第4章 电网的纵联保护复习思考题
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。
第四章纵联保护n
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
继电保护第四章课后习题参考答案
纵联保护依据的最基本原理是什么？答：纵联保护包括纵联比较式保护和纵联差动保护两大类，它是利用线路两端电气量在故障与非故障时、区内故障与区外故障时的特征差异构成保护的。
纵联保护的基本原理是通过通信设施将两侧的保护装置联系起来，使每一侧的保护装置不仅反应其安装点的电气量，而且哈反应线路对侧另一保护安装处的电气量。
通过对线路两侧电气量的比较和判断，可以快速、可靠地区分本线路内部任意点的短路与外部短路，达到有选择、快速切除全线路短路的目的。
纵联比较式保护通过比较线路两端故障功率方向或故障距离来区分区内故障与区外故障，当线路两侧的正方向元件或距离元件都动作时，判断为区内故障，保护立即动作跳闸；当任意一侧的正方向元件或距离元件不动作时，就判断为区外故障，两侧的保护都不跳闸。
纵联差动保护通过直接比较线路两端的电流或电流相位来判断是区内故障还是区外故障，在线路两侧均选定电流参考方向由母线指向被保护线路的情况下，区外故障时线路两侧电流大小相等，相位相反，其相量和或瞬时值之和都等于零；而在区内故障时，两侧电流相位基本一致，其相量和或瞬时值之和都等于故障点的故障电流，量值很大。
所以通过检测两侧的电流的相量和或瞬时值之和，就可以区分区内故障与区外故障，区内故障时无需任何延时，立即跳闸；区外故障，可靠闭锁两侧保护，使之均不动作跳闸。
4.7 图4—30所示系统，线路全部配置闭锁式方向比较纵联保护，分析在K点短路时各端保护方向元件的动作情况，各线路保护的工作过程及结果。
⋅⋅答：当短路发生在B—C线路的K处时，保护2、5的功率方向为负，闭锁信号持续存在，线路A—B上保护1、2被保护2的闭锁信号闭锁，线路A—B两侧均不跳闸；保护5的闭锁信号将C—D线路上保护5、6闭锁，非故障线路保护不跳闸。
故障线路B—C上保护3、4功率方向全为正，均停发闭锁信号，它们判定有正方向故障且没有收到闭锁信号，所以会立即动作跳闸，线路B—C被切除。
答：根据闭锁式方向纵联保护，功率方向为负的一侧发闭锁信号，跳闸条件是本端保护元件动作，同时无闭锁信号。
继电保护-第4章 电网的纵联保护
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。
电网的差动保护简介
第二节 平行线路横联差动方向保护
一、横联差动方向保护的工作原理
横差方向保护：是用于平行线路的保护装置，它装设于平 横差方向保护：是用于平行线路的保护装置， 行线路的两侧。其保护范围为双回线的全长。 行线路的两侧。其保护范围为双回线的全长。横差方向保 护的动作原理是反应双回线路的电流及功率方向， 护的动作原理是反应双回线路的电流及功率方向，有选择 性地瞬时切除故障线路。 性地瞬时切除故障线路。
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复习思考题： 复习思考题：
1、纵联差动保护与电流保护的区别是什么？ 、纵联差动保护与电流保护的区别是什么？ 2、纵联差动保护的优缺点是什么？ 、纵联差动保护的优缺点是什么？ 3、横联差动保护的优缺点是什么？ 、横联差动保护的优缺点是什么？ 4、什么是横联差动保护的相继动作区？ 、什么是横联差动保护的相继动作区？ 相继动作区 5、什么是横联差动保护的死区？ 什么是横联差动保护的死区？ 死区
第四章
基本要求 学习内容
电网的差动保护
习题与思考题
基本要求
掌握纵联差动保护的工作原理及其特点 掌握横联差动方向保护的工作原理及其相继动 作区和死区
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第一节
电网的纵联差动保护
电流、电压和距离保护属于单端保护， 电流、电压和距离保护属于单端保护， 不能瞬时切除保护范围内任何地点的故障。 不能瞬时切除保护范围内任何地点的故障。 这就不能满足高压输电线路系统稳定的要求。 这就不能满足高压输电线路系统稳定的要求。 如何保证瞬时切除高压输电线路故障？ 如何保证瞬时切除高压输电线路故障？
四、横联差动方向保护的优缺点及应用范围
优点： 能够迅速而有选择性地切除平行线路上的故障， 优点： 能够迅速而有选择性地切除平行线路上的故障， 实现起来简单、经济，不受系统振荡的影响。 实现起来简单、经济，不受系统振荡的影响。 缺点： 存在相继动作区， 缺点： 存在相继动作区，当故障发生在相继动作区 切除故障的时间增加1倍 时，切除故障的时间增加 倍。保护装置还存 在死区。 在死区。需加装单回线运行时线路的主保护 和后备保护。 和后备保护。 应用： 适用于66kV及以下的平行线路上。 及以下的平行线路上。 应用： 适用于 及以下的平行线路上
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
继电保护第四章课后习题参考答案
纵联保护依据的最基本原理是什么答：纵联保护包括纵联比较式保护和纵联差动保护两大类，它是利用线路两端电气量在故障与非故障时、区内故障与区外故障时的特征差异构成保护的。
纵联保护的基本原理是通过通信设施将两侧的保护装置联系起来，使每一侧的保护装置不仅反应其安装点的电气量，而且哈反应线路对侧另一保护安装处的电气量。
通过对线路两侧电气量的比较和判断，可以快速、可靠地区分本线路内部任意点的短路与外部短路，达到有选择、快速切除全线路短路的目的。
纵联比较式保护通过比较线路两端故障功率方向或故障距离来区分区内故障与区外故障，当线路两侧的正方向元件或距离元件都动作时，判断为区内故障，保护立即动作跳闸；当任意一侧的正方向元件或距离元件不动作时，就判断为区外故障，两侧的保护都不跳闸。
纵联差动保护通过直接比较线路两端的电流或电流相位来判断是区内故障还是区外故障，在线路两侧均选定电流参考方向由母线指向被保护线路的情况下，区外故障时线路两侧电流大小相等，相位相反，其相量和或瞬时值之和都等于零；而在区内故障时，两侧电流相位基本一致，其相量和或瞬时值之和都等于故障点的故障电流，量值很大。
所以通过检测两侧的电流的相量和或瞬时值之和，就可以区分区内故障与区外故障，区内故障时无需任何延时，立即跳闸；区外故障，可靠闭锁两侧保护，使之均不动作跳闸。
图4—30所示系统，线路全部配置闭锁式方向比较纵联保护，分析在K点短路时各端保护方向元件的动作情况，各线路保护的工作过程及结果。
⋅⋅答：当短路发生在B—C线路的K处时，保护2、5的功率方向为负，闭锁信号持续存在，线路A—B上保护1、2被保护2的闭锁信号闭锁，线路A—B两侧均不跳闸；保护5的闭锁信号将C—D线路上保护5、6闭锁，非故障线路保护不跳闸。
故障线路B—C上保护3、4功率方向全为正，均停发闭锁信号，它们判定有正方向故障且没有收到闭锁信号，所以会立即动作跳闸，线路B—C被切除。
答：根据闭锁式方向纵联保护，功率方向为负的一侧发闭锁信号，跳闸条件是本端保护元件动作，同时无闭锁信号。
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
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第4章电网的纵联保护
1.什么是“全线速动”保护？
在本线路上各处发生故障时，继电保护均能无延时切除故障，称为“全线速动”保护。
2.纵联电流差动的不平衡电流形成原因是什么？
线路2侧的电流互感器之间的误差差异（励磁特性不一致）形成了纵联电流差动的不平衡电流；长线路上还应当考虑线路电容电流的影响。
3.以纵联方向为例，闭锁式保护、允许式保护的停信条件、跳闸条件有什么区别？
闭锁式保护：反向故障发信，正向故障则停信；跳闸条件为本侧保护起动且没有收到闭锁信号。
允许式保护：正向故障向对侧保护发出允许信号，反向故障则停信；跳闸条件为本侧保护起动且收到对侧保护的允许信号。
4.允许式保护采用单频制通道会有什么问题？
允许式保护需要区分“甲保护允许乙保护”、“乙保护允许甲保护”2个允许信号，采用单频制通道无法区分2种信号；必须采用双频制通道，给2种信号分配2个频率。
5.纵联方向保护采用两套定值分别起动发信、跳闸，哪个起动元件灵敏度高？
采用低定值起动发信，灵敏度较高；采用高定值起动跳闸，灵敏度较低；这样设置的目的是当保护起动跳闸时保证线路2侧的低定值元件起动发信，确保准备跳闸时纵联方向保护进入双侧工作状态。
6.什么是“远方起动”，远方起动回路有什么作用？
收到对侧纵联保护信号时，起动本侧保护发信回路、发信应答。
“远方起动”的作用是1.方便定期检查通道时单侧变电所工作人员操作；2.更加可靠地防止纵联保护单侧工作。
7.什么是“断路器位置停信”，设置该回路有什么作用？
当线路一侧断路器分闸时，该侧保护无法控制闭锁信号的正确发出。
当对侧断路器合于故障线路时，本侧保护由于断路器尚未合闸、没有故障电流，不会判为正向故障、向对侧保护发出闭锁信号，阻止对侧纵联保护动作。
所以当断路器处于分闸状态时，会通过“断路
器位置停信”回路，停止向对侧保护发出闭锁信号，保证对侧纵联保护动作。
8.为什么“短时发信”制式的收发信机需要定期检查通道？
电力系统无扰动时，发信机不起动，这样无法检查通道、收发信机。
应当定期（通常是每天一次）手动起动收发信机，检查发信电平，并通过“远方起动”对侧收发信机检查对侧保护是否能收到本侧保护信号，检查对侧发信后的收信电平。