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第四章 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)

输电线路纵联保护

输电线路纵联保护
第四章.输电线路纵联保护
▪输电线路纵联差动保护 ▪输电线路高频保护 ▪微波保护
问题的提出：
前述保护存在的主要问题 ①单侧量保护只能保护本线路的一部分 ②受运行方式影响；长线路，重负荷Klm低
第一节. 输电线纵联差动保护（纵差保护）
一．原理:
1. 纵联保护：就是用某种通信通道（简称通道）
将输电线两端的保护装置纵向联结起来，将各 端电气量（电流、功率的方向等）传送到对端， 将两端电气量比较，以判断故障在本线路范围 内还是在本线路保护范围之外，从而决定是否 切除被保护线路。
2、导引线的阻抗和分布电容 3、导引线的故障和感应过电压
第二节.输电线路的高频保护
▪构成 ▪分类 ▪原理
一、概念
1、定义 高频保护：是以输电线载波通道作为通信通道的纵联保护.
广泛应用于高压和超高压输电线路 无时限快速保护,无需与下一线路配合，同时比较两端电 流的相位或功率方向区分内、外故障
电流相位（功率方向）→高频信号→输电线本身 →对端→比较 2、分类
Sd
Sd
Sd
图4-9 高频闭锁方向保护的作用原理
d短路： 3、4功率方向为正，不发闭锁信号 2、5为负，发闭锁信号
则1、2、5、6被闭锁
(1)动作条件 功率方向为正 收不到高频载波信号
(2)讯号由功率方向为负一端发出，两端闭锁 (3)闭锁信号的优点：
当内部故障并伴随通道破坏时(如接地or断 线)保护仍能正确动作
复习题： 一.判断题
二.简答题
答案：
一.判断题 1.对 2.错 3.对 4.对 5.错 二.简答题 1.
2. 3.
4.
5. 6.
相差高频保护： 相差高频保护
五、高频闭锁方向保护

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。

第4章 输电线路纵联保护

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

输电线路纵联保护

输电线路纵联保护
k1
M
•
•
M
IM
I N
•
I k1N k2
M
N
1.10
KD
图4.2 纵联保护的基本原理
第4章 输电线路纵联保护
4.2 导引线纵联保护
流入差动继电器(或称为差动回路)的电流为
•
•
••
•
Ir
IMIμM nTA
INIμN nTA
由于
•
•
IM IN
所以
•
•
•
Ir
IμM IμN nTA
•
Iunb
1.11
I
和
M
相I• N 位相差180°，升压变压器的高压侧电压 和U • R 相位U •也S 相差180°，
环流法接线在导引线中有电流环流，忽略导引线的电阻，差动继电器中的电流为
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，两种接线的差动继电器中均有电流流过，从而能够准确地动作。当发生外
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 ● 4.2导引线纵联保护 ● 4.3输电线高频保护基本概念 ● 4.4方向高频保护 ● 思考题与习题
1.3
第4章 输电线路纵联保护 4.1 输电线路纵联保护的基本原理与类型
仅反映线路一侧的电气量是不可能区分本线路末端和对侧母线(或 相邻线路始端)故障的，只有反映线路两侧的电气量才能区分上述两 点故障，达到有选择性地快速切除全线故障的目的。为此需要将线路 一侧电气量的信息传输到另一侧去，即在线路两侧之间发生纵向的联 系。这种保护装置就称为输电线的纵联保护。
在导引线纵联保护中，为了节省导引线的芯数，一般将欲比较的三相电 流综合成单相电流，并在线的两端均设有差动继电器，从而省去传送跳闸脉 冲信号的导引线。

第4章 输电线纵联保护

第4章 输电线纵联保护
A
1
闭锁信号
2
B
3
k
C
4 5
闭锁信号
6
D
故障线路： 两端功率方向均为正，无闭锁信号，保护动作。 非故障线路： 功率方向为负的一侧发闭锁信号，将两侧保护闭锁。
区内故障伴有通道损坏时，保护能否正确动作？ 区内故障伴有通道损坏时，保护能否正确动作？
A
1
B
闭锁信号
2 3
k
C
4 5
D
闭锁信号
6
闭锁信号：故障线路的保护不受通道损坏的影响能够可靠 动作，不会拒动； 非故障线路的保护受通道损坏的影响会误动。
电信号－ 电信号－光信号 缺点： 缺点：需中继 原理： 原理：纵联电流分相差动保护 光纤 优点： 抗干扰、 优点：通信容量大、抗干扰、节省金属材料等
第三节 方向比较式纵联保护
一、闭锁式方向纵联保护
1. 工作原理
正常时: 无高频电流; 正常时: 无高频电流; 故障时：功率方向为负侧发送高频闭锁信号； 故障时：功率方向为负侧发送高频闭锁信号； 功率方向为正侧不发高频信号。 功率方向为正侧不发高频信号。
特点： 反映两TA间任意点故障） TA间任意点故障 特点： 绝对选择性 （反映两TA间任意点故障）
M
k1
N k2
四、纵联保护基本原理 1. 纵联电流差动 －两端电流相量和特征
& & & & ΣI = IM + I N = I K1 & & & ΣI = I + I ≈ 0
M N
& & IM + I N ≥ Iset
功率方向元件的输入量：工频故障分量 功率方向元件的输入量：

第四章 输电线路纵联保护

第四章 输电线路纵联保护

第四章第四章输电线路纵联保护1/912/914.1.1 输电线纵联保护概述为此，设法将被保护元件两端为此，设法将被保护元件两端为此，设法将被保护元件两端((或多端或多端))的电气量进行同时比较进行同时比较,,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）。

仅利用线路一侧的电气量所构成的继电保护（单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。

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 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）。

（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 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。

3/914.1.2 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 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）的特征区别和差异护原理。

当然，构成原理后，再分析影响因素；并研究消 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）。

6/91一、两侧电流相量和瞬时值和))的故障特征一、两侧电流相量和((瞬时值和基尔霍夫电流定律：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：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 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。

下面，用图例说明。

继电保护第四章输电线路纵联保护

继电保护第四章输电线路纵联保护

继电保护第四章输电线路纵联保护第四章输电线路纵联保护§4－1 输电线纵联差动⼀、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。

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=-In2I 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§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4-71. 阻波器：L 、C 并联谐振回路，谐振于载波频率。

对载波电流：Z>1500Ω——————限制在本线路。

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

第四章输电线纵联保护

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

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。

4输电线路纵联保护

4输电线路纵联保护

1
AB 假设只采用一个时间元件
点发生故障时，应由保护发闭锁信号，闭锁保护由于互感器及继电器误差，可能保护2不起动，无闭锁信号，起动，误跳闸。

解决办法：采用两个灵敏度不同的起动元件
I ：I ：高灵敏度元件低灵敏度元件
远离故障点保护要跳闸时，近故障点保护发信机必然可以起动，不会发生误开放现象。

起动发信起动跳闸
2I I 1GFX 故障点侧方向元件后返回，则由于闭锁信号消失，造成误动。

外部故障消失，近故障点侧起信元件返回后，发信机继续发一段时间闭锁信号。

解决办法：
：大于两侧元件返回的最大时间差，并有一定裕度。

I1
GFX
GSX
保护发送的闭锁信号在最初一段时间内还没传到，会造成误动。

解决办法：
在跳闸回路中加延时。

：考虑两侧起信元件起动时间差、信号传输时间、裕度。

Z ms
停信元件
要求全线任何位置发生故障均可动作。

取距离。

第4章 输电线路纵联保护

第4章 输电线路纵联保护

10 of 12
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。
11 of 12
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。
9 of 12
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。
5 of 12
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
6 of 12
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）
7 of 12
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
8 of 12
三、方向比较式纵联保护
闭锁信号
A

第四章 输电线路纵联保护

第四章 输电线路纵联保护

4、相差高频保护的比相元件
比相元件实现对间断角和闭锁 角的比较 它采用积分时间电路，将角度 的比较转换成时间的比较


考虑短路前两侧电动势的相角 差、分布电容的影响及高频信号传 输延迟等，在区外短路时收到的高 频信号也有一定的时间间隔不连续， 在区内短路时收到的高频信号不连 续的时间间隔也会小于半周波。
(c)外部故障时两端电流波形
二、相差高频保护的构成 ⑴故障启动纵联电流相位差动保护的原理框图
1、低定值启动发信 2、高定值启动比相 3、用于控制发信机工作的操作元
件：操作电流经方波形成器去操作 发信机，在工频电流正半周时发高 频方波信号
4．两侧测量阻抗值特征
当线路区内短路时，输电线路两端的测
量阻抗都是短路阻抗，一定位于距离保护
Ⅱ段的动作区内，两侧的Ⅱ段同时启动；
当正常运行时，两侧的测量阻抗是负荷阻
抗，距离保护Ⅱ段不会启动；当发生外部
短路时，两侧测量阻抗也是短路阻抗，但
一侧为反方向，若采用方向特性的阻抗继
电器，则至少有一侧的距离Ⅱ段不会启动。
第四章 输电线路纵联保护

4.1 输电线路纵联保护的基本原理和分类
4.2 输电线路纵联保护的通信通道 4.3 输电线路的导引线纵联差动保护 4.4 方向比较式纵联保护 4.5 相位比较式纵联保护
4.1 输电线路纵联保护基本原理和分类

一、纵联保护及其构成
输电线路的纵联保护，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。

第4章 输电线路纵联保护

第4章 输电线路纵联保护

M IM
k1
IN N
2）区外短路时： Ik1
M IM
IN
N k2
规定：电流的正方向为由母线流向线路
两侧电流相量和： 区内短路：IM IN Ik1 区外短路：IM IN 0
4.1.2 输电线路短路时两侧电气量的故障特征
2 两端功率方向的故障特征
1）区内短路时：
M IM
k1
IN N
SM
第4章 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 电流保护、距离保护：
仅利用被保护元件一侧的电气量构成保护判据。
不可能快速区分本线末端和对侧母线（或相邻线 首端）故障。
导致II段延时切除，在高压系统中难以满足稳定 性对快速切除故障的要求。
4.1 输电线路纵联保护概述 4.1.1 引言 纵联保护：利用某种通信通道同时比较被保护元 件系1 两）纵在侧联正电保常气护运量的行（一与即般故在构线障成路时框两差图侧异之的间保发护生。纵向的联
4.3.4 影响方向纵联保护正确工作的因素及应 对措施
2 功率倒向对方向比较式纵联保护的影响及应对措施
1
2
QF3跳闸后： 线路L2：M侧功率正，N侧功率负，功率倒向。2向1发闭锁信号， 但信号有延时，在M侧未收到闭锁信号前可能误动作跳开QF1。
4.3.4 影响方向纵联保护正确工作的因素及应 对措施
1 基于数据通道的同步方法——采样时刻调整法
(1)通道延时的测定（正式采样同步前）
从站采样时刻点 tm1：主站发送信息
td

tr 2
tm1 2
tm
主站采样时刻点
(2) 主站时标与从站时标的核对 tr2：主站收到返回信息

电力系统继电保护 第四章输电线路的纵联保护

电力系统继电保护 第四章输电线路的纵联保护

需定期检查高频通 道是否完好： 手动或自动
a
29
（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。
a
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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……
a
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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）。
a
a
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（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。
a
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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。
采用线路纵联保护！
a
5
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）。
a
6
归纳：
方向元件 阻抗元件
特征分界
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因ILN和IN一样也是负值，故不平衡电流Ibp实际 是两个电流互感器励磁电流之差。因此，凡导 致励磁电流增加的各种因素．以及两个电流互 感器励磁特性的差别，是使Ibp增大的主要原因。 为此，需对电流互感器的特性及其误差作进一 步的分析。

根据图45 ( a ）所示电流互感器的等效回路， 可以求出二次电流与一次电流的关系为

2．两侧电流相位特征
两端输电线路，若全系统阻抗角均匀，且两端电动势角相等，则 当线路MN发生区内短路故障时，两侧电流同相位，即、相位差为0°； 而当正常运行或发生区外短路故障时，两侧电流反相，即电流、相位 差为180°。

3．两侧功率方向特征
当线路上发生区内故障和区外故障时，输电线两端的功率方向也 有很大差别。令功率正方向由母线指向线路，则线路发生区内故障时， 两端功率方向都由母线流向线路，两端功率方向相同，同为正方向； 而发生区外故障时，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。

在此情况下，二次电流之和不再等于零，此电 流称为不平衡电流。不平衡电流也可按电流互 感器的额定变比折合到一次侧，称为一次不平 衡电流。不平衡电流可假想为两端一次电流大 小不等、相位差不等于180°而造成的。不平 衡电流是由于两端电流互感器的磁化特性不一 致，励磁电流不等造成的。稳态负荷情况下， 其值较小，而在短路时，短路电流很大，使电 流互感器铁心严重饱和，不平衡电流可能达到 很大的数值。

4．两侧测量阻抗值特征
当线路区内短路时，输电线路两端的测量阻抗都是短路阻抗，一 定位于距离保护Ⅱ段的动作区内，两侧的Ⅱ段同时启动；当正常运行 时，两侧的测量阻抗是负荷阻抗，距离保护Ⅱ段不会启动；当发生外 部短路时，两侧测量阻抗也是短路阻抗，但一侧为反方向，若采用方 向特性的阻抗继电器，则至少有一侧的距离Ⅱ段不会启动。

( l ）稳态情况下的不平衡电流。如果电流互感 器具有理想的特性，按环流法接线构成的纵差 动保护，则在正常运行和外部故障时，两个电 流互感器二次电流大小相等、相位差180°， 相加为零。但实际上，由于电流互感器总是具 有励磁电流，且励磁特性不会完全相同，因此， 二次侧电流的数值应为

在正常运行以及保护范围外部故障时，如上所 述，IM+IN=0 ，因此不平衡电流为

1.两侧电流量特征
双端电源线路区内、外故障示意图 (a)内部故障；(b)外部故障 当线路发生内部故障时， 如图所示，有 I I M I N I k1 ，在故障点有较大短路电流流出; 当线路发生区外短路故障或正常运行时，


如图所示，线路两端电流相量关系为
I I M I N。 0

三、纵联保护的分类
纵联保护按照所利用信息通道的不同类型可以分为导引线纵
纵联保护按照保护动作原理，可以分为方向比较式纵联保护
联保护、电力线载波纵联保护、微波纵联保护和光纤纵联保护四种。
和纵联电流差动保护两类。

首先以极短的输电线路为例，简要说明纵联差 动保护的基本原理。如图4-1 所示，在线路的 M和N两端装设特性和变比完全相同的电流互感 器，两侧电流互感器一次回路的正极性均置于 靠近母线的一侧，二次回路的同极性端子相联 接（标“·”号者为正极性），差动继电器则并 联联接在电流互感器的二次端子上。 在线路两端，仍规定一次侧电流的正方向为从 母线流向被保护的线路，那么在电流互感器采 用上述连接方式以后，流入继电器的电流即为 各互感器二次电流的总和

图4-2 为输电线纵联差动保护的基本原理接线。 图4-2 ( a ）为环流法纵差保护原理接线；图 4 -2 ( b ）为均压法纵差保护原理接线。为 了减少所需导引线的根数，在输电线纵差保护 中，一般都采用电流综合器（∑I ) ，将三相 电流合成一单相电流，然后传送到对端进行比 较。综合器∑I可用对称分量复合滤序器或其 它原理作成。
措施：

为了保证纵差动保护的选择性，差动继电器 的起动电流必须躲开上述最大不平衡电 流．因此，Ibpmax越小，则保护的灵敏性 就越好，故如何减小不平衡电流就成为一切 差动保护的中心问题。为减小不平衡电流， 对于输电线纵差动保护以及其它纵差动保护 应采用型号相同、磁化特性一致、铁心截面 较大的高精度的电流互感器，在必要时，还 可采用铁心磁路中有小气隙的电流互感器。

具有铁心的线圈是一个非线性元件，其励磁阻 抗Z主是随着铁磁材料磁化曲线的工作点而变 化的。当铁心不饱和时，Z的数值很大且基本 不变，因此励磁电流很小，此时可认为I2和I1 成正比而且误差很小。


当电流互感器的一次电流增大后，铁心开始饱 和，则Z迅速下降，励磁电流增大，因而，二 次电流的误差也随之迅速增加，铁心越饱和则 误差越大，其关系如图4-5 ( b ）所示。由于铁 心的饱和与否主要取决于铁心中的磁通密度， 因此，对于已经做成的电流互感器而言，影响 其误差的主要因素是： 1）当一次侧电流I1一定时，二次侧的负载 （即阻抗Z2）越大，则要求二次侧的感应电势 越大，因而，要求铁心中的磁通密度越大，铁 心就容易饱和；

按照环流法接线，在正常无故障运行和外部故 障情况下，线路两端的一次电流IM和IN大小相 等，相位差180°。因而导引线两端的电压UM 和UN也是大小相等，相位相反，它们在导引线 中产生一环流。两端的GB 工作于次级短路状 态，因而其初级电压较小，不足以使跨接于其 两端的继电器动作，保护不会动作跳闸。

一般将保护的I 段定值整定为线路全长的80％ ~85% ，对于其余的15％~20％线路段上的故障， 只能带第11 段的时限切除，为了保证故障切 除后电力系统的稳定运行，这样做对于某些重 要线路是不能允许的。在这种情况下，只能采 用所谓的纵联保护原理保护输电线路，以实现 线路全长范围内故障的无时限切除。

二、纵联保护的基本原理
保护原理的本质是甄别系统正常和故障状态下电气量或非电气 量之间的差别，纵联保护也不例外。输电线路的纵联保护就是利用线 路两端的电气量在故障与非故障时的特征差异构成的。当线路发生区 内故障、区外故障时，电力线两端电流波形、功率、电流相位以及两 端的测量阻抗都有明显的差异，利用这些差异就可以构成不同原理的 纵联保护。

2 ）当二次负载已确定之后，一次侧电流的升 高也将引起铁心中磁通密度增大。因此，一次 电流越大时，二次电流的误差也增大。
为了保证继电保护的正确工作，就要求电流互 感器在流过故障电流时，应保持一定的准确度。 实际工作上都是采用电流互感器的10％误差曲 线。当电流互感器的容量满足10% 误差曲线 的要求时，其二次电流的误差就一定小于 10% ，相应的角度误差不大于7°。


对用于纵差保护中的电流互感器，只需考虑 外部故障时，出现不平衡电流的问题。因此， 在考虑一次电流最大倍数时，应采用外部故 障时，流过电流互感器的最大短路电流 Idmax，并保证在这种最大的一次电流情况 下，二次电流的误差不大于10％。这样，在 纵差动保护中，不平衡电流的稳态值就可以 按下式计算


中Ktx为电流互感器的同型系数，当两侧电流 互感器的型号、容量均相同时，可取为0.5。 (不是同种型号的系数取1) ( 2 ）暂态过程中的不平衡电流。由于差动保 护是瞬时动作的，因此，还需要进一步考虑在 外部短路暂态过程中，差动回路中出现的不平 衡电流。

由图可见，暂态不平衡电流可能超过稳态不 平衡电流好几倍，而且由于两个电流互感器 的励磁电流含有很大的非周期分量，从而使 不平衡电流（励磁电流之差）也含有强烈的 非周期分量，完全偏于时间轴的一侧。图中 不平衡电流最大值出现的时间较迟，是由于 励磁回路具有很大的电感，励磁电流不能立 即上升的缘故。

实际上，在外部短路时，由于各种误差的影 响， ，将有一不平衡电流流入继电器， 继电器的起动定值必须躲过最大的不平衡电流， 才能保证保护不会误动作。 按照图4-2 ( b ）均压法接线时，同样在正常无 故障运行和外部故障情况下，线路两端的一次 电流IM和IN大小相等相位相反。导引线两端的 电压UM和UN也大小相等，相位相反，但因在 此情况下， UM和UN系反向连接，故导引线中 无电流。两端GB 工作于开路状态。
第四章 输电线路纵联保护

4.1 输电线路纵联差动保护
4.2 输电线路的高频保护 4.3微波保护简介（了解） 4.4 输电线路纵联保护的发展趋势 (了解)流电压保护和距离保护原理 用于输电线路时，只需将线路一端的电流电压 经过互感器引入保护装置，比较容易实现。但 由于互感器传变的误差、线路参数值的不精确 性以及继电器本身的测量误差等原因，这种保 护装置可能将被保护线路对端所连结的母线上 的故障，或母线所连接的其它线路出口处的故 障，误判断为本线路末端的故障而将被保护线 路切断。为了防止这种非选择性动作，不得不 将这种保护的无时限保护范围缩短到小于线路 全长。

由于在正常情况下，上述连接方式的纵差动保 护二次侧的电流在导引线中成环流，因此，称 为环流法纵差动保护。图4-1 的接线只能用于 变压器、发电机等电力设备和母线，不能用于 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的多根导引线， 这在技术上是不可能的，在经济上也是不合理 的。
4.1 输电线路纵联保护基本原理和分类

一、纵联保护及其构成
输电线路的纵联保护，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。


当被保护输电线上发生内部短路时，导引线两 端的一次电流IM和IN以及导引线两端的电压UM 和UN不再大小相等，相位相反，两端的GB 不 再工作于次级短路状态，其初级电压升高，使 继电器动作于跳闸。 对图4-2 ( a ）的环流法原理也可作另一种解释。 在正常运行或N 侧外部短路的情况下M和N两 侧电流的方向相反（规定电流从母线流向线路 的方向为正方向）