继电保护之纵联保护原理大讲解
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电力系统继电保护原理-输电线路纵联保护
3、电流相位比较式纵联保护
对比两侧电流相位差为0°保护动作； 对比两侧电流相位差为180°保护不动作；
4、距离纵联保护
距离Ⅱ段作为方向元件。 该保护的优点：既具有纵联保护的优点，又具有距离 保护的优点。
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
4.2.1 导引线通信（见P132图4.5）
4.2.2 电力线载波通信（见P134图4.6） “高频保护 ”
KD . Ir
. 正常、k外：Ir =
. IM2
-
. IN2
.. . d内：Ir = IM2 + IN2
线路两侧装有相同变比的TA
保护动作特性： 1）不带制动特性
I set K rel K np K er K st I k .max
2）带制动特性
动作方程：
I m I n K I m I n Iop0
2）使用线路侧电压 2、功率倒向对方向高频保护的影响
在环网或双回线路上，当一回线发生故障时，由于故障线 路两侧的断路器相继动作。造成非故障线路的短路功率改 变方向，从而有可能使得非故障线路的方向高频保护误动。
为防止在功率倒向中保护误动，采取的措施是： 一是反方向功率方向元件优先的原则。即一旦反方向元件 动作，立即闭锁正方向元件。 二是当故障发生后经过一段时间（大于本保护动作时间， 小于相邻线路断路器跳闸时间），尚未判为内部故障，则 认为是外部故障，程序转入另一模块。
protect ＆
GSX
跳闸
③跳闸讯号方式：高频讯号本身可直接使断路器跳闸
protect
பைடு நூலகம்GSX
≥1
跳闸
4.2.3 微波通道
利用150mHz到20gHz间的电磁波进行无线通信称为微波通 信。 优点： 微波通道频带宽。 微波通道独立于输电线之外，可靠。 因而用微波通道可实现传送允许信号和直接跳闸信号的 保护方式。 缺点： 微波信号的衰耗与天气有关。 必须沿线路建设微波中继站。
对比两侧电流相位差为0°保护动作； 对比两侧电流相位差为180°保护不动作；
4、距离纵联保护
距离Ⅱ段作为方向元件。 该保护的优点：既具有纵联保护的优点，又具有距离 保护的优点。
4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换
4.2.1 导引线通信（见P132图4.5）
4.2.2 电力线载波通信（见P134图4.6） “高频保护 ”
KD . Ir
. 正常、k外：Ir =
. IM2
-
. IN2
.. . d内：Ir = IM2 + IN2
线路两侧装有相同变比的TA
保护动作特性： 1）不带制动特性
I set K rel K np K er K st I k .max
2）带制动特性
动作方程：
I m I n K I m I n Iop0
2）使用线路侧电压 2、功率倒向对方向高频保护的影响
在环网或双回线路上，当一回线发生故障时，由于故障线 路两侧的断路器相继动作。造成非故障线路的短路功率改 变方向，从而有可能使得非故障线路的方向高频保护误动。
为防止在功率倒向中保护误动，采取的措施是： 一是反方向功率方向元件优先的原则。即一旦反方向元件 动作，立即闭锁正方向元件。 二是当故障发生后经过一段时间（大于本保护动作时间， 小于相邻线路断路器跳闸时间），尚未判为内部故障，则 认为是外部故障，程序转入另一模块。
protect ＆
GSX
跳闸
③跳闸讯号方式：高频讯号本身可直接使断路器跳闸
protect
பைடு நூலகம்GSX
≥1
跳闸
4.2.3 微波通道
利用150mHz到20gHz间的电磁波进行无线通信称为微波通 信。 优点： 微波通道频带宽。 微波通道独立于输电线之外，可靠。 因而用微波通道可实现传送允许信号和直接跳闸信号的 保护方式。 缺点： 微波信号的衰耗与天气有关。 必须沿线路建设微波中继站。
电力系统继电保护——输电线路纵联保护概述与两侧信息交换
三、输电线路纵联保护概述之基本原理
功率方向：发生区内短路时，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。发生区外短路时，一为正 ，一为负，两端功率方向相反。
两端保护的功率方向元件判别流过本端的功率方向，功率方向为负 者发出闭锁信号，闭锁两端的保护，闭锁式方向纵联保护；功率方向 为正者发出允许信号，允许两端保护跳闸，允许式方向纵联保护。
一、输电线路纵联保护概述之引言
光纤通道：也广泛采用脉冲编码调制PCM。保护使用的光 纤通道一般与电力信息系统统一考虑。不受电磁干扰，目 前应该是主要通道形式。
保护动作原理：方向比较式纵联保护、纵联电流差动保护
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。方向纵联保护、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波 形和相位比较的结果区分是区内故障还是区外故障。
二、输电线路纵联保护概述之故障特征
方向比较式纵联保护：功率方向、测量阻抗 纵联电流差动保护：电流的波形或代表电流相位的信号
--------------------------------------------------------------------------------- 功率方向：发生区内短路时，两端功率方向为由母线流向
测量阻抗：区内短路时，两侧的II段同时启动；区外短路时， 一侧为反方向，至少有一侧的距离保护II段不启动。
原理和功率方向类似，II段范围内才启动，可靠。距离保护的II段
作为方向元件，简化了主保护纵联保护，但后备保护检修时主保护将 被迫停运。
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。
纵联保护的原理及通道
Im In Icd
比例制动差动保护判据 Im In k Im In
|Im+In|
Icd:应躲过正常运行不平衡 电流
Icd
采样误差、同步误差、
输电线路对地电容电流等
|Im-In|
原理介绍----差动保护
M Im
F IF
N In
M Im
N In F
IF
线路内部流出电流只成为动作电流
穿越性的电流只成为制动电流
电流差动保护的原理
（1）差动元件直接比较两侧电气量判断故障 （2）通过通道交换两侧电流量的波形（采样点）和相量， 通道将两侧交流回路联系起来
纵联差动保护基本原理
M Im Im In 0 In
N
*
M Im
*
F
In N
*
*
F
Im In IF
原理介绍----差动保护
差动保护判据
差动保护基本判据
采用光纤通道按相传送两侧电流量，本身具有选相 能力，不受系统振荡影响，在非全相运行中有选择地 快速动作，不受TV断线影响。
由于带有制动特性，可防止区外故障误动，不受失 压影响，不反应负荷电流，抗过渡电阻能力强。在短 线路上使用，不需要电容电流补偿功能。在同杆并架 线路上应用广泛。
纵联保护
• 纵联距离保护
检查通道是否良好
• 三、测试光功率及自环试验 • 第五步：将远端保护装置的尾纤通过珐琅盘自环，
若复用则在远端接口设备的电接口处自环，将 “专用光纤”控制字置0、“通道自环试验”控制 字置1，经一段时间观察，保护不能报通道异常告 警信号，同时通道状态中的各个状态计数器可能 偶尔会增加。 • 第六步：恢复正常运行时的定值，同时将通道恢 复正常运行时的连接，投入差动压板，保护装置 应该通道异常灯不亮，无通道异常信号。通道状 态中的各个状态计数器可能偶尔会增加
继电保护-第4章 电网的纵联保护
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（ 纵联保护的提出 ）
1. 电流、距离保护的缺陷
M 1 2 N 3
k1
k2
反映：一侧电气量，即只采集线路一侧的电气量 缺陷：Ⅱ段有延时，无法实现全线速动，
N
正常运行时：两侧的测量阻抗都是负荷阻抗， 距离Ⅱ段都不启动 外部故障时：至少有一侧的距离Ⅱ段不启动（反方向）
I U M M
M
U I N N
N
区内故障时：两侧的距离Ⅱ段同时启动
4.1.3 纵联保护的基本原理
1、纵联电流差动保护
基本原理：利用输电线路两端电流波形和或电流相量和的特征。
I U M M
M SM SN
U I N N
N
正常运行或区外故障时：远故障点的功率方向是从母线流向 线路，功率方向为正；近故障点的功率方向是由线路流向母 线，功率方向为负。两端功率方向相反。 U I I U N
M
M
N
M SM SN
N
区内故障时：两端的功率方向都是从母线流向线路，同为正。
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
4.2.2 电力线载波通信
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。
缺点： a. 施工的要求高，“焊接”难（熔纤机）； b. 光纤断裂难以查找； c. 通信距离还不够长。 光纤通讯网是电力通讯网的主干网，基于光纤通信的纵联保 护成为主流模式。
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（ 纵联保护的提出 ）
1. 电流、距离保护的缺陷
M 1 2 N 3
k1
k2
反映：一侧电气量，即只采集线路一侧的电气量 缺陷：Ⅱ段有延时，无法实现全线速动，
N
正常运行时：两侧的测量阻抗都是负荷阻抗， 距离Ⅱ段都不启动 外部故障时：至少有一侧的距离Ⅱ段不启动（反方向）
I U M M
M
U I N N
N
区内故障时：两侧的距离Ⅱ段同时启动
4.1.3 纵联保护的基本原理
1、纵联电流差动保护
基本原理：利用输电线路两端电流波形和或电流相量和的特征。
I U M M
M SM SN
U I N N
N
正常运行或区外故障时：远故障点的功率方向是从母线流向 线路，功率方向为正；近故障点的功率方向是由线路流向母 线，功率方向为负。两端功率方向相反。 U I I U N
M
M
N
M SM SN
N
区内故障时：两端的功率方向都是从母线流向线路，同为正。
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
4.2.2 电力线载波通信
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。
缺点： a. 施工的要求高，“焊接”难（熔纤机）； b. 光纤断裂难以查找； c. 通信距离还不够长。 光纤通讯网是电力通讯网的主干网，基于光纤通信的纵联保 护成为主流模式。
线路保护(纵联保护)
（2）如果高定值起动元件起动后，又收到了任 一相相跳闸位置继电器都动作的信号并确认该 相无电流时立即停信。这停信通常称作“位置 停信”。
在起动元件起动后本断路器又单相或三相 跳闸了，这说明本线路上发生了短路，本端保 护动作跳闸了，所以采取马上停信措施后有利 停信”的由来
Id
I M
IN
制动电流
Ir
IM
IN
I d Iqd
动作判据
Id Kr Ir
制动系数
1）区内故障 当线路内部短路时，如图（c）所示，两端电流
的方向与规定的正方向相同。
IM IN IK
I d IM IN I K Ir IM IN IM IN 2IN IK 2IN
纵联保护通道类型
1. 电力线载波(高频)通道。 2. 微波通道 3.光纤通道 4.导引线通道
上述四种通道应该说光纤通道是最有发展 前途的。目前继电保护制造厂家生产光纤 保护的产量已大于高频保护的产量。但由 于历史的原因，高频通道还有一定的数量。
二、220kV系统常见的几种纵联保护配置
通道交换的过程：
dB 蓝色本侧发 绿色对侧发
t
200ms
5s
5s
5s
5.收到三相断路器跳闸位置继电器（TWJ）动作信 号以后高频保护做些什么？
（1） 如果高定值起动元件未起动，又收到了三 相跳闸位置继电器都动作的信号并确认三相均 无电流时，把起动发信（含远方起信）往后推 迟100ms（不同厂家该值略有差别）。
Id IM IN IK IK 0
在“四统一”中采用这种“位置停信”还有一种
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
电力系统继电保护——4输电线纵联保护
高频信号
A
~1
B
k
C
2
3
4
5
D
6
~
Sk
Sk
Sk
Sk
动作原理
• 保护3和4的功率方向为正，不发出闭锁信号
• 保护2和5的功率方向为负，发出闭锁信号，被本端和 对端收信机接收，闭锁保护1、2、5、6
构成方式：高频通道经常无电流；外部故障时由 短路功率方向为负的一端发出闭锁信号
• 可以保证内部故障并伴随通道破坏时，保护仍然能够 正确动作
8. 高频闭锁距离保护的原理接线
tIII 0
跳闸
Z III
距离III段
0 t1
Z II
t2 0
距离II段(带方向)
&
GFX
通道
GSX
跳闸
&
tII 0
ZI
距离I段(带方向)
万一通信通道损坏，动作情况如何？请讨论
4.4 输电线纵联差动保护
——光纤纵差保护
1. 动作原理
(1) 正常运行或区外故障时
IM1
Y2
T2
D
6
~
Sk
GFX GSX
通道
Y3
跳闸
&
保护1：KW和KA2动作，准备好跳闸回路；可是，保护2的KW 功率方向为负，发出闭锁信号，该信号被两侧的保护的收信机 收到，Y3被闭锁，两侧保护均不能动作。
注意：保护2的发信机必须起动，以保证外部故障时不误动
4. 工作情况分析——两端供电内部故障
高频信号
正常运行或区
外故障时： I I M I N 0
差动保护补充概念
差动的含义：正常运行或者外部故障时，两个电