线路的主保护需具备迅速且有针对性地切除被保护设备及线路上故障的能力。常见的线路主保护方法包括纵联保护、距离Ⅰ段保护、零序Ⅰ段保护以及工频变化量保护等。特别值得一提的是，在220KV及以上电压等级的线路上，纵联保护发挥着至关重要的作用，它是主要的保护手段之一。其中，高频保护和光差保护是纵联保护的常见形式。在本文内容中，让我们首先深入探讨纵联保护的基本概念。
1、 什么叫纵联保护
“纵联”就是“纵向联系”。所以保护就是将线路一侧的电气信息传到另一侧去，实现线路两侧的纵向联系，对两侧电气量同时进行比较、联合工作的一种保护。主要结构如下图。
纵联保护的优点：可以无延时的切除被保护线路上（MN之间）任意点的故障，具有绝对的选择性。缺点：信息交流需要通信通道，且不能作为相邻线路的后备保护。
2、 通讯通道
纵联保护既然是反映两端电气量变化的保护，线路两端要交换电气量信息，那么就涉及到通信的问题。通信就需要有通道，目前使用的通道类型有：微波通道、导引线通道、电力载波通道、光纤通道等。目前使用较多的是电力载波通道和光纤通道。
（1）电力载波通道
电力载波通道就是利用输电线路本身，除了传输50Hz的工频电流之外，还用50~400KHZ的高频电流来传送两端电气量信息。所以我们也把这种通道称为高频通道，利用这种通道的纵联保护称作高频保护。
高频通道的结构示意图如上。图中的1、2、3、4设备统称为高频加工设备。输电线路是高压设备，而收发信机是低压设备。用高频加工设备就可以实现高低压的隔离，确保人身设备安全；同时还能防止输电线路上的高频电流外泄到母线，减小传输衰耗。
高频通道分为相-相耦合、相-地耦合两种。相-相耦合需要两套高频加工设备耦合在两相线路上，衰耗较小。相-地耦合只要一套高频加工设备耦合在一相上，另一路通道通过大地形成，但衰耗较大，干扰也较大。
高频通道一个突出的缺点就是容量小、通道拥挤、通信、保护、远动都要用到高频通道。所以高频通道一般不能用作分相保护，需要另外加装分相元件。
（2）光纤通道
光纤通道是将电气量信号转化为光信号，通过光纤为媒介传播的通道。用光纤通道做成的纵联保护称为光纤保护。光纤通道是现在发展最快的一种通道类型。它有很多优势，例如：通道容量大，本身有选相功能，可以构成分相式保护；输电线路故障不会影响通道工作；光信号传输不受电磁干扰；光缆和架空地线结合在一起，可以同时铺设完毕，方便建设；传输距离长，可达120km。
3、 高频信号的性质
纵联保护中，在高频通道里传播的信号主要有三种：闭锁信号、允许信号、跳闸信号。
（1） 闭锁信号
通道中的信号是用来闭锁保护跳闸的。也就是说收不到闭锁信号是保护能动作于跳闸的必要条件。
内部故障时，线路两端都停止发闭锁信号，线路两端都收不到闭锁信号，保护动作后就可以跳闸出口；外部故障时，线路近故障点的一侧会持续发闭锁信号，对端虽然保护动作，但是收到闭锁信号，不会出口跳闸。收发信机既可以接受对侧的闭锁信号，也可以接受本侧自发的闭锁信号。后面我们会在闭锁式纵联方向保护中详细介绍。
闭锁式纵联保护的优点是，即使通道损坏，也不会因通信中断而导致保护拒动。但缺点也很明显，就是通讯不正确易导致保护误动。
（2） 允许信号
允许信号是允许保护动作出口跳闸的信号。即收到允许信号是保护动作于跳闸的必要条件。
内部故障时，线路两端互送允许信号，收到对侧允许信号且本侧保护元件动作即可出口跳闸；外部故障时，近故障点的一侧停发允许信号，对侧收不到允许信号，虽然保护动作但不允许出口跳闸。需要注意，收发信机只能接受对侧的允许信号，不能接受本侧自发的允许信号。这点与闭锁信号不同。
与闭锁信号正好相反，通道中断的情况下，允许式纵联保护不会误动，但容易拒动。目前500kV以上高频保护一般采用允许信号。
（3） 跳闸信号
跳闸信号是直接引起跳闸的信号。就是说本侧保护元件动作或者对侧传来跳闸信号都会直接出口跳闸。这种信号对保护元件的精度和通道的抗干扰能力要求都很高，目前我国系统内没有应用，了解即可。
关于纵联保护的基本概念就是这些。鉴于光纤通道的迅速发展。目前光纤保护的产量已经大于高频保护。但由于历史原因，高频通道仍有一定的数量。学习高频保护对于理解纵联保护的原理也很有帮助，后面几期，我们会先一起了解使用高频通道的纵联方向保护，再介绍使用光纤通道的光纤电流差动保护。
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闭锁式纵联方向保护是一种使用广泛的纵联保护，我们平时工作中碰到的高频保护大半都是这种保护。学习闭锁式纵联方向保护对于理解纵联保护的本质有很大的帮助。本期我们简单聊一聊闭锁式纵联方向保护的原理和相关问题。
关于闭锁式纵联保护的基本概念主要在1、2、6三节，其他几节讨论了一些相关的细节问题，如果只做大致了解、不感兴趣可以跳过。
1、基本原理
如果我们在输电线路的每一端都装设两个方向元件：一个是正方向元件F+，正方向故障时动作，反方向故障不动作；一个是反方向元件F-，正方向故障时不动作，反方向故障时动作（我们定义母线指向线路为正方向）。
那么在如图所示的线路上，NP线路发生短路，MN为非故障线路。通过观察我们可以发现：
对于故障线路NP，两端方向元件F+均动作，F-均不动作；
对于非故障线路MN，1端F+动作，F-不动作，而2端F+不动作，F-动作。
这也就是故障线路和非故障线路的特征区别。利用这种差别，我们可以判断区外还是区内故障，保护应该动作还是闭锁。闭锁式纵联方向保护的做法是：
在F+不动作，F- 动作的这一端持续发闭锁信号。这样，在非故障线路上至少有一端（近故障点端）会一直发闭锁信号（发信），两端保护收到该闭锁信号将会闭锁保护；在故障线路上，两端都不符合这一条件，所以闭锁信号会消失（停信），保护动作后就可以出口跳闸。
这就是闭锁式纵联方向保护的基本原理。
2、保护动作过程
首先分析故障线路上，保护动作（发信、停信）的过程：
正常运行时，通道中没有闭锁信号，只有开入量状态、通道检查等工作；
（1）发生短路故障，感应到故障电流，低定值起动元件动作，发信机开始发闭锁信号；
（2）同时高定值起动元件动作，这才真正进入故障计算程序；
（3）F- 不动作；（注意：先判F- ，F-比F+元件更快更灵敏。原因后面讲。）
（4）收信机曾连续收到8ms的高频信号；（8ms是为了防止信号还没来得及传到对端）
（5）F+ 动作；同时满足（2）~（5）条件后，停信（停止发闭锁信号）；
（6）收信机收不到闭锁信号，同时满足（2）~（6）条件8ms后，启动出口继电器，发跳闸令。
对于非故障线路：
2端保护不满足条件（3），所以停止在步骤（2），持续发闭锁信号；
1端保护一直到步骤（5）都满足，所以停信。但是由于2端持续发闭锁信号，所以1、2端收信机仍然可以收到闭锁信号（注意：收发信机收信发信频率相同，因此收信机既能收对端发来的信号，也可收本端自发的信号），因此不会跳闸。
3、方向元件的要求
方向元件是用来判断区内/区外故障的，对于纵联方向保护至关重要，对于方向元件，需要满足以下几个要求：
（1）有明确的方向性，就是说F+只能在正方向可靠动作，F-只能在反方向可靠动作；
（2）F+元件可靠保护本线路全长；
（3）F-元件比F+元件动作得更快、更加灵敏。 只要F-元件只要一动作，说明是反方向故障，立即持续发信闭锁保护。这就是反方向元件闭锁保护优先原则；
（4）F+ 动作则停止发信机发信；
4、起动元件的要求
（1）低定值起动元件动作，控制收发信机开始发信，在此之前，通道内没有闭锁信号；
（2）高定值起动元件动作后，终止正常程序，正式进入故障计算程序，保护开放；
（3）高低定值一般相差1.6~2倍。起动元件无方向性，灵敏度高；
很多人会有疑问，那么为什么要设置高、低两个定值起动元件呢？如果把发信、保护开放都用一个定值来启动会怎样呢？
我们假设上图中1、2端只设了一个起动元件，定值为1A。假设在NP上的某一点发生短路故障，产生的流过1端的故障电流恰好为1A，而流过2端的故障电流由于误差等原因略小于1A。那么会发生什么情况呢？
1端起动元件动作，发信，同时开放保护，F-不动作、F+ 动作，停信；2端起动元件一直未启动，一直没有发信。完了，很明显MN非故障线路上没有闭锁信号，保护误动作。
而如果我们设一个高定值2A，一个低定值1A，那么1端虽然低定值元件启动，发信，但是没有开放保护，这就避免了非故障线路的误动作。
5、远方启信功能
假设K点发生短路故障，MN线路上的故障电流达到1、2端起动元件高定值，高定值起动元件应动作开放保护。可万一2端（近故障点一侧）高、低定值起动元件由于某些原因都没动作，那么就不会发信，和上面的情况一样，会造成保护误动。
为了避免这种情况的发生，就设置了远方启信功能。即（1）本端低定值元件未动作；（2）收信机收到对端发的信号；满足这两个条件后，本端发信10s。这种由于收到对端信号而启动的发信，称为远方启信。也是为了防止保护误动而设置的。
6、通道检查
通道完好是纵联保护正常工作的基础。因此纵联保护必须具备通道检查功能。对于闭锁式纵联方向保护，保护屏上都会有一个通道检查的按钮，按下按钮即可进行通道检查。具体过程如图所示：
这样一来，整个通道检查过程中，至少有一端在发信。所以只要通道正常，那么两端收信机在整个15s内都应该收到信号。否则视为通道异常。
当然微机保护装置也可以设定定时通道检查。不过如果在通道检查的过程中发生了故障，那么高定值起动元件动作后，保护应立即停止通道检查，转入故障计算程序。
7、母差、失灵保护停信的问题
如图，两侧均有电源，假设故障发生在断路器与CT之间，比如K点。K点在M端母线保护范围内，故母线保护动作跳开M母上所有开关，包括开关1。但是开关跳开后，故障点仍然没有切除。对于MN线路的纵联方向保护，M端判定为反方向故障，N端判定为正方向故障（方向判定以CT位置为参考）。所以M端持续发信，仍然闭锁N端的纵联方向保护。N端开关只能由后备保护带延时切除。这显然不是我们想要的。
为了解决这个问题，在保护装置后的端子上有“其他保护动作”的开关量输入端子。该开关量来自于母线保护和失灵保护的动作接点。母差或失灵保护一动作，该接点闭合。通知纵联方向保护得知母线保护动作后，立即停信，使N侧可以出口跳开开关2，切出故障。即使真的故障点在M母线上，那我们停信跳开N侧开关也没有什么不良后果。
但对于3/2接线方式，情况则不同。
3/2接线方式下，如果故障点真的在M母线上，那么母线保护动作后不能采取停信措施。因为此时边开关1跳开，故障点切除。而线路1、2仍然可以由N侧电源供电继续运行。如果母线保护停信，会使这两条线路停运。所以母差保护不应停信。母差保护动作接点不能接到“其他保护停信”端子上。那么如果故障点在边开关和CT之间的K点怎么办呢？
通常的解决办法是，将失灵保护的动作接点接到“其他保护停信”端子上。K点故障，母差动作条边开关，故障点未切除，故障电流仍然存在。此时失灵保护动作跳中开关2，依靠失灵保护停信，跳线路1对侧开关。
关于闭锁式纵联方向保护的内容基本上都简单介绍完了。大家应该对闭锁式纵联保护有了整体的了解。最后总结一下闭锁式纵联保护的本质：正常情况下，通道中无信号；故障时，非故障线路靠近故障点一侧发出闭锁信号，被该线路两端接受，将保护闭锁；而故障线路没有闭锁信号，保护出口跳闸。
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上面我们讨论了使用高频通道的闭锁式纵联方向保护。但鉴于光纤通道的优越性，高频保护正在逐渐被光纤纵联电流差动保护（以下简称纵差保护）所取代。光差保护的主要原理是将输电线路两端的电流信号转换成光信号，经光纤通道传送到对侧。保护装置收到后再转换成电信号与本端电流比较，通过计算差流决定保护是否动作。当然，通过光纤我们不仅可以传送电流信号，也可以像高频保护一样传送逻辑信号。这样就可以构成基于光纤通道的光纤纵联方向保护等。由于传送逻辑信号对光纤通道的要求比较低，此类保护以后可能会得到更广泛的运用。
言归正传，今天我们和大家一起讨论一下光纤纵联电流差动保护的相关问题。
1、基本原理
如图，规定以母线流向被保护线路为正方向。流过两端保护的电流为IM、IN。以两端电流相量和作为差动继电器动作电流Id，以两端电流相量差作为制动电流Ir。
差动继电器的动作特性一般如下图所示。蓝色区域为非动作区，红色区域为动作区。这种动作特性称作比率制动特性。动作逻辑的数学表达式也在图中给出。
当线路内部短路时，动作电流等于短路电流Ik，很大。制动电流较小，甚至为零。因此工作点落在动作区内，差动继电器动作。
当线路外部短路时，流过本线路的电流是穿越性短路电流，因此动作电流为零，制动电流是两倍的穿越电流。制动电流很大，不满足上面的方程，落在非动作区。差动继电器不动作。
因此，差动继电器只会在内部故障时动作。这就是光差保护的基本原理。我们可以总结两个结论：
（1）线路内部只要有流出电流，都将成为动作电流，如内部短路电流、线路电容电流；
（2）只要是穿越性电流，都只会形成制动电流，不会形成动作电流，如负荷电流、外部短路电流。制动电流是穿越电流的两倍；
2、产生不平衡电流的因素
我们说线路外部短路故障时，差动动作电流为零。但是实际上在外部故障或正常运行时，动作电流往往并不等于零。我们把这种差流称为不平衡电流。
产生不平衡电流的原因有很多，比较主要的有以下几种。
（1）线路电容电流的影响
本线路的电容电流是从线路内部流出的电流，它同样可以构成差动继电器的动作电流。在线路正常运行时，制动电流为穿越性的负荷电流。在空载或轻载时，负荷电流较小，很可能满足差动继电器的动作条件，会造成差动保护误动。
除了工频分量电容电流之外，在外部故障或线路空冲时，还会有大于50Hz的高频分量电容电流。所以电容电流的瞬时值可能会很大，所以动作电流也很大，很容易造成保护误动。所以解决电容电流的影响是线路纵差保护要解决的最重要的课题。目前采取的主要防范措施有：
A.提高起动电流Iqd的定值，躲开电容电流影响；（会使保护灵敏度降低）
B.加一个短延时，等高频分量电容电流衰减；（降低保护的快速性）
C.对电容电流进行补偿；
（2）CT变比误差及暂停特性不一致
理论上，两端CT的变比是应该完全相同的。但在现实中，由于制造工艺的差别，难免会存在误差。而且CT在短路暂态过程中，饱和程度也存在差异。因此变比不会完全相同，从而产生不平衡电流。这应该从制动系数的整定上考虑这一影响。
（3）采样时间不一致
线路的纵差保护和母差、变压器差动保护不同。线路两端电流的采样是由两套装置分别完成的。如果两端装置不在同一时刻采样的话，得到的两端电流的瞬时值不相等，相量和也就不为零，从而产生不平衡电流。
3、CT断线的问题
既然纵差保护是依靠计算差流工作的，那么如果一侧CT断线，会对保护造成什么影响呢？正常运行的线路，如果一侧CT断线，那么差动继电器的差动电流Id和制动电流Ir就都等于CT未断线端测得的负荷电流，Id=Ir。由于Kr通常小于1，启动电流Iqd的值有比较小，因此将很容易造成差动保护误动作。
为了防止CT断线造成差动保护误动，最基本的方法就是在差动保护中设置起动元件，并通过通道两端相互传输其起动信号。只有两侧起动元件都启动，差动保护才能出口跳闸。
起动元件主要包含4个部分：电流变化量起动元件、零序过流起动元件、相过流起动元件、电压辅助起动元件。只要其中一个元件动作，就认为起动元件起动。
对于CT断线侧，CT断线后电流变化量起动元件、零序过流起动元件都有可能动作，起动元件起动；而CT未断线侧，电流电压基本没有变化，所以起动元件不会启动。这样就避免了CT断线造成的误动作。
所以，每一端差动保护出口跳闸必须满足以下条件：
（1） 本端起动元件起动；
（2） 本端差动继电器动作；（同时满足（1）（2）向对端发“差动动作”允许信号）
（3） 收到对端“差动动作”允许信号；（说明对端也同时满足（1）（2））
此时本端允许保护出口跳闸。
若发生CT断线，装置发告警信号。若“CT断线闭锁差动”控制字置1，则闭锁差动保护；若“CT断线闭锁差动”控制字置0，不闭锁差动保护，但将差动继电器的启动电流Iqd抬高。
4、母线、失灵保护启动“远跳”的问题
和闭锁式纵连方向保护一样，光纤纵联差动电流保护也涉及和母线、失灵保护的配合问题。由于纵差保护相对端发送的是允许信号，所以涉及到“远跳”的问题。
如图，两侧均有电源，假设故障发生在断路器与CT之间，比如K点。K点在M端母线保护范围内，故母线保护动作跳开M母上所有开关，包括开关1。但是开关跳开后，故障点仍然没有切除。对于MN线路的纵差保护而言是外部故障，纵差保护仍然不能动作。N端开关只能由后备保护带延时切除。
为了保证N端能快速切除故障，可将M端母线保护的动作接点接在纵差保护装置的“远跳”端子上，母线保护动作后，立即向N端发送“远跳”信号。N端接收到该信号后发三相跳闸命令，并闭锁重合闸。即使真的故障点在M母线上，那我们停信跳开N侧开关也没有什么不良后果。
同样的原理，但对于3/2接线方式，情况则不同。
3/2接线方式下，如果故障点真的在M母线上，那么母线保护动作后不能发“远跳”信号。因为此时边开关1跳开，故障点切除。而线路1、2仍然可以由N侧电源供电继续运行。如果母线保护停信，会使这两条线路停运。所以母差保护动作接点不能接到“远跳”端子上。应该将失灵保护的动作接点接到“远跳”端子上。K点故障，母差动作条边开关1，故障点未切除，故障电流仍然存在。此时失灵保护动作跳中开关2，依靠失灵保护向线路1对端发送“远跳”信号，跳线路1对侧开关。
5、光纤纵联差动保护调试
工作中，对光纤纵联差动保护的校验通常采用自环的方式。
首先，用光功率计检测保护装置发出（Tx）、接收（Rx）的光功率电平是否满足要求，以确定光纤通道是否良好。（通常Tx在-16dBm左右，Rx在-40dBm左右。具体更具线路长度判断）若不满足要求，应检查光纤端口是否连接良好，光纤头是否清洁。
其次，确定光纤通道良好后，用光纤将Tx端口与Rx端口相连自环。有些装置自带“通道自环实验”压板的直接将压板投上即可。查看装置面板上是否报“通道异常”告警。
如果没有“通道异常”告警信号，则可以通过保护校验仪向装置模拟单相故障电流I，此时由于是自环实验，装置计算得到的差动电流实际为Id=2I，因此通入的故障电流应略大于为定值的1/2。满足动作条件后，装置迅速动作。校验完毕后，将光纤通道及控制字、压板恢复。看完一定要点关注哦！！！
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