高压线路纵联保护基本原理

概述输电线的纵联保护，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，以判断故障在个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。

因此，理论上这种纵联保护具有绝对的选择性。

基本原理利用比较两侧的电流相位或功率方向判断故障是否在区内按照纵联保护构成原理分类
单元式纵联保护
将输电线看作一个被保护单元如同变压器和发电机一样。

这种保护方式是从输电线的每一端采集电气量的测量值，通过通信通道传送到其他各端。

在各端将这些测量值进行直接比较，以决定保护装置是否应该动作跳闸。

如比较
电流相位的相位差动保护、比较电流波形(幅值和相位)的电流差动保护
非单元式保护
也是在输电线各端对某种或某几种电气量进行测量，但并下将测量值直接传送到其他各端，直接进行比较。

而是传送根据这些测量值得到的对故障性质(如故障方向、故障位置等)的判断结果。

如方向比较式纵联保护、距离纵联保护等
按照传送的通信信号分类
任何纵联保护都是依靠通信通道传送的某种信号来判断故障的位置是否在被保线路内。

因此信号的性质和功能在很大程度上决定了保护的性能。

信号按其性质可分为三种；
闭锁信号、允许信号和跳闸信号。

这三种信号可用任一种通信通道产生和传送。

闭锁信号
以两端线路为例，所谓闭锁信号就是指：“收不到这种信号是保护动作跳闸的必要条件”。

就是当发生外部故障时，由判定为外部故障的一端保护装置发出闭锁信号，将两端的保护闭锁。

而当内部故障时，两端均不发、因而也收不到闭锁信号，保护即可动作于跳闸。

允许信号
所谓允许信号是指：“收到这种信号是保护动作跳闸的必要条件”。

因此，当内部故障是，两端保护应同时向对端发出允许信号，使保护装置能够动作于跳闸。

而当外部故障时，则因接近故障点端判出故障在反方向而不发允许信号，对端保护不能跳闸，本端则因判出故障在反方向也不能跳闸。

跳闸信号
跳闸信号是指：“收到这种信号是保护动作于跳闸的充要条件”。

实现这种保护时，实际上是利用装设在每一端的瞬时电流速断、距离I段或零序电流瞬时速断等保护，当其保护范围内部故障而动作十跳闸的同时，还向对端发出跳
闸信号，可以不经过其他监控元件而直接使对端的断路器跳闸。

采用这种工作方式时，两端保护的构成比较简单，无需互相配合，但是必须要求各端发送跳闸信号保护的动作范围小于线路全长，而两端保护动作范围之和应大于线路全长。

前者是为了保证动作的选择性，而后者则是为了保证两端保护动作范围有交叉，在全线上任一点故障时总有一端能发出跳闸信号。

按照信号分类
任何通信通道都能产生和传送这三种信号，但是对于不同的通道传输介质，应用这三种信号所构成的保护的性能却有很大差别。

按照所利用的信号的性质，纵联保护时分为闭锁式，允许式，直接跳闸式和解除闭锁式
按照纵联保护通道分类
按照通道分类
导引线保护
输电线载波保护（高频保护）
光纤保护
微波保护
按照各端保护原理
纵联差动保护
方向比较纵联保护
距离纵联保护
导引线通道
和被保护线路平行敷设的金属导线(导引线)，用以传送被保护线路各端电气量测量值和有关信号。

这种通道一般由两根金属线构成，也可由三根金属线构成，实际上是用销装通信电线的几根芯线，将销装外皮在两端接地以减小地电位差的影响和电力线路或雷电感应引起的过电压。

为减小电磁干扰，最好用良好导电材料(铝或铜)作成屏蔽层的屏蔽电线，屏蔽层在电线两端接地。

由于这些技术上和经济上的困难，导引线保护只于很短的重要输电线路，一般不超过15－20km。

高频通道
1）高频阻波器(2)
高频阻波器是一个由电感和电容构成的并联谐振回路，其参数选择得使该回路对高频设备的工作频率发生并联谐振，因此高频阻波器呈现很大的阻抗。

高频阻波器串联在线路两端，从而将高频信号限制在被保护线路上传递，而不致分流到其他线路上去。

2）耦合电容器（3）
耦合电容器的作用是将低压高频设备输出的高频信号耦合到高压线路上。

耦合电容器对工频呈现很大的阻抗，而对高频信号呈现的阻抗很小，高频电流能顺利传递。

3）连接滤波器（4）
连接滤波器是一个绕组匝数可以调节的变压器。

在其连接高频电缆的一侧串接电容器，连接滤波器与耦合电容器共同组成高频串联谐振回路，让高频电流顺利通过。

4）高频电缆（7）
高频电缆用来连接高频收、发信机与连接滤波器。

由于其工作频率高，因此通常采用单芯同轴电缆。

5）接地刀闸与放电间隙（5、6）
在检查调试高频保护时，应将接地刀闸合上，以保证人身安全。

放电间隙用以防止过电压对收、发信机的伤害。

(6)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，但有时也可采用长期发信．故障时停信或改变信号频率的方式。

由发信机发出的信号，通过高频通道送到对端的收信机中，也可为自己的收信机所接收。

高频收信机接收由木端和对端所发送的高频信号，经过比较判断之后，再动作于继电保护，使之跳闸或将其闭锁。

微波通道
微波保护只是传送的信号频率更高，通道为空间，因微波直线传递，因地理原因长距离需设中继站。

微波通道的特点是通信容量大、可靠性高、运行检修独立。

但技术复杂、投资大受天气影响大。

光纤通道
如图所示，光电转换部分是将频率较高的信号转换成频率更高的光波信号，以便于光纤传递，其它部分作用与高频保护相同。

光纤通道特点：通信容量更大、可靠性也高、运行检修独立。

但技术复杂且成本很高，保护一般为租用通信光纤一个信道。

纵联保护的通信通道选择
1．在下列条件下宜于选用导引线通道
(1)有现成的金属通信线路可用：
(2)所需的金属导引线在15km以下；
(3)被保护线路为两端线路．或者每边长度不超过
3.7km,总长度不超过11km的线路。

2．在下列条件下宜选用高频通道
(1)输电线太长，不能用导引线通道；
(2)专用于继电保护时光纤通道投资太大；
(3)除了保护信号外．不需要其他的数据传输。

纵联保护的通信信道选择
3．在下列条件下宜选用微波通道
(1)输电线载波频段不够分配，不能用于保护，
(2)通道需要连续监视；
(2)除了保护信号外需要传送其他数据和语言。

纵联保护通道选择
4、在下列条件下宜选用光纤通道
(1)被保护线路较短，小于50—1Mkm，不需要设立中继站
(2)载波通道频率不够应用；
(3)通道需要连续监视；
(4)需要传输数据和话音；
(5)有可与其他部门共用的光纤通道；
(6)两端接地网的电位差很大，不能用导引线通道；
(7)应用光纤通道在经济上有利。

例如与通信或其他部门合作利用输电线的架空地线中
的光纤通道；投资小而且可靠性高。

保护平行线路横差保护
为了提高供电可靠性和增加供电容量，电网常采用平行线路对重要用户供电。

所谓平行线路，是指线路长度，导电材料等都相同的两条并列连结的线路，在正常情况下，两条线路并联运行，只有在其中一条线路发生故障时，另一条线路才单独运行。

这就要求保护在平行线路同时运行时能有选择地切除故障线路，保证无故障线路正常运行。

方向比较式纵联保护
方向比较式纵联保护．不论采用何种通信通道，都是基于被保护线路各端根据对故障方向的判断结果(在被保护线路方向还是在反方向)向其他各端发出相应信息。

各端根据本端和其他各端对故障方向判断的结果综合判断出故障的位置，然后独立采取跳闸或不跳闸的决定。

方向比较式纵联保护需要方向元件来判断故障方向进而传送相应的通道信号，所以方向元件的性能对方向纵联保护非常重要
方向纵联保护的基本要求
外部故障时近故障侧的启动元件应比远离故障侧的跳闸准备元件的灵敏度高 外部故障时近故障侧的启动元件的动作应比远离故障侧的跳闸准备元件更快 收信机的返回应带延时，以保证对侧跳闸准备元件确已返回
功率倒向时不应失去信号
单侧电源线路发生内部故障应能动作
方向元件的要求
能反应所有类型的故障
不受负荷影响，在正常负荷状态下不启动
不对称故障时非故障相不误判方向
不受振荡影响
两相运行时仍能起保护作用
快速动作
方向纵联保护的方向元件
负序方向元件
相电压补偿方向元件
工频变化量方向元件
行波方向元件
正序故障分量方向元件
暂态能量方向元件
高频闭锁方向保护
高频闭锁方向保护是在外部故障时发出闭锁信号的一种保护。

此闭锁信号由短路功率方向为负(指向被保护线路的反方向)的一端发出，这个信号被两端的收信机所接收，而将保护闭锁。

高频闭锁方向保护
这种保护工作原理是利用非故障线路的一端发出闭锁该线路两端保护的高频信号．而对于故障线路，两端不需要发出高频闭锁信号，这样就可以保证在内部故障并伴随高频通道破坏时(例如通道所在的相接地或断线)，保护装置仍然能够正确地动作．这是它的主要优点，也是这种高频闭锁式原理得到广泛应用的主要原因。

主要缺点：安全性较差，区外故障易误动
高频允许方向保护
基本元件同闭锁式
工作逻辑同闭锁式相反
一般适合于独立于线路的通道，如光纤等
超范围允许式保护必须采用双频率，收信机仅可接收对侧发信机发出的允许信号
对通道要求高，安全性好
距离纵联保护方向纵联保护的方向元件的动作范围都必须超过线路全
长并留有相当的裕度，称为超范围整定。

因为方向元件没有固定的动作范围，故所有用于方向比较式纵联保护的方向元件．都只能是超范围整定。

距离元件，它不但带有方向性，能够判断故障的方向、而且还有固定的动作范围，可以实现越范围整定．也可实现欠范围整定，构成多种组成方式。

超范围解除闭锁式距离纵联保护
在正常运行方式下发信机连续不断发出闭锁和通道监视信号。

在线路内部故障时，两端超范围整定的距离II段都将发信频率切换成解除闭锁频率，解除对对端保护的闭锁，允许对端保护跳闸，因此两端保护都可跳闸。

在外部故障时，靠近故障一端的距离II段不动作，闭锁信号不停，闭锁对端保护。

远离故障点一端保护的作用和内部故障时相同，将闭锁信号切换成解除闭锁信号，解除对近故障点端保护的闭锁．但因该端的正向跳闸元件ZII不动，不会跳闸。

在这种方式下不需要专用于起动发信机的起动元件。

可设距离I段，在近处短路时直接跳闸，同时解除对对端的闭锁。

也可设距离ZIII段，作为相邻线路保护的后备。