纵联保护及保护通道原理讲义

闭锁式纵联距离保护起动发信元件有三：1、保护起动发 信元件 2、远方起动发信元件（作用有二：a、提高两侧保护装 置配合工作的可靠性，防止在发生区外故障时，近故障侧 的起动发信元件不能起动发信时；b、方便通道检查） 3、通道检查起动发信元件。 线路每侧都能进行通道检查；通道检查时应能分别检查对 侧单独发信、两侧同时发信及本侧单独发信时的通道工作 状态；通道检查应能在线路正常运行、单侧断开或双侧断 开时都可进行；通道检查过程中如果发生系统故障应能立 即转入保护起动发信和保护停信，停止通道检查。通道检 查应能手动进行也能由保护按定时自动进行。
主要是防止功率倒向保护误动。
功率倒向问题
假如只设一个正方向元件，当在保护4出口发生短 路，故障电流方向如上图示，当4DL开关先跳开 后，I回线电流将由N侧流向M侧再流向故障点。 那现在我们来分析一下：当故障开始时，保护1正 方向元件动作，停止发信；保护2正方向元件不动， 向保护1发闭锁信号。当4DL跳开后，故障电流反 向，则保护2正方向元件动作，停止发信。此时保 护1正方向元件可能还没来得及返回，那么就有可 能造成非故障线路“I回线”两侧保护误动。 但如果再设一个灵敏度更高的反方向元件，且反 方向元件一动作立即闭锁正方向元件，则可有利 于防止功率倒向问题。
闭锁式高频保护动作逻辑
闭锁式高频保护跳闸的必要条件：

通过上述分析，我们可以得到闭锁式纵联保护跳 闸的必要条件： 1、 启动元件高定值动作 2、 反方向元件不动作 3、 至少收到过8ms闭锁信号 4、 正方向元件动作 同时满足上述四个条件，保护停止发信 5、 收不到闭锁信号 同时满足上述五个条件，保护动作跳闸
纵联保护的分类
按通道分为：导引线纵联保护、电力载波纵 联保护、微波纵联保护、光纤纵联保护
按构成原理分为：纵联方向保护（比较两端 逻辑量）、纵联距离保护（比较两端逻辑量）、 纵联差动保护（比较两端电流量）
M侧保护正方向和N侧保护正方向重迭 部分为区内，其它为区外。 正方向F+：母线指向线路，
反方向F-：线路指向母线。
线路故障时收发信机发信格式
10ms M侧 10ms N侧 如果是正方向故障，则发信10ms后停信 10ms M侧 N侧 如果是反方向故障，则发信后不停信
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光纤电流差动保护
光纤
结构: 一般光纤是由纤芯、包层和涂层三部分构造 组成的。纤芯区位于光纤的中心，其折射率为Nk； 包层包围着纤芯，其折射率为Nm。Nk略大于Nm， 使得光能够通过在纤芯区与包层区之间界面上连 续全反射被约束在纤芯区。因此，纤芯区是光的 传输通道，而包层的作用是保证光只能在纤芯区 内传输而跑不出来。涂层被涂在包层表面，一般 是由若干层塑料组成。
纵联保护对方向元件的要求
1、要有明确的方向性 2、正方向元件要确保在本线路全长范围内 发生各种故障都能可靠动作 3、反方向元件要闭锁正方向元件，任何时 候只要反方向元件动作，说明发生反方向 故障，要立即闭锁保护。 4、要求线路本侧的反方向元件比本侧的正 方向元件更灵敏、动作更快。
起动发信元件
对于反映单侧电气量变化的M侧保护来说，它无法区 分是本侧线路末端故障还是下级线路始端故障。所 以在保护整定上要将它瞬时段的保护范围限制在全 线的70%~80%左右，也即反映单侧电气量变化的保 护不能瞬时切除本线路全长内的故障。因此，引入 了纵联保护，纵联保护是综合反映线路两侧电气量 变化的保护，对本线路全长范围内的故障均能瞬时 切除。
广西电网公司 优秀培训课件参赛作品
南宁供电局
杨富刚
2010年10月
纵联保护的基本原理
南宁供电局 杨富刚

纵联保护的概念
输电线路的纵联保护就是用某种通信通道 将输电线路两端的保护装置纵向连接起来， 将两端的电气量（电流、电流相位和故障 方向）传送到对侧，将两端的电气量比较， 以判断故障是在本线路范围内还是本线路 范围外，从而决定是否切除被保护线路
2、 允许式：也就是说收到高频信号是保护 动作和跳闸的必要条件。一般应用于超范 围式纵联保护（所谓欠范围即两侧保护的 正方向保护范围均超过本线路全长的50% 以上，但没有超出本线路全长）；高频信 号采用收发不同频率，即双频制
3、 直跳式：也就是说收到高频信号是保护 跳闸的充分必要条件。一般应用于欠范围 式纵联保护。
停信元件
闭锁式纵联保护停信元件包括： 1、正方向元件动作停信 2、其他保护动作停信（母差保护动） 3、本保护动作停信 4、断路器位置停信（三跳位置停信，作用 是在断路器断开的情况下使收发信机处于 停信状态，解除远方起动发信元件的作用） 5、弱馈保护停信
闭锁式纵联方向保护
闭锁式纵联方向保护和闭锁式纵联距离保 护的基本原理、绝大多数逻辑是相同的， 只是方向元件的不同，纵联方向保护方向 元件有二： 1、能量积分方向元件 2、工频变化量方向元件
G654光纤又称1550nm最小衰减光纤, 它主要用于需要超长 距离系统.
保护用光纤通道的构成
一、保护与通道的接口 专用通道：保护的尾纤与光缆的保护 专用芯直接熔接或通过光纤分配屏连接。 复用通道：分为64kbit/sPCM复用和 2M接口复用两种。保护的尾纤直接与接 口装置连接，通过接口装置转换为电信 号与PCM机或E1接口连接，与PCM连接使 用屏蔽双绞线，与E1接口采用同轴电缆 连接。
（5）高频电缆 连接电力线载波机或收发 信机与结合滤波器。 （6）保护间隙 保护电力线载波机或收发 信机和高频电缆免受过电压的袭击。 （7）接地刀闸 在调整或检修电力线载波 机收发信机和结合滤波器时，将它接地， 以保护人身安全。 （8）高频收发信机 接收和发送高频信号
高频通道的构成方式
1、相一相制通道：利用输电线路的两相导线作 为高频通道。虽然采用这种构成方式高 频电流哀 耗较小，但由于需要两套构成高频通道的设 备．因而投资大、不经济，所以运用较少采用。 2、相一地制通道：即在输电线路的同一相两端 装设高频幅音和分离设备，待高频收发信机接在 该相导线和大地之间，利用输电线路的“相(该相 称加工相)和大地作为高频通道.这种接线方式的 缺点是高频电流的衰减和受到的干扰都比较大， 但由于只需装设一套构成高 频通道的设备，比较 经济，因此在我国得到广泛的应用。
故障时允许式信号、闭锁式信号的特 点
故障时允许式信号、闭锁式信号的特点 闭锁式信号主要在非故障线路上传输 允许式信号主要在故障线路上传输
所以说，对于闭锁信号可以利用电力线路相-地通 道构成闭锁式保护；而允许信号由于主要在故障 线路上传输，则只能采用相-相通道或者是复用载 波、复用微波、专用光纤通道。
保护专用收发信机，自发必须自收 平时不工作 定时交换信息 自动（定时），观察功率表。 手动（交接班时），观察功率表。 故障时发信 正方向故障时，发10ms，然后停信。 反方向故障时，发信后不停信，闭锁两 侧保护。
收发信机定时交换信息时间格式
200ms M侧 10s N侧 N侧发 两侧发 有差拍，电 平表会摆动 M侧发 5s 10s
纵联距离方向元件
1、阻抗方向元件 按回路分为ZAB、ZBC、ZCA三个相间阻 抗元件和ZA、ZB、ZC三个接地阻抗元件。 每个回路的阻抗方向元件又分为正向元件 和反向元件。国内纵联距离保护使用的阻 抗方向元件主要由多边形阻抗元件和圆形 特性阻抗元件两种方式。
2、零序方向元件
零序方向元件设正、反两个方向元件，反 向元件的灵敏度高于正向元件，零序方向 元件主要是作为高阻接地故障时阻抗方向 元件灵敏度不足时的后备元件，以提高纵 联保护在高阻接地故障时的灵敏度。
至少收到过8ms闭锁信号的原因
主要是考虑区外故障时可靠收到对侧的闭 锁信号，防止本侧保护误动。 因为高频信号沿通道传输需要时间，最严 重的情况是反方向侧保护启动元件损坏 （或因某种原因没有启动），依靠远方启 信使对侧收发信机启动，此时通道信号将 往返一次，并考虑一定的裕度，所以取 8ms 。
收发信机
闭锁式与允许式
闭锁式纵联保护区外故障时容易误动 允许式纵联保护区内故障时容易拒动
高频通道接线图
高频保护通道
1、高频通道包括如下几个部分: （1）输电线路 将高频信号从线路一端传送至另一端。 （2）高频阻波器 L-C组成并联谐振回路（单频、宽频等） a)高频信号呈很大的阻抗，使高频信号被限制在所保护的输电线路之 内传输。 b)工频电流：呈很小的阻抗，使其畅通无阻。 （3）耦合电容器 a)工频电流：呈很大的阻抗，防止其侵入高频收发信 机。 b)高频信号：呈很小的阻抗。 c)与结合滤波器共同组成带通或高通滤 波器，只允许此通带频率之内的高频信号通过。 （4）结合滤波器 a)与耦合电容器组成带通或高通滤波器。 b)起阻抗匹配作用，减小高频信号的衰耗。c)使电力线载波机或高频 收发信机与高压线路隔离
高频保护通道的运行方式
目前，我国电力系统中的广泛采用短时发信方式。 该方式是正常运行情况下发信机不发信，载波通 道中无高频电流通过，只有系统故障时，保护的 起动元件才起动发信机发信，通道中才有高频电 流传输。其优点是可以减少对通道中其它信号的 干扰和延长发信机寿命，但保护中应有快速反应 故障的起动元件。为了确知高频通道是否完好， 需要定期起动发信机来检查通道的完好性。因此， 对运行部门来说，高频通道的日常巡视检查就显 得特别重要。
允许式纵联保护
允许式纵联保护包括允许式纵联距离保护 和允许式纵联方向保护。 允许式纵联保护工作方式是当任一侧判断 故障在保护正方向时，向对侧发允许信号， 同时接收对侧可能发来的允许信号（一定 不能接收本侧自己发出的允许信号）；本 侧正方向元件动作，并且接收到对侧发来 的允许信号，就可以跳闸；
I段一般为线路长度的80% II段一般为线路长度的120%150% III段一般为线路长度的200%
F+ F+
EM
M N
EN
I
U
I II III
高频保护的实现方式
1、闭锁式：也就是说收不到高频信号是保 护动作和跳闸的必要条件。一般应用于超 范围式纵联保护（所谓超范围即两侧保护 的正方向保护范围均超出本线路全长）； 高频信号采用收发同频，即单频制。
设置高、低两个启动元件 的原因
主要是防止区外故障保护误动。 低定值用于启动发信；高定值启动故障计 算。假如只设一个启动元件，两侧保护的 整定值相同，若因某种原因（如：保护采 样误差）反方向侧保护不能启动发信，那 么将造成正方向侧保护误动跳闸。所以要 设置两个启动元件。
设置正、反两个方向元件 的原因
允许式纵联保护
在区外故障时近故障侧的方向元件判断为 反方向故障，近故障侧不发允许信号，则 远故障侧收不到允许信号，所以两侧保护 不动作；在区内故障时两侧方向元件都判 为正方向，两侧都向对侧发送允许信号， 两侧都收到对侧的允许信号，于是两侧保 护跳闸
允许式纵联保护发信元件
正方向元件动作发信 其他保护动作发信（母差保护发信） 本保护动作发信 断路器位置发信 弱馈保护发信
闭锁式纵联距离保护
闭锁式纵联保护的基本工作原理是利用闭 锁信号来比较线路两侧正方向测量元件的 动作情况，以综合判断故障是发生在被保 护线路内部还是外部。 当装置收到闭锁信号时，就判断为被保护 线路无故障或发生区外故障，本侧保护不 跳闸；当收不到闭锁信号，且本侧正方向 测量元件又动作时，就判断为区内故障， 允许发跳闸出口命令。
光纤分类
多模光纤 多模阶跃型光纤 多模梯度型（渐变型）光纤 = G651 单模光纤 标准通用阶跃型单模光纤（主要是1310单模光纤）=G652 色散位移型单模光纤（包括1550零色散单模光纤）=G653 色散平坦型单模光纤 G652光纤是目前广泛使用的单模光纤, 这种光纤通常用于 1310nm波长,但有时也可用于1550nm波长. G653光纤又称色散位移光纤,它在1550nm波长处不仅衰减 较小,通过色散位移将零色散波长也移至1550nm处,可用于大容 量长距离系统,但价格较贵.