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1、第四章第四章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护4.1 4.1 输电线路纵联保护概述输电线路纵联保护概述4.1.1 4.1.1 概念概念（1 1）基本定义基本定义： 通过某种通信通道，将线路两侧的保护通过某种通信通道，将线路两侧的保护纵向联接起来，通过比较两端的电气量，而判断故障位置纵向联接起来，通过比较两端的电气量，而判断故障位置的保护。的保护。（2 2）可以实现本线路全长范围内任意一点故障的零秒）可以实现本线路全长范围内任意一点故障的零秒切除的保护。切除的保护。（3 3）纵联保护没有后备保护。）纵联保护没有后备保护。（4 4）通信通道通信通道导引线纵联保护导引线纵联保护电力线纵联保护电力线纵
2、联保护微波纵联保护微波纵联保护光纤纵联保护光纤纵联保护 纵联保护的类别纵联保护的类别纵联电流差动保护纵联电流差动保护：比较两侧电流的幅值和相位，判：比较两侧电流的幅值和相位，判断是内部故障还是外部故障断是内部故障还是外部故障方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护：比较功率方向，测量阻抗，判：比较功率方向，测量阻抗，判断是内部故障还是外部故障断是内部故障还是外部故障方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护距离纵联保护距离纵联保护纵联电流差动保护（幅值）纵联电流差动保护（幅值）电流相位比较式纵联保护电流相位比较式纵联保护4.1.2 4.1.2 故障特征分析故障特征分析双侧电源线路故障时的电流及功率方向双
3、侧电源线路故障时的电流及功率方向内部故障内部故障外部故障外部故障4.1.3 4.1.3 纵联保护的基本原理纵联保护的基本原理（2）方向比较式纵联保护）方向比较式纵联保护： 利用输电线路两端功率方向相同或相反的特征可利用输电线路两端功率方向相同或相反的特征可以构成方向比较式纵联保护。以构成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：系统中发生故障时，两端保护：系统中发生故障时，两端保护的功率方向元件判别本端得功率方向，功率方向为负的功率方向元件判别本端得功率方向，功率方向为负者发出闭锁信号，闭锁两端的保护。者发出闭锁信号，闭锁两端的保护。允许式方向纵联保护允许式方向纵联保护：功率方
4、向为正者发出允许信号，：功率方向为正者发出允许信号，允许两端保护跳闸。允许两端保护跳闸。（1）纵联电流差动保护）纵联电流差动保护：利用输电线路两侧电流波形或电流相量和的特征利用输电线路两侧电流波形或电流相量和的特征（3）电流相位比较式纵联保护）电流相位比较式纵联保护： 利用电流相位的特征差异，比较两端电流的相位利用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。关系构成电流相位比较式纵联保护。（4）距离纵联保护）距离纵联保护： 构成原理和方向比较式纵联保护相似，只是用阻构成原理和方向比较式纵联保护相似，只是用阻抗元件替代功率方向元件。抗元件替代功率方向元件。4.2 4.2
5、 输电线路纵联保护两侧信息的交换输电线路纵联保护两侧信息的交换4.2.1 4.2.1 导引线通信导引线通信概念概念4.2.2 4.2.2 电力线载波通信电力线载波通信概念概念 将线路两端的电流相位（或功率方向）信息转变为高频将线路两端的电流相位（或功率方向）信息转变为高频，经过高频耦合设备将高频信号加载到输电线路上。，经过高频耦合设备将高频信号加载到输电线路上。载波通道的分类载波通道的分类（1）相）相相式相式 在两相线路上均装设有高频装置，构成回路。在两相线路上均装设有高频装置，构成回路。（2）相）相地式地式 只在一相线路上均装设高频装置，以大地构成回路。只在一相线路上均装设高频装置，以大地构
6、成回路。载波通信示意图载波通信示意图（1）阻波器）阻波器 ： 阻容并联谐振电路，阻高频通工频。阻容并联谐振电路，阻高频通工频。（2）耦合电容器）耦合电容器 ： 隔开工频，通高频隔开工频，通高频（3）连接滤波器）连接滤波器： 空心变压器，阻抗变换器，实现通空心变压器，阻抗变换器，实现通信通道中的阻抗匹配，防止反射信通道中的阻抗匹配，防止反射（4）发信机）发信机：将工频电量调制为高频信号，送入线路：将工频电量调制为高频信号，送入线路（5）收信机）收信机：接收两侧的高频信号，用于判别比较：接收两侧的高频信号，用于判别比较（6）接地开关）接地开关：用于检修：用于检修优点：优点：（1）无中继，通信距离长
7、）无中继，通信距离长（2）经济、使用方便）经济、使用方便（3）工程施工比较简单）工程施工比较简单缺点：缺点：（1）载波通信容易受一次设备操作的干扰）载波通信容易受一次设备操作的干扰（2）通信速率低，一般用来传递状态信号）通信速率低，一般用来传递状态信号电力线载波通道的工作方式电力线载波通道的工作方式（1 1）正常无高频电流方式）正常无高频电流方式 只有当线路上有故障时，发信机才发信只有当线路上有故障时，发信机才发信（2 2）正常有高频电流方式）正常有高频电流方式 线路无故障时，发信机发信，通道中长期有高频电流。线路无故障时，发信机发信，通道中长期有高频电流。 当线路上有故障时，以某种方式发高频
8、信号，判断故障当线路上有故障时，以某种方式发高频信号，判断故障区位。区位。（3 3）移频方式）移频方式 也属于正常有高频方式，也属于正常有高频方式， 线路无故障时，发信机发出频率为线路无故障时，发信机发出频率为f1f1的高频电流的高频电流 线路有故障时，发信机发出频率为线路有故障时，发信机发出频率为f2f2的高频电流的高频电流电力线载波信号的种类电力线载波信号的种类（1 1）闭锁信号）闭锁信号 闭锁信号是阻止保护动作于跳闸的信号，无闭锁闭锁信号是阻止保护动作于跳闸的信号，无闭锁信号是保护动作于跳闸的必要条件。信号是保护动作于跳闸的必要条件。（2 2）允许信号）允许信号 允许信号是允许保护动作于
9、跳闸的信号，有允许允许信号是允许保护动作于跳闸的信号，有允许信号是保护动作于跳闸的必要条件。信号是保护动作于跳闸的必要条件。（3 3）跳闸信号）跳闸信号 跳闸信号是直接引起跳闸的信号，收到跳闸信号跳闸信号是直接引起跳闸的信号，收到跳闸信号是跳闸的充要条件。是跳闸的充要条件。4.2.4 4.2.4 光纤通信光纤通信光发射机：光发射机：把电信号转变为光信号把电信号转变为光信号光接收机：光接收机：把光信号转变为电信号把光信号转变为电信号光纤：光纤：传送光信号传送光信号中继器：中继器：将衰减的信号放大将衰减的信号放大特点：特点：（1）通信容量大）通信容量大（2）经济效益可观，可解约大量有色金属）经济效
10、益可观，可解约大量有色金属（3）保密性好，敷设方便，抗干扰、抗腐蚀）保密性好，敷设方便，抗干扰、抗腐蚀（4）无感应性，可靠性高）无感应性，可靠性高4.3 4.3 方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护4.3.1 4.3.1 工频故障分量的方向元件工频故障分量的方向元件对方向元件的基本要求对方向元件的基本要求（1）正确反映所有类型故障时故障点的方向且无死区）正确反映所有类型故障时故障点的方向且无死区（2）不受负荷的影响，在正常负荷状态下不启动；）不受负荷的影响，在正常负荷状态下不启动；（3）不受系统振荡的影响，振荡中仍能判断故障方向）不受系统振荡的影响，振荡中仍能判断故障方向（4）在两相运行（非全
11、相运行）中又发生短路时，仍）在两相运行（非全相运行）中又发生短路时，仍能判定故障点的方向。能判定故障点的方向。4.3.2 4.3.2 闭锁式方向纵联保护闭锁式方向纵联保护概念概念 系统中发生故障时，两端保护的功率方向元件判别系统中发生故障时，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，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，称为闭锁式方向纵联保护。闭锁两端的保护，称为闭锁式方向纵联保护。1、工作原理、工作原理（1）以电力载波通道为通信通道；）以电力载波通道为通信通道；（2）采用正常无高频电流的工作方式；）采用正常无高频电流的工作方式；（3）
12、闭锁信号是由功率方向为负的一侧发出的；）闭锁信号是由功率方向为负的一侧发出的；（4）闭锁信号不仅被对端接收，同时也能被本端接收。）闭锁信号不仅被对端接收，同时也能被本端接收。K点发生故障时点发生故障时短路功率方向为短路功率方向为正正的保护有：的保护有：1，3，4，6短路功率方向为短路功率方向为负负的保护有：的保护有：2，5优点：优点： 在区内故障并伴随有通信通道破坏时，由于信号在区内故障并伴随有通信通道破坏时，由于信号在非故障线路中传输，故障线路不需要闭锁信号，在非故障线路中传输，故障线路不需要闭锁信号，保护仍然能够可靠动作。保护仍然能够可靠动作。2、闭锁式方向纵联保护的构成、闭锁式方向纵联保
13、护的构成KW：方向元件；：方向元件；KA1：低定值起动元：低定值起动元件，起动发信机；件，起动发信机；KA2：高定值起动元件，：高定值起动元件，短路功率方向为正且达到短路功率方向为正且达到整定值时，与门整定值时，与门1输出高输出高电平，停止发信；电平，停止发信；Y1：起动元件和方向元件同时起动有效；：起动元件和方向元件同时起动有效；Y2：收信机收不到闭锁信号，同时与门：收信机收不到闭锁信号，同时与门1有输出，保护发出跳闸命令有输出，保护发出跳闸命令问题：高低定值元件需配合，问题：高低定值元件需配合， KA1的灵敏度比的灵敏度比KA2高，高，保护固有时间长。保护固有时间长。闭锁信号闭锁信号0t1
14、：瞬时动作延时返：瞬时动作延时返回元件；回元件；t20：延时动作瞬时返：延时动作瞬时返回元件；回元件；4.3.3 4.3.3 闭锁式距离纵联保护闭锁式距离纵联保护（1）由两端完整的三段式距离保护附加高频通信部分）由两端完整的三段式距离保护附加高频通信部分组成；组成；（2）核心是距离保护）核心是距离保护II段的跳闸时间元件增加了瞬段的跳闸时间元件增加了瞬时动作的与门元件；时动作的与门元件；（3）I段和段和II段配合实现线路全长范围内故障的段配合实现线路全长范围内故障的0秒切秒切除；除；（4）III段起后备保护；段起后备保护；（5）缺点：后备保护检修时，主保护也被迫停运）缺点：后备保护检修时，主保
15、护也被迫停运4.4 4.4 纵联电流差动保护纵联电流差动保护4.4.1 4.4.1 幅值比较方式构成的纵联电流差动保护幅值比较方式构成的纵联电流差动保护互感器的减极性原则：互感器的减极性原则：一次电流从某个同名端流入，一次电流从某个同名端流入，二次电流从相应同名端流出。二次电流从相应同名端流出。工作原理：工作原理：正常运行及外部故障时，流过继电器的电流：正常运行及外部故障时，流过继电器的电流：内部故障时，流过继电器的电流：内部故障时，流过继电器的电流：注意：保护整定时应躲过各种原因引起的二次不平衡电流注意：保护整定时应躲过各种原因引起的二次不平衡电流4.4.3 4.4.3 相位比较方式构成的纵
16、联电流差动保护相位比较方式构成的纵联电流差动保护（1）正常运行及外部故障，两侧电流大小相等，）正常运行及外部故障，两侧电流大小相等， 相位相反，两侧高频电流的相位差为相位相反，两侧高频电流的相位差为180度，度， 收信机收到的高频电流的间断角为收信机收到的高频电流的间断角为0度；度；（2）内部故障时，两侧电流大小相等，）内部故障时，两侧电流大小相等， 相位相同，两侧高频电流的相位差为相位相同，两侧高频电流的相位差为0度，度， 收信机收到的高频电流的间断角为收信机收到的高频电流的间断角为180度；度；1 1、工作原理、工作原理发信机只在正半周工作发信机只在正半周工作（1）电流互感器造成的两侧二次
17、电流最大角度误差为）电流互感器造成的两侧二次电流最大角度误差为7；（2）保护装置造成的两侧二次电流最大角度误差为）保护装置造成的两侧二次电流最大角度误差为15；（3）线路传送信号的最大角度误差延迟为）线路传送信号的最大角度误差延迟为0.06L（4）两侧电势之间的相位差造成的误差为；）两侧电势之间的相位差造成的误差为；外部故障时，高频电流之间的相位差不是外部故障时，高频电流之间的相位差不是180内部故障时，高频电流之间的相位差不是内部故障时，高频电流之间的相位差不是02、动作特性与相继动作、动作特性与相继动作动作特性动作特性外部故障：外部故障： 最不利的情况下，收信机收到的两侧高频电流的相最不利
18、的情况下，收信机收到的两侧高频电流的相位差为位差为：（理想情况下为：（理想情况下为180） 两侧高频信号的间断角为：（理想条件下为两侧高频信号的间断角为：（理想条件下为0）线路越长，外部故障时高频信号的间断角越大线路越长，外部故障时高频信号的间断角越大 裕度角：裕度角： 保护的闭锁角的整定原则：保护的闭锁角的整定原则： 保证外部故障时保护可靠不动作保证外部故障时保护可靠不动作 保护正确动作的动作区域：保护正确动作的动作区域： 为了保证外部故障时可靠不动作：为了保证外部故障时可靠不动作：内部故障：内部故障： 最不利的情况下，收信机收到的两侧高频电流的最不利的情况下，收信机收到的两侧高频电流的相位
19、差为相位差为：（理想情况下为：（理想情况下为0） 线路越长，内部故障时相位超前侧（线路越长，内部故障时相位超前侧（M侧）高频信号侧）高频信号的相位角越大；的相位角越大； 相位滞后侧（相位滞后侧（N侧）相位角越小。侧）相位角越小。外部故障外部故障内部故障内部故障907060 相继动作相继动作 当线路超过一定长度时，线路内部故障，电势超前一侧当线路超过一定长度时，线路内部故障，电势超前一侧（M侧）的高频电流的间断角小于闭锁角而不能动作；侧）的高频电流的间断角小于闭锁角而不能动作； 电势滞后一侧（电势滞后一侧（N侧）保护率先动作后，以停止发信的方侧）保护率先动作后，以停止发信的方式，使电势滞后一侧（式，使电势滞后一侧（M侧）满足跳闸条件，侧）满足跳闸条件，M侧保护后动侧保护后动作，作， 这种随着一侧保护随另一侧保护动作而动作的情况，称这种随着一侧保护随另一侧保护动作而动作的情况，称为相继动作。为相继动作。内部故障时的问题：内部故障时的问题：M侧阻抗角N侧阻抗角两侧电势相位差电流互感器误差保护装置误差裕度角DM侧：侧：N侧侧原理：相位差在动作范围之内，或间断角大于等于闭锁角原理：相位差在动作范围之内，或间断角大于等于闭锁角间断角间断角闭锁角闭锁角
