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。
一般用于传递状态信号，常用于构成方向 比较式纵联保护和电流相位比较式纵联保护。
3.电力线载波通道的工作方式 三种：正常无高频、正常有高频、移频方式。 （1）正常时无高频电流方式（短时发信） 在正常条件下发信机不工作，通道中没有高频电流， 只在电力系统发生故障期间才由起动元件起动发信。
需定期检查高频通 道是否完好： 手动或自动
继电保护通信通道的选择原则
优先考虑采用光纤通道 其他……
4.3 方向比较式纵联保护
一、概念
以正常无高频电流而在区外故障时发 出闭锁信号的方式构成。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，故称闭锁式方向纵联保护（高 频闭锁方向保护）。
两侧功率方向的故障特征
(4) 保护间隙：高频通道的辅助设备，用它 保护高频收发信机和高频电缆免受过电压 的冲击。
(5) 接地开关：也是高频通道的辅助设备， 在调整或维修高频收发信机和连接滤波器 时，将它接地，以保证人身安全。
(6) 高频电缆：
将位于主控室的高频收发信机与户外变电站 的连接滤波器连接起来。
(7) 高频收、发信机 发信机部分系由继电保护来控制，通常都是在电力
第四章 输电线路的纵联保护
第一节 输电线路纵联保护概述
问题的提出
在220kV及以上系统中，为满 足稳定性要求，在线路上发生故 障时，要求全线速动(即无时限 切除任意一点故障)，快速切除 故障，以满足系统稳定性要求。
反应单侧电源电气量的保护（电流、电压和距 离保护）无法实现全线速动！
无法识别线路末端和下条线路始端的故障，为 保证选择性，就必须延时。
电流保护、距离保护，I段只 保护线路的80%～85%，对其 余的15%～20%线路故障，只 能靠带延时0.5s时间的II段来 保护，对高压输电线路不能满
足系统稳定性的要求，需要寻 求新的能保护线路全长的保护。
如何保证瞬时切除高压输电线路故障？
解决办法：
获取对侧的电气量信息，判断故障是 否在保护区内。
传送的是逻辑信号，而非电气量本身。
分为方向纵联保护和距离纵联保护。
(2) 纵联电流差动保护
将本侧电流的波形或代表电流相位的信号传送 到对侧，两侧同时比较后区分是区内故障还是 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。
分为纵联电流差动保护和纵联电流相位差动 保护。
4.2输电线路纵联保护两侧信息的交换
（3）移频方式
在正常工作条件下，发信机向对侧传送频率为f1的 高频电流；当发生故障时，继电保护装置控制发信 机移频，停止发送频率为f1的高频电流，而发出频 率为f2的高频电流。
优点：能监视通道工作 情况，提高可靠性，抗 干扰能力强。 缺点：占用的频带宽， 通道利用率低。
电力线载波通道的工作方式 我国常用正常无高频电流方式。
✓ 对于故障线路，两侧保护均为正,不发闭 锁信号，故两侧保护都收不到闭锁信号 而动作于跳闸。
优点；由于利用非故障线路的一端 发闭锁信号，闭锁非故障线路不 跳闸，而对于故障线路跳闸不需 要闭锁信号，所以在区内故障伴 随通道破坏时，保护仍能可靠跳 闸。
二、闭锁式方向纵联保护的原理 接线图
1、电流起动方式
采用线路纵联保护！
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）。
归纳：
方向元件 阻抗元件
特征分界
正常运行 或外部故障
可以实现本线路全长范围内任意一点 故障的零秒切除的保护。
纵联保护没有后备保护功能
纵联保护分类：
单元式保护（输电线路作为一个被保护单元） ——从输电线路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。 比如：相位差动保护，电流差动保护
二、基本原理
高频信号
A S
1
S
B
S
23
k SC S
45
S D
6
对CD线路：C侧的功率方向为负，该侧发出高频 闭锁信号，被对侧和本侧保护接收，保护5、6 均不动。
二、基本原理
高频信号
高频信号
A S
1
S
B
S
k SC S
23
45
S D
6
✓ 区外故障时，由短路功率为负的一端发 闭锁信号，此信号被两端的收信机接收 闭锁保护。
输电线路纵联保护需要通过通信 设备和通信通道快速地进行信息 传递。
目前常用的通信方式有：
导引线通信 电力线载波通信 微波通信 光纤通信
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。
纵联保护分类：
非单元式保护 ——在输电线路各端对某种或几种电气
量进行测量，但并不将测量值直接传送 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）的某种判断结果。
比如：方向比较式纵联保护，距离纵联 保护（欧洲普遍应用）
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护线路内
高频电流频率 分为单频制和双频制。
单频制：应用于闭锁式保护 双频制：应用于允许式保护
电力线载波信号的种类 按高频载波通道在纵联保护中的作用，
将载波信号分为闭锁信号、允许信 号、跳闸信号。
闭锁信号：收到高频信号时，阻止本端 保护动作于跳闸，即没有收到高频电流 信号是保护作用于跳闸的必要条件。
保护元件
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
适用于短线路
2 电力线载波通道（高频）
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。
1、正常运行
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
PN
二、基本原理
A S
1
S
B
S
23
k SC S
45
S D
6
对BC线路：保护3和保护4的功率方向都为正， 保护应动作于跳闸。
二、基本原理
高频信号
A S
1
S
B
S
23
k SC S
45
S D
6பைடு நூலகம்
对AB线路：B侧的功率方向为负，该侧发出高频 闭锁信号，被对侧和本侧保护接收，保护1、2 均不动。
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
一套完整的纵联保护包括两端继电保护装置、通信设 备和通信通道。
信号： 闭锁信号 ——收不到这种信号是保护动作跳闸的必要条件 允许信号 ——收到这种信号是保护动作跳闸的必要条件 跳闸信号 ——收到这种信号是保护动作于跳闸的充要条件
(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。