输电线路的纵联保护
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一、纵联保护的基本概念
和通信通道
1
（一）反应单侧电气量保护的问题
2
Z
Z
QF1
QF2 QF2 Ⅰ段保护区
QF1 Ⅰ段保护区 60%~70%
两侧I段保护公共区
3
（二）反应两侧电气量的输电线路纵联保护
A
+
QF1
QF2
B
+
QF3
K
+
QF4
C
4
（三）纵联保护信号传输方式
5
1.辅助导引线——导引线纵联差动保护
74
L=380km，高频信号在线路上传输产 生的相位差为23度。M侧和N侧感收到的 高频信号的相位差分别是：
m 122 23 145
0 0
0
n 122 23 99
0 0
0
75
闭锁角为：
b 7 15 15 23 60
0 0 0 0
0
动作角为：
op (180 60 ) 120
2 1
3 3
2
7
6
4
5
5
4
6
7
GFX GSX 8
8 GSX GFX
“相-地”制高频通道示意图
26
（三）高频通道工作方式及高频 信号的应用
27
1. 高频通道的工作方式
（1）长时发信方式
（2）短时发信方式 （3）移频方式
28
（1）长期发信方式。 信号
无高频电流为有信号
29
（2）故障发信方式。
信号
区外故障
* *
I M1
I N1
*
K
*
I M2
Ik I
不动
I N2
6
区内故障
* *
I M1
k
I N1
* *
I M2
Ik
I
I N2
动作
7
2.电力线载波通道——高频保护
利用输电线路作通道传送含有对侧工
频信息的载波信号。载波频率为：
50～400kHz。
8
3.微波通道（3000～30000MHz）
0 0
0
76
m 对M侧：
op
M侧相差保护不动作
对N侧：n op N侧相差保护动作跳闸
N侧相差保护动作跳闸后，M侧保护仅 收到自己的信号，保护可靠动作跳闸。
77
片花
78
63
M QF1 * *
N QF2
k
* *
保护
保护
区外故障收信机收到连续的高频信号
64
M QF1 * *
k
* *
N
QF2
保护
保护
区内故障收信机收到间断的高频信号
65
（二）相差动高频保护的组成
66
低定值 不对称故障 起动元件 高定值
起动元件 对称故障 起动元件 高定值（记忆） 阻抗元件
67
操作元件——
发信机 收信机
通道
t1
手动发信 DL 高定值 启动元件 正方向元件
10 0
&
t3
&
&
5~7ms
跳闸
t2
停信延时时间
49
低定值 启动元件
≥1
&
0 0.2
发信机 收信机
通道
t1
手动发信 DL 高定值 启动元件 正方向元件
10 0
&
t3
&
&
5~7ms
跳闸
t2
远方起信解环时间
50
低定值 启动元件
手动发信 DL
op
op
y 裕度角，取15度
动作角：
b b
1800
op (180 b )
0
op
b b
op
73
E m
M QF1 * *
k
I m
I n
0
* *
N QF2
E n
0 K点发生三相短路，设： 70
m 60
1220
0
n 90
700 (900 600 ) 7 0 150
（二）高频通道的构成方式
15
（1）“相-地”制通道。
高频信号耦合在一相导线与大地之间
16
（2）“相-相”制通道。 高频信号耦合在输电线的两相导线 之间
17
“相-地”制高频通道的组成
18
输电线路
2
1
3 3
2
7
6
4
5
5
4
6
7
GFX GSX 8
8 GSX GFX
19
2
3
Z
Z
7
6
阻波器 电感与电容并联组成的 谐振回路。 1 对高频信号：Z>1000Ω -2 3 将高频电流限制在被保护线 6 4 路以内。对工频电流： 4 7 5 5 Z≈0.04Ω--工频电流可畅 8 GSX GFX GFX 流无阻。 GSX 8
KI I A1 A2
复合电流过滤器 转换为方波控制发信机，正半周发信 ，负半周停信
68
比相元件——判断高频信号的间断时间
69
IA1 KIA2
&
0
GFX GSX
通道
I2
I2
低定值
t1
高定值
0
t2
Z
& 1
&
0
3.3ms
t3
跳闸
相差高频保护的逻辑框图
70
（三）相差动高频保护的闭锁角与
高定值 启动元件 正方向元件
≥1 & 保护跳闸条件 0 0.2 发信机 收信机 （1）高定值起动元件动作 t1 （210 ）正方向元件动作 0 & （3）收到 5～7ms信号 t3 （4）收不到高频信号
&
5~7ms
通道
跳闸
&
t2
51
四、允许式高频方向保护
52
（一）允许式高频方向保护的工作原理
53
A
S
QF1
S
QF2
B
S
QF3
K
S
QF4
C
S
QF5
S
QF6
D
37
高频闭锁信号
A
高频闭锁信号
K
S
1
S B S
2 3
S
4
C
S
5
S
6
D
38
（二）高频闭锁方向保护的起动
发信元件和停信元件
39
1.起动发信元件
（1）负序电流元件
（2）突变量电流起动元件
（3）反方向功率方向元件
40
2.停信元件
0 0.2
发信机 收信机
通道
t1
手动发信 DL 高定值 启动元件 正方向元件
10 0
&
t3
&
&
5~7ms
跳闸
t2
43
手动起动
低定值 启动元件
≥1 &
0 0.2
发信机 收信机
通道
t1
手动发信 DL 高定值 启动元件 正方向元件
10 0
&
t3
&
&
5~7ms
跳闸
t2
44
远方起动
低定值 启动元件 ≥1 &
A
S
QF1
S B S
QF2 QF3
k
S
CS
S
QF6
D
QF4 QF5
56
（二）允许式高频方向保护的问题
及解决方法
57
1.区内故障通道破坏引起的问题
采用允许信号时，高频通道一旦破坏， 将造成内部故障保护拒动。
58
解决方法 采用解除闭锁式（微机保护中采用） 起动前鉴频信号正常 起动后收不到允许信号 相间故障 本侧正方向元件可靠动作
有高频电流为有信号
30
（3）移频键控方式。
信号
f1 f2 f1
31
2.高频信号的应用
(1) 闭锁信号
BH
&
GSX
跳闸
32
(2) 允许信号
BH
&
跳闸
GSX
33
(3) 跳闸信号
BH
≥1
跳闸
GSX
34
三、高频闭锁式方向保护
35
（一）高频闭锁方向保护的工作原理
36
保护装置跳闸的条件是：正方向元件动作； 收不到闭锁信号。
微波分相电流差动保护
9
4.光纤通道——光纤纵差保护
10
二、高频通道的工作方式和高频
信号应用方式
11
（一）高频保护概述
12
1.高频保护的构成
电气量
继电 保护
发信机 收信机
通道
收信机 发信机
继电 电气量 保护
13
2.高频保护的分类
(1)方向高频保护。
(2)高频距离保护。 (3)相差高频保护。
14
f
f
ff0
1
“相-地”制高频通道示意图
20
2
3
7
6
4
5
结合电容器 对工频信号阻抗很 大，对高频信号则阻抗 1 很小。结合电容器与连 2 3 接滤波器共同组成带通 6 滤波器，保证高频信号 4 7 5 顺利传输。
8 GSX GFX
GFX GSX 8
“相-地”制高频通道示意图
21
2
3
连接滤波器 连接滤波器与结合电 容器共同组成带通滤波器， 1 并实现阻抗匹配，使高频 2 3 信号能够顺利传输。
6
3
2
7
4
5
5
4
6
7
GFX GSX 8
8 GSX GFX
“相-地”制高频通道示意图
24
接地刀闸 检修高频收发信机和连接滤 波器时，将它接地，以保证人身 1 2安全。 2 3 3
7
6
4
5
5
4
6
7
GFX GSX 8
8 GSX GFX
“相-地”制高频通道示意图
25
高频收发信机 发出和接收高频信号 的设备。
（1）负序功率方向元件
（2）零序功率方向元件
（3）突变量方向元件
（4）方向阻抗元件
41
3.采用闭锁信号的高频方向保护 （1）高频闭锁负序功率方向保护
（2）高频闭锁零序功率方向保护
（3）高频闭锁突变量方向保护
（4）高频闭锁距离保护
42
（三）高频闭锁方向保护的组成框图 低定值起动
低定值 启动元件 ≥1 &
区内故障
A
S
QF1
S
B
S
K
S
C
S
S
QF6
D
QF2 QF3
QF4 QF5
54
区外故障
A
S
QF1
S B S
QF2 QF3
k
S
C
S
S D
QF6
QF4 QF5
55
区内故障时必须传送高频允许信号。 因此，若区内故障通道破坏收不到允许 信号，则造成保护拒动。所以，采用允 许信号的高频保护应对通道有经常性监 视。
59
2.单侧电源内部故障的问题
单电源内部故障时，由于另一侧未合闸， 方向元件不动作，不能向合闸侧发出高 频允许信号，因此，合闸侧保护拒动。
A
k
B
QF1
QF2
60
解决方法
采用三跳回授功能
收到对侧允许信号 本侧断路器为三跳位置 向对侧发出允许信号
61
五、电流相位差动高频保护
62
（一）相差高频保护的基本原理
4
5 5
7
6
4
6
7
GFX GSX 8
8 GSX GFX
“相-地”制高频通道示意图
22
2
3
高频电缆 连接户外变电站的带 通滤波器与主控室的高频 1 2 3 收、发信机，采用同轴电 缆。
4
5 5
7
6
4
6
7
GFX GSX 8
8 GSX GFX
“相-地”制高频通道示意图
23
2
保护间隙 保护间隙是用来 保护高频收发信机和 1 高频电缆免受过电压 3 的袭击。
相继动作区
71
区外故障时，两侧电流相位偏离180度的因素
TA TA的相位误差，一般为7度
p 操作滤过器的相位误差，一般为15度 l 高频信号在输电线路传输产生的相位误
差，为每100km6度 总的相位差： TA p l
72
闭锁角的整定为：
b TA p l y
0 0.2
发信机 收信机
通道
t1
手动发信 DL 高定值 启动元件 正方向元件
10 0
&
t3
&
&
5~7ms
跳闸
t2
45
低定值 启动元件
≥1
&
0 0.2
发信机 收信机
通道
t1
手动发信 DL
高定值 启动元件 正方向元件
10 0
&
t3
&
&
5~7ms
跳闸
t2
停信回路
46
低定值 启动元件
≥1
&
0 0.2
发信机 收信机
通道
t1
手动发信 DL 高定值 启动元件 正方向元件
10 0
&
t3
&
&
5~7ms
跳闸
断路器跳闸 t2 停信
47
发信延时 返回时间
低定值 启动元件 ≥1 &
0 0.2
发信机 收信机
通道
t1
手动发信 DL 高定值 启动元件 正方向元件
10 0
&
t3
&
&
5~7ms
跳闸
t2
48
低定值 启动元件
≥1
&
0 0.2
和通信通道
1
（一）反应单侧电气量保护的问题
2
Z
Z
QF1
QF2 QF2 Ⅰ段保护区
QF1 Ⅰ段保护区 60%~70%
两侧I段保护公共区
3
（二）反应两侧电气量的输电线路纵联保护
A
+
QF1
QF2
B
+
QF3
K
+
QF4
C
4
（三）纵联保护信号传输方式
5
1.辅助导引线——导引线纵联差动保护
74
L=380km，高频信号在线路上传输产 生的相位差为23度。M侧和N侧感收到的 高频信号的相位差分别是：
m 122 23 145
0 0
0
n 122 23 99
0 0
0
75
闭锁角为：
b 7 15 15 23 60
0 0 0 0
0
动作角为：
op (180 60 ) 120
2 1
3 3
2
7
6
4
5
5
4
6
7
GFX GSX 8
8 GSX GFX
“相-地”制高频通道示意图
26
（三）高频通道工作方式及高频 信号的应用
27
1. 高频通道的工作方式
（1）长时发信方式
（2）短时发信方式 （3）移频方式
28
（1）长期发信方式。 信号
无高频电流为有信号
29
（2）故障发信方式。
信号
区外故障
* *
I M1
I N1
*
K
*
I M2
Ik I
不动
I N2
6
区内故障
* *
I M1
k
I N1
* *
I M2
Ik
I
I N2
动作
7
2.电力线载波通道——高频保护
利用输电线路作通道传送含有对侧工
频信息的载波信号。载波频率为：
50～400kHz。
8
3.微波通道（3000～30000MHz）
0 0
0
76
m 对M侧：
op
M侧相差保护不动作
对N侧：n op N侧相差保护动作跳闸
N侧相差保护动作跳闸后，M侧保护仅 收到自己的信号，保护可靠动作跳闸。
77
片花
78
63
M QF1 * *
N QF2
k
* *
保护
保护
区外故障收信机收到连续的高频信号
64
M QF1 * *
k
* *
N
QF2
保护
保护
区内故障收信机收到间断的高频信号
65
（二）相差动高频保护的组成
66
低定值 不对称故障 起动元件 高定值
起动元件 对称故障 起动元件 高定值（记忆） 阻抗元件
67
操作元件——
发信机 收信机
通道
t1
手动发信 DL 高定值 启动元件 正方向元件
10 0
&
t3
&
&
5~7ms
跳闸
t2
停信延时时间
49
低定值 启动元件
≥1
&
0 0.2
发信机 收信机
通道
t1
手动发信 DL 高定值 启动元件 正方向元件
10 0
&
t3
&
&
5~7ms
跳闸
t2
远方起信解环时间
50
低定值 启动元件
手动发信 DL
op
op
y 裕度角，取15度
动作角：
b b
1800
op (180 b )
0
op
b b
op
73
E m
M QF1 * *
k
I m
I n
0
* *
N QF2
E n
0 K点发生三相短路，设： 70
m 60
1220
0
n 90
700 (900 600 ) 7 0 150
（二）高频通道的构成方式
15
（1）“相-地”制通道。
高频信号耦合在一相导线与大地之间
16
（2）“相-相”制通道。 高频信号耦合在输电线的两相导线 之间
17
“相-地”制高频通道的组成
18
输电线路
2
1
3 3
2
7
6
4
5
5
4
6
7
GFX GSX 8
8 GSX GFX
19
2
3
Z
Z
7
6
阻波器 电感与电容并联组成的 谐振回路。 1 对高频信号：Z>1000Ω -2 3 将高频电流限制在被保护线 6 4 路以内。对工频电流： 4 7 5 5 Z≈0.04Ω--工频电流可畅 8 GSX GFX GFX 流无阻。 GSX 8
KI I A1 A2
复合电流过滤器 转换为方波控制发信机，正半周发信 ，负半周停信
68
比相元件——判断高频信号的间断时间
69
IA1 KIA2
&
0
GFX GSX
通道
I2
I2
低定值
t1
高定值
0
t2
Z
& 1
&
0
3.3ms
t3
跳闸
相差高频保护的逻辑框图
70
（三）相差动高频保护的闭锁角与
高定值 启动元件 正方向元件
≥1 & 保护跳闸条件 0 0.2 发信机 收信机 （1）高定值起动元件动作 t1 （210 ）正方向元件动作 0 & （3）收到 5～7ms信号 t3 （4）收不到高频信号
&
5~7ms
通道
跳闸
&
t2
51
四、允许式高频方向保护
52
（一）允许式高频方向保护的工作原理
53
A
S
QF1
S
QF2
B
S
QF3
K
S
QF4
C
S
QF5
S
QF6
D
37
高频闭锁信号
A
高频闭锁信号
K
S
1
S B S
2 3
S
4
C
S
5
S
6
D
38
（二）高频闭锁方向保护的起动
发信元件和停信元件
39
1.起动发信元件
（1）负序电流元件
（2）突变量电流起动元件
（3）反方向功率方向元件
40
2.停信元件
0 0.2
发信机 收信机
通道
t1
手动发信 DL 高定值 启动元件 正方向元件
10 0
&
t3
&
&
5~7ms
跳闸
t2
43
手动起动
低定值 启动元件
≥1 &
0 0.2
发信机 收信机
通道
t1
手动发信 DL 高定值 启动元件 正方向元件
10 0
&
t3
&
&
5~7ms
跳闸
t2
44
远方起动
低定值 启动元件 ≥1 &
A
S
QF1
S B S
QF2 QF3
k
S
CS
S
QF6
D
QF4 QF5
56
（二）允许式高频方向保护的问题
及解决方法
57
1.区内故障通道破坏引起的问题
采用允许信号时，高频通道一旦破坏， 将造成内部故障保护拒动。
58
解决方法 采用解除闭锁式（微机保护中采用） 起动前鉴频信号正常 起动后收不到允许信号 相间故障 本侧正方向元件可靠动作
有高频电流为有信号
30
（3）移频键控方式。
信号
f1 f2 f1
31
2.高频信号的应用
(1) 闭锁信号
BH
&
GSX
跳闸
32
(2) 允许信号
BH
&
跳闸
GSX
33
(3) 跳闸信号
BH
≥1
跳闸
GSX
34
三、高频闭锁式方向保护
35
（一）高频闭锁方向保护的工作原理
36
保护装置跳闸的条件是：正方向元件动作； 收不到闭锁信号。
微波分相电流差动保护
9
4.光纤通道——光纤纵差保护
10
二、高频通道的工作方式和高频
信号应用方式
11
（一）高频保护概述
12
1.高频保护的构成
电气量
继电 保护
发信机 收信机
通道
收信机 发信机
继电 电气量 保护
13
2.高频保护的分类
(1)方向高频保护。
(2)高频距离保护。 (3)相差高频保护。
14
f
f
ff0
1
“相-地”制高频通道示意图
20
2
3
7
6
4
5
结合电容器 对工频信号阻抗很 大，对高频信号则阻抗 1 很小。结合电容器与连 2 3 接滤波器共同组成带通 6 滤波器，保证高频信号 4 7 5 顺利传输。
8 GSX GFX
GFX GSX 8
“相-地”制高频通道示意图
21
2
3
连接滤波器 连接滤波器与结合电 容器共同组成带通滤波器， 1 并实现阻抗匹配，使高频 2 3 信号能够顺利传输。
6
3
2
7
4
5
5
4
6
7
GFX GSX 8
8 GSX GFX
“相-地”制高频通道示意图
24
接地刀闸 检修高频收发信机和连接滤 波器时，将它接地，以保证人身 1 2安全。 2 3 3
7
6
4
5
5
4
6
7
GFX GSX 8
8 GSX GFX
“相-地”制高频通道示意图
25
高频收发信机 发出和接收高频信号 的设备。
（1）负序功率方向元件
（2）零序功率方向元件
（3）突变量方向元件
（4）方向阻抗元件
41
3.采用闭锁信号的高频方向保护 （1）高频闭锁负序功率方向保护
（2）高频闭锁零序功率方向保护
（3）高频闭锁突变量方向保护
（4）高频闭锁距离保护
42
（三）高频闭锁方向保护的组成框图 低定值起动
低定值 启动元件 ≥1 &
区内故障
A
S
QF1
S
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S
K
S
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QF6
D
QF2 QF3
QF4 QF5
54
区外故障
A
S
QF1
S B S
QF2 QF3
k
S
C
S
S D
QF6
QF4 QF5
55
区内故障时必须传送高频允许信号。 因此，若区内故障通道破坏收不到允许 信号，则造成保护拒动。所以，采用允 许信号的高频保护应对通道有经常性监 视。
59
2.单侧电源内部故障的问题
单电源内部故障时，由于另一侧未合闸， 方向元件不动作，不能向合闸侧发出高 频允许信号，因此，合闸侧保护拒动。
A
k
B
QF1
QF2
60
解决方法
采用三跳回授功能
收到对侧允许信号 本侧断路器为三跳位置 向对侧发出允许信号
61
五、电流相位差动高频保护
62
（一）相差高频保护的基本原理
4
5 5
7
6
4
6
7
GFX GSX 8
8 GSX GFX
“相-地”制高频通道示意图
22
2
3
高频电缆 连接户外变电站的带 通滤波器与主控室的高频 1 2 3 收、发信机，采用同轴电 缆。
4
5 5
7
6
4
6
7
GFX GSX 8
8 GSX GFX
“相-地”制高频通道示意图
23
2
保护间隙 保护间隙是用来 保护高频收发信机和 1 高频电缆免受过电压 3 的袭击。
相继动作区
71
区外故障时，两侧电流相位偏离180度的因素
TA TA的相位误差，一般为7度
p 操作滤过器的相位误差，一般为15度 l 高频信号在输电线路传输产生的相位误
差，为每100km6度 总的相位差： TA p l
72
闭锁角的整定为：
b TA p l y
0 0.2
发信机 收信机
通道
t1
手动发信 DL 高定值 启动元件 正方向元件
10 0
&
t3
&
&
5~7ms
跳闸
t2
45
低定值 启动元件
≥1
&
0 0.2
发信机 收信机
通道
t1
手动发信 DL
高定值 启动元件 正方向元件
10 0
&
t3
&
&
5~7ms
跳闸
t2
停信回路
46
低定值 启动元件
≥1
&
0 0.2
发信机 收信机
通道
t1
手动发信 DL 高定值 启动元件 正方向元件
10 0
&
t3
&
&
5~7ms
跳闸
断路器跳闸 t2 停信
47
发信延时 返回时间
低定值 启动元件 ≥1 &
0 0.2
发信机 收信机
通道
t1
手动发信 DL 高定值 启动元件 正方向元件
10 0
&
t3
&
&
5~7ms
跳闸
t2
48
低定值 启动元件
≥1
&
0 0.2