路NP，两端方向元件F+均动作，F-均不动作；对于非故障线路MN，1端F+动作，F-不动作，而2端F+不动作，F-动作。
这也就是故障线路和非故障线路的特征区别。
利用这种差别，我们可以判断区外还是区内故障，保护应该动作还是闭锁。
闭锁式纵联方向保护的做法是：在F+不动作，F- 动作的这一端持续发闭锁信号。
这样，在非故障线路上至少有一端（近故障点端）会一直发闭锁信号（发信），两端保护收到该闭锁信号将会闭锁保护；在故障线路上，两端都不符合这一条件，所以闭锁信号会消失（停信），保护动作后就可以出口跳闸。
这就是闭锁式纵联方向保护的基本原理。
2、方向元件的要求方向元件是用来判断区内/区外故障的，对于纵联方向保护至关重要，对于方向元件，需要满足以下几个要求：（1）有明确的方向性，就是说F+只能在正方向可靠动作，F-只能在反方向可靠动作；（2）F+元件可靠保护本线路全长；（3）F-元件比F+元件动作得更快、更加灵敏。
只要F-元件只要一动作，说明是反方向故障，立即持续发信闭锁保护。
这就是反方向元件闭锁保护优先原则；（4）F+ 动作则停止发信机发信；3、起动元件的要求（1）低定值起动元件动作，控制收发信机开始发信，在此之前，通道内没有闭锁信号；（2）高定值起动元件动作后，终止正常程序，正式进入故障计算程序，保护开放；（3）高低定值一般相差1.6~2倍。
纵联保护的工作原理
纵联保护的工作原理纵联保护是一种电力系统故障保护方式，通过在电力系统的不同位置之间建立起纵向保护通路，可以实现对系统故障的快速检测和隔离，以保证电力系统的安全运行。
纵联保护的工作原理是基于电力系统的特性和信号传输原理。
当电力系统发生故障时，例如短路故障，故障点附近的电流和电压会发生异常变化。
纵联保护装置通过在电力系统中布置传感器和测量设备，可以实时监测电流和电压的变化情况。
在纵联保护装置中，通常会设置多个保护点，每个保护点都与电力系统的不同位置相连。
当故障发生时，保护装置会接收到与故障相关的信号，并进行处理。
首先，保护装置会对接收到的信号进行分析，以确定故障的位置和类型。
然后，保护装置会发送信号到相应的断路器或隔离开关，将故障隔离，以防止故障向其他部分传播，从而保护电力系统的安全运行。
纵联保护的工作原理可以通过以下步骤来描述：1. 信号采集：纵联保护装置通过传感器和测量设备采集电力系统中的电流和电压信号。
2. 信号处理：保护装置对采集到的信号进行处理和分析，以确定故障的位置和类型。
这一步通常涉及信号滤波、特征提取和故障定位等算法。
3. 故障判断：根据处理后的信号，保护装置判断是否发生了故障。
如果发现故障，保护装置会进一步确定故障的类型，例如短路故障、接地故障等。
4. 故障隔离：保护装置会发送信号到相应的断路器或隔离开关，将故障隔离，以防止故障向其他部分传播。
同时，保护装置会发送报警信号，通知运维人员进行故障处理。
纵联保护的工作原理有效地提高了电力系统的可靠性和安全性。
通过及时检测和隔离故障，纵联保护可以防止故障扩大，减少系统停电时间，保护电力设备免受损坏，从而提高电力系统的可用性和稳定性。
纵联保护是一种重要的电力系统保护方式，它通过建立纵向保护通路，实现对电力系统故障的快速检测和隔离。
纵联保护的工作原理是基于电力系统的特性和信号传输原理，通过信号采集、处理、故障判断和故障隔离等步骤，保护电力系统的安全运行。
纵联差动保护原理
一、发电机相间短路的纵联差动保护将发电机两侧变比和型号相同的电流互感器二次侧图示极性端纵向连接起来，差动继电器KD 接于其差回路中，当正常运行或外部故障时，I 1 与 I 2 反向流入，KD 的电流为11TA In - 22TA I n =1I '- 2I '≈0 ，故KD 不会动作。
当在保护 区内K2点故障时， I1与 I2 同向流入，KD 的电流为：11TA I n + 22TA I n =1I '+ 2I '=2k TAI n当2k TAI n 大于KD 的整定值时，即 1I ' - (3)maxmax /unb st unp i k TA I K K f I n =≠0 ,KD 动作。
这里需要指出的是：上面的讨论是在理想情况下进行的，实际上两侧的电流互感器的特性（励磁特性、饱和特性）不可能完全一致，误差也不一样，即nTA1≠nTA2，正常运行及外部故障时，2k TAI n ≥I set ，总有一定量值的电流流入KD, 此电流称为不平衡电流，用Iunb 表示。
通常，在发电机正常运行时，此电流很小，当外部故障时，由于短路电流的作用，TA 的误差增大，再加上短路电流中非周期分量的影响，Iunb 增大，一般外部短路电流越大，Iunb 就可能越大，其最大值可达：.min.min .min()brk brk op ork brk op I I I K I I I >≥≤+式中：Kst ——同型系数，取；Kunp ——非周期性分量影响系数，取为1～； fi ——TA 的最大数值误差，取。
为使KD 在发电机正常运行及外部故障时不发生误动作， KD 的动作值必须大于最大平衡电流，即Iop=(Krel 为可靠系数，取）。
越大，动作值Iop 就越大，这样就会使保护在发电机内部故障的灵敏度降低。
此时，若出现较轻微的内部故障，或内部经比较大的过渡电阻Rg 短路时，保护不能动作。
第4章 输电线路纵联保护
M IM
k1
IN N
2）区外短路时： Ik1
M IM
IN
N k2
规定：电流的正方向为由母线流向线路
两侧电流相量和： 区内短路：IM IN Ik1 区外短路：IM IN 0
4.1.2 输电线路短路时两侧电气量的故障特征
2 两端功率方向的故障特征
1）区内短路时：
M IM
k1
IN N
SM
第4章 输电线路纵联保护
4.1 输电线路纵联保护概述 4.1.1 引言 电流保护、距离保护：
仅利用被保护元件一侧的电气量构成保护判据。
不可能快速区分本线末端和对侧母线（或相邻线 首端）故障。
导致II段延时切除，在高压系统中难以满足稳定 性对快速切除故障的要求。
4.1 输电线路纵联保护概述 4.1.1 引言 纵联保护：利用某种通信通道同时比较被保护元 件系1 两）纵在侧联正电保常气护运量的行（一与即般故在构线障成路时框两差图侧异之的间保发护生。纵向的联
4.3.4 影响方向纵联保护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
1
2
QF3跳闸后： 线路L2：M侧功率正，N侧功率负，功率倒向。2向1发闭锁信号， 但信号有延时，在M侧未收到闭锁信号前可能误动作跳开QF1。
4.3.4 影响方向纵联保护正确工作的因素及应 对措施
1 基于数据通道的同步方法——采样时刻调整法
(1)通道延时的测定（正式采样同步前）
从站采样时刻点 tm1：主站发送信息
td
tr 2
tm1 2
tm
主站采样时刻点
(2) 主站时标与从站时标的核对 tr2：主站收到返回信息
继电保护(纵联保护)
目录
CONTENTS
• 继电保护概述 • 纵联保护基本原理 • 纵联保护主要类型及其特点 • 纵联保护在电力系统中的应用 • 纵联保护性能评估与改进方向 • 总结与展望
01 继电保护概述
CHAPTER
定义与原理
定义
继电保护是一种在电力系统中，当电气设备发生故障或异常运行时，能够自动、 迅速、有选择地将故障设备从系统中切除或发出警报信号的保护措施。
原理
继电保护的原理主要基于电流、电压、功率等电气量的变化，通过测量、比较、 逻辑判断等环节，实现对故障或异常情况的识别和处理。
发展历程及现状
20世纪初
熔断器时代，简单过流保护。
20世纪30年代
电磁型继电器广泛应用于保护系统。
20世纪50年代
晶体管保护开始研究，60年代得到实际应用。
20世纪70年代
保障系统安全稳定运行
当电气设备发生故障时，继电保护能够迅速切除故障设备 ，防止故障扩大，保障系统的安全稳定运行。
提高供电可靠性
通过合理的配置和整定，继电保护能够最大限度地减小故 障对系统的影响，提高供电可靠性。
提供故障信息
继电保护装置能够记录故障发生时的电气量信息，为故障 分析和处理提供重要依据。
促进自动化水平提升
选择性
灵敏性
通过比较线路两端的电气量信息，能够准 护对故障的反应灵敏，能够迅速感 知并切除故障。
纵联保护实现方式
导引线方式
利用专用导引线传输线路两端的 电气量信息，实现纵联保护。这 种方式简单可靠，但导引线的建
设和维护成本较高。
载波通信方式
利用电力线载波或微波等通信方 式传输线路两端的电气量信息， 实现纵联保护。这种方式无需专 用导引线，但通信质量受电力线
纵联保护
2、 输电线路纵联保护的基本原理
（3）两端电流相位的特征（相差纵联保护原理） & & 正常运行和外部故障时（F2）： I 和 I 的相位相差180°。
对于命令式纵联保护的命令传输由于数据少两侧数据不需要同步因此可以采用低速率异步通信方式即采用rs232c起止式异步串行通信这种起止式异步数据复接至64kbits同步数字口可以选择不同速率如96kbits192kbits分相式电流差动保护原理光纤分相式电流差动保护利用光纤通道可以实现线路两侧电流相量数据的互传实现纵联电流差动保护原理
弱馈线保护
弱馈线路：双侧电源线路中受电侧电源容量很小，甚至无电源 的线路。 在弱馈线路内部故障时，弱电源侧方向元件尤其是距离元件很 可能因短路电流太小而不启动。若是允许式保护，该侧发不出 允许信号，强电源侧不能快速切除全线故障。 为了解决这个问题，在弱电源侧收到强电源侧发来的允许信号 时，如果本侧母线电压很低，短路电流又很小，就认为不是本 侧反方向故障，于是发出允许信号，使对侧快速跳闸。 突变量方向元件、突变量距离元件所用故障分量都是由故障 前的电压产生的，因此在弱电源侧也能有灵敏度。
输电线的纵联保护
线路的纵联保护
一、纵联保护的分类 二、高频保护 三、光纤纵联保护
输电线的全线速动保护（纵联保护） 输电线的全线速动保护（纵联保护）
高压线路保护（110kV及以上）配备的保护有： （1）零序（电流）保护；（2）距离保护；（3）纵联保护 （1）零序保护：中性点直接接地电网发生接地故障时产生 很大的零序电流，反应零序电流增大的保护成为零序保护。
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采用电力线载波通道传输，以高频方向保护和高频闭锁距离保护 为保护的双微机保护是220kV高压线路保护配置的主要方式。
随着光纤技术在电力系统通信中的广泛应用，目前已实现用光纤 通道传输保护信息。光纤通道具有传输速率高、抗干扰性能好、安全 可靠性高、能保持长期不间断地传输信号的特点，已成为纵联保护传 输通道的首选方式。
• 制动电流 I R IM IN IK IK 2 IK
• 因为 ICD I R继电器不动。 • 凡是穿越性的电流不产生动作电流，
只产生制动电流。
2、RCS-902数字式超高压线路成套快速保护装置 （1）保护配置 • 主保护
纵联距离、零序方向、工频变化量距离
• 后备保护 A型：三段式接地距离、三段式相间距离、二个延时段零序方向过 流
纵联保护工作原理及故障处理
一、 纵联保护工作原理
1、纵联保护:纵联保护是综合反映线路 两侧电气量变化的保护，对本线路全长范 围内的故障均能瞬时切除 。
2、原理：线路两端的保护都能够测量 到对端保护的动作信号，再与本侧带方向 的保护动作信号比较、判定，以确定是否 为区内故障，若为区内故障，则瞬时跳闸。 这样无论在线路的任何一处发生故障，线 路两侧的保护都能瞬时动作跳闸 。
高频保护除输电线路结合加工设备需提供良好的通道、 对二次高频设备必须具有良好的抗干扰性能，避免高频保 护在故障持续干扰时间内因信号的误收、误发而导致保护
动作（误动和拒动）。
三、 差动保护光纤通道的构成
1、光纤保护通道设备（南瑞继保）
RCS-901/2F（M）系列光纤方向、距离保护 RCS-931/943/953系列线路纵差保护 FOX-40/41系列光纤通信接口装置 MUX－64/2M系列光纤通信接口装置
3、从原理上看，纵联保护分为两类：
第一类是纵联方向保护。即反映线路故障的测量原件为各种不同
原理的方向元件。目前在保护中采用的方向元件主要有：方向阻抗元 件、负序功率方向元件、零序功率方向元件、突变量方向元件。利用 高频通道将线路对侧方向判断的结果传送到另一侧，每侧保护经过逻 辑判断区分内外部故障。可见这类保护属于间接比较线路两侧电量的 纵联保护。目前在电力系统运行的这类保护有高频距离(闭锁/允许)保 护、高频负序(闭锁/允许)保护、高频零序方向(闭锁/允许)保护、高频 突变量方向(闭锁/允许)保护。
（2）纵联距离保护原理 • 距离方向继电器
RCS_902A（B、C、D）由距离方向和零序方向继电器，经通 道交换信号构成全线路快速跳闸的方向保护，即装置的纵联保护。 将按超范围整定的距离继电器构成方向比较元件，其动作特性与距 离保护基本一致，由低压距离继电器、接地距离继电器、相间距离 继电器组成。
主要应用连接方式如下 ：
2、光纤通道保护的配置
光纤通道保护的应在用主要有两端保护装置间直接使用光纤连接的 专用光纤通道方式和数字复用光纤通道方式两种。 （1）专用光纤通道方式通道配置
专用光纤：一根光纤只用来传输一个方向的保护信息，不与其它 任何信息复用。一对光纤可用来传输（双向）一条线路两侧的保护信 息。专用光纤通道的结构及其时钟设置如图1和图2所示。
第二类是差动纵联保护。这类保护是直接将对侧电流的相位信息
传送到本侧，本侧电流的相位信息也传送到对侧。每侧保护对两侧电 流的相位进行比较，从而判断出区内外故障。这类属于直接比较两侧 电量的纵联保护，目前在电力系统运行的这类保护有高频相差保护、 导引线差动保护、光纤纵差保护、微波电流分相差动保护。
4、纵联保护按信号传输通道，可分为4类：
图1 专用光纤的通道结构
时钟设置：
采用专用光纤通道，两侧保护装置的时钟方式应设置为内时钟方 式，即两侧的装置发送时钟作在“主-主”方式，数据发送采用本机 的内部时钟，接收时钟从接受数据码流中提取，如图2所示。
图2 内时钟“主-主”方式
时钟方式： 通过控制字“专用光纤”
置“1”或清“0”来设置通信时 钟。
图5 外部时钟“从-从”方式
四、保护装置
1、RCS-931输电线路光纤电流纵差保护 （1）保护配置 • 主保护 光纤电流纵差保护、工频变化量接地、相间距离Ⅰ段
• 后备保护 以正序电压为极化量的阻抗继电器构成的三段式接地、相间距离保护 A型：零序电流Ⅱ段(带方向)、Ⅲ段(方向可选择) B型：零序电流Ⅰ、Ⅱ段(带方向)、Ⅲ、Ⅳ段(方向可选择) D型：零序电流Ⅱ段(带方向)、零序反时限方向电流保护(方向可选择)
图3 三相短路稳态特性
• 零序方向继电器 零序正反方向元件（F0+ ，F0-）由零序功率P0决定，P0由3U0和
3I0*ZD的乘积获得(3 U0、3 I0为自产零序电压电流，ZD是幅值为 1 相 角为 78°的相量)，P0 >0 时F0-动作；P0<-1 伏安（IN=5A）或P0<0.2 伏安（IN =1A）时F0+动作。纵联零序保护的正方向元件由零序方 向比较过流元件和F0+的与门输出，而纵联零序保护的反方向元件由 零序启动过流元件和F0-的与门输出。
复接到PCM交换机，和其它信息复用后一起传输。
（a）复用PCM通道结构（如图3所示） （b）复用2M通道结构（如图4所示）
图3 复用PCM光纤通道结构
图4 复用2M通道结构
（c）主要参数设备设置 时钟设置：通过64k同向接口复接PCM通信设备或复用2M通道，
则两侧保护装置的时钟方式应选用外部时钟方式，即两侧装置的发送 时钟工作在“从-从”方式，据发送时钟和接收时钟为同一时钟源， 均是从接收数据码流中提取，数据发送64kbit/s从SCC来码型变换光 纤发送（主）光纤数据，接收64kbit/s去SCC码型变换光纤接收（主） 光纤时钟，提取DPLL发时钟内部时钟64kHz晶振，如图5所示。
5）接地刀闸
在调整或检修电力线载波机收发信机和结合滤波器时，将它接地， 耦合电容器下端绝对不能悬空，否则，高压电将危及人身安全。
6）高频电缆 电力线载波机或收发信机与结合滤波器之间连接的电缆。主要存
在的问题：串扰其它通道、阻抗失配、高频电缆接地。
7）高频收发信机 目前电力系统使用的收发信机厂家：
南瑞继保------LFX-912/913、PCS-912/913 国家南自------PSF630 许继电气 ------SF-500、600、960 扬州电讯------YBX1、3、10 宏图高科------GSF-1、3、9
• 重合闸 单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸、重合闸停用
（2）光纤电流纵差保护原理
M IM
ICD
Icdqd
IN N
0.75
IR
• 以母线流向被保护线路方向为正 方向
• 动作电流(差动电流)为
ICD IM IN
• 制动电流为 IR IM IN
动作电流与制动电流对应的工作 点位于比率制动特性曲线上方， 继电器动作。
2、高频通道的作用 • 高频保护需要良好的高频通道
高频保护依靠两侧收发信机通过高压输电线路传输高 频信号。
电力系统无故障时，干扰相对来说较小，两侧高频保 护基本处于待命状态；
电力系统突发故障时，高频保护要在比正常时严重几 倍的干扰情况下，及时启动，并完成收、发信，把保护动 作信息准确送至对侧高频保护装置；
不亮 黄色 不亮 不亮 不亮 不亮 不亮
红色 不亮 黄色 红色 红色 红色 红色
装置判断母线TV断线时亮 线路重合闸装置完成充电时亮
光纤通道异常时亮 开关A相跳闸时亮 开关B相跳闸时亮 开关C相跳闸时亮 重合闸动作时亮
（3） RCS-931、RCS-902保护装置指示灯异常处理步骤：
• “运行”灯不亮的处理步骤:
动作特性如图2
(C) 相间距离继电器 工作电压：U OP U I Z ZD 极化电压：U P U1 动作特性如图3.7.5。
(d)反方向距离继电器 该继电器仅在保护投退控制字
‘弱电 侧’＝1 时才投入，它由三 个接
地距离继电器和三个相间距离继电器 组成。 在弱电侧，当距离方向和零 序正反方向元件均不动作时，若反方 向距离继电器动作，则判为反方向故 障，若反方向距离继电器不动作，则 不认为是反方向故障。
1）检查并记录后台监控计算机和保护装置上出现的信号灯及显示信息； 2）检查直流馈线柜上通往线路保护柜的空气开关是否跳闸，如果跳闸，则试
合一次。如不成功则不应再试。 3）检查线路保护屏上对应装置的电源空气开关是否跳开，如跳开应退出该保
护装置所控制的所有出口压板后立即试合一次，如试合成功则马上恢复退 出的出口压板； 4）合上后该信号仍没有消失，应检查线路保护屏屏背端子接触是否良好； 5）故障不能排除时将以上情况汇报运行调度、变电管理所，并做记录
M IM
I N N
I K
线路内部短路
• 动作电流
ICD IM IN IK
• 制动电流
IR IM IN
• 因为 ICD I R 继电器动作。 • 凡是在线路内部有流出的电流，都成
为动作电流。
M IM IN N IK
线路外部短路
• 动作电流
ICD IM IN IK IK 0
3、装置介绍及故障处理 （1） RCS-931、RCS-902保护装置面板布置图
RCS-931装置的正面面板布置图
RCS-902装置的正面面板布置图
（2）RCS-931（RCS-9V断线 充电 通道异常 跳A 跳B 跳C 重合闸
颜色
正常
异常
说
明
绿色
不亮 在装置正常运行时亮，装置故障或进入调试菜单时熄灭
(a)低压距离继电器 工作电压： U OP U I Z ZD 极化电压： U P U1M 正方向故障时，动作特性如图1，反方向故障时动作特性如图 2。