纵联保护的原理及通道
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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。
纵联保护的通道及调试
三、几个概念
频率 阻抗匹配 电平（功率电平与电压电平） 电平（功率电平与电压电平） 衰耗 虑波器的带宽（带通、带阻） 虑波器的带宽（带通、带阻） 通道余量（大于10db） 通道余量（大于 ）
四、几种保护原理
闭锁式高频 允许式高频（超范围、欠范围） 允许式高频（超范围、欠范围） 高频相差 闭锁式光纤 允许式光纤 分相电流差动（无电压、时钟同步） 分相电流差动（无电压、时钟同步） 远方跳闸
七、常见通道故障与反措－3 七、常见通道故障与反措－3
窄带阻波器更为换宽带阻波器 二次接地分开（ 5m） 一、二次接地分开（3～5m） 加装隔离电容器 沿高频电缆放100mm 沿高频电缆放100mm2铜排
五、有关试验－1 五、有关试验－1
阻波器 结合虑波器 高频电缆 收讯灵敏度（－ （－5dbm） 收讯灵敏度（－ ） 入口电平（ 入口电平（20dbm） ） 通道裕量（大于10db） 通道裕量（大于 ） 3db告警 告警
五、有关试验－2 五、有关试验－2
运行中的通道测试 区内故障（自环） 区内故障（自环） 区外故障（ 区外故障（TWJ） ） 发出光电平（－ ～－12dbm） （－6～－ 发出光电平（－ ～－ ） 接收光电平（－ （－22dbm） 接收光电平（－ ） 接收光信号灵敏度（大于－ 接收光信号灵敏度（大于－45dbm） ）
六、有关测试仪器－2 六、有关测试仪器－2
外壳接地 电源的极性 阻抗与频率 同轴电缆输入、 同轴电缆输入、输出 平衡输入、 平衡输入、输出 电容耦合 干扰
七、常见通道故障与反措－1 七、常见通道故障与反措－1
阻波器故障（电容器及引线、避雷器） 阻波器故障（电容器及引线、避雷器） 结合虑波器（匹配、元件坏、保护间隙、 结合虑波器（匹配、元件坏、保护间隙、 接地刀位置） 接地刀位置） 电缆（匹配、绝缘、断线、接地线） 电缆（匹配、绝缘、断线、接地线） 联线位置、功放电源、虑波器） 收发讯机（联线位置、功放电源、虑波器）
高压线路保护
高压线路一．纵联保护，是用某种通信通道将输电线路两端的保护装置纵向联结起来，将本端的电气量传送到对端进行比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外，从而决定是否切断被保护线路。
纵联保护构成了高压线路保护的全线速动主保护 纵联保护分类(一) 按保护通道形式进行分类1. 高频保护是以输电线载波通道作为通信通道的纵联保护；通道连接方式分为“相-相”制通道 、“相-地”制通道 ；专用收发讯机采用“相-地”制通道；复用载波设备采用“相-相”制通道。
2. 微波保护是以微波通道作为通信通道的纵联保护。
3. 光纤保护是以光纤通道作为通信通道的纵联保护。
4. 导引线保护是以辅助导线或导引线为通信通道的纵联保护，目前已基本停止使用。
纵联保护分类(二)1.方向纵联保护基本原理为比较线路两端的功率方向，可采用载波通道、微波通道、光纤通道道。
2. 方向纵联保护包括纵联方向保护及纵联距离保护。
常用的方向元件包括工频变化量方向、正序故障分量元件、零序方向元件、方向阻抗元件等。
3..纵联差动保护基本原理为比较线路两端各端电流的幅值 及相位 ；采用光纤通道或微波通道。
方向纵联保护-工作方式1－专用闭锁式如上图所示，当线路发生区内k2点故障时，两侧纵联保护均启动， 通过收发讯机向对侧发闭锁信号；两侧纵联保护在收到闭锁信号 （确认时间为5~8ms ）后，两侧纵联保护的正方向停信元件均动作，立即停止向对方发送闭锁信号；各侧纵联保护在收 不到闭锁信号(确认时间为5~8ms)后，出口跳闸切除区内故障。
MNMN如上图所示，当线路发生区内k1点故障时，两侧纵联保护均启动，通过收发讯机向对侧发闭锁信号；两侧纵联保护在收到闭锁信号（确认时间为5~8ms）后，M侧纵联保护的正方向停信元件动作，立即停止向对方发送闭锁信号，但N侧纵联保护的正方向停信元件不会动作,继续向对侧发送闭锁信号；因此区外故障纵联保护不会动作。
•远方启信逻辑保护未起动时，收到对侧闭锁信号, 开关合位则立即发信10s; •位置停信:开关处于跳位，收信后停信160ms;•其它保护三跳停信:保护启动，收到开入，停信200ms;•定时通道自检本侧保护启信，200ms后停信。
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
纵联保护的载波通道构成及其应用
80%
比较和判断
纵联保护通过比较线路各点的电 流或阻抗信息，判断故障区段并 切除故障。
100%
通信通道
纵联保护需要利用某种通信通道 将电流或阻抗信息传输至控制中 心进行比较和判断。
80%
输电路
纵联保护主要应用于输电线路的 保护，通过比较线路各点的电流 或阻抗信息，判断故障区段并切 除故障。
02
载波通道的构成
载波通道的硬件组成
01
02
03
04
信号发送器
用于将保护信号转换为适合传 输的载波信号，通常包括调制 器和功率放大器。
信号接收器
用于接收传输的载波信号，并 将其还原为保护信号，通常包 括解调器和信号处理单元。
通道切换器
在主通道故障时，自动切换到 备用通道，保证保护信号的可 靠传输。
通信接口
用于连接保护装置和通信设备 ，实现保护信号的输入和输出 。
纵联保护的重要性
提高电力系统的稳定性和可靠性
纵联保护能够快速准确地切除故障，减少停电范围 ，提高系统的稳定性和可靠性。
保障电力设备安全
纵联保护能够及时发现并切除设备故障，避免设备 损坏，保障电力设备的安全。
提高电力系统的经济性
纵联保护能够减少停电损失，降低维护成本，提高 电力系统的经济性。
纵联保护的基本原理
总结词
光纤载波通道以其抗干扰能力强、传输距离远等优势，成为纵联保护中的重要发展方向。
详细描述
光纤载波通道利用光纤作为传输媒介，具有抗电磁干扰能力强、传输距离远、传输容量大等优点。随 着光纤技术的不断发展，光纤载波通道在纵联保护中的应用越来越广泛，成为未来发展的重要方向。
无线载波通道
总结词
无线载波通道具有组网灵活、适应性强 等优点，适用于复杂环境和不易布线的 情况。
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
继电保护及原理归纳
主要的继电保护及原理一、线路主保护（纵联保护）纵联保护：利用某种通信通道将输电线路两端的保护装置纵向连接起来，将各端的电气量传送到对端，将各端的电气量进行比较，一判断故障在本线路范围内还是范围之外，从而决定是否切断被保护线路。
任何纵联保护总是依靠通道传送的某种信号来判断故障的位置是否在被保护线路内，信号按期性质可分为三类：闭锁信号、允许信号、跳闸信号。
闭锁信号：收不到这种信号是保护动作跳闸的必要条件。
允许信号：收到这种信号是保护动作跳闸的必要条件。
跳闸信号：收到这种信号是保护动作与跳闸的充要条件。
按输电线路两端所用的保护原理分，可分为：（纵联）差动保护、纵联距离保护、纵联方向保护。
通道类型：一、导引线通道；二、载波（高频）通道；三、微波通道；四、光纤通道。
1）（纵联）差动保护（纵联）差动保护：原理是根据基尔霍夫定律，即流向一个节点的电流之和等于零。
差动保护存在的问题：一、对于输电线路1、电容电流：电容电流从线路内部流出，因此对于长线路的空载或轻载线路容易误动。
解决办法：提高启动电流值（牺牲灵敏度）；加短延时（牺牲快速性）；必要是进行电容电流补偿。
*注：穿越性电流就是在保护区外发生短路时，流入保护区内的故障电流。
穿越电流不会引起保护误动。
2、 TA断线，造成保护误动解决办法：使差动保护要发跳闸命令必须满足如下条件：本侧起动原件起动；本侧差动继电器动作；收到对侧“差动动作”的允许信号。
保护向对侧发允许信号条件：保护起动；差流元件动作3、弱电侧电流纵差保护存在问题（变压器不接地系统的弱电侧在轻载或空载时电流几乎没有变化）解决办法：除两侧电流差突变量起动元件、零序电流起动元件和不对应起动元件外，加装一个低压差流起动元件。
4、高阻接地是保护灵敏度不够在线路一侧发生高阻接地短路时，远离故障点的一侧各个起动元件可能都不启动，造成两侧差动保护都不能切除故障。
解决办法：由零序差动继电器，通过低比率制动系数的稳态相差元件选相，构成零序1 段差动继电器，经延时动作。
纵联保护载波通道
采取抗干扰措施，降低外部干扰对通道性能的影 响。
3
动态调整参数
根据实际情况，动态调整通道参数，以优化通道 性能。
04
纵联保护载波通道的应用场景与 案例分析
应用场景
电力系统
纵联保护载波通道在电力系统中主要 用于实现高压输电线路的继电保护， 确保线路故障时能够快速切除故障， 保障系统稳定运行。
铁路通信系统
调制解调方式
纵联保护载波通道采用调制解调技术，将数字信号转换为适合在电力线路上传输的模拟信号，以及将接收到的模 拟信号还原为数字信号。常见的调制解调方式包括PSK、QPSK、FSK等。
分类与比较
分类
根据工作原理和实现方式的不同，纵联保护载波通道可以分为相-相制和相-地制两种类 型。相-相制是指信号在相间传输，适用于三相交流电力系统；相-地制是指信号在相与
技术发展趋势
数字化
随着数字信号处理和通信技术的发展，纵联保护载波通道 的数字化趋势越来越明显，能够提供更高的传输速率和更 稳定的通信质量。
智能化
利用人工智能和机器学习技术，实现纵联保护载波通道的 智能化控制和优化，提高通道的可靠性和自适应性。
集成化
将纵联保护载波通道与其他通信系统进行集成，实现多系 统间的互联互通和协同工作，提高整个通信网络的性能和 效率。
载波收发器是纵联保护载波通 道的重要组成部分，负责接收 和发送载波信号。
载波收发器应具备灵敏度高、 动态范围大等特点，以确保信 号的远距离传输和接收。
载波收发器还应具备自动增益 控制、自动频率校准等功能， 以适应不同的传输环境和条件。
通道控制器
通道控制器是纵联保护载波通道的控制中心，负 责控制整个通道的运行。
案例三：城市轨道交通系统中的应用
3
动态调整参数
根据实际情况，动态调整通道参数，以优化通道 性能。
04
纵联保护载波通道的应用场景与 案例分析
应用场景
电力系统
纵联保护载波通道在电力系统中主要 用于实现高压输电线路的继电保护， 确保线路故障时能够快速切除故障， 保障系统稳定运行。
铁路通信系统
调制解调方式
纵联保护载波通道采用调制解调技术，将数字信号转换为适合在电力线路上传输的模拟信号，以及将接收到的模 拟信号还原为数字信号。常见的调制解调方式包括PSK、QPSK、FSK等。
分类与比较
分类
根据工作原理和实现方式的不同，纵联保护载波通道可以分为相-相制和相-地制两种类 型。相-相制是指信号在相间传输，适用于三相交流电力系统；相-地制是指信号在相与
技术发展趋势
数字化
随着数字信号处理和通信技术的发展，纵联保护载波通道 的数字化趋势越来越明显，能够提供更高的传输速率和更 稳定的通信质量。
智能化
利用人工智能和机器学习技术，实现纵联保护载波通道的 智能化控制和优化，提高通道的可靠性和自适应性。
集成化
将纵联保护载波通道与其他通信系统进行集成，实现多系 统间的互联互通和协同工作，提高整个通信网络的性能和 效率。
载波收发器是纵联保护载波通 道的重要组成部分，负责接收 和发送载波信号。
载波收发器应具备灵敏度高、 动态范围大等特点，以确保信 号的远距离传输和接收。
载波收发器还应具备自动增益 控制、自动频率校准等功能， 以适应不同的传输环境和条件。
通道控制器
通道控制器是纵联保护载波通道的控制中心，负 责控制整个通道的运行。
案例三：城市轨道交通系统中的应用
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
纵联保护及保护通道原理讲义
2、 允许式：也就是说收到高频信号是保护 动作和跳闸的必要条件。一般应用于超范 围式纵联保护（所谓欠范围即两侧保护的 正方向保护范围均超过本线路全长的50% 以上，但没有超出本线路全长）；高频信 号采用收发不同频率，即双频制
3、 直跳式：也就是说收到高频信号是保护 跳闸的充分必要条件。一般应用于欠范围 式纵联保护。
闭锁式纵联距离保护
闭锁式纵联保护的基本工作原理是利用闭 锁信号来比较线路两侧正方向测量元件的 动作情况，以综合判断故障是发生在被保 护线路内部还是外部。 当装置收到闭锁信号时，就判断为被保护 线路无故障或发生区外故障，本侧保护不 跳闸；当收不到闭锁信号，且本侧正方向 测量元件又动作时，就判断为区内故障， 允许发跳闸出口命令。
纵联保护的分类
按通道分为：导引线纵联保护、电力载波纵 联保护、微波纵联保护、光纤纵联保护
按构成原理分为：纵联方向保护（比较两端 逻辑量）、纵联距离保护（比较两端逻辑量）、 纵联差动保护（比较两端电流量）
M侧保护正方向和N侧保护正方向重迭 部分为区内，其它为区外。 正方向F+：母线指向线路，
反方向F-：线路指向母线。
光纤分类
多模光纤 多模阶跃型光纤 多模梯度型（渐变型）光纤 = G651 单模光纤 标准通用阶跃型单模光纤（主要是1310单模光纤）=G652 色散位移型单模光纤（包括1550零色散单模光纤）=G653 色散平坦型单模光纤 G652光纤是目前广泛使用的单模光纤, 这种光纤通常用于 1310nm波长,但有时也可用于1550nm波长. G653光纤又称色散位移光纤,它在1550nm波长处不仅衰减 较小,通过色散位移将零色散波长也移至1550nm处,可用于大容 量长距离系统,但价格较贵.
允许式纵联保护
线路保护讲稿--纵联保护原理及通道调试102页PPT文档
纵联方向/距离保护
➢ 基本概念
是以判断方向为基础的纵联保护，通过命令信号的 传输，结合两侧信息进行逻辑判断，实现全线速动。
方向元件是基础 传输命令是手段 逻辑判断是方法 全线速动是目的
纵联方向/距离保护
➢ 方向元件
– 变化量方向：以变化量方向元件作为方向判断元件 – 方向阻抗：以方向阻抗作为方向判断元件 – 零序功率方向：以零序功率方向作为方向判断元件
FOX-40F
MUX64B
PCM 交换机
保护用光纤通道的构成
三、2M速率与64K速率的区别
1. 2M速率省去两侧PCM交换机设备，通信链路上减少了 中间环节，减少了传输时延。
2. 2M速率增加了传输带宽，可以传输更多保护信息。
–同后备保护一样，差动保护也采用24点计算，动作速 度快且安全稳定
–由于在传输采样值的同时也传输了相量值，通道误码 时稳态量差动不受数据窗的影响，动作速度几乎不受 影响
变化量差动
稳态差动Ⅰ段
稳态差动>0.75稳态制动 稳态差动>差流高门槛 分相差动投入标志
稳态差动Ⅰ段
稳态差动Ⅱ段
稳态差动>0.75稳态制动 稳态差动>差流低门槛 分相差动投入标志
40ms/0
稳态差动Ⅱ段
零序差动
零序差动>0.75零序制动 零序差动>零序启动电流
分相差动>K0*分相制动
作为选相元件
光纤电流差动保护
➢ 基本概念
是以光纤为介质，传输电流量信息，完成差动保护 功能，实现全线速动。
光纤是物理通道 传输的是电流量信息 完成了差动保护功能 实现了全线速动
光纤电流差动保护
一、光纤电流差动保护 1. 保护用光纤通道的构成和接口 2. 实现差动保护的几个关键问题 3. 分相电流差动保护
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
线路保护装置基本原理
闭锁式纵联方向保护原理逻辑框图（以下图2）：
1）启动元件动作首先发讯，此时门7未动作，可经门9发讯。 2）停讯必须满足2个条件：a．反方向元件D－不动，正方向元件D＋动作，与门3有输出，表示 正方向故障；b．收信10 ms后，即或门2启动时间t2（10 ms），与门4有输出。 2个条件满足，与门7有输出，经反向器闭锁门9，停止发讯。 3）区内故障： a．D－不动作，D＋动作，正方向故障； b．先收讯10 ms后，无闭锁信号，与 门5有输出。满足这2个条件，判为区内故障，与门8有输出，可以跳闸。 注意：先收到过10ms闭锁信号，主要是考虑区外故障时可靠收到对侧的闭锁信号，防止本侧保 护误动。因为高频信号沿通道传输需要时间，最严重的情况是反方向侧保护启动元件损坏（或 因某种原因没有启动），依靠远方启信使对侧收发信机启动，此时通道信号将往返一次，并考 虑一定的裕度。
1.纵联保护
线路纵联保护是当线路发生故障时，使两侧开 关同时快速跳闸的一种保护，是线路的主保护。它 以线路两侧判别量的特定关系作为判据，即两侧均 将判别量借助通道传送到对侧，然后，两侧分别按 照对侧与本侧判别量之间的关系来判别区内故障或 区外故障。 因此，判别量和通道是纵联保护装置的 主要组成部分。
闭锁式纵联方向动作原理
“闭锁式”纵联方向保护起动后若判故障为反向故障，发出闭锁信号；反之则停止发 信号（称为保护停信）。外部故障时，近故障侧保护判明故障为反向故障，发出闭锁 信号，由于采用“单频制“，两侧均收到闭锁信号，保护不动作。内部故障时两侧均 不发闭锁信号，保护动作。
注意：通常保护设置设置高、低两个启动元件，主要是防止区外故障保护误动。低 定值用于启动发信；高定值启动故障计算。假如只设一个启动元件，两侧保护的整 定值相同，若因某种原因（如：保护采样误差）反方向侧保护不能启动发信，那么 将造成正方向侧保护误动跳闸。所以要设置两个启动元件。
07输电线路纵联差动保护(5)
闭锁式高频方向保护
闭锁式高频方向保护的基本工作原理:
高频闭锁方向保护是线路两侧的方向元件分别对短路 的方向作出判断，并利用高频信号作出综合判断，进 而决定是否跳闸的一种保护。
第三节 高频保护的基本原理
光缆由多股光纤制成，光纤结构 如图（a）所示。纤芯由高折射 率的高纯度二氧化硅材料制成， 直径仅100～200μm，用于传送光 信号。包层为掺有杂质的二氧化 硅，作用是使光信号能在纤芯中 产生全反射传输。涂覆层及套塑 用来加强光纤机械强度。光缆由 多根光纤绞制而成，为了提高机 械强度，采用多股钢丝起加固作 用，光缆中还可以绞制铜线用于 电源线或传输电信号。光缆可以 埋入地下，也可以固定在杆塔上， 或置于空心的架空地线中（复合 地线式光缆 OPGW）。
'' I unb K unp I k . max
其中
' I unb f er K st K unp
③躲过在相继动作区内发生接地短路时最大非故障相电流
I op K rel I unb. max nTA
电流平衡保护
电流平衡保护是横差方向保护的另一种形式， 其工作原理是比较平行线路上的电流大小，从 而有选择性的切除故障线路，如图所示。
第二节
平行线路的差动保护
3）横差保护保护相继动作区 如图所示，在L1线路末端短路时，两回线路首端电流近似相等， KA1不起动，而对侧与方向相反，加入继电器的电流很大，KA2起 动并将QF2切除。QF2断开后，短路电流重新分配，KA1才起动， 称之为相继动作。要求相继动作区小于5%。
第二节
第二节
平行线路的差动保护
第二节
平行线路的差动保护
当平行线路L1内部短路时，则， I I I r＞0 。 KA1起动，KP1起动、KP2不起动（电流方向相 反）保护动作切除QF1，闭锁QF3 ；对侧同理有 KA2、KP3动作切除QF2，闭锁QF4；同理有L2 内短路，保护切除QF3、QF4而闭锁QF1、QF2 。 注意：横联差动方向保护只在两条线路同时运行 时起到保护作用，而当一条线路故障时，保护切 除该故障线路后为使保护不出现误动作而使横差 保护退出运行，也就是说单条线路运行横差保护 是不起作用的。
纵联保护及通道技术讲解
纵联保护及通道 技术讲解
一、纵联保护概述
1、反应一侧电气量变化的保护的缺陷： 当线路末端故障时，需经带延时的二段保护切除故障，也即不能瞬时切除本线路 全长范围内的故障。 2、纵联保护是能够综合反应两侧电气变化量的保护，通过判断两侧故障的方向 来决定保护的动作。
3、纵联保护能瞬时切除本线路全长范围内任何一点的故障，所以一般作为线路 的主保护，反应一侧电气变化量的保护（如距离、零序保护）一般只作为线路的 后备保护。
二、纵联保护通道
（一）、通道类型
1、电力线载波（50-400KHZ）--高频保护，有线传输。 2、微波（3000-30000MHZ）微波保护，可视距离传输。 3、光纤保护
4、导引线保护—一般适用于短线路
• （二）、通道组成
1、原理接线图（相-地）
2、各部件作用 （1）、输电线路 用以传输电能的同时，传送高频信号。 （2）、高频阻波器 LC并联谐振回路，对载波电流呈高阻抗，对工频电流呈低阻抗， 以防 止高频电流向相邻线路分流。 （3）、耦合电容器 与结合滤波器共同组成带通滤波器，对工频电流呈高阻抗，对高频电流呈 低阻抗，防止工频电压进入收发信机。 （4）、结合滤波器 一方面与耦合电容器共同组成带通滤波器，另一方面，可以起到架空线路 与高频电缆的阻抗匹配作用。 （5）、高频电缆 将收发信机与结合滤波器相连。 （6）、保护间隙 过电压保护作用 （7）、接地刀闸 便于检修 （8）、高频收发信机
A、F+方向元件：本线路全长范围内的故障都应可靠动作。 B、F+、F-必须有明确的方向性。 C、F-元件应比F+更灵敏、动作速度更快。 （3）、若干原则说明 A、必须设置两个启动元件（只用一个时，容易误动） B、具备远方启动功能（防止对侧启动元件未启动或拒动 而造成保护误动） C、必须先收到信号8ms以后才允许停信（高频信号往返 一次的时间、对侧发信时间以及足够的裕度时间）
一、纵联保护概述
1、反应一侧电气量变化的保护的缺陷： 当线路末端故障时，需经带延时的二段保护切除故障，也即不能瞬时切除本线路 全长范围内的故障。 2、纵联保护是能够综合反应两侧电气变化量的保护，通过判断两侧故障的方向 来决定保护的动作。
3、纵联保护能瞬时切除本线路全长范围内任何一点的故障，所以一般作为线路 的主保护，反应一侧电气变化量的保护（如距离、零序保护）一般只作为线路的 后备保护。
二、纵联保护通道
（一）、通道类型
1、电力线载波（50-400KHZ）--高频保护，有线传输。 2、微波（3000-30000MHZ）微波保护，可视距离传输。 3、光纤保护
4、导引线保护—一般适用于短线路
• （二）、通道组成
1、原理接线图（相-地）
2、各部件作用 （1）、输电线路 用以传输电能的同时，传送高频信号。 （2）、高频阻波器 LC并联谐振回路，对载波电流呈高阻抗，对工频电流呈低阻抗， 以防 止高频电流向相邻线路分流。 （3）、耦合电容器 与结合滤波器共同组成带通滤波器，对工频电流呈高阻抗，对高频电流呈 低阻抗，防止工频电压进入收发信机。 （4）、结合滤波器 一方面与耦合电容器共同组成带通滤波器，另一方面，可以起到架空线路 与高频电缆的阻抗匹配作用。 （5）、高频电缆 将收发信机与结合滤波器相连。 （6）、保护间隙 过电压保护作用 （7）、接地刀闸 便于检修 （8）、高频收发信机
A、F+方向元件：本线路全长范围内的故障都应可靠动作。 B、F+、F-必须有明确的方向性。 C、F-元件应比F+更灵敏、动作速度更快。 （3）、若干原则说明 A、必须设置两个启动元件（只用一个时，容易误动） B、具备远方启动功能（防止对侧启动元件未启动或拒动 而造成保护误动） C、必须先收到信号8ms以后才允许停信（高频信号往返 一次的时间、对侧发信时间以及足够的裕度时间）
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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
电流差动保护的原理
（1）差动元件直接比较两侧电气量判断故障 （2）通过通道交换两侧电流量的波形（采样点）和相量， 通道将两侧交流回路联系起来
纵联差动保护基本原理
M Im Im In 0 In
N
*
M Im
*
F
In N
*
*
F
Im In IF
原理介绍----差动保护
差动保护判据
差动保护基本判据
采用光纤通道按相传送两侧电流量，本身具有选相 能力，不受系统振荡影响，在非全相运行中有选择地 快速动作，不受TV断线影响。
由于带有制动特性，可防止区外故障误动，不受失 压影响，不反应负荷电流，抗过渡电阻能力强。在短 线路上使用，不需要电容电流补偿功能。在同杆并架 线路上应用广泛。
纵联保护
• 纵联距离保护
检查通道是否良好
• 三、测试光功率及自环试验 • 第五步：将远端保护装置的尾纤通过珐琅盘自环，
若复用则在远端接口设备的电接口处自环，将 “专用光纤”控制字置0、“通道自环试验”控制 字置1，经一段时间观察，保护不能报通道异常告 警信号，同时通道状态中的各个状态计数器可能 偶尔会增加。 • 第六步：恢复正常运行时的定值，同时将通道恢 复正常运行时的连接，投入差动压板，保护装置 应该通道异常灯不亮，无通道异常信号。通道状 态中的各个状态计数器可能偶尔会增加
纵联保护
• 高频保护中母差跳闸和跳闸位置停信的作用
当母线故障发生在断路器与电流互感器之间时，母差保护 虽然能够正常动作，但故障点依然存在，此时只有停止该线 路高频发信，才能让对侧保护切除故障。
跳闸位置停信是考虑本侧出口发生故障，有可能零序、距 离保护快速动作跳闸，而高频保护还未动作，此发生连续高 频波，闭锁了对侧的高频保护，只能依靠带延时的保护跳闸， 不能实现快速切除故障。因此由跳闸位置继电器停信，让对 侧无延时跳闸。
纵联保护的原理及通道
线路纵联保护
原理：比较线路两端电气量构成纵联保 护，可保护线路全长。
分类： （1）比较线路两端电流－电流纵差保护 （2）比较线路两端故障功率方向－纵联 方向保护 （3）比较线路两端距离元件－纵联距离 保护
纵联保护
• 线路纵联保护的通道一般有4种：
• 纵联保护通道传送的信号按其作用的不同,可分为三种信号：
主要包括：启动元件、阻抗测量元件。 纵联距离保护是通过两侧距离保护信息交换，补充 距离保护功能的不足，多用超范围纵联距离保护。即， 一侧距离保护中全线有灵敏度段（Ⅱ段或Ⅲ段）测量 元件动作时，如果对侧的距离测量元件也动作，则加 速该侧距离保护相应段的动作。
纵联保护
• 采用闭锁式和允许式信号的纵联距离保护，有一侧保 护是一直发信的
➢ 启动灵敏度问题在一侧为弱电源时发生故障，如果系统轻负荷在 弱电源侧无法启动
M IM
∆IN<DI1set N
G
Iload较小
弱电源侧电流变化量不能启动，但是存在电压变化量或者零序电压， 因此满足差动方程和电压条件可以解决弱电源侧的灵敏度问题。
➢ 当一侧在跳闸位置时，线路上发生故障，强电侧可能因为电压灵 敏度不足而不能启动
Im In k Im In
区内故障时
动作量 Id
|Im＋In|＝IF
制动量 Ir
|Im－In|
关系 Id > Ir
区外故障时 |Im＋In|＝0
2|IF|
Id << Ir
稳态量相量差动
M
Ifh
N
Im
F
In
Im=△Im+Ifh,In=△In-Ifh
ΔIm
R F ΔIn
Idm=|Im＋In|= |△Im＋△In|=IF
纵联保护
• 纵联方向保护
主要包括：启动元件、方向判别元件、故障测量 元件。
纵联方向保护原理简单，关键问题是测量方向的 方向继电器，目前微机保护中多用基于暂态分量测量 和工频故障分量测量的能量积分方向元件、工频变化 量方向元件，方向判别可靠，不受系统振荡和负荷电 流的影响。
纵联保护
• 纵联差动保护
复用方式不但节省了光缆及施工费用，而且利用了SDH自 愈环的高可靠性，在电力系统中的应用正逐渐增多。
保护室 WXH-803
TX 光 RX 端 机 CHA
通信室
复 用 接同 口 向 PCM
接 口
E1 SDH
通信室
复
E1
用
接
SDH
同
PCM
向 接
口
口
保护室 WXH-803
TX 光
RX
端 机
CHA
保护室 WXH-803
ST 单模 ST 多模
2M同轴电缆
光缆连接
FC-FC FC-ST
光缆熔接
熔接盒 FSD
耦接方式 熔接方式
装置光纤通道自环
线路1保护
M
Em
线路2保护
~
线路1保护
N
En 线路2保护
~
同一装置内，若本侧识别码与对 侧识别码整定相同时，认为装置处于 自环试验状态，当实际通道自环连接 时允许差动动作。
数字信 号接口 光缆 装置
端子
盒 64kbit/s 光信号
保护屏
155Mbit/ s
光信号
2Mbit/s 电信号
P591/2/3
SDH
接口装置 64kbit/s PCM
通信机房 电信号
常用光缆
单模：
• 只传输单一长 • 传输距离远（ >20km）
多模：
• 传输多个波长，传输距离 <2km
SC 单模
M IM
N
G
M侧电压灵敏度不足
由于N侧处于三相跳闸位置，因此可以通过N侧跳位回授功能使M侧能 够启动跳闸。
远跳信号（WXH-803A为例）
M
TA
F 1
TA
N ER
2
（a）死区故障
M
TA
TA
F
1
（b）断路器1失灵
N ER
2
发生死区故障时，母差保护动作跳本侧开关，或者母线故障时，1# 断路器失灵，需要切除对侧开关，通过操作箱永跳接点发远跳信号至M 侧803A，传输至对侧803A去跳N开关。
（1）使用闭锁信号时应该由阻抗继电器不动作的一侧（至少是近故 障点的一侧）是一直发信的。这样非故障线路一直有闭锁信号，保 护不会误动。在故障线路上由于两侧阻抗继电器都动作，所以最后 两侧都不发信。该线路上没有闭锁信号，所以可以跳闸。
（2）使用允许信号时是由阻抗继电器动作的一侧是一直发信的。因 而故障线路上由于两侧阻抗继电器都动作，两侧都向对侧发允许信 号，故而故障线路两侧都能跳闸。非故障线路上阻抗继电器动作的 一侧可以向对侧发允许信号，但是由于对侧阻抗继电器不动作，因 此收不到对侧的允许信号而保护不会误动。阻抗继电器不动作的一 侧虽然可能能收到允许信号（如果对侧阻抗继电器动作的话），但 是由于本侧阻抗继电器不动作，保护也不会误动。
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。
TX
光
RX
端
机
CHA
通信室
64 kB 复用方式
通信室
复 用
E1
接
口
SDH
SDH
复 E1 用
接 口
保护室 WXH-803
TX 光
RX
端 机
CHA
2 M 复用方式
点对点通道举例
1根（每 根4芯） 250米长 金属铠 装光缆
1个光缆端子 盒装于屏上
3根尾纤
经过避雷 线上OPGW
保护屏
保护屏
复用PCM通道举例
WXH-803A
WXH-803A
TX CHA 光 RX
端
机 TX CHB RX
光纤
RX
光纤
CHA
TX 光
端
光纤
RX 机
光纤
CHB TX
专用方式
复用通道方式
复用方式则是利用数字PCM复接技术，借助现有的光纤通 道和微波通道，对继电保护的信息进行传输。复用方式利用 64kbit/s或2M的数字接口接入现有数字用户网络系统，不需 再敷设光缆，同时传输距离也大大提高，可延伸到数字用户网 络的每一个通信接点。继电保护利用复用方式传输数据信息时， 需在通信室内增加数字复用接口设备和数字复用设备相连接。 复用方式满足长距离输电线路的保护要求。实际工程应用中， 安装在继电保护室的保护装置与安装在通信室的PCM数字复用 接口设备的距离较远（电气距离超过50m），为保证保护数据 通信的可靠性，其间的通信媒介采用光缆。
纵联保护
• 在具有远方起动的高频闭锁式保护中要设置断路器三 跳停信回路
（1）在发生区内故障时，一侧断路器先跳闸，如果 不立即停信，由于无操作电流，发信机将发生连续的 高频信号，对侧收信机也收到连续的高频信号，则闭 锁保护出口，不能跳闸。