【学习课件】第4章-电网的纵联保护
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第四章输电线路纵联保护(华电继保课件)
二,基本原理
高频信号 高频信号
S+
S S+
S+ S
S+
区外故障时,由短路功率为负的一端发 闭锁信号,此信号被两端的收信机接收 闭锁保护. 对于故障线路,两侧保护均为正,不发 闭锁信号,故两侧保护都收不到闭锁信 号而动作于跳闸.
优点
由于利用非故障线路的一端发闭锁信 号,闭锁非故障线路不跳闸,而对于 故障线路跳闸不需要闭锁信号,所以 在区内故障伴随通道破坏时,保护仍 能可靠跳闸.
8
8
"相-地"制高频通道示意图
高频电缆
2
3
1 将位于主控室的高频收,发 将位于主控室的高频收,发 2 3 信机与户外变电站的带通滤 信机与户外变电站的带通滤 波器连接起来. 波器连接起来.
7
6
4
5 5
4
6
7
8
8
"相-地"制高频通道示意图
保护间隙
2
保护间隙是高频通道的 保护间隙是高频通道的 1 辅助设备,用它保护高频收 辅助设备,用它保护高频收 3 3 发信机和高频电缆免受过电 发信机和高频电缆免受过电 压的袭击. 压的袭击.
三,闭锁式方向纵联保护的构成
I1低定值起动元件:灵敏度较高,起动发信机 发信; I2高定值起动元件:灵敏度较低,起动保护的 跳闸回路;
三,闭锁式方向纵联保护的构成
采用两个灵敏度不同的起动元件,灵敏度高 的起动发信机发闭锁信号,灵敏度低的起动跳 闸回路,以保证在外部故障时,远离故障点侧 起动元件开放跳闸时,近故障点侧起动元件肯 定能起动发信机发闭锁信号.
3. 微波通道(300～30000MHZ)----微波保护
频带宽,需采用脉冲编码调制,适合于数字式保 护,不经济.(40 ～ 60kM)
第4章输电线路纵联保护
4.2.3 微波通讯
2．微波通讯纵联保护的优点 与载波比，优点： （1）独立通道，无干扰； （2）拓展了通信频段，速率快，可以实现纵联电流差动原理的保护。 缺点：
中继站，造价高。
4.2.4 光纤通信
光纤通信网，电力通信网的主干网 图4.10
（1）通信容量大； （2）节约金属材料； （3）保密性好，不受外界干扰； 缺点： 距离还不够长，需采用中继器。
图4.1
4.1 输电线路纵联保护概述
4.1.1 引言
分类： 按通道类型分类，四种： 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 按动作原理分类，两类： 1）方向比较式纵联保护：传送逻辑量 2）纵联电流差动保护：传送电流量
4.1.2 输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析 4.1.3 纵联保护的基本原理
（工频故障分量概念见P111-112)
正向：U IZs 反向：U IZs
正向：270 arg U 0 Zr I
反向：90 arg U 0 Zr I
4.3.2 闭锁式方向纵联保护
1、基本原理 正常时无信号，故障时在非故障线路上传送高频信号，由短路功
4.2.1 导引线通讯 图4.5 环流式、均压式
问题：导引线开路和短路时？
4.2. 输电线路纵联保护两侧信息的交换
4.2.2 电力线载波通讯
通道信号频率：50-400KHz
⑴阻波器：阻波器 是由一个电感线圈 与可变电容器并联 组成的回路。
⑶连接滤波器：连 接滤波器由一个可 调节的空心变压器 及连接至高频电缆 一侧的电容器组成。
⑵耦合电容器：耦合 电容器与连接滤过器 共同配合将载波信号 传递至输电线路，同 时使高频收发信机与 工频高压线路绝缘。
电力系统继电保护——4输电线纵联保护
• 分类：方向高频保护和高频相差保护
2. 高频通道的构成
1—阻波器； 2—结合电容器； 3—连接滤波器； 4—电缆； 5—高频收发信; 6—刀闸
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。其 谐振频率为所用的载波频率 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50周的工频电流而言，阻波 器仅呈现电感线圈阻抗，数值很小（约为0. 04Ω 左右），并不影响它的传输。
• 正常运行：总是一端为正方向，另一端为反方向
3. 纵联保护的基本原理-其他电量特征
④ 两侧测量阻抗特征 高频距离保护
• 区内故障：两端测量阻抗都是短路阻抗，两侧距离 Ⅱ段同时起动
• 区外故障：若采用方向特性阻抗继电器，近故障点 端的距离Ⅱ段不会起动
• 正常运行：两侧的测量阻抗都是负荷阻抗，两侧距 离Ⅱ段都不会起动
序保护）互相连在一起，不便于运行和检修
8. 高频闭锁距离保护的原理接线 • 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
不动作
(2) 区内故障时
1. 动作原理
动作
2. 影响纵联差动保护正确工作的因素
(1) 电流互感器的误差和不平衡电流——稳态情况分析
• 使不平衡电流Iunb增大的主要原因
• 导致励磁电流增加的各种因素 • 两个电流互感器励磁特性的差别
2. 影响纵联差动保护正确工作的因素
(1) 电流互感器的误差和不平衡电流——稳态情况分析
同型系数 外部故障最大短路电流
• 二次负载Z2越大，一次电流越大，铁心就越容易
2. 高频通道的构成
1—阻波器； 2—结合电容器； 3—连接滤波器； 4—电缆； 5—高频收发信; 6—刀闸
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。其 谐振频率为所用的载波频率 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50周的工频电流而言，阻波 器仅呈现电感线圈阻抗，数值很小（约为0. 04Ω 左右），并不影响它的传输。
• 正常运行：总是一端为正方向，另一端为反方向
3. 纵联保护的基本原理-其他电量特征
④ 两侧测量阻抗特征 高频距离保护
• 区内故障：两端测量阻抗都是短路阻抗，两侧距离 Ⅱ段同时起动
• 区外故障：若采用方向特性阻抗继电器，近故障点 端的距离Ⅱ段不会起动
• 正常运行：两侧的测量阻抗都是负荷阻抗，两侧距 离Ⅱ段都不会起动
序保护）互相连在一起，不便于运行和检修
8. 高频闭锁距离保护的原理接线 • 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
不动作
(2) 区内故障时
1. 动作原理
动作
2. 影响纵联差动保护正确工作的因素
(1) 电流互感器的误差和不平衡电流——稳态情况分析
• 使不平衡电流Iunb增大的主要原因
• 导致励磁电流增加的各种因素 • 两个电流互感器励磁特性的差别
2. 影响纵联差动保护正确工作的因素
(1) 电流互感器的误差和不平衡电流——稳态情况分析
同型系数 外部故障最大短路电流
• 二次负载Z2越大，一次电流越大，铁心就越容易
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。
第4章 输电线路纵联保护 第1讲
缺点： 需铺设专门的导引线，投资高，互感器二次负载较大。 导引线本身的故障，会引起保护的拒动或误动。 应用： 高压电网超短线路（几公里或十几公里）。
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
4.2.2 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 输电线路 阻波器（1） 耦合电容器（2） 连接滤波器（3） 高频收发信机（5） 接地开关（6） 电缆（4）
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
4.2.2 电力线载波通信
阻波器：为了使两端发送的高频载波信号只在本线路内 传输而不穿越到相邻的线路上去，采用电感线圈与可调电 容组成并联谐振回路，起阻抗与频率关系如图所示。
Z
f0
f
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
4.2.2 电力线载波通信
耦合电容器：为了使工频对地泄漏电流减到极小，采用 耦合电容器，它的电容量极小，对工频信号呈现非常大的 阻抗，同时可以防止工频电压侵入高频收、发信机，而对 高频载波电流呈现很小阻抗。
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
4.2.2 电力线载波通信
（三）电力线载波通道工作方式 正常有高频电流方式（长期发信方式） 正常无高频电流方式（故障启动发信方式） 移频方式 （正常运行发f1，故障时发f2）
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
4.2.2 电力线载波通信
（三）高频信号的分类 闭锁信号 允许信号 跳闸信号
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短路与外部短路，达到有选择、快
速切除全线路任意点短路的目的。 为此需要将线路一侧电气量信息传到另一侧去，安装于 两侧的保护对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联系，以这种方式构成的保护，成
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
4.2.2 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 输电线路 阻波器（1） 耦合电容器（2） 连接滤波器（3） 高频收发信机（5） 接地开关（6） 电缆（4）
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
4.2.2 电力线载波通信
阻波器：为了使两端发送的高频载波信号只在本线路内 传输而不穿越到相邻的线路上去，采用电感线圈与可调电 容组成并联谐振回路，起阻抗与频率关系如图所示。
Z
f0
f
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
4.2.2 电力线载波通信
耦合电容器：为了使工频对地泄漏电流减到极小，采用 耦合电容器，它的电容量极小，对工频信号呈现非常大的 阻抗，同时可以防止工频电压侵入高频收、发信机，而对 高频载波电流呈现很小阻抗。
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
4.2.2 电力线载波通信
（三）电力线载波通道工作方式 正常有高频电流方式（长期发信方式） 正常无高频电流方式（故障启动发信方式） 移频方式 （正常运行发f1，故障时发f2）
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
4.2.2 电力线载波通信
（三）高频信号的分类 闭锁信号 允许信号 跳闸信号
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短路与外部短路，达到有选择、快
速切除全线路任意点短路的目的。 为此需要将线路一侧电气量信息传到另一侧去，安装于 两侧的保护对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联系，以这种方式构成的保护，成
第四章输电线路的纵联保护ppt课件
故称为制动电流
纵联差动保护的评价及应用
• 优点： • 全线速动 • 不受负荷的影响，灵敏度较高 • 缺点： • 需敷设与被保护线路同长的辅助导线且要求电流
互感器的二次负载阻抗满足电流互感器10%的误 差。 • 需敷设辅助导线断线与短路的监视装置 • 不能作相邻线路的后备保护
• 应用：在输电线路中，只有其他保护不能满足要 求的短线路（一般不超过5-7km)。
以反应各种不对称短路或接地短路。三相短路一般在短路开 始瞬间，总有负序或零序分量，因此对三相短路也能反应。 基本不受短路点过渡电阻的影响。
受非全相运行的影响较大，在系统非全相运行时可能误 动。解决方法：在非全相运行期间退出负序方向元件、零序 方向元件。
4.3.2 闭锁式方向比较式纵联保护
(4) 工频突变量方向元件 工频突变量方向元件能正确反应所有类型的故障，方向
4.4.3 纵联电流相位差动保护
1、纵联电流相位差动保护的基本原理
比较被保护线路两侧电流的相位，即利用高频信号将电 流的相位传送到对侧去进行比较来确定跳闸与否，这种保护 又称为相差高频保护。
区内故障：两侧电流同相位，发出跳闸脉冲； 区外故障：两侧电流相位相差180°，保护不动作 。
电流。
继电器动作，跳两侧的断路器。
问题：因要铺设多根导引线，这种单相原理 接线方式可用于短线路，电力变压器、发电 机、母线。
2 纵差保护的整定计算
纵差保护整定计算的基本原则是应保证正常运 行和外部短路时保护装置不动作跳闸。因此， 纵差保护的一次动作电流按满足以下条件进行 选择： （1）正常运行和区外短路时差回路流过最大不 平衡电流时保护不动作，即躲开外部故障时的 最大不平衡电流：
电流互感器的同型系
稳态下的不平衡电流：励磁电流之差
纵联差动保护的评价及应用
• 优点： • 全线速动 • 不受负荷的影响，灵敏度较高 • 缺点： • 需敷设与被保护线路同长的辅助导线且要求电流
互感器的二次负载阻抗满足电流互感器10%的误 差。 • 需敷设辅助导线断线与短路的监视装置 • 不能作相邻线路的后备保护
• 应用：在输电线路中，只有其他保护不能满足要 求的短线路（一般不超过5-7km)。
以反应各种不对称短路或接地短路。三相短路一般在短路开 始瞬间，总有负序或零序分量，因此对三相短路也能反应。 基本不受短路点过渡电阻的影响。
受非全相运行的影响较大，在系统非全相运行时可能误 动。解决方法：在非全相运行期间退出负序方向元件、零序 方向元件。
4.3.2 闭锁式方向比较式纵联保护
(4) 工频突变量方向元件 工频突变量方向元件能正确反应所有类型的故障，方向
4.4.3 纵联电流相位差动保护
1、纵联电流相位差动保护的基本原理
比较被保护线路两侧电流的相位，即利用高频信号将电 流的相位传送到对侧去进行比较来确定跳闸与否，这种保护 又称为相差高频保护。
区内故障：两侧电流同相位，发出跳闸脉冲； 区外故障：两侧电流相位相差180°，保护不动作 。
电流。
继电器动作，跳两侧的断路器。
问题：因要铺设多根导引线，这种单相原理 接线方式可用于短线路，电力变压器、发电 机、母线。
2 纵差保护的整定计算
纵差保护整定计算的基本原则是应保证正常运 行和外部短路时保护装置不动作跳闸。因此， 纵差保护的一次动作电流按满足以下条件进行 选择： （1）正常运行和区外短路时差回路流过最大不 平衡电流时保护不动作，即躲开外部故障时的 最大不平衡电流：
电流互感器的同型系
稳态下的不平衡电流：励磁电流之差
《电网的纵联保护》课件
基于光纤通道的纵联保护
通过光纤通信技术，实现对纵联线路的快速故障信号传输和自动切除操作。
纵联保护的应用场景
级联变电站的纵联保护
纵联保护在级联变电站中起着重要 的作用，确保多个变电站之间的电 能传输的可靠性型发电机组，纵联保护不仅 能保护发电机本身，还能保护相邻 的设备和电网。
3 纵联保护与其他保护的融合
纵联保护将与其他保护方式融合，形成更完善的保护系统，并进一步提升电网的安全性。
结束语
1 学习收获
2 纵联保护的未来前景
3 问题交流和答疑
通过学习纵联保护，我们深 入了解了电网保护的重要性 和实现方式。
随着电力系统的发展，纵联 保护将在智能化和可靠性提 升方面发挥越来越重要的作 用。
《电网的纵联保护》PPT课件
通过本课件，我们将介绍电网中的纵联保护，包括其基本概念、实现方式、 应用场景以及面临的挑战和发展方向。
纵联保护的基本概念
定义
纵联保护是一种电力系统保护方式，用于检测和解决纵联线路中的故障问题，保障电网的安 全运行。
分类
纵联保护可分为传统保护、数字化保护和光纤通道保护三种类型，各具特点和适用场景。
如果你对纵联保护有任何问 题或疑惑，我们欢迎进行交 流和答疑。
风电、太阳能等新能源电站 的纵联保护
纵联保护在新能源电站中起着重要 的作用，确保可再生能源的稳定注 入电网。
纵联保护的挑战和发展方向
1 智能化、可靠性提高
纵联保护需要不断提高智能化水平和可靠性，以应对电网复杂性和容错要求的增加。
2 通信方式的创新
纵联保护中的通信方式需要不断创新，以提高故障信息的传输速度和准确性。
作用
纵联保护的主要作用是实时检测和定位故障，迅速切除受故障影响的部分，并确保电网的可 靠供电。
电力系统继电保护 第四章输电线路的纵联保护 ppt课件
ppt课件
13
纵联保护的分类：
A. 按通信通道分：
(1) 导引线通道 需要沿线铺设导引线电缆传送电气量信息，其 投资随线路的长度而增加。此外，导引线越长， 其自身安全性越低。用于短线路。
(2) 电力线载波通道
利用输电线路本身作为通信通道，不需专门架 设通信通道，应用广泛。
注意：线路发生故障时通道可能遭到破坏。
ppt课件
12
纵联保护按通道类型分类
纵联保护信号传输方式： （1）以导引线作为通信通道：纵联差
动保护 （2）电力线载波：高频保护（方向高
频保护，相差高频保护），其中方向高 频保护又包括高频闭锁方向保护，高频 闭锁负序方向保护，高频闭锁距离保护； （3）微波：微波保护，长线路，需要 中继站；
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。
ppt课件
20
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
ppt课件
18
1 导引线通信
利用铺设在输电线路两端变电站之间的二次电 缆传递被保护线路各侧信息的通信方式称之为 导引线通信，以导引线为通道的纵联保护称为 导引线纵联保护。
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
保护原理：电流差动原理
ppt课件
适用于短线路
19
2 电力线载波通道（高频）
4
输电线路纵联保护
零；均压法接线在导引线中没有电流环流，差动继电器中电流也为零。在内部短
路时，两种接线旳差动继电器中都有电流流过，从而能够精确地动作。当发生外
部短路时，均压法接线旳导引线将会承受高电压，而环流法接线旳导引线将在内
部短路时承受高电压。对于短线路来说，外部短路旳机会多，而内部短路又能够
由纵联保护不久地切除，所以从这个观点来看，环流法很好，但两种接线对保护
。
•
•
•
Ik1 Ik1M Ik1N
1.12
第4章 输电线路纵联保护
4.2 导引线纵联保护
式(4-2)阐明内部短路时流入差动继电器旳电流为故障点总电流旳二次值，且 远不小于正常运营和外部短路时流入差动继电器旳不平衡电流。当差动继电 器为反应电流过量动作时，线路内部短路时，它就动作，即向被保护线路两 侧送出跳闸信号，而正常运营和外部短路时，差动继电器不动作。 从以上分析可见，导引线纵联保护在原理上区别了线路旳内部和外部故障， 可无延时地切除线路两侧电流互感器之间任何地点旳故障。因为在正常情况 下，上述连接方式旳纵联保护旳二次侧电流在导引线中成环流，所以也称为 环流法纵联保护。实际上图4.2旳接线只能用于短线路、变压器、发电机和母 线等作为主保护，而不用于输电线路，因为在正常情况下，它要求沿线路敷 设流过电流互感器二次电流旳多根导引线，这在技术上是有诸多困难旳，在 经济上也是不合理旳。
•
IN
1.20
线路纵联保护旳动作特征取决于线路两侧电流旳关系。两侧电流旳关
系能够用幅值关系和相位关系来表达，也能够用复数比来表达，所以动作
特征旳分析措施如下：
从纵联保护整定计算旳基本原则可知，其动作条件可表达为
•
•
| IM IN |≥ Iop
继电保护输电线路纵联保护.精选PPT
4.1输电线路纵联保护概述
输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析：
（3）两端电流相位 区内故障：两侧电流相位差为0。 区外故障：两侧电流相位差为180。 正常运行：两侧电流相位差为180。
4.1输电线路纵联保护概述 输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析：
（4）两侧的测量阻抗 区内故障：测量阻抗均为短路阻抗，两侧距离保护II段同时 启动； 区外故障：两侧的测量阻抗也是短路阻抗，但一侧为反向， 至少一侧的距离保护II段不启动； 正常运行：两侧的测量阻抗均为负荷阻抗，距离保护II段不 启动。
4.1输电线路纵联保护概述
输电线路纵联保护基本原理： 用某种通信通道将输电线两端的保护装置纵向 联结起来，将一侧的电气量（电流、功率的方 向、测量阻抗等）传送到对端，将两端的电气 量比较，以判断故障在本线路范围内还是在线 路范围外，从而决定是否切断被保护线路。
4.1输电线路纵联保护概述
输电线路纵联保护的基本原理：
输电线路纵联保护的分类
电微力波线 通载信波：❖通微信波正：通常通信道频有传率高输段的属频信于电号超频短流率波方范的围无式线50—电-4波0在0，kH电在z 3力00-系300统00M正Hz常之间工，作频带条更件宽，下传发输距信离机超过处40于-60发km信时，状需态装设，微波中继站 ，微以波增 通强信和：传微递波沿微通高波信信频频号率通段属道于传超短送波高的无频线电电波流，，在3又00-称300为00M长Hz期之间发，信频带方更式宽，。传输距离超过40-60km时，需装设微波中继站
••
•
•
I I M I N I k1
••
•
I IM IN 0
••
•Hale Waihona Puke I IM IN 04.1输电线路纵联保护概述
电力系统继电保护-4 输电线路纵联保护
4.2.3 微波通信
• 1 微波纵联保护的构成 • 下图为微波通信纵联保护的示意图：
• 微波信号的调制可以采取频率调制（FM）方式和脉冲编码调制（PCM ）方式，可以传送模拟信号，也可以传送数字信号。
4.2.3 微波通信
• 2 微波纵联保护的优点 （1）有一条独立于输电线路的通信通道，输电线路上产生 的干扰如故障点电弧、开关操作、冲击过电压、电晕 等，对通信系统没有影响。通道的检修不影响输电线 路运行。 （2）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的保护。 （3）受外界干扰的影响小，工业、雷电等干扰频谱基本上 不在微波频段内，通信误码率低，可靠性高。 （4）输电线路的任何故障都不会使通道工作破坏，因此可 以传送内部故障时的允许信号和跳闸信号。
4.2.2 电力线载波通信
• 2 电力线载波通道的特点
优点： （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。 缺点：由于输电线载波通道是直接通 过高压输电线路传送高频载波电流的 ，因此高压输电线路上的干扰直接进 入载波通道，高压输电线路的电晕、 短路、开关操作等都会在不同程度上 对载波通信造成干扰。
•
（图解：拍摄于巴黎附近的法国RTE电力公司高压输电线路）
• 应用：高频载波一般用来传递状态信号，用于构成方向比较式纵联和 电流相位比较式纵联保护。输电线载波通信还被用于对系统运行状态 监视的调度自动化信息的传递、电力系统内部的载波电话等。
4.2.1电力线载波通信
• 3 电力线载波通道的工作方式
优点—1、高频保护中的高频通道部分经常处于被监视的状态，可靠性较高； 2、无需收、发信机启动元件，使装置稍为简化。 这种方式能监视通道的工作情况，提高了通 缺点—1、因为发信机经常处于发信状态，增加了对其他通信设备的干扰时间； 道工作的可靠性，并且抗干扰能力较强；但 2、因为经常处于收信状态，外界对高频信号干扰的时间长，要求收信机 自身有更高的抗干扰能力。 是它占用的频带宽，通道利用率低。
电力系统继电保护—纵联(4)
考虑电势角度 差、延时等
00
区内故障 称为：相差保护
31/91
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
输电线路保护常用的通信方式：
1、导引线通信。
2、电力线载波。 3、微波通信。 4、光纤通信。
32/91
一、导引线通信：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。 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，保护装置的安全可靠性愈低。 故仅应用于就近的TA连接方式，比如发电机、母线、 变器、电抗器等保护中。
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
1 I 4；流出：I 2 I 3 I 5 流入：I
基尔霍夫电流定律： 1 I 4 I 2 I 3 I 5 I
1 I 4 I 2 I 3 I 5 0 改写为：I
此式表明：流入节点的电流之和等于0。
按照继电保护规定的正方向，得：
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
通信设备
通信设备
输电线路纵联保护结构框图
4/91
纵联保护有多种分类方法，可以按照通道类型或 动作原理进行分类。 1）通道类型： 导引线 电力线载波 微波 光纤
2）动作原理： 比较方向 比较相位 基尔霍夫电流定律 （差电流）
00
区内故障 称为：相差保护
31/91
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
输电线路保护常用的通信方式：
1、导引线通信。
2、电力线载波。 3、微波通信。 4、光纤通信。
32/91
一、导引线通信：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。 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，保护装置的安全可靠性愈低。 故仅应用于就近的TA连接方式，比如发电机、母线、 变器、电抗器等保护中。
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
1 I 4；流出：I 2 I 3 I 5 流入：I
基尔霍夫电流定律： 1 I 4 I 2 I 3 I 5 I
1 I 4 I 2 I 3 I 5 0 改写为：I
此式表明：流入节点的电流之和等于0。
按照继电保护规定的正方向，得：
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
通信设备
通信设备
输电线路纵联保护结构框图
4/91
纵联保护有多种分类方法，可以按照通道类型或 动作原理进行分类。 1）通道类型： 导引线 电力线载波 微波 光纤
2）动作原理： 比较方向 比较相位 基尔霍夫电流定律 （差电流）
第4章-电网的纵联保护
第4章 电网的纵联保护
第4章 电网的纵联保护
1 2019/5/13
要求: 掌握电网纵联保护工作原理
知识点: 掌握全线速动保护概念与双侧测量保护原理 了解各种通道组成 掌握纵联保护分类及相应保护的工作原理 了解新型方向元件判据及特点 学习微机型纵联保护原理框图
第4章 电网的纵联保护
目前迅速发展，正大量取代载波通道
第4章 电网的纵联保护
11 2019/5/13
（2）按保护原理分类 目前实际应用的纵联保护有3种：
方向原理
※两侧保护均判为正向故障－－内部故障
纵联方向保护 ※纵联保护采用专用的方向元 件判别故障方向
电流差动原理
纵联距离、零序保护
※纵联保护利用距离中的 方向阻抗元件及零序
(b) 内部故障情况
第4章 电网的纵联保护
8 2019/5/13
纵联保护特点： 两侧保护需要通道联系 两侧保护必须双侧同时工作 纵联保护判据具有“绝对选择性”， 区内、外故障时保护判据有明显差异 纵联保护在区外故障时不动作，没有远后备作用
第4章 电网的纵联保护
9 2019/5/13
4.1.2 纵联保护分类 （1）按通道类型分类 （a）导引线：
6QF
M
k1 N k2
P
Q
U
k1、k2故障时保护P测量的电流、电压几乎一样
第4章 电网的纵联保护
5 2019/5/13
“双侧测量”保护工作原理 a.以基尔霍夫电流定律为基础的电流差动保护
M
A
N
B 忽略了线路电容电流
IM
IN
正常运行或外部故障时，Id IM IN 0
(a) 正常运行或外部故障情况
2 2019/5/13
第4章 电网的纵联保护
1 2019/5/13
要求: 掌握电网纵联保护工作原理
知识点: 掌握全线速动保护概念与双侧测量保护原理 了解各种通道组成 掌握纵联保护分类及相应保护的工作原理 了解新型方向元件判据及特点 学习微机型纵联保护原理框图
第4章 电网的纵联保护
目前迅速发展，正大量取代载波通道
第4章 电网的纵联保护
11 2019/5/13
（2）按保护原理分类 目前实际应用的纵联保护有3种：
方向原理
※两侧保护均判为正向故障－－内部故障
纵联方向保护 ※纵联保护采用专用的方向元 件判别故障方向
电流差动原理
纵联距离、零序保护
※纵联保护利用距离中的 方向阻抗元件及零序
(b) 内部故障情况
第4章 电网的纵联保护
8 2019/5/13
纵联保护特点： 两侧保护需要通道联系 两侧保护必须双侧同时工作 纵联保护判据具有“绝对选择性”， 区内、外故障时保护判据有明显差异 纵联保护在区外故障时不动作，没有远后备作用
第4章 电网的纵联保护
9 2019/5/13
4.1.2 纵联保护分类 （1）按通道类型分类 （a）导引线：
6QF
M
k1 N k2
P
Q
U
k1、k2故障时保护P测量的电流、电压几乎一样
第4章 电网的纵联保护
5 2019/5/13
“双侧测量”保护工作原理 a.以基尔霍夫电流定律为基础的电流差动保护
M
A
N
B 忽略了线路电容电流
IM
IN
正常运行或外部故障时，Id IM IN 0
(a) 正常运行或外部故障情况
2 2019/5/13
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第4章 电网的纵联保护
ppt课件
1 2020/11/20
要求: 掌握电网纵联保护工作原理
知识点: 掌握全线速动保护概念与双侧测量保护原理 了解各种通道组成 掌握纵联保护分类及相应保护的工作原理 了解新型方向元件判据及特点 学习微机型纵联保护原理框图
ppt课件
2 2020/11/20
4.1纵联保护的原理与分类
ppt课件
16 2020/11/20
2.载波通道 相－地制载波（高频）通道 有线通信，50-400kHz
1.阻波器
2.耦合 电容器
6.接地 刀闸
5.保护 间隙
ppt课件
3.结合滤 波器
4.电缆
收信机 发信机
高频保护
17 2020/11/20
收发信机原理框图
发信机
获得基准频率 如0.25kHz
石英晶体
（c）微波通道： 用于微波保护。 技术复杂，成本昂贵，较少采用。
（d）光纤通道： 采用光纤数字通信技术，技术先进，信息传输量大， 抗干扰性能好。
目前迅速发展，正大量取代载波通道
ppt课件
11 2020/11/20
（2）按保护原理分类 目前实际应用的纵联保护有3种：
方向原理
※两侧保护均判为正向故障－－内部故障
4.1.1全线速动保护与双侧测量原理 4.1.2纵联保护分类
ppt课件
3 2020/11/20
4.1.1全线速动保护与双侧测量原理
全线速动保护： 继电保护无时限地切除线路上任一点发生的故障
在高压输电线路上，为了保证电力系统运行的稳定 性，需要配置全线速动保护
前面学习的电流保护、方向电流保护、零序电流保 护、距离保护均为“单侧测量”保护。即保护判据 均来自线路一侧的电流、电压。
N侧保护判断故障为反向故障，闭锁本侧纵联保护 同时发出信号闭锁对侧（M侧）保护， 纵联保护收到信号即闭锁，信号的含义为“闭锁”。
ppt课件
13 2020/11/20
允许信号
A
M
允许信号
k 允许信号
NB
内部故障时，两侧保护均向对侧发允许信号
两侧保护判断故障为正向故障后，同时向对侧保护 发出允许信号。
信号源 锁相环（PLL）
振荡 分频
比相
低通 滤波
压控 振荡
＆
f0N•0.25kHz
获得载 波频率
fo
前置 放大
功率 放大
线路 滤波
衰耗
通道
分频
继电保护
发信控制
调制
产生基 准频率
fb如
1024kHz
ppt课件
18 2020/11/20
收信机
载波 信号
f
混频 滤波
放大
检波
收信 触发
继电保护 收信
中心频率fM 本振信号 f1＝f0＋fM
M
A
N
B 忽略了线路电容电流
IM
IN
正常运行或外部故障时，Id IM IN 0
(a) 正常运行或外部故障情况
M
A
N
B
k
IM
Ik
IN
内部故障时，Id IM IN Ik
(b) 内部故障情况
ppt课件
6 2020/11/20
b.比较线路两侧电流相位关系的相位差动保护
M
A
Ik
N
B
k
IM
正常运行或外部故障时，
本侧保护判断故障为正向后还必须收到对侧保护发的 允许信号，信号的含义为“允许”。
ppt课件
14 2020/11/20
跳闸信号
A
M
跳闸
Ⅰ NB
k
Ⅰ
Ⅰ段保护动作时，向对侧保护发跳闸信号
远跳式
两侧保护Ⅰ段动作跳开本侧断路器，同时向对侧保护 发出跳闸信号。
只要两侧保护Ⅰ段动作区均超过50％线路全长，即可 构成远跳式全线速动保护。 收到对侧信号立即跳闸，信号的含义为“跳闸”。
ppt课件
15 2020/11/20
4.2 纵联保护通道
1.导引线
二次电缆联系线路两侧保护的电流回路
问题：
敷设困难； 检测、维护通道困难； 电流互感器二次阻抗过大导致误差增大。
导引线为通道的电流差动保护较少用于线路保护， 广泛用于变压器、发电机、母线等元件保护。 本书第9、10、11章将详细讨论。
此信号 对应收 信频率 100kHz
12kHz
19 2020/11/20
“短时发信”与“长期发信”方式 短时发信：
继电保护不启动时，发信机功放电源不投入 发信机工作轻松。需要人工定期检查通道完好
arg IM
IN 180
IN
(a) 正常运行或外部故障情况
M
A
N
B
线路两侧电流相位相近 内部故障
k
IM
内部故障时，
arg
IM
IN
IN act
(b) 内部故障情况
ppt课件
7 2020/11/20
c.比较两侧线路保护故障方向判别结果，纵联方向保护
A
M
NB
k1
k2
外部故障时，总有一侧保护判别为反向故障
(a)外部故障情况
线路两侧保护均判为正向故障 内部故障
A
M
k
NB
内部故障时，两侧保护均判别为正向故障
(b) 内部故障情况
ppt课件
8 2020/11/20
纵联保护特点： 两侧保护需要通道联系 两侧保护必须双侧同时工作 纵联保护判据具有“绝对选择性”， 区内、外故障时保护判据有明显差异 纵联保护在区外故障时不动作，没有远后备作用
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4 2020/11/20
“单侧测量”保护无法实现全线速动 因为“单侧测量”保护不利用动作时间则 无法区分本线末与下线始端故障
I
A
P
1QF
B
2QF 3QF
4QF 5QF
6QF
M
k1 N k2
P
Q
U
k1、k2故障时保护P测量的电流、电压几乎一样
ppt课件
5 2020/11/20
“双侧测量”保护工作原理 a.以基尔霍夫电流定律为基础的电流差动保护
ppt课件
9 2020/11/20
4.1.2 纵联保护分类 （1）按通道类型分类 （a）导引线：
两侧保护电流回路由二次电缆连接起来， 用于线路纵差保护。 敷设、维护困难，仅用于特殊的10km以下短线路上， 实际使用较少。
（b）载波通道： 使用电力线路构成载波通道，用于高频保护。
ppt课件
10 2020/11/20
纵联方向保护 ※纵联保护采用专用的方向元 件判别故障方向
电流差动原理
纵联距离、零序保护
※纵联保护利用距离中的 方向阻抗元件及零序
电流保护中的零序方
向元件判别故障方向
纵联差动保护
ppt课件
12 2020/11/20
（3）按通道传送信息含义分类 闭锁信号
A
M
闭锁信号
NB
k
外部故障时，近故障侧保护发闭锁信号
混频后得到f1－f，f1＋f，f1＋2f，……
收到若干信 本机f0＝100kHz 号，例如： fM＝12kHz，f1＝112kHz
96课件
与112kHz 混频
16kHz、 208kHz……
12kHz、 12kHz 212kHz…… 滤波 8kHz、 216kHz……
ppt课件
1 2020/11/20
要求: 掌握电网纵联保护工作原理
知识点: 掌握全线速动保护概念与双侧测量保护原理 了解各种通道组成 掌握纵联保护分类及相应保护的工作原理 了解新型方向元件判据及特点 学习微机型纵联保护原理框图
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2 2020/11/20
4.1纵联保护的原理与分类
ppt课件
16 2020/11/20
2.载波通道 相－地制载波（高频）通道 有线通信，50-400kHz
1.阻波器
2.耦合 电容器
6.接地 刀闸
5.保护 间隙
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3.结合滤 波器
4.电缆
收信机 发信机
高频保护
17 2020/11/20
收发信机原理框图
发信机
获得基准频率 如0.25kHz
石英晶体
（c）微波通道： 用于微波保护。 技术复杂，成本昂贵，较少采用。
（d）光纤通道： 采用光纤数字通信技术，技术先进，信息传输量大， 抗干扰性能好。
目前迅速发展，正大量取代载波通道
ppt课件
11 2020/11/20
（2）按保护原理分类 目前实际应用的纵联保护有3种：
方向原理
※两侧保护均判为正向故障－－内部故障
4.1.1全线速动保护与双侧测量原理 4.1.2纵联保护分类
ppt课件
3 2020/11/20
4.1.1全线速动保护与双侧测量原理
全线速动保护： 继电保护无时限地切除线路上任一点发生的故障
在高压输电线路上，为了保证电力系统运行的稳定 性，需要配置全线速动保护
前面学习的电流保护、方向电流保护、零序电流保 护、距离保护均为“单侧测量”保护。即保护判据 均来自线路一侧的电流、电压。
N侧保护判断故障为反向故障，闭锁本侧纵联保护 同时发出信号闭锁对侧（M侧）保护， 纵联保护收到信号即闭锁，信号的含义为“闭锁”。
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13 2020/11/20
允许信号
A
M
允许信号
k 允许信号
NB
内部故障时，两侧保护均向对侧发允许信号
两侧保护判断故障为正向故障后，同时向对侧保护 发出允许信号。
信号源 锁相环（PLL）
振荡 分频
比相
低通 滤波
压控 振荡
＆
f0N•0.25kHz
获得载 波频率
fo
前置 放大
功率 放大
线路 滤波
衰耗
通道
分频
继电保护
发信控制
调制
产生基 准频率
fb如
1024kHz
ppt课件
18 2020/11/20
收信机
载波 信号
f
混频 滤波
放大
检波
收信 触发
继电保护 收信
中心频率fM 本振信号 f1＝f0＋fM
M
A
N
B 忽略了线路电容电流
IM
IN
正常运行或外部故障时，Id IM IN 0
(a) 正常运行或外部故障情况
M
A
N
B
k
IM
Ik
IN
内部故障时，Id IM IN Ik
(b) 内部故障情况
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6 2020/11/20
b.比较线路两侧电流相位关系的相位差动保护
M
A
Ik
N
B
k
IM
正常运行或外部故障时，
本侧保护判断故障为正向后还必须收到对侧保护发的 允许信号，信号的含义为“允许”。
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14 2020/11/20
跳闸信号
A
M
跳闸
Ⅰ NB
k
Ⅰ
Ⅰ段保护动作时，向对侧保护发跳闸信号
远跳式
两侧保护Ⅰ段动作跳开本侧断路器，同时向对侧保护 发出跳闸信号。
只要两侧保护Ⅰ段动作区均超过50％线路全长，即可 构成远跳式全线速动保护。 收到对侧信号立即跳闸，信号的含义为“跳闸”。
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15 2020/11/20
4.2 纵联保护通道
1.导引线
二次电缆联系线路两侧保护的电流回路
问题：
敷设困难； 检测、维护通道困难； 电流互感器二次阻抗过大导致误差增大。
导引线为通道的电流差动保护较少用于线路保护， 广泛用于变压器、发电机、母线等元件保护。 本书第9、10、11章将详细讨论。
此信号 对应收 信频率 100kHz
12kHz
19 2020/11/20
“短时发信”与“长期发信”方式 短时发信：
继电保护不启动时，发信机功放电源不投入 发信机工作轻松。需要人工定期检查通道完好
arg IM
IN 180
IN
(a) 正常运行或外部故障情况
M
A
N
B
线路两侧电流相位相近 内部故障
k
IM
内部故障时，
arg
IM
IN
IN act
(b) 内部故障情况
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7 2020/11/20
c.比较两侧线路保护故障方向判别结果，纵联方向保护
A
M
NB
k1
k2
外部故障时，总有一侧保护判别为反向故障
(a)外部故障情况
线路两侧保护均判为正向故障 内部故障
A
M
k
NB
内部故障时，两侧保护均判别为正向故障
(b) 内部故障情况
ppt课件
8 2020/11/20
纵联保护特点： 两侧保护需要通道联系 两侧保护必须双侧同时工作 纵联保护判据具有“绝对选择性”， 区内、外故障时保护判据有明显差异 纵联保护在区外故障时不动作，没有远后备作用
ppt课件
4 2020/11/20
“单侧测量”保护无法实现全线速动 因为“单侧测量”保护不利用动作时间则 无法区分本线末与下线始端故障
I
A
P
1QF
B
2QF 3QF
4QF 5QF
6QF
M
k1 N k2
P
Q
U
k1、k2故障时保护P测量的电流、电压几乎一样
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5 2020/11/20
“双侧测量”保护工作原理 a.以基尔霍夫电流定律为基础的电流差动保护
ppt课件
9 2020/11/20
4.1.2 纵联保护分类 （1）按通道类型分类 （a）导引线：
两侧保护电流回路由二次电缆连接起来， 用于线路纵差保护。 敷设、维护困难，仅用于特殊的10km以下短线路上， 实际使用较少。
（b）载波通道： 使用电力线路构成载波通道，用于高频保护。
ppt课件
10 2020/11/20
纵联方向保护 ※纵联保护采用专用的方向元 件判别故障方向
电流差动原理
纵联距离、零序保护
※纵联保护利用距离中的 方向阻抗元件及零序
电流保护中的零序方
向元件判别故障方向
纵联差动保护
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12 2020/11/20
（3）按通道传送信息含义分类 闭锁信号
A
M
闭锁信号
NB
k
外部故障时，近故障侧保护发闭锁信号
混频后得到f1－f，f1＋f，f1＋2f，……
收到若干信 本机f0＝100kHz 号，例如： fM＝12kHz，f1＝112kHz
96课件
与112kHz 混频
16kHz、 208kHz……
12kHz、 12kHz 212kHz…… 滤波 8kHz、 216kHz……