第四章_输电线纵联保护

1、4 4 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念输电线路纵联保护概念4.2 4.2 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4.3 4.3 方向比较式纵联保护方向比较式纵联保护4.4 4.4 纵联电流差动保护纵联电流差动保护第四章第四章 输电线纵联保护输电线纵联保护全线速动保护全线速动保护一、问题提出：一、问题提出： 电流电压保护和距离保护用于电流电压保护和距离保护用于引入保护装置，但引入保护装置，但由于互感器传变的误由于互感器传变的误差，线路参数值的不精确性以及继电器差，线路参数值的不精确性以及继电器本身的测量误差等原因本身的测量误差等原因，电

2、流电压保护，电流电压保护和距离保护的和距离保护的段段无法区分本级线路末无法区分本级线路末端故障和下级线路出口处的故障端故障和下级线路出口处的故障。输电线路保护时，只需将线输电线路保护时，只需将线路一端的电流电压经过互感路一端的电流电压经过互感 段保护不能保护段保护不能保护线路全长线路全长，比如距，比如距离保护一般将保护的离保护一般将保护的I I段整定为线路全长段整定为线路全长的的8080-85%-85%其余的其余的1515-20%-20%上的故障只能带第上的故障只能带第IIII段的段的时限切除时限切除。这样难以满足。这样难以满足220KV220KV及及以上电压等级的电力系统中对速动性的要以上电

3、压等级的电力系统中对速动性的要求，因此需要求，因此需要采用纵联保护采用纵联保护，以实现，以实现线路线路全长范围内故障的无时限切除全长范围内故障的无时限切除。解决办法：解决办法：单端保护单端保护双端保护（纵联保护）双端保护（纵联保护）二、纵联保护的定义：二、纵联保护的定义： 输电线的纵联保护是用输电线的纵联保护是用某种通信通道某种通信通道将输电线将输电线两端的保护装置两端的保护装置纵向联结起来，纵向联结起来，将各端的电气量（电流、功率方向等）传将各端的电气量（电流、功率方向等）传送到对端并将两端的电气量比较以判断故送到对端并将两端的电气量比较以判断故障发生在本线路范围内还是在本线路范围障发生在本

4、线路范围内还是在本线路范围外，从而决定是否切断被保护线路。外，从而决定是否切断被保护线路。在理论上，纵联保护具有绝对的选择性。在理论上，纵联保护具有绝对的选择性。输电线纵联保护结构输电线纵联保护结构 继电保继电保护装置护装置继电保继电保护装置护装置通 信通 信设备设备通 信通 信设备设备通信介质通信介质TATATVTVTVTVTATA纵联保护分类纵联保护分类方向纵联和距离纵联保护方向纵联和距离纵联保护( (比较两端逻辑量比较两端逻辑量) )差动纵联保护（比较两端全量）差动纵联保护（比较两端全量） 按保护按保护动作原动作原理划分理划分导引线纵联保护导引线纵联保护电力线载波纵联保护电力线载波纵联保

5、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按通信通按通信通道划分道划分单元保护单元保护非单元保护非单元保护方向比较纵联保护方向比较纵联保护距离纵联保护距离纵联保护按保护形按保护形式划分式划分相位比较纵联保护相位比较纵联保护纵联电流差动保护纵联电流差动保护输电线路纵联保护输电线路纵联保护(1)(1)导引线通道导引线通道 这种通道需要铺设电缆，其投资随这种通道需要铺设电缆，其投资随线路长度而增加。当线路较长线路长度而增加。当线路较长( (超过超过10km10km以上以上) )时不经济。导引线越长时不经济。导引线越长, ,安全安全性越低，维护困难。性越低，维护困难。导引线中传输的是电信号。导

6、引线的电缆必须有导引线中传输的是电信号。导引线的电缆必须有足够的绝缘水平足够的绝缘水平( (例如例如15kV15kV的绝缘水平的绝缘水平) )，这就使投，这就使投资增大。资增大。导引线直接传输交流电量导引线直接传输交流电量, , 导引线的参数导引线的参数( (电阻电阻和和分布电容分布电容) )直接影响保护性能，从而在技术上也直接影响保护性能，从而在技术上也限制了导引线保护用于较长的线路。限制了导引线保护用于较长的线路。缺点：(2)(2)电力线载波通道电力线载波通道 这种通道在保护中这种通道在保护中应用最广应用最广。载波通道由。载波通道由高压输电线及其信息加工和连接设备高压输电线及其信息加工和连

7、接设备( (阻波器、阻波器、结合电容器及高频收发信机结合电容器及高频收发信机) )等组成。等组成。优点：优点：高压输电线机械强度大高压输电线机械强度大, ,十分安全可靠。十分安全可靠。缺点：缺点：在线路发生故障时通道可能遭到破坏在线路发生故障时通道可能遭到破坏( (高高频信号衰减增大频信号衰减增大),),为此需考虑在此情况下高频为此需考虑在此情况下高频信号是否能有效传输的问题。信号是否能有效传输的问题。 当载波通道采用当载波通道采用“相相- -地地”制，在线制，在线路中点发生单相短路接地故障时衰减与正路中点发生单相短路接地故障时衰减与正常时基本相同常时基本相同, ,但在线路两端故障时衰减但在线

8、路两端故障时衰减显著增大。显著增大。 当载波通道采用当载波通道采用“相相- -相相”制，在单制，在单相短路接地故障时高频信号能够传输相短路接地故障时高频信号能够传输, ,但但在三相短路时仍然不能。为此载波保护在在三相短路时仍然不能。为此载波保护在利用高频信号时应能使保护在本线路故障利用高频信号时应能使保护在本线路故障信号中断的情况下仍能正确动作。信号中断的情况下仍能正确动作。(3)(3)微波通道微波通道 微波通道与输电线没有直接的联系微波通道与输电线没有直接的联系, ,输电线发生故障时不会对微波通信系统输电线发生故障时不会对微波通信系统产生任何影响，因而利用微波保护的方产生任何影响，因而利用微

9、波保护的方式不受限制。式不受限制。微波通信微波通信是一种多路通信是一种多路通信系统系统, ,可以提供足够的通道可以提供足够的通道, ,彻底彻底解决了解决了通道拥挤的问题。通道拥挤的问题。优点：微波通信具有很宽的频带，线路故优点：微波通信具有很宽的频带，线路故障时信号不会中断，可以传送交流电的波障时信号不会中断，可以传送交流电的波形。形。采用脉冲编码调制采用脉冲编码调制(PCM)(PCM)方式可以进一方式可以进一步扩大信息传输量步扩大信息传输量, ,提高抗干扰能力提高抗干扰能力, ,也更也更适合于数字保护。适合于数字保护。微波通信是理想的通信微波通信是理想的通信系统系统, ,缺点：保护专用微波通

10、道及设备是缺点：保护专用微波通道及设备是不经济不经济的，应当与远动等在设计时兼顾起来。同的，应当与远动等在设计时兼顾起来。同时还要考虑信号衰耗的问题。时还要考虑信号衰耗的问题。(4)(4)光纤通道光纤通道 光纤通道与微波通道有相同的优点。光纤通道与微波通道有相同的优点。光纤通信也广泛采用光纤通信也广泛采用(PCM)(PCM)调制方式。当调制方式。当被保护线路很短时，通过光缆直接将光信被保护线路很短时，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

11、之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间互不干扰，所以光纤保护没有导引线保护的问题，护的问题，在经济上也可以与导引线保护在经济上也可以与导引线保护竞争。竞争。 纵联保护是纵联保护是利用利用线路两端的电气量线路两端的电气量在故障与非故障时的在故障与非故障时的特征差异特征差异构成保护，构成保护，当线路发生区内故障、区外故障时，电当线路发生区内故障、区外故障时，电力线两端的力线两端的电流波形电流波形、功率方向功率方向、电流电流相位相位以及两端的以及两端的测量阻抗测量阻抗都具有明显的都具有明显的差异，利用这些差异可以构成不同原理差异，利用这些差异可以构成不同原理的纵

12、联保护。的纵联保护。1. 1. 电流全量（两端电流向量和）特征电流全量（两端电流向量和）特征k1MNMUNUMINI内部故障内部故障k2MNMINI区外故障区外故障根据基尔霍夫电流定律根据基尔霍夫电流定律(KCL)(KCL)可知：可知：在集总参数电路中，任何时刻，在集总参数电路中，任何时刻，对任意一节点，所有支路电流相对任意一节点，所有支路电流相量和等于零。用数学表达式表示量和等于零。用数学表达式表示如下：如下：对于输电线路对于输电线路MNMN可以认为是一个节点。可以认为是一个节点。0I MNkIIII0MNIII 外部故障外部故障 内部故障内部故障2. 2. 功率方向特征功率方向特征 k1M

13、NMUNUMINI内部故障内部故障当发生内部故障时当发生内部故障时，两侧，两侧功率均由母线流向线路，功率均由母线流向线路，两侧功率方向均为正。两侧功率方向均为正。k2MNMINI区外故障区外故障当发生外部故障时当发生外部故障时，M M侧功侧功率由母线流向线路，其功率率由母线流向线路，其功率方向为正。方向为正。N N侧功率由侧功率由线路线路流向流向母线母线，其功率方向为负。，其功率方向为负。两侧功率方向相反。两侧功率方向相反。MUMIMMMWUINUNINNNWUI+ + + + + + +内部内部故障故障- - -+ + + + +外部外部 故障故障W WM M(+)(+)W WN N(+)(

14、+)W WM M(+)(+)W WN N(-)(-)3. 3. 电流相位特征电流相位特征MiNitIM0IN180arg0MNIIarg180MNII外部故障外部故障内部故障内部故障IMINtttNiMiINIMINIM区内故障时，两侧电流同相位；区内故障时，两侧电流同相位；正常运行及区外故障时，两侧电流相位相反。正常运行及区外故障时，两侧电流相位相反。4. 4. 两端测量阻抗的特征两端测量阻抗的特征 当线路内部短路时当线路内部短路时，线路两侧的测量阻抗都，线路两侧的测量阻抗都是短路阻抗，且一定位于距离保护是短路阻抗，且一定位于距离保护段的动段的动作区内。两侧的作区内。两侧的段同时启动；段同时

15、启动；当正常运行时当正常运行时，两侧的测量阻抗都是负荷阻，两侧的测量阻抗都是负荷阻抗，两侧的距离保护抗，两侧的距离保护段均不启动；段均不启动；当线路外部短路时当线路外部短路时，线路两侧的测量阻抗也，线路两侧的测量阻抗也是短路阻抗，但其中一侧是反方向，至少有是短路阻抗，但其中一侧是反方向，至少有一侧的距离保护一侧的距离保护段不启动；段不启动；区内故障时，区内故障时，两侧的距离保护两侧的距离保护段均启动；段均启动；正常运行及区外故障时，正常运行及区外故障时，至少有一侧的距离保护至少有一侧的距离保护段不启动。段不启动。输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析输电线路短路时两侧电气量的故障特征分析内部故

16、障内部故障外部故障外部故障正常运行正常运行两端电两端电流向量流向量和特征和特征两端功两端功率方向率方向特征特征两端故障方向相同，两端故障方向相同，同为正方向（母线流同为正方向（母线流向线路）向线路）远故障点端功率方向远故障点端功率方向为正方向；近故障点为正方向；近故障点端为反方向端为反方向两端功率方向相反两端功率方向相反两端电两端电流特征流特征两侧电流同相位两侧电流同相位两侧电流相位差两侧电流相位差180180度度两侧电流相位差两侧电流相位差180180度度两端测两端测量阻抗量阻抗特征特征两端都是短路阻抗，两端都是短路阻抗，位于阻抗位于阻抗动作区内，动作区内，两侧两侧段同时启动段同时启动两端都

17、是短路阻抗，两端都是短路阻抗，至少有一侧的距离保至少有一侧的距离保护护段不启动段不启动负荷阻抗负荷阻抗两阻抗元件都不启两阻抗元件都不启动动MNk1+IIIIMN+=0IIIMN+=0III1. 1. 纵联电流差动保护纵联电流差动保护 当输电线发生内部故障时：当输电线发生内部故障时：利用输电线路两侧利用输电线路两侧电流波形和电流波形和或或电流相量和电流相量和的特征的特征可以构成纵联电流差动保护可以构成纵联电流差动保护 MNkIIII当输电线正常运行和发生外部故障时：当输电线正常运行和发生外部故障时：0MNIII由于受由于受TATA的误差、线路分布电容等因素影响，实际上的误差、线路分布电容等因素影

18、响，实际上其二次其二次电流相量和电流相量和可能不为可能不为0.0.纵联电流差动保护纵联电流差动保护动作判据可写为：动作判据可写为： MNsetIIIMNII两侧电流的相量和两侧电流的相量和setI差动保护差动保护整定值整定值 2. 2. 方向比较式纵联保护（功率方向特征）方向比较式纵联保护（功率方向特征）线路发生内部故障时：线路发生内部故障时：M M侧和侧和N N侧功率方向元件均为正；侧功率方向元件均为正；线路发生外部故障时：线路发生外部故障时：M M侧和侧和N N侧功率方向元件均为侧功率方向元件均为 一正一负。一正一负。因此可以根据线路两端功率元件的方向来判别线路因此可以根据线路两端功率元件

19、的方向来判别线路内部或者外部短路。内部或者外部短路。通讯媒介通讯媒介跳闸跳闸&MWNWMINIMUNUMNN N侧侧功率功率方向方向M M侧侧功率功率方向方向3. 3. 电流相位比较式纵联保护电流相位比较式纵联保护 线路发生内部故障时：线路发生内部故障时：M M端和端和N N端电流同相端电流同相线路发生外部故障时：线路发生外部故障时：一端电流为母线流向线一端电流为母线流向线路，另一端为由线路流向母线，于是两端电流路，另一端为由线路流向母线，于是两端电流相位相反相位相反 。因此可以根据两侧电流的相位差来判别线路内因此可以根据两侧电流的相位差来判别线路内部或者外部短路。部或者外部短路。 1

20、800考虑到考虑到TVTV、TATA的相角误差以及输电线分布电容的相角误差以及输电线分布电容等影响，当线路发生区外故障时两侧二次电流等影响，当线路发生区外故障时两侧二次电流的相角差并不刚好等于的相角差并不刚好等于1801800 0，而是近似为，而是近似为1801800 0，且在故障前两侧电动势有一定的相角差，这样且在故障前两侧电动势有一定的相角差，这样在区内短路时两侧电流也不完全同相位。在区内短路时两侧电流也不完全同相位。setb00bset0180内部故障的动作判据可写为：内部故障的动作判据可写为： 180arg180MbbNII称为闭锁角称为闭锁角b4. 4. 纵联距离保护纵联距离保护 纵

21、联距离保护的基本原理和方向比较纵联保护纵联距离保护的基本原理和方向比较纵联保护的基本原理相似，只是用距离元件替代功率方的基本原理相似，只是用距离元件替代功率方向元件。向元件。 线路发生内部故障时：线路发生内部故障时：M M端和端和N N端距离元件方向均为正向端距离元件方向均为正向 线路发生外部故障时：线路发生外部故障时：M M端和端和N N端距离元件方向为一正一反。端距离元件方向为一正一反。 因此可以根据比较两端距离元件的方向来判别因此可以根据比较两端距离元件的方向来判别线路内部或者外部短路。线路内部或者外部短路。 距离距离段均采用方向元件，段均采用方向元件，段动作直接段动作直接跳闸，跳闸，段

22、动作需比较对侧段动作需比较对侧段是否动作。段是否动作。通讯媒介通讯媒介跳闸跳闸&ZZMINIMUNUMN纵联距离保护纵联距离保护 输电线路纵联保护的输电线路纵联保护的主要特点主要特点是需是需要对端信息，两端保护要通过通信设备要对端信息，两端保护要通过通信设备实时地进行信息传递。因而纵联保护系实时地进行信息传递。因而纵联保护系统和一般保护相比，需增加通信通道。统和一般保护相比，需增加通信通道。光纤通信光纤通信微波通信微波通信电力高频载波通信电力高频载波通信导引线通信导引线通信根据通信通道的不同，输电线路纵联保护分为：根据通信通道的不同，输电线路纵联保护分为： 利用利用敷设在电站或变电所之

23、间的金属敷设在电站或变电所之间的金属电缆电缆作为传递被保护线路各侧信息的通道作为传递被保护线路各侧信息的通道称之为导引线通信。称之为导引线通信。 以导引线为通道的纵联保护称为导引以导引线为通道的纵联保护称为导引线纵联保护。线纵联保护。 导引线纵联保护是线路纵联保护的一种型式，导引线纵联保护是线路纵联保护的一种型式，它是以金属电缆作为通道，借助通道将被保护线它是以金属电缆作为通道，借助通道将被保护线路对侧传递来的工频信息与本侧的工频信息相比路对侧传递来的工频信息与本侧的工频信息相比较以判别区内或区外故障。当被保护线路的内部较以判别区内或区外故障。当被保护线路的内部发生故障时，它将瞬时跳开被保护线

24、路的各侧断发生故障时，它将瞬时跳开被保护线路的各侧断路器，实现无时限的快速切除故障。路器，实现无时限的快速切除故障。1. 1. 环流式导引线保护环流式导引线保护线路两侧电流互感器的同极性端子经导引线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。间。如果有制动线圈则它被串接在导引线的回路中。动作线圈动作线圈制动线圈制动线圈制动线圈制动线圈动作线圈动作线圈导引线导引线.MI.NI.mI.nI*同极性端子同极性端子同极性端子同极性端子 在正常运行或外部故障时在正常运行或外部故

25、障时，被保护线路两侧电流互感，被保护线路两侧电流互感器的同极性端子的输出电流大小相等而方向相反，故此时器的同极性端子的输出电流大小相等而方向相反，故此时导引线流过循环电流，而动作线圈中电流相互抵消，而制导引线流过循环电流，而动作线圈中电流相互抵消，而制动线圈有电流，保证保护可靠不动作。动线圈有电流，保证保护可靠不动作。 由于平衡状态时导引线流过循环电流，故称由于平衡状态时导引线流过循环电流，故称环流法环流法，这种平衡的工作模式称为这种平衡的工作模式称为电流平衡原理电流平衡原理。动作线圈动作线圈制动线圈制动线圈制动线圈制动线圈动作线圈动作线圈.MI.NI.mI.nI*动作线圈中电流相互抵消动作线

26、圈中电流相互抵消制动线圈有较大的制动电流制动线圈有较大的制动电流 在内部故障时在内部故障时，动作线圈中两侧电流同相，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，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。保护能够可靠动作。动作线圈动作线圈制动线圈制动线圈制动线圈制动线圈动作线圈动作线圈.MI.NI.mI.nI*动作线圈中两侧电流同相动作线圈中两侧电流同相制动线圈的制动电流小于制动线圈的制动电流小于动作线圈中的动作电流动作线圈中的动作电流k12 2均压法均压法 动作线圈动作线圈平衡线圈平衡线圈平衡线圈平衡线圈动作线圈动作线圈.MI.mI.NI.nI 线路

27、两侧电流互感器的相异极性端子经由导线路两侧电流互感器的相异极性端子经由导引线连接起来，继电器的动作线圈串接在导引线引线连接起来，继电器的动作线圈串接在导引线回路上。若有制动线圈，则它被并接在两导引线回路上。若有制动线圈，则它被并接在两导引线线芯之间。线芯之间。*动作线圈动作线圈平衡线圈平衡线圈平衡线圈平衡线圈动作线圈动作线圈.MI.mI.NI.nI 在正常运行或外部故障时在正常运行或外部故障时，被保护线路两侧电流互，被保护线路两侧电流互感器极性相异的端子的输出电流大小相等且方向相同，感器极性相异的端子的输出电流大小相等且方向相同，故导引线及动作线圈中均没有电流通过，二次电流只能故导引线及动作线

28、圈中均没有电流通过，二次电流只能分别在各自的制动线圈及互感器二次绕组中流过，在两分别在各自的制动线圈及互感器二次绕组中流过，在两侧导引线线芯间之电压大小相等方向相反，即处在电压侧导引线线芯间之电压大小相等方向相反，即处在电压平衡状态。这种工作模式也称为平衡状态。这种工作模式也称为电压平衡原理电压平衡原理。 *动作线圈动作线圈平衡线圈平衡线圈平衡线圈平衡线圈动作线圈动作线圈.MI.mI.NI.nI 在内部故障时在内部故障时：动作绕组中两个二次电流同相，：动作绕组中两个二次电流同相，而制动绕组中两个二次电流反相，作用抵消，保护而制动绕组中两个二次电流反相，作用抵消，保护可靠动作。可靠动作。 *k1

29、 1.1.电流保护和距离保护不能保证全线速动电流保护和距离保护不能保证全线速动 在超高压系统中在超高压系统中，为了保证并列运行，为了保证并列运行的动态稳定性和提高输电线的传输容量，的动态稳定性和提高输电线的传输容量，在很多情况下，在很多情况下，要求输电线路的故障切除要求输电线路的故障切除时间时间( (包括保护动作和断路器跳闸时间包括保护动作和断路器跳闸时间) )为为0.1s0.1s左右左右，这就排除了以电流保护和距离，这就排除了以电流保护和距离保护作为主保护的可能性。保护作为主保护的可能性。电力线载波通信提出的必要性： 2.2.导引线纵联保护在经济和技术上不可行导引线纵联保护在经济和技术上不可

30、行 导引线纵联保护导引线纵联保护保护能无延时地反应保护能无延时地反应被保护设备内部故障被保护设备内部故障，其必要条件之一是，其必要条件之一是同时检测和比较被保护设备各引出端电流同时检测和比较被保护设备各引出端电流的大小和的大小和( (或或) )相位，这对相位，这对发电机、变压器发电机、变压器和母线和母线等主设备是易于实现的，但是对于等主设备是易于实现的，但是对于长度在数十以致数百公里的超高压输电线，长度在数十以致数百公里的超高压输电线，企图企图通过通过TATA二次电缆二次电缆来实现两侧电流的大来实现两侧电流的大小和相位比较，小和相位比较，在经济上和技术上既不合在经济上和技术上既不合理的也不可行

31、。理的也不可行。动作线圈动作线圈制动线圈制动线圈制动线圈制动线圈动作线圈动作线圈导引线导引线.MI.NI.mI.nI*同极性端子同极性端子同极性端子同极性端子 一种可行的办法一种可行的办法是将线路两端的电流是将线路两端的电流相位相位( (或功率方向或功率方向) )转变为高频信号，利用转变为高频信号，利用输电线路本身输电线路本身( (或租用电话线或租用电话线) )作为载波通作为载波通道，将该高频信号传输到对侧，以实现各道，将该高频信号传输到对侧，以实现各端电流相位端电流相位( (或功率方向或功率方向) )的比较。这就是的比较。这就是高频保护或载波保护名称的来源。就其本高频保护或载波保护名称的来源

32、。就其本质而言，质而言，高频保护不过是差动保护原理在高频保护不过是差动保护原理在中、长线路上的具体应用，因此高频保护中、长线路上的具体应用，因此高频保护也具有不反应外部短路故障、无时延地快也具有不反应外部短路故障、无时延地快速切除故障线路的优点。速切除故障线路的优点。继电保继电保护装置护装置继电保继电保护装置护装置通 信通 信设备设备通 信通 信设备设备通信通道通信通道TATATVTVTVTVTATA1 1载波通道的构成原理载波通道的构成原理 按照通道的构成，电力线载波通信分为：按照通道的构成，电力线载波通信分为： 使用两相线路的使用两相线路的“相相相相”式；式； 使用一相一地的使用一相一地的

33、“相相地地”式；式； “ “相相相相”式信号传输衰减小；式信号传输衰减小； “ “相相地地”式比较经济。式比较经济。发发 收收讯讯 讯讯继电继电部分部分继电继电部分部分112233445收收 发发讯讯 讯讯566高频通道构成示意图高频通道构成示意图1 1 阻波器；阻波器；2 2 耦合电容器；耦合电容器；3 3 连接滤波器；连接滤波器；4 4 电缆；电缆；5 5 高频收发讯机；高频收发讯机；6 6 刀闸刀闸1 1、阻波器（鼠笼式）、阻波器（鼠笼式）由一电感线圈与可变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，使其所呈现的阻抗最大

34、，使其谐振频率谐振频率为所用的为所用的载波频率载波频率 。高频信号就被限制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。对到相邻线路上去。对5050HzHz工频电流阻波器仅工频电流阻波器仅呈电感线圈的阻抗，数值很少。呈电感线圈的阻抗，数值很少。LC10北京电力设备总厂生产的阻波器北京电力设备总厂生产的阻波器2 2、耦合电容器、耦合电容器 将载波信号传递到输电线路，同时使高频将载波信号传递到输电线路，同时使高频收发信机与工频高压线路绝缘。收发信机与工频高压线路绝缘。耦合电容器耦合电容器电容式互感器电容式互感器3 3、连接滤波器、连接滤

35、波器( (结合滤波器结合滤波器) ) 结合电容器与连接滤波器共同组成一个四结合电容器与连接滤波器共同组成一个四端网络的端网络的“带通滤波器带通滤波器”使所需频带的高频电使所需频带的高频电流能够通过。流能够通过。结合电容器结合电容器4 4、高频收发信机（载波机）、高频收发信机（载波机） 由发信机发出信号，通过高频通道送到对由发信机发出信号，通过高频通道送到对端的收信机中，也可为自己的收信机所接收，端的收信机中，也可为自己的收信机所接收，高频收信机接收由本端和对端所发送的高频信高频收信机接收由本端和对端所发送的高频信号经过比较判断后，再动作于继电保护装置使号经过比较判断后，再动作于继电保护装置使之

36、跳闸或将它闭锁。之跳闸或将它闭锁。SF-961SF-961数字收发信机数字收发信机-110-500Kv-110-500Kv高频保护高频保护ESB 900ESB 900数字化电力线载波机数字化电力线载波机PowerLinkPowerLink通信系统（西门子产品）通信系统（西门子产品）5 5、刀闸、刀闸 检修连接滤波器时，作为结合电容器的下面检修连接滤波器时，作为结合电容器的下面一级接地之用。一级接地之用。接地开关2 2高频通道的特点高频通道的特点 输电线路高频通道的优点：输电线路高频通道的优点：（1 1）无中继通信距离长。）无中继通信距离长。几百公里的长距离输几百公里的长距离输电线路连接的两个变

37、电站，如使用电力载波，只电线路连接的两个变电站，如使用电力载波，只需建一、两对载波机，就可以建立起通信。需建一、两对载波机，就可以建立起通信。（2 2）经济、使用方便。）经济、使用方便。由于电力线载波通信是由于电力线载波通信是以电力线为载体，以变电站为用户，所以载波机以电力线为载体，以变电站为用户，所以载波机就直接装在电力线的两端，即变电站内，设备离就直接装在电力线的两端，即变电站内，设备离用户近，可以提高可靠性。用户近，可以提高可靠性。（3 3）工程施工比较简单。）工程施工比较简单。输电线路建好后，装输电线路建好后，装上阻波器、耦合电容器、结合滤波器，放好高频上阻波器、耦合电容器、结合滤波器

38、，放好高频电缆，然后安装载波机，就可以进行调试。电缆，然后安装载波机，就可以进行调试。输电线路载波通信的缺点输电线路载波通信的缺点： 1)1)由于输电线路高频通道是直接通过高由于输电线路高频通道是直接通过高压输电线路传送高频电流的，因此压输电线路传送高频电流的，因此高压输高压输电线路就成了高频通道干扰的主要来源电线路就成了高频通道干扰的主要来源。高压输电线路的电晕、短路、开关操作等高压输电线路的电晕、短路、开关操作等都会在不同程度上对高频保护造成干扰。都会在不同程度上对高频保护造成干扰。 2) 2)高频载波通信率低，难以满足纵联电高频载波通信率低，难以满足纵联电流差动保护实时性的要求，流差动保

39、护实时性的要求，一般用来传递一般用来传递状态信号，用于构成方向比较式纵联保护。状态信号，用于构成方向比较式纵联保护。3. 3. 高频通道的工作方式高频通道的工作方式 正常有高频电流（长期发信）正常有高频电流（长期发信）正常情况下，发信机连续发信，通道中经常有高频正常情况下，发信机连续发信，通道中经常有高频电流。电流。优点：优点：通道的工作状态可得到经常监视，可通道的工作状态可得到经常监视，可靠性高；装置稍微简化。靠性高；装置稍微简化。 移频方式移频方式正常情况下，发信机发出一种频率的高频电流，用以正常情况下，发信机发出一种频率的高频电流，用以监视通道及闭锁保护，故障时移频。监视通道及闭锁保护，

40、故障时移频。优点：优点：通道的工通道的工作状态可得到经常监视，可靠性高。但占用频带宽。作状态可得到经常监视，可靠性高。但占用频带宽。 正常无高频电流（故障时发信）正常无高频电流（故障时发信）正常情况下，发信机不发信，通道中无高频电流通过；正常情况下，发信机不发信，通道中无高频电流通过；故障时发信机由启动元件启动发信，通道中有高频电流；故障时发信机由启动元件启动发信，通道中有高频电流；优点：优点：对邻近通道影响少，收发信机寿命长。对邻近通道影响少，收发信机寿命长。4. 4. 高频通道传送信号的种类高频通道传送信号的种类 跳闸信号：跳闸信号：线路内部故障时，直接引起保护跳闸线路内部故障时，直接引起

41、保护跳闸 的信号的信号 允许信号：允许信号：线路内部故障时，将保护开放，允许线路内部故障时，将保护开放，允许 保护跳闸的信号保护跳闸的信号闭锁信号：闭锁信号：线路外部故障时，将保护闭锁的信号线路外部故障时，将保护闭锁的信号 按照高频通道传送信号在纵联保护中的作用按照高频通道传送信号在纵联保护中的作用可将其分为可将其分为闭锁信号、允许信号闭锁信号、允许信号和和跳闸信号。跳闸信号。（1 1）传递闭锁信号方式：）传递闭锁信号方式：收不到这种高频信号是高频收不到这种高频信号是高频 保护跳闸的必要条件。保护跳闸的必要条件。特点：特点：a.a.不受通道破坏的影响不受通道破坏的影响b.b.不用鉴别信号源（是

42、对侧还是本侧）不用鉴别信号源（是对侧还是本侧）只有同时满足两个条件本侧保护才动作跳闸：只有同时满足两个条件本侧保护才动作跳闸： 本侧保护元件已启动。本侧保护元件已启动。 没有收到高频信号。没有收到高频信号。&保护元件启动保护元件启动高频信号高频信号跳闸信号跳闸信号（2 2）传递允许信号方式：）传递允许信号方式：收到这种高频信号是高频保收到这种高频信号是高频保 护动作跳闸的必要条件。护动作跳闸的必要条件。特点：特点：a.a.受通道破坏影响受通道破坏影响b.b.信号源必须要鉴别是对侧还是本侧发出的高频信号信号源必须要鉴别是对侧还是本侧发出的高频信号 本侧保护元件已启动。本侧保护元件已启动。

43、 收到对侧的高频信号则跳闸。收到对侧的高频信号则跳闸。只有同时满足两个条件本侧保护才动作跳闸：只有同时满足两个条件本侧保护才动作跳闸：&保护元件启动保护元件启动对侧高频信号对侧高频信号跳闸信号跳闸信号（3 3）传递跳闸信号方式：）传递跳闸信号方式：收到这种信号是保护动作收到这种信号是保护动作 于跳闸的充要条件。于跳闸的充要条件。当保护范围内部故障而继电器动作时，发信、收信后当保护范围内部故障而继电器动作时，发信、收信后则跳闸。则跳闸。特点：特点：a.a.受通道破坏影响受通道破坏影响b.b.信号源不要鉴别信号源不要鉴别例如线路两侧均装设距离保护，例如线路两侧均装设距离保护，I I段采用方

44、向阻抗继电器，段采用方向阻抗继电器，I I段动作既跳开本侧断路器，同时发信让对侧跳开断路器。段动作既跳开本侧断路器，同时发信让对侧跳开断路器。或或保护元件启动保护元件启动高频信号高频信号跳闸信号跳闸信号随着电力系统的扩大发展，单纯使随着电力系统的扩大发展，单纯使用电力用电力线载波一种形式的通道将会出现通道拥挤线载波一种形式的通道将会出现通道拥挤的困难，的困难，从本世纪五十年代开始在电力系从本世纪五十年代开始在电力系统中应用微波和特高频通道。目前美、日统中应用微波和特高频通道。目前美、日等国的电力系统已大量采用等国的电力系统已大量采用微波通道微波通道，我，我国很多电力系统也已开始采用。国很多电力

45、系统也已开始采用。1 1微波纵联保护的构成微波纵联保护的构成输电线输电线继电保继电保护设备护设备 逻辑逻辑单元单元接收接收端口端口发送发送端口端口TVTV继电保继电保护设备护设备 逻辑逻辑单元单元接收接收端口端口发送发送端口端口TVTV微波微波解调解调微波微波调制调制微波微波解调解调微波微波调制调制微波收微波收发设备发设备微波收微波收发设备发设备纵联保护系统包纵联保护系统包括线路两端的继括线路两端的继电保护设备、微电保护设备、微波调制解调设备、波调制解调设备、微波发送接收设微波发送接收设备。备。 微波调制、解调、发送和接收设备构成微波通道微波调制、解调、发送和接收设备构成微波通道 微波通道微波

46、通道调 制调 制设设 备备微波微波发送发送设备设备微波微波接收接收设备设备解 调解 调设设 备备单向微波通道传输过程单向微波通道传输过程x(t)ty(t)ty(t)tx(t)t调制过程调制过程：（压频变换压频变换 ）电压信号电压信号x x（t t）输入到调制）输入到调制设备，经过调制设备调制后设备，经过调制设备调制后输出的频率信号输出的频率信号y y（t t） 解调过程解调过程：收到微波接收设备送来的频收到微波接收设备送来的频率信号率信号x x（t t）后，解调设备）后，解调设备会将该信号转换为电压信号会将该信号转换为电压信号y y（t t）。）。 2 2微波通道的特点微波通道的特点波长小于波

47、长小于1m(300MHz)1m(300MHz)的电磁波称为微波。的电磁波称为微波。其中包括以下三个波段。其中包括以下三个波段。分米波分米波波长由波长由10cm10cmlm(300lm(3003000MHz)3000MHz)；厘米波厘米波波长由波长由l l10cm(300010cm(300030000MHz)30000MHz)；毫米波毫米波波长在波长在lcmlcm以下。以下。分米波又称为特高频。电力系统中的微波通信多应分米波又称为特高频。电力系统中的微波通信多应用在分米和厘米波段，也有个别使用米波波段的。用在分米和厘米波段，也有个别使用米波波段的。微波纵联保护的优点：微波纵联保护的优点：（1 1

48、）有一条独立于输电线路的通信通道，输电线路上产生的）有一条独立于输电线路的通信通道，输电线路上产生的干扰，对通信系统没有影响；通道检修不影响输电线路运行；干扰，对通信系统没有影响；通道检修不影响输电线路运行；（2 2）扩展了通信频段，可实现分相差动；）扩展了通信频段，可实现分相差动；（3 3）受外界干扰影响小，误码率低，可靠性高；）受外界干扰影响小，误码率低，可靠性高；（4 4）输电线路的任何故障均不会破坏通道。）输电线路的任何故障均不会破坏通道。超短波有视距传输的特点，天线越高，传输距离越远，超短波有视距传输的特点，天线越高，传输距离越远，例如当两端天线高度为例如当两端天线高度为50m50m

49、时，传输距离约为时，传输距离约为50km50km。在。在个别条件下，利用有利的地形，传输距离也可达一、二个别条件下，利用有利的地形，传输距离也可达一、二百公里。这个特点就决定了，百公里。这个特点就决定了，在较远距离的条件下，必在较远距离的条件下，必须采用微波中继通信的方式，通道价格较贵。须采用微波中继通信的方式，通道价格较贵。 就光纤纵差保护的应用环境来说，随着就光纤纵差保护的应用环境来说，随着国家电力工业的发展，通讯技术的日新月异，国家电力工业的发展，通讯技术的日新月异，光缆及光纤设备费用的急剧下降，光纤通讯光缆及光纤设备费用的急剧下降，光纤通讯网在电力系统的架设越来越普遍。另外，由网在电力

50、系统的架设越来越普遍。另外，由于光纤电流差动保护简单、可靠，不受线路于光纤电流差动保护简单、可靠，不受线路运行方式的影响，在运行方式的影响，在城网和短输电线路中大城网和短输电线路中大量采用量采用。因城网中输电线大多较短，光纤芯。因城网中输电线大多较短，光纤芯直接接入不需附加复接设备，管理也较方便，直接接入不需附加复接设备，管理也较方便，故在城网中光纤电流差动保护以专用光纤通故在城网中光纤电流差动保护以专用光纤通道方式为多。道方式为多。1 1光纤通信系统的构成光纤通信系统的构成中继器或中继器或光放大器光放大器光纤光纤光纤光纤光接收机光接收机光发射机光发射机电调电调制器制器光调光调制器制器光探光探

51、测器测器电解电解调器调器由光发射机、光纤、中继器和光接收机组成。由光发射机、光纤、中继器和光接收机组成。 电调制器的作用电调制器的作用是把信息转换为适合信道传输的是把信息转换为适合信道传输的信号，如时分复用（信号，如时分复用（TDMTDM）信号或频分复用）信号或频分复用(FDM)(FDM)信号。信号。用户信息可以是模拟信号，也可以是数字信号。用户信息可以是模拟信号，也可以是数字信号。光调制器的作用光调制器的作用是把电调制信号转换为适合光纤是把电调制信号转换为适合光纤信道传输的光信号，如直接调制激光器的光强，信道传输的光信号，如直接调制激光器的光强，或通过外调制器调制或通过外调制器调制激光器激光

52、器的相位（偏转）。的相位（偏转）。光中继器的作用光中继器的作用是对经光纤传输衰减后的信号进是对经光纤传输衰减后的信号进行放大。行放大。光中继器有光电光中继器和全光中继器两种光中继器有光电光中继器和全光中继器两种。如需对业务进行分出和插入，可使用光电光如需对业务进行分出和插入，可使用光电光中继器；如只要求对光信号进行放大，则可以使中继器；如只要求对光信号进行放大，则可以使用光放大器。用光放大器。光探测器的作用光探测器的作用是把经光纤传输后的微弱光信号是把经光纤传输后的微弱光信号转变为电信号。转变为电信号。电解调器的作用电解调器的作用是把电信号放大，恢复出原信号。是把电信号放大，恢复出原信号。2

53、2光纤通信的优点光纤通信的优点 (1)(1)通信容量大。通信容量大。从理论上讲，用光作载波可以传输从理论上讲，用光作载波可以传输100100亿个话路。实际上目前一对光纤一般可通过几百路到几亿个话路。实际上目前一对光纤一般可通过几百路到几千路，而一根细小的光缆又可包含几十到几百根光纤，千路，而一根细小的光缆又可包含几十到几百根光纤，因此光纤通信系统的通信容量是非常大的。因此光纤通信系统的通信容量是非常大的。(2)(2)可以节约大量金属材料。可以节约大量金属材料。使用光纤通信系统时，光纤使用光纤通信系统时，光纤由玻璃或硅制成，与铜或铝不同，硅或玻璃其来源丰富，由玻璃或硅制成，与铜或铝不同，硅或玻璃

54、其来源丰富，供应方便。供应方便。(3)(3)光纤通信还有保密性好光纤通信还有保密性好，敷设方便，不怕雷击，不受，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。外界电磁干扰，抗腐蚀和不怕潮等优点。(4)(4)光纤最重要的特性之一是无感应性能光纤最重要的特性之一是无感应性能，因此利用光纤，因此利用光纤可以构成无电磁感应的和极为可靠的通道。这一点对继可以构成无电磁感应的和极为可靠的通道。这一点对继电保护来说尤为重要，在易受地电位升高、暂态过程及电保护来说尤为重要，在易受地电位升高、暂态过程及其它有严重干扰的金属线路地段之间，光纤是一种理想其它有严重干扰的金属线路地段之间，光纤是一种理想

55、的通讯媒介。的通讯媒介。第三节第三节纵联方向保护纵联方向保护在纵联方向保护中，方向元件或功率方向测量在纵联方向保护中，方向元件或功率方向测量元件是保护中的关键元件。方向元件的作用是元件是保护中的关键元件。方向元件的作用是判断故障的方向，纵联方向保护中的方向元件判断故障的方向，纵联方向保护中的方向元件应满足以下要求：应满足以下要求： (1) (1) 反应所有类型的故障且无死区；反应所有类型的故障且无死区；(2) (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) (3) 不受系统振荡影响，在振荡无故障时不误动，不受系统振荡影响，在振荡无故障时不误动，振

56、荡中再故障时仍能正确判定故障点方向；振荡中再故障时仍能正确判定故障点方向；(4) (4) 在两相运行时仍能起保护作用在两相运行时仍能起保护作用 纵联保护中使用的方向元件主要有：纵联保护中使用的方向元件主要有：故障分量方向元件以及相电压补偿方向元件等故障分量方向元件以及相电压补偿方向元件等 (a)(a)故障系统故障系统k.ME.NEmimuk(b)(b)等值网络等值网络.ME.NEmimu0.kU0.kkEU Lik(c)(c)故障前负荷状态故障前负荷状态.ME.NE0Lu0.kUkiu.kEsZkZ(d)(d)短路附加状态短路附加状态当系统在当系统在k k点发生金属性短路点发生金属性短路时，故

57、障点的电压降为时，故障点的电压降为0 0，这，这时故障系统可以用一等值电路时故障系统可以用一等值电路来代替。来代替。 等值电路中两附加电压源的电等值电路中两附加电压源的电压大小相等、符号相反。假定压大小相等、符号相反。假定电力系统为线性系统，则根据电力系统为线性系统，则根据叠加原理，可以将其分解成叠加原理，可以将其分解成故故障前负荷状态障前负荷状态和和短路附加状态短路附加状态两个子系统。两个子系统。 故障前负荷状态故障前负荷状态对应于故障对应于故障前的正常系统，各点处的电前的正常系统，各点处的电压电流均与故障前的稳态负压电流均与故障前的稳态负荷情况一致荷情况一致。 短路附加状态短路附加状态中各

58、点的电压中各点的电压电流是由故障引起的电压电电流是由故障引起的电压电流的变化量，其中的工频成流的变化量，其中的工频成分，就是工频变化量。分，就是工频变化量。 kiu.kEsZkZ系统故障时，保护安装系统故障时，保护安装处处电流、电压电流、电压的变化量的变化量可以分别表示为：可以分别表示为： kskEIZZ skkUI ZEI Z 1. 1. 故障分量的方向元件故障分量的方向元件假设电流的正方向由母线指向线路，在正假设电流的正方向由母线指向线路，在正方向短路时，保护安装处工频故障分量的方向短路时，保护安装处工频故障分量的电流、电压关系为：电流、电压关系为： sUZI KI2I0IFsZ0SZGR

59、U2U0U0FU2FU0FU输电线路在正方向故障时的附加状态网络图输电线路在正方向故障时的附加状态网络图 在反方向短路时在反方向短路时 ，工频故障分量的电流、电，工频故障分量的电流、电压关系为：压关系为： sUZI可见，利用故障分量的方向元件有明确的方向性。可见，利用故障分量的方向元件有明确的方向性。 KI2I0IFsZ0SZU2U0UGR0FU2FU0FU输电线路在反方向故障时的附加状态网络图输电线路在反方向故障时的附加状态网络图 为了便于实现电压、电流相位关系的判定，实际的为了便于实现电压、电流相位关系的判定，实际的方向元件是比较故障分量电压和电流在方向元件是比较故障分量电压和电流在模拟阻

60、抗模拟阻抗Z Zr r上产生的电压之间的相位，设上产生的电压之间的相位，设Z Zr r、Z Zs s及及ZZs s的阻抗的阻抗角相等，所以正方向故障时角相等，所以正方向故障时, ,其功率方向为正。其功率方向为正。 即：即：180argargrSrZZIZU考虑各种因素的影响，工频突变量方向元件在正考虑各种因素的影响，工频突变量方向元件在正方向故障时方向故障时功率方向为正功率方向为正的判据为：的判据为： 27090rUargZI以以1801800 0为中心，为中心，90900 0范围范围反方向故障时反方向故障时 ，其功率方向为负。，其功率方向为负。 即：即：0argargrSrZZIZU考虑各种因素的影响，考虑各种因素的影响