輸電線路縱聯(lián)保護(hù)課件

第四章輸電線路縱聯(lián)保護(hù)4.1輸電線路縱聯(lián)保護(hù)概述4.2輸電線路縱聯(lián)保護(hù)兩側(cè)信息的交換4.3方向比較式縱聯(lián)保護(hù)4.4縱聯(lián)電流差動保護(hù)第四章輸電線路縱聯(lián)保護(hù)4.1輸電線路縱聯(lián)保護(hù)概述14.1概述僅反應(yīng)線路一側(cè)的電氣量不可能無延時地快速區(qū)分本線末端和對側(cè)母線(或相鄰線始端)故障。反應(yīng)線路兩側(cè)的電氣量可以快速、可靠地區(qū)分本線路內(nèi)部任意點(diǎn)短路與外部短路，達(dá)到有選擇性、快速地切除全線路任意點(diǎn)短路的目的。4.1概述僅反應(yīng)線路一側(cè)的電氣量不可能無延時地快速區(qū)分本2縱聯(lián)保護(hù)（單元保護(hù)）將線路一側(cè)電氣量信息傳到另一側(cè)去，兩側(cè)的電氣量同時比較、聯(lián)合工作，即在線路兩側(cè)之間發(fā)生縱向的聯(lián)系，以這種方式構(gòu)成的保護(hù)稱為輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)。由于保護(hù)是否動作取決于安裝在輸電線兩端的裝置聯(lián)合判斷的結(jié)果，兩端的裝置組成一個保護(hù)單元，各端的裝置不能獨(dú)立構(gòu)成保護(hù)，在國外又稱為輸電線的單元保護(hù)?？v聯(lián)保護(hù)（單元保護(hù)）將線路一側(cè)電氣量信息傳到另一側(cè)去，兩側(cè)的3一套完整縱聯(lián)保護(hù)的構(gòu)成如下圖所示。一套完整縱聯(lián)保護(hù)的構(gòu)成如下圖所示。4縱聯(lián)保護(hù)的分類按照所利用信息通道的不同，可分為4種：導(dǎo)引線縱聯(lián)保護(hù)——導(dǎo)引線保護(hù)電力線載波縱聯(lián)保護(hù)——載波保護(hù)微波縱聯(lián)保護(hù)——微波保護(hù)光纖縱聯(lián)保護(hù)——光纖保護(hù)按照保護(hù)動作原理，縱聯(lián)保護(hù)可以分為兩類：方向比較式縱聯(lián)保護(hù)縱聯(lián)電流差動保護(hù)縱聯(lián)保護(hù)采用的原理往往受到通道的制約?？v聯(lián)保護(hù)的分類按照所利用信息通道的不同，可分為4種：5導(dǎo)引線通道這種通道需要鋪設(shè)導(dǎo)引線電纜傳送電氣量信息,其投資隨線路長度而增加，當(dāng)線路較長(超過10km以上)時就不經(jīng)濟(jì)了。導(dǎo)引線越長，自身的運(yùn)行安全性越低。在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中,除了雷擊外，在接地故障時地中電流會引起地電位升高，也會產(chǎn)生感應(yīng)電壓，所以導(dǎo)引線的電纜必須有足夠的絕緣水平(例如15kV的絕緣水平)，從而使投資增大。一般導(dǎo)引線中直接傳輸交流二次電量波形，故導(dǎo)引線保護(hù)廣泛采用差動保護(hù)原理，但導(dǎo)引線的參數(shù)(電阻和分布電容)直接影響保護(hù)性能，從而在技術(shù)上也限制了導(dǎo)引線保護(hù)用于較長的線路。導(dǎo)引線通道這種通道需要鋪設(shè)導(dǎo)引線電纜傳送電氣量信息,其投資隨6電力線載波通道在保護(hù)中應(yīng)用最為廣泛，它不需要專門架設(shè)通信通道，而是利用輸電線路構(gòu)成通道。載波通道由輸電線路及其信息加工和連接設(shè)備(阻波器、結(jié)合電容器及高頻收發(fā)信機(jī))等組成。輸電線路機(jī)械強(qiáng)度大,運(yùn)行安全可靠。但是在線路發(fā)生故障時通道可能遭到破壞，為此載波保護(hù)應(yīng)采用在本線路故障、信號中斷的情況下仍能正確動作的技術(shù)。電力線載波通道在保護(hù)中應(yīng)用最為廣泛，它不需要專門架設(shè)通信通道7微波通道微波通信是一種多路通信系統(tǒng),可以提供足夠的信息通道,微波通信具有很寬的頻帶,可以傳送交流電的波形。采用脈沖編碼調(diào)制(PCM)方式可以進(jìn)一步擴(kuò)大信息傳輸量,提高抗干擾能力,也更適合于數(shù)字保護(hù)。微波通信是理想的通信系統(tǒng),但是保護(hù)專用微波通信設(shè)備是不經(jīng)濟(jì)的,電力信息系統(tǒng)等在設(shè)計時應(yīng)兼顧繼電保護(hù)的需要。微波通道微波通信是一種多路通信系統(tǒng),可以提供足夠的信息通道,8光纖通道光纖通道與微波通道具有相同的優(yōu)點(diǎn)，光纖通道也廣泛采用(PCM)調(diào)制方式，保護(hù)使用的光纖通道一般與電力信息系統(tǒng)統(tǒng)一考慮。當(dāng)被保護(hù)的線路很短時,可架設(shè)專門的光纜通道直接將電信號轉(zhuǎn)換成光信號送到對側(cè),并將所接收之光信號變?yōu)殡娦盘栠M(jìn)行比較。由于光信號不受干擾,在經(jīng)濟(jì)上也可以與導(dǎo)引線保護(hù)競爭，近年來成為短線路縱聯(lián)保護(hù)的主要形式。光纖通道光纖通道與微波通道具有相同的優(yōu)點(diǎn)，光纖通道也廣泛采用9方向比較式縱聯(lián)保護(hù)兩側(cè)保護(hù)裝置將本側(cè)的功率方向、測量阻抗是否在規(guī)定的方向、區(qū)段內(nèi)的判別結(jié)果傳送到對側(cè),每側(cè)保護(hù)裝置根據(jù)兩側(cè)的判別結(jié)果，區(qū)分是區(qū)內(nèi)還是區(qū)外故障。在通道中傳送的是邏輯信號，而不是電氣量本身。傳送的信息量較少，但對信息可靠性要求很高。按照保護(hù)判別方向所用的原理可分為方向縱聯(lián)保護(hù)與距離縱聯(lián)保護(hù)。方向比較式縱聯(lián)保護(hù)兩側(cè)保護(hù)裝置將本側(cè)的功率方向、測量阻抗是否10縱聯(lián)電流差動保護(hù)利用通道將本側(cè)電流的波形或代表電流相位的信號傳送到對側(cè),每側(cè)保護(hù)根據(jù)對兩側(cè)電流的幅值和相位比較的結(jié)果區(qū)分是區(qū)內(nèi)還是區(qū)外故障。在每側(cè)都直接比較兩側(cè)的電氣量，稱為縱聯(lián)電流差動保護(hù)。信息傳輸量大，并且要求兩側(cè)信息采集的同步，實(shí)現(xiàn)技術(shù)要求較高。縱聯(lián)電流差動保護(hù)利用通道將本側(cè)電流的波形或代表電流相位的信號11輸電線路短路時兩側(cè)電氣量的故障特征分析縱聯(lián)保護(hù)需要利用線路兩端的電氣量在故障與非故障時的特征差異構(gòu)成保護(hù)。當(dāng)線路發(fā)生內(nèi)部故障與外部故障時，電力線兩端的電流波形、功率方向、電流相位以及測量阻抗都具有明顯的差異，利用這些差異可以構(gòu)成不同原理的縱聯(lián)保護(hù)。輸電線路短路時兩側(cè)電氣量的故障特征分析縱聯(lián)保護(hù)需要利用線路兩12兩端電流相量和的故障特征當(dāng)內(nèi)部故障時，故障點(diǎn)有短路電流流出。根據(jù)基爾霍夫電流定律，對于一個中間既無電源，又無負(fù)荷的正常運(yùn)行或外部故障的輸電線路，在任意時刻，兩端電流相量和等于零。兩端電流相量和的故障特征當(dāng)內(nèi)部故障時，故障點(diǎn)有短路電流流出。13兩端功率方向的故障特征規(guī)定母線到線路的方向?yàn)檎?dāng)線路發(fā)生內(nèi)部故障時，兩端功率方向相同，同為正方向。當(dāng)線路發(fā)生外部故障時，遠(yuǎn)故障點(diǎn)端功率方向?yàn)檎?；近故障點(diǎn)端功率方向?yàn)樨?fù)，兩端功率方向相反。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時，兩端的功率方向相反，線路的送電端功率方向?yàn)檎?、受電端的功率方向?yàn)樨?fù)。兩端功率方向的故障特征規(guī)定母線到線路的方向?yàn)檎?4兩端電流相位特征對于圖所示的雙端輸電線路，假定全系統(tǒng)阻抗角均勻、兩側(cè)電勢角相同。當(dāng)發(fā)生內(nèi)部短路時，兩側(cè)電流同相位；當(dāng)正常運(yùn)行或外部短路時，兩側(cè)電流相位差180°兩端電流相位特征對于圖所示的雙端輸電線路，假定全系統(tǒng)阻抗角均15兩端測量阻抗的特征當(dāng)線路內(nèi)部短路時，輸電線路兩端的測量阻抗都是短路阻抗，一定位于阻抗元件Ⅱ段的動作區(qū)內(nèi)，兩側(cè)的Ⅱ段同時起動；當(dāng)正常運(yùn)行時，兩側(cè)的測量阻抗是負(fù)荷阻抗，阻抗元件Ⅱ段不起動；當(dāng)發(fā)生外部短路時，兩側(cè)的測量阻抗也是短路阻抗，但一側(cè)為反方向，至少有一側(cè)的阻抗元件Ⅱ段不起動。兩端測量阻抗的特征當(dāng)線路內(nèi)部短路時，輸電線路兩端的測量阻抗都16縱聯(lián)保護(hù)的基本原理利用輸電線兩端電氣量在正常運(yùn)行、外部短路和內(nèi)部短路時的特征差異可以構(gòu)成不同原理的輸電線路縱聯(lián)保護(hù)：縱聯(lián)電流差動保護(hù)方向比較式縱聯(lián)保護(hù)電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)距離縱聯(lián)保護(hù)縱聯(lián)保護(hù)的基本原理利用輸電線兩端電氣量在正常運(yùn)行、外部短路和17縱聯(lián)電流差動保護(hù)利用輸電線路兩端電流波形和或電流相量和的特征可以構(gòu)成縱聯(lián)電流差動保護(hù)。發(fā)生內(nèi)部短路時，正常運(yùn)行和外部短路時，由于受CT誤差、線路分布電容等因素的影響，實(shí)際上不為零，此時差動保護(hù)的動作判據(jù)實(shí)際上為：式中，Iset為門檻值縱聯(lián)電流差動保護(hù)利用輸電線路兩端電流波形和或電流相量和的特征18方向比較式縱聯(lián)保護(hù)

利用輸電線路兩端功率方向相同或相異的特征可以構(gòu)成方向比較式縱聯(lián)保護(hù)。兩端保護(hù)各安裝功率方向元件，當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生故障時，兩端功率方向元件判別流過本端的功率方向，閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)：功率方向?yàn)樨?fù)者發(fā)出閉鎖信號，閉鎖兩端的保護(hù)；允許式方向縱聯(lián)保護(hù)：功率方向?yàn)檎甙l(fā)出允許信號，允許兩端保護(hù)跳閘。方向比較式縱聯(lián)保護(hù)利用輸電線路兩端功率方向相同或相異的特征19電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)利用兩端電流相位的特征差異，比較兩端電流的相位關(guān)系。兩端保護(hù)各將本側(cè)電流的正、負(fù)半波信息轉(zhuǎn)換為表示電流相位并利于傳送的信號，送往對端，同時接收對端送來的電流相位信號與本側(cè)的相位信號比較。當(dāng)輸電線路發(fā)生內(nèi)部短路時，兩端電流相角差為0°，保護(hù)動作，跳開本端斷路器。在正常運(yùn)行或發(fā)生區(qū)外短路時兩端電流相角差為180°，保護(hù)不動作。電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)利用兩端電流相位的特征差異，比較兩端電20電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)考慮電流電壓互感器的誤差以及輸電線分布電容等的影響，當(dāng)線路發(fā)生區(qū)外故障時兩端電流相角差并不等于180°，而是在180°附近；考慮故障前兩側(cè)電勢有一定相角差，在內(nèi)部短路時兩側(cè)電流也不完全同相位。電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)考慮電流電壓互感器的誤差以及輸電線分布21距離縱聯(lián)保護(hù)基本原理：與方向比較式縱聯(lián)保護(hù)相似，只是用阻抗元件替代功率方向元件。優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)故障發(fā)生在Ⅱ段范圍內(nèi)時相應(yīng)的方向阻抗元件才起動，當(dāng)故障發(fā)生在距離Ⅱ以外時相應(yīng)的方向阻抗元件不起動，減少了方向元件的起動次數(shù)，提高了保護(hù)的可靠性；一般高壓線路配備距離保護(hù)作為后備保護(hù)，距離保護(hù)的Ⅱ段作為方向元件，簡化了縱聯(lián)保護(hù)（主保護(hù)）的實(shí)現(xiàn)。不足：后備保護(hù)檢修時主保護(hù)被迫停運(yùn)。距離縱聯(lián)保護(hù)基本原理：224.2輸電線路縱聯(lián)保護(hù)兩側(cè)信息的交換

輸電線路縱聯(lián)保護(hù)的工作需要兩端信息，兩端保護(hù)要通過通信設(shè)備和通信通道快速地進(jìn)行信息傳遞。輸電線路保護(hù)常用的通信方式分有：導(dǎo)引線通信電力線載波通信微波通信光纖通信4.2輸電線路縱聯(lián)保護(hù)兩側(cè)信息的交換輸電線路縱聯(lián)保護(hù)234.2.1導(dǎo)引線通信導(dǎo)引線通信：利用敷設(shè)在輸電線路兩端變電所之間的二次電纜傳遞被保護(hù)線路各側(cè)信息的通信方式。導(dǎo)引線縱聯(lián)保護(hù)以導(dǎo)引線為通道的縱聯(lián)保護(hù)稱為導(dǎo)引線縱聯(lián)保護(hù)。采用電流差動原理，分為：環(huán)流式均壓式4.2.1導(dǎo)引線通信導(dǎo)引線通信：24環(huán)流式線路兩側(cè)電流互感器的同極性端子經(jīng)導(dǎo)引線連接起來。在模擬式保護(hù)中兩端的保護(hù)繼電器各有兩個線圈，動作線圈跨接在兩根導(dǎo)引線之間，流過兩端的和電流起動作作用；制動線圈（也稱平衡線圈）被串接在導(dǎo)引線的回路中，流過兩端的差電流，起制動作用；當(dāng)繼電器的動作作用大于制動作用時，保護(hù)動作。在正常運(yùn)行或外部故障時，被保護(hù)線路兩側(cè)電流互感器的同極性端子的輸出電流大小相等而方向相反，動作線圈中沒有電流流過，即處在電流平衡狀態(tài)，此時導(dǎo)引線流過兩端循環(huán)電流，故稱環(huán)流式。。環(huán)流式線路兩側(cè)電流互感器的同極性端子經(jīng)導(dǎo)引線連接起來。在模擬25均壓式線路兩端電流互感器的異極性端子經(jīng)由導(dǎo)引線連接起來，繼電器的動作線圈串接在導(dǎo)引線回路中，流過兩端的差電流；制動線圈則被跨接在兩根導(dǎo)引線之間，流過和電流。在正常運(yùn)行或外部故障時，被保護(hù)線路兩側(cè)電流互感器極性相異的端子的輸出電流大小相等且方向相同，故導(dǎo)引線及動作線圈中均沒有電流通過，二次電流只能分別在各自的制動線圈及互感器二次繞組中流過，在兩側(cè)導(dǎo)引線線芯間之電壓大小相等方向相反，即處在電壓平衡狀態(tài)，這種工作模式也稱為電壓平衡原理。均壓式線路兩端電流互感器的異極性端子經(jīng)由導(dǎo)引線連接起來，繼電26導(dǎo)引線縱差保護(hù)的特點(diǎn)導(dǎo)引線縱差保護(hù)的突出優(yōu)點(diǎn)是：不受電力系統(tǒng)振蕩的影響，不受非全相運(yùn)行的影響、在單側(cè)電源運(yùn)行時仍能正確工作。簡單可靠，維修工作量極少，投運(yùn)率極高，技術(shù)成熟，服務(wù)年限長，動作速度快等優(yōu)點(diǎn)。導(dǎo)引線縱差保護(hù)的使用也受如下因素的限制：保護(hù)裝置的性能受導(dǎo)引線參數(shù)和使用長度影響，導(dǎo)引線愈長，分布電容愈大則保護(hù)裝置的安全可靠性愈低；導(dǎo)引電纜造價高，隨著使用長度增加，初投資劇增。導(dǎo)引線縱差保護(hù)的特點(diǎn)導(dǎo)引線縱差保護(hù)的突出優(yōu)點(diǎn)是：274.2.2電力線載波通信高頻保護(hù)（載波保護(hù)）：將線路兩端的電流相位(或功率方向)信息轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l信號，經(jīng)過高頻耦合設(shè)備將高頻信號加載到輸電線路上，輸電線路本身作為高頻信號的通道將高頻載波信號傳輸?shù)綄?cè)，對端再經(jīng)過高頻耦合設(shè)備將高頻信號接收下來，以實(shí)現(xiàn)各端電流相位(或功率方向)的比較。電力線載波通道的構(gòu)成：“相－相”式：使用兩相線路，高頻信號傳輸?shù)乃p小“相－地”式：使用一相一地，比較經(jīng)濟(jì)4.2.2電力線載波通信高頻保護(hù)（載波保護(hù)）：28“相－地”式載波通道如圖所示，“相－地”式載波通道如圖所示，29電力線載波通道的構(gòu)成輸電線路三相輸電線路都可以用來傳遞高頻信號，任意一相與大地間都可以組成“相－地”回路。阻波器為了使高頻載波信號只在本線路中傳輸而不穿越到相鄰線路上去，采用了電感線圈與可調(diào)電容組成的并聯(lián)諧振回路，其阻抗與頻率的關(guān)系如圖所示。當(dāng)其諧振頻率為載波信號所選定的載波頻率時，對載波電流呈現(xiàn)極高的阻抗（1000以上），從而使高頻電流被阻擋在本線路以內(nèi)。而對工頻電流，阻波器僅呈現(xiàn)電感線圈的阻抗（約0.04Ω），工頻電流暢通無阻。電力線載波通道的構(gòu)成輸電線路30電力線載波通道的構(gòu)成耦合電容器其電容量極小，對工頻信號呈現(xiàn)非常大的阻抗防止工頻電壓侵入高頻收、發(fā)信機(jī)。連接濾波器它是一個可調(diào)電感的空芯變壓器和一個接在副邊的電容。連接濾波器與耦合電容器共同組成一個“四端口網(wǎng)絡(luò)”帶通濾波器，使所需頻帶的電流能夠順利通過。例如220kV架空輸電線路的波阻抗約為400Ω，而高頻電纜的波阻抗約為100Ω，為使高頻信號在收、發(fā)信機(jī)與輸電線路間傳遞時不發(fā)生反射，減少高頻能量的附加衰耗，需要“四端口網(wǎng)絡(luò)”使兩側(cè)的阻抗相匹配。同時空芯變壓器的使用進(jìn)一步使收、發(fā)信機(jī)與輸電線路的高壓部分相隔離，提高了安全性。電力線載波通道的構(gòu)成耦合電容器31電力線載波通道的構(gòu)成高頻收、發(fā)信機(jī)高頻傳發(fā)信機(jī)由繼電保護(hù)部分控制發(fā)出預(yù)定頻率（可設(shè)定）的高頻信號，通常都是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障保護(hù)起動后發(fā)出信號，但也有采用長期發(fā)信故障起動后停信或改變信號的頻率的工作方式。發(fā)信機(jī)發(fā)出的高頻信號經(jīng)載波信道傳送到對端，被對端和本端的收信機(jī)所接受，兩端的收信機(jī)既接收來自本側(cè)的高頻信號又接收來自對側(cè)的高頻信號，兩個信號經(jīng)比較判斷后，作用于繼電保護(hù)的輸出部分接地刀閘當(dāng)檢修連接濾波器時，接通接地刀閘，使耦合電容器下端可靠接地電力線載波通道的構(gòu)成高頻收、發(fā)信機(jī)32電力線載波通道的特點(diǎn)電力線載波通信是電力系統(tǒng)的一種特殊的通信方式，它以電力線路為信息通道，通道傳輸?shù)男盘栴l率范圍一般為50～400kHz,載頻低于40kHz受工頻干擾太大，同時信道中的連接設(shè)備的構(gòu)成也比較困難；載頻過高，將對中波廣播等產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，同時高頻能量衰耗也將大大增加。電力線載波通信曾在一段時間內(nèi)成為電力系統(tǒng)應(yīng)用最廣的通信手段。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：電力線載波通道的特點(diǎn)電力線載波通信是電力系統(tǒng)的一種特殊的通信33電力線載波通道的優(yōu)點(diǎn)無中繼通信距離長電力線載波通信距離可達(dá)幾百公里，中間不需要信號的中繼設(shè)備，一般的輸電線路，只需要在線路兩端配備載波機(jī)和高頻信號耦合設(shè)備。經(jīng)濟(jì)、使用方便使用電力線載波通信的裝置（繼電保護(hù)、電力自動化設(shè)備等）與載波機(jī)之間的距離很近，都在同一變電站內(nèi)，高頻電纜短，由于不需要再架信道，整個投資省。工程施工比較簡單輸電線路建好后，裝上阻波器、耦合電容器、結(jié)合濾波器，放好高頻載波電纜，然后安裝載波機(jī)，就可以進(jìn)行調(diào)試。這些工作都在變電站內(nèi)進(jìn)行，基本上不需另外進(jìn)行基建工程，能較快的建立起通信。在不少工期比較緊的輸變電工程中，往往只有電力線載波通信才能和輸變電工程同期建成，保證了輸變電工程的如期投產(chǎn)電力線載波通道的優(yōu)點(diǎn)無中繼通信距離長34

由于輸電線載波通道是直接通過高壓輸電線路傳送高頻載波電流的，因此高壓輸電線路上的干擾直接進(jìn)入載波通道，高壓輸電線路的電暈、短路、開關(guān)操作等都會在不同程度上對載波保護(hù)造成干擾。由于高頻載波的通信速率低，難于滿足縱聯(lián)電流差動保護(hù)實(shí)時性的要求，一般用來傳遞狀態(tài)信號，用于構(gòu)成方向比較式縱聯(lián)和電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)。輸電線載波通信還被用于對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視的調(diào)度自動化信息的傳遞、電力系統(tǒng)內(nèi)部的載波電話等。由于輸電線載波通道是直接通過高壓輸電線路傳送高頻載波電流的35電力線載波通道的工作方式輸電線路縱聯(lián)保護(hù)載波通道按工作方式分為三類：正常無高頻電流方式正常有高頻電流方式移頻方式我國常用正常無高頻電流方式。電力線載波通道的工作方式輸電線路縱聯(lián)保護(hù)載波通道按工作方式分36正常無高頻電流方式在電力系統(tǒng)正常工作條件下發(fā)信機(jī)不發(fā)信，沿通道不傳送高頻電流，只在電力系統(tǒng)發(fā)生故障期間發(fā)信，又稱為故障起動發(fā)信的方式。為了確知高頻通道是否完好，采用定期檢查的方法，可分為兩種：手動：值班員手動起動發(fā)信，并檢查高頻信號是否合格，通常是每班一次，該方式在我國電力系統(tǒng)中得到了廣泛的采用自動：利用專門的時間元件按規(guī)定時間自動起動，檢查通道，并向值班員發(fā)出信號。正常無高頻電流方式在電力系統(tǒng)正常工作條件下發(fā)信機(jī)不發(fā)信，沿通37正常有高頻電流方式在電力系統(tǒng)正常工作條件下發(fā)信機(jī)處于發(fā)信狀態(tài)，沿高頻通道傳送高頻電流，又稱為長期發(fā)信方式。主要優(yōu)點(diǎn)：使高頻保護(hù)中的高頻通道部分經(jīng)常處于監(jiān)視的狀態(tài)，可靠性較高；無需收、發(fā)信起動元件，使裝置稍為簡化。缺點(diǎn)：因?yàn)榻?jīng)常處于發(fā)信狀態(tài)，增加了對其它通信設(shè)備的干擾時間；因?yàn)榻?jīng)常處于收信狀態(tài)，外界對高頻信號干擾的時間長，要求自身有更高的抗干擾能力。正常有高頻電流方式在電力系統(tǒng)正常工作條件下發(fā)信機(jī)處于發(fā)信狀態(tài)38移頻方式在電力系統(tǒng)正常工作條件下，發(fā)信機(jī)處在發(fā)信狀態(tài)，向?qū)Χ怂统鲱l率為f1的高頻電流，這一高頻電流可作為通道的連續(xù)檢查或閉鎖保護(hù)之用。在線路發(fā)生故障時，保護(hù)裝置控制發(fā)信機(jī)停止發(fā)送頻率為f1的高頻電流，同時發(fā)出頻率為f2的高頻電流。這種方式能監(jiān)視通道的工作情況，提高了通道工作的可靠性，并且抗干擾能力較強(qiáng)；它占用的頻帶寬，通道利用率低。移頻方式在國外已得到了廣泛的應(yīng)用。移頻方式在電力系統(tǒng)正常工作條件下，發(fā)信機(jī)處在發(fā)信狀態(tài)，向?qū)Χ?9電力線載波信號的種類按照高頻載波通道傳送的信號在縱聯(lián)保護(hù)中的作用，高頻信號分為：閉鎖信號允許信號跳閘信號電力線載波信號的種類按照高頻載波通道傳送的信號在縱聯(lián)保護(hù)中的40閉鎖信號阻止保護(hù)動作于跳閘的信號無閉鎖信號是保護(hù)作用于跳閘的必要條件。只有同時滿足以下兩條件時保護(hù)才作用于跳閘：本端保護(hù)元件動作；無閉鎖信號。閉鎖信號阻止保護(hù)動作于跳閘的信號41允許信號允許保護(hù)動作于跳閘的信號。有允許信號是保護(hù)動作于跳閘的必要條件。同時滿足以下兩條件時，保護(hù)裝置才動作于跳閘：本端保護(hù)元件動作；有允許信號。允許信號允許保護(hù)動作于跳閘的信號。42跳閘信號直接引起跳閘的信號收到跳閘信號是跳閘的充分條件。跳閘的條件是下列條件之一：本端保護(hù)元件動作對端傳來跳閘信號。跳閘信號直接引起跳閘的信號434.2.3微波通信從二十世紀(jì)五十年代開始，微波通信在電力系統(tǒng)中開始得到應(yīng)用。電力系統(tǒng)使用的微波通信頻率段一般在300～30000MHz之間，相比電力線載波的50～400kHz頻段，頻帶要寬的多，信息傳輸容量要大的多。微波縱聯(lián)保護(hù)使用的頻段屬于超短波的無線電波，電離層已不能起反射作用，只能在“視線”范圍內(nèi)傳播，距離不超過40～60Km，如果兩個變電站之間距離超出以上范圍，就要裝設(shè)微波中繼站，以增強(qiáng)和傳遞微波信號。微波通道的建設(shè)往往是根據(jù)電力系統(tǒng)通信的總體需要統(tǒng)一安排的，微波縱聯(lián)保護(hù)的信息傳遞只使用微波信道容量的一小部分。4.2.3微波通信從二十世紀(jì)五十年代開始，微波通信在電44微波縱聯(lián)保護(hù)的構(gòu)成微波縱聯(lián)保護(hù)系統(tǒng)如圖所示，包括輸電線路兩端的保護(hù)裝置（虛框內(nèi)）部分和微波通信部分。微波縱聯(lián)保護(hù)的構(gòu)成微波縱聯(lián)保護(hù)系統(tǒng)如圖所示，包括輸電線路兩端45微波縱聯(lián)保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)與電力線高頻載波保護(hù)相比，微波縱聯(lián)保護(hù)有以下特點(diǎn)：有一條獨(dú)立于輸電線路的通信通道，輸電線路上產(chǎn)生的干擾對通信系統(tǒng)沒有影響，通道的檢修不影響輸電線路運(yùn)行。擴(kuò)展了通信頻段，可以傳遞的信息容量增加、速率加快，可以實(shí)現(xiàn)縱聯(lián)電流分相差動原理的保護(hù)。受外界干擾的影響小，工業(yè)、雷電等干擾的頻譜基本上不在微波頻段內(nèi)，通信誤碼率低，可靠性高。輸電線路的任何故障都不會使通道工作破壞，因此可以傳送內(nèi)部故障時的允許信號和跳閘信號。微波有在視線距離內(nèi)傳送的特點(diǎn)決定了在通信距離較遠(yuǎn)時，必須架設(shè)微波中繼站，通道價格較貴。微波縱聯(lián)保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)與電力線高頻載波保護(hù)相比，微波縱聯(lián)保護(hù)有以464.2.4光纖通信

以光纖作為信號傳遞媒介的通信稱為光纖通信。隨著光纖技術(shù)的發(fā)展和光纖制作成本的降低，光纖信道正在成為電力通信網(wǎng)的主干網(wǎng)，光纖通信在電力系統(tǒng)通信中得到越來越多的應(yīng)用，例如連接各高壓變電站的電力調(diào)度自動化信息系統(tǒng)、兩端變電站具有光纖信道的縱聯(lián)保護(hù)、超短輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)、配電自動化通信網(wǎng)等。4.2.4光纖通信以光纖作為信號傳遞媒介的通信稱為光纖通47光纖通道的構(gòu)成光發(fā)射器：把電信號轉(zhuǎn)變成光信號，一般由電調(diào)制器和光調(diào)制器組成。光接收器：把光信號轉(zhuǎn)變成電信號，一般由光探測器和電解調(diào)器組成。光纖通道的構(gòu)成光發(fā)射器：48光纖通道的構(gòu)成電調(diào)制器：把信息轉(zhuǎn)換為適合信道傳輸?shù)男盘枺酁閿?shù)字信號。光調(diào)制器：把電調(diào)制信號轉(zhuǎn)換為適合光纖信道傳輸?shù)墓庑盘枴９庵欣^器：對經(jīng)光纖傳輸衰減后的信號進(jìn)行放大。光探測器：把經(jīng)光纖傳輸后的微弱光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。電解調(diào)器：把電信號放大，恢復(fù)出原信號。光纖通道的構(gòu)成電調(diào)制器：49光纖通信的特點(diǎn)通信容量大可以節(jié)約大量金屬材料光纖通信還有保密性好，敷設(shè)方便，不怕雷擊，不受外界電磁干擾，抗腐蝕和不怕潮等優(yōu)點(diǎn)。光纖最重要的特性之一是無感應(yīng)性能，在易受地電位升高、暫態(tài)過程及其它有嚴(yán)重干擾的金屬線路地段之間，光纖是一種理想的通信媒介。光纖通信的美中不足之處是通信距離還不夠長，在長距離通信時，要用中繼器及其附加設(shè)備。此外當(dāng)光纖斷裂時不易找尋或連接，不過，由于光纜中的光纖數(shù)目多，可以將斷裂的光纖迅速用備用替換。光纖通信的特點(diǎn)通信容量大504.3方向比較式縱聯(lián)保護(hù)方向元件或功率方向測量元件是方向比較式縱聯(lián)保護(hù)中的關(guān)鍵元件，方向元件的作用：判斷故障的方向，方向元件應(yīng)滿足以下要求：正確反映所有類型故障時故障點(diǎn)的方向且無死區(qū)；不受負(fù)荷的影響，在正常負(fù)荷狀態(tài)下不起動；不受系統(tǒng)振蕩影響，在振蕩無故障時不誤動，振蕩中再故障時仍能正確判定故障點(diǎn)的方向；在兩相運(yùn)行中又發(fā)生短路時仍能正確判定故障點(diǎn)的方向。常用工頻電壓、電流的故障分量構(gòu)成方向元件。4.3方向比較式縱聯(lián)保護(hù)方向元件或功率方向測量元件是方向51閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)目前在電力系統(tǒng)中廣泛使用由電力線載波通道實(shí)現(xiàn)閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)，采用正常無高頻電流，而在外部故障時發(fā)閉鎖信號的方式構(gòu)成。此閉鎖信號由功率方向?yàn)樨?fù)的一側(cè)發(fā)出，被兩端的收信機(jī)接收，閉鎖兩端的保護(hù)，故稱為閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)。閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)目前在電力系統(tǒng)中廣泛使用由電力線載波通道實(shí)52閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)的構(gòu)成閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)的構(gòu)成53閉鎖式距離縱聯(lián)保護(hù)方向比較式縱聯(lián)保護(hù)可以快速地切除保護(hù)范圍內(nèi)部的各種故障，但卻不能作為變電站母線和下一條線路的后備。距離保護(hù)卻可以作為變電站母線和下一條線路的后備,由于在距離保護(hù)中所用的主要繼電器（如起動元件、方向阻抗元件等）也可以作為實(shí)現(xiàn)閉鎖式方向比較縱聯(lián)保護(hù)的主要元件，因此經(jīng)常把兩者結(jié)合起來構(gòu)成閉鎖式距離縱聯(lián)保護(hù)。內(nèi)部故障時能夠瞬時動作，而在外部故障時則具有不同的時限特性，起到后備保護(hù)的作用，從而兼有兩種保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，并且能簡化整個保護(hù)的接線。閉鎖式距離縱聯(lián)保護(hù)方向比較式縱聯(lián)保護(hù)可以快速地切除保護(hù)范圍內(nèi)54輸電線路縱聯(lián)保護(hù)課件554.4縱聯(lián)電流差動保護(hù)縱聯(lián)電流差動保護(hù)的工作原理電流差動保護(hù)原理建立在基爾霍夫電流定律的基礎(chǔ)之上。它具有良好的選擇性，能靈敏地，快速地切除保護(hù)區(qū)內(nèi)的故障，被廣泛地應(yīng)用在能夠方便地取得被保護(hù)元件兩端電流的發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)、大型電動機(jī)保護(hù)中，輸電線路的電流縱聯(lián)差動保護(hù)是該原理應(yīng)用的一個特例。4.4縱聯(lián)電流差動保護(hù)縱聯(lián)電流差動保護(hù)的工作原理56電流縱聯(lián)差動保護(hù)的基本原理電流縱聯(lián)差動保護(hù)的基本原理57電流差動保護(hù)：利用被保護(hù)元件在內(nèi)部短路兩側(cè)電流和很大，而外部短路時幾乎為零的差異，構(gòu)成電流差動保護(hù)；電流相位差動保護(hù)：利用被保護(hù)元件兩側(cè)電流在內(nèi)部短路時幾乎同相，外部短路時幾乎反相的特點(diǎn)，比較兩側(cè)電流的相位可以構(gòu)成電流相位差動保護(hù)；差動電流測量元件——差動繼電器電流差動保護(hù)：58不平衡電流不平衡電流：流過差動繼電器的電流是電流互感器的二次側(cè)電流，由于兩個電流互感器總是具有勵磁電流，且勵磁特性不會完全相同，所以在正常運(yùn)行及外部故障時，流過差動繼電器的電流不等于零，此電流稱為不平衡電流?？紤]勵磁電流的影響，二次側(cè)電流的數(shù)值應(yīng)為：正常與外部短路時，此時，流過差動繼電器的電流為：不平衡電流不平衡電流：59繼電器正確動作時的差動電流Ir應(yīng)躲過正常與外部短路時的不平衡電流：不平衡電流的計算：電流互感器的10%誤差曲線：繼電器正確動作時的差動電流Ir應(yīng)躲過正常與外部短路時的不平衡60帶有制動線圈的差動繼電器特性差動繼電器有兩組線圈：制動線圈：流過兩側(cè)繼電器的循環(huán)電流，正常運(yùn)行和外部短路時制動作用增強(qiáng)，內(nèi)部短路時制動作用減弱。動作線圈：流過兩側(cè)繼電器的和電流。繼電器的動作方程：帶有制動線圈的差動繼電器特性差動繼電器有兩組線圈：61縱聯(lián)電流差動保護(hù)的應(yīng)用線路縱聯(lián)電流差動保護(hù)既比較線路兩側(cè)電流的大小又比較電流的相位，要求進(jìn)行相量比較。傳輸兩端的電流相量其傳輸容量和傳輸速率都對傳輸設(shè)備有較高的要求，利用電力線載波很難滿足以上技術(shù)要求?？v聯(lián)電流差動保護(hù)原理主要應(yīng)用在發(fā)電機(jī)、變壓器、母線等集中參數(shù)元件上，并在超短距離輸電線導(dǎo)引線保護(hù)中有所采用。近年來隨著微波、光纖、全球衛(wèi)星同步時鐘等通信技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展，縱聯(lián)電流差動保護(hù)原理才在遠(yuǎn)距離輸電線路上獲得越來越多的應(yīng)用?？v聯(lián)電流差動保護(hù)的應(yīng)用線路縱聯(lián)電流差動保護(hù)既比較線路兩側(cè)電流62復(fù)習(xí)題1.簡述線路縱聯(lián)保護(hù)的主要類型。2.線路高頻載波保護(hù)通道的組成，保護(hù)載波信號的類型。3.閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)和閉鎖式距離保護(hù)的原理與動作邏輯。復(fù)習(xí)題1.簡述線路縱聯(lián)保護(hù)的主要類型。63第四章輸電線路縱聯(lián)保護(hù)4.1輸電線路縱聯(lián)保護(hù)概述4.2輸電線路縱聯(lián)保護(hù)兩側(cè)信息的交換4.3方向比較式縱聯(lián)保護(hù)4.4縱聯(lián)電流差動保護(hù)第四章輸電線路縱聯(lián)保護(hù)4.1輸電線路縱聯(lián)保護(hù)概述644.1概述僅反應(yīng)線路一側(cè)的電氣量不可能無延時地快速區(qū)分本線末端和對側(cè)母線(或相鄰線始端)故障。反應(yīng)線路兩側(cè)的電氣量可以快速、可靠地區(qū)分本線路內(nèi)部任意點(diǎn)短路與外部短路，達(dá)到有選擇性、快速地切除全線路任意點(diǎn)短路的目的。4.1概述僅反應(yīng)線路一側(cè)的電氣量不可能無延時地快速區(qū)分本65縱聯(lián)保護(hù)（單元保護(hù)）將線路一側(cè)電氣量信息傳到另一側(cè)去，兩側(cè)的電氣量同時比較、聯(lián)合工作，即在線路兩側(cè)之間發(fā)生縱向的聯(lián)系，以這種方式構(gòu)成的保護(hù)稱為輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)。由于保護(hù)是否動作取決于安裝在輸電線兩端的裝置聯(lián)合判斷的結(jié)果，兩端的裝置組成一個保護(hù)單元，各端的裝置不能獨(dú)立構(gòu)成保護(hù)，在國外又稱為輸電線的單元保護(hù)。縱聯(lián)保護(hù)（單元保護(hù)）將線路一側(cè)電氣量信息傳到另一側(cè)去，兩側(cè)的66一套完整縱聯(lián)保護(hù)的構(gòu)成如下圖所示。一套完整縱聯(lián)保護(hù)的構(gòu)成如下圖所示。67縱聯(lián)保護(hù)的分類按照所利用信息通道的不同，可分為4種：導(dǎo)引線縱聯(lián)保護(hù)——導(dǎo)引線保護(hù)電力線載波縱聯(lián)保護(hù)——載波保護(hù)微波縱聯(lián)保護(hù)——微波保護(hù)光纖縱聯(lián)保護(hù)——光纖保護(hù)按照保護(hù)動作原理，縱聯(lián)保護(hù)可以分為兩類：方向比較式縱聯(lián)保護(hù)縱聯(lián)電流差動保護(hù)縱聯(lián)保護(hù)采用的原理往往受到通道的制約?？v聯(lián)保護(hù)的分類按照所利用信息通道的不同，可分為4種：68導(dǎo)引線通道這種通道需要鋪設(shè)導(dǎo)引線電纜傳送電氣量信息,其投資隨線路長度而增加，當(dāng)線路較長(超過10km以上)時就不經(jīng)濟(jì)了。導(dǎo)引線越長，自身的運(yùn)行安全性越低。在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中,除了雷擊外，在接地故障時地中電流會引起地電位升高，也會產(chǎn)生感應(yīng)電壓，所以導(dǎo)引線的電纜必須有足夠的絕緣水平(例如15kV的絕緣水平)，從而使投資增大。一般導(dǎo)引線中直接傳輸交流二次電量波形，故導(dǎo)引線保護(hù)廣泛采用差動保護(hù)原理，但導(dǎo)引線的參數(shù)(電阻和分布電容)直接影響保護(hù)性能，從而在技術(shù)上也限制了導(dǎo)引線保護(hù)用于較長的線路。導(dǎo)引線通道這種通道需要鋪設(shè)導(dǎo)引線電纜傳送電氣量信息,其投資隨69電力線載波通道在保護(hù)中應(yīng)用最為廣泛，它不需要專門架設(shè)通信通道，而是利用輸電線路構(gòu)成通道。載波通道由輸電線路及其信息加工和連接設(shè)備(阻波器、結(jié)合電容器及高頻收發(fā)信機(jī))等組成。輸電線路機(jī)械強(qiáng)度大,運(yùn)行安全可靠。但是在線路發(fā)生故障時通道可能遭到破壞，為此載波保護(hù)應(yīng)采用在本線路故障、信號中斷的情況下仍能正確動作的技術(shù)。電力線載波通道在保護(hù)中應(yīng)用最為廣泛，它不需要專門架設(shè)通信通道70微波通道微波通信是一種多路通信系統(tǒng),可以提供足夠的信息通道,微波通信具有很寬的頻帶,可以傳送交流電的波形。采用脈沖編碼調(diào)制(PCM)方式可以進(jìn)一步擴(kuò)大信息傳輸量,提高抗干擾能力,也更適合于數(shù)字保護(hù)。微波通信是理想的通信系統(tǒng),但是保護(hù)專用微波通信設(shè)備是不經(jīng)濟(jì)的,電力信息系統(tǒng)等在設(shè)計時應(yīng)兼顧繼電保護(hù)的需要。微波通道微波通信是一種多路通信系統(tǒng),可以提供足夠的信息通道,71光纖通道光纖通道與微波通道具有相同的優(yōu)點(diǎn)，光纖通道也廣泛采用(PCM)調(diào)制方式，保護(hù)使用的光纖通道一般與電力信息系統(tǒng)統(tǒng)一考慮。當(dāng)被保護(hù)的線路很短時,可架設(shè)專門的光纜通道直接將電信號轉(zhuǎn)換成光信號送到對側(cè),并將所接收之光信號變?yōu)殡娦盘栠M(jìn)行比較。由于光信號不受干擾,在經(jīng)濟(jì)上也可以與導(dǎo)引線保護(hù)競爭，近年來成為短線路縱聯(lián)保護(hù)的主要形式。光纖通道光纖通道與微波通道具有相同的優(yōu)點(diǎn)，光纖通道也廣泛采用72方向比較式縱聯(lián)保護(hù)兩側(cè)保護(hù)裝置將本側(cè)的功率方向、測量阻抗是否在規(guī)定的方向、區(qū)段內(nèi)的判別結(jié)果傳送到對側(cè),每側(cè)保護(hù)裝置根據(jù)兩側(cè)的判別結(jié)果，區(qū)分是區(qū)內(nèi)還是區(qū)外故障。在通道中傳送的是邏輯信號，而不是電氣量本身。傳送的信息量較少，但對信息可靠性要求很高。按照保護(hù)判別方向所用的原理可分為方向縱聯(lián)保護(hù)與距離縱聯(lián)保護(hù)。方向比較式縱聯(lián)保護(hù)兩側(cè)保護(hù)裝置將本側(cè)的功率方向、測量阻抗是否73縱聯(lián)電流差動保護(hù)利用通道將本側(cè)電流的波形或代表電流相位的信號傳送到對側(cè),每側(cè)保護(hù)根據(jù)對兩側(cè)電流的幅值和相位比較的結(jié)果區(qū)分是區(qū)內(nèi)還是區(qū)外故障。在每側(cè)都直接比較兩側(cè)的電氣量，稱為縱聯(lián)電流差動保護(hù)。信息傳輸量大，并且要求兩側(cè)信息采集的同步，實(shí)現(xiàn)技術(shù)要求較高?？v聯(lián)電流差動保護(hù)利用通道將本側(cè)電流的波形或代表電流相位的信號74輸電線路短路時兩側(cè)電氣量的故障特征分析縱聯(lián)保護(hù)需要利用線路兩端的電氣量在故障與非故障時的特征差異構(gòu)成保護(hù)。當(dāng)線路發(fā)生內(nèi)部故障與外部故障時，電力線兩端的電流波形、功率方向、電流相位以及測量阻抗都具有明顯的差異，利用這些差異可以構(gòu)成不同原理的縱聯(lián)保護(hù)。輸電線路短路時兩側(cè)電氣量的故障特征分析縱聯(lián)保護(hù)需要利用線路兩75兩端電流相量和的故障特征當(dāng)內(nèi)部故障時，故障點(diǎn)有短路電流流出。根據(jù)基爾霍夫電流定律，對于一個中間既無電源，又無負(fù)荷的正常運(yùn)行或外部故障的輸電線路，在任意時刻，兩端電流相量和等于零。兩端電流相量和的故障特征當(dāng)內(nèi)部故障時，故障點(diǎn)有短路電流流出。76兩端功率方向的故障特征規(guī)定母線到線路的方向?yàn)檎?dāng)線路發(fā)生內(nèi)部故障時，兩端功率方向相同，同為正方向。當(dāng)線路發(fā)生外部故障時，遠(yuǎn)故障點(diǎn)端功率方向?yàn)檎唤收宵c(diǎn)端功率方向?yàn)樨?fù)，兩端功率方向相反。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時，兩端的功率方向相反，線路的送電端功率方向?yàn)檎⑹茈姸说墓β史较驗(yàn)樨?fù)。兩端功率方向的故障特征規(guī)定母線到線路的方向?yàn)檎?7兩端電流相位特征對于圖所示的雙端輸電線路，假定全系統(tǒng)阻抗角均勻、兩側(cè)電勢角相同。當(dāng)發(fā)生內(nèi)部短路時，兩側(cè)電流同相位；當(dāng)正常運(yùn)行或外部短路時，兩側(cè)電流相位差180°兩端電流相位特征對于圖所示的雙端輸電線路，假定全系統(tǒng)阻抗角均78兩端測量阻抗的特征當(dāng)線路內(nèi)部短路時，輸電線路兩端的測量阻抗都是短路阻抗，一定位于阻抗元件Ⅱ段的動作區(qū)內(nèi)，兩側(cè)的Ⅱ段同時起動；當(dāng)正常運(yùn)行時，兩側(cè)的測量阻抗是負(fù)荷阻抗，阻抗元件Ⅱ段不起動；當(dāng)發(fā)生外部短路時，兩側(cè)的測量阻抗也是短路阻抗，但一側(cè)為反方向，至少有一側(cè)的阻抗元件Ⅱ段不起動。兩端測量阻抗的特征當(dāng)線路內(nèi)部短路時，輸電線路兩端的測量阻抗都79縱聯(lián)保護(hù)的基本原理利用輸電線兩端電氣量在正常運(yùn)行、外部短路和內(nèi)部短路時的特征差異可以構(gòu)成不同原理的輸電線路縱聯(lián)保護(hù)：縱聯(lián)電流差動保護(hù)方向比較式縱聯(lián)保護(hù)電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)距離縱聯(lián)保護(hù)縱聯(lián)保護(hù)的基本原理利用輸電線兩端電氣量在正常運(yùn)行、外部短路和80縱聯(lián)電流差動保護(hù)利用輸電線路兩端電流波形和或電流相量和的特征可以構(gòu)成縱聯(lián)電流差動保護(hù)。發(fā)生內(nèi)部短路時，正常運(yùn)行和外部短路時，由于受CT誤差、線路分布電容等因素的影響，實(shí)際上不為零，此時差動保護(hù)的動作判據(jù)實(shí)際上為：式中，Iset為門檻值縱聯(lián)電流差動保護(hù)利用輸電線路兩端電流波形和或電流相量和的特征81方向比較式縱聯(lián)保護(hù)

利用輸電線路兩端功率方向相同或相異的特征可以構(gòu)成方向比較式縱聯(lián)保護(hù)。兩端保護(hù)各安裝功率方向元件，當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生故障時，兩端功率方向元件判別流過本端的功率方向，閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)：功率方向?yàn)樨?fù)者發(fā)出閉鎖信號，閉鎖兩端的保護(hù)；允許式方向縱聯(lián)保護(hù)：功率方向?yàn)檎甙l(fā)出允許信號，允許兩端保護(hù)跳閘。方向比較式縱聯(lián)保護(hù)利用輸電線路兩端功率方向相同或相異的特征82電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)利用兩端電流相位的特征差異，比較兩端電流的相位關(guān)系。兩端保護(hù)各將本側(cè)電流的正、負(fù)半波信息轉(zhuǎn)換為表示電流相位并利于傳送的信號，送往對端，同時接收對端送來的電流相位信號與本側(cè)的相位信號比較。當(dāng)輸電線路發(fā)生內(nèi)部短路時，兩端電流相角差為0°，保護(hù)動作，跳開本端斷路器。在正常運(yùn)行或發(fā)生區(qū)外短路時兩端電流相角差為180°，保護(hù)不動作。電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)利用兩端電流相位的特征差異，比較兩端電83電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)考慮電流電壓互感器的誤差以及輸電線分布電容等的影響，當(dāng)線路發(fā)生區(qū)外故障時兩端電流相角差并不等于180°，而是在180°附近；考慮故障前兩側(cè)電勢有一定相角差，在內(nèi)部短路時兩側(cè)電流也不完全同相位。電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)考慮電流電壓互感器的誤差以及輸電線分布84距離縱聯(lián)保護(hù)基本原理：與方向比較式縱聯(lián)保護(hù)相似，只是用阻抗元件替代功率方向元件。優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)故障發(fā)生在Ⅱ段范圍內(nèi)時相應(yīng)的方向阻抗元件才起動，當(dāng)故障發(fā)生在距離Ⅱ以外時相應(yīng)的方向阻抗元件不起動，減少了方向元件的起動次數(shù)，提高了保護(hù)的可靠性；一般高壓線路配備距離保護(hù)作為后備保護(hù)，距離保護(hù)的Ⅱ段作為方向元件，簡化了縱聯(lián)保護(hù)（主保護(hù)）的實(shí)現(xiàn)。不足：后備保護(hù)檢修時主保護(hù)被迫停運(yùn)。距離縱聯(lián)保護(hù)基本原理：854.2輸電線路縱聯(lián)保護(hù)兩側(cè)信息的交換

輸電線路縱聯(lián)保護(hù)的工作需要兩端信息，兩端保護(hù)要通過通信設(shè)備和通信通道快速地進(jìn)行信息傳遞。輸電線路保護(hù)常用的通信方式分有：導(dǎo)引線通信電力線載波通信微波通信光纖通信4.2輸電線路縱聯(lián)保護(hù)兩側(cè)信息的交換輸電線路縱聯(lián)保護(hù)864.2.1導(dǎo)引線通信導(dǎo)引線通信：利用敷設(shè)在輸電線路兩端變電所之間的二次電纜傳遞被保護(hù)線路各側(cè)信息的通信方式。導(dǎo)引線縱聯(lián)保護(hù)以導(dǎo)引線為通道的縱聯(lián)保護(hù)稱為導(dǎo)引線縱聯(lián)保護(hù)。采用電流差動原理，分為：環(huán)流式均壓式4.2.1導(dǎo)引線通信導(dǎo)引線通信：87環(huán)流式線路兩側(cè)電流互感器的同極性端子經(jīng)導(dǎo)引線連接起來。在模擬式保護(hù)中兩端的保護(hù)繼電器各有兩個線圈，動作線圈跨接在兩根導(dǎo)引線之間，流過兩端的和電流起動作作用；制動線圈（也稱平衡線圈）被串接在導(dǎo)引線的回路中，流過兩端的差電流，起制動作用；當(dāng)繼電器的動作作用大于制動作用時，保護(hù)動作。在正常運(yùn)行或外部故障時，被保護(hù)線路兩側(cè)電流互感器的同極性端子的輸出電流大小相等而方向相反，動作線圈中沒有電流流過，即處在電流平衡狀態(tài)，此時導(dǎo)引線流過兩端循環(huán)電流，故稱環(huán)流式。。環(huán)流式線路兩側(cè)電流互感器的同極性端子經(jīng)導(dǎo)引線連接起來。在模擬88均壓式線路兩端電流互感器的異極性端子經(jīng)由導(dǎo)引線連接起來，繼電器的動作線圈串接在導(dǎo)引線回路中，流過兩端的差電流；制動線圈則被跨接在兩根導(dǎo)引線之間，流過和電流。在正常運(yùn)行或外部故障時，被保護(hù)線路兩側(cè)電流互感器極性相異的端子的輸出電流大小相等且方向相同，故導(dǎo)引線及動作線圈中均沒有電流通過，二次電流只能分別在各自的制動線圈及互感器二次繞組中流過，在兩側(cè)導(dǎo)引線線芯間之電壓大小相等方向相反，即處在電壓平衡狀態(tài)，這種工作模式也稱為電壓平衡原理。均壓式線路兩端電流互感器的異極性端子經(jīng)由導(dǎo)引線連接起來，繼電89導(dǎo)引線縱差保護(hù)的特點(diǎn)導(dǎo)引線縱差保護(hù)的突出優(yōu)點(diǎn)是：不受電力系統(tǒng)振蕩的影響，不受非全相運(yùn)行的影響、在單側(cè)電源運(yùn)行時仍能正確工作。簡單可靠，維修工作量極少，投運(yùn)率極高，技術(shù)成熟，服務(wù)年限長，動作速度快等優(yōu)點(diǎn)。導(dǎo)引線縱差保護(hù)的使用也受如下因素的限制：保護(hù)裝置的性能受導(dǎo)引線參數(shù)和使用長度影響，導(dǎo)引線愈長，分布電容愈大則保護(hù)裝置的安全可靠性愈低；導(dǎo)引電纜造價高，隨著使用長度增加，初投資劇增。導(dǎo)引線縱差保護(hù)的特點(diǎn)導(dǎo)引線縱差保護(hù)的突出優(yōu)點(diǎn)是：904.2.2電力線載波通信高頻保護(hù)（載波保護(hù)）：將線路兩端的電流相位(或功率方向)信息轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l信號，經(jīng)過高頻耦合設(shè)備將高頻信號加載到輸電線路上，輸電線路本身作為高頻信號的通道將高頻載波信號傳輸?shù)綄?cè)，對端再經(jīng)過高頻耦合設(shè)備將高頻信號接收下來，以實(shí)現(xiàn)各端電流相位(或功率方向)的比較。電力線載波通道的構(gòu)成：“相－相”式：使用兩相線路，高頻信號傳輸?shù)乃p小“相－地”式：使用一相一地，比較經(jīng)濟(jì)4.2.2電力線載波通信高頻保護(hù)（載波保護(hù)）：91“相－地”式載波通道如圖所示，“相－地”式載波通道如圖所示，92電力線載波通道的構(gòu)成輸電線路三相輸電線路都可以用來傳遞高頻信號，任意一相與大地間都可以組成“相－地”回路。阻波器為了使高頻載波信號只在本線路中傳輸而不穿越到相鄰線路上去，采用了電感線圈與可調(diào)電容組成的并聯(lián)諧振回路，其阻抗與頻率的關(guān)系如圖所示。當(dāng)其諧振頻率為載波信號所選定的載波頻率時，對載波電流呈現(xiàn)極高的阻抗（1000以上），從而使高頻電流被阻擋在本線路以內(nèi)。而對工頻電流，阻波器僅呈現(xiàn)電感線圈的阻抗（約0.04Ω），工頻電流暢通無阻。電力線載波通道的構(gòu)成輸電線路93電力線載波通道的構(gòu)成耦合電容器其電容量極小，對工頻信號呈現(xiàn)非常大的阻抗防止工頻電壓侵入高頻收、發(fā)信機(jī)。連接濾波器它是一個可調(diào)電感的空芯變壓器和一個接在副邊的電容。連接濾波器與耦合電容器共同組成一個“四端口網(wǎng)絡(luò)”帶通濾波器，使所需頻帶的電流能夠順利通過。例如220kV架空輸電線路的波阻抗約為400Ω，而高頻電纜的波阻抗約為100Ω，為使高頻信號在收、發(fā)信機(jī)與輸電線路間傳遞時不發(fā)生反射，減少高頻能量的附加衰耗，需要“四端口網(wǎng)絡(luò)”使兩側(cè)的阻抗相匹配。同時空芯變壓器的使用進(jìn)一步使收、發(fā)信機(jī)與輸電線路的高壓部分相隔離，提高了安全性。電力線載波通道的構(gòu)成耦合電容器94電力線載波通道的構(gòu)成高頻收、發(fā)信機(jī)高頻傳發(fā)信機(jī)由繼電保護(hù)部分控制發(fā)出預(yù)定頻率（可設(shè)定）的高頻信號，通常都是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障保護(hù)起動后發(fā)出信號，但也有采用長期發(fā)信故障起動后停信或改變信號的頻率的工作方式。發(fā)信機(jī)發(fā)出的高頻信號經(jīng)載波信道傳送到對端，被對端和本端的收信機(jī)所接受，兩端的收信機(jī)既接收來自本側(cè)的高頻信號又接收來自對側(cè)的高頻信號，兩個信號經(jīng)比較判斷后，作用于繼電保護(hù)的輸出部分接地刀閘當(dāng)檢修連接濾波器時，接通接地刀閘，使耦合電容器下端可靠接地電力線載波通道的構(gòu)成高頻收、發(fā)信機(jī)95電力線載波通道的特點(diǎn)電力線載波通信是電力系統(tǒng)的一種特殊的通信方式，它以電力線路為信息通道，通道傳輸?shù)男盘栴l率范圍一般為50～400kHz,載頻低于40kHz受工頻干擾太大，同時信道中的連接設(shè)備的構(gòu)成也比較困難；載頻過高，將對中波廣播等產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，同時高頻能量衰耗也將大大增加。電力線載波通信曾在一段時間內(nèi)成為電力系統(tǒng)應(yīng)用最廣的通信手段。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：電力線載波通道的特點(diǎn)電力線載波通信是電力系統(tǒng)的一種特殊的通信96電力線載波通道的優(yōu)點(diǎn)無中繼通信距離長電力線載波通信距離可達(dá)幾百公里，中間不需要信號的中繼設(shè)備，一般的輸電線路，只需要在線路兩端配備載波機(jī)和高頻信號耦合設(shè)備。經(jīng)濟(jì)、使用方便使用電力線載波通信的裝置（繼電保護(hù)、電力自動化設(shè)備等）與載波機(jī)之間的距離很近，都在同一變電站內(nèi)，高頻電纜短，由于不需要再架信道，整個投資省。工程施工比較簡單輸電線路建好后，裝上阻波器、耦合電容器、結(jié)合濾波器，放好高頻載波電纜，然后安裝載波機(jī)，就可以進(jìn)行調(diào)試。這些工作都在變電站內(nèi)進(jìn)行，基本上不需另外進(jìn)行基建工程，能較快的建立起通信。在不少工期比較緊的輸變電工程中，往往只有電力線載波通信才能和輸變電工程同期建成，保證了輸變電工程的如期投產(chǎn)電力線載波通道的優(yōu)點(diǎn)無中繼通信距離長97

由于輸電線載波通道是直接通過高壓輸電線路傳送高頻載波電流的，因此高壓輸電線路上的干擾直接進(jìn)入載波通道，高壓輸電線路的電暈、短路、開關(guān)操作等都會在不同程度上對載波保護(hù)造成干擾。由于高頻載波的通信速率低，難于滿足縱聯(lián)電流差動保護(hù)實(shí)時性的要求，一般用來傳遞狀態(tài)信號，用于構(gòu)成方向比較式縱聯(lián)和電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)。輸電線載波通信還被用于對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視的調(diào)度自動化信息的傳遞、電力系統(tǒng)內(nèi)部的載波電話等。由于輸電線載波通道是直接通過高壓輸電線路傳送高頻載波電流的98電力線載波通道的工作方式輸電線路縱聯(lián)保護(hù)載波通道按工作方式分為三類：正常無高頻電流方式正常有高頻電流方式移頻方式我國常用正常無高頻電流方式。電力線載波通道的工作方式輸電線路縱聯(lián)保護(hù)載波通道按工作方式分99正常無高頻電流方式在電力系統(tǒng)正常工作條件下發(fā)信機(jī)不發(fā)信，沿通道不傳送高頻電流，只在電力系統(tǒng)發(fā)生故障期間發(fā)信，又稱為故障起動發(fā)信的方式。為了確知高頻通道是否完好，采用定期檢查的方法，可分為兩種：手動：值班員手動起動發(fā)信，并檢查高頻信號是否合格，通常是每班一次，該方式在我國電力系統(tǒng)中得到了廣泛的采用自動：利用專門的時間元件按規(guī)定時間自動起動，檢查通道，并向值班員發(fā)出信號。正常無高頻電流方式在電力系統(tǒng)正常工作條件下發(fā)信機(jī)不發(fā)信，沿通100正常有高頻電流方式在電力系統(tǒng)正常工作條件下發(fā)信機(jī)處于發(fā)信狀態(tài)，沿高頻通道傳送高頻電流，又稱為長期發(fā)信方式。主要優(yōu)點(diǎn)：使高頻保護(hù)中的高頻通道部分經(jīng)常處于監(jiān)視的狀態(tài)，可靠性較高；無需收、發(fā)信起動元件，使裝置稍為簡化。缺點(diǎn)：因?yàn)榻?jīng)常處于發(fā)信狀態(tài)，增加了對其它通信設(shè)備的干擾時間；因?yàn)榻?jīng)常處于收信狀態(tài)，外界對高頻信號干擾的時間長，要求自身有更高的抗干擾能力。正常有高頻電流方式在電力系統(tǒng)正常工作條件下發(fā)信機(jī)處于發(fā)信狀態(tài)101移頻方式在電力系統(tǒng)正常工作條件下，發(fā)信機(jī)處在發(fā)信狀態(tài)，向?qū)Χ怂统鲱l率為f1的高頻電流，這一高頻電流可作為通道的連續(xù)檢查或閉鎖保護(hù)之用。在線路發(fā)生故障時，保護(hù)裝置控制發(fā)信機(jī)停止發(fā)送頻率為f1的高頻電流，同時發(fā)出頻率為f2的高頻電流。這種方式能監(jiān)視通道的工作情況，提高了通道工作的可靠性，并且抗干擾能力較強(qiáng)；它占用的頻帶寬，通道利用率低。移頻方式在國外已得到了廣泛的應(yīng)用。移頻方式在電力系統(tǒng)正常工作條件下，發(fā)信機(jī)處在發(fā)信狀態(tài)，向?qū)Χ?02電力線載波信號的種類按照高頻載波通道傳送的信號在縱聯(lián)保護(hù)中的作用，高頻信號分為：閉鎖信號允許信號跳閘信號電力線載波信號的種類按照高頻載波通道傳送的信號在縱聯(lián)保護(hù)中的103閉鎖信號阻止保護(hù)動作于跳閘的信號無閉鎖信號是保護(hù)作用于跳閘的必要條件。只有同時滿足以下兩條件時保護(hù)才作用于跳閘：本端保護(hù)元件動作；無閉鎖信號。閉鎖信號阻止保護(hù)動作于跳閘的信號104允許信號允許保護(hù)動作于跳閘的信號。有允許信號是保護(hù)動作于跳閘的必要條件。同時滿足以下兩條件時，保護(hù)裝置才動作于跳閘：本端保護(hù)元件動作；有允許信號。允許信號允許保護(hù)動作于跳閘的信號。105跳閘信號直接引起跳閘的信號收到跳閘信號是跳閘的充分條件。跳閘的條件是下列條件之一：本端保護(hù)元件動作對端傳來跳閘信號。跳閘信號直接引起跳閘的信號1064.2.3微波通信從二十世紀(jì)五十年代開始，微波通信在電力系統(tǒng)中開始得到應(yīng)用。電力系統(tǒng)使用的微波通信頻率段一般在300～30000MHz之間，相比電力線載波的50～400kHz頻段，頻帶要寬的多，信息傳輸容量要大的多。微波縱聯(lián)保護(hù)使用的頻段屬于超短波的無線電波，電離層已不能起反射作用，只能在“視線”范圍內(nèi)傳播，距離不超過40～60Km，如果兩個變電站之間距離超出以上范圍，就要裝設(shè)微波中繼站，以增強(qiáng)和傳遞微波信號。微波通道的建設(shè)往往是根據(jù)電力系統(tǒng)通信的總體需要統(tǒng)一安排的，微波縱聯(lián)保護(hù)的信息傳遞只使用微波信道容量的一小部分。4.2.3微波通信從二十世紀(jì)五十年代開始，微波通信在電107微波縱聯(lián)保護(hù)的構(gòu)成微波縱聯(lián)保護(hù)系統(tǒng)如圖所示，包括輸電線路兩端的保護(hù)裝置（虛框內(nèi)）部分和微波通信部分。微波縱聯(lián)保護(hù)的構(gòu)成微波縱聯(lián)保護(hù)系統(tǒng)如圖所示，包括輸電線路兩端108微波縱聯(lián)保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)與電力線高頻載波保護(hù)相比，微波縱聯(lián)保護(hù)有以下特點(diǎn)：有一條獨(dú)立于輸電線路的通信通道，輸電線路上產(chǎn)生的干擾對通信系統(tǒng)沒有影響，通道的檢修不影響輸電線路運(yùn)行。擴(kuò)展了通信頻段，可以傳遞的信息容量增加、速率加快，可以實(shí)現(xiàn)縱聯(lián)電流分相差動原理的保護(hù)。受外界干擾的影響小，工業(yè)、雷電等干擾的頻譜基本上不在微波頻段內(nèi)，通信誤碼率低，可靠性高。輸電線路的任何故障都不會使通道工作破壞，因此可以傳送內(nèi)部故障時的允許信號和跳閘信號。微波有在視線距離內(nèi)傳送的特點(diǎn)決定了在通信距離較遠(yuǎn)時，必須架設(shè)微波中繼站，通道價格較貴。微波縱聯(lián)保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)與電力線高頻載波保護(hù)相比，微波縱聯(lián)保護(hù)有以1094.2.4光纖通信

以光纖作為信號傳遞媒介的通信稱為光纖通信。隨著光纖技術(shù)的發(fā)展和光纖制作成本的降低，光纖信道正在成為電力通信網(wǎng)的主干網(wǎng)，光纖通信在電力系統(tǒng)通信中得到越來越多的應(yīng)用，例如連接各高壓變電站的電力調(diào)度自動化信息系統(tǒng)、兩端變電站具有光纖信道的縱聯(lián)保護(hù)、超短輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)、配電自動化通信網(wǎng)等。4.2.4光纖通信以光纖作為信號傳遞媒介的通信稱為光纖通110光纖通道的構(gòu)成光發(fā)射器：把電信號轉(zhuǎn)變成光信號，一般由電調(diào)制器和光調(diào)制器組成。光接收器：把光信號轉(zhuǎn)變成電信號，一般由光探測器和電解調(diào)器組成。光纖通道的構(gòu)成光發(fā)射器：111光纖通道的構(gòu)成電調(diào)制器：把信息轉(zhuǎn)換為適合信道傳輸?shù)男盘?，多為?shù)字信號。光調(diào)制器：把電調(diào)制信號轉(zhuǎn)換為適合