电力系统继电保护——输电线路纵联保护概述与两侧信息交换
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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。
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。
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。
电力系统继电保护-输电线路纵联保护概述
4.2.2 电力线载波通信
电力载波信号的种类
– 闭锁信号： ➢ 阻止保护动作于跳闸的信号
– 同时满足以下两个条件保护作用于跳闸： ➢ 本端保护元件动作 ➢ 无闭锁信号
– 外部故障时，近故障端发出闭锁信号，另一端收到闭锁信号，尽管保护元 件动作，但不作用于跳闸
– 内部故障时，任一端都不发送闭锁信号，两端保护元件动作后即作用于跳 闸
距离保护II段不启动。
12
4.1.3 纵联保护的基本原理
1.纵联电流差动保护
➢ 利用两端电流波形或电流相量和的特征构成。 ➢ 动作判据：
IM I N Iset
Iset：动作门槛值（分布电容）
2.方向比较式纵联保护
➢ 利用两端功率方向相同或相反的特征构成 ➢ 功率方向为负时发出闭锁信号：闭锁式方向纵联保护 ➢ 功率方向为正式发出允许信号：允许式方向纵联保护
4 输电线路纵联保护
– 4.1 输电线路纵联保护概述
掌
– 4.2 输电线路纵联保护两侧的信息交换
握
– 4.3 方向比较纵联保护 （重点掌握）
– 4.4纵联电流差动保护
了 解
1
4.1 输电线路纵联保护概述
4.1.1 输电线路纵联保护的基本原理和分类
重
4.1.2 输电线路纵联保护的通信通道
点 掌
4.1.3 输电线路的导引线纵联差动保护
4.2.3 微波通信
构成：保护装置部分和微波通信部分，发送端口、接收端口
4.2.3 微波通信
– 特点
➢ 有独立于输电线路的通信通道，不受输电线路的干扰 ➢ 扩展了通信频段，可以传递的信息容量增加、速率加快，可以实现纵
联电流分相差动原理 ➢ 受外界干扰小，误码率低，可靠性高 ➢ 输电线路故障不会使通道工作被破坏，可以传送内部故障时的允许信
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
继电保护 第4章 输电线路纵联保护
第四章
输电线路纵联保护 k1
ＩＮ
二、输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析 1.线路两端电流相量和的故障特征 ＩM M 电流的正方向规定：由母线－－线路 正常运行或区外故障： I IM IN 0 内部故障： SM I IM IN IK1
N
k2
SＮ
2.线路两端电流相位的故障特征 假定全系统阻抗角均匀，两侧电动势角相等 正常运行或区外故障：两侧电流相位相差180º 内部故障：两侧电流相位相同 ３.线路两端功率方向的故障特征 功率的正方向规定：由母线－－线路 正常运行或区外故障：两端功率方向相反 内部故障：两侧功率方向相同 ４.线路两端测量阻抗的故障特征 正常运行：两端测量阻抗是负荷阻抗 区外故障：两端测量阻抗是短路阻抗，但一侧是反方向 内部故障：两端测量阻抗是短路阻抗，位于距离保护I I段内，瞬纵联保护的基本原理 1.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构成纵联电流差动保护 正常运行或区外故障： I I I 0 M N 内部故障： I I I I
M N K1
I M I N I set 电流保护的动作判据 2.电流相位比较式纵联保护 （纵联电流相位差动保护） 利用输电线路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 3. 方向比较式纵联保护 线路两端功率方向的故障特征 4.距离纵联保护 用阻抗元件替代功率方向元件， 构成原理和方向比较式纵联保护相似
K set
I k.min Ir 2 I set I set
m n
（２）带制动特性的差动继电器特性 动作线圈 I I 制动线圈 制动特性 动作方程
Im In I m I n K I m I n I op0
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
Relay protection,copyright Zhang Jingjing
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。
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
电力系统继线路纵联保护基础知识讲解
10
输电线路纵联保护概述
. 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。 . 当系统中发生故障时，两端保护的功率方向元件判
别流过本端的功率方向，功率方向为负者发出闭锁 信号，闭锁两端保护，称为闭锁式方向纵联保护； . 或者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。
. 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。
. 根据基尔霍夫电流定律，正常运行或外部故障的输电线 路，在不考虑分布电容和电导的影响时，任何时刻其两端 电流相量和等于零。故障时故障点有短路电流流出，两端 电流相量和等于流入故障点的电流。
7
输电线路纵联保护概述
. 2.两侧功率方向的故障特征。 . 发生区内故障时，两端功率方向为母线流向线路，两
侧功率方向相同，同为正方向。 . 发生区外故障时，远故障点端功率由母线流向线路，
功率方向为正，近故障点端功率由线路流向母线，功 率方向为负，两侧功率方向相反。
输电线路纵联保护概述
. 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。 . 当系统中发生故障时，两端保护的功率方向元件判
别流过本端的功率方向，功率方向为负者发出闭锁 信号，闭锁两端保护，称为闭锁式方向纵联保护； . 或者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。
. 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。
. 根据基尔霍夫电流定律，正常运行或外部故障的输电线 路，在不考虑分布电容和电导的影响时，任何时刻其两端 电流相量和等于零。故障时故障点有短路电流流出，两端 电流相量和等于流入故障点的电流。
7
输电线路纵联保护概述
. 2.两侧功率方向的故障特征。 . 发生区内故障时，两端功率方向为母线流向线路，两
侧功率方向相同，同为正方向。 . 发生区外故障时，远故障点端功率由母线流向线路，
功率方向为正，近故障点端功率由线路流向母线，功 率方向为负，两侧功率方向相反。
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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三、输电线路纵联保护概述之基本原理
功率方向：发生区内短路时，两端功率方向为由母线流向线路 ，两端功率方向相同，同为正方向。发生区外短路时，一为正 ，一为负，两端功率方向相反。
两端保护的功率方向元件判别流过本端的功率方向，功率方向为负 者发出闭锁信号，闭锁两端的保护，闭锁式方向纵联保护；功率方向 为正者发出允许信号，允许两端保护跳闸，允许式方向纵联保护。
一、输电线路纵联保护概述之引言
光纤通道：也广泛采用脉冲编码调制PCM。保护使用的光 纤通道一般与电力信息系统统一考虑。不受电磁干扰，目 前应该是主要通道形式。
保护动作原理：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，区分是区内故障 还是区外故障。方向纵联保护、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波 形和相位比较的结果区分是区内故障还是区外故障。
二、输电线路纵联保护概述之故障特征
方向比较式纵联保护：功率方向、测量阻抗 纵联电流差动保护：电流的波形或代表电流相位的信号
--------------------------------------------------------------------------------- 功率方向：发生区内短路时，两端功率方向为由母线流向
测量阻抗：区内短路时，两侧的II段同时启动；区外短路时， 一侧为反方向，至少有一侧的距离保护II段不启动。
原理和功率方向类似，II段范围内才启动，可靠。距离保护的II段
作为方向元件，简化了主保护纵联保护，但后备保护检修时主保护将 被迫停运。
三、输电线路纵联保护概述之基本原理
电流波形：区内短路：IM+IN=IK；区外短路：IM+IN=0。 动作判据|IM+IN|≥Iset
电流相位：当发生区内短路，两侧电流同相位；区外短路时， 两侧电流相位差180°。
不动作区：180-φ~180+φ
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
输电线路纵联保护两侧信息的交换
一、导引线通信 二、电力线载波通信 三、微波通信 四、光纤通信
一、输电线路纵联保护概述之引言
一套完整的纵联保护包括两端保护装置、通信设备和通信 信道。
分类：按照所利用通道类型或保护动作原理
一、输电线路纵联保护概述之引言
利用通道类型：导引线纵联保护、电力线载波纵联保护、 微波纵联保护、光纤纵联保护。
导引线通道：直接传输交流二次电量波形，铺设导引线电 缆传送。导引线保护广泛采用差动保护原理。导引线的参 数（电阻和分布电容）直接影响保护性能。
高频通道的构成
继电部分
高频保护
1 5
6
2 3
4
继电部分
收发 收发
高频通道的构成
继电部分
二、电力线载波通信
电力线载波通信： （1）无中继通信距离长 （2）经济、使用方便 （3）工程施工比较简单
工作方式： （1）正常无高频电流方式：故障启动发信。定期检查 （2）正常有高频电流方式：长期发信方式 （3）移频方式：正常f1，故障f2。移频方式在国外已得到
高频保护
1 5
6
2 3
4
继电部分
收发 收发
高频通道的构成
继电部分
高频保护
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62 34ຫໍສະໝຸດ 继电部分收发 收发
高频通道的构成
继电部分
高频保护
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继电部分
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高频通道的构成
继电部分
高频保护
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继电部分
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高频通道的构成
继电部分
高频保护
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继电部分
收发 收发
了广泛的应用。
二、电力线载波通信
信号种类：按照高频载波通道传送的信号在纵联保护中
一、导引线通信
导引线纵联保护：利用敷设在输电线路两端变电所之间的 二次电缆传递被保护线路各侧信息的通信方式；以导引线 为通道的纵联保护称为导引线纵联保护。
二、电力线载波通信
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。高 频保护、载波保护。
电力线载波通道：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。 载波应在技术上保证在线路故障、信号中断的情况下仍能 正确动作。
微波通道：具有很宽的频带，采用脉冲编码调制PCM方式 后微波通道可以进一步扩大信息传输量。保护专用微波通 道及设备是不经济的，电力信息系统等在设计时应兼顾。
电气工程及其自动化专业课程
电力系统继电保护
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
输电线路纵联保护概述
一、引言 二、故障特征 三、基本原理
一、输电线路纵联保护概述之引言
电流保护、距离保护仅利用被保护元件（如线路）一侧的 电气量构成保护判据，这类保护不可能快速区分本线末端 和对侧母线（或相邻线路始端）的故障，因而只能采用阶 段式的配合关系实现故障元件的选择性切除。
线路，两端功率方向相同，同为正方向。发生区外短路时 ，一为正，一为负，两端功率方向相反。 测量阻抗：区内短路时，两侧的II段同时启动；区外短路 时，一侧为反方向，至少有一侧的距离保护II段不启动。 电流波形：区内短路：IM+IN=IK；区外短路：IM+IN=0。 电流相位：当发生区内短路，两侧电流同相位；区外短路 时，两侧电流相位差180°。
研究和实践表明：利用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、 快速地切除全线路任意点短路的目的。
输电线路纵联保护：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。在国外又称为输电线的单元保护。具有输电线路内 部短路时动作的绝对选择性。