输电线路纵联保护概述

输电线路纵联保护概述

目前，220kV及以上电压等级输电线路基本上都配置有双套主保护和后备保护。主保护一般为纵联保护，后备保护为第四章所讨论的距离和零序保护，并采用综合重合闸。本章主要介绍纵联保护和综合重合闸的内容。按照保护动作原理，国内常使用的纵联保护有闭锁式方向纵联或距离级纵联保护、允许式方向纵联或距离纵联保护及分相电流差动保护。

一、线路纵联保护的构成

由电流、距离保护的基本原理可知，反应输电线路一侧电气量的保护不能准确区分本线路末端与相邻线路出口的故障，为了满足选择性的要求，就必须使这些保护的速动段（第Ⅰ段）的保护范围只能是线路全长的一部分。即使是反应电压电流比值的距离保护的第工段的保护范围也只有线路全长的85%。

对于一个双侧电源系统，在输电线路两侧均装有三段式距离保护。每侧距离保护的第工段的保护范围为线路全长的85%。该线路发生故障时，当故障点位于靠近线路两侧的各15%范围内时，总有一侧要以距离保护Ⅱ段的时间切除故障，如图5-1所示。这样长的故障切除时间对于220kV及其以上的高压、超高压电网不能满足系统稳定的要求。因此在220kV及以上电压等级的输电线路上，必须装设全线路故障都能快速动作的保护。

继电保护装置如果只反应线路一侧的电气量就不可能区分本线路末端和对侧母线或相邻线路始端的故障，只有反应线路两侧的电气量才可能区分上述故障，达到有选择性地快速切除全线故障的目的。 为此需要将线路一侧电气量的信息传输到另一侧去，也就是说在线路两侧之间发生纵向的信息联系。这种保护称为输电线的纵联保护。保护是否动作取决于安装在输电线两端的装置联合判断的结果，两端的装置组成一个保护单元，各端的装置不能独立构成保护。理论上这种纵联保护具有输电线路内部短路时动作的绝对选择性。

输电线路的纵联保护两端比较的电气量可以是流过两端的电流、两端电流的相位和两端功率的方向等，，比较两端不同电气量的差别构成不同原理的纵联保护。将一端的电气量或用于比较的特征传送到对端，可以根据不同的信息传送通道条件，采用不同的传输技术。以两端输电线路为例，套完整的纵联保护的结构图如图5-2所示。

图5-2中继电保护装置通过电压互感器TV、电流互感器TA获取本端的电压、电流，根据不同的保护原理，形成或提取两端被比较的电气量特征，一方面通过通信设备将本端的电气量特征传送到对端，另一方面通过通信设备接收对端发送过来的电气量特征并将两端的电气量特征进行比较，若符合动作条件，则跳开本端断路器并告知对方，若不符合动作条件，则不动作。因此，一套完整的纵联保护包括两端保护装置、通信设备和通信通道。

二、线路纵联保护的分类

随着计算机和数字通信技术的发展，光纤及微波通信系统在电力系统中得到广泛应用，可供继电保护使用的信号传输通道不再单一，可选择的保护信号传输通道方式主要有导引线（较少见）;专用载波通道、复用载波机、复用微波通道;专用光纤通道、复用光纤通道。线路纵联保护按照所利用通道的不同类型可以分为四种∶

（1）导引线纵联保护简称导引线保护。

（2）电力线载波纵联保护，简称高频保护。

（3）微波纵联保护，简称微波保护。

（4）光纤纵联保护，简称光纤保护。

纵联保护按照保护动作原理可以分两类;

（1）纵联差动保护（纵差保护）。这类保护利用通道将本侧电流的波形或代表电流相位的信号传送到对侧，每侧保护根据对两侧电流的幅值和相位比较的结果区分是区内还是区外故障，可见这类保护在每一侧都直接比较两侧的电气量。类似于元件差动保护，因此称为纵联差动保护。

（2）方向纵联保护与距离纵联保护。两侧保护元件仅反应本侧的电气量，利用通道将保护元件对故障方向判别的结果传送到对侧，每侧保护根据两侧保护元件的动作结果经过逻辑判断区分是区内还是区外故障。这类保护是间接比较线路两侧的电气量，在通道中传送的是逻辑信号。按照保护判别方向所用的方向元件不同又可分为∶

1）方向纵联保护。

2）距离纵联保护。

方向纵联保护与距离纵联保护传输简单的逻辑信号。按照正常时通道中有无高频电流可分为故障时发信和长期发信两种方式，按照信号的作用可分为闭锁信号、允许信号和跳闸信号。目前应用较广泛的是闭锁信号和允许信号。

采用闭锁信号方式时收不到信号是保护作用于跳闸的必要条件，采用允许信号方式时收到对侧允许信号是保护作用于跳闸的必要条件。按照信号的定义，正常状态下不论有无高频电流都不是信号，只有高频电流改变其状态才认为是信号。

三、线路纵联保护的通道

通道虽然只是传送信息的手段，但纵联保护采用的原理往往受到通道的制约。纵联保护在应用上述四种通道时有以下特点。

（1）导引线通道特点。这种通道需要铺设电缆，其投资随线路长度而增加。当线路较长时就不经济了。导引线越长，安全性越低。导引线中传输的是电信号。在中性点接地系统中，除了雷击外，在接地故障时地中电流会引起地电位升高，也会产生感应电压，对保护装置和人身安全构成威胁。也会造成保护不正确动作。所以导引线的电缆必须有足够的绝缘水平。例如，15kV的绝缘水平一般还要使用隔离变压器从而使投资增大。导引线直接传输交流电量，故导引线保护广泛采用差动保护原理，但导引线的参数（电阻和分布电容）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。

（2）电力线载波通道（高频保护）特点。这种通道在保护中应用最广。高频保护是纵联保护中应用最广的一种。载波通道由高压输电线及其加工和连接设备（阻波器、结合电容器及高频收发信机）等组成。高压输电线机械强度大，十分安全可靠。但正是在线路发生故障时通道可能遭到破坏（高频信号衰减增大），为此需考虑在此情况下高频信号是否能有效传输的问题。当载波通道采用"相—地"制，在线路中间点发生单相接地短路故障时，衰减与正常时基本相同，但在线路两端故障时，衰减显著增大。当载波通道采用"相—相"制，在单相接地短路故障时，高频信号能够传输，但在三相短路时却不能。为此高频保护在利用高频信号时应使保护在本线路故障信号中断的情况下仍能正确动作。

（3）微波通道特点。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产生任何影响，因而保护利用微波信号的方式不受限制。微波通信是一种多路通信系统，可以提供足够的通道，彻底解决了通道拥挤的问题。微波通信具有很宽的频带，线路故障时信号不会中断，可以传送交流电流的波形。数字式微波通信可以进一步扩大信息传输量，提高抗干扰能力，也更适合于数字保护。微波通信是较理想的通信系统，但是保护专用微波通信设备是不经济的。

（4）光纤通道特点。光纤通道与微波通道有相同的优点。光纤通信也广泛采用数字通信方式。线路保护在很短时可以通过光纤直接将光信号送到对侧，在每端的保护装置中都将电信号变成光信号送出，又将所接收的光信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护的那些问题，光纤的价格不高，是目前主要的纵联保护通道。另外，在架空输电线的接地线中铺设光纤的方法可使光纤通道的纵联保护既经济又安全。