第四章 输电线路纵联保护
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零序方向元件，仅保留使用工频突变量的方向元件。
⑵功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对措施
功率导向电网示意图
系统中假设故障发生在线路L1上靠近M侧k点，断路器 QF3先于断路器QF4跳闸。在断路器QF3跳闸之前，线路L2 中短路功率由N侧流向M侧，线路L2中N侧功率方向为负， 方向元件不动作，向M侧发送闭锁信号。
三、纵联保护的分类 纵联保护按照所利用信息通
道的不同类型可以分为导引线纵联保 护、电力线载波纵联保护、微波纵联 保护和光纤纵联保护四种。 纵联保护按照保护动作原理，
可以分为方向比较式纵联保护和纵联
电流差动保护两类。
4.2 输电线路纵联保护的通信通道
一、通信通道的构成和特点 1．导引线通道 导引线通道是纵联保护最早使用的
在断路器QF3跳闸后QF4跳闸前，线路L2中的短路功率突 然倒转方向，由M侧流向N侧，这一现象称为功率倒向。反应 负序、零序和故障分量的方向元件在短路功率倒向时如果动 作不协调会出现误动作。在断路器QF3跳闸后QF4跳闸前，M 侧功率方向由负变为正，功率方向元件动作，停止发信并准 备跳闸；此时N侧的功率方向由正变负，方向元件应立即返回 并向M侧发闭锁信号，但是可能M侧的方向元件动作快，N侧 的方向元件返回慢，这被称为“触点竞赛”。由于这个原因， 会有一段时间两侧方向元件均处于动作状态，M侧没有闭锁信 号，造成线路两端的保护误动。如果增加延时返回时间元件t1， 使发信元件动作后经时间t1延时返回，就可以解决这个问题。 时间t1要大于两侧方向元件动作与返回的最大时间差，再加一 个适当裕度时间。
第四章 输电线路纵联保护
4.1 输电线路纵联保护的基本原理和分类
4Biblioteka Baidu2 输电线路纵联保护的通信通道 4.3 输电线路的导引线纵联差动保护 4.4 方向比较式纵联保护 4.5 相位比较式纵联保护
4.1 输电线路纵联保护基本原理和分类
一、纵联保护及其构成
输电线路的纵联保护，就是用某种通 信通道(简称通道)将输电线两端或各端(对 于多端线路)的保护装置纵向连接起来，将 各端的电气量(电流、功率的方向等) 传送 到对端，将各端的电气量进行比较，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。
3．跳闸信号。跳闸信号是直接引起跳闸的信号，或 者说收到跳闸信号是跳闸的充要条件。
高频保护信号逻辑图 (a)闭锁信号；(b)允许信号；(c)跳闸信号
4.3输电线路的导引线纵联差动保护
输电线路的导引线纵联差动保护 是利用金属导线作为通信通道的输电 线纵联电流差动保护。 电流差动保护是反应从被保护元 件各对外端口流入该元件的电流之和 的一种保护。
如图所示，线路两端电流相量关系为
I I M I N。 0
2．两侧电流相位特征
两端输电线路，若全系统阻抗角均 匀，且两端电动势角相等，则当线路 MN发生区内短路故障时，两侧电流同 相位，即、相位差为0°；而当正常运
行或发生区外短路故障时，两侧电流
反相，即电流、相位差为180°。
五、对相差高频保护的评价
相差高频保护有一系列重要优点，在输电线
路纵联保护发展过程中起了重要作用，目前在国外 仍有应用。我国实现保护微机化后，因相差高频保 护比相的分辨率决定于采样率，在采样率为每周期 20次时，两次采样之间的间隔为18°，亦即比相的
分辨率为18°。这大大影响了相差高频保护的性能，
因而没有得到应用。随着微机保护技术的发展，高
二、高频信号的分类
按照信号的性质或作用，可以将其分为闭锁信 号、允许信号和跳闸信号。这三种信号可用以上任 一中种通信通道产生和传送。
1．闭锁信号。即无闭锁信号是保护作用于跳闸的必 要条件，或者说闭锁信号是阻止保护动作于跳闸的 信号。 2．允许信号。允许信号是允许保护作用于跳闸的信 号，或者说有允许信号是保护动作于跳闸的必要条 件。
采样率硬件在性价比逐渐提高后，微机相差高频保
护必将重新得到广泛应用。
微波通道存在以下问题需要解决： (1) 当变电所之间的距离超过40～ 60km左右时，需设置微波中继站，增加了 成本；又由于微波站和变电站不在一起， 也增加了维护的困难。 (2) 由于电磁波在大气中传播时，存在 着折射和反射，这就使信号可能产生衰落 现象。当工作频率很高，线路较短时，衰 落现象不太严重。 (3) 价格较高。
二、纵联保护的基本原理 输电线路的纵联保护就是利用线路两 端的电气量在故障与非故障时的特征差异 构成的。当线路发生区内故障、区外故障 时，电力线两端电流波形、功率、电流相 位以及两端的测量阻抗都有明显的差异， 利用这些差异就可以构成不同原理的纵联 保护。
1.两侧电流量特征
双端电源线路区内、外故障示意图 (a)内部故障；(b)外部故障 当线路发生内部故障时， 如图所示，有 I I M I N I k1 ，在故障点有较大短路电流流出; 当线路发生区外短路故障或正常运行时，
序功率方向为负，发出闭锁信号，保护不会误动作；如果
使用母线电压，两侧的负序功率方向同时为正，保护将误 动作。零序功率方向在非全相运行期间与负序功率方向的
特点一致。
克服非全相运行期间负序、零序方向纵联保护误动的 措施一般是：使用线路侧电压，这也是超高压线路电压互
感器装于线路侧的主要原因；在两相运行期间退出负序、
在实际运用中，只有当电力系统 的继电保护、通信、自动化和远动化 综合在一起考虑，需要解决多通道的 问题时，应用微波保护才有显著的优 点。在国外微波保护的使用已较为广 泛，在我国也已开始了应用。
4．光纤通道
光纤通道是将电信号调制在 激光信号上，以光纤作为信号传递 媒介。 光纤通信有两大优点：一是抗 干扰性能强：二是传输容量大。 光纤通信网正在成为电力通信 网的主干网。
4．两侧测量阻抗值特征
当线路区内短路时，输电线路两端的测
量阻抗都是短路阻抗，一定位于距离保护
Ⅱ段的动作区内，两侧的Ⅱ段同时启动；
当正常运行时，两侧的测量阻抗是负荷阻
抗，距离保护Ⅱ段不会启动；当发生外部
短路时，两侧测量阻抗也是短路阻抗，但
一侧为反方向，若采用方向特性的阻抗继
电器，则至少有一侧的距离Ⅱ段不会启动。
通信通道，是由和被保护线路平行敷
设的金属导线构成，用来传递被保护 线路各侧信息的通信通道。 2．电力线载波（高频）通道
电力线载波通道构成示意图 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
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。 ⑵结合电容器：结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。
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。
⑷高频收、发信机：发信机部分系由继电保护装置控制，
通常都是在电力系统发生故障时，保护起动之后它才发出 信号。
3．微波通道：利用150MHz~20GHz 间的电磁波进行无线通信
微波通道作为电力系统继电保护通道的优 点 (1) 微波通道具有较宽的频带，可传送 多路信号，这为超高压输电线路实现分相 的相位比较提供了有利条件。 (2) 由于微波通道频率很高，与输电线 路没有任何联系，当输电线路或微波设备 检修时，因此受到的干扰小，可靠性高。
(3) 由于内部故障时无需通过故障线 路传递两端的信号，因此，它可以采 用传送多种信号(如闭锁、允许、直接 跳闸等)的方法来工作，也可以附加在 现有的保护装置上来提高保护的连动 性和灵敏性。 (4) 不需要装设与输电线路直接相 连的高频加工设备，在检修有关高压 电器(如高压开关)时，无需将保护退出 运行，在检修微波通道时也不影响输 电线路的正常运行。
3．两侧功率方向特征
当线路上发生区内故障和区外故障时，输电
线两端的功率方向也有很大差别。则线路发生 区内故障时，两端功率方向都由母线流向线路， 两端功率方向相同，同为正方向；而发生区外 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，两端功率方向相反。
相位特性曲线和闭锁角的选择
四、长距离输电线路的分布电容对相差高频保护的影响
长距离输电线路的型等值电路
由于线路具有分布电容，正常运行和外部短路时线路两 端电流之和不为零，而为线路电容电流，对较短的高压架空 线路，电容电流不大，线路两侧电流之和不大，纵联电流差 动保护可用不平衡电流的门限值躲过它。对于高压长距离架 空输电线路或电缆线路，充电电容电流很大，若用门限值躲 电容电流，将极大的降低灵敏度，所以通常采用电压测量来 补偿电容电流。对于一般长度的输电线路，可以将分布参数 等值为集中参数。
闭锁式纵联电流相位差动保护的原理框图
三、相差高频保护的相位特性和相继动作
L b 6 y 100
L L 6 6 100 100
线路内部对称故障时的矢量图
这种一侧保护随着另一侧保护 动作而动作的情况被称为保护 的“相继动作”，保护相继动 作的一侧故障切除时间变慢。
纵联电流差动保护是最理想的保 护原理，有绝对选择性的快速保护原 理。
不平衡电流 不带制动特性的差动继电器特性 1、躲过外部短路时最大不平衡电
流 2、躲过最大负荷电流 带制动线圈的差动继电器特性
带制动线圈的差动继电器特性
4.4方向比较式纵联保护
闭锁式方向纵联保护是通过比较 被保护线路两端的功率方向，以判断 是保护范围内部故障还是外部故障。 保护采用故障时发信。
二、闭锁式距离纵联保护简介
闭锁式距离纵联保护实际上是由两端完整的三段式距离 保护附加高频通信部分组成。
4.5相位比较式纵联保护
一、工作原理
相差高频保护工作原理
(a)网络图 (b)内部故障时两端电流波形
(c)外部故障时两端电流波形
二、相差高频保护的构成 ⑴故障启动发信元件 ⑶发信操作元件 ⑵启动跳闸元件 ⑷收信比较时间元件
对于高频闭锁方向保护若振荡中 心位于被保护线路内，由于两端功率 方向为正，保护会误动。 采用反应负序或零序功率方向的 继电器来防止振荡的影响。
3．影响方向比较式纵联保护正确动作的因素 ⑴系统非全相运行的影响
系统一相仅在一侧断开的情况 (a)负序电压分布图；(b)相量图
实际非全相运行状态是一相在两侧同时断开的状态， 特别是考虑分布电容的影响后，需要分析有两个断线端口 的复杂故障下负序电压、电流的相位关系，结论同样是： 当使用线路侧电压时，受电侧功率方向为正，送电侧的负
一、闭锁式方向纵联保护 1．闭锁式方向纵联保护的基本原理
闭锁式方向纵联保护作原理
闭锁信号由功率方向为负的一 侧发出。 在区内故障伴随有通道破坏时， 两端保护仍能可靠跳闸。 最大优点
⑴区外短路故障； ⑵两端供电线路区内短路故障； ⑶单电源供电线路区内短路故障。
闭锁式方向纵联保护的原理接线图
⑵功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对措施
功率导向电网示意图
系统中假设故障发生在线路L1上靠近M侧k点，断路器 QF3先于断路器QF4跳闸。在断路器QF3跳闸之前，线路L2 中短路功率由N侧流向M侧，线路L2中N侧功率方向为负， 方向元件不动作，向M侧发送闭锁信号。
三、纵联保护的分类 纵联保护按照所利用信息通
道的不同类型可以分为导引线纵联保 护、电力线载波纵联保护、微波纵联 保护和光纤纵联保护四种。 纵联保护按照保护动作原理，
可以分为方向比较式纵联保护和纵联
电流差动保护两类。
4.2 输电线路纵联保护的通信通道
一、通信通道的构成和特点 1．导引线通道 导引线通道是纵联保护最早使用的
在断路器QF3跳闸后QF4跳闸前，线路L2中的短路功率突 然倒转方向，由M侧流向N侧，这一现象称为功率倒向。反应 负序、零序和故障分量的方向元件在短路功率倒向时如果动 作不协调会出现误动作。在断路器QF3跳闸后QF4跳闸前，M 侧功率方向由负变为正，功率方向元件动作，停止发信并准 备跳闸；此时N侧的功率方向由正变负，方向元件应立即返回 并向M侧发闭锁信号，但是可能M侧的方向元件动作快，N侧 的方向元件返回慢，这被称为“触点竞赛”。由于这个原因， 会有一段时间两侧方向元件均处于动作状态，M侧没有闭锁信 号，造成线路两端的保护误动。如果增加延时返回时间元件t1， 使发信元件动作后经时间t1延时返回，就可以解决这个问题。 时间t1要大于两侧方向元件动作与返回的最大时间差，再加一 个适当裕度时间。
第四章 输电线路纵联保护
4.1 输电线路纵联保护的基本原理和分类
4Biblioteka Baidu2 输电线路纵联保护的通信通道 4.3 输电线路的导引线纵联差动保护 4.4 方向比较式纵联保护 4.5 相位比较式纵联保护
4.1 输电线路纵联保护基本原理和分类
一、纵联保护及其构成
输电线路的纵联保护，就是用某种通 信通道(简称通道)将输电线两端或各端(对 于多端线路)的保护装置纵向连接起来，将 各端的电气量(电流、功率的方向等) 传送 到对端，将各端的电气量进行比较，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。
3．跳闸信号。跳闸信号是直接引起跳闸的信号，或 者说收到跳闸信号是跳闸的充要条件。
高频保护信号逻辑图 (a)闭锁信号；(b)允许信号；(c)跳闸信号
4.3输电线路的导引线纵联差动保护
输电线路的导引线纵联差动保护 是利用金属导线作为通信通道的输电 线纵联电流差动保护。 电流差动保护是反应从被保护元 件各对外端口流入该元件的电流之和 的一种保护。
如图所示，线路两端电流相量关系为
I I M I N。 0
2．两侧电流相位特征
两端输电线路，若全系统阻抗角均 匀，且两端电动势角相等，则当线路 MN发生区内短路故障时，两侧电流同 相位，即、相位差为0°；而当正常运
行或发生区外短路故障时，两侧电流
反相，即电流、相位差为180°。
五、对相差高频保护的评价
相差高频保护有一系列重要优点，在输电线
路纵联保护发展过程中起了重要作用，目前在国外 仍有应用。我国实现保护微机化后，因相差高频保 护比相的分辨率决定于采样率，在采样率为每周期 20次时，两次采样之间的间隔为18°，亦即比相的
分辨率为18°。这大大影响了相差高频保护的性能，
因而没有得到应用。随着微机保护技术的发展，高
二、高频信号的分类
按照信号的性质或作用，可以将其分为闭锁信 号、允许信号和跳闸信号。这三种信号可用以上任 一中种通信通道产生和传送。
1．闭锁信号。即无闭锁信号是保护作用于跳闸的必 要条件，或者说闭锁信号是阻止保护动作于跳闸的 信号。 2．允许信号。允许信号是允许保护作用于跳闸的信 号，或者说有允许信号是保护动作于跳闸的必要条 件。
采样率硬件在性价比逐渐提高后，微机相差高频保
护必将重新得到广泛应用。
微波通道存在以下问题需要解决： (1) 当变电所之间的距离超过40～ 60km左右时，需设置微波中继站，增加了 成本；又由于微波站和变电站不在一起， 也增加了维护的困难。 (2) 由于电磁波在大气中传播时，存在 着折射和反射，这就使信号可能产生衰落 现象。当工作频率很高，线路较短时，衰 落现象不太严重。 (3) 价格较高。
二、纵联保护的基本原理 输电线路的纵联保护就是利用线路两 端的电气量在故障与非故障时的特征差异 构成的。当线路发生区内故障、区外故障 时，电力线两端电流波形、功率、电流相 位以及两端的测量阻抗都有明显的差异， 利用这些差异就可以构成不同原理的纵联 保护。
1.两侧电流量特征
双端电源线路区内、外故障示意图 (a)内部故障；(b)外部故障 当线路发生内部故障时， 如图所示，有 I I M I N I k1 ，在故障点有较大短路电流流出; 当线路发生区外短路故障或正常运行时，
序功率方向为负，发出闭锁信号，保护不会误动作；如果
使用母线电压，两侧的负序功率方向同时为正，保护将误 动作。零序功率方向在非全相运行期间与负序功率方向的
特点一致。
克服非全相运行期间负序、零序方向纵联保护误动的 措施一般是：使用线路侧电压，这也是超高压线路电压互
感器装于线路侧的主要原因；在两相运行期间退出负序、
在实际运用中，只有当电力系统 的继电保护、通信、自动化和远动化 综合在一起考虑，需要解决多通道的 问题时，应用微波保护才有显著的优 点。在国外微波保护的使用已较为广 泛，在我国也已开始了应用。
4．光纤通道
光纤通道是将电信号调制在 激光信号上，以光纤作为信号传递 媒介。 光纤通信有两大优点：一是抗 干扰性能强：二是传输容量大。 光纤通信网正在成为电力通信 网的主干网。
4．两侧测量阻抗值特征
当线路区内短路时，输电线路两端的测
量阻抗都是短路阻抗，一定位于距离保护
Ⅱ段的动作区内，两侧的Ⅱ段同时启动；
当正常运行时，两侧的测量阻抗是负荷阻
抗，距离保护Ⅱ段不会启动；当发生外部
短路时，两侧测量阻抗也是短路阻抗，但
一侧为反方向，若采用方向特性的阻抗继
电器，则至少有一侧的距离Ⅱ段不会启动。
通信通道，是由和被保护线路平行敷
设的金属导线构成，用来传递被保护 线路各侧信息的通信通道。 2．电力线载波（高频）通道
电力线载波通道构成示意图 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
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。 ⑵结合电容器：结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。
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。
⑷高频收、发信机：发信机部分系由继电保护装置控制，
通常都是在电力系统发生故障时，保护起动之后它才发出 信号。
3．微波通道：利用150MHz~20GHz 间的电磁波进行无线通信
微波通道作为电力系统继电保护通道的优 点 (1) 微波通道具有较宽的频带，可传送 多路信号，这为超高压输电线路实现分相 的相位比较提供了有利条件。 (2) 由于微波通道频率很高，与输电线 路没有任何联系，当输电线路或微波设备 检修时，因此受到的干扰小，可靠性高。
(3) 由于内部故障时无需通过故障线 路传递两端的信号，因此，它可以采 用传送多种信号(如闭锁、允许、直接 跳闸等)的方法来工作，也可以附加在 现有的保护装置上来提高保护的连动 性和灵敏性。 (4) 不需要装设与输电线路直接相 连的高频加工设备，在检修有关高压 电器(如高压开关)时，无需将保护退出 运行，在检修微波通道时也不影响输 电线路的正常运行。
3．两侧功率方向特征
当线路上发生区内故障和区外故障时，输电
线两端的功率方向也有很大差别。则线路发生 区内故障时，两端功率方向都由母线流向线路， 两端功率方向相同，同为正方向；而发生区外 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，两端功率方向相反。
相位特性曲线和闭锁角的选择
四、长距离输电线路的分布电容对相差高频保护的影响
长距离输电线路的型等值电路
由于线路具有分布电容，正常运行和外部短路时线路两 端电流之和不为零，而为线路电容电流，对较短的高压架空 线路，电容电流不大，线路两侧电流之和不大，纵联电流差 动保护可用不平衡电流的门限值躲过它。对于高压长距离架 空输电线路或电缆线路，充电电容电流很大，若用门限值躲 电容电流，将极大的降低灵敏度，所以通常采用电压测量来 补偿电容电流。对于一般长度的输电线路，可以将分布参数 等值为集中参数。
闭锁式纵联电流相位差动保护的原理框图
三、相差高频保护的相位特性和相继动作
L b 6 y 100
L L 6 6 100 100
线路内部对称故障时的矢量图
这种一侧保护随着另一侧保护 动作而动作的情况被称为保护 的“相继动作”，保护相继动 作的一侧故障切除时间变慢。
纵联电流差动保护是最理想的保 护原理，有绝对选择性的快速保护原 理。
不平衡电流 不带制动特性的差动继电器特性 1、躲过外部短路时最大不平衡电
流 2、躲过最大负荷电流 带制动线圈的差动继电器特性
带制动线圈的差动继电器特性
4.4方向比较式纵联保护
闭锁式方向纵联保护是通过比较 被保护线路两端的功率方向，以判断 是保护范围内部故障还是外部故障。 保护采用故障时发信。
二、闭锁式距离纵联保护简介
闭锁式距离纵联保护实际上是由两端完整的三段式距离 保护附加高频通信部分组成。
4.5相位比较式纵联保护
一、工作原理
相差高频保护工作原理
(a)网络图 (b)内部故障时两端电流波形
(c)外部故障时两端电流波形
二、相差高频保护的构成 ⑴故障启动发信元件 ⑶发信操作元件 ⑵启动跳闸元件 ⑷收信比较时间元件
对于高频闭锁方向保护若振荡中 心位于被保护线路内，由于两端功率 方向为正，保护会误动。 采用反应负序或零序功率方向的 继电器来防止振荡的影响。
3．影响方向比较式纵联保护正确动作的因素 ⑴系统非全相运行的影响
系统一相仅在一侧断开的情况 (a)负序电压分布图；(b)相量图
实际非全相运行状态是一相在两侧同时断开的状态， 特别是考虑分布电容的影响后，需要分析有两个断线端口 的复杂故障下负序电压、电流的相位关系，结论同样是： 当使用线路侧电压时，受电侧功率方向为正，送电侧的负
一、闭锁式方向纵联保护 1．闭锁式方向纵联保护的基本原理
闭锁式方向纵联保护作原理
闭锁信号由功率方向为负的一 侧发出。 在区内故障伴随有通道破坏时， 两端保护仍能可靠跳闸。 最大优点
⑴区外短路故障； ⑵两端供电线路区内短路故障； ⑶单电源供电线路区内短路故障。
闭锁式方向纵联保护的原理接线图