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04 输电线路纵联保护

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第四章输电线路纵联保护(华电继保课件)

第四章输电线路纵联保护(华电继保课件)

二,基本原理
高频信号 高频信号
S+
S S+
S+ S
S+
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. 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.
8
8
"相-地"制高频通道示意图
高频电缆
2
3
1 将位于主控室的高频收,发 将位于主控室的高频收,发 2 3 信机与户外变电站的带通滤 信机与户外变电站的带通滤 波器连接起来. 波器连接起来.
7
6
4
5 5
4
6
7
8
8
"相-地"制高频通道示意图
保护间隙
2
保护间隙是高频通道的 保护间隙是高频通道的 1 辅助设备,用它保护高频收 辅助设备,用它保护高频收 3 3 发信机和高频电缆免受过电 发信机和高频电缆免受过电 压的袭击. 压的袭击.
三,闭锁式方向纵联保护的构成
I1低定值起动元件:灵敏度较高,起动发信机 发信; I2高定值起动元件:灵敏度较低,起动保护的 跳闸回路;
三,闭锁式方向纵联保护的构成
采用两个灵敏度不同的起动元件,灵敏度高 的起动发信机发闭锁信号,灵敏度低的起动跳 闸回路,以保证在外部故障时,远离故障点侧 起动元件开放跳闸时,近故障点侧起动元件肯 定能起动发信机发闭锁信号.
3. 微波通道(300～30000MHZ)----微波保护
频带宽,需采用脉冲编码调制,适合于数字式保 护,不经济.(40 ～ 60kM)

电力系统继电保护第二版答案参考之输电线路纵联保护

电力系统继电保护第二版答案参考之输电线路纵联保护

第四章输电线路纵联保护4-1试述纵联保护的基本工作原理和特点。

纵联保护能否单端运行？答：纵联保护的基本工作原理：纵联保护是用某种通信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，以判断故障在本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。

纵联保护的特点：能实现全线速动，具有绝对的选择性。

纵联电流差动保护、高频闭锁方向纵联保护、高频闭锁距离纵联保护、纵联电流相位差动保护这四种纵联保护均可以单端运行。

4-2目前常用的纵联保护有哪几种？分别简述它们的工作原理。

答：目前常用的纵联保护有3种，分别是纵联电流差动保护、高频闭锁方向纵联保护、高频闭锁距离纵联保护。

其工作原理如下：纵联电流差动保护：流进差动继电器的量为线路双端电流量为测量量之和。

当正常运行时或外部故障时，流进差动继电器的电流为比较小的不平衡电流或者最大的负荷电流（考虑到两端的电流互感器有一个出现断线故障时），均比整定值小不动作，内部故障时流进差动继电器的电流是比较大的短路电流，比整定值大而使得两端断路器动作。

高频闭锁方向纵联保护：两端的保护装置测量的是功率的方向，功率方向为负的一侧发高频闭锁信号。

当外部故障时，两端的功率方向不同，为一正一负。

功率方向为负的一侧发高频闭锁信号且本身自己不动作，使得同线路的另一端收到闭锁信号也不动作。

内部故障时两端功率方向均为正，都不发闭锁信号，因此两端都收不到闭锁信号，保护都跳闸。

高频闭锁距离纵联保护：在距离保护的基础上加上高频闭锁部分。

以距离保护III段的整定值为故障启动发信元件，以距离保护II段的整定值为方向判别和停信元件。

当发生内部故障时，线路两侧的保护装置均不发出高频信号，因此线路两侧的保护均动作，当发生外部故障时，测量阻抗为负的一侧不动作且发出高频闭锁信号闭锁同线路另一侧的保护，使得其无法动作。

当作为后备使用时，则按照距离保护II、III段的整定时限动作。

电力系统继电保护 四输电线路纵联保护

电力系统继电保护 四输电线路纵联保护
?????????外部故障闭锁信号自近故障端发出另一端接受闭锁信号保护元件虽动作但不跳闸内部故障任一端都不发送闭锁信号两端都收不到闭锁信号保护元件动作后跳闸?????????????内部故障线路两端互送允许信号两端都接收对端允许信号保护元件动作跳闸近故障端保护不动作不跳闸外部故障近故障端不发允许信号远故障端保护动作不跳闸在不知道对短信息的情况下就可以跳闸所以本次和对侧的保护元件必须具有直接区分区内和区外故障的能力如距离保护段零序电流段等
➢ 输电线路的任何故障都不会使通道工作破坏，因此可以传送反应内部故障信息的 允许信号和跳闸信号；
➢ 微波通信必须架设中继站，通道价格昂贵。
（4）光纤保护：利用光纤通信传递两侧保护特征信息。
把电信号转换为光信号
对经光纤传输衰减 的信号进行放大。
把光信号转换为电信号
特点：
➢ 通信容量大； ➢ 广泛采用PCM调制方式； ➢ 可以节约大量金属材料，经济效益可观； ➢ 光纤通信保密性好，敷设方便，不怕雷击，不受外界电磁干扰，抗腐蚀，不怕潮
这类保护在每侧都直接比较两侧的电气量，并且要求两侧信息同步采集，
信息传输量大，实现技术要求较高。
§4.1.2 输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析
比较
内部故障
外部故障
正常运行
两端电流相量和 I IM I N Ik
两端功率方向
两端同为正
I IM IN 0
远故障端方向为正 近故障端方向为负
外部故障 闭锁信号自近故障端发出 另一端接受闭锁信号 保护元件虽动作，但不跳闸 内部故障 任一端都不发送闭锁信号 两端都收不到闭锁信号 保护元件动作后，跳闸
➢ 允许信号——允许保护动作于跳闸的信号。
内部故障 线路两端互送允许信号 两端都接收对端允许信号 保护元件动作，跳闸

第4章输电线路纵联保护

第4章输电线路纵联保护

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。

电力系统继电保护_中国电力出版社纵联(4)

电力系统继电保护_中国电力出版社纵联(4)

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TATATVTV(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）。

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：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。

基尔霍夫电流定律：53241I I I I I++=+053241=---+I I I I I改写为：此式表明：流入节点的电流之和等于0。

第四章输电线路的纵联保护ppt课件

第四章输电线路的纵联保护ppt课件
故称为制动电流
纵联差动保护的评价及应用
• 优点： • 全线速动 • 不受负荷的影响，灵敏度较高 • 缺点： • 需敷设与被保护线路同长的辅助导线且要求电流
互感器的二次负载阻抗满足电流互感器10%的误 差。 • 需敷设辅助导线断线与短路的监视装置 • 不能作相邻线路的后备保护
• 应用：在输电线路中，只有其他保护不能满足要 求的短线路（一般不超过5-7km)。
以反应各种不对称短路或接地短路。三相短路一般在短路开 始瞬间，总有负序或零序分量，因此对三相短路也能反应。 基本不受短路点过渡电阻的影响。
受非全相运行的影响较大，在系统非全相运行时可能误 动。解决方法：在非全相运行期间退出负序方向元件、零序 方向元件。
4.3.2 闭锁式方向比较式纵联保护
(4) 工频突变量方向元件 工频突变量方向元件能正确反应所有类型的故障，方向
4.4.3 纵联电流相位差动保护
1、纵联电流相位差动保护的基本原理
比较被保护线路两侧电流的相位，即利用高频信号将电 流的相位传送到对侧去进行比较来确定跳闸与否，这种保护 又称为相差高频保护。
区内故障：两侧电流同相位，发出跳闸脉冲； 区外故障：两侧电流相位相差180°，保护不动作 。
电流。
继电器动作，跳两侧的断路器。
问题：因要铺设多根导引线，这种单相原理 接线方式可用于短线路，电力变压器、发电 机、母线。
2 纵差保护的整定计算
纵差保护整定计算的基本原则是应保证正常运 行和外部短路时保护装置不动作跳闸。因此， 纵差保护的一次动作电流按满足以下条件进行 选择： （1）正常运行和区外短路时差回路流过最大不 平衡电流时保护不动作，即躲开外部故障时的 最大不平衡电流：
电流互感器的同型系
稳态下的不平衡电流：励磁电流之差

继电保护课件第四章输电线路纵联保护Ppt优选文档

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4.1输电线路纵联保护概述
输电线路纵联保护的分类
动作原理： 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。根据保护判别 方向所用的原理可分为方向纵联保护和距离纵联保护。 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 区分是区内故障还是区外故障。
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
❖ 电力线载波通信：
❖ 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。 ❖ 耦合电容器：结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。 ❖ 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
4.1输电线路纵联保护概述 输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析：
（3）两端电流相位 区内故障：两侧电流相位差为0。 区外故障：两侧电流相位差为180。 正常运行：两侧电流相位差为180。
4.1输电线路纵联保护概述 输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析：
（4）两侧的测量阻抗 区内故障：测量阻抗均为短路阻抗，两侧距离保护II段同时 启动； 区外故障：两侧的测量阻抗也是短路阻抗，但一侧为反向， 至少一侧的距离保护II段不启动； 正常运行：两侧的测量阻抗均为负荷阻抗，距离保护II段不 启动。
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。包括相-相式和相-地式。
电力线载波通信示意图 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—接地开关

电力系统继电保护04

电力系统继电保护04

7
输电线路纵联保护概述
• 2.两侧功率方向的故障特征。 • 发生区内故障时，两端功率方向为母线流向线路，两 侧功率方向相同，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，两侧功率方向相反。
8
输电线路纵联保护ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ述
• 3.两端电流相位特征 • 发生区内短路时，两侧电流同相位； • 正常运行和区外短路时，两侧电流相位差180度。 • 4.两端测量阻抗的特征 • 线路区内短路时，输电线路两端的测量阻抗都是短路阻 抗，一定位于距离II段的动作区内，两侧II段同时启动； • 正常运行时两侧测量阻抗为负荷阻抗，距离II段不启动； • 发生区外短路时，两侧的阻抗也是短路阻抗，但一侧为反 方向，至少有一侧的距离保护II段不启动。
14
输电线路纵联保护两侧信息的交换
• 电力线载波通信 • 输电线路用来作为载波通道时，必须在输电线路上装设专 用的加工设备，将同时在输电线路上传送的工频和高频电 流分开，并将高频收、发信机与高压设备隔离，以保证二 次设备和人身的安全。 • 电力线载波的方式主要有两种：一种是高频收、发信机通 过结合电容器连接在输电线路两相导线之间，称为“相—相” 制；另一种是高频收、发信机通过结合电容器连接在输电 线一相导线与大地之间，称为“相—地”制。“相—相”制高频 通道的衰耗小，但所需加工设备多，投资大； • “相—地”制高频通道传输效率低，但所需加工设备少，投 资较小。目前，国内外一般都采用“相—地”制，高频通道。
Protection Principle of Power System
白雪峰
1
第3章 输电线路纵联保护
• • • • 第1节 第2节 第3节 第4节 输电线路纵联保护概述 输电线路纵联保护两侧信息的交换 方向比较式纵联保护 纵联电流差动保护

04 输电线路纵联保护

04 输电线路纵联保护

1.2
第4章 输电线路纵联保护 本章内容
●
4.1输电线路纵联保护的基本原理与类型 4.1输电线路纵联保护的基本原理与类型 4.2导引线纵联保护 4.2导引线纵联保护 4.3输电线高频保护基本概念 4.3输电线高频保护基本概念 4.4方向高频保护 4.4方向高频保护 思考题与习题
● ● ● ●
1.3
Ir =
I1M I M nTA
+
I1N I N nTA
(4-2)
式中 I k1
I M + I N I1M + I1N I M + I N I = k1 nTA nTA nTA nTA ——故障点的总电流, 故障点的总电流, 故障点的总电流 . Ir =
I k1 = I k1M + I k1N
由于
IM = IN
所以
Ir =
I M I N nTA
= I unb
1.11
第4章 输电线路纵联保护 4.2 导引线纵联保护
——不平衡电流 下面将详细说明 . 不平衡电流(下面将详细说明 不平衡电流 下面将详细说明). 当线路外部发生短路(如 当线路外部发生短路 如k2点)时,电流互感器一次和二次电流的方向与正常工作的 时 情况相同,流入差动继电器的电流仍为不平衡电流, 情况相同,流入差动继电器的电流仍为不平衡电流,但因为此时一次侧电流为短路 电流,比正常时的负荷电流大得多,所以此时的不平衡电流要大得多. 电流,比正常时的负荷电流大得多,所以此时的不平衡电流要大得多. 当线路内部发生短路(如 两侧的电流均为正. 见图4.2中的实 当线路内部发生短路 如k1点)时,M两侧的电流均为正.这时将反向 见图 中的实 时 两侧的电流均为正 这时将反向(见图 线),此时流入差动继电器的电流为 , 式中 I unb

继电保护 第4章 输电线路纵联保护

继电保护 第4章 输电线路纵联保护

第四章
输电线路纵联保护 k1
ＩＮ
二、输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析 1.线路两端电流相量和的故障特征 ＩM M 电流的正方向规定：由母线－－线路 正常运行或区外故障： I IM IN 0 内部故障： SM I IM IN IK1
N
k2
SＮ
2.线路两端电流相位的故障特征 假定全系统阻抗角均匀，两侧电动势角相等 正常运行或区外故障：两侧电流相位相差180º 内部故障：两侧电流相位相同 ３.线路两端功率方向的故障特征 功率的正方向规定：由母线－－线路 正常运行或区外故障：两端功率方向相反 内部故障：两侧功率方向相同 ４.线路两端测量阻抗的故障特征 正常运行：两端测量阻抗是负荷阻抗 区外故障：两端测量阻抗是短路阻抗，但一侧是反方向 内部故障：两端测量阻抗是短路阻抗，位于距离保护I I段内，瞬纵联保护的基本原理 1.纵联电流差动保护 利用输电线路两端电流波形和或电流相量和的特征构成纵联电流差动保护 正常运行或区外故障： I I I 0 M N 内部故障： I I I I
M N K1
I M I N I set 电流保护的动作判据 2.电流相位比较式纵联保护 （纵联电流相位差动保护） 利用输电线路两端电流相位的特征差异， 比较两端电流的相位关系 构成电流相位比较式纵联保护 3. 方向比较式纵联保护 线路两端功率方向的故障特征 4.距离纵联保护 用阻抗元件替代功率方向元件， 构成原理和方向比较式纵联保护相似
K set
I k.min Ir 2 I set I set
m n
（２）带制动特性的差动继电器特性 动作线圈 I I 制动线圈 制动特性 动作方程
Im In I m I n K I m I n I op0

第4章 输电线路纵联保护

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

电力系统继电保护电子教案第四章输电线纵联保护

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

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

输电线路纵联保护

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

电力系统继电保护4输电线路纵联保护
❖ II段有延时，无法实现全线速动，220kV及以上电压等级线 路，难以满足快速性要求
3 张刘春设计
电力系统继电保护
4 输电线路纵联保护
反应两侧电气量的输电线路纵联保护
❖ 纵联保护：将线路一侧电气量信息传到另一侧，两 侧电气量同时比较、联合工作。
❖ 线路两侧有纵向联系，又称“单元保护”
❖ 利用线路两侧的电气量可快速、可靠区分线路内、 外部短路 ---- 绝对选择性
4 输电线路纵联保护
21 张刘春设计
电力系统继电保护
4 输电线路纵联保护
22 张刘春设计
电力系统继电保护
4 输电线路纵联保护
23 张刘春设计
电力系统继电保护
4 输电线路纵联保护
24 张刘春设计
电力系统继电保护
4 输电线路纵联保护
25 张刘春设计
电力系统继电保护
4 输电线路纵联保护
26 张刘春设计
4 输电线路纵联保护
纵联保护的基本原理
❖ 差别：功率方向
区内故障：两端功率方向相同，均为正 正常运行和区外故障：两端功率方向相反，一正一负
❖ 保护：方向纵联保护
闭锁式：功率方向为负着发闭锁信号。 允许式：功率方向为正者发出允许信号。
15 张刘春设计
电力系统继电保护
4 输电线路纵联保护
纵联保护的基本原理
纵联电流差动保护
❖传送电流的波形或相位信号。 ❖信息传输量大，要求两侧信息采集同步，对通信通道
要求较高。
12 张刘春设计
电力系统继电保护
4 输电线路纵联保护
纵联保护的基本原理
❖ 差别：两端电流相量和
区内故障 I= IM + IN = IK1
❖ 保护：纵联电流差动保护

第4章输电线路纵联保护共60页文档

第4章输电线路纵联保护共60页文档

4.电力线载波信号的种类
（1）闭锁信号
（3）跳闸信号
（2）允许信号
4.2.3 微波通信 1 构成 2 微波通信纵联保护的优点 （与电力线高频载波保护相比）
(1) 独立的信道，输电线路的干扰不影响通信 系统；通道的检修不影响线路运行。
(2) 传递的信息容量增加、速率加快。 (3) 受外界干扰的影响小，可靠性高。 (4) 输电线路的任何故障都不会使通道工作破坏。
外部短路时：短路阻抗，但一侧为反方向，该侧 的距离Ⅱ段不启动
正常运行时：负荷阻抗，距离Ⅱ段不启动
4.1.3 纵联保护的基本原理 1.纵联电流差动保护
故障判别量： 两侧电流相量和 内部故障特征：其值很大，为短路点电流
动作条件： I&M I&N Iset
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
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：
M I&M
k1
I&N N
2）区外短路时： I&k 1 M I&M
I& N
N k2
规定：电流的正方向为由母线流向线路
缺点：后备保护检修时主保护被迫停运
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的传送 4.2.1 导引线通信 （1）环流式 正常运行或外部故障时
动作 线圈
制动线圈
导引线
动作 线圈
制动线圈
（2）均压式(电压平衡原理)

输电线路的纵联保护

输电线路的纵联保护
向元件.
第二节 输电线纵联保护两侧信息的交换
载波保护或者高频保护
应用载波技术,以输电线本身作为通道,将线路两侧工频电气量 〔或两侧阶段式保护中测量元件的判别结果〕调制40k~500kHz 的高频电波上,沿通道互相传送；两侧保护收到此高频电波后,再 将其还原为工频电气量〔或判别结果〕并在各自的保护中比较这 些量,以判断是区内还是区外故障.
第 4章
输电线路的纵联保护
第一节 输电线路纵联保护概述
一、引言
1、反映单侧电气量保护的缺陷
无法实现全线速动
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.
收不到高频信 号是跳闸的必 要条件.
高频信号是跳 闸的必要条件.
跳闸信号：
保护
跳闸
信号
1 跳闸 高频信号是跳
脉冲 闸的充分条件.
三、纵联保护动作原理
〔3〕电流相位比较式纵联保护 利用两端电流相位的特征差异,比较两端电流的相位关系构成电流
相位比较式纵联保护 .两端保护各自将本侧电流的正、负半周信 息转换为表示电流相位并利于传送的信号送到对端,同时接收对 端送来的电流 信号并与本册的相位相比较.
〔4〕距离纵联保护 构成原理与方向比较式纵联保护相似,只是用阻抗元件代替功率方
高频保护是目前220KV及以上电压等级复杂网络的主要保护方式.
高频保护由继电保护部分、高频收、发信机和通道组成.
Hale Waihona Puke 按工作原理分为方向高频保护和相差高频保护 方向高频保护的基本原理是比较被保护线路两侧的功率方向 相差高频保护的基本原理是比较被保护线路两侧的电流相位

电力系统继电保护-4 输电线路纵联保护

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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4.3.3 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
输电线路目前常用的通信方式为：
导引线通信 电力线载波通信 微波通信 光纤通信
4.2.2 电力线载波通信
有“相-相”和“相-地”两种连接方式 “我国广泛运用” 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. 接地开关
电力系统继电保护
Power System Protective Relaying
４. 输电线路纵联保护
4.1 输电线路纵联保护概述
4.1.1 引言
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）本线路末端短路与相邻线路出口电气距离接近 相等。 （2）继电器本身测量误差。 （3）线路参数不准确。 （4）TV、TA有误差。 （5）短路类型不同。 （6）运行方式变化等。
4.2.2 电力线载波通信
工作方式：（高频信号与高频电流是不同的） ¾正常时无高频电流（我国常用）：故障启动发信方式
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（正常无高频电流），有高 频电流是有信号，通道的破坏不影响保护的正确动作。 ¾正常时有高频电流：长期发信方式
0.1 = 电流互感器10%误差 Kst = 电流互感器同型系数
Knp = 非周期分量系数
4.4 纵联电流差动保护
4.4.1 纵联电流差动保护原理
保护正确动作的差动电流应躲过不平衡电流
Ir = I&M + I&N > Iunb
外部故障时的不平衡电流也可写为：
Iunb = 0.5 I&M − I&N
Zr线路模拟阻抗
Zr ⋅Δ I
保护的反方向短路，保护安装
处的电流、电压的关系为：
⋅
⋅
ΔU = Δ I⋅ Zs
考虑各种因素的影响，反方向故
障时功率方向为正的判断依据为： ⋅ 900 > arg ΔU ⋅ > −900 Zr ⋅Δ I
4.3.1 工频故障分量的方向元件
负序、零序方向元件在正方向
故障时，功率方向为正的判断
4.1 输电线路纵联保护概述
4.1.1 引言
输电线路纵联保护定义：利用某种信息通道将输电线路两 端的电气量传送到对端，进行两端的电气量比较，以判断 故障在本线路范围内还是在线路范围外，从而确定是否切 断被保护线路。因此，从理论上讲，这种纵联保护具有绝 对的选择性。
4.1 输电线路纵联保护概述
纵联保护分类（按信息通道）： （1）导引线纵联保护（输电线路纵联差动保 护）：辅助导引线 （2）电力线载波保护（高频保护）：高频通道 （3）微波纵联保护 ：微波通道 （4） 光纤纵联保护：光纤通道 纵联保护分类（按动作原理） ： （1）纵联方向保护：功率方向、负序功率方向 （2）纵联距离保护； （3）纵联电流差动保护：
闭锁式方向纵联保护采用电流启动，没 有延时跳闸配置，因此不具备远后备功能。
闭锁式距离纵联保护的第III段保护若进 行维护时，纵联保护会失去作用。
4.4 纵联电流差动保护
4.4.1 纵联电流差动保护原理
两端电流相位特征 区内故障： 两侧电流相位差00
区外故障（正常运行）： 两侧电流相位差1800
在保护中外部故障时的不平衡电流用作为制动电流，保护动
作方程为：
I r ≥ Kres Iunb
Kres = 制动系数
4.4 纵联电流差动保护
保护动作电流与制动电流关系 （或称保护的制动特性）
保护的动作值将随外 部故障时的不平衡电流 增大而增大
I r ≥ Kres Iunb
Ir ≥ Kres Iunb
2 闭锁式方向纵联保护的构成
区内短路：双电源供电线路
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
保护的正方向短路，保护安装处的电流、电压的关系为：
⋅
⋅
ΔU = −Δ I⋅ Zs
考虑各种因素的影响，⋅ 正方向故障时功率方向为正的判断
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
依据为：2700 > arg ΔU ⋅ > 900
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
两端电流相量和的故障特征（纵联电流差动保 护）
区内故障：
ΣI& = I&M + I&N = I&k1
区外故障：
ΣI& = I&M + I&N = 0
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
K点故障： 对BC线路：为内部故障，保护3、4；两侧功率S+动，两侧 都不发高频信号，保护动作3、4QF跳闸 对AB、CD线路：为外部故障，电流保护元件1、2、5、6均 启动：但2、5的功率方向为负，S-动，向本侧和对侧发出高 频闭锁信号，送至保护1、6、2、5。AB、CD线路均保持不 动作跳闸
4.3.2 闭锁式方向纵联保护
Kres = 制动系数
4.4.2 两侧电流的同步测量
基于数据通道的同步方法 基于GPS统一时钟的同步方法
闭锁式方向纵联保护的功率方 向元件采用故障零序分量或故 障负序分量构成功率方向元件。
目的是具备防系统振荡能力。
4.3.4 影响方向式纵联保护的因素
非全相运行方式对负序方向纵联保护的影响 超高压线路采用单相接地故障，单相跳闸，允 许两相继续运行方式，称为非全相运行方式。
设M侧断路器开断
若采用断路器的母 线侧电压互感器采集 负序电压，将判断为 正方向故障，两侧将 均没有闭锁信号，两 侧断路器跳闸。
4.3.4 影响方向式纵联保护的因素
非全相运行方式对负序方向纵联保护的影响 超高压线路采用单相接地故障，单相跳闸，允 许两相继续运行方式，称为非全相运行方式。
设M侧断路器开断
若采用断路器的 线路侧电压互感器采 集负序电压，将判断 为反方向故障，而发 闭锁信号，两侧断路 器不跳闸。
零序方向纵联保护与负序方向相同
因此需取断路器线路侧电压互感器信号
4.3.3 闭锁式距离纵联保护的构成
闭锁式距离纵联保护利用线路两侧三段式 距离保护，以III段作为启信元件，以II段方向 判别元件作停信元件。
4.3.3 闭锁式距离纵联保护的构成
闭锁式距离纵联保护利用线路两侧三段式距离保护，以III 段作为启信元件，以II段方向判别元件作停信元件。
两端功率方向的故障特征（方向比较式纵联保护）
区内故障：两端功率方向均为母线
线路
区外故障：近故障端功率方向线路 远故障端功率方向母线
母线 线路
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
两端电流相位特征（电流相位比较式纵联保护）
区内故障：
区外故障（正常运行）：
为：
2700 > arg
⋅
ΔU2
⋅
> 900
Z2r ⋅ Δ I2
⋅
2700 > arg
ΔU0
⋅
> 900
Z0r ⋅ Δ I0
负序、零序方向元件在正方向 故障时，功率方向为负的判断 为：
⋅
900 > arg
ΔU2
⋅
> −900
Z2r ⋅Δ I2
⋅
900 > arg
ΔU0
⋅
> −900
Z0r ⋅ Δ I0
2 闭锁式方向纵联保护的构成
有两个电流元件
zKW+功率方向元件 zKA2高定值电流停 信元件 zKA1 低定值电流启 信元件 zt1 瞬时动作延时 返回 zt2 延时动作瞬时 返回
2 闭锁式方向纵联保护的构成
区外短路：两端供电线路（近故障点侧）
2 闭锁式方向纵联保护的构成
区外短路：两端供电线路（远离故障点侧）
正常运行时，始终收发信（经常有高频电流），无高频电流 是信号，保护动作速度较快，对其它设备有干扰 ¾移频方式（国外广泛应用）