06线路纵联保护

第一节 纵联差动保护

一、 基本原理

Ij＝Im2－In2＝（Im－In）/nLH 正常时： Ij＝0 外部故障：Ij＝0

内部故障：Ij＝（Im＋In）/nLH＝Id /nLH ，保护动作。

二、 纵差保护的不平衡电流

1．两侧LH特性不一致，励磁电流不等产生Ibp；

2．外部短路时，大短路电流及其非周期分量使铁心饱和，Ibp＝Ibpmax； 3． 两侧LH励磁电流的非周期分量使Ibpmax偏向时间轴一侧，励磁回路的大电感使Ibp的最大值出现在短路开始稍后；

4．Ibp影响差动保护的灵敏度。

三、 纵差保护评价

1．反应被保护元件两侧电气量的变化，可以全线速断； 2．无后备保护作用；

3．只可用于5－7km的短线路（和F、B、D等电气元件）作主保护。

第二节 高频保护的基本原理

一、 高频保护基本概念

1．高压线路要求保护全线速断，但阶段式保护（只反应一侧电气量）不行； 2．纵差保护可以全线速断，但不适用于远距离输电线；

3．高频保护：利用输电线、空间、光纤通道传送（反应线路两侧电气量变化的）高频信号的保护。（只反应内部故障，不与相邻线配合）

二、 高频通道的构成

（一）电力线载波通道

p56 图2－7： 1．输电线、大地：

2．高频阻波器：阻高频、通工频，将高频信号限制在本线路范围以内

对50kHZ－300kHZ： Z≥1000Ω

对50kHZ ： Z＝0.04Ω。

3．耦合电容器：阻工频、通高频，并将SF与高压输电线绝缘 4．连接滤波器：由空芯B和C组成

⑴ 阻抗匹配：波阻抗400Ω/100Ω，减少反射；

⑵ 带通滤波：空芯B一次与耦合C、二次与C均对高频串谐；

⑶ 使SF与输电线进一步隔离。 5．高频电缆：减少散射

6．放电间隙：SF的过电压保护 7．接地刀闸：检修SF或调试时用 8．收发信机：

⑴ 发信机F：将本侧被比较的工频电量（或其特征）变为高频信号并发送出去；

⑵ 收信机S：接收高频信号并解调为保护所需要的信号（两侧所发f相同时，同

时接收两侧的）。 9．载波通道特点：

⑴ 经济；

⑵ 通道可靠性受短路影响，通道检修影响一次运行；

⑶ f在40－500kHZ之间，f 受干扰大 ，f 衰耗大。

（二）微波通道

1．空间、定向天线、连接电缆、SF

2．F：300－30000MHZ（国内2000MHZ）、40－60km（加中继站） 3．通道可靠性高、投资大。 （三）光纤通道

1． 光纤、光电转换、SF。

其中：光电转换完成f较高的电信号和f更高的光信号之间的转换。 2．F：10 14HZ，长距离时也要加中继站

3．通道可靠性高、不受电磁干扰、节约有色金属、投资大。

三、 高频通道的工作方式

1．故障发信：干扰减少、SF寿命长，通道不监视、动作慢、Klm低； 2．长期发信：相反；

3．移频方式：正常发f1（功率小），故障时发f2（功率大）。

四、 高频信号的作用

1．闭锁信号：收到高频信号闭锁保护动作，通道故障且外部d时误动，动作慢。 2．允许信号：收到对侧高频信号允许本侧保护动作，通道故障且内部d时拒动，快。 3．跳闸信号：收到对侧高频信号直接动作于本侧跳闸，但一般加就地判别。

第三节 高频闭锁方向保护

一、 高频闭锁方向保护基本原理

1．原理

比较线路两侧的功率方向区分内、外短路，闭锁信号、故障发信。 2． 动作分析

正常：不发信，靠启动元件保证保护不动 d：BC：Sd>0，不发信，3、4跳闸；

AB：靠d的2：Sd<0 发信，1、2均不跳闸； CD：靠d的5：Sd<0 发信，5、6均不跳闸 3． 说明：

⑴ 2、5的闭锁信号窜不到BC线；

⑵ 通道故障（断线、接地）时：

内部故障仍正确动，外部故障会误动（AB断线1误动）。

二、 高频闭锁方向保护

p62 图2－15：

1．原理接线：

Idz1⑴ 外部d：AB线路上的保护

2：S不动，I1发信，不跳闸

1：S动，I1发信，I2、S停信，但收对侧信号，不跳闸

⑵ 内部d：BC线路上的保护

1、2：S动，I1发信，I2、S停信，不收信，跳闸 3．说明：

⑴ I1、I2：防止Idz1＝95A Idz2＝105A Id＝100A时，2不发信而误动；

⑵ t1：防止外部故障切后，I1先停信、S后返回而误动； t2：外部故障时，等待靠近d点侧保护的闭锁信号（单程）。

⑶ 灵敏度受高定值Idz2的影响，GJ在振荡时的误动导致误跳。

三、 方向元件启动的高频闭锁方向保护

p64 图2－17： 1．原理接线： S＋、S－ 2．动作分析

⑴ 外部d：近故障侧 S－ 发信，不跳闸

⑵ 内部d：两侧S＋停信，跳闸（单侧电源时，受电侧不发信，不拒动）

3．说明：

方向元件无定值，灵敏度高。

第四节 高频距离、零序保护

一、 高频闭锁距离保护

启动元件（无方向）：发信 Z3元件（有方向）：停信

二、 高频闭锁零序方向保护

Io4（无方向）：发信 Io3＋GJo（有方向）：停信 说明：光纤距离多用允许式。

第五节 光纤电流差动保护

光纤通道容量大，抗腐蚀不受潮，敷设检修方便，节省大量有色金属，解决了纵联保护中导引线保护距离短和载波通道易受电磁干扰等问题；对于整定配合比较困难的短线路，光纤保护的优点更为突出。由于光纤通道的通信距离不够长，在长距离输电线路中使用时需要中继器和其它附属设备。

一、光纤保护的基本原理

光纤保护是将线路两侧的电气量调制后转化为光信号，以光缆作为通道传送到对侧，解调后直接比较两侧电气量的变化，然后根据特定关系，判定内部或外部故障的一种保护。

光纤保护主要由故障判别元件和信号传输系统（PCM端机、光端机以及光缆通道）组成，如图4-15所示。

电气量调制器继电保护解调器光收光收光发活动连接器光 缆 接头光发调制器解调器电气量继电保护PCM端机光端机接头活动连接器光端机PCM端机图4-15 光纤保护的组成方框图

故障判别元件即继电保护装置，利用线路两侧输入电气量的变化，根据特定关系来区分正常运行、外部故障以及内部故障。光端机的作用是接收、发送光信号。PCM端机的调制器将要发送的电气模拟信号调制成数字信号，由光端机的光发部分转换为光信号进行发送，经光缆通道传输到线路对侧；光端机的光收部分收到被保护线路对侧的数字光信号后转换为电气数字信号，再通过PCM端机的解调器还原成电气量模拟信号，然后提供给保护，作为故障判别的依据。

PCM端机调制器的作用是将各路模拟信号进行采样和模/数转换、编码，与键控信号的并行编码一同转换成适合光缆传输的串行码；PCM端机解调器的作用是将接收到的PCM串行码转换成并行码，并将这些并行码经数/模转换和键控解码，解调出各路的模拟信号和键控信号。光缆通道的作用是将被保护线路一侧反应电气量的光信号，传输到被保护线路的另一侧。

二、信号传输系统

光纤传输系统是如图4-15所示除继电保护以外的其余部分，即两侧PCM端机、光端机

和光缆组成光纤数字传输系统。

（一） PCM端机 1. PCM调制器

PCM（Pulse Code Modulation）调制器的原理是脉冲编码调制。PCM调制器由时序电路、模拟信号编码电路、键控信号编码电路、并/串转换及会合电路组成。

2. PCM解调器

PCM解调器由时序电路、串/并转换电路、同步电路、模拟解调电路及键控解码电路组成。

（二） 光端机

两侧装置中，每一侧光端机包括光发送部分和光接收部分。光信号在光纤中单向传输，两侧光端机需要两根光纤。一般采用四芯光缆，两芯运行，两芯备用。光端机与光缆经过光纤活动连接器连接。活动连接器一端为裸纤，与光缆的裸纤焊接，另一端为插头，可与光端机插接。

1. 光发送部分

光发送部分主要由试验信号发生器、PCM码放大器、驱动电路和发光管LED组成。其核心元件是电流驱动的发光管LED。驱动电流越大，输出光功率越高。PCM码经过放大，电流驱动电路驱动LED工作，使输出的光脉冲与PCM码的电脉冲信号一一对应，即输入脉冲为“1”码时，输出一个光脉冲，输入“0”码时，没有光信号输出。

2. 光接收部分

光接收部分的核心元件是光接收管PIN。它将接收到的光脉冲信号转换为微弱的电流脉冲信号，经前置放大器、主放大器放大，成为电压脉冲信号，经比较整形后，还原成PCM码。

（三） 光缆

由光纤组成。光纤是一种很细的空心石英丝或玻璃丝，直径仅为100μm~200μm。光在光纤中传播。

三、分相光纤电流差动保护

按分相差动比较原理构成的分相光纤电流差动保护方框图如图4-19所示，主要由电流/电压变换器、差动元件、负序突变量起动元件、逻辑回路和PCM调制、解调器以及光端机组成。

保护从系统取得三相电流和零序电流，变换成电压后，一路送至本侧的差动元件和电流

检测元件，另一路经PCM调制器调制后传送至对侧。

传输系统传送的经电流/电压变换器转换后的四路模拟电压信号，以及远跳或外部远传的四个键控信号K1~K4，被调制成一路脉冲信号，由光端机的发送电路（E/O-光电转换电路）转换成光脉冲信号待传输。同时，由光端机接收的对侧光脉冲信号被其接收电路（O/E）转换成电脉冲信号，由PCM解调器解调后，还原成四个模拟量和四个键控信号，分送至各相电流差动元件和逻辑电路。

差动元件对两侧电流信号进行比较，差动元件的动作应满足动作判据。本侧电流信号均通过带通滤波器滤除直流分量和高次谐波，对侧电流在解调电路中被滤波，相位调节电路用以补偿对侧电流在传输过程中的相位滞后。

电流检测元件为电流互感器回路断线时提供闭锁信号并经逻辑回路输出告警信号。 起动元件由三相式负序电流滤过器、三相全波整流器、负序电流突变量形成电路组成。三相式负序电流滤过器在对称故障时，有5~7ms的不平衡输出，具有“记忆”作用，因此，保护可以反应各种类型的故障。负序电流突变量形成电路可以保证各种原因使系统在动稳定遭到破坏而引起振荡时，保护不起动。

TAIaIbIcI0K1K2K3K4I/UI/UI/U调制I/U差动元件调相调相调相调相PCM光纤通道PCMEOO电流检测解调E差动差动差动差动I0IaIbIc K１ K3 K2 K４逻辑回路键控信号跳A相跳B相跳C相跳三相IaIbIcI/UI/UI/U三相滤序器式负序电流增量起动元件图4- 19 分相光纤电流差动保护原理方框图