高频相位保护问题对纵联保护的推广应用产生影响

对于单侧测量的保护，如电流保护、电流方向保护、零序电流（方向）保护、距离保护，这些保护整定时采用阶段式配合原理。所谓单侧测量保护是指保护仅测量线路一侧的母线电压、线路电流等电气量。单侧测量保护有一个共同的缺点，就是无法快速切除本线路上的所有故障，反映单侧电气量的速动保护只能保护本线路的80%～85%。如图4−1−1所示，当输电线路两端距离保护Ⅰ段的共同覆盖区域（占线路全长的60%～70%）发生短路时，线路两端的距离保护Ⅰ段能够瞬时动作跳闸，切除故障，线路两端区域（占线路全长的30%～40%）发生短路时，依靠距离保护Ⅱ段延时0.5 s 切除故障。这种保护对于220 kV 及以上的超高压线路是不允许的。

图4−1−1　线路两端距离保护的共同覆盖区域

220 kV 及以上的超高压输电线路是高压电网的骨干，发生短路时，短路电流大，电压降的影响范围大。由于线路传输的电能大，传输距离远，发生短路时，电网供需平衡被打破，对电力系统的稳定性影响很大。因此，220 kV 及以上的超高压输电线路发生短路时，必须快速切除。为了提高电力系统的稳定性，提高输电线路的输送负荷能力，220 kV 及以上输电线路的保护必须采用全线速动的保护，即线路任何一处发生短路，线路两端的保护都能瞬时动作，跳开线路两端的断路器，切除故障。

反映线路两侧电气量的保护能满足以上要求，即保护是否动作不但与当地断路器处的电气量有关，还与线路对侧断路器处的电气量有关，需要专门的通道送递线路对侧的电气量和联系线路两侧的保护信息。因此，反映线路两端电气量的保护称为纵联保护。

单侧测量问题多

双侧测量线路保护的基本原理主要有以下3 种：以基尔霍夫电流定律为基础的纵联电流差动保护、比较两侧线路电流相位关系的纵联相位差动保护和比较两侧线路保护故障方向的纵联方向差动保护。

1.纵联电流差动保护

图4−1−2所示为纵联电流差动保护原理示意，保护测量电流为线路两侧电流相量和，也称差动电流Id。将线路看成一个广义节点，流入这个节点的总电流为零，正常运行时或外部故障时Id =0，线路内部故障时

图4−1−2　纵联电流差动保护原理示意

（a）正常运行或外部故障情况；（b）内部故障情况

忽略了线路电容电流后，在本线路始端发生故障时，差动电流为零；在本线路末端发生故障时，差动电流为故障点短路电流，有明显的区别，可以实现全线速动保护。(www.xing528.com)

2.纵联方向差动保护

图4−1−3所示为比较线路两侧保护对故障方向判别结果的纵联方向差动保护原理示意。外部故障时，远故障侧保护判别为正向故障，而近故障侧保护判别为反向故障；如果两侧保护均判别为正向故障，则故障在本线路上。纵联方向差动保护仅需由通道传输对侧保护的故障方向判别结果，属于逻辑量，对通道的要求较低，目前广泛应用于高压线路微机保护。故障方向的判别既可以采用独立的方向元件，也可以利用零序电流保护、距离保护中的零序电流方向元件、方向阻抗元件完成（纵联零序电流保护、纵联距离保护）。

图4−1−3　纵联方向差动保护原理示意

（a）外部故障情况；（b）内部故障情况

3.纵联相位差动保护

图4−1−4所示为纵联相位差动保护原理示意，保护测量的电气量为线路两侧电流的相位差。正常运行及外部故障时，流过线路的电流为“穿越性”的，相位差为180°，即 IM=−IN。内部故障时，线路两侧电流的相位差较小，可以通过比较线路两侧电流的相位，判断是否区内短路，从而决定是否发出跳闸命令。

图4−1−4　纵联相位差动保护原理示意

（a）正常运行或外部故障情况；（b）内部故障情况

纵联相位差动保护要通过信息通道传送相位信息，对信息通道的技术要求高于纵联方向差动保护。由于纵联相位差动保护只传送相位信息，不传送幅值信息，对信息通道的技术要求又低于纵联电流差动保护。电流相位信息可通过电流正弦波的过零点反映。在高频相位保护中，把电流的正弦波转变为方波，在时间轴上，电流值大于零的部分为“1”，电流值小于零的部分为“0”。高频载波通道向对侧传送这种“0”与“1”交替变化的方波。对侧的方波与本侧的方波进行相位比较，当这两种方波的相位差小于整定值时，判断为区内短路，动作跳闸；否则，不动作。纵联方向差动保护需要先对本侧的电流、电压进行处理，得到判断结果以后再向对侧传送信息。纵联相位差动保护不必先作这样的判断处理，可以直接把电流的相位信息送过去。所以，纵联相位差动保护也称为直接比较式的保护。在电力系统振荡过程中，纵联相位差动保护不会误动作。因此，纵联相位差动保护作为保护双重化的一种主保护而获得应用。

由于短路过程中直流衰减分量和高频分量的影响，电流波形过零点的信息有时不能很好地反映电流的相位信息。另外，电磁波在输电线路传播需要时间（3×106 km/s），100 km 有6°的延时，高频相位保护在长距离输电线路中应用时，区内与区外短路电流相位的反差特性将降低。长距离超高压输电线路的分布电容进一步降低了区内与区外短路电流相位的反差特性。当线路两侧电势夹角摆开时，区内短路的过渡电阻较大，使线路两侧电流相位夹角变得很大（接近180°）。这些问题使高频相位保护的动作速度与可靠性受到制约，影响了纵联相位差动保护的推广应用。

纵联保护从原理上可以区分区内、外故障，而不需要保护整定值的配合，因此又称纵联保护具有“绝对选择性”。同时应该注意纵联保护不反映本线路以外的故障，不能用于相邻元件的后备保护。由于采用双侧测量原理，纵联保护必须两侧同时投入，不能单侧工作。