第四章输电线路纵联保护

第四章输电线路纵联保护

4.1.1 输电线纵联保护概述 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。为此，设法将被保护元件两端(或多端)的电气量进行同时比较,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）。

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）。纵联保护：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。

在设备的“纵向”之间，进行信号交换 横向关系 (如：横向故障) 输电线路纵联保护结构框图

纵联保护有多种分类方法，可以按照通道类型或动作原理进行分类。纵联保护有多种分类方法，可以按照通道类型或动作原理进行分类。 2）动作原理：比较方向比较相位基尔霍夫电流定律（差电流） 1）通道类型：导引线电力线载波微波光纤还可以将通道类型与动作原理结合起来进行称呼。如：光纤电流差动（简称：光差），高频距离。通道(信号交换手段)

4.1.2 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）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）。

一、两侧电流相量和(瞬时值和)的故障特征 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： ——指向被保护元件。那么，基尔霍夫电流定律可以修改为：在任何一个节点中，流入的电流之和等于0。下面，用图例说明。

基尔霍夫电流定律： 此式表明：流入节点的电流之和等于0。按照继电保护规定的正方向，得：

基尔霍夫电流定律的拓展： 将节点拓展为一个封闭区域。设计区别的门槛被保护设备二者区别很大，就构成了继电保护原理 ——电流差动保护。广泛应用于各种设备的保护。

“电流差动”名称的来历(与规定方向有关)： 从负荷(或外部短路)电流的特征看： ——即电流差＝0 ——>若有电流差，就动作。按继电保护规定的正方向（或计算原理），应当是：电流和保护。即：但是，习惯成俗，仍然称为：差动保护。

二、两侧功率方向的故障特征 1、正常运行（为正）（为负） 2、外部短路 3、内部短路

三、两侧电流相位的故障特征 1、正常运行 2、区外故障类似

三、两侧电流相位的故障特征 3、区内故障

四、两侧测量阻抗的故障特征 1、正常和区外故障一侧阻抗可能动作，另一侧阻抗不动作。 2、区内故障两侧阻抗均动作。

特征分界 归纳：正常运行或外部故障内部故障（希望不动）（希望动作）一侧为正一侧为负两侧均为正方向元件一侧动作一侧不动作两侧均动作阻抗元件相位差电流相位接近同相如何应用这些特征？后面陆续予以介绍。

4.1.3 纵联保护的基本原理 一、纵联电流差动保护依据两侧电流相量和（瞬时值和）的故障特征，即，基尔霍夫电流定律。 ——动作门槛

4.1.3 纵联保护的基本原理 一、纵联电流差动保护依据两侧电流相量和（瞬时值和）的故障特征，即，基尔霍夫电流定律。 ——动作门槛基本思路仍然适用

分相电流差动保护的优点： 1）具有选择性好、可靠、灵敏、快速的优点； 2）具有明确区分内部和外部故障的能力； 3）具有自然选相的功能； 4）不受运行方式、非全相、串补电容、转换性故障、同杆并架线路的跨线故障、振荡及振荡中再故障等因素的影响（受振荡的影响很小）； 5）内部短路电流通常都大于差动电流的启动值。原理最好的保护

缺点： 1）增加两侧信息交换的通道——增加了复杂性。 2）几乎不反映纵向短路。 3）采用导线实现线路两侧的信号交换时，导线（导引线）太长，更容易出现故障，容易烧毁（一次短路后，感应电流太大）。 4）不能作为后备（所有纵联保护的缺点）。因此，主要应用于：发电机、变压器、母线、电抗器等就近连接TA的保护中。

漏电保安器——原理类似于差动保护（供了解）。漏电保安器——原理类似于差动保护（供了解）。被反应出来时,漏电保安器动作跳闸安全电流的标准：≤30mA

漏电保安器——原理类似于差动保护（供了解）。漏电保安器——原理类似于差动保护（供了解）。 ——>几乎不动作！漏电保安器几乎不保护火线对零线的短路

空气开关（最简单的继电保护） ——反映短路电流，或过负荷

二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护） 阻抗动作信息的交换 M侧保护 N侧保护利用这样的特征(回顾)：区内短路，两侧Z均动作。上述结构称为:允许式。需要2个独立的信号交换。

二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护） 阻抗动作信息的交换 M侧保护 N侧保护：简述信号交换与逻辑的过程 1）区内故障启动＋Z均动作——>两侧无延时跳闸

二、距离纵联保护（方向比较式纵联保护） 阻抗动作信息的交换 M侧保护 N侧保护：简述信号交换与逻辑的过程 2）区外故障至少一侧的Z不动——>两侧均不跳闸

上述方式利用了距离II段（或III段等全线路有灵敏度）的测量元件，实现短路位置、方向的判别上述方式利用了距离II段（或III段等全线路有灵敏度）的测量元件，实现短路位置、方向的判别 ——构成：距离纵联保护。也可以将 Z 元件更换为方向元件 —— 构成：方向纵联保护。距离纵联、方向纵联保护中，对方向元件的要求： 1）具有明确的单一方向性； 2）能覆盖线路全长。

还可以利用这样的特征： 区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。集电极开路信号线上“有1出1”, 并闭锁两侧保护 M侧保护 N侧保护上述结构称为：闭锁式。仅传输一个信号。

区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。 集电极开路信号线上“有1出1”, 并闭锁两侧保护 1）上图所示的区外故障 N侧Z动也无效闭锁两侧保护！ M侧Z不动，持续发闭锁信号，两侧均不跳。

区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。 信号线上“有1出1”, 并闭锁两侧保护 2）区内故障

区外短路时，至少有一侧为负（或不动）。 信号线上“有1出1”, 并闭锁两侧保护 2）区内故障通道上，无闭锁信号两侧均满足跳闸条件

三、电流相位比较式纵联保护 似乎可以设计为：动作区域区内故障正常运行

三、电流相位比较式纵联保护 动作区域考虑误差后区内故障称为：相差保护

4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换 信号交换的途径（通道）： 1、导引线通信。 2、电力线载波。 3、微波通信。 4、光纤通信。

1）导引线方式主要应用于：发电机、母线、变压1）导引线方式主要应用于：发电机、母线、变压器、电抗器等保护中。 ——仅应用于就近的TA连接方式。 2）电力线载波仅传输“有”、“无”高频信号。主要应用于传输：方向或相位信息。 3）光纤通信可以传输较多的数字信息。如：传输三相电流、电压的采样值、相量、跳闸信息、断路器状态信息等，并且有校验码，可靠性很高。将光纤安置在架空地线中，构成：地线复合光缆OPGW。

4）微波通信也可以传输数字信息。 但衰减受气候影响较大，且属于“视距传输”，传输距离受限制。视距地球半径r 约6360km 设h=100m时，

微波通信、光纤通信部分 ——自学（重点：基本原理、特点）光纤与电流差动原理的结合，构成了目前最好的保护方式——光纤差动保护（简称：光差）。其优缺点在前面已经说明了。下面，简单地说明：在电力线载波方式中，各主要模块的功能或作用。

输电线 (传输信号) 电力线载波 “相-地”制高频通道示意图

阻波器 电力线载波对高频呈现开路，对工频呈现<0.04欧 “相-地”制高频通道示意图

对高频呈现小阻抗， 对工频呈现开路电力线载波结合电容器 “相-地”制高频通道示意图

电力线载波 连接滤波器 “相-地”制高频通道示意图

电力线载波 高频电缆 “相-地”制高频通道示意图

电力线载波 保护间隙 “相-地”制高频通道示意图

电力线载波 接地刀闸 “相-地”制高频通道示意图

电力线载波 高频收发信机 “相-地”制高频通道示意图

高频载波——只能体现“有高频”和“无高频”2个信息高频载波——只能体现“有高频”和“无高频”2个信息 2、高频通道工作方式 1）长期发信方式 —— 正常有高频电流方式平时信号也是信号故障时 1是信号，0也是信号！

信号信号信号信号 2.高频通道工作方式 2）故障启动发信方式 —— 正常无高频电流方式故障时刻 3）移频方式

3、高频信号的应用 (1)跳闸信号 (3)闭锁信号高频信号是跳闸的充分条件收不到高频信号是跳闸的必要条件 (2)允许信号高频信号是跳闸的必要条件，但不是充分条件

4. 3 闭锁式距离纵联保护方向判别：1）超范围的方向阻抗元件。2）超范围的功率方向元件。 ——称为：闭锁式纵联距离。——称为：闭锁式纵联方向。重点介绍常用的闭锁式纵联距离。

第四章 输电线路纵联保护