第4章输电线路纵联保护
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第四章纵联保护n
将线路两端电流互感器二次电流直接通过专门铺 设的导引线传送至对端保护二次回路，成为导引 线纵联保护。 特点： 信息无须加工，直接传送至对端，因而基本不存在同步 问题 保护原理一般采用电流差动原理，故也称导引线差动保 护。 简单可靠，不受系统运行方式影响，不受振荡影响
当用于输电线路时，采用如下两种接线方式：
传输效率低、高频信 号衰减大、受干扰也 大。但高频加工设备 省掉一半，造价便宜
与输电线路结合紧密，传 输效率高，但用的高频加 工设备多，造价高。
（二）电力线载波通道特点
工作带宽窄：50-400kHz。过低易受工频干扰，过高衰 耗太大 无中继通信距离长。可达几百公里。 经济方便，无须铺设其他信道，可与输电线路同步建设。 通信速率低，仅适合传送逻辑信号。因而适合于纵联方 向、纵联距离、纵联相差动保护。
阻波器
频率特性
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。
结合电容器的容量很 小，对工频电流有很 大的阻抗，能阻止工 频电流侵入高频收发 信机，而对高频电流， 则阻抗很小，高频电 流可以顺利通过。
• 带通滤波器 ①通高频、阻工频 ②阻抗匹配：输电线路波阻抗约400Ω，高频 电缆波阻抗约100 Ω
原理接线图 A 灵敏度高 灵敏度低 功率方向元件 极化继电器：只有工作线圈单独通电时动作 外部故障
(B)
1起动 A端 2起动
1起动 B端 2起动
发闭锁信号 4的常闭触点 停发信号 3动作 4触点打开 5工作线圈通电 4的常闭触点 发闭锁 两端5制动 信号 线圈通电 3不动作
A
(B)
内部故障
φ
I M
当用于输电线路时，采用如下两种接线方式：
传输效率低、高频信 号衰减大、受干扰也 大。但高频加工设备 省掉一半，造价便宜
与输电线路结合紧密，传 输效率高，但用的高频加 工设备多，造价高。
（二）电力线载波通道特点
工作带宽窄：50-400kHz。过低易受工频干扰，过高衰 耗太大 无中继通信距离长。可达几百公里。 经济方便，无须铺设其他信道，可与输电线路同步建设。 通信速率低，仅适合传送逻辑信号。因而适合于纵联方 向、纵联距离、纵联相差动保护。
阻波器
频率特性
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。
结合电容器的容量很 小，对工频电流有很 大的阻抗，能阻止工 频电流侵入高频收发 信机，而对高频电流， 则阻抗很小，高频电 流可以顺利通过。
• 带通滤波器 ①通高频、阻工频 ②阻抗匹配：输电线路波阻抗约400Ω，高频 电缆波阻抗约100 Ω
原理接线图 A 灵敏度高 灵敏度低 功率方向元件 极化继电器：只有工作线圈单独通电时动作 外部故障
(B)
1起动 A端 2起动
1起动 B端 2起动
发闭锁信号 4的常闭触点 停发信号 3动作 4触点打开 5工作线圈通电 4的常闭触点 发闭锁 两端5制动 信号 线圈通电 3不动作
A
(B)
内部故障
φ
I M
第4章 输电线路纵联保护
第四章 输电线路纵联保护 Pilot Protection for Transmission Lines
4.1 输电线路纵联保护概述 4.1.1 引言
电流保护和距离保护，其测量信息均取自输电线路的一侧，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。 输电线路的纵联保护，就是用某种通信通道将输电线两端或各端 的保护装置纵向连接起来，进行各端电气量的比较，以判断故障 在本线路范围内或外，从而决定是否动作。 图4.1
4.4 纵联电流差动保护
4.4.3 纵联 电流相位 差动保护
1、原理：
相差高频保护的构成
I 1、故障启动发信元件：不对称短路I 2I 和对称短路I -低定值 II 2、启动跳闸元件：I 2II 和I -高定值 +KI -以其正半波发高频电流 3、发信元件操作元件：I
1
2
4、收信比较时间t3元件
动作方程
I K I I I I m n m n op 0
4.4 纵联电流差动保护
4.4.2 两侧电流的同步测量 GPS 图4.23
1、纵联电流差动保护对传输容量和传输速度（数据同步）要求很高， 电力载波通道不能满足要求，一般用于短线和发电机、变压器、母线 上； 2、在微波、光纤和GPS技术成熟时，才在远距离线路上获得应用.
4.2.2 电力线载波通讯
2、电力线载波通道的特点
优点：
（1）无中继，通讯距离长； （2）经济、使用方便； （3）工程施工比较简单。 缺点： （1）易受高压线路的干扰； （2）速率低，难于满足纵联电流差动保护实时的要求。一般用来传递 状态信号，用于构成方向比较式纵联保护和电流相位比较式纵联保 护
4.2.2 电力线载波通讯
4.1 输电线路纵联保护概述 4.1.1 引言
电流保护和距离保护，其测量信息均取自输电线路的一侧，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。 输电线路的纵联保护，就是用某种通信通道将输电线两端或各端 的保护装置纵向连接起来，进行各端电气量的比较，以判断故障 在本线路范围内或外，从而决定是否动作。 图4.1
4.4 纵联电流差动保护
4.4.3 纵联 电流相位 差动保护
1、原理：
相差高频保护的构成
I 1、故障启动发信元件：不对称短路I 2I 和对称短路I -低定值 II 2、启动跳闸元件：I 2II 和I -高定值 +KI -以其正半波发高频电流 3、发信元件操作元件：I
1
2
4、收信比较时间t3元件
动作方程
I K I I I I m n m n op 0
4.4 纵联电流差动保护
4.4.2 两侧电流的同步测量 GPS 图4.23
1、纵联电流差动保护对传输容量和传输速度（数据同步）要求很高， 电力载波通道不能满足要求，一般用于短线和发电机、变压器、母线 上； 2、在微波、光纤和GPS技术成熟时，才在远距离线路上获得应用.
4.2.2 电力线载波通讯
2、电力线载波通道的特点
优点：
（1）无中继，通讯距离长； （2）经济、使用方便； （3）工程施工比较简单。 缺点： （1）易受高压线路的干扰； （2）速率低，难于满足纵联电流差动保护实时的要求。一般用来传递 状态信号，用于构成方向比较式纵联保护和电流相位比较式纵联保 护
4.2.2 电力线载波通讯
电力系统继电保护 第四章输电线路的纵联保护
只有在两端保护的I段有重叠区时才能实现全线速动。
3 微波通信
频段为300~30000MHz，超短波的无线电波，频带宽，信息传输容量大，传 输距离不超过40~60km；距离较远时，要装设微波中继站，以增强和传递微 波信号。通信速率快，可用于纵联电流差动原理的保护。
4 光纤通信
1.光纤通信的构成
光发射机、光纤、中继器和光接收机。
（2）正常时有高频电流方式（长时发信） 在正常工作条件下发信机始终处于发信状态，沿高 频通道传送高频电流。
优点：高频通道部分经常处于监视的状态，可靠性高；且无 需收、发信机启动元件，简化装置。 缺点：经常处于发信状态，增加了对其他通信设备的干扰时 间；也易受外界高频信号干扰，应具有更高的抗干扰能力。
（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
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。
纵联保护：用某种通信信道将输电线 路两端的保护装置纵向联结起来，将 一端电气量（电流、功率方向等）传 到对端进行比较，判断故障在本线路 范围内还是范围之外，从而决定是否 切除被保护线路。
根据通道的构成，输电线路载波通信分为： “相-相”式 连接在两相导线之间 “相-地”式 连接在输电线一相导线和大地之间
1、输电线路载波通信的构成
继电
部分
G R
输电线路
高频阻波器 耦合电容器
连接滤波器 高频电缆
G 高频通道部分 R
接 地 开 关
继电
部分
(1)阻波器：阻波器是由 一电感线圈与可变电容器 并联组成的回路。当并联 谐振时，它所呈现的阻抗 最大（1000Ω以上），利 用这一特性，使其谐振频 率为所用的载波频率。这 样的高频信号就被限制在 被保护输电线路的范围以 内，而不能穿越到相邻线 路上去。但对工频电流而 言，阻波器仅呈现电感线 圈的阻抗，数值很小（约 为0.04Ω左右），并不影 响它的传输。
3 微波通信
频段为300~30000MHz，超短波的无线电波，频带宽，信息传输容量大，传 输距离不超过40~60km；距离较远时，要装设微波中继站，以增强和传递微 波信号。通信速率快，可用于纵联电流差动原理的保护。
4 光纤通信
1.光纤通信的构成
光发射机、光纤、中继器和光接收机。
（2）正常时有高频电流方式（长时发信） 在正常工作条件下发信机始终处于发信状态，沿高 频通道传送高频电流。
优点：高频通道部分经常处于监视的状态，可靠性高；且无 需收、发信机启动元件，简化装置。 缺点：经常处于发信状态，增加了对其他通信设备的干扰时 间；也易受外界高频信号干扰，应具有更高的抗干扰能力。
（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
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。
纵联保护：用某种通信信道将输电线 路两端的保护装置纵向联结起来，将 一端电气量（电流、功率方向等）传 到对端进行比较，判断故障在本线路 范围内还是范围之外，从而决定是否 切除被保护线路。
根据通道的构成，输电线路载波通信分为： “相-相”式 连接在两相导线之间 “相-地”式 连接在输电线一相导线和大地之间
1、输电线路载波通信的构成
继电
部分
G R
输电线路
高频阻波器 耦合电容器
连接滤波器 高频电缆
G 高频通道部分 R
接 地 开 关
继电
部分
(1)阻波器：阻波器是由 一电感线圈与可变电容器 并联组成的回路。当并联 谐振时，它所呈现的阻抗 最大（1000Ω以上），利 用这一特性，使其谐振频 率为所用的载波频率。这 样的高频信号就被限制在 被保护输电线路的范围以 内，而不能穿越到相邻线 路上去。但对工频电流而 言，阻波器仅呈现电感线 圈的阻抗，数值很小（约 为0.04Ω左右），并不影 响它的传输。
04 输电线路纵联保护
4.3.3 闭锁式距离纵联保护的构成
¾ 本线路故障： ZIII启动发信； ZII判断为正方向，启动停信；两侧均未收到高频闭锁信号
而跳闸。
4.3.3 闭锁式距离纵联保护的构成
¾ 外部故障： ZIII启动发信； ZII判断为反方向，不停信；两侧均收到高频闭锁信号而不
跳闸。
闭锁式距离纵联保护中的III段定时限距 具有为线路远端母线和相邻元件的远后备 能力。
它是以由短路功率为负的一侧发出高频闭 锁信号，这个信号被两端的收信机所接收，而 把保护闭锁。故称高频闭锁方向保护。
这种按闭锁信号构成的保护只在非故障线 路上才传送高频信号，而在故障线路上并不传 送高频信号。因此，在故障线路上由于短路使 高频通道可能遭到破坏时，并不会影响保护的 正确动作。
高频闭锁信号由非故障线的近故障点侧保 护发出。
4.4 纵联电流差动保护 4.4.1 纵联电流差动保护原理
线路两侧装有相同变比的TA
由于两侧电流互感器励磁特性不同，正常 运行及外部故障时流过的短路电流反映至二 次侧大小会不相同。此电流差称为不平衡电 流。
4.4 纵联电流差动保护
4.4.1 纵联电流差动保护原理
不平衡电流的值可计算为：
Iunb = 0.1Kst Knp Ik max
两侧电流相位差00
两侧电流相位差1800
4.1 输电线路纵联保护概述
4.1.2 输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析
两端测量阻抗的特征（距离纵联保护） (以II段距离为启动元件，采用方向阻抗特性）
区内故障：两侧测量阻抗均为短路阻抗 区外故障：两侧测量阻抗均为短路阻抗，但一侧 为反方向 正常运行时：两侧测量阻抗均为负荷阻抗
4. 2 输电线路纵联保护两侧信息量的交换
继电保护第四章-纵联保护
4. 输电线路纵联保护（Unit Protection）结构
继电保 护装置
通信设备
• 导引线 • 载波 • 光通信纤信道 • 微波
继电保 护装置
通信设备
继电保护装置
实现电气量采集并形成电气量特征，完成保护任务。
通信设备
将上述信息发送至对端的保护设备，同时接收对端保护发送的
信息并送至本端保护单元
通信信道
故障分量方向元件的特点
不受负荷状态的影响 不受故障点过渡电阻的影响 正、反方向短路时，方向性明确 无电压死区 不受系统振荡影响
（二） 闭锁式方向纵联保护
1. 工作原理
以高频通道经常无电流而在外部故障时发出闭
锁信号的方式构成。
闭锁信号
A1
B
2
3
闭锁信号
C
4
5
6D
F
对AB线路为外部故障，2处功率方向均为 负，发闭锁信号，1、2保护被闭锁。
导引线通信应用：
高压电网超短线路（几公里）。 用于变压器、发电机等电力设备和母线。
（二） 电力线载波通信
采用输电线路本身作为信息传输媒介，在传输电能的同时 完成两端信息的交换。 （一）通道的构成
1
2 76
3 45 89
3
2
4 5
67
98
1.传输线 2.阻波器 3.结合电容器 4.连接滤波器 5.高频电 缆 6.保护间隙 7.安全接地开关 8. 高频收发信机 9.保护 继电器
3. 电气元件故障时两端电气量的特征分析
所选电气量
区内故障 特征
区外或正常 运行时特征
保护原理
功率方向
均指向被保 护元件
一端指向被 保护元件反
技能培训-输电线路纵联保护
第四章 输电线路纵联保护4.1 输电线纵联保护概述1 of 502 of 501.反应单侧电气量保护的缺陷Z Z2.反应两侧电量的输电线路纵联保护A+-B+k+CQF1QF2 QF2 Ⅰ段保护区QF1QF2 QF3QF4QF1 Ⅰ段保护区 60%-70%两侧I段保护公共区利用通信通道将两端的保护装置纵向联 结起来，将两端的电气量比较，以判断故障 在区内还是区外。
无法实现全线速动3 of 50理论上具有绝对的选择性4 of 503. 纵联保护信号传输方式(1)辅助导引线--导引线纵联保护 (2)电力线载波--高频保护 载波频率为：50～400kHZ (3)微波通讯--微波保护 频率为: 300～30000MHz (4)光纤通讯--光纤保护5 of 50 6 of 5014.纵联保护动作原理(1)方向比较式纵联保护 两侧继电器仅反应本侧电气量，利用通道将 继电器对故障方向判别结果传送到对侧，各 侧保护根据两侧继电器的动作通过逻辑判断 区分是区内还是区外故障； 传送逻辑信号； 分为方向纵联保护和距离纵联保护。
7 of 504.纵联保护动作原理(2)纵联电流差动保护 利用通道将本侧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是区 内还是区外故障； 在每侧直接比较两侧的电气量； 要求两侧信息同步采集。
8 of 50举例：纵联电流差动保护& I M1 & I M2& Ir举例：纵联电流差动保护& I N1& I M1 & I N2 & I M2& Ir& I N1& I N2II正常运行或区外故障：区内故障：& = −& , & = −& IM1 I N1 I M2 I N2& & & Ir = IM2 + IN2 = 0& & & & & & Ir = IM2+IN2 = (IM1+IN1) / nLH = Ik / nLH > I dz 动作9 of 50 10 of 50不动作1.构成：由继电保护、高频收发信机和高频通道组成。
第4章 输电线路纵联保护
当区外故障时，被保护线路近短路点一侧为功率方向 为负，2和5发出闭锁信号，两侧收信机收到闭锁信号后将 各自保护闭锁。 当区内故障时，线路两端的短路功率方向均为正， 发信机均不向线路发送闭锁信号，保护的起动元件不被 闭锁，瞬时跳开两侧断路器。
4.3.2电流启动方式的高频闭锁方向保护
线路每一侧的半套保护中装有两个高低灵敏度的电流启动元件 KA1和KA2，灵敏度较高KA1（整定值小）用来启动高频发信机发送 闭锁信号，而灵敏度低的KA2（整定值大）则用来启动保护的跳闸 回路。 方向元件S用来判别短路功率的方向，只有测得正方向故障时才 动作。
保护装置 光 CH TX 光纤 纤 光纤 接 Ａ RX 口 复 用 接 口 E1 ... 复 E1 用 接 口 光纤 光纤 保护装置 RX CH 光 纤 TX Ａ 接 口
SDH.E
SDH.E
SDH 2Mbit/s复用方式结构
2) 通信性能影响因素
(1) 时钟方式 (2) 光功率及通道裕度 (3) 抗干扰屏蔽要求 (4) 匹配问题
4.5.4光纤保护的发展趋势及应用前景
目前，在电力网络通信领域广泛使用的是以电复用为基本工作原 理的SDH/SONET同步数字体系，它具有强大的保护恢复能力和固 定的时延性能。由于采用电复用来提高传输容量具有一定的局限性， 尤其是在高速扩容及复杂拓扑结构的电力网络中渐渐难以满足组网 的要求，因此，从目前的电复用方式转向光复用方式将是电力光纤 网络的必然发展方向。
输电线路的纵联保护通过比较流过两端电流的幅值、两 端电流相位和流过两端功率的方向等，利用信息通道将一 端的电气量或其用于被比较的特征传送到对端，比较两端 不同电气量的差别构成不同原理的纵联保护。
如图：
M N
继电保护装置 高频信号 通信设备 通信通道
第四章输电线纵联保护
继电保护装置从TA,TV获取电压电流，形成或提取两端被比较的电气量特征，一方面 发送信息，一方面接收信息（通信通道），比较两端电气量特征，符合条件则动作 并告知对方。
Relay protection,copyright Zhang Jingjing I-2
4-1 输电线纵联保护概述
2、分类
A、按通道类型分 1)导引线纵联保护（需敷设导引线电缆） 2)电力线载波纵联保护（以线路为通道） 3)微波纵联保护 4)光纤纵联保护（短线路纵联保护主要通道形式） B、按保护动作原理分 1)方向比较式纵联保护（通道中传送逻辑信号） 2)纵联电流差动保护（通道中传送两侧电气量信号）
1、载波通道的构成 1)输电线路。 2)阻波器 由电感线圈和可变电容器并联组成的回路。f0为并联谐振的频率。 这样，高频讯号被限制在输电线范围内，而不穿越到相邻线路上。 50Hz工频电流阻波呈现较小阻抗，不影响其传输。
Relay protection,copyright Zhang Jingjing I-7
4-2 输电线纵联保护两侧信息的交换
8).高频收发讯机。 发讯机发出讯号，通过高频通道，送到对端收讯机中，也被自己的收讯机接收，高频 收讯机接收由本端和对端所发送的高频讯号，经过比较判断后，再动作于继电保护。 发讯分故障时发讯和长期发讯。
2、载波通道的特点
对于中长距离的输电线路，敷设专门的辅助导线，技术上、经济上是不合理的。 利用输电线路本身作为一个通道，在输电线传送50Hz工频电流的同时，迭加传送 一个讯号，以进行线路两端电气量的比较。讯号采用50～400kHz的高频电流。 1)无中继通信距离长（几百公里）； 2)经济，使用方便； 3)工程施工比较简单
Relay protection,copyright Zhang Jingjing
电力系统继电保护电子教案第四章输电线纵联保护
1. 环流式导引线保护
.
IM
* *
.
Im
.
IN
同极性端子
* *
.
In
动作线圈 动作线圈
导引线
制动线圈
同极性端子 制动线圈
线路两侧电流互感器的同极性端子经导引线连接起 来。继电器的动作线圈跨接在两导引线芯之间。如 果有制动线圈则它被串接在导引线的回路中。
.
IM
* *
.
Im
.
IN
* *
.
In
动作线圈 动作线圈
M
IM
k1 I N N
根据基尔霍夫电流定律(KCL)
可知：
UM
UN
在集总参数电路中，任何时刻，
内部故障
对任意一节点，所有支路电流相 量和等于零。用数学表达式表示 M IM
I N N k2
如下： I 0
区外故障
对于输电线路MN可以认为是一个节
点。
内部故障
I IM IN Ik
外部故障
I IM IN 0
.
IM
* *
.
Im
.
k1
IN
*
*
.
In
动作线圈 动作线圈
动作线圈中两侧电流同相
制动线圈
制动线圈的制动电流小于 动作线圈中的动作电流
制动线圈
在内部故障时，动作线圈中两侧电流同相，制动线圈 的制动电流小于动作线圈中的动作电流，保护能够可 靠动作。
2．均压法
.
IM
*
*
.
Im
.
IN
* *
.
In
平衡线圈 平衡线圈
(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将电信号变成 光信号送出,又将所接收之光信号变为电信 号供保护使用。由于光与电之间互不干扰, 所以光纤保护没有导引线保护的问题,在经 济上也可以与导引线保护竞争。
电力系统继电保护 第四章输电线路的纵联保护 ppt课件
ppt课件
13
纵联保护的分类：
A. 按通信通道分：
(1) 导引线通道 需要沿线铺设导引线电缆传送电气量信息，其 投资随线路的长度而增加。此外，导引线越长， 其自身安全性越低。用于短线路。
(2) 电力线载波通道
利用输电线路本身作为通信通道，不需专门架 设通信通道，应用广泛。
注意：线路发生故障时通道可能遭到破坏。
ppt课件
12
纵联保护按通道类型分类
纵联保护信号传输方式： （1）以导引线作为通信通道：纵联差
动保护 （2）电力线载波：高频保护（方向高
频保护，相差高频保护），其中方向高 频保护又包括高频闭锁方向保护，高频 闭锁负序方向保护，高频闭锁距离保护； （3）微波：微波保护，长线路，需要 中继站；
将线路两端的电流相位（或功率方向）信息 转变为高频信号，经过高频耦合设备将高频信 号加载到输电线路上，输电线路本身作为高频 信号的通道将高频载波信号传输到对侧，对端 再经过高频耦合设备将高频信号接收，以实现 各端电流相位（或功率方向）的比较，称为高 频保护。
ppt课件
20
根据通道的构成，输电线路载波通信分为： “相-相”式 连接在两相导线之间 “相-地”式 连接在输电线一相导线和大地之间
ppt课件
18
1 导引线通信
利用铺设在输电线路两端变电站之间的二次电 缆传递被保护线路各侧信息的通信方式称之为 导引线通信，以导引线为通道的纵联保护称为 导引线纵联保护。
优点：不受系统振荡的影响，不受非全相的影响， 简单可靠 缺点：导引线不能太长
保护原理：电流差动原理
ppt课件
适用于短线路
19
2 电力线载波通道（高频）
4
第四章 输电线路的纵联保护
4.1 输电线路纵联保护的基本原理与 类型
• 4.1.1 输电线路纵联保护的基本原理
• 如图4.1所示的k1点短路故障时，流经线路两侧断路 器的故障电流如图中实线箭头所示，均从母线流向 线路(规定电流或功率从母线流向线路为正，反之为 负 )；
图4.1 输电线路纵联保护的基本原理示意图
• 当外部发生短路时(如图中的k2点)，流经MN侧的 电流如图中的虚线箭头所示，M侧的电流为正，N 侧的电流为负 • 利用线路内部短路时两侧电流方向同相，而外部短 路时两侧电流方向相反的特点，保护装置就可以通 过直接或间接比较线路两侧电流(或功率)方向来区 分是线路内部故障还是外部故障。
UR
(b) 均压法
图4.3 采用综合变流器的导引线纵联保护原理图
• 线路的纵联保护： 利用二次电缆或其它通信手段，将线路两端 的保护装置纵向联系起来，将线路两端的电 流或其它有关信息传送到对端进行比较判断， 以便准确地区分内部与外部故障的保护装置， 称为线路的纵联保护。 • 纵联差动保护 • 纵差保护
2. 躲过正常运行时电流互感器二次侧继线时的电流 正常运行时电流互感器二次侧继线时，差动继电器中将 流过线路负荷电流的二次值，这时保护就不动作。此时 差动继电器的整定电流应为 I set K rel I lmax (4-5) 式中 K rel——可靠系数，取1.5～1.8； I lmax ——线路正常和最大负荷电流归算到二次侧的数值。 取两个整定值中较大的作为差动继电器的整定值。 I k min 保护的灵敏系数可按下式校验： Ksen ≥2 (4-6) I op 式中 I kmin ——单侧电源且被保护线路末端短路时，流过 差动继电器的最小短路电流。
4.2.3 导引线纵联保护的动作特性
第4章 输电线路纵联保护
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三、方向比较式纵联保护
思考题：
A 1 2 B 3
k
4
C 5 6
D
1. 当BC线路保护通道被破坏时，分析各保护的动作 行为。 2. 当AB线路保护通道被破坏时，分析各保护的动作 行为。
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敬请各位专家 提出宝贵意见！
Hale Waihona Puke 12 of 126
D
BC线路：保护3和保护4，应动作于跳闸。
AB线路：保护1和保护2，应不跳闸。
CD线路：保护5和保护6，应不跳闸。
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三、方向比较式纵联保护
闭锁式方向纵联保护
闭锁式方向纵联保护是在外部故障时发出
闭锁信号的方式构成的，此闭锁信号由短路功 率为负的一侧发出，这个信号被两端的收信机
所接收，而把保护闭锁。
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二、纵联保护的构成
A
QF 1
TA
TA
QF2
B
R1
TV 通信设备 通信通道
R2
TV 通信设备
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二、纵联保护的构成
1.输电线纵联保护通道分类
(1)辅助导引线--导引线纵联保护
(2)电力线载波--电力线载波纵联保护（高频保护） (3)微波通信--微波纵联保护（微波保护） (4)光纤通信--光纤纵联保护（光纤保护）
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二、纵联保护的构成
2.动作原理分类
(1)方向比较式纵联保护—比较线路两侧的功率方向 (2)距离纵联保护—距离保护原理判别区内故障
(3)纵联电流差动保护—根据基尔霍夫电流定律 判断区内故障
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三、方向比较式纵联保护
闭锁信号
A
第4章输电线路纵联保护
影响：当TV接于线路上时，由于电容电流的影 响会使负序方向纵联保护误动
措施： 增大定值或增加延时；在保护装置中加 进消除分布电容影响的补偿措施
4.4 纵联电流差动保护 4.4.1 纵联电流差动保护 1 工作原理
MI M
k1
I N N k2
IM
Im
kD I n
IN
Ir
正常运行及外部故障时，差动继电器中的电流为 不平衡电流
2.方向比较式纵联保护 故障判别量： 线路两侧功率方向的异同 内部故障特征：线路两侧功率方向相同 动作条件： 当线路两侧功率方向相同时，保护
动作；否则不动作
3．电流相位比较式纵联保护 故障判别量：两侧电流相位差
内部故障特征：相位差为 0
动作条件：内部短路时两侧电流不能完全同相位， 保护的动作区一般如下图所示：
通道中传送的是逻辑信号，而不是电气量 本身。依据所利用电气量的不同又可分为方 向纵联保护与距离纵联保护。
2) 纵联电流差动保护
通道中传送的是电流波形或代表电流相位 的信号。分为纵联电流差动保护和纵联电流相 位差动保护 。
4.1.2 输电线路短路时两侧电气量的故障特征
1．两端电流相量和的故障特征
1）区内短路时：
TA
TV
保护装置 通信设备
保护装置 信道 通信设备
2 分类 ： 按照所利用信息通道的不同，纵联保护分为：
1) 导引线纵联保护 (简称导引线保护)
2) 电力线载波纵联保护 （简称载波保护 )
3) 微波纵联保护 (简称微波保护)
4) 光纤纵联保护
(简称光纤保护)
按照保护动作原理，纵联保护分为： 1) 方向比较式纵联保护
180
4．距离纵联保护 构成原理和方向比较式纵联保护相似，只是用 阻抗元件替代功率方向元件。
措施： 增大定值或增加延时；在保护装置中加 进消除分布电容影响的补偿措施
4.4 纵联电流差动保护 4.4.1 纵联电流差动保护 1 工作原理
MI M
k1
I N N k2
IM
Im
kD I n
IN
Ir
正常运行及外部故障时，差动继电器中的电流为 不平衡电流
2.方向比较式纵联保护 故障判别量： 线路两侧功率方向的异同 内部故障特征：线路两侧功率方向相同 动作条件： 当线路两侧功率方向相同时，保护
动作；否则不动作
3．电流相位比较式纵联保护 故障判别量：两侧电流相位差
内部故障特征：相位差为 0
动作条件：内部短路时两侧电流不能完全同相位， 保护的动作区一般如下图所示：
通道中传送的是逻辑信号，而不是电气量 本身。依据所利用电气量的不同又可分为方 向纵联保护与距离纵联保护。
2) 纵联电流差动保护
通道中传送的是电流波形或代表电流相位 的信号。分为纵联电流差动保护和纵联电流相 位差动保护 。
4.1.2 输电线路短路时两侧电气量的故障特征
1．两端电流相量和的故障特征
1）区内短路时：
TA
TV
保护装置 通信设备
保护装置 信道 通信设备
2 分类 ： 按照所利用信息通道的不同，纵联保护分为：
1) 导引线纵联保护 (简称导引线保护)
2) 电力线载波纵联保护 （简称载波保护 )
3) 微波纵联保护 (简称微波保护)
4) 光纤纵联保护
(简称光纤保护)
按照保护动作原理，纵联保护分为： 1) 方向比较式纵联保护
180
4．距离纵联保护 构成原理和方向比较式纵联保护相似，只是用 阻抗元件替代功率方向元件。
输电线路纵联保护
零；均压法接线在导引线中没有电流环流，差动继电器中电流也为零。在内部短
路时，两种接线旳差动继电器中都有电流流过，从而能够精确地动作。当发生外
部短路时，均压法接线旳导引线将会承受高电压，而环流法接线旳导引线将在内
部短路时承受高电压。对于短线路来说，外部短路旳机会多，而内部短路又能够
由纵联保护不久地切除，所以从这个观点来看，环流法很好，但两种接线对保护
。
•
•
•
Ik1 Ik1M Ik1N
1.12
第4章 输电线路纵联保护
4.2 导引线纵联保护
式(4-2)阐明内部短路时流入差动继电器旳电流为故障点总电流旳二次值，且 远不小于正常运营和外部短路时流入差动继电器旳不平衡电流。当差动继电 器为反应电流过量动作时，线路内部短路时，它就动作，即向被保护线路两 侧送出跳闸信号，而正常运营和外部短路时，差动继电器不动作。 从以上分析可见，导引线纵联保护在原理上区别了线路旳内部和外部故障， 可无延时地切除线路两侧电流互感器之间任何地点旳故障。因为在正常情况 下，上述连接方式旳纵联保护旳二次侧电流在导引线中成环流，所以也称为 环流法纵联保护。实际上图4.2旳接线只能用于短线路、变压器、发电机和母 线等作为主保护，而不用于输电线路，因为在正常情况下，它要求沿线路敷 设流过电流互感器二次电流旳多根导引线，这在技术上是有诸多困难旳，在 经济上也是不合理旳。
•
IN
1.20
线路纵联保护旳动作特征取决于线路两侧电流旳关系。两侧电流旳关
系能够用幅值关系和相位关系来表达，也能够用复数比来表达，所以动作
特征旳分析措施如下：
从纵联保护整定计算旳基本原则可知，其动作条件可表达为
•
•
| IM IN |≥ Iop
电力系统继电保护-4 输电线路纵联保护
4.2.3 微波通信
• 1 微波纵联保护的构成 • 下图为微波通信纵联保护的示意图：
• 微波信号的调制可以采取频率调制（FM）方式和脉冲编码调制（PCM ）方式，可以传送模拟信号，也可以传送数字信号。
4.2.3 微波通信
• 2 微波纵联保护的优点 （1）有一条独立于输电线路的通信通道，输电线路上产生 的干扰如故障点电弧、开关操作、冲击过电压、电晕 等，对通信系统没有影响。通道的检修不影响输电线 路运行。 （2）扩展了通信频段，可以传递的信息容量增加、速率加 快，可以实现纵联电流分相差动原理的保护。 （3）受外界干扰的影响小，工业、雷电等干扰频谱基本上 不在微波频段内，通信误码率低，可靠性高。 （4）输电线路的任何故障都不会使通道工作破坏，因此可 以传送内部故障时的允许信号和跳闸信号。
4.2.2 电力线载波通信
• 2 电力线载波通道的特点
优点： （１）无中继通信距离长。 （２）经济、使用方便。 （３）工程施工比较简单。 缺点：由于输电线载波通道是直接通 过高压输电线路传送高频载波电流的 ，因此高压输电线路上的干扰直接进 入载波通道，高压输电线路的电晕、 短路、开关操作等都会在不同程度上 对载波通信造成干扰。
•
（图解：拍摄于巴黎附近的法国RTE电力公司高压输电线路）
• 应用：高频载波一般用来传递状态信号，用于构成方向比较式纵联和 电流相位比较式纵联保护。输电线载波通信还被用于对系统运行状态 监视的调度自动化信息的传递、电力系统内部的载波电话等。
4.2.1电力线载波通信
• 3 电力线载波通道的工作方式
优点—1、高频保护中的高频通道部分经常处于被监视的状态，可靠性较高； 2、无需收、发信机启动元件，使装置稍为简化。 这种方式能监视通道的工作情况，提高了通 缺点—1、因为发信机经常处于发信状态，增加了对其他通信设备的干扰时间； 道工作的可靠性，并且抗干扰能力较强；但 2、因为经常处于收信状态，外界对高频信号干扰的时间长，要求收信机 自身有更高的抗干扰能力。 是它占用的频带宽，通道利用率低。
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4.2.3 微波通讯
2．微波通讯纵联保护的优点 与载波比，优点： （1）独立通道，无干扰； （2）拓展了通信频段，速率快，可以实现纵联电流差动原理的保护。 缺点：
中继站，造价高。
4.2.4 光纤通信
光纤通信网，电力通信网的主干网 图4.10
（1）通信容量大； （2）节约金属材料； （3）保密性好，不受外界干扰； 缺点： 距离还不够长，需采用中继器。
图4.1
4.1 输电线路纵联保护概述
4.1.1 引言
分类： 按通道类型分类，四种： 导引线纵联保护、电力线载波纵联保护、微波纵联保护、光纤纵
联保护 按动作原理分类，两类： 1）方向比较式纵联保护：传送逻辑量 2）纵联电流差动保护：传送电流量
4.1.2 输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析 4.1.3 纵联保护的基本原理
（工频故障分量概念见P111-112)
正向：U IZs 反向：U IZs
正向：270 arg U 0 Zr I
反向：90 arg U 0 Zr I
4.3.2 闭锁式方向纵联保护
1、基本原理 正常时无信号，故障时在非故障线路上传送高频信号，由短路功
4.2.1 导引线通讯 图4.5 环流式、均压式
问题：导引线开路和短路时？
4.2. 输电线路纵联保护两侧信息的交换
4.2.2 电力线载波通讯
通道信号频率：50-400KHz
⑴阻波器：阻波器 是由一个电感线圈 与可变电容器并联 组成的回路。
⑶连接滤波器：连 接滤波器由一个可 调节的空心变压器 及连接至高频电缆 一侧的电容器组成。
⑵耦合电容器：耦合 电容器与连接滤过器 共同配合将载波信号 传递至输电线路，同 时使高频收发信机与 工频高压线路绝缘。
电力线载波通道构成示意图
⑷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。
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；6—接地刀闸
3.8.2 工作原理
I
Ek Zs Zk
U
IZs
距离元件的工作电压 （P89 参见3.72式）
UOP U IZset I (Zs Zset )
图3.42，可见比较工作电压与 非故障状态下短路点的电压大
小，就能够区分区内外的故障。动作判据：UOP EK1 Uk0 Um0
3.8 工频故障分量距离
2、两端功率方向的故障特征 区内：功率方向同；区外：功率方向反 图4.3：
2、方向比较式纵联保护 1）如果功率方向负，发闭锁信号，闭锁两端的保护，闭锁式。 2）如果功率方向正，发允许信号，允许式。
4.1.2 输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析 4.1.3 纵联保护的基本原理
3、两端电流相位的故障特征 区内：同相位；区外：180 ̊
3.8 工频故障分量距离保护
3.8.1 概念 图3.41
um im
u0 u i0 i
u um u0 i im i0
保护安装处的故障分量电压、 电流间的相位关系由保护安装 处到背侧系统中性点间的阻抗 决定。不受系统电动势和短路 过渡电阻的影响。
3.8 工频故障分量 距离保护
2．允许信号。允许信号是允许保护作用于跳闸的信号，或者说有允 许信号是保护动作于跳闸的必要条件。
3．跳闸信号。跳闸信号是直接引起跳闸的信号，或者说收到跳闸信 号是跳闸的充要条件。
逻辑图
4.2.3 微波通讯
频率：300-30000MHz，频带宽，信息量大 超短波，大气层无发射，“视线”传播，40-60km，中继站 1．微波通讯纵联保护构成 图4.9
第四章 输电线路纵联保护
Pilot Protection for Transmission Lines
4.1 输电线路纵联保护概述
4.1.1 引言
电流保护和距离保护，其测量信息均取自输电线路的一侧，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。
输电线路的纵联保护，就是用某种通信通道将输电线两端或各端 的保护装置纵向连接起来，进行各端电气量的比较，以判断故障 在本线路范围内或外，从而决定是否动作。
3、电流相位比较式纵联保护 图4.4
4.1.2 输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析 4.1.3 纵联保护的基本原理
4、两端测量阻抗的故障特征 区内：保护 用阻抗代替功率方向元件，II段作为启动元件，减少了方向元件 的启动次数，提高了可靠性。
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
1、两端电流相量和的故障特征 图4.2，表4.1：
双端电源线路区内、外故障示意图 (a)内部故障；(b)外部故障
•• •
•
I I M I N I k1
••
•
I IMIN 0
1、纵联电流差动保护
电流内部故障实际判据： IM IN Iset
4.1.2 输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析 4.1.3 纵联保护的基本原理
4.2.2 电力线载波通讯
3、电力线载波通道的工作方式
（1）正常无高频电流方式；（中国） （2）正常有高频电流方式；（通道经常处于监视） （3）移频方式：正常时f1、故障时f2。（国外）
4.2.2 电力线载波通讯
4、电力线载波信号的种类
1．闭锁信号。即无闭锁信号是保护作用于跳闸的必要条件，或者说 闭锁信号是阻止保护动作于跳闸的信号。
4、优点 （1）不反应故障前的负荷量和系统振荡； （2）不反应暂态分量，动作稳定； （3）动作判据简单，实现方便，动作快； （4）具有明确的方向性； （5）具有较好的选相能力。
工频故障分量距离保护可以作为快速距离保护的I段，还可以作为 纵联保护的方向元件。
4.3 方向比较式纵联保护
4.3.1 工频故障分量的方向元件 常用工频电压、电流的故障分量构成方向元件，
4.2.2 电力线载波通讯
2、电力线载波通道的特点 优点： （1）无中继，通讯距离长； （2）经济、使用方便； （3）工程施工比较简单。 缺点： （1）易受高压线路的干扰； （2）速率低，难于满足纵联电流差动保护实时的要求。一般用来传递
状态信号，用于构成方向比较式纵联保护和电流相位比较式纵联保 护