第六章 线路的纵联保护
第一节 纵联保护的基本原理
根据电流、电压和阻抗原理构成的系统保护，都是从线路靠近电源的一侧测量各种状态下的电气量，由于测量误差等原因，它们不能准确判断发生在本线路末端和下一线路出口的故障，为了保证选择性，只能缩小保护范围，在此范围内，保护可以瞬时动作，如电流和距离Ⅰ段。为了切除全线范围内的故障，必须另外增设保护，如电流和距离Ⅱ段，同样由于误差的原因，保护范围必然延伸到下一线路，与下一线路保护的保护范围交叉重叠，为了保证选择性，只有延时保护动作，使切除全线路范围内故障的时间延长。对于电力系统的重要线路和大容量高电压以及超高压线路，为了保证系统并列运行的稳定性和减小故障的损害程度，对保护的速动性提出了更高的要求，必须瞬时切除全线路范围内的故障。线路的纵联保护可以满足要求。
纵联保护是同时比较线路两侧电气量的变化而进行工作的。因此，在被保护范围内任何地点发生短路时，纵联保护都能瞬时动作。
根据两侧电气量传输方式的不同，纵联保护主要分为导引线纵联保护（简称导引线保护）、电力线载波保护（简称高频保护）、微波纵联保护（简称微波保护）、光纤纵联保护（简称光纤保护）。
第二节 线路的导引线保护
一、 导引线保护的基本原理
导引线保护是通过比较被保护线路始端和末端电流幅值、相位进行工作的。为此，应在线路两侧装设变比、特性完全相同的差动保护专用电流互感器TA ，将两侧电流互感器二次绕组的同极性端子用辅助导引线纵向相连构成导引线保护的电流回路，差动继电器KD 并接在电流互感器的二次端子上，使正常运行时电流互感器二次侧电流在该回路中环流，根据基
尔霍夫电流定律，流入差动继电器KD 的电流KD
I 等于零，如图6-1（a ）所示。通常称此连接方法为环流法，将环流法接线构成的保护称为导引线保护。
根据以上接线原理，对图6-1所示导引线保护原理进行分析。 当线路正常运行或外部k 点短路时，通过差动继电器KD 的电流为
022 TA
TA ..KD n I n I I I I ⅠⅠⅠⅠ （6-1）
k
.Ⅰk
.Ⅱ(b)
图6-1 导引线保护原理说明
（a ）正常运行、外部短路时；（b ）内部短路时
当线路内部任意一点k 短路时，分以下两种情况分析。
（1） 线路为两侧电源供电，若两侧电源向短路点k 提供的短路电流分别为k
.I Ⅰ 和k .I Ⅱ ，短路点的总电流为k
.k .k I I I ⅡⅠ ，则流入继电器KD 的电流 TA
k TA k .TA k ...KD n I n I n I I I I ⅡⅠⅡⅠ22 （6-2）
当KD
I 达到差动继电器KD 的动作电流时，差动继电器TA 瞬时动作，断开线路两电源侧断路器QF 。
（2） 线路为单侧电源供电，且设0 k
.I Ⅱ ，若电源向短路点k 提供的短路电流为k I .Ⅰ ，则流入继电器KD 的电流
TA
k ..KD n I I I ⅠⅠ 2 （6-3）
当KD
I 达到差动继电器KD 的动作电流时，差动继电器KD 瞬时动作，断开线路电源侧断路器QF 。
由以上分析可见，线路两侧电流互感器TA 之间所包括的范围，就是导引线保护的保护范围。
导引线保护按环流法接线的三相原理如图6-2（a ）所示，
实际导引线保护为了减少所需导线的根数，通常采用电流综合器∑I ，将三相电流综合成一单相电流，然后传送到线路对侧进行比较。
线路两侧的电流综合器∑I合成的单相电流
1
I 和2I 经隔离变压器TV后变成电压1U 和
图6-2 导引线保护三相原理图（a）导引线保护原理接线图；(b)一次三相电流相量图；(c)∑I
磁流相量图
A
I B
I
C
I
)
（b）
（c）
（a）
2
U ，再由导引线ρω连接起来。隔离变压器TV的作用是将保护装置回路与导引线回路隔离，防止导引线回路被高电压线路或雷电感应产生的过电压损坏保护装置，同时还可以监视导引线的完好性。另外，通过隔离变压器TV提高电压，减小长期正常运行状态下导引线中的电流和功率消耗。
图6-2（a）所示的综合器∑I的A相匝数为n+2，B相匝数为n+1，C相匝数为n，正常运行时系统的一次电流如图6-2（b）所示，则综合器∑I的磁流相量如图6-2（c）所示。可见，正常运行时，综合器∑I有一不平衡输出，但对侧的综合器∑I也有不平衡输出，而且方向相反，因此，理想情况下，差动继电器KD的输入量为零，不会动作。用环流法分析，结果相同。
正常运行或2侧外部短路时，
2
I 方向与图6-2（a）所示方向相反，且等于1I ，即
1
2
1
2
I
I
I
I
，（6-4）
理想情况下，流入差动继电器KD的电流
KD
I 为
2
1
I
I
I
KD
（6-5）继电器KD不动作。
内部k点短路时，如图6-2（a）所示，流入继电器KD的电流0
2
1
I
I
I
KD
，继电器将动作。
实际上，外部短路时，由于各种误差的影响以及线路两侧电流互感器TA的特性不可能
完全相同，故会有一个不平衡电流unb
I 流入继电器KD 。若流入差动继电器KD 的不平衡电流unb
I 过大，差动继电器TA 必须采用更高的动作值，才能使导引线保护不误动作，从而降低了保护在线路内部故障时的灵敏度。这也是所有按环流法接线的导引线保护共同存在的问
题。因此，有必要分析不平衡电流unb
I 产生的原因，并设法减小它。 二、 导引线保护的不平衡电流 1. 稳态情况下的不平衡电流
在导引线保护中，若电流互感器具有理想的特性，则在系统正常运行和外部短路时，差动继电器KD 中不会有电流流过。但实际上，线路两侧电流互感器TA 的励磁特性不可能完全相同，如图6-3所示。当电流互感器TA 一次电流较小
时，铁芯未饱和，两侧电流互感器TA 特性曲线接近理想状态，相差很小。当电流互感器TA 一次电流较大时，铁芯开始饱和，由于线路两侧电流互感器TA 铁芯的饱和点不同，励磁电流差别增大。当电流互感器TA 一次电流大到使铁芯严重饱和的程度，则会因励磁阻抗的下降而使线路两侧电流互感器TA 的励磁电流剧烈增加，差别显著增大，导致线路两侧电流互感器TA 二次电流有一个很
大的差值，此电流差值称为不平衡电流unb
I 。 电流互感器TA 二次电流表达式为
）（）（ⅡⅡⅡⅠⅠⅠex
.TA .ex .TA .I I n I I I n I 1122 （6-6）
式中 ex .I Ⅰ 、ex
.I Ⅱ ——分别为线路两侧电流互感器TA 的励磁电流。 正常运行、保护范围外部k 点短路时，流入差动继电器KD 的电流为
unb 2211I I I n I I I I n I I I ex .ex .TA
ex
.ex .TA
..KD ）（）〕（）〔（ⅠⅡⅡⅡⅠⅠⅡⅠ （6-7）
因此，导引线保护的不平衡电流实际上就是线路两侧电流互感器TA 励磁电流之差。
图6-3 电流互感器I 2=f (I 1)的
特性曲线和不平衡电流
I 2
I
1
为了保持一定的准确度，导引线保护使用的电流互感器TA 应按10%误差曲线选取负载，则可保证变比误差不超过10%，角度误差不超过7°。当保护范围外部短路时，通过电
流互感器TA 一次侧的最大电流为max
.k I ，若一侧电流互感器TA 的误差为零，另一侧误差为10%，即f i = 0.1，外部短路时的不平衡电流unb
I 达到最大，为max .unb I
。由于导引线保护采用型号和特性完全相同、误差接近的D 级电流互感器TA ，故在不平衡电流max .unb I 中引入同
型系数K SS ，K SS 在两侧电流互感器TA 型号相同时取0.5，不同时取1，因此，流入差动继电器KD 的最大不平衡电流为
TA
max k SS i max .unb KD n I K f I I ·
（6-8） 2. 暂态过程中的不平衡电流
由于导引线保护的动作是瞬时性的，因此，必须考虑在保护范围外部短路时的暂态过程中，流入差动继电器KD 的不平衡电流unb i 。此时，流过电流互感器TA 一次侧的短路电流k i 中，包含有周期分量和非周期分量，如图6-4所示。k i 中由于非周期分量对时间的变化率 dt di 远小于周期分量的变化率
dt dI ，
因而很难传变到二次侧，大部分作为励磁电流进入励磁回路而使电流互感器TA 的铁芯严重饱和。此外，电流互感器TA 励磁回路以及二次回路的电感中的磁通不能突变，将在二次回路中引起自由非周期分量电流，因此，暂态过程中的励磁电流将大大超过其稳态值，其中包含大量缓慢衰减的非周期分量电流，使励磁电流曲线偏于时间轴的一侧。由于励磁回路具有很大的电感，励磁电流不能很快上升，因此在短路后的几个周波才出现最大不平衡电流。
考虑到非周期分量电流k i 的影响，在式（6-8）中应引入非周期分量影响系数K un ，取1.5~2，当采取措施消除其影响时，取为1，则最大不平衡电流幅值的计算式为
TA
max
k un
SS i max .unb n I K K f I · （6-9）
图6-4 外部短路暂态过程中的
短路电流和不平衡电流
（a)一次侧短路电流；（b ）不平衡电流
（b ）
为了保证导引线保护在外部短路时的选择性，其动作电流必须躲过最大不平衡电流max .unb I 来整定；为了提高导引线保护在内部故障时的灵敏度，应采取措施减小不平衡电流。
三、 减小导引线保护不平衡电流的主要措施
（1） 减小稳态情况下的不平衡电流的措施是导引线保护采用型号和特性完全相的D 级电流互感器TA ，并按10%误差曲线进行校验、选择负载。减小暂态过程中不平衡电流的主要措施通常是在差动回路中接入具有快速饱和特性的中间变流器TA ，如图6-5（a ）所示。也可以采用在二次回路和差动继电器KD 之间串入电阻的方法，如图6-5（b ）所示。接入电阻可以减小差动继电器TA 中的不平衡电流并使其加速衰减，但效果不甚显著，一般用于小容量的变压器和发电机上。 四、导引线保护的整定计算
1. 导引线保护动作电流的整定按以下两种情况计算 （1）躲过外部短路时的最大不平衡电流max .unb I
TA
max
k un
SS i rel max .unb rel OP n I K K f K I K I · （6-10） 式中 rel K ——可靠系数，一般取1.2~1.3；
up K ——非周期分量影响系数，当保护采用带有速饱和变流器的差动继电器时取1。
（2）躲过电流互感器二次回路断线时流入差动继电器KD 的最大负荷电流max .L I
TA
max
L rel
OP n I K I · （6-11） 取式（6-9）和式（6-10）中较大者作为差动继电器的整定值。为了防止断线时又发生外部短路而引起导引线保护误动作，还应装设断线监视装置，二次回路断线时，在发出信号的同时将保护自动退出工作。
2. 导引线保护灵敏度的校验
导引线保护的灵敏度应按单侧电源供电线路保护范围末端短路时，流过保护的最小短路电流校验，要求灵敏系数K sen ≥1.5~2，即
图6-5 防止非周期分量影响的措施
（a ）接入速饱和变流器；（b ）接入电阻
（a ）
（b ）
251~.I I K OP
min
.k sen
（6-12） 第三节 线路的高频保护
一、高频保护的基本原理
线路的导引线保护单从动作的速度来讲，可以满足系统的要求，但是，它必须敷设与被保护线路长度相同的辅助导引线，对于较长线路而言，从经济和技术的角度是难以实现的，因此，导引线保护只能作为5~7km 短线路的保护，在国外也只用于长度为30km 左右的线路。为了从高电压距离输电线路两侧瞬时切除全线路任一点的故障，可以采用基于线路导引线保护原理基础上构成的高频保护。
高频保护是将测量的线路两侧电气量的变化转化为高频信号，并利用输电线路构成的高频通道送到对侧，比较两侧电气量的变化，然后根据特定关系，判定内部或外部故障，以达到瞬时切除全线路范围内故障的目的。
高频保护根据构成原理来分，主要有相差高频保护、方向高频保护和高频闭锁距离保护以及高频闭锁零序电流保护
目前，我国220kv 及以上的高压或超高压线路中广泛采用方向高频保护和高频闭锁距离保护以及高频闭锁零序电流保护。
高频保护主要由故障判别元件和高频通道以及高频收、发信机组成，如图6-6所示。
电气量
图6-6 高频保护的组成方框图
故障判别元件即继电保护装置，利用输入电气量的变化，根据特定关系来区分正常运行、外部故障以及内部故障。高频收、发信机的作用是接收、发送高频信号。发信机必须对所发信号进行调制，以使通过高频通道传输到被保护线路对侧的信号荷载保护所需要的信息，收信机收到被保护线路两侧的信号后进行解调，然后提供给保护，作为故障判别的依据。高频通道的作用是将被保护线路一侧反应其运行特征的高频信号，传输的被保护线路的另一侧。在电力系统中，通常利用输电线路间作高频通道，同时传输工频电流和保护所需信号，为了便于区分，继电保护所需要的信号一般采用高频信号。由于高频信号荷载保护所需信息，因此，高频信号被称为载波，高频保护又被称为载波保护。载波信号一般采用40kHz~500kHz 的高频电流，若频率低于40kHz ，受工频电流的干扰太大，且通道设备构成困难，同时载波
信号衰耗大为增加，频率过高，将与中波广播相互干扰。
二、高频通道
（一） 高频通道的构成原理
电力系统中工频输电线路同时兼作高频通道。因此，需要对输电线路进行加工，即把高频设备与工频高压线路隔离，以保证二次设备和人身安全。为了防止相邻保护间高频信号的的干扰，影响保证保护动作的选择性，还需要对通道中的高频信号进行阻波，将其限制在本保护范围内。通常将经高频加工的输电线路称为高频信号的载波通道，又称为“高频通道”或简称“通道”。
高频信号是由载波机（收、发信机）将其送入通道的。目前载波机与高频通道的连接，通常采用“相—地”制，或“相—相制两种连接方式。所谓“相—地”制，就是通过结合设备把载波机接入输电线路的一相与大地之间，构成高频信号的“相—地”通道，如图6-7（a ）
图6-7 利用输电线路传输高频信号的方式
（a ）“相-地制”；（b ）“相-相”制
1—高频阻波器；2—耦合电容器；3—结合滤波器；4—高频收、发信机
（a ）
12
34
（b
）
所示。所谓“相—相”制，就是通过结合设备把载波机接入输电线路的两相之间，构成高频信号的“相—相”通道，如图6-7（b ）所示。两种接线方式特点各异，“相—地”制传输效率低、高频信号衰减大、受干扰也大，但高频加工设备少、造价低，一般能够满足保护装置的要求，而“相—相”制则相反。目前，我国的高频保护大多采用“相—地”高频通道，并逐渐采用“相—相”高频通道。
图6-8所示为“相—地”高频通道的原理接线图，其中，高频加工设备包括高频阻波器、耦合电
容器、结合滤波器、高频电缆等。
1. 高频阻波器
图6- 8 “相-地”制高频通道原理接线图
1—输电线路；2—高频阻波器；3—耦合电容器；4—结合滤波器；5—高频电缆；6—保护间隙；7—接地开关；8—高频收、发信机；
9—保护；10—电容器
高频阻波器串接在输电线路的工作相中。高频阻波器有单频阻波器、双频阻波器、带频阻波器和宽带阻波器等。在电力系统高频保护中，广泛采用专用的单频阻波器。
高频阻波器电感绕组和调谐电容构成并联谐振回路，调谐于高频通道上的工作频率。此时，高频阻波器呈现最大的阻抗，约1000Ω左右，如图6-9所示，因而高频信号限制在被保
护线路以内。对工频电流而言，高频阻波器的阻抗很小，只有约0.04Ω，因而不会影响工频电流在输电线路上的正常传输。
2. 耦合电容器
耦合电容器的电容量很小，对工频电流呈现出很大的容抗，将工频线路的载波机进行有效的绝缘隔离。同时它与结合滤波器组成带通滤波器，只允许此通带频率范围内的高频信号通过，防止工频干扰等对高频保护的影响，并再次通过电磁隔离防止耦合电容器被击穿后工频高压侵入二次系统。
3. 结合滤波器
结合滤波器是由一个可调的空心变压器、高频电缆和电容器组成。它与耦合电容器组成的带通滤波器除上述作用外，还可以进行阻抗匹配。对于“相-地”制高频通道，输电线路的输入阻抗约为400Ω，高频电缆的输入阻抗约为100Ω，为了阻抗的匹配，空心变压器的变比应取为2，这样，就可以避免高频信号在传输过程中产生反射，减小高频能量的附加衰耗，使高频收信机收到的高频功率最大。
4. 高频电缆
高频电缆是将主控室的高频收、发信机与户外变电所的带通滤波器连接起来的导线，以最小的衰耗传送高频信号。虽然电缆的长度只有几百米，但其传送信号的频率很高，若采用普通电缆，衰耗很大，因此，应采用单芯同轴电缆。同轴电缆就是中心的内导体为铜芯，其外包有一层绝缘物，绝缘物的外面是一层铜丝网外导体。由于内导体同轴且为单芯，所以称为单芯同轴电缆。在外导体的外面在包以绝缘层和保护层，其波阻抗一般为100Ω。 另外，高频加工设备还包括辅助设备，如保护间隙和接地刀闸，分别用来保护高频加工设备免遭危险过电压和调试、检修高频设备时安全接地，保证人身及设备安全。
（二） 高频通道的工作方式
继电保护高频通道的工作方式可分为三类，即“长时发信”、“短时发信”和“移频”方式。
1
图6-9 阻波器阻抗与频率的关系
“长时发信”方式是指在正常运行情况下，收、发信机一直处于工作状态，通道中始终有高频信号通过。因此，又称为正常时有高频信号方式。它可以在正常时连续检查收、发信机和通道的完好性，当故障时停止发信，通道中高频信号停止，这也是一种信号。“长时发信”方式对收、发信机的要求较高，但不需要发信机起动元件，因而保护结构简单、动作速度快且灵敏度高，应用前景十分广阔，在我国正逐步投入使用。
“短时发信”方式指在正常运行情况下，收、发信机一直处于不工作状态，通道中始终没有高频信号通过。只有在系统发生故障时，起动发信机发信，通道中才出现高频信号。故障切除后，经延时发信机自动停信，通道中高频信号随之中断。因而又称为正常无高频信号方式。“短时发信”方式能够延长收、发信机的寿命和减少对相邻通道中其它信号的干扰，但要求保护有快速的起信元件。此外，对高频设备完好性的检查，需要人工起信。目前，我国生产的高频保护多采用“短时发信”方式。
“移频”方式指在正常情况下，发信机长期发送一个频率为f1的高频信号，用来闭锁保护和连续检查通道，当发生故障时，保护控制发信机移频，停发f1的高频信号而改发频率为f2的高频信号，f1和f2的频率相近，仅占用一个频道。这种方式同样可以经常监视通道的工作情况，提高其可靠性。与单频发信方式比较，抗干扰能力较强。
（三）高频信号的分类和作用
高频信号按比较方式可分为直接比较和间接比较两种方式。
直接比较是将被保护线路两侧交流电气量转化为高频信号，直接传送至对侧，每侧保护装置直接比较两侧的电气量，然后根据特定条件，判定保护是否动作于跳闸。直接比较方式使通道两侧的电气量直接关联，故又称为交流信号比较。它要求传送反应两侧交流量的信号，因而对高频通道的要求很高。
间接比较方式是两侧的保护只反应本侧的交流电气量，然后根据特定条件将本侧判定结果以高频信号传送至对侧，每侧保护再间接比较两侧保护的判定结果，最后决定保护是否动作于跳闸。此比较方式使通道两侧的直流回路直接关联，因此也称为直流信号比较，它仅仅是对被保护线路内部和外部故障的的判定，以高频信号的有无即可进行反应，因此对高频通道的要求比较简单。
相差高频保护即采用直接比较方式，而方向高频保护和高频闭锁距离保护以及高频闭锁零序电流保护则采用间接比较方式。
高频信号按所起的作用还可分为跳闸信号、允许信号、和闭锁信号，它们均为间接比较信号。
图6-10 高频保护信号逻辑图
（a ）跳闸信号；（b ）允许信号；（c ）闭锁信号
（c ）
（b ）
（a ）
跳闸信号是指收到高频信号是高频保护动作于跳闸的充分而必要条件，即在被保护线路两侧装设速动保护，当保护范围内短路，保护动作的同时向对侧保护发出跳闸信号，使对侧保护不经任何元件直接跳闸，如图6-10（a ）所示。为了保证选择性和快速切除全线路任一点的故障，要求每侧发送跳闸信号保护的保护范围小于线路的全长，而两侧保护范围之和必须大于线路全长。远方跳闸式保护就是利用跳闸信号。
允许信号是指收到允许信号是高频保护动作于跳闸的必要条件。当内部短路时，两侧保护同时向对侧发出允许信号，使两侧保护动作于跳闸，如图6-10（b ）所示。当外部短路四，近故障侧保护不发允许信号，对侧保护不动作。近故障侧保护则因判别故障方向的元件不动作，因而不论对侧是否发出允许信号，保护均不动作于跳闸。
闭锁信号是指收不到闭锁信号是高频保护的动作于跳闸的必要条件，即被保护线路外部短路时其中一侧保护发出闭锁信号，闭锁两侧保护。内部短路使，两侧保护都不发出闭锁信号，因而两侧保护收不到闭锁信号，能够动作于跳闸，如图6-10（c ）所示。
目前，我国生产的高频保护主要采用 “短时发信”方式下的高频闭锁信号。 三、方向高频保护 （一） 高频闭锁方向保护 1. 高频闭锁方向保护的工作原理
高频闭锁方向保护利用间接比较的方式来比较被保护线路两侧短路功率的方向，以判别是保护范围内部还是外部短路。一般规定短路功率由母线指向线路为正方向，短路功率由线路指向母线为负方向。保护采用短时发信方式，在被保护线路两侧均装设功率方向元件。当保护范围外部短路时，近短路点一侧的短路功率方向是由线路指向母线，则该侧保护的方向元件感受为负方向而不动作于跳闸，且发出高频闭锁信号，送至本侧及对侧的收信机；对侧的短路功率方向则由母线指向线路，方向元件虽反应为正方向，但由于收信机收到了近短路点侧保护发来的高频闭锁信号，这一侧的保护也不会动作于跳闸。因此，称为高频闭锁方向保护。在保护范围内短路时，两侧短路功率方向都是由母线指向线路，方向元件均感受为正方向，两侧保护都不发闭锁信号，保护动作使两侧断路器立即跳闸。
图6-11所示系统中，当BC线路上的k点发生短路时，保护3、4的方向元件均反应
图6-11 高频闭锁信号方向保护原理说明图
为正方向短路，两侧都不发高频闭锁信号，因此，保护动作于断路器3、4瞬时跳闸，切除短路故障。对于线路AB和CD而言，k点短路属于外部故障，因此，保护2、5的短路功率方向都是由线路指向母线，保护发出的高频闭锁信号分别送至保护1、6，使保护1、2、5、6都不会使断路器动作于跳闸。
这种按信号原理构成的保护只在非故障线路上传送高频信号，而故障线路上无高频信号，因此，由于各种原因使故障线路上的高频通道遭到破坏时，保护仍能正确动作。
2.高频闭锁方向保护的原理接线
图6-12所示为高频闭锁方向保护的原理接线图，线路两侧各装半套保护，它们完全对称，故以一侧保护说明其工作原理。保护装置主要由起动元件1、2，功率方向元件3组成。
起动元件有不同的灵敏度，起动元件1的灵敏度较高，用来起动高频发信机以发出高
图6-12 高频闭锁方向保护原理接线图
频闭锁信号，而灵敏度较低的起动元件2则用来准备好断路器的跳闸回路。
功率方向元件3用于判别短路功率的方向。当短路功率的方向是母线指向线路时，判别为内部故障，它动作；反之，判别为外部故障而不动作。
此外，中间继电器4用于内部故障时停止高频发信机发出高频闭锁信号。中间继电器5是具有工作绕组和制动绕组的极化继电器，用于控制保护的跳闸回路。中间继电器5的工作绕组在本端方向元件动作后供电，制动绕组则在收信机收到高频信号时由高频电流整流后供电，其动作条件是制动绕组无制动作用，即收信机收不到高频闭锁信号，工作绕组有电流时
才能动作。这样，只有内部故障时，两侧保护都不发高频闭锁信号的情况下，中间继电器5才能动作，并经信号继电器6发出跳闸信号，同时将本侧断路器跳开。
下面将保护装置的工作过程给以说明。
（1）正常运行或过负荷运行时，两侧保护的起动元件都不动作，因此保护装置不会动作。（2）外部故障时，如图6-11所示，线路BC上的k点短路时，对保护1、2与保护5、6而言，均属于外部故障。以保护1、2为例，保护1的短路功率方向是由母线指向线路，其功率方向元件感受的功率方向为正，保护2反应的功率方向元件为负。此时，图6-12两侧保护的起动元件1、1＇都动作，经中间继电器4、4＇的常闭触点起动发信机，发信机发出的高频闭锁信号一方面为自己的收信机接收，另一方面送到通道被对侧保护的收信机接收，两侧收信机收到高频闭锁信号后，中间继电器5、5＇的制动绕组中有电流，立即将两侧保护闭锁。此时，起动元件2、2＇也动作闭合其触点经已动作的功率方向元件3的触点使中间继电器4动作，本侧保护的发信机停信，同时给中间继电器5的工作绕组充电，准备好了跳闸回路；由于通过保护2的短路功率为负，其功率方向元件3＇不动作，发信机不停信，两侧保护收信机持续收到高频闭锁信号，两侧的中间继电器5、5＇制动绕组中总有电流，达不到动作条件，因此，保护一直处于闭锁状态。在外部故障切除、起动元件返回后，保护复归。
（3）双侧电源供电线路内部短路时，两侧保护的起动元件1、2和1＇、2＇都动作，两侧的发信机发信，首先闭锁保护，与此同时，两侧保护的功率方向元件3、3＇动作，在中间继电器4、4＇动作后，两侧发信机停信，开放保护，中间继电器5、5＇达到动作条件，将两侧断路器跳开。
（4）单侧电源供电线路内部短路时，受电侧的半套保护不工作，而电源侧保护的工作情况与在双侧电源供电线路内部短路时的工作过程相同，立即将电源侧的断路器跳闸。
（5）系统振荡时，在双侧电源振荡电流的作用下，两侧保护的起动元件可能动作，若功率方向元件接在相电流和相电压或线电压上，且振荡中心位于保护范围内时，则两侧的功率方向均为正，保护将会误动作。考虑到振荡时，系统的电气量是对称变化的，因此，在保护中可以采用负序或零序功率方向元件，即可躲过系统振荡的影响。
由上述分析可知，在保护范围外部短路时，远离短路点一侧的保护感受的情况和内部故障完全相同，此时，主要利用近短路点一侧的保护发出高频闭锁信号，来防止远离短路点侧保护误动作，因此，外部短路时，保护正确工作的必要条件是近短路点一侧的保护必须发出高频闭锁信号。为了确保远离短路点的保护在动作前能可靠收到对侧保护发出的高频闭锁信
号，就要求两侧保护起动元件的灵敏度相互配合，否则，保护就有可能误动作。
线路两侧保护采用两个不同灵敏度的起动元件相互配合，在保护范围外部短路时即可保证两侧保护不误动作。假如两侧保护都采用一个起动元件，则在保护范围外部短路时，可能出现近短路点一侧保护的起动元件不能动作，不发高频闭锁信号，而远离短路点一侧保护的起动元件动作而造成保护误动作。如图6-13所示，假如线路AB 每端只有一个起动元件，其整定值为I OP =100A ，由于电流互感器和继电器都存在误差，因此，两侧保护起动元件的实际动作电流可能不同，一般规定动作值的误差为±5%。
若A 侧保护起动元件的动作电流为95A ，B 侧保护起动元件的动作电流为105A ，当保护范围外部k 点短路时，流过线路AB 的短路电流为I k ，正好满足95A
保护起动元件2和1的动作电流I OP2与I OP1之比应按最不利的情况考虑，即一侧电流互感器误差为零，另一侧误差为10%；一侧保护起动元件的离散误差为+5%，另一侧为-5%，则有
231050110105
0112.)
.().(.I I OP OP （6-13） 考虑一定裕度，保护高定值电流元件的动作值I OP2一般采用
12261OP OP I )~.(I （6-14）
式中，保护低定值电流起动元件的动作值I OP1应按躲过正常运行时的最大负荷电流I L.max 整定，即
max .L r
rel
OP I K K I
1 （6-15） 式中 K rel —可靠系数，取1.1~1.2；
图6-13 起动元件灵敏度不相配合时
保护可能误动作说明
K r —返回系数，取0.85。
在远距离重负荷输电线路上，保护低动作起动元件按上述方法整定的动作电流值，往往不能满足灵敏度要求，在此情况下，保护应采用负序电流起动元件，其动作电流值I 2.OP1应按躲过最大负荷电流I L.max 情况下的最大负序不平衡电流I 2.unb.max 整定，即
max .L max .unb .r
rel
OP .I .I K K I 10212
（6-16） 通常，两侧保护的起动元件按相同的动作电流值整定。
高频闭锁方向保护采用了两个灵敏度不同的起动元件，通过配合、整定，可以保证保护范围外部短路时可靠不误动作，但在内部短路时必须起动元件2动作后才能跳闸，因而降低了整套保护的灵敏度，同时也使接线复杂化。此外，在外部短路时，远离故障点一侧的保护，为了等待对侧发来的高频信号，必须要求起动元件2的动作时限大于起动元件1的动作时限，从而降低了整套保护的动作速度。
高频闭锁方向保护也可以由方向元件起动，还可以进行远方起动。 （二） 高频闭锁负序方向保护
在高频闭锁方向保护中，不论采用哪种起动方式，方向元件总是整个保护的核心，它的性能对整个保护的速动性、灵敏性和可靠性起着决定性的作用。
在高压和超高压输电线路的高频闭锁方向保护中，对方向元件提出了很高的要求：①能反应所有类型的故障；②在保护范围内和邻近线路上发生故障时，没有死区；③电力系统振荡时不会误动作；④在正常运行状态下不动作。
方向元件的种类很多，主要有反应相间故障的方向元件、反应接地故障的方向元件、同时反应相间和接地故障的方向元件，以及反应各种不对称故障的方向元件等。其中由负序功率方向继电器构成以反应不对称故障的方向元件最为理想，能够满足上述各种要求，对于三相对称故障，在其发生的初瞬总有一个不对称过程，在负序功率方向继电器上增加一个短时记忆回路，就能反应三相故障，即使是完全对称的三相故障，采用三相滤序器式负序功率方向继电器，其5~7ms 的不平衡输出即可把短时动作记忆下来。目前，用微机实现的保护，记忆功能更加理想。
高频闭锁负序功率方向保护的原理接线如图6-14所示，它由以下元件组成：具有双向动作的负序功率方向继电器KWN ；带有延时返回等中间继电器1；具有工作绕组和制动绕组的极化继电器2以及出口继电器3。
当被保护线路处于正常运行状态时，没有负序短路功率存在，仅有负序滤过器的不平
衡输出，通过动作值的整定，即可使负序功率方向继电器不动作，因而保护也不会动作。
当保护范围外部发生故障时，近故障点一侧的负序短路功率为负，保护的负序功率方向元件KWN 的触点向上闭合，经中间继电器1的电流绕
组去起动高频发信机，中间继电器1的触点闭合后又经电阻R 实现对高频发信机附加起动，发出高频闭锁信号，将两侧保护闭锁。由于近故障点一侧的负序电压高，故保护负序功率方向元件KWN 的灵敏度较高、向上闭合触点的动作速度较快，因此能快速起动发信机发出高频闭锁信号。而远离故障点一侧的短路负序功率虽然为正，但负序电压低，保护负序功率方向元件KWN 的灵敏度较低、向下闭合触点去起动出口继电器3的动作速度也较慢，这样，保证出口继电器3制动电流的出现先于工作电流，保证了闭锁作用的可靠实现。
当保护范围内部故障时，两侧的负序短路功率为正，保护的负序功率方向继电器KWN 的触点均向下闭合，两侧保护的极化继电器2仅工作绕组有电流，满足动作条件，其触点闭合后起动中间继电器3去跳闸，切除故障。
当各种原因导致静稳定遭到破坏引起系统振荡时，由于没有负序功率，因此，负序功率方向继电器及整套保护均不会误动作。而外部故障使动稳定遭到破坏引起系统振荡时，靠近故障点一侧的负序短路功率方向为负，负序功率方向继电器能快速起动发信机发出高频闭锁信号，闭锁两侧保护。
四、高频闭锁距离保护
距离保护是一种阶段式保护，特点是，瞬时段不能保护线路全长，延时段能保护线路全长且具有后备作用，但动作有一定延时。在220kv 及以上电压等级的线路上，要求从两侧瞬时切除线路全长范围内任一点的故障，显然，距离保护不能满足要求，高频闭锁方向保护虽然能满足要求，但又不具有后备作用。为了兼有两者的优点，可将距离保护与高频闭锁部分结合，构成高频闭锁距离保护，这样，既能在内部故障时加速两侧的距离保护，使其瞬时动作，又能在外部故障时利用高频闭锁信号闭锁两侧保护，同时还具有后备作用，因此，高频闭锁距离保护是目前高压和超高压输电线路上广泛采用的保护之一。
图6-14 高频闭锁负序方向保护原理接线图
（一） 高频闭锁距离保护的构成原理
高频闭锁距离保护主要由起信元件、停信元件和高频通道等组成。短时发信方式的高频闭锁距离保护原理方框图如图6-15（b ）所示，其各元件作用如下。
（1） 停信元件
其作用是测量故障点的位置，以控制高频发信机在内部故障时停信，为此，停信元件要有明确的方向性，保证对侧母线故障时有足够的动作灵敏度。通常将Ⅰ、Ⅱ段切换式方向阻抗元件1KI 、2KI 固定在Ⅱ段，用来作为高频闭锁距离保护的停信元件。在高频部分退出时，将固定在Ⅱ段的方向阻抗元件1KI 、2KI 恢复到切换状态，作为一套完整的三段式距离保护运行。
（2） 起信元件
它的主要作用是是在故障时起动高频发信机。为了在外部故障时能够可靠起信，要求起信元件的动作区必须覆盖两侧停信元件的动作区，起信元件的多采用负序电流或负序、零序复合电流或它们的增量元件；也可以采用第Ⅲ段距离元件作为起信元件；还可以由距离保护本身的起动元件兼任。本例为切换式距离保护构成的高频闭锁距离保护，起信元件采用本身的负序电流起动元件KAN 。
（二） 高频闭锁距离保护的工作过程
在图6-15中，连接片1XB 、2XB 、3XB 处于上部位置，保护按高频闭锁距离保护工作， 并通过3XB 、经切换继电器K CH 将阻抗继电器1KI 、2KI 固定在Ⅱ段。连接片1XB 、2XB 、3XB 处于下部位置时，高频部分退出，保护按三段式距离保护工作。
（1） 外部故障时
在图6-15（a ）中，当A 侧保护的距离Ⅱ段范围以外k 3点发生故障时，图6-15（b ）中两侧保护的停信元件1KI 、2KI 均不动作，两侧保护的起信元件KAN 在负序电流分量的作用下都动作，经时间元件T 2和禁止门E 3起动各侧发信机发出高频闭锁信号。与门A 1和禁止门E 2都不开放，保护装置不会误动作。时间元件T 2按外部故障的最大时限7s 整定，即发
（a ）
Ⅲ
Ⅲ
B Z
T （b ）
图6-15 高频闭锁距离保护原理
（a ）系统接线图；（b ）原理方框图
生外部故障时，发信机延时7s后停信。当A侧保护的距离Ⅱ段范围内k2点发生故障时，图6-15（b）中两侧保护的起信元件KAN在负序电流分量的作用下动作，分别起动本侧的发信机发出高频闭锁信号，并开放振荡闭锁回路。此时，本侧停信元件1KI、2KI动作，使与门A1开放，准备好跳闸，同时通过E3门停信。但对侧保护的停信元件1KI、2KI不动作，对侧保护的发信机仍继续发出高频闭锁信号，使本侧的E2门一直闭锁，两侧断路器不会误跳闸。若故障所在线路的保护或断路器拒动时，本侧保护起后备作用，按tⅡ=0.5s时限跳闸。
（2）内部故障时
当在被保护范围内部可k1点短路时，图6-15（b）中两侧保护的起动元件KAN动作，经时间元件T2和禁止门E3起动发信机向两侧保护发出高频闭锁信号；同时，经禁止门E5、E4、或门O1为与门A1的动作准备条件。此时，停信元件1KI、2KI动作，与门A1开放，一方面经本侧禁止门E3停信，一方面准备好跳闸。而对侧保护的停信元件1KI、2KI也同时动作，使对侧的发信机停止工作，于是两侧保护的收信机收不到高频闭锁信号，禁止门E2开放，经或门O2保护瞬时动作于跳闸。
（3）系统振荡时
当由于各种原因使系统静稳定遭到破坏时，由于没有负序电流，故两侧保护的起信元件KAN均不工作，虽然停信元件1KI、2KI可能会误动作，但与门A1不开放，断路器不会误跳闸；而当外部故障使系统动稳定遭到破坏时，其中一侧保护的停信元件1KI、2KI可能会误动作，系统的负序电流分量使起信元件KAN工作，与门A1 开放，但总有一侧保护的停信元件一直处于工作状态，使两侧保护的收信机总能收到高频闭锁信号，禁止门E2可靠闭锁与门A1的动作信号，保护仍然不会误动作。
（4）高频部分退出时
此时，整套距离保护仍保持原有的性能工作。
由以上分析可知，高频闭锁距离保护减少了测量元件，简化了接线，相对提高了保护的可靠性。其主要缺点是，距离保护检修时，高频保护也必须退出工作，使线路在检修过程中失去保护，目前，高压输电线路的主保护逐渐采用双重化配置，很好的解决了这个问题；另外，系统振荡过程中发生内部故障时，保护的距离Ⅰ、Ⅱ段被闭锁，要以较长的Ⅲ段的动作时间切除故障，现在，国内继电保护主要生产厂家采取相应措施，生产出的高频闭锁距离保护，能在系统振荡过程中发生内部故障时，开放距离保护的闭锁，使大部分故障情况下，保护能瞬时动作，有效的提高了高频闭锁距离保护此时的动作速度。因此，高频闭锁距离保护的应用将更为广泛。
*将距离保护与高频闭锁部分结合，构成高频闭锁距离保护，这样，既能在内部故障时加速两侧的距离保护，使其瞬时动作，又能在外部故障时利用高频闭锁信号闭锁两侧保护，同时还具有后备作用，因此，高频闭锁距离保护是目前高压和超高压输电线路上广泛采用的保护之一。
高频闭锁距离保护的构成原理
高频闭锁距离保护主要由起信元件、停信元件和高频通道等组成。短时发信方式的高频闭锁距离保护原理如图6-15′（b ）所示，其各元件作用如下。 （1） 停信元件
其作用是测量故障点的位置，以控制高频发信机在内部故障时停信，通常用Ⅰ、Ⅱ段方向阻抗元件
作为高频闭锁距离保护的停信元件。本例的停信元件采用距离Ⅱ段阻抗继电器。在高频部分退出时，距离保护作为一套完整的三段式距
离保护运行。
（2） 起信元件
它的主要作用是是在故障时起动高频发信机。起信元件的多采用
负序电流或负序、零序复合电流或它们的增量元件；也可以采用第Ⅲ段距离元件作为起信元件；还可以由距离保护本身的起动元件兼任。本例高频闭锁距离保护的起信元件采用第Ⅲ段距离元件。
(a)
?
?
B Z (b)
?6-15' ??????????
(a)?????;(b)?????
????
????
（5）外部故障时
在图6-15′（a）中，当A侧保护的距离Ⅱ段范围以外K3点发生故障时，图6-15′（b）中两侧保护的停信元件ZⅡ均不动作，两侧保护的起信元件ZⅢ均动作，经中间继电器1KM的常闭接点起动两侧发信机发出高频闭锁信号。两侧收信机收到高频闭锁信号后，中间继电器2KM的常闭接点使两侧保护的快速跳闸回路一直闭锁。当A侧保护的距离Ⅱ段范围内K2点发生故障时，图6-15′（b）中两侧保护的起信元件ZⅢ动作，起动本侧的发信机发出高频闭锁信号。此时，A侧停信元件ZⅡ动作，中间继电器1KM动作，停止本侧的发信，做好快速跳闸准备。但B侧保护的停信元件ZⅢ不动作，B侧保护的发信机仍继续发出高频闭锁信号，A、B两侧保护的收信机一直收到高频闭锁信号，中间继电器2KM的常闭接点使两侧保护的快速跳闸回路一直闭锁，两侧断路器不会误跳闸。若故障所在线路的保护或断路器拒动时，本侧保护起后备作用，按tⅡ=0.5s时限跳闸。
（6）内部故障时
当在被保护范围内部可K1点短路时，图6-15′（b）中两侧保护的起信元件ZⅢ动作，起动本侧的发信机发出高频闭锁信号。同时，两侧停信元件ZⅡ动作，起动两侧的1KM，停止两侧发信机的发信，于是两侧保护的收信机收不到高频闭锁信号，两侧2KM的常闭接点接通快速跳闸回路，使两侧保护瞬时动作于跳闸。
a)高频部分退出时
此时，整套距离保护仍保持原有的性能工作。
高频闭锁距离保护减少了测量元件，简化了接线，相对提高了保护的可靠性。其主要缺点是，距离保护检修时，高频保护也必须退出工作，使线路在检修过程中失去保护，目前，高压输电线路的主保护逐渐采用双重化配置，很好的解决了这个问题；另外，系统振荡过程中发生内部故障时，保护的距离Ⅰ、Ⅱ段被闭锁，要以较长的Ⅲ段的动作时间切除故障，国
输电线路纵联保护 2009.06 钟应贵 1、纵联保护的构成 图1输电线路纵联保护结构框图 2、两端功率方向的故障特征 当线路发生区内故障和区外故障时输电线路两端功率方向特征也有很大区别，发生区内故障时两端功率方向为由母线流向线路，两端功率方向相同，同为正方向。发生区外故障时，远故障点端功率由母线流向线路，功率方向为正，近故障点端功率由线路流向母线，功率方向为负两端功率方向相反。 图2双端电源线路区内、区外故障功率方向
3、纵联保护分类 1）按信息通道不同分 a、导引线纵联保护 b、电力线载波纵联保护 c、微波纵联保护 d、光纤纵联保护 2）按保护动作原理分 （1）方向比较式纵联保护。两侧保护装置将本侧的功率方向、测量阻抗是否在规定的方向、区段内的判别结果传送到对侧，每侧保护装置根据两侧的判别结果，区分 是区内故障还是区外故障。这类保护在通道中传送的是逻辑信号，而不是电气量 本身。按照保护判别方向所用的原理可将方向比较式纵联保护分为方向纵联保护 和距离纵联保护。 （2）纵联电流差动保护。这类保护在通道中传送的是电气量，如电流的波形或代表电流相位的信号传送到对侧，每侧保护根据对两侧电流的幅值和相位比较的结果区 分市区内故障还是区外故障。这类故障在每侧都直接比较两侧的电气量。 4、电力线载波通信的构成 图3载波通信示意图 1—阻波器2—耦合电容器3—连接滤波器4—电缆 5—载波收发信机6—接地刀闸 阻波器：阻挡载波电波（高频电波）控制在本线路内，工频电流畅通。 耦合电容器：阻挡工频电流，允许高频电流通过。 连接滤波器：通过所需频带电波，隔离高压电，提高收发信机安全性。 载波收发信机：由继电保护控制发出预定频率的高频信号。通常是在电力系统发生故障保护动作后发出信号。也有采用长期发信，故障时保护动作后停信，或改变信号频率的工作方式。 接地刀闸：当检修连接滤波器时，接通接地刀闸，使耦合电容下端可靠接地。 5、载波通道的工作方式
纵联保护原理 线路的纵联保护是指反应线路两侧电量的保护，它可以实现全线路速动。而普通的反应线路一侧电量的保护不能做到全线速动。纵联差动是直接将对侧电流的相位信息传送到本侧，本侧的电流相位信息也传送到对侧，每侧保护对两侧电流相位就行比较，从而判断出区内外故障。是属于直接比较两侧电量对纵联保护。目前电力系统中运行对这类保护有：高频相差保护、导引线差动保护、光纤纵差保护、微波电流分相差动保护。纵联方向保护：反应线路故障的测量元件为各种不同原理的方向元件，属于间接比较两侧电量的纵联保护。包括高频距离保护、高频负序方向保护、高频零序方向保护、高频突变量方向保护。 先了解一下纵联差动保护： 为实现线路全长范围内故障无时限切除所以必须采用纵联保护原理作为输电线保护。 输电线路的纵联差动保护（习惯简称纵差保护）就是用某种通信通道将输电线两端的保护装置纵向连
接起来，将各端的电气量（电流、功率的方向等）传送到对端,将两端的电气量比较,以判断故障在本线路范围内还是在线路外,从而决定是否切断被保护回路. 纵联差动保护的基本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原理构成的。 高频保护的工作原理：将线路两端的电流相位或功率方向转化为高频信号，然后，利用输电线路本身构成高频电流通道，将此信号送至对端，以比较两端电流的相位或功率方向的一总保护装置。安工作原理的不同可分为两大类：方向高频保护和相差高频保护。 光纤保护也是高频保护的一总原理是一样的只是高频的通道不一样一个事利用输电线路的载波构成通道一个是利用光纤的高频电缆构成光纤通道。光纤通信广泛采用PCM调制方式。这总保护发展很快现在一般的变电站全是光纤的了经济又安全。
纵联保护原理?我们先来瞧一下反映一侧电气量变化得保护有什么不足？ 对于反映单侧电气量变化得M侧保护来说,它无法区分就是本侧线路末端故障还就是下级线路始端故障。所以在保护整定上要将它瞬时段得保护范围限制在全线得7０％~80%左右，也即反映单侧电气量变化得保护不能瞬时切除本线路全长内得故障。 因此,引入了纵联保护,纵联保护就是综合反映线路两侧电气量变化得保护,对本线路全长范围内得故障均能瞬时切除。 为了使保护能够做到全线速动,有效得办法就是让线路两端得保护都能够测量到对端保护得动作信号，再与本侧带方向得保护动作信号比较、判定,以确定就是否为区内故障,若为区内故障,则瞬时跳闸。这样无论在线路得任何一处发生故障,线路两侧得保护都能瞬时动作跳闸。快速性、选择性都得到了保证。?在构成保护上,就是将对侧对故障得判断量传送到本侧,本侧保护经过综合判断,来决定保护就是否应该动作。有将对侧电气量转化为数字信号通过微波通道或光纤传送到本侧进行直接计算(如纵联差动保护)，有将对侧对故障就是否在本线路正方向得判断量通过高频(载波、微波)通道传送到本侧,本侧保护进行综合判别（如纵联方向保护、纵联距离保护等等) 一、实现纵联保护得方式: １、闭锁式:也就就是说收不到高频信号就是保护动作与跳闸得必要条件。一般应用于超范围式纵联保护(所谓超范围即两侧保护得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。 ? ２、允许式:也就就是说收到高频信号就是保护动作与跳闸得必要条件。一般应用于超范围式纵联保护(所谓欠范围即两侧保护得正方向保护范围均超过本线路全长得50%以上,但没有超出本线路全长);高频信号采
一、发电机相间短路的纵联差动保护 将发电机两侧变比和型号相同的电流互感器二次侧图示极性端纵向连接起来，差动继电器KD接于其差回路中，当正常运行或外部 故障时，I1 与 I2 反向流入，KD的电流为1 1 TA I n - 2 2 TA I n = 1 I' - 2 I'≈0 ，故KD不会动作。当在保护 区内K2点故障时， I1与 I2 同向流入，KD的电流为： 1 1 TA I n + 2 2 TA I n = 1 I' + 2 I'=2k TA I n 当2k TA I n 大于KD的整定值时，即 1 I' - (3) max max / unb st unp i k TA I K K f I n = ≠0 ,KD动作。这里需要指出的是：上面的讨论是在理想情况下进行的，实际上两侧的电流互感器的特性（励磁特性、饱和特性）不可能完全一致，误差也不一样，即nTA1≠nTA2，正常运行及外部
故障时， 2 k TA I n ≥Iset ，总有一定量值的电流流入KD, 此电流称为不平衡电流，用Iunb 表示。通常，在发电机正常运行时，此电流很小，当外部故障时，由于短路电流的作用，TA 的误差增大，再加上短路电流中非周期分量的影响，Iunb 增大，一般外部短路电流越大，Iunb 就可能越大，其最大值可达： .min .min .min ()brk brk op ork brk op I I I K I I I >≥≤+ 式中：Kst ——同型系数，取； Kunp ——非周期性分量影响系数，取为1～； fi ——TA 的最大数值误差，取。 为使KD 在发电机正常运行及外部故障时不发生误动作， KD 的动作值必须大于最大平衡电流，即Iop= (Krel 为可靠系数，取）。越大，动作值Iop 就越大，这样就会使保护在发电机内部故障的灵敏度降低。此时，若出现较轻微的内部故障，或内部经比较大的过渡电阻Rg 短路时，保护不能动作。对于大、中型发电机，即使轻微故障也会造成严重后果。为了提高保护的灵敏系数，有必要将差动保护的动作电流减小，要求最小动作电流=（IN 为发电机额定电流），而在任何外部故障时不误动作。显然，图所示的
电动机纵联差动保护 一、比率制动差动保护 （1）电动机二次额定电流 1 n TA I n =? （2）差动保护最小动作电流 I s =K rel (·K cc ·K er +Δm )I n ap K K rel ——可靠系数，取K rel =2 ap K ——外部短路切除引起电流互感器误差增大的系数（非周期分量系数）=2 ap K K cc ——同型系数，电流互感器同型号时取K cc =0.5，不同型号时K cc =1 K er ——电流互感器综合误差取K er =0.1 Δm ——通道调整误差，取Δm =0.01~0.02 I s =2 (2×0.5×0.1+0.02)I n =0.24 I n 一般情况下，取I s =(0.25~0.35)I n ，当不平衡电流较大时，I s =0.4I n （3）确定拐点电流I t 有些装置中拐点电流是固定的，如I t = I n ；当拐点电流不固定时可取I t = (0.5~0.8)I n （4）确定制动特性斜率s 按躲过电动机最大起动电流下差动回路的不平衡电流整定 最大起动电流I st ·max 下的不平衡电流I umb ·max 为 I umb ·max =(·K cc ·K er +Δm ) I st ·max ap K =2，K cc =0.5，K er =0.1，Δm=0.02，I st ·max =K st I n (取I st =10) ap K I umb ·max =(2×0.5×0.1+0.02)10I n =1.2I n 比率制动特性斜率为 t n st s umb rel I I K I I K s ??= ?max K rel =2，当I s =0.3 I n ，I t =0.8 I n ，K st =7 2 1.20.30.3470.8n n n n I I s I I ×?==? 一般取s =0.3~0.5 （5）灵敏系数计算 电动机机端最小两相短路电流为 (2)1 2K L I x x = ?′+ x ′- 电动机供电系统处最小运行方式时折算到S B 基准容量的系统阻抗标幺值 U B - 电动机供电电压级的平均额定电压U B =6.3(10.5)kV X L - 电动机供电电缆折算到S B 基准容量的阻抗标幺值 制动电流(2)res TA 2K I I n =相应的动作电流为
1 纵联保护分类 仅反应线路一侧的电气量不可能区分本线末端和对侧母线（或相邻线始端）故障，只有反应线路两侧的电气量才可能区分上述2点故障，为了达到有选择性地快速切除全线故障的目的。需要将线路一侧电气量的信息传输到另一侧去，也就是说在线路两侧之间发生纵向的联系。这种保护称为输电线的纵联保护。 1．1 按使用通道分类 为了交换信息，需要利用通道。纵联保护按照所利用通道的不同类型可以分为4种（通常纵联保护也按此命名）：导引线纵联保护（简称导引线保护）、电力线载波纵联保护（简称载波保护）、微波纵联保护（简称微波保护）、光纤纵联保护（简称光纤保护）。 1．2 各种传送信息通道的特点 1．2．1 导引线通道。这种通道需要铺设电缆，其投资随线路长度而增加。当线路较长（超过10 km以上）时就不经济了。导引线越长，安全性越低。导引线中传输的是电信号。在中性点接地系统中，除了雷击外，在接地故障时地中电流会引起地电位升高，也会产生感应电压，对保护装置和人身安全构成威胁，也会造成保护不正确动作。所以导引线的电缆必须有足够的绝缘水平（例如15 kV的绝缘水平），从而使投资增大。导引线直接传输交流电量，故导引线保护广泛采用差动保护原理，但导引线的参数（电阻和分布电容）直接影响保护性能，从而在技术上也限制了导线保护用于较长的线路。 1．2．2 电力线载波通道。这种通道在保护中应用最广。载波通道由高压输电线及其加工和连接设备（阻波器、结合电容器及高频收发信机）等组成。高压输电线机械强度大，十分安全可靠。但正是在线路发生故障时通道可能遭到破坏（高频信号衰减增大），为此需考虑在此情况下高频信号是否能有效传输的问题。当载波通道采用“相－地”制，在线路中点发生单相短路接地故障时衰减与正常时基本相同，但在线路两端故障时衰减显著增大。当载波通道采用“相－相”制，在单相短路接地故障时高频信号能够传输，但在三相短路时仍然不能。为此载波保护在利用高频信号时应使保护在本线路故障信号中断的情况下仍 能正确动作。 1．2．3 微波通道。微波通道与输电线没有直接的联系，输电线发生故障时不会对微波通信系统产生任何影响，因而利用微波保护的方式不受限制。微波通信是一种多路通信系统，可以提供足够的通道，彻底解决了通道拥挤的问题。微波通信具有很宽的频带，线路故障时信号不会中断，可以传送交流电的波形。采用脉冲编码调制（PCM）方式可以进一步扩大信息传输量，提高抗干扰能力，也更适合于数字保护。微波通信是理想的通信系统，但是保护专用微波通信设备是不经济的，应当与远动等在设计时兼顾起来。同时还要考虑信号 衰耗的问题。 1．2．4 光纤通道。光纤通道与微波通道有相同的优点。光纤通信也广泛采用（PCM）调制方式。当被保护线路很短时，通过光缆直接将光信号送到对侧，在每半套保护装置中都
采样 相关概念: ?定值中的“CT变比系数”: 将电流一次额定值大的一侧设定为1,小的一侧整定为本侧电流一次额定值与对侧电流一次额定值的比值。 如:本侧CT变比1250/5;对侧2500/1,则本侧CT变比系数整定为0、5,对侧整定为1。 步骤: 本侧CT变比:a/b,对侧CT变比c/d。 ?(1)本侧加电流I1,则对侧显示差流:I1*a*d/b/c。 ?(2)对侧加电流I2,则本侧显示差流:I2*c*b/d/a。 模拟空充 相关概念: ?没有CT断线时差动跳闸需同时满足如下条件: 1、两侧差动保护均投入(控制字+软压板+硬压板) 2、没有通道异常 3、有差流 4、本侧保护启动 5、对侧差动信号,即给本侧发差动允许信号(a、b同时满足) a、有差流 b、对侧分位无流或对侧启动 步骤: ?①对侧分位,本侧合位。本侧加差流,则本侧跳,对侧不跳。 解释: 1、对侧分位无流+有差流->给本侧发允许信号 2、对侧不启动->对侧不跳 ?②本侧分位,对侧合位。对侧加差流,则对侧跳,本侧不跳。 模拟弱馈 相关概念: ?保护启动方式: 1、电流变化量启动 2、零序过流元件启动 3、位置不对应启动(针对偷跳) 4、弱馈启动(针对弱电源侧) 步骤: ?①两侧合位。对侧加一低于正常值电压34V(1、之所以加34V就是为了满足如下两 条:a、满足弱馈条件<65%额定,b、大于33V避开PT断线,2、其实PT断线并不影响弱馈启动,即只要加的电压满足<65%额定即可,也就就是说不加也行。),本侧加差流,则两侧跳。 解释: 1、本侧启动+有差流->给对侧发允许信号
2、对侧弱馈+本侧允许信号->对侧启动(弱馈启动方式) 3、对侧启动+有差流->给本侧发允许信号 ?②两侧合位。本侧加一低于正常值电压34V,对侧加差流,则两侧跳。 模拟远跳 步骤: 方法一: ?①本侧投入“远跳经本侧控制”,本侧合位,对侧点TJR的同时本侧加一启动量,则本侧 跳。(若点的就是ＴＪＲ继电器,则对侧也跳,但保护装置跳闸灯不亮。若点的就是保护装置的TJR开入,则对侧开关不跳。) ?②对侧投入“远跳经本侧控制”,对侧合位,本侧点TJR的同时对侧加一启动量,则对侧 跳。 (注:因TJR与启动量需要时间上的配合,较难把握,可采用如下简便方法。) 方法二: ?①本侧退出“远跳经本侧控制”,本侧合位,对侧点TJR,本侧跳。 ?②对侧退出“远跳经本侧控制”,对侧合位,本侧点TJR,对侧跳。 简化整组联调实用版步骤: 一、前提: 1、“通道异常”灯熄灭,两侧主保护投入(控制字+软压板+硬压板)。 2、给两套主保护并上电压、串上电流。 二、采样 本侧CT变比:a/b,对侧CT变比c/d。 (1)本侧加电流I1,则对侧显示差流:I1*a*d/b/c。 (2)对侧加电流I2,则本侧显示差流:I2*c*b/d/a。 三、模拟空充 ①对侧分位,本侧合位。本侧加差流,则本侧跳,对侧不跳。 ②本侧分位,对侧合位。对侧加差流,则对侧跳,本侧不跳。 模拟弱馈 ①两侧合位。对侧加一小于65%额定电压,本侧加差流,则两侧跳。 ②两侧合位。本侧加一小于65%额定电压,对侧加差流,则两侧跳。 四、模拟远跳 方法一: ①本侧投入“远跳经本侧控制”,本侧合位,对侧点TJR的同时本侧加一启动量,则本侧跳。 ②②对侧投入“远跳经本侧控制”,对侧合位,本侧点TJR的同时对侧加一启动量,则对侧跳。方法二(较简单): ①本侧退出“远跳经本侧控制”,本侧合位,对侧点TJR,本侧跳。 ②对侧退出“远跳经本侧控制”,对侧合位,本侧点TJR,对侧跳。 ③两侧恢复“远跳经本侧控制”。
纵联保护方式比较分析 摘 要 对纵联保护进行了分类，分析了各类纵联保护的原理、技术特点和工作方式，并比较了各类纵联保护的优缺点。 关键词 纵联保护分类 工作方式 1 纵联保护分类 仅反应线路一侧的电气量不可能区分本线末端和对侧母线（或相邻线始端）故障，只有反应线路两侧的电气量才可能区分上述2点故障，为了达到有选择性地快速切除全线故障的目的。需要将线路一侧电气量的信息传输到另一侧去，也就是说在线路两侧之间发生纵向的联系。这种保护称为输电线的纵联保护。 1．1 按使用通道分类 为了交换信息，需要利用通道。纵联保护按照所利用通道的不同类型可以分为4种（通常纵联保护也按此命名）：导引线纵联保护（简称导引线保护）、电力线载波纵联保护（简称载波保护）、微波纵联保护（简称微波保护）、光纤纵联保护（简称光纤保护）。 1．2 各种传送信息通道的特点 1．2．1 导引线通道。这种通道需要铺设电缆，其投资随线路长度而增加。当线路较长（超过10 km以上）时就不经济了。导引线越长，安全性越低。导引线中传输的是电信号。在中性点接地系统中，除了雷击外，在接地故障时地中电流会引起地电位升高，也会产生感应电压，对保护装置和人身安全构成威胁，也会造成保护不正确动作。所以导引线的电缆必须有足够的绝缘水平（例如15 kV的绝缘水平），从而使投资增大。导引线直接传输交流电量，故导引线保护广泛采用差动保护原理，但导引线的参数（电阻和分布电容）直接影响保护性能，从而在技术上也限制了导线保护用于较长的线路。 1．2．2 电力线载波通道。这种通道在保护中应用最广。载波通道由高压输电线及其加工和连接设备（阻波器、结合电容器及高频收发信机）等组成。高压输电线机械强度大，十分安全可靠。但正是在线路发生故障时通道可能遭到破坏（高频信号衰减增大），为此需考虑在此情况下高频信号是否能有效传输的问题。当载波通道采用“相－地”制，在线路中点发生单相短路接地故障时衰减与正常时基本相同，但在线路两端故障时衰减显著增大。当载波通道采用“相－相”制，在单相短路接地故障时高频信号能够传输，但在三相短路时仍然不能。为此载波保护在利用高频信号时应使保护在本线路故障信号中断的情况下仍能正确动作。 1．2．3 微波通道。微波通道与输电线没有直接的联系，输电线发生故障时不会对微波通信系
纵联保护原理 我们先来看一下反映一侧电气量变化的保护有什么不足？ 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。 为了使保护能够做到全线速动，有效的办法是让线路两端的保护都能够测量到对端保护的动作信号，再与本侧带方向的保护动作信号比较、判定，以确定是否为区内故障，若为区内故障，则瞬时跳闸。这样无论在线路的任何一处发生故障，线路两侧的保护都能瞬时动作跳闸。快速性、选择性都得到了保证。 在构成保护上，是将对侧对故障的判断量传送到本侧，本侧保护经过综合判断，来决定保护是否应该动作。有将对侧电气量转化为数字信号通过微波通道或光纤传送到本侧进行直接计算（如纵联差动保护），有将对侧对故障是否在本线路正方向的判断量通过高频（载波、微波）通道传送到本侧，本侧保护进行综合判别（如纵联方向保护、纵联距离保护等等） 一、实现纵联保护的方式： 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。 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。
1两侧差动保护联调试验 1.1本试验只针对差动保护，应将距离、零序保护的压板断开。 1.2专用光纤通道 1.2.1光功率与光衰耗测试。 两侧分别在保护的光发送口（在保护装置的光发送插件背板处旋开尾纤，在3#插件背板尾纤插座上插入光功率计）测量发送功率，将接收端尾纤插头插入光功率计测量接收功率，本侧发送功率与对侧的接收功率差即光通道的衰耗，两个方向的光衰耗之差应小于2—3dB并记录备案，否则应查明原因。 1.2.2收信灵敏度和裕度的确认：装置的发信光功率为-7dB，接收光功率正常出厂为-35dB，通道裕度不小于6dB，则接收电平不得小于-29dB，即允许最大衰耗为35-7-6=22dB（当线路较长时，可通过取消插件内部的跳线L4将接收光功率整定在-40dB）。 1.2.3单相故障联动试验： 本侧断路器在合闸位置，对侧断路器在断开位置，本侧模拟单相故障，则本侧差动保护动作跳开本侧断路器。 两侧断路器在合闸位置，两侧分别进行如下试验：一侧模拟单相故障同时另一侧在模拟相电压降低到额定电压90％以下，则差动保护瞬时动作跳开两侧断路器，然后单相重合。 1.2.4相间故障联动试验。 两侧断路器在合闸位置，两侧分别进行如下试验：一侧模拟相间故障的同时另一侧三相电压正常，则差动保护不动作；两侧断路器在合闸位置，一侧模拟相间故障的同时另一侧模拟故障相电压降低至额定相电压的90％以下的条件，则两侧差动保护同时动作跳开本侧的断路器。 1.2.5如采用两套PSL-603保护，应检查光纤信号不能交叉，做其中一套保护联调时应关闭另一套保护的电源。 1.3复用PCM（光纤接口） 1.3.1光功率与光衰耗测试。 在保护的光发送口测量发送功率P1，在保护的光接收口测量接收功率P2；在光电转换器的光发送口测量发送功率P4，在光电转换器的光接收口测量接收功率P 3。保护发送功率与光电转换器的接收功率差(P1-P3)即保护至光电转换器的光衰耗，光电转换器发送功率与的保护接收功率差(P4-P2)即光电转换器至保护的光衰耗，如下图所示。两个方向的光衰耗之差应小于2-3dB并记录备案，否则应查明原因。光电转换器输出的64kbit/s音频信号以后的环节由通讯专业负责。 允许信号的含义是：本侧保护启动，收到对侧的信号，则保护动作出口。允许式保护不能收自己的信号，只能收对侧的信号。
采样 相关概念： 定值中的“CT变比系数”： 将电流一次额定值大的一侧设定为1，小的一侧整定为本侧电流一次额定值与对侧电流一次额定值的比值。 如：本侧CT变比1250/5；对侧2500/1，则本侧CT变比系数整定为，对侧整定为1。 步骤： 本侧CT变比：a/b，对侧CT变比c/d。 （1）本侧加电流I1，则对侧显示差流：I1*a*d/b/c。 （2）对侧加电流I2，则本侧显示差流：I2*c*b/d/a。 模拟空充 相关概念： 没有CT断线时差动跳闸需同时满足如下条件： 1、两侧差动保护均投入（控制字+软压板+硬压板） 2、没有通道异常 3、有差流 4、本侧保护启动 5、对侧差动信号，即给本侧发差动允许信号（a、b同时满足） a、有差流 b、对侧分位无流或对侧启动 步骤： ①对侧分位，本侧合位。本侧加差流，则本侧跳，对侧不跳。 解释： 1、对侧分位无流+有差流->给本侧发允许信号 2、对侧不启动->对侧不跳 ②本侧分位，对侧合位。对侧加差流，则对侧跳，本侧不跳。
模拟弱馈 相关概念： 保护启动方式： 1、电流变化量启动 2、零序过流元件启动 3、位置不对应启动（针对偷跳） 4、弱馈启动（针对弱电源侧） 步骤： ①两侧合位。对侧加一低于正常值电压34V（1、之所以加34V是为了满足如下两条： a、满足弱馈条件<65%额定， b、大于33V避开PT断线，2、其实PT断线并不影响 弱馈启动，即只要加的电压满足<65%额定即可，也就是说不加也行。），本侧加差流，则两侧跳。 解释： 1、本侧启动+有差流->给对侧发允许信号 2、对侧弱馈+本侧允许信号->对侧启动（弱馈启动方式） 3、对侧启动+有差流->给本侧发允许信号 ②两侧合位。本侧加一低于正常值电压34V，对侧加差流，则两侧跳。 模拟远跳 步骤： 方法一： ①本侧投入“远跳经本侧控制”，本侧合位，对侧点TJR的同时本侧加一启动量， 则本侧跳。（若点的是ＴＪＲ继电器，则对侧也跳，但保护装置跳闸灯不亮。若点的是保护装置的TJR开入，则对侧开关不跳。） ②对侧投入“远跳经本侧控制”，对侧合位，本侧点TJR的同时对侧加一启动量， 则对侧跳。 （注：因TJR与启动量需要时间上的配合，较难把握，可采用如下简便方法。）
一、发电机相间短路的纵联差动保护 将发电机两侧变比和型号相同的电流互感器二次侧图示极性端纵向连接起来，差动继电器KD 接于其差回路中，当正常运行或外部故障时，I 1 与 I 2 反向流入，KD 的电流为 11TA I n - 22 TA I n =1I ' - 2I ' ≈0 ，故KD 不会动作。当在保护 区内K2点故障时， I1与 I2 同向流入，KD 的电流为： 11TA I n + 22TA I n =1I ' + 2I '=2k TA I n 当 2k TA I n 大于KD 的整定值时，即 1I ' - (3)max max /unb st unp i k TA I K K f I n =≠0 ,KD 动作。这里需要指出的是：上面的讨论是在理想情况下进行的，实际上两侧的电流互感器的特性（励磁特性、饱和特性）不可能完全一致，误差也不一样，即nTA1≠nTA2，正常运行及外部故障时， 2k TA I n ≥I set ，总有一定量值的电流流入KD, 此电流称为不平衡电流，用Iunb 表示。通常，在发电机正常运行时，此电流很小，当外部故障时，由于短路电流的作用，TA 的误差增大，再加上短路电流中非周期分量的影响，Iunb 增大，一般外部短路电流越大，Iunb 就可能越大，其最大值可达： .min .min .min ()brk brk op ork brk op I I I K I I I >≥≤+ 式中：Kst ——同型系数，取； Kunp ——非周期性分量影响系数，取为1～； fi ——TA 的最大数值误差，取。 为使KD 在发电机正常运行及外部故障时不发生误动作， KD 的动作值必须大于最大平衡电流，即Iop= (Krel 为可靠系数，取）。越大，动作值Iop 就越大，这样就会使保护在发电机内部故障的灵敏度降低。此时，若出现较轻微的内部故障，或内部经比较大的过渡电阻Rg 短路时，保护不能动作。对于大、中型发电机，即使轻微故障也会造成严重后果。为了提高保护的灵敏系数，有必要将差动保护的动作电流减小，要求最小动作电流=（IN 为发电机额定电流），而在任何外部故障时不误动作。显然，图所示的差动保护整定的动作电流已大于额定电流，无法满足这种要求。 具有比率制动特性的差动保护 保护的动作电流Iop 随着外部故障的短路电流而产生的Iunb 的增大而按比例的线性增大，且比Iunb 增大的更快，使在任何情况下的外部故障时，保护不会误动作。这是把外部故障
输电线纵联保护 §4－1 输电线纵联差动保护 一、基本原理： 1.反应单侧电气量保护的缺陷： ∵无法区分本线路末端短路与相邻线路出口短路。∴无法实现全线速动。 原因：（1）电气距离接近相等。（2）继电器本身测量误差。 （3）线路参数不准确。 (4)LH、YH有误差。 （5）短路类型不同。（6）运行方式变化等。 2. 输电线路纵联差动保护： （1）输电线路的纵联保护：（P129 第二自然段）。 （2）导引线纵联差动保护： 用导引线传送电流（大小或方向），根据电流在导引线中的流动情况， 可分为环流式和均压式两种。（P131 图4-2）自学。 （注意图中隔离变压器GB的极性） 例：环流法构成了导引线纵联保护： 线路两侧装有相同变比的LH 正常或区外短路：Im1=-In1 ∴Im2=-In2 I J=Im2+In2=0 J不动 区内短路：I J=Im2+In2=（Im1+ In1）/n LH = I d/ n LH > I d z ( 同时跳两侧DL)←J动作 可见纵联差动保护的范围是两侧LH之间，理论上具有绝对选择性可实现全线速动。但它只适用于< 5～7公里的短线路。若用于长线路技术上有困难且经济上不合理。 （P136 标题2） 它在发电机、变压器、母线保护中应用得更广泛（后述） 3. 纵联保护信号传输方式： （1）辅助导引线（2）电力线载波：高频保护（3）微波：微波保护（4）光纤：光纤保护 1
2 §4-2 输电线的高频保护 一、 高频保护概述： 高频保护的定义：（P136） 分类：按照工作原理分两大类，方向高频保护和相差高频保护。 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。 二、 高频通道的构成： 有“相-相”和“相-地”两种连接方式 ∨ “我国广泛运用” 构成示意图P137 图4-7 1. 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。 2．结合电容器 带通滤波器 ①通高频、阻工频 3．连接滤波器 ②阻抗匹配 4．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。 5．高频收、发信机 三、 高频通道工作方式及高频信号的应用： 无高频电流是信号 1． 高频通道的工作方式 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） 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） 另：改变频率也是一种信号。 2．高频信号的分类及应用 有高频电流是信号 按高频信号的应用分三类：跳闸信号、允许信号、闭锁信号 （1） 跳闸信号 （2） 允许信号 “与”门：高频信号是跳闸的必要条件 (3) 闭锁信号：
4.7 图4—30所示系统，线路全部配置闭锁式方向比较纵联保护，分析在K点短 路时各端保护方向元件的动作情况，各线路保护的工作过程及结果。 ?? 答：当短路发生在B—C线路的K处时，保护2、5的功率方向为负，闭锁信号 持续存在，线路A—B上保护1、2被保护2的闭锁信号闭锁，线路A—B两侧 均不跳闸；保护5的闭锁信号将C—D线路上保护5、6闭锁，非故障线路保护不跳闸。故障线路B—C上保护3、4功率方向全为正，均停发闭锁信号，它们 判定有正方向故障且没有收到闭锁信号，所以会立即动作跳闸，线路B—C被切除。 答：根据闭锁式方向纵联保护，功率方向为负的一侧发闭锁信号，跳闸条件是本 端保护元件动作，同时无闭锁信号。1保护本端元件动作，但有闭锁信号，故不 动作；2保护本端元件不动作，收到本端闭锁信号，故不动作；3保护本端元件 动作，无闭锁信号，故动作；4保护本端元件动作，无闭锁信号，故动作；5保 护本端元件不动作，收到本端闭锁信号，故不动作；6保护本端元件动作，但有 闭锁信号，故不动作。 4.10 图4—30所示系统，线路全部配置闭锁式方向比较纵联保护，在K点短路时，若A—B和B—C线路通道同时故障，保护将会出现何种情况？靠什么保护 动作切除故障？ ?? 答：在图4—30所示系统中K点短路时，保护2、5的功率方向为负，其余保护的功率方向全为正。3、4之间停发闭锁信号，5处保护向6处发闭锁信号，2处 保护向1处发闭锁信号。由于3、4停发闭锁信号且功率方向为正，满足跳闸条件，因此B—C通道的故障将不会阻止保护3、4的跳闸，这正是采用闭锁式保 护的优点。C—D通道正常，其线路上保护5发出的闭锁信号将保护6闭锁，非 故障线路C—D上保护不跳闸。2处保护判定为反方向不满足跳闸条件，并且发 闭锁信号，由于A—B通道故障，2处保护发出的闭锁信号可能无法传到1处， 而保护1功率方向为正，将会导致1处的保护误动作；不过非故障线路的载波通 道故障率远远低于故障线路，这也是广泛采用闭锁式载波纵联保护的原因。 4.12 输电线路纵联电流差动保护在系统振荡、非全相运行期间，会否误动，为 什么？ 答：系统振荡时，线路两侧通过同一个电流，与正常运行及外部故障时的 情况一样，差动电流为量值较小的不平衡电流，制动电流较大，选取适当的制动 特性，就会保证不误动作。非全相运行时，线路两侧的电流也为同一个电流，电 流纵联差动保护也不误动作。
第四节 变压器纵联差动保护 一、变压器纵联差动保护的原理 纵联差动保护是反应被保护变压器各端流入和流出电流的相量差。对双绕组变压器实现纵差动保护的原理接线如下图所示。 为了保证纵联差动保护的正确工作，应使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等，差回路电流为零。在保护范围内故障时，流入差回路的电流为短路点的短路电流的二次值，保护动作。 应使 22112 2 TA TA n I n I I I ‘’‘‘’‘=== 或 T TA TA n I I n n ==‘’‘1 1 12 结论： 适当选择两侧电流互感器的变比。 纵联差动保护有较高的灵敏度。 二、变压器纵联差动保护在稳态情况下的不平衡电流及减小不平衡电流的措施 在正常运行及保护范围外部短路稳态情况下流入纵联差动保护差回路中的电流叫稳态不平衡电流I bp 。 1．由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流 思考：由于变压器常常采用Y ,dll 的接线方式, 因此, 其两侧电流的相位差30o。此时，如果两侧的电流互感器仍采用通常的接线方式，则二次电流由于相位不同，会有一个差电流流入继电器。如何消除这种不平衡电流的影响？ 解决办法：通常都是将变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形。
2．由两侧电流互感器的误差引起的不平衡电流 思考：变压器两侧电流互感器有电流误差△I ，在正常运行及保护范围外部故障时流入差回路中的电流不为零，为什么？ 为什么在正常运行时，不平衡电流也很小 ？ 为什么当外部故障时，不平衡电流增大？ 原因：电流互感器的电流误差和其励磁电流的大小、二次负载的大小及励磁阻抗有关， 而励磁阻抗又与铁芯特性和饱和程度有关。 当被保护变压器两侧电流互感器型号不同，变比不同，二次负载阻抗及短路电流倍数不同时都会使电流互感器励磁电流的差值增大。 减少这种不平衡电流影响的措施： （1）在选择互感器时，应选带有气隙的D 级铁芯互感器，使之在短路时也不饱和。 （2）选大变比的电流互感器，可以降低短路电流倍数。 （3）在考虑二次回路的负载时，通常都以电流互感器的10％误差曲线为依据，进行导线截面校验，不平衡电流会更小。最大可能值为： tx TA max .d bp K n I 0.1 I = 3．由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流 思考：两侧的电流互感器、变压器是不是一定满足 T 1TA 2 TA n 3 n n = 或 T 1TA 2 TA n n n =的关系？ 原因：很难满足上述关系。
第四章 输电线路纵联保护
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）。
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。
输电线路纵联保护结构框图 在设备的“纵向”之间，进行信号交换 横向关系通信设备通信设备 通信通道 继电保护装置 继电保护装置 TA TA TV TV (如：横向故障)
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波光纤 ? ???? 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。 通道(信号交换手段)
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）。
继电保护原理-学习指南 简答题 1.零序电流灵敏I段与零序电流不灵敏I段的区别是什么？分别在哪种情况下起作用？ 2.变压器纵差动保护动作电流的整定原则是什么？ 3.通常采用什么措施来提高3/2断路器接线母线保护的可信赖性？ 4.零序保护的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段的保护范围是怎样划分的? 5.何谓三段式电流保护？其各段是怎样获得动作选择性的？ 6.高频通道的主要组成元件及其作用是什么？ 7.什么是纵联保护？纵联保护包括哪几部分？ 8.功率方向继电器的接线方式有哪些要求？ 9.何为潜供电流？它对于单相重合闸动作时间有何影响？ 10.什么是电动机自起动？如果在过电流保护中不考虑电动机自起动系数，会出现什么问题？ 11.什么是重合闸后加速？有何优缺点？ 12.母差回路是怎样构成的？ 13.电力系统振荡对距离保护有什么影响？ 14.高频通道的主要组成元件及其作用是什么？ 15.对继电保护装置有哪些基本要求？ 16.画出方向阻抗继电器的特性圆，并说明方向阻抗继电器的特点？ 17.零序电流灵敏I段与零序电流不灵敏I段的区别是什么？分别在那种情况下起作用？ 18.何为系统最大/最小运行方式？在电流保护整定/校验时各选择那种方式？ 19.三段式保护为何不能瞬时保护线路全长？ 20.大接地电流系统、小接地电流系统中单相接地故障时的电流电压有什么特点？相应的保护怎样配置？ 21.保护装置由哪三部分构成？它们的作用分别是什么？ 22.什么叫线路的纵联保护？ 23.高频闭锁方向保护动作跳闸的条件是什么？如果通道遭到破坏，当内部故障和外部故障时，保护的工作会受到何影响？ 24.变压器纵差保护中的不平衡电流包括哪些？ 25.大型变压器的主要故障有哪些？通常装设的保护有哪些? 26.闭锁式方向高频保护中采用负序功率方向继电器有何优点？ 27.中性点直接接地系统为什么不利用三相相间电流保护兼作零序电流保护，而要采用零序电流保护？ 28.变压器励磁涌流有何特点?在变压器差动保护中是怎么利用涌流的这些特点来消除涌流对差动保护的影响？ 29.零序功率方向继电器的最灵敏角与相间方向继电器的最灵敏角是否相同？为
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
第六章 线路的纵联保护 第一节 纵联保护的基本原理 根据电流、电压和阻抗原理构成的系统保护，都是从线路靠近电源的一侧测量各种状态下的电气量，由于测量误差等原因，它们不能准确判断发生在本线路末端和下一线路出口的故障，为了保证选择性，只能缩小保护范围，在此范围内，保护可以瞬时动作，如电流和距离Ⅰ段。为了切除全线范围内的故障，必须另外增设保护，如电流和距离Ⅱ段，同样由于误差的原因，保护范围必然延伸到下一线路，与下一线路保护的保护范围交叉重叠，为了保证选择性，只有延时保护动作，使切除全线路范围内故障的时间延长。对于电力系统的重要线路和大容量高电压以及超高压线路，为了保证系统并列运行的稳定性和减小故障的损害程度，对保护的速动性提出了更高的要求，必须瞬时切除全线路范围内的故障。线路的纵联保护可以满足要求。 纵联保护是同时比较线路两侧电气量的变化而进行工作的。因此，在被保护范围内任何地点发生短路时，纵联保护都能瞬时动作。 根据两侧电气量传输方式的不同，纵联保护主要分为导引线纵联保护（简称导引线保护）、电力线载波保护（简称高频保护）、微波纵联保护（简称微波保护）、光纤纵联保护（简称光纤保护）。 第二节 线路的导引线保护 一、 导引线保护的基本原理 导引线保护是通过比较被保护线路始端和末端电流幅值、相位进行工作的。为此，应在线路两侧装设变比、特性完全相同的差动保护专用电流互感器TA ，将两侧电流互感器二次绕组的同极性端子用辅助导引线纵向相连构成导引线保护的电流回路，差动继电器KD 并接在电流互感器的二次端子上，使正常运行时电流互感器二次侧电流在该回路中环流，根据基 尔霍夫电流定律，流入差动继电器KD 的电流KD I 等于零，如图6-1（a ）所示。通常称此连接方法为环流法，将环流法接线构成的保护称为导引线保护。 根据以上接线原理，对图6-1所示导引线保护原理进行分析。 当线路正常运行或外部k 点短路时，通过差动继电器KD 的电流为 022 TA TA ..KD n I n I I I I ⅠⅠⅠⅠ （6-1）