04 输电线路纵联保护
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0.1 = 电流互感器10%误差 Kst = 电流互感器同型系数
Knp = 非周期分量系数
4.4 纵联电流差动保护
4.4.1 纵联电流差动保护原理
保护正确动作的差动电流应躲过不平衡电流
Ir = I&M + I&N > Iunb
外部故障时的不平衡电流也可写为：
Iunb = 0.5 I&M − I&N
在保护中外部故障时的不平衡电流用作为制动电流，保护动
作方程为：
I r ≥ Kres Iunb
Kres = 制动系数
4.4 纵联电流差动保护
保护动作电流与制动电流关系 （或称保护的制动特性）
保护的动作值将随外 部故障时的不平衡电流 增大而增大
I r ≥ Kres Iunb
Ir ≥ Kres Iunb
两端功率方向的故障特征（方向比较式纵联保护）
区内故障：两端功率方向均为母线
线路
区外故障：近故障端功率方向线路 远故障端功率方向母线
母线 线路
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
两端电流相位特征（电流相位比较式纵联保护）
区内故障：
区外故障（正常运行）：
电力系统继电保护
Power System Protective Relaying
４. 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
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）本线路末端短路与相邻线路出口电气距离接近 相等。 （2）继电器本身测量误差。 （3）线路参数不准确。 （4）TV、TA有误差。 （5）短路类型不同。 （6）运行方式变化等。
4.3.4 影响方向式纵联保护的因素
非全相运行方式对负序方向纵联保护的影响 超高压线路采用单相接地故障，单相跳闸，允 许两相继续运行方式，称为非全相运行方式。
设M侧断路器开断
若采用断路器的 线路侧电压互感器采 集负序电压，将判断 为反方向故障，而发 闭锁信号，两侧断路 器不跳闸。
零序方向纵联保护与负序方向相同
4.2.2 电力线载波通信
工作方式：（高频信号与高频电流是不同的） ¾正常时无高频电流（我国常用）：故障启动发信方式
正常运行时，收发信机不工作。当系统故障时，发信机由启 动元件启动，通道中才有高频电流（正常无高频电流），有高 频电流是有信号，通道的破坏不影响保护的正确动作。 ¾正常时有高频电流：长期发信方式
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
4. 2 输电线路纵联保护两侧信息量的交换
输电线路目前常用的通信方式为：
导引线通信 电力线载波通信 微波通信 光纤通信
4.2.2 电力线载波通信
有“相-相”和“相-地”两种连接方式 “我国广泛运用” 1. 阻波器 2. 耦合电容器 3. 连接滤波器 4. 电缆 5. 载波收发信机 6. 接地开关
Kres = 制动系数
4.4.2 两侧电流的同步测量
基于数据通道的同步方法 基于GPS统一时钟的同步方法
Zr线路模拟阻抗
Zr ⋅Δ I
保护的反方向短路，保护安装
处的电流、电压的关系为：
⋅
⋅
ΔU = Δ I⋅ Zs
考虑各种因素的影响，反方向故
障时功率方向为正的判断依据为： ⋅ 900 > arg ΔU ⋅ > −900 Zr ⋅Δ I
4.3.1 工频故障分量的方向元件
负序、零序方向元件在正方向
故障时，功率方向为正的判断
闭锁式方向纵联保护的功率方 向元件采用故障零序分量或故 障负序分量构成功率方向元件。
目的是具备防系统振荡能力。
4.3.4 影响方向式纵联保护的因素
非全相运行方式对负序方向纵联保护的影响 超高压线路采用单相接地故障，单相跳闸，允 许两相继续运行方式，称为非全相运行方式。
设M侧断路器开断
若采用断路器的母 线侧电压互感器采集 负序电压，将判断为 正方向故障，两侧将 均没有闭锁信号，两 侧断路器跳闸。
2 闭锁式方向纵联保护的构成
区内短路：双电源供电线路
4.3 方向比较式纵联保护
4.3.1 工频故障分量的方向元件
保护的正方向短路，保护安装处的电流、电压的关系为：
⋅
⋅
ΔU = −Δ I⋅ Zs
考虑各种因素的影响，⋅ 正方向故障时功率方向为正的判断
依据为：2700 > arg ΔU ⋅ > 900
2 闭锁式方向纵联保护的构成
有两个电流元件
zKW+功率方向元件 zKA2高定值电流停 信元件 zKA1 低定值电流启 信元件 zt1 瞬时动作延时 返回 zt2 延时动作瞬时 返回
2 闭锁式方向纵联保护的构成
区外短路：两端供电线路（近故障点侧）
2 闭锁式方向纵联保护的构成
区外短路：两端供电线路（远离故障点侧）
K点故障： 对BC线路：为内部故障，保护3、4；两侧功率S+动，两侧 都不发高频信号，保护动作3、4QF跳闸 对AB、CD线路：为外部故障，电流保护元件1、2、5、6均 启动：但2、5的功率方向为负，S-动，向本侧和对侧发出高 频闭锁信号，送至保护1、6、2、5。AB、CD线路均保持不 动作跳闸
4.3.2 闭锁式方向纵联保护
为：
2700 > arg
⋅
ΔU2
⋅
> 900
Z2r ⋅ Δ I2
⋅
2700 > arg
ΔU0
⋅
> 900
Z0r ⋅ Δ I0
负序、零序方向元件在正方向 故障时，功率方向为负的判断 为：
⋅
900 > arg
ΔU2
⋅
> −900
Z2r ⋅Δ I2
⋅
900 > arg
ΔU0
⋅ຫໍສະໝຸດ Baidu
> −900
Z0r ⋅ Δ I0
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
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。
4.1 输电线路纵联保护概述
4.1.1 引言
输电线路纵联保护定义：利用某种信息通道将输电线路两 端的电气量传送到对端，进行两端的电气量比较，以判断 故障在本线路范围内还是在线路范围外，从而确定是否切 断被保护线路。因此，从理论上讲，这种纵联保护具有绝 对的选择性。
4.1 输电线路纵联保护概述
纵联保护分类（按信息通道）： （1）导引线纵联保护（输电线路纵联差动保 护）：辅助导引线 （2）电力线载波保护（高频保护）：高频通道 （3）微波纵联保护 ：微波通道 （4） 光纤纵联保护：光纤通道 纵联保护分类（按动作原理） ： （1）纵联方向保护：功率方向、负序功率方向 （2）纵联距离保护； （3）纵联电流差动保护：
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
两端电流相量和的故障特征（纵联电流差动保 护）
区内故障：
ΣI& = I&M + I&N = I&k1
区外故障：
ΣI& = I&M + I&N = 0
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
闭锁式方向纵联保护采用电流启动，没 有延时跳闸配置，因此不具备远后备功能。
闭锁式距离纵联保护的第III段保护若进 行维护时，纵联保护会失去作用。
4.4 纵联电流差动保护
4.4.1 纵联电流差动保护原理
两端电流相位特征 区内故障： 两侧电流相位差00
区外故障（正常运行）： 两侧电流相位差1800
因此需取断路器线路侧电压互感器信号
4.3.3 闭锁式距离纵联保护的构成
闭锁式距离纵联保护利用线路两侧三段式 距离保护，以III段作为启信元件，以II段方向 判别元件作停信元件。
4.3.3 闭锁式距离纵联保护的构成
闭锁式距离纵联保护利用线路两侧三段式距离保护，以III 段作为启信元件，以II段方向判别元件作停信元件。
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。
正常运行时，始终收发信（经常有高频电流），无高频电流 是信号，保护动作速度较快，对其它设备有干扰 ¾移频方式（国外广泛应用）
正常运行时，始终收发信频率为f1的高频电流；故障时收发 信频率为f2的高频电流，改变频率是一种信号
电力线载波信号的种类
4.3.2 闭锁式方向纵联保护
闭锁式高频方向纵联保护原理
Knp = 非周期分量系数
4.4 纵联电流差动保护
4.4.1 纵联电流差动保护原理
保护正确动作的差动电流应躲过不平衡电流
Ir = I&M + I&N > Iunb
外部故障时的不平衡电流也可写为：
Iunb = 0.5 I&M − I&N
在保护中外部故障时的不平衡电流用作为制动电流，保护动
作方程为：
I r ≥ Kres Iunb
Kres = 制动系数
4.4 纵联电流差动保护
保护动作电流与制动电流关系 （或称保护的制动特性）
保护的动作值将随外 部故障时的不平衡电流 增大而增大
I r ≥ Kres Iunb
Ir ≥ Kres Iunb
两端功率方向的故障特征（方向比较式纵联保护）
区内故障：两端功率方向均为母线
线路
区外故障：近故障端功率方向线路 远故障端功率方向母线
母线 线路
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
两端电流相位特征（电流相位比较式纵联保护）
区内故障：
区外故障（正常运行）：
电力系统继电保护
Power System Protective Relaying
４. 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
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）本线路末端短路与相邻线路出口电气距离接近 相等。 （2）继电器本身测量误差。 （3）线路参数不准确。 （4）TV、TA有误差。 （5）短路类型不同。 （6）运行方式变化等。
4.3.4 影响方向式纵联保护的因素
非全相运行方式对负序方向纵联保护的影响 超高压线路采用单相接地故障，单相跳闸，允 许两相继续运行方式，称为非全相运行方式。
设M侧断路器开断
若采用断路器的 线路侧电压互感器采 集负序电压，将判断 为反方向故障，而发 闭锁信号，两侧断路 器不跳闸。
零序方向纵联保护与负序方向相同
4.2.2 电力线载波通信
工作方式：（高频信号与高频电流是不同的） ¾正常时无高频电流（我国常用）：故障启动发信方式
正常运行时，收发信机不工作。当系统故障时，发信机由启 动元件启动，通道中才有高频电流（正常无高频电流），有高 频电流是有信号，通道的破坏不影响保护的正确动作。 ¾正常时有高频电流：长期发信方式
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
4. 2 输电线路纵联保护两侧信息量的交换
输电线路目前常用的通信方式为：
导引线通信 电力线载波通信 微波通信 光纤通信
4.2.2 电力线载波通信
有“相-相”和“相-地”两种连接方式 “我国广泛运用” 1. 阻波器 2. 耦合电容器 3. 连接滤波器 4. 电缆 5. 载波收发信机 6. 接地开关
Kres = 制动系数
4.4.2 两侧电流的同步测量
基于数据通道的同步方法 基于GPS统一时钟的同步方法
Zr线路模拟阻抗
Zr ⋅Δ I
保护的反方向短路，保护安装
处的电流、电压的关系为：
⋅
⋅
ΔU = Δ I⋅ Zs
考虑各种因素的影响，反方向故
障时功率方向为正的判断依据为： ⋅ 900 > arg ΔU ⋅ > −900 Zr ⋅Δ I
4.3.1 工频故障分量的方向元件
负序、零序方向元件在正方向
故障时，功率方向为正的判断
闭锁式方向纵联保护的功率方 向元件采用故障零序分量或故 障负序分量构成功率方向元件。
目的是具备防系统振荡能力。
4.3.4 影响方向式纵联保护的因素
非全相运行方式对负序方向纵联保护的影响 超高压线路采用单相接地故障，单相跳闸，允 许两相继续运行方式，称为非全相运行方式。
设M侧断路器开断
若采用断路器的母 线侧电压互感器采集 负序电压，将判断为 正方向故障，两侧将 均没有闭锁信号，两 侧断路器跳闸。
2 闭锁式方向纵联保护的构成
区内短路：双电源供电线路
4.3 方向比较式纵联保护
4.3.1 工频故障分量的方向元件
保护的正方向短路，保护安装处的电流、电压的关系为：
⋅
⋅
ΔU = −Δ I⋅ Zs
考虑各种因素的影响，⋅ 正方向故障时功率方向为正的判断
依据为：2700 > arg ΔU ⋅ > 900
2 闭锁式方向纵联保护的构成
有两个电流元件
zKW+功率方向元件 zKA2高定值电流停 信元件 zKA1 低定值电流启 信元件 zt1 瞬时动作延时 返回 zt2 延时动作瞬时 返回
2 闭锁式方向纵联保护的构成
区外短路：两端供电线路（近故障点侧）
2 闭锁式方向纵联保护的构成
区外短路：两端供电线路（远离故障点侧）
K点故障： 对BC线路：为内部故障，保护3、4；两侧功率S+动，两侧 都不发高频信号，保护动作3、4QF跳闸 对AB、CD线路：为外部故障，电流保护元件1、2、5、6均 启动：但2、5的功率方向为负，S-动，向本侧和对侧发出高 频闭锁信号，送至保护1、6、2、5。AB、CD线路均保持不 动作跳闸
4.3.2 闭锁式方向纵联保护
为：
2700 > arg
⋅
ΔU2
⋅
> 900
Z2r ⋅ Δ I2
⋅
2700 > arg
ΔU0
⋅
> 900
Z0r ⋅ Δ I0
负序、零序方向元件在正方向 故障时，功率方向为负的判断 为：
⋅
900 > arg
ΔU2
⋅
> −900
Z2r ⋅Δ I2
⋅
900 > arg
ΔU0
⋅ຫໍສະໝຸດ Baidu
> −900
Z0r ⋅ Δ I0
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
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。
4.1 输电线路纵联保护概述
4.1.1 引言
输电线路纵联保护定义：利用某种信息通道将输电线路两 端的电气量传送到对端，进行两端的电气量比较，以判断 故障在本线路范围内还是在线路范围外，从而确定是否切 断被保护线路。因此，从理论上讲，这种纵联保护具有绝 对的选择性。
4.1 输电线路纵联保护概述
纵联保护分类（按信息通道）： （1）导引线纵联保护（输电线路纵联差动保 护）：辅助导引线 （2）电力线载波保护（高频保护）：高频通道 （3）微波纵联保护 ：微波通道 （4） 光纤纵联保护：光纤通道 纵联保护分类（按动作原理） ： （1）纵联方向保护：功率方向、负序功率方向 （2）纵联距离保护； （3）纵联电流差动保护：
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
两端电流相量和的故障特征（纵联电流差动保 护）
区内故障：
ΣI& = I&M + I&N = I&k1
区外故障：
ΣI& = I&M + I&N = 0
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
闭锁式方向纵联保护采用电流启动，没 有延时跳闸配置，因此不具备远后备功能。
闭锁式距离纵联保护的第III段保护若进 行维护时，纵联保护会失去作用。
4.4 纵联电流差动保护
4.4.1 纵联电流差动保护原理
两端电流相位特征 区内故障： 两侧电流相位差00
区外故障（正常运行）： 两侧电流相位差1800
因此需取断路器线路侧电压互感器信号
4.3.3 闭锁式距离纵联保护的构成
闭锁式距离纵联保护利用线路两侧三段式 距离保护，以III段作为启信元件，以II段方向 判别元件作停信元件。
4.3.3 闭锁式距离纵联保护的构成
闭锁式距离纵联保护利用线路两侧三段式距离保护，以III 段作为启信元件，以II段方向判别元件作停信元件。
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。
正常运行时，始终收发信（经常有高频电流），无高频电流 是信号，保护动作速度较快，对其它设备有干扰 ¾移频方式（国外广泛应用）
正常运行时，始终收发信频率为f1的高频电流；故障时收发 信频率为f2的高频电流，改变频率是一种信号
电力线载波信号的种类
4.3.2 闭锁式方向纵联保护
闭锁式高频方向纵联保护原理