电力系统继电保护 —— 输电线路纵联保护概述及两侧信息交换
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最新第4章第2节-输电线路的纵联保护PPT课件
正常无高频电流方式 正常有高频电流方式 移频方式
二、电力线载波通道工作方式
2、正常无高频电流方式
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。
二、电力线载波通道工作方式
1、正常有高频电流方式 在正常工作条件下发信机始终处于发信状态，沿电力线载 波通道传送高频电流。
第4章第2节-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
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。
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。
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。
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
按比较方式分：直接比较式和间接比较式
讲解步骤 一、电力线载波通道的组成 二、电力线载波通道的工作方式 三、电力线载波信号的种类
二、电力线载波通道工作方式
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。
二、电力线载波通道工作方式
2、正常无高频电流方式
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。
二、电力线载波通道工作方式
1、正常有高频电流方式 在正常工作条件下发信机始终处于发信状态，沿电力线载 波通道传送高频电流。
第4章第2节-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
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。
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。
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。
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
按比较方式分：直接比较式和间接比较式
讲解步骤 一、电力线载波通道的组成 二、电力线载波通道的工作方式 三、电力线载波信号的种类
二、电力线载波通道工作方式
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。
输电线路纵联保护概述
4.两端的测量阻抗的特征
M IM UM
IN N
k1
UN
正常负荷时测量阻抗 位于II段保护范围外；
区内故障时两侧的测 量阻抗都落在本段的II 段保护范围内，两侧II 段同时启动；
外部故障时有一侧保 护为反方向，不启动。
4.1.3 纵联保护的基本原理
1.纵联电流差动保护 利用线路两端的电流和的特征可以构成纵联差动保护。 正常运行或区外故障时，
4.1.1 输电线路纵联保护概述
输电线路的纵联保护结构如下图所示：
~
~
继电保护装置 通信设备
通信通道
继电保护装置 通信设备
一套完整的纵联保护包括：两端保护装置、通信设 备和通信通道。
3.通信通道的分类
导引线通信：通过敷设电缆传送电气量信息。 电力线载波通道：以电力线作为通信通道。 微波通道 光纤通信：经济、容量大、不受干扰，是目前主流。
4.1.3 纵联保护的基本原理
3.电流相位比较式纵联保护 由于测量误差和输电线路
分布电容的影响，两端电流的 不动作区 实际电流的相位差不可能恰好
等于0°或180°。所以保护的
动作区和不动作区如图所示。
动作区
4.1.3 纵联保护的基本原理
4.距离纵联保护 构成原理和方向比较式纵联保护相似，只是用方向阻抗
传传送送的的是是判电别气的量逻，辑信量息，量信较息大量，较并少且，要但求对两可侧靠信性息要同求步较采高集。，对 通道要求较高。
4.1.2 输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析
纵联保护是利用线路两端的电气量在内部故障与非故障 时的特征差异构成的。
线路发生内部故障与其它运行状态（外部故障和正常运 行）相比，电力线两端电流波形、功率方向、电流相位以及 两端的测量阻抗都有明显的差异，利用这些差异可以构成不 同原理的纵联保护。
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
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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
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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
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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。
04 输电线路纵联保护
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
4输电线路纵联保护汇总精品PPT课件
输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析
▪ 纵联保护需要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保护。
▪ 当线路发生内部故障与外部故障时，电力 线两端的电流波形、功率方向、电流相位 以及测量阻抗都具有明显的差异，利用这 些差异可以构成不同原理的纵联保护。
两端电流相量和的故障特征
▪ 根据基尔霍夫电流定律，对于一个中间既无电源，又 无负荷的正常运行或外部故障的输电线路，在任意时 刻，两端电流相量和等于零。
▪ 一套完整纵联保护的构成如下图所示。
纵联保护的分类
▪ 按照所利用信息通道的不同，可分为4种：
• 导引线纵联保护——导引线保护 • 电力线载波纵联保护——载波保护 • 微波纵联保护——微波保护 • 光纤纵联保护——光纤保护
▪ 按照保护动作原理，纵联保护可以分为两类：
• 方向比较式纵联保护 • 纵联电流差动保护
▪ 输电线路机械强度大,运行安全可靠。但是 在线路发生故障时通道可能遭到破坏，为此 载波保护应采用在本线路故障、信号中断的 情况下仍能正确动作的技术。
微波通道
▪ 微波通信是一种多路通信系统,可以提供足够 的信息通道,微波通信具有很宽的频带,可以传 送交流电的波形。
▪ 采用脉冲编码调制(PCM)方式可以进一步扩 大信息传输量,提高抗干扰能力,也更适合于数 字保护。
4. 输电线路纵联保护
4.1 输电线路纵联保护概述 4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换 4.3 方向比较式纵联保护 4.4 纵联电流差动保护
引言
▪ 仅反应线路一侧的电气量不可能无延时地快 速区分本线末端和对侧母线(或相邻线始端) 故障。
▪ 反应线路两侧的电气量可以快速、可靠地区 分本线路内部任意点短路与外部短路，达到 有选择性、快速地切除全线路任意点短路的 目的。
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
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
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。
继电保护专业必备——输电线路纵联保护
继电保护专业必备——输电线路纵联保护前言输电线路纵联保护，就是用某种通信手段将输电线两端的保护装置纵向联系起来，将各端的信息传送到对端进行比较判别，以确定故障是在区内还是保护区外，将被保护线路故障有选择性地无时限切除。
一、纵联保护的分类继电人纵联保护按使用通道分类为了交换线路两侧的信息，需要利用通道。
纵联保护按照所利用通道的不同类型分为四种，通常纵联保护也以此命名，即：（1）导引线纵联保护（简称导引线保护）；（2）电力线载波纵联保护（简称高频保护）；（3）微波纵联保护（简称微波保护）；（4）光纤纵联保护（简称光纤保护）。
继电人纵联保护按动作原理分类输电线路纵联保护按照动作原理的不同可分为两种：（1）方向纵联保护与距离纵联保护两侧保护装置仅反应本侧的电气量，利用通道将继电器对故障方向的判别结果传送到对侧，每侧保护根据两侧保护继电器的动作情况进行逻辑判断，区分是区内还是区外故障。
可见这类保护是间接比较线路两侧的电气量，在通道中传送的是逻辑信号。
按照保护判别方向所用的继电器又可分为方向纵联保护和距离纵联保护。
这类纵联保护一般采用电力线载波通道，并可分为专用通道和复用通道两种。
（2）纵联差动保护这类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进行比较的结果，来区分是区内还是区外故障。
可见这类保护在每侧都直接比较两侧的电气量，与差动保护相类似，因此称为纵联差动保护。
这类纵联保护一般采用光纤通道，也可分为专用和复用两种。
继电人纵联保护按传送信号分类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，因此信号的性质和功能在很大程度上决定了保护的性能。
信号按照其性质可分为三种：闭锁信号、允许信号、跳闸信号，如下图1所示。
相应的纵联保护也可分为以下三种：图1信号性质的逻辑关系图（a）闭锁信号；（b）允许信号；（c）跳闸信号（1）闭锁式纵联保护以两端线路为例，所谓闭锁式就是指：“收不到闭锁信号是保护动作跳闸的必要条件”。
电力系统继电保护 ——方向比较式纵联保护和纵联电流差动保护
基于数据通道的同步方法：采样时刻调整法、采样数据修 正法和时钟校正法。
采样时刻调整法：通道延时的测定、主站时标与从站时标 的核对；采样时刻的调整；
二、两侧电流的同步测量
基于具有统一时钟的同步方法
全球定位系统GPS是美国于1993年全面建成的新一代卫星 导航和定位系统。由24颗卫星组成。 专用定时型GPS接收机： 1. 秒脉冲信号1PPS：1微秒 2. 串口输出与1PPS对应的标准时间代码
电力系统继电保护电力系统继电保护电气工程及其自动化专业课程武汉理工大学自动化学院tangjinruiwhuteducn一输电线路纵联保护概述二输电线路纵联保护两侧信息的交换三方向比较式纵联保护四纵联电流差动保护一工频故障分量的方向元件二闭锁式方向纵联保护三闭锁式距离纵联保护四影响正确工作的因素及应对措施一工频一工频故障分量的方向元件故障分量的方向元件在方向比较式纵联保护中方向元件或功率方向测量元件是保护中的关键元件常用工频电压电流的故障分量构成方向元件
三、闭锁式距离纵联保护
由两端完整的三段式距离保护附加高频通信部分组成： （1）核心变化：距离保护II段的跳闸时间元件增加了瞬时 动作的与门元件。本侧II段动作且收不到闭锁信号。实现 了纵联保护瞬时切除全线任意点短路的速动功能。
（ 2 ）闭锁式零序方向纵联保护的实现原理与闭锁式距离 纵联保护相同，三段式零序方向保护代替三段式距离保护
方向比较式纵联保护
一、工频故障分量的方向元件 二、闭锁式方向纵联保护 三、闭锁式距离纵联保护 四、影响正确工作的因素及应对措施
纵联电流差动保护
一、纵联电流差动保护原理 二、两侧电流的同步测量 三、纵联电流相位差动保护 四、影响正确动作的因素
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电气工程及其自动化专业课程
电力系统继电保护
武汉理工大学自动化学院
唐金锐
tangjinrui@
输电线路纵联保护
一、输电线路纵联保护概述 二、输电线路纵联保护两侧信息的交换 三、方向比较式纵联保护 四、纵联电流差动保护
输电线路纵联保护概述
一、引言 二、故障特征 三、基本原理
一、输电线路纵联保护概述之引言
一、导引线通信 二、电力线载波通信 三、微波通信 四、光纤通信
一、导引线通信
导引线纵联保护：利用敷设在输电线路两端变电所之间的 二次电缆传递被保护线路各侧信息的通信方式；以导引线 为通道的纵联保护称为导引线纵联保护。
二、电力线载波通信
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。高 频保护、载波保护。
通道类型 微波通道 光纤通道 导引线通道
应用情况 没有得到很大应用 成为新建、改建线路保护的首选，其 产量已大于高频保护的产量 用得越来越少
电力线载波通道 得到了广泛应用
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、电力线载波通信
信号种类：按照高频载波通道传送的信号在纵联保护中
所起作用的不同，将电力线载波信号分为闭锁信号、允许 信号和跳闸信号。
（1）闭锁信号：1）本端保护元件动作；2）无闭锁信号 （2）允许信号：1）本端保护元件动作；2）有允许信号 （3）跳闸信号：直接引起跳闸的信号。它在不知道对端 信息的情况下就可以跳闸。如距离I段、零序电流保护I段 。
一、输电线路纵联保护概述之引言
一套完整的纵联保护包括两端保护装置、通信设备和通信 信道。
分类：按照所利用通道类型或保护动作原理
一、输电线路纵联保护概述之引言
利用通道类型：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。
导引线通道：直接传输交流二次电量波形，铺设导引线电 缆传送。导引线保护广泛采用差动保护原理。导引线的参 数（电阻和分布电容）直接影响保护性能。 电力线载波通道：载波通道由输电线路及其信息加工和连 接设备（阻波器、结合电容器及高频收发信机）等组成。 载波应在技术上保证在线路故障、信号中断的情况下仍能 正确动作。 微波通道：具有很宽的频带，采用脉冲编码调制PCM方式 后微波通道可以进一步扩大信息传输量。保护专用微波通 道及设备是不经济的，电力信息系统等在设计时应兼顾。
高频保护
1
2
5 6
3 4
继电部分
收
发
收
发
继电部分
高频通道的构成
高频保护
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继电部分
收
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高频保护
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继电部分高频通道的Biblioteka 成高频保护12
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高频通道的构成
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继电部分
高频通道的构成
二、电力线载波通信
电力线载波通信： （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
工作方式： （1）正常无高频电流方式：故障启动发信。定期检查 （2）正常有高频电流方式：长期发信方式 （3）移频方式：正常f1，故障f2。移频方式在国外已得到 了广泛的应用。
动作判据|IM+IN|≥Iset
电流相位：当发生区内短路，两侧电流同相位；区外短路时， 两侧电流相位差180°。
不动作区：180-φ~180+φ
输电线路纵联保护
一、输电线路纵联保护概述 二、输电线路纵联保护两侧信息的交换 三、方向比较式纵联保护 四、纵联电流差动保护
输电线路纵联保护两侧信息的交换
电流相位：当发生区内短路，两侧电流同相位；区外短路 时，两侧电流相位差180°。
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。
二、电力线载波通信
本侧保护动作 与 门
闭锁信号
跳闸
闭锁信号 本侧保护动作 与 门
允许信号
允许信号
跳闸
跳闸信号
本侧保护动作 跳闸信号
或 门
跳闸
三、微波通信
20世纪50年代开始得到应用。300~30000MHz，相比载波 的50~400kHz频段，频带要宽得多。
超短波的无线电波，大气电离层已不能起反射作用，只能 在“视线”范围内船舶，40~60km。微波中继站。 优点： （1）有一条独立于输电线路的通信通道。 （2）扩展了通信频段，可以视线纵联电流分相差动原理 的保护 （3）受外界干扰的影响小 （4）可以传送内部故障时的允许信号和跳闸信号
电流保护、距离保护仅利用被保护元件（如线路）一侧的 电气量构成保护判据，这类保护不可能快速区分本线末端 和对侧母线（或相邻线路始端）的故障，因而只能采用阶 段式的配合关系实现故障元件的选择性切除。
研究和实践表明：利用线路两侧的电气量可以快速、可靠 地区分本线路内部任意点短路与外部短路，达到有选择、 快速地切除全线路任意点短路的目的。 输电线路纵联保护：将线路一侧电气量信息传到另一侧去 ，安装于线路两侧的保护对两侧的电气量同时比较、联合 工作。在国外又称为输电线的单元保护。具有输电线路内 部短路时动作的绝对选择性。
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。
三、输电线路纵联保护概述之基本原理
电流波形：区内短路：IM+IN=IK；区外短路：IM+IN=0。
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。 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。 电流波形：区内短路：IM+IN=IK；区外短路：IM+IN=0。
四、光纤通信
以光纤作为信 号传输的通道
称为光 纤通道
利用光纤通道 的纵联保护称 为光纤保护
光发射机 电调 制器 光调 制器
中继器或 光放大器 光纤 光纤
光接收机 光探 测器 电解 调器
四、光纤通信
优点：
（1）通信容量大 （2）可以节约大量金属材料 （3）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 腐蚀和不怕潮等优点。 （4）无感应性能，可以构成无电磁感应的、极为可靠的通道。
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 ---------------------------------------------------------------------------------
电力系统继电保护
武汉理工大学自动化学院
唐金锐
tangjinrui@
输电线路纵联保护
一、输电线路纵联保护概述 二、输电线路纵联保护两侧信息的交换 三、方向比较式纵联保护 四、纵联电流差动保护
输电线路纵联保护概述
一、引言 二、故障特征 三、基本原理
一、输电线路纵联保护概述之引言
一、导引线通信 二、电力线载波通信 三、微波通信 四、光纤通信
一、导引线通信
导引线纵联保护：利用敷设在输电线路两端变电所之间的 二次电缆传递被保护线路各侧信息的通信方式；以导引线 为通道的纵联保护称为导引线纵联保护。
二、电力线载波通信
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。高 频保护、载波保护。
通道类型 微波通道 光纤通道 导引线通道
应用情况 没有得到很大应用 成为新建、改建线路保护的首选，其 产量已大于高频保护的产量 用得越来越少
电力线载波通道 得到了广泛应用
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、电力线载波通信
信号种类：按照高频载波通道传送的信号在纵联保护中
所起作用的不同，将电力线载波信号分为闭锁信号、允许 信号和跳闸信号。
（1）闭锁信号：1）本端保护元件动作；2）无闭锁信号 （2）允许信号：1）本端保护元件动作；2）有允许信号 （3）跳闸信号：直接引起跳闸的信号。它在不知道对端 信息的情况下就可以跳闸。如距离I段、零序电流保护I段 。
一、输电线路纵联保护概述之引言
一套完整的纵联保护包括两端保护装置、通信设备和通信 信道。
分类：按照所利用通道类型或保护动作原理
一、输电线路纵联保护概述之引言
利用通道类型：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。
导引线通道：直接传输交流二次电量波形，铺设导引线电 缆传送。导引线保护广泛采用差动保护原理。导引线的参 数（电阻和分布电容）直接影响保护性能。 电力线载波通道：载波通道由输电线路及其信息加工和连 接设备（阻波器、结合电容器及高频收发信机）等组成。 载波应在技术上保证在线路故障、信号中断的情况下仍能 正确动作。 微波通道：具有很宽的频带，采用脉冲编码调制PCM方式 后微波通道可以进一步扩大信息传输量。保护专用微波通 道及设备是不经济的，电力信息系统等在设计时应兼顾。
高频保护
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继电部分
高频通道的构成
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高频通道的构成
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高频通道的构成
二、电力线载波通信
电力线载波通信： （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
工作方式： （1）正常无高频电流方式：故障启动发信。定期检查 （2）正常有高频电流方式：长期发信方式 （3）移频方式：正常f1，故障f2。移频方式在国外已得到 了广泛的应用。
动作判据|IM+IN|≥Iset
电流相位：当发生区内短路，两侧电流同相位；区外短路时， 两侧电流相位差180°。
不动作区：180-φ~180+φ
输电线路纵联保护
一、输电线路纵联保护概述 二、输电线路纵联保护两侧信息的交换 三、方向比较式纵联保护 四、纵联电流差动保护
输电线路纵联保护两侧信息的交换
电流相位：当发生区内短路，两侧电流同相位；区外短路 时，两侧电流相位差180°。
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。
二、电力线载波通信
本侧保护动作 与 门
闭锁信号
跳闸
闭锁信号 本侧保护动作 与 门
允许信号
允许信号
跳闸
跳闸信号
本侧保护动作 跳闸信号
或 门
跳闸
三、微波通信
20世纪50年代开始得到应用。300~30000MHz，相比载波 的50~400kHz频段，频带要宽得多。
超短波的无线电波，大气电离层已不能起反射作用，只能 在“视线”范围内船舶，40~60km。微波中继站。 优点： （1）有一条独立于输电线路的通信通道。 （2）扩展了通信频段，可以视线纵联电流分相差动原理 的保护 （3）受外界干扰的影响小 （4）可以传送内部故障时的允许信号和跳闸信号
电流保护、距离保护仅利用被保护元件（如线路）一侧的 电气量构成保护判据，这类保护不可能快速区分本线末端 和对侧母线（或相邻线路始端）的故障，因而只能采用阶 段式的配合关系实现故障元件的选择性切除。
研究和实践表明：利用线路两侧的电气量可以快速、可靠 地区分本线路内部任意点短路与外部短路，达到有选择、 快速地切除全线路任意点短路的目的。 输电线路纵联保护：将线路一侧电气量信息传到另一侧去 ，安装于线路两侧的保护对两侧的电气量同时比较、联合 工作。在国外又称为输电线的单元保护。具有输电线路内 部短路时动作的绝对选择性。
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。
三、输电线路纵联保护概述之基本原理
电流波形：区内短路：IM+IN=IK；区外短路：IM+IN=0。
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。 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。 电流波形：区内短路：IM+IN=IK；区外短路：IM+IN=0。
四、光纤通信
以光纤作为信 号传输的通道
称为光 纤通道
利用光纤通道 的纵联保护称 为光纤保护
光发射机 电调 制器 光调 制器
中继器或 光放大器 光纤 光纤
光接收机 光探 测器 电解 调器
四、光纤通信
优点：
（1）通信容量大 （2）可以节约大量金属材料 （3）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 腐蚀和不怕潮等优点。 （4）无感应性能，可以构成无电磁感应的、极为可靠的通道。
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 ---------------------------------------------------------------------------------