输电线路纵联保护概述
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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
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
只有在两端保护的I段有重叠区时才能实现全线速动。
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。
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4章 电网的纵联保护
第 四 章
输电线路纵联保护
Pilot Protection for Transmission Lines
4.1
输电线路纵联保护概述
4.1.1 引言（ 纵联保护的提出 ）
1. 电流、距离保护的缺陷
M 1 2 N 3
k1
k2
反映：一侧电气量，即只采集线路一侧的电气量 缺陷：Ⅱ段有延时，无法实现全线速动，
N
正常运行时：两侧的测量阻抗都是负荷阻抗， 距离Ⅱ段都不启动 外部故障时：至少有一侧的距离Ⅱ段不启动（反方向）
I U M M
M
U I N N
N
区内故障时：两侧的距离Ⅱ段同时启动
4.1.3 纵联保护的基本原理
1、纵联电流差动保护
基本原理：利用输电线路两端电流波形和或电流相量和的特征。
I U M M
M SM SN
U I N N
N
正常运行或区外故障时：远故障点的功率方向是从母线流向 线路，功率方向为正；近故障点的功率方向是由线路流向母 线，功率方向为负。两端功率方向相反。 U I I U N
M
M
N
M SM SN
N
区内故障时：两端的功率方向都是从母线流向线路，同为正。
优点：不受系统振荡的影响，不受非全相的影响，简单可靠
缺点：导引线不能太长
4.2.2 电力线载波通信
将线路两端的电流相位（或功率方向）信息转变为高 频信号，经过高频耦合设备将高频信号加载到输电线 路上，输电线路本身作为高频信号的通道将高频载波 信号传输到对侧，对端再经过高频耦合设备将高频信 号接收，以实现各端电流相位（或功率方向）的比较， 称为高频保护。
缺点： a. 施工的要求高，“焊接”难（熔纤机）； b. 光纤断裂难以查找； c. 通信距离还不够长。 光纤通讯网是电力通讯网的主干网，基于光纤通信的纵联保 护成为主流模式。
输电线路纵联保护
Pilot Protection for Transmission Lines
4.1
输电线路纵联保护概述
4.1.1 引言（ 纵联保护的提出 ）
1. 电流、距离保护的缺陷
M 1 2 N 3
k1
k2
反映：一侧电气量，即只采集线路一侧的电气量 缺陷：Ⅱ段有延时，无法实现全线速动，
N
正常运行时：两侧的测量阻抗都是负荷阻抗， 距离Ⅱ段都不启动 外部故障时：至少有一侧的距离Ⅱ段不启动（反方向）
I U M M
M
U I N N
N
区内故障时：两侧的距离Ⅱ段同时启动
4.1.3 纵联保护的基本原理
1、纵联电流差动保护
基本原理：利用输电线路两端电流波形和或电流相量和的特征。
I U M M
M SM SN
U I N N
N
正常运行或区外故障时：远故障点的功率方向是从母线流向 线路，功率方向为正；近故障点的功率方向是由线路流向母 线，功率方向为负。两端功率方向相反。 U I I U N
M
M
N
M SM SN
N
区内故障时：两端的功率方向都是从母线流向线路，同为正。
优点：不受系统振荡的影响，不受非全相的影响，简单可靠
缺点：导引线不能太长
4.2.2 电力线载波通信
将线路两端的电流相位（或功率方向）信息转变为高 频信号，经过高频耦合设备将高频信号加载到输电线 路上，输电线路本身作为高频信号的通道将高频载波 信号传输到对侧，对端再经过高频耦合设备将高频信 号接收，以实现各端电流相位（或功率方向）的比较， 称为高频保护。
缺点： a. 施工的要求高，“焊接”难（熔纤机）； b. 光纤断裂难以查找； c. 通信距离还不够长。 光纤通讯网是电力通讯网的主干网，基于光纤通信的纵联保 护成为主流模式。
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
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
• 当正常运行时，两侧的测量阻抗是负荷阻抗，阻抗 元件不起动；
• 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；
• 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；
第四章输电线纵联保护
继电保护装置从TA,TV获取电压电流，形成或提取两端被比较的电气量特征，一方面 发送信息，一方面接收信息（通信通道），比较两端电气量特征，符合条件则动作 并告知对方。
Relay protection,copyright Zhang Jingjing I-2
4-1 输电线纵联保护概述
2、分类
A、按通道类型分 1)导引线纵联保护（需敷设导引线电缆） 2)电力线载波纵联保护（以线路为通道） 3)微波纵联保护 4)光纤纵联保护（短线路纵联保护主要通道形式） B、按保护动作原理分 1)方向比较式纵联保护（通道中传送逻辑信号） 2)纵联电流差动保护（通道中传送两侧电气量信号）
1、载波通道的构成 1)输电线路。 2)阻波器 由电感线圈和可变电容器并联组成的回路。f0为并联谐振的频率。 这样，高频讯号被限制在输电线范围内，而不穿越到相邻线路上。 50Hz工频电流阻波呈现较小阻抗，不影响其传输。
Relay protection,copyright Zhang Jingjing I-7
4-2 输电线纵联保护两侧信息的交换
8).高频收发讯机。 发讯机发出讯号，通过高频通道，送到对端收讯机中，也被自己的收讯机接收，高频 收讯机接收由本端和对端所发送的高频讯号，经过比较判断后，再动作于继电保护。 发讯分故障时发讯和长期发讯。
2、载波通道的特点
对于中长距离的输电线路，敷设专门的辅助导线，技术上、经济上是不合理的。 利用输电线路本身作为一个通道，在输电线传送50Hz工频电流的同时，迭加传送 一个讯号，以进行线路两端电气量的比较。讯号采用50～400kHz的高频电流。 1)无中继通信距离长（几百公里）； 2)经济，使用方便； 3)工程施工比较简单
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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。
输电线路纵联保护基础知识讲解
. 缺点是保护性能和投资受导引线长度影响。线路越 长，安全可靠性越低，投资越大。
14
输电线路纵联保护两侧信息的交换
. . 输电线路用来作为载波通道时，必须在输电线路上装设专
用的加工设备，将同时在输电线路上传送的工频和高频电 流分开，并将高频收、发信机与高压设备隔离，以保证二 次设备和人身的安全。 . 电力线载波的方式主要有两种：一种是高频收、发信机通 过结合电容器连接在输电线路两相导线之间，称为“相—相” 制；另一种是高频收、发信机通过结合电容器连接在输电 线一相导线与大地之间，称为“相—地”制。 “相—相”制高频 通道的衰耗小，但所需加工设备多，投资大； . “相—地”制高频通道传输效率低，但所需加工设备少，投 资较小。目前，国内外一般都采用“相—地”制，高频通道。
. 这在220kV及以上电压等级的电力系统中难于满 足系统稳定性对快速切除故障的要求。
. 实践表明，反映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、快速的切除全线任意点短路的目的。
3
输电线路纵联保护概述
. 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，也就是说在线路两侧 之间发生纵向的联系，以这种方式构成的保护称 之为输电线路的纵联保护。
. (1)正常无高频方式。正常工作条件下不发信，故障期 间由保护启动元件启动发信。为了确知通道完好，采 用手动和自动定期检查的方法检查通道。
. (2)正常有高频方式。正常工作条件下处于发信状态。 通道处于监视状态。增加了对其他通信设备的干扰； 外界对高频信号干扰时间长，抗干扰能力要求高。
. (3)移频方式。正常工作和故障条件下分别发不同频率 的高频电流。能监视通道工作情况，提高通道可靠 性，抗干扰能力强。但占用频带宽，通道利用率低。
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
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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。
4.1.2 两侧电气量的故障特征分析
3.两端电流的相位特征
M IM
IN
N M IM
IN N
k1
UM
区内故障时
UN UM
区内故障时
UNk2
假定全系统阻抗角均匀、两侧电动势角相角相同，当发生 区内短路时，两侧电流同相位；
当正常运行和发生区外短路时，两侧电流相位差180°。
4.1.2 两侧电气量的故障特征分析
II段 I段
~
4.1.1 输电线路纵联保护概述
2.纵联保护的概念
研究和实践表明，利用线路两侧的电气量可以快速、可 靠的区分本线路内部任一点短路与外部短路，达到有选择、 快速切除全线任意点短路的目的。
为此，需要将线路一侧电气量信息传到另一侧去，安装 于线路两侧的保护对两侧的电气量同时比较、联合工作， 以这种方式构成的保护称之为输电线路的纵联保护。
第四章 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 输电线路纵联保护概述
1.采用纵联保护的原因 电流保护和距离保护仅利用一侧的电气量构成保护判据。
这种保护方式不能快速区分本线路末端和对侧母线故障。 例如，在本线路末端发生短路时，只能采用II段保护来延时 切除，对于220KV及以上线路，这种保护方式难于满足系 统稳定性对快速切除故障的要求。
IN N
k1
UN
若规定功率由母线流向线路为正方向，则在区内故 障时，两端功率均由母线流向线路，两端功率方向相同， 同为正方向。
4.1.2 两侧电气量的故障特征分析
M IM UM
IN N UNk2
区外故障时，远故障点功率方向为正，近故障点功 率方向为负，两端功率方向相反；系统正常运行时功率 方向也相反。
若由功率方向为负者发出闭锁信号，闭锁两端的保护，称 为闭锁式方向纵联保护；
若由功率方向为正者发出允许信号，允许两端保护跳闸， 称为允许式方向纵联保护。
4.1.3 纵联保护的基本原理
3.电流相位比较式纵联保护 利用两端电流相位的差异，比较两端电流的相位关系构
成电流相位式纵联保护。两端保护各自将本端电流的正、负 半波信息发送给对端，同时接收对端传来的电流信号与本端 的电流进行相位比较。区内故障时，两端电流的相位差为0°， 保护动作；正常运行或区外故障时，两端电流的相位差为 180°，保护不动作。
元件替代功率方向元件。对于方向阻抗元件而言，当故障 发生在距离保护II段的保护范围内相应的元件才动作；否则 元件不动作。相较于功率方向元件而言，方向阻抗元件减 少了启动次数，提高了可靠性，简化了纵联保护。
4.1.1 输电线路纵联保护概述
4.按保护的动作原理分类 方向纵联保护
方向比较式纵联保护 距离纵联保护
纵联电流差动保护
两利侧用保通护道装将置本将侧本电侧 流的 的功 波率 形方 或向 代、 表测 电量 流阻 相抗 位是 的否信在号规传定送的到方对向侧、， 区 每段侧内保的 护判根别据结对果两传侧送 电到 流对 的侧 波， 形每 和侧 相保 位护 比装 较置 结根 果据 区两 分侧是的区判内别故结障果还区是 分 区是外区故内 障故。障还是区外故障。
4.1.2 两侧电气量的故障特征分析
1.两端电流相量和的故障特征
M IM
IN NUM区Fra bibliotek故障时UNk2
ImIn 0
根据基尔荷夫电流定 律（KCL），在如图所示 的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，若不考虑分布 电容和电导的影响，任何 时刻两端电流向量和等于 零。
4.1.2 两侧电气量的故障特征分析
发生区内短路时， I I mI n0 考虑到TA的误差及分布电I 容的I m 影响I n，动I k1 作判据可写为
ImIn Iset Iset ——门槛值
4.1.3 纵联保护的基本原理
2.方向比较式纵联保护 利用输电线路两端功率方向相同或相反的特征可以构成方
向比较式纵联保护。当发生故障的时候，两端的功率方向元 件判别流过本端的功率方向，
1.两端电流相量和的故障特征
M IM
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区内故障时
I mI nI k1
当线路发生内部故障 时，故障点有短路电流流 出，若规定线路两端电流 正方向为由母线流向线路， 不考虑电容的影响，两端 电流和等于流入故障点的 电流。
4.1.2 两侧电气量的故障特征分析
2.两端功率方向的故障特征
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