第7-9章 纵联保护高频保护新090320白色
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为了提高电力系统并联运行的稳定性和增加 线路的传输容量，电力系统中对于重要的负 荷用户常采用平行双回线运行方式，这种方 式在每回线的两侧都装有断路器，任一回路 发生故障，只需切除故障线路，无故障线路 继续运行。平行双回线路一般采用横联差动 保护（横差保护），它装设于平行线路的两 侧。其保护范围为双回线的全长。
利用微波通道传送微波信号以比较线路两端电 气量构成的保护，称为微波保护。 微波保护是以微波通道传输线路两端电流相位， 并比较两端电流相位动作的输电线路纵联保护。 微波通道是解决高频通道日益拥挤问题的一种 有效办法。它能传送大量信息而且工作可靠。
微波通道示意图 1-定向天线；2-连接电缆；3-收发信机；4-继电 部分
最 大 不 平 衡 电 流 ： Iu n b . m ax
K st K er Ik . m ax K TA
,
K st 是 同 型 系 数 ， 当 采 用 同 型 号 T A时 ， 取 0 .5， 否 则 取 1。 K er＝1 0％
减 少 不 平 衡 电 流 方 法 是 选 用 型 号 、 特 性 完 全 相 同 的 D级 电 流 互 感 器 ， 并 按1 0 % 误 差 曲 线 进 行 校 验 。
微波通道的特点
(1) 大大扩大了可用频段，解决了电力线路载 波通道频率不够分配的问题。
(2) 干扰小，可靠性高。线路故障、操作、电 晕、雷电等，对微波通道基本上没有影响。 (3) 微波通道与输电线路没有直接的联系。因 此线路故障、检修都不会影响通道的工作。而 且试验、检修微波通道时不存在高压危险，人 身和设备安全得到保证。
保护范围内部故障时： Ir I1
'
I1 K TA
， 当 大 于 KD的 动 作 电 流 I
时，
OP。 r
K D 立 即 动 作 ， 断 开 两 侧 Q F。
单侧电源线路纵差保护范围内短路工作情况
保护范围内部故障时：
' ' Ir I1 + I2
Ik K TA
， 当 >I
外部短路暂态不平衡电流的波形图 (a)短路电流iK的变化 (b)不平衡电流iunb的变化
防止非周期分量影响的措施 (a)接入速饱和变流器UA；(b)接入电阻R
纵差保护评价及应用
优点：区内故障时，流入KD的故障电流远大于继 电器的起动电流，故差动保护灵敏度很高，且不 受过负荷及系统振荡的影响。 纵差保护的保护范围为被保护线路两侧TA之间的 区域，保护范围稳定。 纵差保护在外部故障时是不能动作的，故就不需 要和相邻保护在动作值和动作时限上配合，所以 可以实现全线速动，但不能作为相邻元件的后备 保护。 纵差保护在原理上区分了线路内部与外部的故障， 故不必采用逻辑延时元件就可无延时地切除线路 两侧TA内任何地方的故障 .
高频保护由继电部分和通信部分构成。通信部分 由收发信机和通道组成。
高频通道
高频通道有三种：有电力输电线路的载波通道， 微波通道及光纤通道。 采用经加工后的输电线作为高频信号的传输途 径（高频通道）的方法一般有“相—地制”和 “相—相制”两种。 “相—地制”是用经加工的一相输电线和大地 作为高频通道的方法; “相—相制”是用两相经加工的输电线作为高 频通道的方法。 目前，各国多采用“相—地制”高频通道。
“相一地”制高频通道原理接线
1-输电线(一相导线)；2-高频阻波器；3-耦合电容； 4-连接滤波器；5-高频电缆；6-保护间隙； 7-接地刀闸；8-高频收、发信机
“相一地”制高频通道组成
阻波器：L、C并联谐振回路，谐振于载波频率。 对载波电流：Z>1000Ω——限制在本线路。 对工频电流：Z<0.04Ω——畅流无阻。 结合电容器 ①通高频、阻工频 带通滤波器 连接滤波器 ②阻抗匹配 高频电缆：将位于主控制室的高频收、发信机与 户外变电站的带通滤波器连接起来。 高频收、发信机
微波通道的特点
(4) 采用微波通道的主要问题是投资大。 微 波信号传送的距离不超过40～60km，对于长线 路要增设微波中继站，投资更大。通常只有在 通信、保护、远动、自动技术等综合利用微波 通道时，经济上才是合理的。 （5）由于电磁波在大气中传播时，存在折射 和反射，这就使信号可能产生衰减，在使用中 用考虑这点。
输 电 线 路 保 护 小 结
电力系统继电保护装置是安装在系统主
要元件发电机、变压器、输电线路、母
线和电动机上的具有特殊功能的自动装
置。当被保护的任一元件发生故障或处
于不正常工作状态时，司职于保护该元
件的自动装置，立刻作用于该元件的断
时，
OP。 r
K D 立 即 动 作 ， 断 开 两 侧 Q F。
双侧电源线路纵差保护范围内 短路工作情况
在理想情况下，在正常运行和外部故障时， 流 入 差 动 继 电 器 中 的 电 流 为 0， 实 际 上 由 于 线 路 两 端
电流互感器特性不完全相同，将导致在二次回路中电流不相等，
' ' 继 电 器 中 流 过 不 平 衡 电 流 I u n b , Ir I1 I2 I unb
发展及应用
自20世纪的20年代末和30年代初，高频闭锁方向 保护和电流相位差动高频保护相继问世。从20世 纪50年代起，这两种高频保护得到不断改进和发 展。 目前，高频闭锁方向保护和电流相位差动高频保 护（其中包括高频距离保护）已成为220KV及以 上电网的主保护，在110~220kv输电线路上高频 保护的动作时间为50ms左右，在330kv及以上线 路为40ms以下。它们对于电力系统的稳定运行和 安全可靠的工作起了十分重要作用。
高频保护的分类
按高频信号作用分为闭锁信号、允许信 号、跳闸信号； 按高频通道工作方式分为线路正常运行 时长期发信工作方式及只有在线路故障 时才启动发信的故障启动发信方式。 按对高频信号的调制方式可分为幅度调 制和频率调制； 按两端高频信号的频率的异同分为单频 制和双频制。
高频保护的构成
(a)横差保护 正常及外部 短路时； (b)线路WL1 上内部短路 时；
(c)线路WL2 上内部短路 时
平行线路横差保护单相原理接线图
横差方向保护相继动作区
结论
相继动作是由于发生故障一端保护的启动元件 不能动作而引起的; 相继动作并非无选择性动作,而是导致保护动作 切除故障的时间延长一倍. 相继动作 区总是在保护安装处的对端,双端有电 源的平行线上,横差保护同样存在相继动作 区.
高频阻波器
高频保护的分类
按反应工频电气量和非工频电气量分两大类。反应 工频电气量的有方向高频保护、相差高频保护、距 离高频保护。 方向高频保护：比较被保护线路两侧的功率方向。 相差高频保护：比较被保护线路两侧的电流相位。 反应非工频电气量的有高频电流保护、脉冲数字式 高频保护。 按通道工作频率分为电力载波(50~300kHz)、 微波保护(3000~30000MHz)。
横差保护装置原理接线图 (a)接线图；(b)带保护绕组的中间继电器 +1，-1及+2、-2为断路器1QF、2QF的操作电源；5、6为A、 C相电流启动元件；7、8为双向动作功率方向继电器； 9、10为1QF及2QF的合闸位置继电器；11、12为电阻；13、 14为出口继电器；15、16为信号继电器
纵联保护的定义
纵联保护的定义：所谓纵联保护，就是利用
某种通信通道（简称通道）将输电线两端的
保护装置纵向联结起来，将各端的电气量
（电流、功率的方向等）传送到对端，进行
比较，以判断故障在本线路范围内还是在本 线路范围之外，从而决定是否切断被保护线 路。
从理论上讲，纵联保护具有绝对的选择性。 输电线的纵联保护随着采用的通道的不同， 在装置原理、结构、性能和适用范围等方面 具有很大的差别，如纵差保护、高频保护、 微波保护就是分别使用辅助导线（导引线）、
高频通道工作方式
两种： 长期发信方式：正常运行时，始终收发信（经 常有高频电流）。无高频电流是信号 故障时发信方式：正常运行时，收发信机不工 作。当系统故障时，发信机由启动元件启动通 道中才有高频电流（经常无高频电流）。有
高频电流是信号
另：改变频率也是一种信号。
高频信号的分类及应用
在短时发信和长期发信两种工作方式中，按接 受到的高频信号的作用分三类：跳闸信号、允 许信号、闭锁信号。 “高频信号”和“高频电流”是两个不同度的辅助导线向
对侧传输线路两侧的电流信号，这在技术上
有困难，经济上也不合理；要装设专门的监
视辅助导线是否完好的装置；装设专门的后
备保护；
应用场合：故纵差保护一般用于8~10km的短
线路, 发电机、母线和变压器等重要元件作 为主保护 .
5.2 平行线路横联差动保护
平行双回线的作用
横差方向保护的优缺点及应用范围
优点：能迅速而有选择性切除平行线路上的故 障，在相继动作区外的内部故障可瞬时切除故 障。实现起来简单、经济，不受系统振荡的影 响。 缺点：存在相继动作区，当故障发生在相继动 作区时，切除故障时间增加1倍，由于采用功率 方向继电器，保护还存在死区。在单回线运行 时，横差保护要退出工作，为此需加装单回线 运行时线路的主保护和后备保护。 横差电流方向保护适用于66KV及以下的平行线 路上.
电流平衡保护(单相)原理接线图
第八章
电网高频保护
高频保护用电力线路上输送载波高频信号的高 频通道和微波通道来代替辅助导线，构成高频 保护和微波保护，传送线路两侧电信号，所以 高频保护是将被保护线路首末两端的电流相位 或功率方向转变为高频信号，然后利用输电线 路本身构成高频电流的通道或微波通道将此信 息传送到对端加以比较而决定保护是否动作。 高频保护（载频50~300KHZ）与线路的纵差保护 类似，正常运行及区外故障时，保护不动作， 区内故障全线速动。
光纤继电保护
由光纤通道传送信号构成的保护，称为光纤 继电保护。由光发送器、光纤和光接收器等 部分构成。
光 纤
光发送器将电信号转换为光信号，经光纤传 送至对侧，被对侧的光接收器接收并转换为 电信号输出。
光发送器的作用是将电信号转变为光信号输
出，一般由砷化镓或稼铝发光二极管或钕铝 石榴石激光器构成。发光二极管的寿命可达 百万小时，它是一种简单而又可靠的电光转 换元件。
经过加工的输电线、微波等作为通道而实现
的。
1.电网的差动保护
I1 I2 K TA
正 常 时 ： Ir I1 I2
' '
=0
保护范围外部故障时：
' ' Ir I1 I2
I1 I2 K TA
=0
线路纵差
纵差保护的动作原理是基 于比较被保护线路始端和 末端电流的大小和相位的 原理构成的。
第七章
输电线路的差动保护
电流保护和阻抗保护用于输电线路时，只需将线 路一端的电流、电压经互感器引入保护装置，比 较容易实现，但瞬时动作的保护I段只能保护线 路的全长的80%~85%，对于其余的15%~20%线路段 上的故障，只能由第Ⅱ段的时限切除，这对很多 重要的高压网络线是不允许的。为保证全线速动 的要求，只能采用纵联保护。 纵联保护弥补了电流保护、距离保护的不足而广 泛用于重要的高压及超高压输电线路上，以实现 线路全长范围内故障的无时限切除。(全线速动)
光接收器的作用是将接受的光信号转变为电
信号输出，通常由光电二极管构成。
光纤：用来传递光信号，它是一种很细的空
心石英丝或玻璃丝，直径仅为100～200um。 光在光纤中传播。
光纤通道容量大，可以节约大量有色金属材料， 敷设方便，抗腐蚀不受潮，不怕雷击，不受外 界电磁干扰，可以构成无线电磁感应和很可靠 的通道。但不足的是，通信距离不够长，用于 长距离时，需要用中继器及其附加设备。
高频收、发信机原理框图
微波保护
随着电力系统继电保护、通信及远动技术的 日益发展，输电线路载波通道的容量已不能 满足要求。因此微波通道在继电保护中得到 应用。 微波就是超短波中的分米波、厘米波和毫米 波。 我国继电保护的微波通道所用的微波频率一 般为2000MHz，6000MHz～8000MHz。
利用微波通道传送微波信号以比较线路两端电 气量构成的保护，称为微波保护。 微波保护是以微波通道传输线路两端电流相位， 并比较两端电流相位动作的输电线路纵联保护。 微波通道是解决高频通道日益拥挤问题的一种 有效办法。它能传送大量信息而且工作可靠。
微波通道示意图 1-定向天线；2-连接电缆；3-收发信机；4-继电 部分
最 大 不 平 衡 电 流 ： Iu n b . m ax
K st K er Ik . m ax K TA
,
K st 是 同 型 系 数 ， 当 采 用 同 型 号 T A时 ， 取 0 .5， 否 则 取 1。 K er＝1 0％
减 少 不 平 衡 电 流 方 法 是 选 用 型 号 、 特 性 完 全 相 同 的 D级 电 流 互 感 器 ， 并 按1 0 % 误 差 曲 线 进 行 校 验 。
微波通道的特点
(1) 大大扩大了可用频段，解决了电力线路载 波通道频率不够分配的问题。
(2) 干扰小，可靠性高。线路故障、操作、电 晕、雷电等，对微波通道基本上没有影响。 (3) 微波通道与输电线路没有直接的联系。因 此线路故障、检修都不会影响通道的工作。而 且试验、检修微波通道时不存在高压危险，人 身和设备安全得到保证。
保护范围内部故障时： Ir I1
'
I1 K TA
， 当 大 于 KD的 动 作 电 流 I
时，
OP。 r
K D 立 即 动 作 ， 断 开 两 侧 Q F。
单侧电源线路纵差保护范围内短路工作情况
保护范围内部故障时：
' ' Ir I1 + I2
Ik K TA
， 当 >I
外部短路暂态不平衡电流的波形图 (a)短路电流iK的变化 (b)不平衡电流iunb的变化
防止非周期分量影响的措施 (a)接入速饱和变流器UA；(b)接入电阻R
纵差保护评价及应用
优点：区内故障时，流入KD的故障电流远大于继 电器的起动电流，故差动保护灵敏度很高，且不 受过负荷及系统振荡的影响。 纵差保护的保护范围为被保护线路两侧TA之间的 区域，保护范围稳定。 纵差保护在外部故障时是不能动作的，故就不需 要和相邻保护在动作值和动作时限上配合，所以 可以实现全线速动，但不能作为相邻元件的后备 保护。 纵差保护在原理上区分了线路内部与外部的故障， 故不必采用逻辑延时元件就可无延时地切除线路 两侧TA内任何地方的故障 .
高频保护由继电部分和通信部分构成。通信部分 由收发信机和通道组成。
高频通道
高频通道有三种：有电力输电线路的载波通道， 微波通道及光纤通道。 采用经加工后的输电线作为高频信号的传输途 径（高频通道）的方法一般有“相—地制”和 “相—相制”两种。 “相—地制”是用经加工的一相输电线和大地 作为高频通道的方法; “相—相制”是用两相经加工的输电线作为高 频通道的方法。 目前，各国多采用“相—地制”高频通道。
“相一地”制高频通道原理接线
1-输电线(一相导线)；2-高频阻波器；3-耦合电容； 4-连接滤波器；5-高频电缆；6-保护间隙； 7-接地刀闸；8-高频收、发信机
“相一地”制高频通道组成
阻波器：L、C并联谐振回路，谐振于载波频率。 对载波电流：Z>1000Ω——限制在本线路。 对工频电流：Z<0.04Ω——畅流无阻。 结合电容器 ①通高频、阻工频 带通滤波器 连接滤波器 ②阻抗匹配 高频电缆：将位于主控制室的高频收、发信机与 户外变电站的带通滤波器连接起来。 高频收、发信机
微波通道的特点
(4) 采用微波通道的主要问题是投资大。 微 波信号传送的距离不超过40～60km，对于长线 路要增设微波中继站，投资更大。通常只有在 通信、保护、远动、自动技术等综合利用微波 通道时，经济上才是合理的。 （5）由于电磁波在大气中传播时，存在折射 和反射，这就使信号可能产生衰减，在使用中 用考虑这点。
输 电 线 路 保 护 小 结
电力系统继电保护装置是安装在系统主
要元件发电机、变压器、输电线路、母
线和电动机上的具有特殊功能的自动装
置。当被保护的任一元件发生故障或处
于不正常工作状态时，司职于保护该元
件的自动装置，立刻作用于该元件的断
时，
OP。 r
K D 立 即 动 作 ， 断 开 两 侧 Q F。
双侧电源线路纵差保护范围内 短路工作情况
在理想情况下，在正常运行和外部故障时， 流 入 差 动 继 电 器 中 的 电 流 为 0， 实 际 上 由 于 线 路 两 端
电流互感器特性不完全相同，将导致在二次回路中电流不相等，
' ' 继 电 器 中 流 过 不 平 衡 电 流 I u n b , Ir I1 I2 I unb
发展及应用
自20世纪的20年代末和30年代初，高频闭锁方向 保护和电流相位差动高频保护相继问世。从20世 纪50年代起，这两种高频保护得到不断改进和发 展。 目前，高频闭锁方向保护和电流相位差动高频保 护（其中包括高频距离保护）已成为220KV及以 上电网的主保护，在110~220kv输电线路上高频 保护的动作时间为50ms左右，在330kv及以上线 路为40ms以下。它们对于电力系统的稳定运行和 安全可靠的工作起了十分重要作用。
高频保护的分类
按高频信号作用分为闭锁信号、允许信 号、跳闸信号； 按高频通道工作方式分为线路正常运行 时长期发信工作方式及只有在线路故障 时才启动发信的故障启动发信方式。 按对高频信号的调制方式可分为幅度调 制和频率调制； 按两端高频信号的频率的异同分为单频 制和双频制。
高频保护的构成
(a)横差保护 正常及外部 短路时； (b)线路WL1 上内部短路 时；
(c)线路WL2 上内部短路 时
平行线路横差保护单相原理接线图
横差方向保护相继动作区
结论
相继动作是由于发生故障一端保护的启动元件 不能动作而引起的; 相继动作并非无选择性动作,而是导致保护动作 切除故障的时间延长一倍. 相继动作 区总是在保护安装处的对端,双端有电 源的平行线上,横差保护同样存在相继动作 区.
高频阻波器
高频保护的分类
按反应工频电气量和非工频电气量分两大类。反应 工频电气量的有方向高频保护、相差高频保护、距 离高频保护。 方向高频保护：比较被保护线路两侧的功率方向。 相差高频保护：比较被保护线路两侧的电流相位。 反应非工频电气量的有高频电流保护、脉冲数字式 高频保护。 按通道工作频率分为电力载波(50~300kHz)、 微波保护(3000~30000MHz)。
横差保护装置原理接线图 (a)接线图；(b)带保护绕组的中间继电器 +1，-1及+2、-2为断路器1QF、2QF的操作电源；5、6为A、 C相电流启动元件；7、8为双向动作功率方向继电器； 9、10为1QF及2QF的合闸位置继电器；11、12为电阻；13、 14为出口继电器；15、16为信号继电器
纵联保护的定义
纵联保护的定义：所谓纵联保护，就是利用
某种通信通道（简称通道）将输电线两端的
保护装置纵向联结起来，将各端的电气量
（电流、功率的方向等）传送到对端，进行
比较，以判断故障在本线路范围内还是在本 线路范围之外，从而决定是否切断被保护线 路。
从理论上讲，纵联保护具有绝对的选择性。 输电线的纵联保护随着采用的通道的不同， 在装置原理、结构、性能和适用范围等方面 具有很大的差别，如纵差保护、高频保护、 微波保护就是分别使用辅助导线（导引线）、
高频通道工作方式
两种： 长期发信方式：正常运行时，始终收发信（经 常有高频电流）。无高频电流是信号 故障时发信方式：正常运行时，收发信机不工 作。当系统故障时，发信机由启动元件启动通 道中才有高频电流（经常无高频电流）。有
高频电流是信号
另：改变频率也是一种信号。
高频信号的分类及应用
在短时发信和长期发信两种工作方式中，按接 受到的高频信号的作用分三类：跳闸信号、允 许信号、闭锁信号。 “高频信号”和“高频电流”是两个不同度的辅助导线向
对侧传输线路两侧的电流信号，这在技术上
有困难，经济上也不合理；要装设专门的监
视辅助导线是否完好的装置；装设专门的后
备保护；
应用场合：故纵差保护一般用于8~10km的短
线路, 发电机、母线和变压器等重要元件作 为主保护 .
5.2 平行线路横联差动保护
平行双回线的作用
横差方向保护的优缺点及应用范围
优点：能迅速而有选择性切除平行线路上的故 障，在相继动作区外的内部故障可瞬时切除故 障。实现起来简单、经济，不受系统振荡的影 响。 缺点：存在相继动作区，当故障发生在相继动 作区时，切除故障时间增加1倍，由于采用功率 方向继电器，保护还存在死区。在单回线运行 时，横差保护要退出工作，为此需加装单回线 运行时线路的主保护和后备保护。 横差电流方向保护适用于66KV及以下的平行线 路上.
电流平衡保护(单相)原理接线图
第八章
电网高频保护
高频保护用电力线路上输送载波高频信号的高 频通道和微波通道来代替辅助导线，构成高频 保护和微波保护，传送线路两侧电信号，所以 高频保护是将被保护线路首末两端的电流相位 或功率方向转变为高频信号，然后利用输电线 路本身构成高频电流的通道或微波通道将此信 息传送到对端加以比较而决定保护是否动作。 高频保护（载频50~300KHZ）与线路的纵差保护 类似，正常运行及区外故障时，保护不动作， 区内故障全线速动。
光纤继电保护
由光纤通道传送信号构成的保护，称为光纤 继电保护。由光发送器、光纤和光接收器等 部分构成。
光 纤
光发送器将电信号转换为光信号，经光纤传 送至对侧，被对侧的光接收器接收并转换为 电信号输出。
光发送器的作用是将电信号转变为光信号输
出，一般由砷化镓或稼铝发光二极管或钕铝 石榴石激光器构成。发光二极管的寿命可达 百万小时，它是一种简单而又可靠的电光转 换元件。
经过加工的输电线、微波等作为通道而实现
的。
1.电网的差动保护
I1 I2 K TA
正 常 时 ： Ir I1 I2
' '
=0
保护范围外部故障时：
' ' Ir I1 I2
I1 I2 K TA
=0
线路纵差
纵差保护的动作原理是基 于比较被保护线路始端和 末端电流的大小和相位的 原理构成的。
第七章
输电线路的差动保护
电流保护和阻抗保护用于输电线路时，只需将线 路一端的电流、电压经互感器引入保护装置，比 较容易实现，但瞬时动作的保护I段只能保护线 路的全长的80%~85%，对于其余的15%~20%线路段 上的故障，只能由第Ⅱ段的时限切除，这对很多 重要的高压网络线是不允许的。为保证全线速动 的要求，只能采用纵联保护。 纵联保护弥补了电流保护、距离保护的不足而广 泛用于重要的高压及超高压输电线路上，以实现 线路全长范围内故障的无时限切除。(全线速动)
光接收器的作用是将接受的光信号转变为电
信号输出，通常由光电二极管构成。
光纤：用来传递光信号，它是一种很细的空
心石英丝或玻璃丝，直径仅为100～200um。 光在光纤中传播。
光纤通道容量大，可以节约大量有色金属材料， 敷设方便，抗腐蚀不受潮，不怕雷击，不受外 界电磁干扰，可以构成无线电磁感应和很可靠 的通道。但不足的是，通信距离不够长，用于 长距离时，需要用中继器及其附加设备。
高频收、发信机原理框图
微波保护
随着电力系统继电保护、通信及远动技术的 日益发展，输电线路载波通道的容量已不能 满足要求。因此微波通道在继电保护中得到 应用。 微波就是超短波中的分米波、厘米波和毫米 波。 我国继电保护的微波通道所用的微波频率一 般为2000MHz，6000MHz～8000MHz。