4.输电线路纵联保护解析
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电力系统继电保护 四输电线路纵联保护
?????????外部故障闭锁信号自近故障端发出另一端接受闭锁信号保护元件虽动作但不跳闸内部故障任一端都不发送闭锁信号两端都收不到闭锁信号保护元件动作后跳闸?????????????内部故障线路两端互送允许信号两端都接收对端允许信号保护元件动作跳闸近故障端保护不动作不跳闸外部故障近故障端不发允许信号远故障端保护动作不跳闸在不知道对短信息的情况下就可以跳闸所以本次和对侧的保护元件必须具有直接区分区内和区外故障的能力如距离保护段零序电流段等
➢ 输电线路的任何故障都不会使通道工作破坏，因此可以传送反应内部故障信息的 允许信号和跳闸信号；
➢ 微波通信必须架设中继站，通道价格昂贵。
（4）光纤保护：利用光纤通信传递两侧保护特征信息。
把电信号转换为光信号
对经光纤传输衰减 的信号进行放大。
把光信号转换为电信号
特点：
➢ 通信容量大； ➢ 广泛采用PCM调制方式； ➢ 可以节约大量金属材料，经济效益可观； ➢ 光纤通信保密性好，敷设方便，不怕雷击，不受外界电磁干扰，抗腐蚀，不怕潮
这类保护在每侧都直接比较两侧的电气量，并且要求两侧信息同步采集，
信息传输量大，实现技术要求较高。
§4.1.2 输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析
比较
内部故障
外部故障
正常运行
两端电流相量和 I IM I N Ik
两端功率方向
两端同为正
I IM IN 0
远故障端方向为正 近故障端方向为负
外部故障 闭锁信号自近故障端发出 另一端接受闭锁信号 保护元件虽动作，但不跳闸 内部故障 任一端都不发送闭锁信号 两端都收不到闭锁信号 保护元件动作后，跳闸
➢ 允许信号——允许保护动作于跳闸的信号。
内部故障 线路两端互送允许信号 两端都接收对端允许信号 保护元件动作，跳闸
➢ 输电线路的任何故障都不会使通道工作破坏，因此可以传送反应内部故障信息的 允许信号和跳闸信号；
➢ 微波通信必须架设中继站，通道价格昂贵。
（4）光纤保护：利用光纤通信传递两侧保护特征信息。
把电信号转换为光信号
对经光纤传输衰减 的信号进行放大。
把光信号转换为电信号
特点：
➢ 通信容量大； ➢ 广泛采用PCM调制方式； ➢ 可以节约大量金属材料，经济效益可观； ➢ 光纤通信保密性好，敷设方便，不怕雷击，不受外界电磁干扰，抗腐蚀，不怕潮
这类保护在每侧都直接比较两侧的电气量，并且要求两侧信息同步采集，
信息传输量大，实现技术要求较高。
§4.1.2 输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析
比较
内部故障
外部故障
正常运行
两端电流相量和 I IM I N Ik
两端功率方向
两端同为正
I IM IN 0
远故障端方向为正 近故障端方向为负
外部故障 闭锁信号自近故障端发出 另一端接受闭锁信号 保护元件虽动作，但不跳闸 内部故障 任一端都不发送闭锁信号 两端都收不到闭锁信号 保护元件动作后，跳闸
➢ 允许信号——允许保护动作于跳闸的信号。
内部故障 线路两端互送允许信号 两端都接收对端允许信号 保护元件动作，跳闸
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。
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
输电线路纵联保护的弱电源侧问题探析
决 纵 联 保 护 弱 电 源 侧 问题 的 基 本 方 法 。 关键 词 ： 电源侧 ； 弱 闭锁 式纵联 保护 ； 允许 式纵联 保护 ； 差动 纵联保 护
１ 电线路纵联保护的基本原理 输 在输电线路 的保护配置 中，仅反应线路一 侧 的电气 量不可 能 区分本 线末 端 和对侧 母线 （ 相邻线路 始端 ） 故障 ， 只有反应线 路两 侧的 电 气量才能区分上述两点故障 ，达到有选择性地 快速切除全线故障 的目的。为此需要将线路一 侧的电气量信息传输到另一侧去 ，在线路两侧 之间发生纵 向的联系 。这种保护就是输电线路 的纵联保护。输电线 路中的纵联保护是线路保 护的主保护 ，由于纵联保 护在电网 中可以实现 全线速动 ，因此它能以最 快的速度有选择地切 除被保护线路的故障。因此它是 保证电力系统 稳定并列运行和缩小故障的损坏程度的主要保
－
电源侧 ， 不能提供足够的短路 电流 ， 响输 电线 影 路纵联保护的正确判断 。 ３输 电线路纵联保护弱 电源侧 问题 的常见 类型和基本解决方法 。 输 电线路常用 的纵联保护 配置有 ：闭锁式 纵联保 护 、 允许式纵联保护 、 ｅ 电流差动等 。 ￣＿ Ｌｆ ３ ． １闭锁式纵联保护 闭锁式纵联保护 的闭锁信号含义是 ： 本侧 保护启 动 ， 收不 到对 侧的信号 ， 保护动作 出 则 口。在 弱电源侧 ，由于没有提 供足够的短路 电 流 ， 电源侧保 护不 会启 动 ， 它将根据远方 弱 因此 起 动发信 的元 件 ， 收到对侧信 号后 ， 当接 则立 即 发信 ， 闭锁两侧保 护， 将 两侧保 护均 不动作 。因 此在输 电线路 存在弱 电源继续 运行 时 ，闭锁式 纵联保 护的解 决办法是 将保 护定值清单中的弱 电源侧 由 ０ 改为 １ 。投入纵联反方 向距离元件 ， 当故 障电压低 于 ３Ｖ 且反 向元件不动 作 ， ０， 则判 为正方 向停止 发信 。它将根据 图 ２的逻辑 方框 图进行判断 ， 保证纵联保护的正确动作。
１ 电线路纵联保护的基本原理 输 在输电线路 的保护配置 中，仅反应线路一 侧 的电气 量不可 能 区分本 线末 端 和对侧 母线 （ 相邻线路 始端 ） 故障 ， 只有反应线 路两 侧的 电 气量才能区分上述两点故障 ，达到有选择性地 快速切除全线故障 的目的。为此需要将线路一 侧的电气量信息传输到另一侧去 ，在线路两侧 之间发生纵 向的联系 。这种保护就是输电线路 的纵联保护。输电线 路中的纵联保护是线路保 护的主保护 ，由于纵联保 护在电网 中可以实现 全线速动 ，因此它能以最 快的速度有选择地切 除被保护线路的故障。因此它是 保证电力系统 稳定并列运行和缩小故障的损坏程度的主要保
－
电源侧 ， 不能提供足够的短路 电流 ， 响输 电线 影 路纵联保护的正确判断 。 ３输 电线路纵联保护弱 电源侧 问题 的常见 类型和基本解决方法 。 输 电线路常用 的纵联保护 配置有 ：闭锁式 纵联保 护 、 允许式纵联保护 、 ｅ 电流差动等 。 ￣＿ Ｌｆ ３ ． １闭锁式纵联保护 闭锁式纵联保护 的闭锁信号含义是 ： 本侧 保护启 动 ， 收不 到对 侧的信号 ， 保护动作 出 则 口。在 弱电源侧 ，由于没有提 供足够的短路 电 流 ， 电源侧保 护不 会启 动 ， 它将根据远方 弱 因此 起 动发信 的元 件 ， 收到对侧信 号后 ， 当接 则立 即 发信 ， 闭锁两侧保 护， 将 两侧保 护均 不动作 。因 此在输 电线路 存在弱 电源继续 运行 时 ，闭锁式 纵联保 护的解 决办法是 将保 护定值清单中的弱 电源侧 由 ０ 改为 １ 。投入纵联反方 向距离元件 ， 当故 障电压低 于 ３Ｖ 且反 向元件不动 作 ， ０， 则判 为正方 向停止 发信 。它将根据 图 ２的逻辑 方框 图进行判断 ， 保证纵联保护的正确动作。
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
电力系统继电保护—纵联(4)
N I 'M I 'N 0 从负荷(或外部短路)电流的特征看：I
——即电流差＝0 ——>若有电流差，就动作。
M I
按继电保护规定的正方向（或计算原理） ，应当 j 0 I M I N 0 是：电流和保护。即： I 但是，习惯成俗，仍然称为：差动保护。
10/91
33/91
二、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端，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。 主要应用于：传输方向或相位信息。
设计区别的门槛
5 被保护设备 I 4 I 3 I K I
j I K 内部短路时，存在： I
二者区别很大 ，就构成了继电保
护原理 —— 电流差动保护。 广泛应用于各种设备的保护。
9/91
“电流差动”名称的来历(与规定方向有关)： ' 'M I IN L I N M
被保护设备
n I
N
m I n 反映了 I
I
m . R I
n .R I
基本思路仍然适用
17/91
分相电流差动保护的优点：
1）具有选择性好、可靠、灵敏、快速的优点；
2）具有明确区分内部和外部故障的能力；
3）具有自然选相的功能；
4）不受运行方式、非全相、串补电容、转换性故 障、同杆并架线路的跨线故障、振荡及振荡中
3/91
在设备的“纵向”之间，进行信号交 换 横向关系
TA TV 继电保护装置
通信通道
TA TV 继电保护装置
浅谈输电线路的纵联保护
浅谈输电线路的纵联保护发表时间：2017-07-20T16:33:53.260Z 来源：《基层建设》2017年第9期作者：李晓阳[导读] 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。
国网山西省电力公司运城供电公司 044000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。
第4章 输电线路纵联保护
当区外故障时，被保护线路近短路点一侧为功率方向 为负，2和5发出闭锁信号，两侧收信机收到闭锁信号后将 各自保护闭锁。 当区内故障时，线路两端的短路功率方向均为正， 发信机均不向线路发送闭锁信号，保护的起动元件不被 闭锁，瞬时跳开两侧断路器。
4.3.2电流启动方式的高频闭锁方向保护
线路每一侧的半套保护中装有两个高低灵敏度的电流启动元件 KA1和KA2，灵敏度较高KA1（整定值小）用来启动高频发信机发送 闭锁信号，而灵敏度低的KA2（整定值大）则用来启动保护的跳闸 回路。 方向元件S用来判别短路功率的方向，只有测得正方向故障时才 动作。
保护装置 光 CH TX 光纤 纤 光纤 接 Ａ RX 口 复 用 接 口 E1 ... 复 E1 用 接 口 光纤 光纤 保护装置 RX CH 光 纤 TX Ａ 接 口
SDH.E
SDH.E
SDH 2Mbit/s复用方式结构
2) 通信性能影响因素
(1) 时钟方式 (2) 光功率及通道裕度 (3) 抗干扰屏蔽要求 (4) 匹配问题
4.5.4光纤保护的发展趋势及应用前景
目前，在电力网络通信领域广泛使用的是以电复用为基本工作原 理的SDH/SONET同步数字体系，它具有强大的保护恢复能力和固 定的时延性能。由于采用电复用来提高传输容量具有一定的局限性， 尤其是在高速扩容及复杂拓扑结构的电力网络中渐渐难以满足组网 的要求，因此，从目前的电复用方式转向光复用方式将是电力光纤 网络的必然发展方向。
输电线路的纵联保护通过比较流过两端电流的幅值、两 端电流相位和流过两端功率的方向等，利用信息通道将一 端的电气量或其用于被比较的特征传送到对端，比较两端 不同电气量的差别构成不同原理的纵联保护。
如图：
M N
继电保护装置 高频信号 通信设备 通信通道
4输电线路纵联保护汇总精品PPT课件
电力线载波通道的构成
▪ 耦合电容器
• 其电容量极小，对工频信号呈现非常大的阻抗 • 防止工频电压侵入高频收、发信机。
▪ 连接滤波器
• 它是一个可调电感的空芯变压器和一个接在副边的电容。 连接滤波器与耦合电容器共同组成一个“四端口网络” 带通滤波器，使所需频带的电流能够顺利通过。例如 220kV架空输电线路的波阻抗约为400Ω，而高频电缆的 波阻抗约为100Ω，为使高频信号在收、发信机与输电线 路间传递时不发生反射，减少高频能量的附加衰耗，需 要“四端口网络”使两侧的阻抗相匹配。同时空芯变压 器的使用进一步使收、发信机与输电线路的高压部分相 隔离，提高了安全性。
• 功率方向为正者发出允许信号，允许两端保护跳闸。
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。
• 两端保护各将本侧电流的正、负半波信息转换 为表示电流相位并利于传送的信号，送往对端， 同时接收对端送来的电流相位信号与本侧的相 位信号比较。
• 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。
• 式中，Iset为门槛值
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异的特征 可以构成方向比较式纵联保护。
• 两端保护各安装功率方向元件，当系统中发生故障时， 两端功率方向元件判别流过本端的功率方向，
▪ 闭锁式方向纵联保护：
• 功率方向为负者发出闭锁信号，闭锁两端的保护；
▪ 允许式方向纵联保护：
▪ 当内部故障时，故障 点有短路电流流出。
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；
继电保护原理第4章-纵联
输电线路纵联电流差动保护原理的特点
1、保护范围明确。保护范围是线路两侧电流互感器之间的范围。 2、动作速度快，可实现全线速动，即全线路瞬时切除区内故障。 这是由于纵联电流差动保护不需与相邻元件的保护配合。 3、不受系统振荡、系统运行方式变化的影响。
三、输电线路两侧电气量的故障特征
1. 两端电流相量和 （正方向：母线线路）
M IM
k1
IN N
M IM
IN N k2
区内故障
0
区外故障
180
4. 两端测量阻抗
区内故障：两端距离Ⅱ段 ZII 均启动 区外故障：近端距离Ⅱ段 ZII 不启动，远端启动。
四、纵联保护基本原理
利用不同特征差异的电气量可以构成不同的纵联保护原理
（1）纵联电流差动保护原理（两端电流相量的故障特征）
第二节 纵联保护两侧信息的交换
一、导引线通信（Pilot Wire Communication）
保护原理：电流差动原理
适用于短线路
动作线圈 动作线圈 制动线圈 制动线圈
制动线圈
i
导引线
制动线圈
（a）环流式
i
动作线圈
动作线圈
（b）均压式
二、电力线载波通信（Power Line Carrier Communication）
正常运行和外部故障时（K2）：两侧电流相位相差约为180°。 内部故障时（K1）：两侧电流相位相差约为0°。
（4）距离纵联保护原理（两端测量阻抗的故障特征） 正常运行和外部故障时（K2）：两端的距离Ⅱ段测量阻抗一侧 为反方向，另一侧为正方向。
内部故障时（K1）：两端的距离Ⅱ段方向阻抗元件都在正方向， 同时启动。
闭锁信号
k1 IN N
技能培训-输电线路纵联保护
技能培训-输电线路纵联保护摘要输电线路纵联保护是电力系统中非常重要的一环，它能够保护输电线路遭受意外损坏时，能够迅速切断故障线路并避免发生更大范围的故障。
本文将介绍什么是纵联保护，分析纵联保护的原理和分类，以及详细阐述如何进行纵联保护的系统设计。
什么是纵联保护纵联保护，也叫纵差保护，是指在电力系统中建立一种保护举措，通过在不同地方安置保护装置并互相比较，从而判断线路是否发生故障，如果线路发生故障，则迅速切断相应的线路，保护系统稳定运行和电力设备的安全。
纵联保护的原理和分类原理纵联保护主要是通过在输电线路上设置两个保护设备，分别测量线路两端电压，通过比较电压值的大小，来确定线路是否发生故障。
通常情况下，两端保护设备采用相同的保护原理，如跨越差动保护、感应式保护、相邻输电线路比较等等。
比如，采用跨越差动保护时，设备A会测量A、B两点的电流值，设备B会测量B、A两点的电流值，二者通过比对测量值的差异来判断线路是否发生故障。
如果两个保护设备之间的检测结果不同，那么就说明故障发生在两个保护设备之间。
此时通过传送信号，切断故障线路，让电力系统恢复稳定运行。
分类根据电力系统中不同的线路和设备类型，纵联保护又可分为几类：1.单线路纵差保护：适用于单线路（或同塔双线）输电线路，保护装置分别于单线路或同塔双线的两端设置。
2.同塔双线路纵差保护：适用于同塔双回输电线路，保护装置分别于相邻回线同一杆塔中设置。
3.同杆多线路纵差保护：适用于同杆双、三、四线及双回多线路，保护装置分别于二端点设置。
4.不同线路纵差保护：适用于不同杆、不同线铁塔、异杆双线或异杆双回线路、闭环同一地线线路，保护设备在每个回路的两个合适点附近设置，并采用相应的测量方法。
纵联保护的系统设计纵联保护的系统设计主要包括保护装置选型、线路参数计算和系统一次接线三方面。
保护装置选型保护装置是纵联保护系统中非常重要的组成部分，通常需要考虑以下几个方面：1.装置的性能要求：保护装置需要具有高灵敏度、高可靠性、快速动作等特点。
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
4 输电线路纵联保护 (2)
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
KD
Im
Ir
In
正常、外部故障： IM IN 0 内部故障： IM IN IK
2. 保护特性 1）无制动作用
Ir Im In Iset
M IM Im
k1 IN N k2
KD
Ir
In
Ir I set
I k.min I set
2
（单侧电源最小方式最小短路电流）
2）有制动作用
M IM
k1 IN N k2
动作线圈电流（差动电流）：Im In IImm 制动线圈电流（制动电流）：Im In
Im KD
Im In
IrIn
IInn
内部故障：
动作作用强，制动作用弱
正常、外部故障： 制动作用强，动作作用弱 I r
三、影响纵联电流差动保护正确动作的因素
M IM
IN N k2
1. 电流互感器的误差和不平衡电流
2. 输电线路分布电容的影响 线路两端电流之和不为零，为线路电容电流。
3. 过渡电阻的影响的影响 故障分量电流与负荷电流相差不大， 负荷电流为穿越性质，降低保护动作灵敏度。
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、引言（ 纵联保护的提出 ） 1. 电流、距离保护的缺陷
M1
2 N3
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，
≥220kV线路 难以满足快速性要求。
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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。
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
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。
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。
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。
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。
• 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：
4. 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
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。
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。
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
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。
纵联保护（单元保护）
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。