继电保护纵联保护

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单端电气量保护： 仅利用被保护元件的一侧电气量，无法区分线路
末端和相邻线路的出口短路，可以作为后备保护或 出口故障的第二种保护。
（通常设计为：三段式）。
纵联保护： 利用被保护元件的各侧电气量，可以识别：内部
和外部的故障，但是，不能作为后备保护。
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在设备的“纵向”之间，进行信号交 换
第四章 输电线路纵联保护
1/91
4.1.1 输电线纵联保护概述
仅利用线路一侧的电气量所构成的继电保护（单 端电气量），无法区分本线路末端与相邻线路（或 元件）的出口故障，如：电流保护、阻抗保护。
为此，设法将被保护元件两端(或多端)的电气量 进行同时比较,以便判断故障在区内？还是区外？
将两端保护装置的信号纵向联结起来，构成纵联 保护。——与横向故障的称谓进行对应比较（后面 再用图例说明“纵、横”的区别）。
电力线载波
2
3
高频电1 缆
4
43
2
76 5
67 5
保护
收信 发信 8
收信 8 发信
保护
“相-地”制高频通道示意图 39/91
电力线载波
保护间隙
1
2
34
43
2
76 5
67 5
保护
收信 发信 8
收信 8 发信
保护
“相-地”制高频通道示意图 40/91
电力线载波
接地刀闸
2
34
76 5
保护
收信 发信 8
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时间元件的表示方法：
l
塔高h
地球半径r 约6360km
l 2 r h2 r2 2 2rh
设h=100m时，l 2 2 6360 0.1 71.3km 33/91
微波通信、光纤通信部分 ——自学（重点：基本原理、特点）
光纤与电流差动原理的结合，构成了目前最好的 保护方式——光纤差动保护（简称：光差）。其优 缺点在前面已经说明了。
（希望不动） 一侧为正 一侧为负
内部故障 （希望动作）
两侧均为正
阻抗元件
一侧动作 一侧不动作
两侧均动作
电流相位 相位差 180
接近同相
如何应用这些特征？后面陆续予以介绍。
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4.1.3 纵联保护的基本原理
一、纵联电流差动保护
依据两侧电流相量和（瞬时值和）的故障特征，
即，基尔霍夫电流定律。
由 Ij 0，得：Im In Iset —— 动作门槛
2）电力线载波仅传输“有”、“无”高频信号。 主要应用于传输：方向或相位信息。
3）光纤通信可以传输较多的数字信息。 如：传输三相电流、电压的采样值、相量、 跳闸信息、断路器状态信息等，并且有 校验码，可靠性很高。
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4）微波通信也可以传输数字信息。
但衰减受气候影响较大，且属于“视距传输”，
传输距离受限制。 视距
(2)允许信号
收不到高频信号 是跳闸的必要条件
继电保护 载波信号
跳闸 &
高频信号是跳闸的必要 条件，但不是充分条件
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4. 3 闭锁式距离纵联保护
方向判别： 1）超范围的方向阻抗元件。 ——称为：闭锁式纵联距离。 2）超范围的功率方向元件。 ——称为：闭锁式纵联方向。
重点介绍常用的闭锁式纵联距离。
&
并闭锁两侧保护 N侧保护
上述结构称为：闭锁式。仅传输一个信号。
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区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。
M
N
I
跳闸
跳闸
I
Z II M
&
&
Z II N
&
信号线上“有1出1”,
& 集电极
并闭锁两侧保护
开路
1）上图所示的区外故障 闭锁两侧保护！
N侧Z动也无效
M侧Z不动，持续发闭锁信号，两侧均不跳。
“相-地f1”制高频f 通道示意图 36/91
电力线载波
对高频呈现小阻抗，
结合电容器
对工频呈现开路
2
34
76 5
保护
收信 发信 8
1
43
2
67 5
收信 8 发信
保护
“相-地”制高频通道示意图 37/91
电力线载波
连接滤波器
2
34
76 5
保护
收信 发信 8
1
43
2
67 5
收信 8 发信
保护
“相-地”制高频通道示意图 38/91
M
IL
N
2、外部短路
PM （为正） M
PN（为负） N
K
PM
3、内部短路 M
PM
PN N
K
P N 11/91
三、两侧电流相位的故障特征
1、正常运行 M
IL
N
iL iM＝iL
IM
IN
iN iL
im与in的相位相反
2、区外故障类似
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三、两侧电流相位的故障特征
3、区内故障 M
N
K
im
IM
IN
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二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）
M
N
Z II M
跳闸
I &
跳闸
Z II N
& I
阻抗动作
M侧保护
信息的交换
N侧保护
利用这样的特征(回顾)：区内短路，两侧Z均动作。
需要2个独立的信道。
上述结构称为:允许式2。0/91
二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）
M
N
Z II M
跳闸
I &
跳闸
也可以将 Z 元件更换为方向元件 —— 构成：方向纵联保护。
距离纵联、方向纵联保护中，对方向元件的要求： 1）具有明确的单一方向性； 2）能覆盖线路全长。
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还可以利用这样的特征：
区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。
M
N
I
跳闸
跳闸
I
Z II M
&
&
Z II N
&
M侧保护
信号线上“有1出1”,
22/91
二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）
M
N
Z II M
跳闸
I &
跳闸
Z II N
& I
阻抗动作
M侧保护
信息的交换
N侧保护
2）区外故障：简述信号交换与逻辑的过程
至少一侧的Z不动——>两侧均不跳闸 23/91
上述方式利用了距离II段（或III段等全线路有灵 敏度）的测量元件，实现短路位置、方向的判别 —— 构成：距离纵联保护。
横向关系 (如：横向故障)
TA TV
TA TV
继电保护装置
继电保护装置
通信设备
通信通道
通信设备
输电线路纵联保护结构框图
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纵联保护有多种分类方法，可以按照通道类型或 动作原理进行分类。
1）通道类型：
导引线
电力线载波
微 光波 纤
2）动作原理：
比较方向
比较相位
基尔霍夫电流定律
（差电流）
还可以将通道类型与动作原理结合起来进行称呼。 如：光纤电流差动（简称：光差），高频距离。
M Im 发电机、变
In N
压器、母线等
Im .R
反映了Im In
In .R 基本思路仍然适用
I
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分相电流差动保护的优点：
1）具有选择性好、可靠、灵敏、快速的优点； 2）具有明确区分内部和外部故障的能力； 3）具有自然选相的功能； 4）不受运行方式、非全相、串补电容、转换性故
障、同杆并架线路的跨线故障、振荡及振荡中 再故障等因素的影响（受振荡的影响很小）； 5）内部短路电流通常都大于差动电流的启动值。
通道(信号交换手段)
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4.1.2 两侧电气量的特征
分析、讨论特征的目的： 寻找内部故障与其他工况（正常运行、外部故障
）的特征区别和差异 ——>提取判据，构成继电保 护原理。
当然，构成原理后，再分析影响因素；并研究消 除影响因素的对策、措施（需要权衡利弊后，再确 定是否采用）。
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一、两侧电流相量和(瞬时值和)的故障特征 基尔霍夫电流定律：
下面，简单地说明：在电力线载波方式中，各主 要模块的功能或作用。
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电力线载波
输电线 (传输信号)
2
34
76 5
保护
收信 发信 8
1
43
2
67 5
收信 8 发信
保护
“相-地”制高频通道示意图 35/91
电力线载波
2
34
1
43
2
7 阻6波器 5
Z
保护
收信 发信 8
67 5
8
收 发对信 信 高频保呈护现开路， 对工频呈现 < 0.04欧
in
im与in接近于同相位
与两侧电势角度相关联
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四、两侧测量阻抗的故障特征
1、正常和
M M侧阻抗区域
NK
区外故障
IM
N侧阻抗区域I N
一侧阻抗可能动作，另一侧阻抗不动作。
2、区内故障
M M侧阻抗区域
K
N
IM
两侧阻抗均动作。
N侧阻抗区域I N
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归纳：
特征分界
方向元件
正常运行 或外部故障
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区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。
M
N
I
Z II M
&
跳闸 &
跳闸 &
信号线上“有1出1”, 并闭锁两侧保护
I
Z II N
&
2）区内故障
先发闭锁信号； 闭锁两侧保护
阻抗动作
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区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。
M
N
I
Z II M
&
停本侧 信号
跳闸 &
跳闸 &
信号线上“有1出1”, 并闭锁两侧保护
1
43
2
67 5
收信 8 发信
保护
“相-地”制高频通道示意图 41/91
电力线载波
2
34
1
43
2
76
67
5 高频收5发信机
保护
收信 发信 8
收信 8 发信
保护
“相-地”制高频通道示意图 42/91
高频载波——只能体现“有高频”和“无高频”2个 信息
2、高频通道工作方式
1）长期发信方式 —— 正常有高频电流方式
2）区内故障
I
Z II N
&
停本侧 信号
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区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。
M
N
I
Z II M
&
停本侧 信号
跳闸 &
跳闸 &
信号线上“有1出1”, 并闭锁两侧保护
I
Z II N
&
停本侧 信号
2）区内故障 两侧均满足跳闸条件
通道上， 无闭锁信号
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三、电流相位比较式纵联保护
正常运行或区外故障：im与in的相位相反； 区内故障：im与in的相位接近相同。 考虑到的变化以及信号传输的影响，确定如下特性：
在正常运行和外部短路时，
仍然有： Ij 0，或 i（j t） 0
设计区别的门槛
I5 被保护设备
内部短路时，存在： Ij IK
I4
I3 二者区别很大，就构成了继电保
IK
护原理 —— 电流差动保护。
广泛应用于各种设备的保护。
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“电流差动”名称的来历(与规定方向有关)：
I'M M
IL
I'N N
在一个节点中，流入的电流等于流出的电流。
按照继电保护规定的正方向： —— 指向被保护元件。
那么，基尔霍夫电流定律可以修改为：在任何一 个节点中，流入的电流之和等于0。
下面，用图例说明。
7/91
I1
I2
流入：I1 I4；流出：I2 I3 I5
I5
I4
基尔霍夫电流定律：
I3
I1 I4 I2 I3 I5
原理最好的保护
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缺点：
1）增加两侧信息交换的通道——增加了复杂性。
2）几乎不反映纵向短路。仍然存在：Im In 0
Im
In
3）采用导线实现线路两侧的信号交换时，导线 （导引线）太长，更容易出现故障，容易烧毁（一 次短路后，感应电流太大）。
4）不能作为后备（所有纵联保护的缺点）。
因此，主要应用于：发电机、变压器、母线、电 抗器等就近连接TA的保护中。
改写为：I1 I4 I2 I3 I5 0
此式表明：流入节点的电流之和等于0。
按照继电保护规定的正方向，得：
I1
I2
I5 I4
I3
Leabharlann Baidu
I1 I2 I3 I4 I5 0
简写为： Ij 0 更一般为： i（j t） 0 8/91
基尔霍夫电流定律的拓展： 将节点拓展为一个封闭区域。
I1
I2
平时 故障时
信号
也是信号
1是信号，0也是信号！
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2.高频通道工作方式 2）故障启动发信方式 —— 正常无高频电流方式
信号 信号
故障时刻
3）移频方式
信号
信号 f1
f2
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3、高频信号的应用
(1)跳闸信号
(3)闭锁信号
继电保护 载波信号
跳闸 ≥1
继电保护 载波信号
跳闸 &
高频信号是跳闸的充分条件
被保护设备
IM
IN
从负荷(或外部短路)电流的特征看：I'M I'N 0
——即电流差＝0 ——>若有电流差，就动作。
按继电保护规定的正方向（或计算原理），应当
是：电流和保护。即： I j 0 IM IN 0
但是，习惯成俗，仍然称为：差动保护。 10/91
二、两侧功率方向的故障特征
1、正常运行
Z II N
& I
阻抗动作
M侧保护
信息的交换
N侧保护
1）区内故障：简述信号交换与逻辑的过程
启动＋Z均动作——>两侧无延时跳闸
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二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护）
M
N
Z II M
跳闸
I &
跳闸
Z II N
& I
阻抗动作
M侧保护
信息的交换
N侧保护
1）区内故障：简述信号交换与逻辑的过程
启动＋Z均动作——>两侧无延时跳闸
考虑误差后
1800
不动作区域 （闭锁角）
动
作
区
00
域
区内故障
考虑电势角度 差、延时等
称为：相差保护
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4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
信号交换的途径（通道）： 1、导引线通信。 2、电力线载波。 3、微波通信。 4、光纤通信。
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1）导引线方式主要应用于：发电机、母线、变压 器、电抗器等保护中。 ——仅应用于就近的TA连接方式。
I set 考虑TA误差、分布电容等因素影响。
M Im
In N
Im .R
反映了Im In
I
In .R
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4.1.3 纵联保护的基本原理
一、纵联电流差动保护
依据两侧电流相量和（瞬时值和）的故障特征，
即，基尔霍夫电流定律。
由 Ij 0，得：Im In Iset —— 动作门槛
I set 考虑TA误差、分布电容等因素影响。