南昌大学继电保护第八章电网高频保护

1、一、高频保护的工作原理一、高频保护的工作原理: :在高压输电线路上，为在高压输电线路上，为保证电力系统并列运行的稳定性和提高输送功率，保证电力系统并列运行的稳定性和提高输送功率，要求继电保护装置无时限地快速动作，切除线路要求继电保护装置无时限地快速动作，切除线路上任一点发生的短路故障：在第七章讨论的线路上任一点发生的短路故障：在第七章讨论的线路纵联差动保护的工作原理是反应比较被保护线路纵联差动保护的工作原理是反应比较被保护线路两端的电气量，而不反应保护区外部的短路故障，两端的电气量，而不反应保护区外部的短路故障，动作次数的选择不必与相邻元件和相邻线路的保动作次数的选择不必与相邻元件和相邻线路的

2、保护相配合，它能无时限地切除在被保护线路全线护相配合，它能无时限地切除在被保护线路全线所发生的短路故障。但是，由于它必须敷设与线所发生的短路故障。但是，由于它必须敷设与线路相同长度的辅助导线，受技术经济条件限制，路相同长度的辅助导线，受技术经济条件限制，只能用在线路长度不超过只能用在线路长度不超过10km10km的短线路上和具有的短线路上和具有集中阻抗的发电机、变压器、母线上。为此，为集中阻抗的发电机、变压器、母线上。为此，为了快速切除高压远距离输电线路上的故障，必须了快速切除高压远距离输电线路上的故障，必须采用高频保护。采用高频保护。 高频保护高频保护是在线路纵联差动保护原理基是在线路纵联差

3、动保护原理基础上，利用现代通信中的高频通信技术，在础上，利用现代通信中的高频通信技术，在电力线路上输送载波高频信号的高频通道和电力线路上输送载波高频信号的高频通道和微波通道来代替辅助导线，构成高频保护和微波通道来代替辅助导线，构成高频保护和微波保护。微波保护。 高频保护定义：与线路纵差保护原理相高频保护定义：与线路纵差保护原理相似，它是将线路两端的电流相位或功率方向似，它是将线路两端的电流相位或功率方向转变为高频信号，然后利用输电线路本身构转变为高频信号，然后利用输电线路本身构成高频（载波）电流的通道将此信号传送到成高频（载波）电流的通道将此信号传送到对端，在线路两端保护装置中进行电流相位对端

4、，在线路两端保护装置中进行电流相位或功率方向比较。或功率方向比较。 高频保护不反应保护范围外的故障，在参数选高频保护不反应保护范围外的故障，在参数选择上不需要要下一级线路配合，因此，可以达到择上不需要要下一级线路配合，因此，可以达到无时限地有选择性地切除内部的短路故障。目前，无时限地有选择性地切除内部的短路故障。目前，高频保护是高频保护是220kV及以上电压级复杂电网的主保及以上电压级复杂电网的主保护方式。在护方式。在110220kV输电线路上高频保护的输电线路上高频保护的动作时间为动作时间为50ms左右，在左右，在330kv及以上的输电线及以上的输电线路上动作时间在路上动作时间在40ms以下

5、。以下。 二、高频保护的分类二、高频保护的分类 (1)按反应工频电气量和非工频电气量分两大类。按反应工频电气量和非工频电气量分两大类。反应工频电气量的有高频方向保护，是根据比较反应工频电气量的有高频方向保护，是根据比较被保护线路两端的功率方向的原理构成的方向比被保护线路两端的功率方向的原理构成的方向比较式高频保护；有距离高频保护，是由距离保护较式高频保护；有距离高频保护，是由距离保护与高频收发信机结合而构成的一类保护，也属于与高频收发信机结合而构成的一类保护，也属于比较式高频保护；还有电流相位差动保护，是根比较式高频保护；还有电流相位差动保护，是根据比较被保护线路两端工频电流相位的原理而构据比

6、较被保护线路两端工频电流相位的原理而构成的一类保护，简称为相差高频保护。成的一类保护，简称为相差高频保护。 反应非工频电气量的有高频电流保护，反应暂反应非工频电气量的有高频电流保护，反应暂态过程的高频保护，脉冲数字式高频保护。态过程的高频保护，脉冲数字式高频保护。 (2)按通道工作频率分为电力载波通道的高频保护；按通道工作频率分为电力载波通道的高频保护；微波保护微波保护 (3)按高频信号作用分为闭锁信号、允许信号及按高频信号作用分为闭锁信号、允许信号及跳闸信号：跳闸信号： （4)按高频通道工作方式可分为线路正常运行时按高频通道工作方式可分为线路正常运行时长期发信工作方式及只有在线路故障时才启动

7、发长期发信工作方式及只有在线路故障时才启动发信的故障启动发信方式。信的故障启动发信方式。 (5)按对高频信号的调制方式可分为幅度调制和按对高频信号的调制方式可分为幅度调制和频率调制。频率调制。 (6)按两端高频信号的频率的异同可分力单频制按两端高频信号的频率的异同可分力单频制和双频制。和双频制。 三、高频保护的构成三、高频保护的构成 高频保护由继电部分和通信部分构成。继电部高频保护由继电部分和通信部分构成。继电部分，对反应工分，对反应工频频电气量的高频保护是在原有保护电气量的高频保护是在原有保护原理上发展起来的，所以保护原理与原有保护原原理上发展起来的，所以保护原理与原有保护原则相似而对于不反

8、应工频则相似而对于不反应工频电电气量的高频保护来气量的高频保护来说，则继电部分根据新原理构成。说，则继电部分根据新原理构成。 通信部分出收发信机和通道组成。构通信部分出收发信机和通道组成。构成高频保护的方框图，如图成高频保护的方框图，如图81所示。下所示。下面以反映工频电气量的高频保护为例，说面以反映工频电气量的高频保护为例，说明继电部分和通信部分的工作情况。继电明继电部分和通信部分的工作情况。继电部分根据被反应的工频电气量性质的高频部分根据被反应的工频电气量性质的高频信号信号(它通过通道它通过通道,从线路一端传送到另一端从线路一端传送到另一端,对端对端收信机收到高频信号后，将该高频信号还原成

9、继收信机收到高频信号后，将该高频信号还原成继电部分所需的工频信号通过继电部分进行比较电部分所需的工频信号通过继电部分进行比较)，决定保护装置是否动作决定保护装置是否动作.这高频信号也称为载波信这高频信号也称为载波信号，这种通信方式也称为载波通信，其通道也称号，这种通信方式也称为载波通信，其通道也称为载波通道。为载波通道。 一、输电线路高频通道一、输电线路高频通道 利用输电线路载波通信方式构成的高频通道称为利用输电线路载波通信方式构成的高频通道称为输电线路高频通道。输电线路是按照传输电力要输电线路高频通道。输电线路是按照传输电力要求设计建造的，以输电线路作为高频保护的通道求设计建造的，以输电线路

10、作为高频保护的通道传输高频信号，必须对输电线路进行高频加工。传输高频信号，必须对输电线路进行高频加工。 (一一)输电线路高频通道的构成方式输电线路高频通道的构成方式 输电线路高频通道的载波频率范围在输电线路高频通道的载波频率范围在50300kHz，当频率小于，当频率小于50kHZ时时，受工频电压干时时，受工频电压干扰大，而各加工设备的构成困难，当频率高于扰大，而各加工设备的构成困难，当频率高于300kHz时，高频能量衰减大为增加。时，高频能量衰减大为增加。 高频收发信机与输电线路连接方式有两种，一高频收发信机与输电线路连接方式有两种，一种是将高频收发信机连接在一相导线与大地之间种是将高频收发信

11、机连接在一相导线与大地之间，称为，称为相一地相一地”制高频通道。另一种是将高制高频通道。另一种是将高频收发信机连接在两相导线之间，称为频收发信机连接在两相导线之间，称为相一相一相相制制高频道道。高频道道。“相一相相一相”制高频通道的衰耗小，但制高频通道的衰耗小，但所需加工设备多，投资大；所需加工设备多，投资大；“相一地相一地”制高频通制高频通道传输效率低，但所需加工设备少，投资较小。道传输效率低，但所需加工设备少，投资较小。因此，国内外一般都采用因此，国内外一般都采用“相一地相一地”制高频通道。制高频通道。 高频阻波器串接在输电线的工作相中，要求它对高频阻波器串接在输电线的工作相中，要求它对工

12、频的阻抗很小，一般小于工频的阻抗很小，一般小于0.04 ，使工频电流，使工频电流畅通畅通,而对高频载波电流具有很高阻抗，其值约大而对高频载波电流具有很高阻抗，其值约大于于1000 ，从而防止高频信号外流，并有效地送，从而防止高频信号外流，并有效地送到对侧，避免产生不必要的损耗和造成对其它高到对侧，避免产生不必要的损耗和造成对其它高频通道的干扰。高频阻波器是由电感和电组成的频通道的干扰。高频阻波器是由电感和电组成的并联为谐振回路，当调谐在所选用的载波频率时，并联为谐振回路，当调谐在所选用的载波频率时，可达到上述要求。可达到上述要求。二、结合滤波器和耦合电容器二、结合滤波器和耦合电容器 结合滤波器

13、和耦合电容器构成一个带通滤波器，结合滤波器和耦合电容器构成一个带通滤波器，连接于高压输电线路与高频电缆之间连接于高压输电线路与高频电缆之间当在其带通范围内的高频信号通过时，所产生的当在其带通范围内的高频信号通过时，所产生的衰耗应为最小；当工频电流通过时，则产的衰耗应为最小；当工频电流通过时，则产的衰衰耗耗应尽可能地大，从而能使工频电流截止，而高频应尽可能地大，从而能使工频电流截止，而高频信号能高效率地通过。同时，带通滤波器能进行信号能高效率地通过。同时，带通滤波器能进行阻抗匹配，对阻抗匹配，对“相一地相一地”制方式，输电线路侧的制方式，输电线路侧的输入阻抗输入阻抗z1约为约为400 ，高频电缆

14、侧的输入阻抗，高频电缆侧的输入阻抗z5约为约为100 ，使高频收信机收到高频信号功率，使高频收信机收到高频信号功率最大。还有隔离和接地的作用。最大。还有隔离和接地的作用。二 微波通道简介 随着电力系统继电保护、自动远动装置及通信技术的不断发展，利用输电线路载波的高频通道在频带分配上越来越拥挤，已不够应用。自50年代以来，世界上许多国家己开始出现微波通道及微波保护。 电力系统微波通信使用频率段一般在300一30000MHz之间，而输电线路载波频段在50一400kHz之间，对比之下，微波通道频带阔广，载波容量大大提高，可适应多路通信或传送大容量信息的要求。用于微波保护的微波频率为3000一3000

15、0MHz，由于它的频率很高，局于超短波的无线电波，电离层已不能起反射作用，只能在“视线”范围的自由空间中传播，传播的距离一般不超过40一60km。如果两个变电站之间距离超过上述距离，就需要装设微波中继站，以增强微波信号。 微波通道由发信机、连接电缆、方向性天线和两端之间的空间组成。发信机发出的信号，经过定向天线发射，然后通过空间传播，b3仰g的定向天线接收，再由连接电缆送到收信机中。 利用微波通道作为继电保护的通道，有下列优点： (1)提供一条独立于输电线路的通道。这样，象故障电弧或操作冲击电压等干扰，均不会对继电保护信号产生不利影响。同时，在检修有关高压电器时，无需将微波保护退出运行；在检修

16、微波通道时，也不影响输电线路的正常运行。 (2)由于微波通道具有较宽的频带，可以传送多路信号，这就为高压输电线路保护实现分相的相位比较提供了方便的条件。 (3)不仅在输电线路外部故障时，可传送高频保护的闭锁信号；而且在输电线路内部故障时，由于微波通道不需要通过故障线路传送两端信号，因此可传送线路内部故障的允许信号和宣跳信导。克服了输电线路载波通道的缺点。 (4)微波通道与输电线路没有任何联系，而且微波通道的频率很高，因此，受到的干扰小、可靠性高。 微波通道存在的主要问题是，当两变电站之间的距离超过40一60km时，需要架设微波中继站，使整个微波通道价格较贵。仅在对电力系统的继电保护、自动化和通

17、信进行综合考虑，需要解决多通道时才应用微波通道。五、高频保护通道的工作方式五、高频保护通道的工作方式 继电保护高频通道的工作方式可分为三类，即继电保护高频通道的工作方式可分为三类，即“长时发信长时发信”方式、方式、“短时发信短时发信”方式和方式和“移频移频”方式。方式。 2。所谓。所谓“长时发信长时发信”方式是指在正常运行情况方式是指在正常运行情况下，收、发信机一直处于发信和收信工作状态，下，收、发信机一直处于发信和收信工作状态，高频通道中始终有高频信号通过。因此又称为正高频通道中始终有高频信号通过。因此又称为正常有高频信号方式，常有高频信号方式，如图72(a)所示。“长时发信”方式的主要优点

18、有：能连续不断地监视高频收、发情机和通道的完好性；省去高频保护中发信机的起动元件，从而可以简化保护结构和提高保护的动作速度和灵敏度*“长时发信”的缺点是：使电子管发信机加快老化，缩短寿命；对相邻通道中的信号有持续的干扰*发信机的寿命问题、可以来用半导体收、发信机来解决。由于这种“长时信”方式有明显的优点，因此有关研究单位正在进一步研究，应用前景广阔。(gp正常无高颇信号方式)；(c)“穗领”方式1。 所谓所谓“短时发信短时发信”方式是指在正常运行情况方式是指在正常运行情况下，收、发信机一直处于不工作状态，高频通道下，收、发信机一直处于不工作状态，高频通道中没有高频信号通过。只有在系统中发生故障

19、时，中没有高频信号通过。只有在系统中发生故障时，发信机才由起动元件起动，高频通道中才有高频发信机才由起动元件起动，高频通道中才有高频信号通过。故障切除后，发信机经一定延时后自信号通过。故障切除后，发信机经一定延时后自动停止发信，通道中的高频信号也随之中断。因动停止发信，通道中的高频信号也随之中断。因此，又称为正常无高频信号方式，如图此，又称为正常无高频信号方式，如图72(b)所示。所示。“短时发信短时发信”方式的优点是，可以减少对方式的优点是，可以减少对相邻通道中信号的干扰和延长收、发信机的寿命，相邻通道中信号的干扰和延长收、发信机的寿命，但要求保护中应有快速动作的起倍元件。为了对但要求保护中

20、应有快速动作的起倍元件。为了对通道和收、发信机进行完好性的检查，要有人工通道和收、发信机进行完好性的检查，要有人工起信措施。目前我国生产的高频保护多采用起信措施。目前我国生产的高频保护多采用“短短时发信时发信”方式。方式。 3。所谓。所谓“移颜移颜”方式是指在正常运行情况下，发方式是指在正常运行情况下，发信机长期发送一个频率为信机长期发送一个频率为f1的高频信号，的高频信号，这一高频信号的作用是闭锁保护和对通道进行连这一高频信号的作用是闭锁保护和对通道进行连续检查。在被保护线路发生故障时，保护控制发续检查。在被保护线路发生故障时，保护控制发信机移信机移频频，立即停止发送频率为，立即停止发送频率

21、为f1的高频信号，改的高频信号，改为发送频率为为发送频率为f2的高频信号，如图。的高频信号，如图。团72(c)所示。人和2的频率很接近，仅占用一个频道。“移频”方式的主要优点是，能经常监视通道工作情况，提高了通道工作的可靠性；与单频率发信方式相比，抗干扰能力较强。 二、高频信号的应用方式二、高频信号的应用方式 高频保护是利用通道中的高频信号来传送被保高频保护是利用通道中的高频信号来传送被保护线路各侧交流电气量的保护用高额信早是一个护线路各侧交流电气量的保护用高额信早是一个很重要的问题。很重要的问题。 (一一)高频信号的比较方式高频信号的比较方式 按高频信号的比较方法，可分为直接比较方式按高频信

22、号的比较方法，可分为直接比较方式和间接比较方式。和间接比较方式。直接比较方式是将被保护线路两侧交流电气量经过高频信号的转换，直接传送到对侧，每侧保护装置同时直接比较两侧的交流电气量，然后决定保护是否动作于跳闸。这种直接比较方式，是通过高额通道使被保护线路两侧保护的交流回路直接发生联系，因此也称交流信号比较。间接比较方式是被保护线路两侧的保护各自只反间接比较方式是被保护线路两侧的保护各自只反应本侧的交流电气量，同时把各自判断的结果，应本侧的交流电气量，同时把各自判断的结果，用高频信号传送到对侧，线路两用高频信号传送到对侧，线路两侧侧保护再根据本保护再根据本侧和对侧保护对故障的判别结果进行间接比较

23、，侧和对侧保护对故障的判别结果进行间接比较，最后决定保护是否动作于跳闸。这种间接比较方最后决定保护是否动作于跳闸。这种间接比较方式，是通过高频通道在被保护线路两侧保护的直式，是通过高频通道在被保护线路两侧保护的直流操作回路中发生联系，因此也称直流传号比较。流操作回路中发生联系，因此也称直流传号比较。 在高频通道中用间接比较方式传送的信号仅在高频通道中用间接比较方式传送的信号仅仅是对被保护线路内部和外部故障的判别，用高仅是对被保护线路内部和外部故障的判别，用高频信号的有无即可很简单地进行反应，因此对高频信号的有无即可很简单地进行反应，因此对高频通道的要求比较简单。直接比较方式要求传送频通道的要求

24、比较简单。直接比较方式要求传送反应各侧交流量的信号，因此对高频通道的要求反应各侧交流量的信号，因此对高频通道的要求就很高。就很高。 六、高频信号的作用及工作方式六、高频信号的作用及工作方式高频信号的作用是在线路内部故障时将保护开放，高频信号的作用是在线路内部故障时将保护开放，允许保护跳闸，当线路外部故障时将保护闭锁。允许保护跳闸，当线路外部故障时将保护闭锁。 按高频信号的作用可分为跳间信号、允许信号按高频信号的作用可分为跳间信号、允许信号和闭锁信号。这三种信号都是间接比较信号。和闭锁信号。这三种信号都是间接比较信号。图73是在“短时发信”方式下三种高频信号与保护(删)的逻辑方框图。图73(a)

25、是高频跳闸信号与保护的逻辑方框图，收倍机(Gsx)与保护组成“或”门电路。不论本侧保护(阳)动作与否，只要接收到高颠信号，“或”门都有信号输出，就可以跳间*仅仅高频信号就满足了跳闸的充分条件，这样的高频信号称为跳闸信号。图73(b)是高频允许信号与保护的逻辑方框图，收倍机与保护组成“与”门电路。收信机收到高频信号，还必须使本例保护同时动作，才能发出跳闸命令，高频信号仅是保护动作于跳闸的必要条件，但不是充分条件，这样的高频信号称为允许信号。图73(c)是高频闭锁信号与保护的逻辑方框图，收信机与保护组成“否”门电路。收信机收到高频信号就将跳闸回路闭锁，只有保护动作而且收不到高频信号时，保护才发出跳

26、闸命令。这种高频信号称为闭锁信号。上述“短时发信”方式下的三种高频信号中，目前在我国获得广泛应用的是闭钡信号，主要理由是： (1)在被保护线路外部短路时，本线路的电力线载波通道是完好的*此时要求近短路点的一例发出高频闭锁信号，经载波通道送到线路对侧，使对侧保护闭锁不跳闸。在被保护线路内部短路时，本线路的电力线载波通道有可能遭到破坏。但此时线路两侧都不发送高频闭钡信号，保护可以动作于跳闸。所有这些，都符合电力线载波通道的要求。 (2)闭铰信号的抗干扰能力较强。在正常运行时，高频通道中出现的干扰信号相当于闭锁信号，不会使保护误动。在外部短路时，通道中出现的干扰信号可能抵销闭钡信号而引起保护误动；在

27、内部短路时，通道中的干扰信号可能使保护误闭锁。考虑到故障持续时间很短，而且同时出现与闭锁信号频率相同的干扰信号的可能性很小，因此保护误动和拒动的可能性是很小的。 对“短时发信”的闭锁信号来说，正常监视通道的完好性，以保证一旦在外部出现短路时，通道能及时发送闭钡信号，这是至关重要的。(二)高频闭锁方向保护的基本构成 如图8-10，内部发生短路故障时，线路两端的启动元件和功率方向元件均动作，与门1有输出，经时间元件2KT延时时间后有输出通过禁止门2将由启动元件启动发信机的发信状态停止，收信机收不到信号，禁止门3开放，接通跳闸回路，跳开线路两端断路器。 当发生外部故障时，近故障点端的短路功率从线路指

28、问母线，功率方向元件不启动，不满足与门l动作条件，禁止门2开放：启动元件由于无方向性启动，通过记亿元件lKT、禁止门2瞬时启动发信机发信，高频信号经通道传送到对端对端收信机和本端收信机都收到高频传号本地收信机输出信号将禁止门3闭锁、禁止跳闸。丛故障点端(对端)虽然启动元件和功率入向元仍都能底功，满足与门2的动作条例，们须经延时2时间才能动作*在时间元件2KT动作之前，收信机巴收到近故障点端发信机送来的向频信号，将禁止门3闭锁c 高频闭锁方向保护采用两个灵敏系数不高频闭锁方向保护采用两个灵敏系数不同的启动元件，同的启动元件，1KA灵敏系数高用于启动发灵敏系数高用于启动发信，信，2KA灵敏系数低用

29、于启动跳闸回路，采灵敏系数低用于启动跳闸回路，采用两个灵敏系数不同的启动元件是为了防止用两个灵敏系数不同的启动元件是为了防止外部故障时，远故障点的保护端感受到的情外部故障时，远故障点的保护端感受到的情况与内部故障一样，此时由靠近故障点端保况与内部故障一样，此时由靠近故障点端保护发出高频信号将远故障点端保护闭锁，防护发出高频信号将远故障点端保护闭锁，防止其误动作。止其误动作。max,1LressrelopIKKKI12) 25 . 1 (opopII1t延时动作：如不延时动作，则外部故障延时动作：如不延时动作，则外部故障时，远离故障点侧的收信机将来不及收时，远离故障点侧的收信机将来不及收到对侧送

30、来的高频闭锁信号，使保护误到对侧送来的高频闭锁信号，使保护误动作，通常取动作，通常取4-16ms 延时返回，避免近短路侧的先返回，造延时返回，避免近短路侧的先返回，造成远离短路侧保护误动作，通常取成远离短路侧保护误动作，通常取0。5 s2t (四)高频闭锁方向保护举例 图814所示为一负序功率高频闭锁方向保护原理框图。1KW和2KW分别为反方向和正方向负序功率方向元件。反向功率负序元件1KW用以启动发信，正向功率负序元件2KW用以停止发信，并与负序电流启动元件驯一道启动跳间回路,以防止因2KW故障或受十扰误启功，引起保护误动作。为保证外部故障时优先发出闭锁信号，1KW的灵敏性应局于2KW的灵敏

31、性，而1KW的动作时间应比2KW的动作时间短。 图814 负序功率高频闭锁方向保护原理图 高频闭锁方向保护能反映各种短路故障，记忆元件3KT可将三相短路初瞬间出现的负序分量固定。只要负序分县出现的时间大于正向负序功率方向元件2KW的动作时间及时间元件2KT的动作时间之和，保护即能可靠跳闹。记忆元件4KT用来将二相短路初瞬间小现的负序电流固定150ms。 ： ， 反方向负序功率方向元件1KW返回后，经时间元件1KT延时t100ms才停止发恬。t1庞大于t3。这样，当外部故障时，在远故障点的正向负序功率元件2KW返回前，保证能收到近故障点端送来的闭锁信号，因而可防止保护误动作。 时间元件2KT的动

32、作时间t27M，用来保证外部故障时。远故障点端保护能收到对端送来的闭锁信号,并通过禁止f4将跳闸回路闭锁，以防止保护误动作，下面对高频闭锁方向保护的工作情况进行分析： 1正常运行时 线路正常运行时，没有负序分量，故负序功率方向元件不会动作。 2发生外部故障对 当发生外部故障时，近故障点端保护反向负序功率刀件1KW启动。通过或门1、记忆几件1KT，瞬时启动发信机c发出高频信号向对端传送，向时被本端收信机R接收，从而使线路两端保护闭锁*近故障点端的正向负序功率方向元件2Kw不启动，禁止门3不会被闭锁，发信机G个会停止发信。问时与门2元输出，跳闸回路4t启动。 远故障点端保护的反向负序功率元件1KW

33、不启动，发信机G不发信。正向负序功率万向元件2KW及电流元件以KAN启动，与门2有输出。在尚未收到对端传送来的高频倍号时，禁止门4有输出，但时间元件2KT要延时7ms后才铝动作。在这段时间内，一定能收到对端送来的高频信号，将禁止门4闭锁，时间元件2KT返回，跳闸回路不启动。 外部故障切除后，近故障点端保护的反向负序功率方向元件1KW及电流元件KAN返回。由于记忆元件1KT延时100ms才能返回，使发信机继续发信100ms。远故障点端保护的正向负序功率方向元件2KW及电流元件DW也在外部故障切除后返回。由于在故障切除后100M内尚能收到对端传送来的高频传号，从而防止丁外部故障切除后，远故障点端的

34、正向负序功率方向元件2KW比对端的反向负序功率方向元件1Kw后返回引起保矿误动作。3发生内部故障时 当发生内部故障时、两端保护动作情况相同。反向负序功率方向元件1KW不启动，不发高频信号。正向负序功率方向元件2KW及电流启动元件启动，与门2有输出，禁止门4由于未收到高频信号而开放，经过2KT延时t2时间后，记忆元件3KT瞬时启动，与门5有输出，保护动作于跳闸。由于记亿元件3KT和4KT的记忆作用，使内部故障短路时，只要有30ms的负序功率出现，就能使正向负序功率方向元件2KW启动(2030ms)，并经2KT延时7ms，启动跳闸回路，使断路器可靠跳闸。内部故障切除后，两端正向负序功率元件2KW和

35、电流元件KAN立即返回。正向动作回路经3KT延时返回。负序电流闭锁回路经4KT延时返回。保护恢复到再次动作状态. 4手动操作发出高频信号 手动操作发出高频信号时，按下按钮SB，经或门l、记忆元件1KT、禁止门3，使发信机发信，以检查通道是否完好。若在手动发信同时，发生内部故障，则正向负序功率方向冗件2KW启动，闭锁禁止门3，停止发信。由于电流元件KAN启动，保护能动作于跳闸、即不会因检查通道而影响保护正常工作。 5短路功率换向时 在图815所示网络中，在线路WL1保护的相继动作区内K点发生短路时，在断路1QF断开前，通过线路WL2的功率方向从N端指向M端，如图85实线方向所示。线路WL2的M端

36、保护的反向功率方向元件启动发信。N端保护的正向功率方向元件启f揣揭发：留激器咒出：之它器温揣：晶飞；动，佃受到M端送来的高频闭锁信号，保护不会动作。出于K点处于线路1W的相继动作区，故1Qr光断开*19L断开后通过线路2Wl的功率换向为从M端流向N端*如图小虚线方向所示；如果功率换向的，功率正力向端(N)的正向功率方向死什返回N间人1功率换向后功率正入向端(M)正向功率方向元件的动作时间、则功率换向后v特使闭锁何号中断，纹路2wLrJ u端收不到闭锁信号，误动作跳开3QFo因此，必须保证止向功中方向元件的动作时间小于反向功率方向元件的返四时间。这样，半短路功率换向时，两端信号才能相互衔接*不出

37、现中断，保证保护不误动作。 4. 距离纵联保护 构成原理与方向比较式纵联保护相似，只是用阻抗元件替代功率方向元件。它较方向比较式纵联保护的优点在于：当故障发生在保护段范围内时相应的方向阻抗元件才启动，当故障发生在距离保护段以外时相应的方向阻抗元件不启动，减少了方向元件的启动次数从而提高了保护的可靠性。一般高压线路配备距离保护作为后备保护，距离保护的段作为方向元件，简化了纵联保护（主保护），但也带来了后备保护检修时主保护被迫停运的不足。第四节高频闭锁距离保护 高频闭锁方向保护只能作为本线路的全线快速保护不能作为变电站母线和下一级线路的后备保护，为了作为相邻线路的后备保护，可以在距离保护上加设高频

38、部分，构成高频闭锁距离保护。距离保护所用的元件，如启动元件和方向阻抗测量元件在高频闭锁方向保护中同样需要，因此，可以共用这些元件将高频闭锁方向保护和距离保护组合在一起。通常借用距离保护(或零序保护)的启动元件和方向阻抗测量元件，另外加设高频收发信机和高频闭锁装置(由接口继电器、逻辑回路及出口继电器回路组成)，构成高频闭锁距离(或高频闭锁零序)保护装置。这样，高频闭锁距离保护装置既能在内部故障时快速地切除被保护范围内的任一点故障，又能在外部故障时，作为下一级线路和变电姑母线的后备保护。它兼有两种保护的优点，是广泛采用的一种主保护之一。 一、高频闭锁距离保护的工作原理 高频闭锁距离保护主要由启动元

39、件、距离元件和高频收发信机等构成。示为短时发信，单频率高频闭锁距离保护的原理框图。 (1)启动元件。启动元件的主要作用是在故障时启动发信机。它由距离保护本身的启动元件兼任，在二段式距离保护中，通常采用负序电流元件，负序电压元件作启动元件，而在三段式距离保护中，则采用第三段距离元件作启动元件，启动元件一般是无方向性的。在图818中，采用负序电流元件启动。 借用距离保护借用距离保护(或零序保护或零序保护)的启动元件的启动元件和方向阻抗测量元件控制收、发信机发出高和方向阻抗测量元件控制收、发信机发出高频闭锁信号，闭锁两侧保护的原理构成的高频闭锁信号，闭锁两侧保护的原理构成的高频保护称为高频闭锁距离保

40、护。启动元件和频保护称为高频闭锁距离保护。启动元件和方向阻抗测量元件另外加设高频收发信机和方向阻抗测量元件另外加设高频收发信机和高频闭锁装置高频闭锁装置(由接口继电器、逻辑回路及出由接口继电器、逻辑回路及出口继电器回路组成口继电器回路组成)，构成高频闭锁距离，构成高频闭锁距离(或或高频闭锁零序高频闭锁零序)保护装置。保护装置。这样，高频闭锁距离保护装置既能在内部故这样，高频闭锁距离保护装置既能在内部故障时快速地切除被保护范围内的任一点故障，障时快速地切除被保护范围内的任一点故障，又能在外部故障时，作为下一级线路和变电又能在外部故障时，作为下一级线路和变电姑母线的后备保护。它兼有两种保护的优点，

41、姑母线的后备保护。它兼有两种保护的优点，是广泛采用的一种主保护之一是广泛采用的一种主保护之一一、高频闭锁距离保护的工作原理一、高频闭锁距离保护的工作原理 高频闭锁距离保护主要由启动元件、距离高频闭锁距离保护主要由启动元件、距离元件和高频收发信机等构成。图元件和高频收发信机等构成。图8-18所所示为短时发信，单频率高频闭锁距离保护示为短时发信，单频率高频闭锁距离保护的原理框图。的原理框图。 (1)启动元件。启动元件的主要作用是在故启动元件。启动元件的主要作用是在故障时启动发信机。它由距离保护本身的启动障时启动发信机。它由距离保护本身的启动元件兼任，在二段式距离保护中，通常采用元件兼任，在二段式距

42、离保护中，通常采用负序电流元件，负序电压元件作启动元件，负序电流元件，负序电压元件作启动元件，而在三段式距离保护中，则采用第三段距离而在三段式距离保护中，则采用第三段距离元件作启动元件，启动元件一般是无方向性元件作启动元件，启动元件一般是无方向性的。在图的。在图818中，采用负序电流元件启动。中，采用负序电流元件启动。 (2)距离元件。距离元件的作用是判断故障方向，距离元件。距离元件的作用是判断故障方向，以控制发信机是否停止发信。因此距离元件必以控制发信机是否停止发信。因此距离元件必须具有方向性，并能保护线路的全长。通常采用须具有方向性，并能保护线路的全长。通常采用第第2段距离元件作为高频闭锁

43、距离保护的距离元件。段距离元件作为高频闭锁距离保护的距离元件。在距离保护中，通常采用一个距离继电器，通过在距离保护中，通常采用一个距离继电器，通过切换方式来作为保护的第切换方式来作为保护的第2段。当高频部分退出工段。当高频部分退出工作时，应将距离元件切换到第作时，应将距离元件切换到第1段，恢复距离保护段，恢复距离保护第第1 段正常工作。段正常工作。 (3)高频收发信机。高频收发信机同高频闭锁方高频收发信机。高频收发信机同高频闭锁方向保护相同。向保护相同。 图图818中只画出与高频保护有关部分。图中为距中只画出与高频保护有关部分。图中为距离保护简化的两段式距离保护装置。离保护简化的两段式距离保护

44、装置。I、 I I段距段距离保护的测量元件离保护的测量元件Z1、Z2合用一组阻抗继电器合用一组阻抗继电器KR，由切换继电器由切换继电器KCW实现切换。负序电流元件实现切换。负序电流元件KCW既是振荡闭锁回路的启动元件，也是当距离保护既是振荡闭锁回路的启动元件，也是当距离保护独立工作时距离保护的启动元件。它的作用是定独立工作时距离保护的启动元件。它的作用是定时时(由由4KT提供延时提供延时)启动切换继电器启动切换继电器KCW与闭锁与闭锁瞬时动作于跳闸回路。瞬时动作于跳闸回路。 当三个连接片当三个连接片1XB、2XB和和3XB均在上方位置均在上方位置时时(818中位置中位置)，保护按高频闭锁距离保

45、护方式，保护按高频闭锁距离保护方式工作，此时通过工作，此时通过3XB，经，经KCW将阻抗继电器切换将阻抗继电器切换在第在第2段。当三个连接片段。当三个连接片1XB、2XB和和3XB均下方位置时，保护按距离保护方式均下方位置时，保护按距离保护方式独立工作。独立工作。 1内部故障时内部故障时 当被保护线路内部发生短路故障时、两端负序当被保护线路内部发生短路故障时、两端负序电流元件电流元件KAN启动。一路经时间元件启动。一路经时间元件2KT及禁止及禁止门门6启动发信机向对端保护发出高频闭锁信号，另启动发信机向对端保护发出高频闭锁信号，另一路经禁止门一路经禁止门5、4或门或门2为与门为与门1动作准备条

46、件。动作准备条件。与此同时，阻抗继电器与此同时，阻抗继电器KR(动作后与门动作后与门1开放，一开放，一方面准备发保护跳闸信号，另一方面闭锁禁止门方面准备发保护跳闸信号，另一方面闭锁禁止门6，使本端发信机停止发信。同样对端阻抗测量元使本端发信机停止发信。同样对端阻抗测量元件件Z也动作，使对端也停止发信。于是收信机收不也动作，使对端也停止发信。于是收信机收不到闭锁信号，禁止门到闭锁信号，禁止门8开放，经或门开放，经或门3保护瞬时动保护瞬时动作于跳闸。时间元件作于跳闸。时间元件2KT延时延时t27s：返回，即高：返回，即高频信号只允许发频信号只允许发7s时间。时间。2外部故障时外部故障时 当故障点发

47、生在本端阻抗继电器当故障点发生在本端阻抗继电器Z保护范围以保护范围以外时，两端的负序电流元件均动作，分别启动发外时，两端的负序电流元件均动作，分别启动发信机，发出高频闭锁信号。两端阻抗继电器信机，发出高频闭锁信号。两端阻抗继电器Z均均不动作，与门不动作，与门I、禁止门、禁止门8均不开放，保护装置不均不开放，保护装置不会误动作。会误动作。 当故障点发生在本端阻抗继电器当故障点发生在本端阻抗继电器Z 保护范围内保护范围内时，两端负序电流元件时，两端负序电流元件KAN均动作，分别启动均动作，分别启动该发信机发出高频信号，并开放振荡闭锁回路，该发信机发出高频信号，并开放振荡闭锁回路，本端阻抗继电器本端

48、阻抗继电器Z也动作，与门也动作，与门1开放，准备跳开放，准备跳闸和通过禁止门闸和通过禁止门6停止本端发信机停止本端发信机.但对端阻抗继但对端阻抗继电器电器Z不动作，对端发信机继续发出高频信号，不动作，对端发信机继续发出高频信号，所以本端禁止门所以本端禁止门8被闭锁，两端断路器不会误跳被闭锁，两端断路器不会误跳问。问。4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换 输电线路纵联保护的工作需要两端信息，两端保护要通过通信设备和通信通道快速地进行信息传递。随着信道设备和通信技术的发展，继电保护交换两端信息的设备和技术也在发展、变化，输电线路保护目前常用的通信方式分有：导引线通信、电力线载波通信、微波通信、光

49、纤通信等。4. 2.1 导引线通信 利用敷设在输电线路两端变电所之间的二次电缆传递被保护线路各侧信息的通信方式称之为导引线通信，以导引线为通道的纵联保护称为导引线纵联保护。导引线纵联保护常采用电流差动原理，可分为环流式和均压式两种，如图4.5所示。第五节第五节 电流相差高频保护电流相差高频保护 一、相差高频保护的基本工作原理一、相差高频保护的基本工作原理 1。电流相差差动高频保护是根据直接比较线。电流相差差动高频保护是根据直接比较线路两端电流相位而确定保护是否动作的原理路两端电流相位而确定保护是否动作的原理构成的。构成的。2。如图。如图8-19所示假设线路两端电势同相位，所示假设线路两端电势同

50、相位，系统中各元件阻抗角相同。假定电流正方向系统中各元件阻抗角相同。假定电流正方向是从母线流向线路，则电流从线路流向母线是从母线流向线路，则电流从线路流向母线则为负。因此，装于线路两端的电流互感器则为负。因此，装于线路两端的电流互感器极性如图极性如图819(a)所示。所示。3。分析。分析 其基本工作原理在于比较被保护线路两端其基本工作原理在于比较被保护线路两端短路电流的相位。短路电流的相位。 相差高频保护在线路两侧电流相位差为相差高频保护在线路两侧电流相位差为零度或接近零度，应判断为内部故障，发零度或接近零度，应判断为内部故障，发出动作信号，保护瞬时动作跳闸切除故障。出动作信号，保护瞬时动作跳

51、闸切除故障。在线路两侧电流相位差为在线路两侧电流相位差为180度或接近度或接近180度时，应判断为外部故障，保护可靠不动度时，应判断为外部故障，保护可靠不动作。作。 为了实现线路两端电流相位比较，必须为了实现线路两端电流相位比较，必须把线路对端电流用高频信号传送到本端并保把线路对端电流用高频信号传送到本端并保持原工频电流的相位，与本端高频电流直接持原工频电流的相位，与本端高频电流直接比较，构成比相系统，由比相系统给出比较比较，构成比相系统，由比相系统给出比较结果。结果。 我国一般采用高频通道经常无电流而在外我国一般采用高频通道经常无电流而在外部故障时发出闭锁信号的方式构成故障时发部故障时发出闭

52、锁信号的方式构成故障时发信单频调幅制相差高频保护。在线路故障时，信单频调幅制相差高频保护。在线路故障时，启动元件启动发信机发信，在短路电流正半启动元件启动发信机发信，在短路电流正半周时，由操作元件控制发信机发出高频信号，周时，由操作元件控制发信机发出高频信号，而在负半周时则不发出高频信导，如此不断而在负半周时则不发出高频信导，如此不断交替进行。交替进行。 当当被保护线路内部发生故障时，由于两端电流相被保护线路内部发生故障时，由于两端电流相位相同，两端电流相位差位相同，两端电流相位差 ，两端发信机在，两端发信机在工频电流正半周时同时发出高频信号，在工频负工频电流正半周时同时发出高频信号，在工频负

53、半周时同时停信，两端收信机收到的高频信号具半周时同时停信，两端收信机收到的高频信号具有有180度的间断角如图度的间断角如图820(a)所示。间断角大所示。间断角大于比相元件整定的动作角，使保护动作于跳闸。于比相元件整定的动作角，使保护动作于跳闸。 当被保护线路外部故障时，如图当被保护线路外部故障时，如图820(b)所示，所示，两端电流相位差为两端电流相位差为 。则线路两端发信机交替。则线路两端发信机交替工作，工作，M端发信时，端发信时，N端停信；端停信；M端停信时，端停信时，N端端发信。两端收信机收到的高频信号是连续的，间发信。两端收信机收到的高频信号是连续的，间断角断角 显然间断角小于比相元

54、件的动作角。显然间断角小于比相元件的动作角。因此，保护不动作因此，保护不动作000180018000二、相差高频保护的构成二、相差高频保护的构成 相差高频保护装置主要由高频收、发信机、相差高频保护装置主要由高频收、发信机、操作元件、启动元件和比相元件等构成。操作元件、启动元件和比相元件等构成。 操作元件的作用是将输电线路中操作元件的作用是将输电线路中50Hz工频工频电流转变成电流转变成50Hz的方波电流，对发信机中高的方波电流，对发信机中高频电流进行调制频电流进行调制(继电保护中称为操作继电保护中称为操作)，此，此工频方波电流称为操作电流。工频方波电流称为操作电流。 对操作电流的要求是对操作电

55、流的要求是 由图由图8-21，可见负序电流同相位，与两端电，可见负序电流同相位，与两端电动势的相位差无关，动势的相位差无关，为了使内部发生不对称短路时，两端的操作为了使内部发生不对称短路时，两端的操作电流接近于同相、且保证线路内部任何电流接近于同相、且保证线路内部任何处处发生各种类型短路时，都有发生各种类型短路时，都有 不等于不等于0 ，则则K值通常取值通常取68。 在在 为正半周时，允许发高频信号，为正半周时，允许发高频信号，在负半周时，不允许发高频信号。在负半周时，不允许发高频信号。三、三、启动元件启动元件 相差高频保护的启动元件有以下作用：相差高频保护的启动元件有以下作用： (1)正常情

56、况下，禁止发信机发信，将保护闭锁。正常情况下，禁止发信机发信，将保护闭锁。 (2)系统故障时，启动发信机发信，并开放比相系统故障时，启动发信机发信，并开放比相元件。元件。 (3)空载投入线路时，防止电容充电电流使保护空载投入线路时，防止电容充电电流使保护误动作。启动元件应能反应各种短路故障并具有误动作。启动元件应能反应各种短路故障并具有足够的灵敏性。足够的灵敏性。采用负序电流元件反映不对称短采用负序电流元件反映不对称短路故障，负序电流元件具有接线简单、灵敏性高，路故障，负序电流元件具有接线简单、灵敏性高，不反应系统振荡等优点。采用接于一相电流的相不反应系统振荡等优点。采用接于一相电流的相电流元

57、件反应对称短路故障，当相电流元件灵敏电流元件反应对称短路故障，当相电流元件灵敏性不够时，可采用阻抗元件。性不够时，可采用阻抗元件。 (一一)对比相元件的基本要求对比相元件的基本要求 对比相元件的要求是：外部对比相元件的要求是：外部故障时可靠不动作，而内部故故障时可靠不动作，而内部故障时应灵敏动作。这个要求的障时应灵敏动作。这个要求的两个方向是矛盾的，一般要先两个方向是矛盾的，一般要先满足外部故障时可靠不动作、满足外部故障时可靠不动作、再满足内部故障的灵敏性动作再满足内部故障的灵敏性动作要求。要求。 为了保证外部故障时比相元为了保证外部故障时比相元件不动作，必须使外部故障时件不动作，必须使外部故

58、障时两端操作电流相位差满足下式两端操作电流相位差满足下式要求，要求，即即保证内部故障时，比相元件保证内部故障时，比相元件的动作条件为的动作条件为比相元件闭锁角动作范围如图比相元件闭锁角动作范围如图823所示。所示。以以M端电流为基准，若端电流为基准，若N端电流落在阴影端电流落在阴影区内，区内，比相元件比相元件不动作：若落在阴影区外，不动作：若落在阴影区外，则有比相元件动作。阴影区为闭锁区，无则有比相元件动作。阴影区为闭锁区，无阴影区部分为比相元件的动作区。阴影区部分为比相元件的动作区。比相元件的作用：比较两端操作电流的相位，以比相元件的作用：比较两端操作电流的相位，以判断是内部故障。外部故障时

59、可靠不动作，而内判断是内部故障。外部故障时可靠不动作，而内部故障时应灵敏动作。部故障时应灵敏动作。闭锁角由下列因素决定：闭锁角由下列因素决定： (1)两端电流互感器的误差两端电流互感器的误差。线路外部故障时，即使两端。线路外部故障时，即使两端一次电流相位差为一次电流相位差为180度，则两端电流互感器二次侧电流度，则两端电流互感器二次侧电流相位差也并非相位差也并非180度。因为电流互感器按度。因为电流互感器按10误差曲线误差曲线选择，其角度误差不大于选择，其角度误差不大于7度电角。一般取度电角。一般取TA的相位误差的相位误差角为角为7度。度。(2)两端操作元件角度误差两端操作元件角度误差，一般取

60、，一般取15度。度。(3)高频电流从线路一端传送到另一端所需延时决定相定高频电流从线路一端传送到另一端所需延时决定相定相角差，一般取相角差，一般取(4)考虑未计及误差等因素，取一个裕度角，一般取考虑未计及误差等因素，取一个裕度角，一般取15度。度。根据以上因素，取外部故障时线路两端高频信导最大相角根据以上因素，取外部故障时线路两端高频信导最大相角差为闭锁角差为闭锁角障时，保护灵敏动作，按虽不利条件进行相应的校验判断。障时，保护灵敏动作，按虽不利条件进行相应的校验判断。 (二二)比相元件构成原理比相元件构成原理 1时间积分比相元件：时间积分比相元件： 图图824所示为按时间积分原理构成的比所示为