继电保护高频保护

1、7.4 高频保护的基本原理高频保护的基本原理解决办法解决办法： 在高压输电线路上，要求无延时地切除被保护线路内部的故障。此时电在高压输电线路上，要求无延时地切除被保护线路内部的故障。此时电流保护和距离保护都不能满足要求。纵联差动保护可以实现全线速动。但其流保护和距离保护都不能满足要求。纵联差动保护可以实现全线速动。但其需敷设与被保护线路等长的辅助导线，这在经济上、技术上都难以实现。需敷设与被保护线路等长的辅助导线，这在经济上、技术上都难以实现。 是利用现代通讯中的高频通讯技术。用高频载波代替辅助导线，传送线是利用现代通讯中的高频通讯技术。用高频载波代替辅助导线，传送线路两侧电信号，所以高频保护

2、的原理是反应被保护线路首末两端电流的差或功路两侧电信号，所以高频保护的原理是反应被保护线路首末两端电流的差或功率方向信号，用高频载波将信号传输到对侧加以比较而决定保护是否动作。率方向信号，用高频载波将信号传输到对侧加以比较而决定保护是否动作。采用高频保护采用高频保护 高频保护与线路的纵联差动保护类似，正常运行及区外故障时，保护不高频保护与线路的纵联差动保护类似，正常运行及区外故障时，保护不动，区内故障全线速动。目前，高频保护是动，区内故障全线速动。目前，高频保护是220KV及以上电压级复杂电网的及以上电压级复杂电网的主保护方式。在主保护方式。在110220KV输电线路上高频保护的动作时间为输电

3、线路上高频保护的动作时间为50毫秒左右，毫秒左右，在在330千伏及以上的输电线路上动作时间在千伏及以上的输电线路上动作时间在40毫秒以下。毫秒以下。7.4 高频保护的基本原理高频保护的基本原理高频保护的构成高频保护的构成 高频保护由继电部分和通信部分构成。高频保护由继电部分和通信部分构成。 通讯部分由收发信机和通道组成。通讯部分由收发信机和通道组成。构成高频保护的方框图如下图所示。构成高频保护的方框图如下图所示。继继电电部部分分发信机发信机发信机发信机继继电电部部分分MN收信机收信机收信机收信机通信部分通信部分通道通道高频保护结构方框图高频保护结构方框图 继电部分根据被反应的工频电气量性质的高

4、频信号（这高频信号通过通继电部分根据被反应的工频电气量性质的高频信号（这高频信号通过通道，从线路一端传送到另一端，对端收信机收到高频信号后，将该高频信号道，从线路一端传送到另一端，对端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），决定保护装置是还原成继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。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，其通否动作。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，其通道也称为载波通道。道也称为载波通道。互感器、采互感器、采样样A/D转换转换跳闸线圈跳闸线圈互感器、采互感器、采样样A/

5、D转换转换跳闸线圈跳闸线圈单单片片机机单单片片机机7.5 高频通道及高频信号类型高频通道及高频信号类型 继电保护高频通道有三种，电力载波通道；微波通道及光纤通道。继电保护高频通道有三种，电力载波通道；微波通道及光纤通道。1、高频通道的构成、高频通道的构成 通道载波频率在通道载波频率在50300kHz，f300kHz时，高频能量损耗大大增加。时，高频能量损耗大大增加。 高频收发信机与输电线路连接方式有两种，一种是将收信机连接在一相高频收发信机与输电线路连接方式有两种，一种是将收信机连接在一相导线与大地之间，称为导线与大地之间，称为“相相-地地”制高频通道；另一种是将收信机连接在两相制高频通道；另

6、一种是将收信机连接在两相导线之间，称为导线之间，称为“相相相相”制高频通道。制高频通道。“相相地地”制高频通道制高频通道 目前应用比较广泛的载波目前应用比较广泛的载波通道是通道是“导线一大地导线一大地”制。制。 1、高频通道的构成、高频通道的构成2、“相相地地”制高频通道的主要设备制高频通道的主要设备（1）输电线路输电线路 利用三相输电线路传送高频电流信号。利用三相输电线路传送高频电流信号。高频阻波器高频阻波器是由电感线圈和可调电容组成并联谐振电路，当通过载波频率是由电感线圈和可调电容组成并联谐振电路，当通过载波频率时，它所呈现的阻抗最大时，它所呈现的阻抗最大(约约1K)，将高频电流限制在两侧

7、阻波器内。对工频电，将高频电流限制在两侧阻波器内。对工频电流而言，阻抗较小流而言，阻抗较小(约约0.4)，可畅通无阻，不影响输电线路正常传输。，可畅通无阻，不影响输电线路正常传输。2、“相相地地”制高频通道的主要设备制高频通道的主要设备（2） 高频阻波器高频阻波器（3）结合电容器（耦合电容器）结合电容器（耦合电容器） 它是一个高压电容器，电容很小，对工频电压呈现很大的阻抗，它是一个高压电容器，电容很小，对工频电压呈现很大的阻抗，对高频对高频电流则阻抗很小，电流则阻抗很小，使收发信机与高压输电线路绝缘，载频信号顺利通过。使收发信机与高压输电线路绝缘，载频信号顺利通过。 结合电容器与结合电容器与连

8、接滤波器组成带连接滤波器组成带通滤波器，对载频通滤波器，对载频进行滤波。进行滤波。（4）连接滤波器连接滤波器 是一个可调节的空心变是一个可调节的空心变压器，与结合电容器共同组压器，与结合电容器共同组成带通滤波器，连接滤波器成带通滤波器，连接滤波器起着阻抗匹配的作用，并减起着阻抗匹配的作用，并减少高频信号的损耗，增加输少高频信号的损耗，增加输出功率。出功率。 HzLCf50210 LC并联谐振频率：并联谐振频率：LC串联谐振频率：高频信号串联谐振频率：高频信号组合电容器组合电容器连连接接滤滤波波器器用来连接户内的收发信机和装在户外的连接滤波器。为屏蔽干扰用来连接户内的收发信机和装在户外的连接滤波

9、器。为屏蔽干扰信号，减少高频损耗，采用单芯同轴电缆，其波阻抗为信号，减少高频损耗，采用单芯同轴电缆，其波阻抗为100100。2、“相相地地”制高频通道的主要设备制高频通道的主要设备（5） 高频电缆高频电缆（6）保护间隙保护间隙保护间隙是高频通道的辅助设备。用它来保护高频电缆保护间隙是高频通道的辅助设备。用它来保护高频电缆和高频收发信机免遭过电压的袭击。和高频收发信机免遭过电压的袭击。（7）接地接地隔离开关隔离开关 接地开关接地开关也是高频通道也是高频通道的辅助设备。的辅助设备。在调整或检修在调整或检修高频收发信机高频收发信机和连接滤波器和连接滤波器时，用它来进时，用它来进行安全接地，行安全接地

10、，以保证人身和以保证人身和设备的安全。设备的安全。 高频收发信机的作用是发送和接收高频信号。发信机部分是由继电保高频收发信机的作用是发送和接收高频信号。发信机部分是由继电保护来控制。高频收信机接收到由本端和对端所发送的高频信号。经过比较护来控制。高频收信机接收到由本端和对端所发送的高频信号。经过比较判断之后，再动作于跳闸或将它闭锁。判断之后，再动作于跳闸或将它闭锁。（8）高频收、发信机高频收、发信机2、“相相地地”制高频通道的主要设备制高频通道的主要设备高频通道的工作方式分成三种，高频通道的工作方式分成三种，故障发信方式故障发信方式、长期发信方式和移频方式三种工作方式。长期发信方式和移频方式三

11、种工作方式。1、故障发信方式、故障发信方式2、长期发信方式、长期发信方式只在系统故障只在系统故障时发信机启动发信，时发信机启动发信，通道中才有高频电通道中才有高频电流通过。流通过。正常时通道有高正常时通道有高频电流通过，优点是频电流通过，优点是通道的工作状态可以通道的工作状态可以监视，可靠性高，无监视，可靠性高，无需发信启动元件。需发信启动元件。只在系统故障时发信机启动发信，通道中才有高频只在系统故障时发信机启动发信，通道中才有高频电流通过。故称为电流通过。故称为“故障发信方式故障发信方式”。这种方式应用广泛。这种方式应用广泛。1、故障发信方式、故障发信方式2、长期发信方式、长期发信方式3、移

12、频方式、移频方式正常时通道有高频电流通过，称为正常时通道有高频电流通过，称为“长期发信方式长期发信方式”。优。优点是通道的工作状态可以监视，可靠性高，无需发信启动元件。点是通道的工作状态可以监视，可靠性高，无需发信启动元件。l在这两种工作方式中，按传送的信号性质，又可以分为传送闭锁信号、在这两种工作方式中，按传送的信号性质，又可以分为传送闭锁信号、允许信号和跳闸信号三种类型。允许信号和跳闸信号三种类型。在正常运行在正常运行时，发信机发出频时，发信机发出频率为率为f1的高频电流，的高频电流，用于监视通道及闭用于监视通道及闭锁高频保护。当线锁高频保护。当线路发生故障，保护路发生故障，保护停止发出停

13、止发出f1；改发；改发频率频率f2 的高频电的高频电流。流。是阻止保护动作跳闸的信号。收不到这种信号是高频保是阻止保护动作跳闸的信号。收不到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件。护动作跳闸的必要条件。是是允许保护动作于跳闸的信号。收到这种信号是高频保允许保护动作于跳闸的信号。收到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件护动作跳闸的必要条件。1、闭锁信号：、闭锁信号：2 2、允许信号：、允许信号： 高频信号作用是当线路内部故障时，将保护开放，允许保护跳闸；当线高频信号作用是当线路内部故障时，将保护开放，允许保护跳闸；当线路外部故障，把保护闭锁。路外部故障，把保护闭锁。 按高频信号的作用可以分为闭锁信

14、号、允许信号及跳闸信号。按高频信号的作用可以分为闭锁信号、允许信号及跳闸信号。3、跳闸信号、跳闸信号是直接引起跳闸的信号。收到这种信号是保护动作于跳是直接引起跳闸的信号。收到这种信号是保护动作于跳闸充分而必要条件。闸充分而必要条件。保护动作保护动作0无闭锁信号无闭锁信号11111111有闭锁信号有闭锁信号00PR:保护元件动作信号保护元件动作信号7.6 方向高频保护方向高频保护 高频闭锁方向保护是通过高频通道间接比较被保护线路两侧的功率方向，高频闭锁方向保护是通过高频通道间接比较被保护线路两侧的功率方向，以判别是被保护范围内部故障还是外部故障。以判别是被保护范围内部故障还是外部故障。 高频闭锁

15、方向保护是通过高频通道间接比较被保护线路两端的功率方向，以高频闭锁方向保护是通过高频通道间接比较被保护线路两端的功率方向，以判断是被保护范围内部故障还是外部故障。保护采用故障时发信方式，并规定线判断是被保护范围内部故障还是外部故障。保护采用故障时发信方式，并规定线路两端功率从母线流向线路时为正方向，由线路流向母线为负方向。路两端功率从母线流向线路时为正方向，由线路流向母线为负方向。 当系统发生故障时，若功率方向为正，则高频发信机不发信，若功率方向当系统发生故障时，若功率方向为正，则高频发信机不发信，若功率方向为负，则发信机发信。如图为负，则发信机发信。如图7-127-12所示所示 在被保护线路

16、两端都装有功率方向元件。当线路在被保护线路两端都装有功率方向元件。当线路BCBC的的K K点发生短路时，靠近点发生短路时，靠近故障点的一端保护故障点的一端保护2 2和和5 5功率为负，所以保护功率为负，所以保护2 2和和5 5应发出高频闭锁信号，通过高频应发出高频闭锁信号，通过高频通道送到线路对端保护通道送到线路对端保护1 1和和6 6，虽然对端，虽然对端1 1和和6 6功率方向为正，但收到对端发来的高功率方向为正，但收到对端发来的高频闭锁信号，故这一端保护频闭锁信号，故这一端保护1 1和和6 6也不会动作。对于故障线路也不会动作。对于故障线路BCBC两端保护两端保护3 3和和4 4处功处功率

17、方向都是从母线流向线路，功率方向为正，两端保护率方向都是从母线流向线路，功率方向为正，两端保护3 3和和4 4都不发闭锁信号，故都不发闭锁信号，故两端高频收信机都收不到高频闭锁信号，断路器两端高频收信机都收不到高频闭锁信号，断路器3QF3QF和和4QF4QF无延时跳闸。无延时跳闸。1、方向元件起动的高频闭锁方向保护、方向元件起动的高频闭锁方向保护 高频闭锁方向保护的基本构成如下图所示。线路两端保护结构相同，图中为高频闭锁方向保护的基本构成如下图所示。线路两端保护结构相同，图中为一侧（半套）的保护装置，功率方向元件一侧（半套）的保护装置，功率方向元件1KW为反向元件、反向故障时动作，为反向元件、

18、反向故障时动作，起动发信机；起动发信机； 2KW为正向元件、正向故障时动作，准备跳闸。为正向元件、正向故障时动作，准备跳闸。对侧无对侧无 闭锁信号闭锁信号0动作动作元件元件时间时间元件元件收发收发信机信机瞬时动作瞬时动作延时返回延时返回延时动作延时动作瞬时返回瞬时返回准备跳闸准备跳闸（1）双侧电源，内部故障时：）双侧电源，内部故障时：10100双侧双侧2KW动作，动作，1QF和和2QF跳闸跳闸故障发信方式故障发信方式1QF1111、方向元件起动的高频闭锁方向保护、方向元件起动的高频闭锁方向保护 高频闭锁方向保护的基本构成如下图所示。线路两端保护结构相同，图中为高频闭锁方向保护的基本构成如下图所

19、示。线路两端保护结构相同，图中为一侧（半套）的保护装置，功率方向元件一侧（半套）的保护装置，功率方向元件1KW为反向元件、反向故障时动作，为反向元件、反向故障时动作，起动发信机；起动发信机； 2KW为正向元件、正向故障时动作，准备跳闸。为正向元件、正向故障时动作，准备跳闸。对侧无对侧无 闭锁信号闭锁信号动作动作元件元件时间时间元件元件收发收发信机信机瞬时动作瞬时动作延时返回延时返回延时动作延时动作瞬时返回瞬时返回（2）线路外部故障时：）线路外部故障时：10011N侧侧2KW不动不动作作2QF不跳闸不跳闸N侧侧1N侧侧1000向向M侧发侧发 闭锁信号闭锁信号01QF1、方向元件起动的高频闭锁方向

20、保护、方向元件起动的高频闭锁方向保护 高频闭锁方向保护的基本构成如下图所示。线路两端保护结构相同，图中为高频闭锁方向保护的基本构成如下图所示。线路两端保护结构相同，图中为一侧（半套）的保护装置，功率方向元件一侧（半套）的保护装置，功率方向元件1KW为反向元件、反向故障时动作，为反向元件、反向故障时动作，起动发信机；起动发信机； 2KW为正向元件、正向故障时动作，准备跳闸。为正向元件、正向故障时动作，准备跳闸。对侧有对侧有 闭锁信号闭锁信号0动作动作元件元件时间时间元件元件收发收发信机信机瞬时动作瞬时动作延时返回延时返回延时动作延时动作瞬时返回瞬时返回（2）线路外部故障时：）线路外部故障时：01

21、100N侧侧2KW不动不动作作2QF不跳闸不跳闸M侧侧0M侧侧0111无向无向N侧发侧发闭锁信号闭锁信号0M侧收到闭锁信侧收到闭锁信号，号，1QF不跳闸不跳闸Z3,3-41QF2、非方向元件起动的高频闭锁方向保护、非方向元件起动的高频闭锁方向保护非方向性非方向性起动元件起动元件时间时间元件元件瞬时动作瞬时动作延时返回延时返回延时动作延时动作瞬时瞬时返回返回收发收发信机信机故障发故障发信方式信方式KW为正向元件为正向元件（1）线路外部故障时：）线路外部故障时：KN侧侧111N侧侧00110102QF不跳闸不跳闸向向M侧发出侧发出 闭锁信号闭锁信号KW为正向元件为正向元件M侧无发来侧无发来闭锁信号

22、闭锁信号0102、非方向元件起动的高频闭锁方向保护、非方向元件起动的高频闭锁方向保护非方向性非方向性起动元件起动元件时间时间元件元件瞬时动作瞬时动作延时返回延时返回延时动作延时动作瞬时瞬时返回返回收发收发信机信机故障发故障发信方式信方式KW为正向元件为正向元件（1）线路外部故障时：）线路外部故障时：KM侧侧111M侧侧11001012QF不跳闸不跳闸N侧发来侧发来 闭锁信号闭锁信号KW为正向元件为正向元件准备跳闸准备跳闸1001QF不跳闸不跳闸向向N侧停发侧停发 闭锁信号闭锁信号2、非方向元件起动的高频闭锁方向保护、非方向元件起动的高频闭锁方向保护非方向性非方向性起动元件起动元件时间时间元件元

23、件瞬时动作瞬时动作延时返回延时返回延时动作延时动作瞬时瞬时返回返回收发收发信机信机故障发故障发信方式信方式KW为正向元件为正向元件（2）双侧电源，内部故障时：）双侧电源，内部故障时：K双侧双侧1双侧双侧11001011QF跳闸跳闸准备跳闸准备跳闸对侧无对侧无 闭锁信号闭锁信号0112QF跳闸跳闸KW为正向元件为正向元件7.7 相差高频保护相差高频保护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，发信单频调幅制相差高频保护。在线路故障时，启动元件

24、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，而在负半周时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，而在负半周时则不发出高频信号，如此不断交替进行。则不发出高频信号，如此不断交替进行。图图8-20 8-20 相差高频保护工作示意图（相差高频保护工作示意图（a a）内部故障时；（）内部故障时；（b b）外部故障时）外部故障时 当被保护线路内部发生故障时，由于两端电流相位相同，两端电流相位差当被保护线路内部发生故障时，由于两端电流相位相同，两端电流相位差为零，两端发信机在工频电流正半周时同时发出高频信号，在工频负半周时为零，两端发信机在工频电流正半周时同时发出高

25、频信号，在工频负半周时同时停信，两端收信机收到的高频信号具有同时停信，两端收信机收到的高频信号具有180180的间断角，如图的间断角，如图8-208-20（a a）所示。间断角大于比相元件整定的动作角，使保护动作与跳闸。所示。间断角大于比相元件整定的动作角，使保护动作与跳闸。第五节第五节 电流相差高频保护电流相差高频保护 采用高频通道经常无电流，而在外部故障时发出闭锁信号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信单频调幅制相差高频保护。在线路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，启动元件启动发信机发信，在短路电流正半周时，故障时，启动元件启动发信

26、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，而在负半周时则不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号，如此不断交替进行。发出高频信号，如此不断交替进行。图图8-20 8-20 相差高频保护工作示意图（相差高频保护工作示意图（a a）内部故障时；（）内部故障时；（b b）外部故障时外部故障时 当被保护线路内部发生故障时，由于两端电流相位相同，当被保护线路内部发生故障时，由于两端电流相位相同，两端电流相位差为零，两端发信机在工频电流正半周时同两端电流相位差为零，两端发信机在工频电流正半周时同时发出高频信号，在工频负半周时同时停信，两端收信机时发出高频信号，在

27、工频负半周时同时停信，两端收信机收到的高频信号具有收到的高频信号具有180180的间断角，如图的间断角，如图8-208-20（a a）所）所示。间断角大于比相元件整定的动作角，使保护动作与跳示。间断角大于比相元件整定的动作角，使保护动作与跳闸。闸。实际上，当短路电流为正实际上，当短路电流为正半周，高频发信机发出信号；半周，高频发信机发出信号；而在负半周，高频发信机不发而在负半周，高频发信机不发出信号。出信号。两端收信机收到的高两端收信机收到的高频信号具有频信号具有180180的间断角，如的间断角，如图图8-208-20（a a）所示。间断角大于）所示。间断角大于比相元件整定的动作角，使保比相元

28、件整定的动作角，使保护动作与跳闸。护动作与跳闸。一、相差高频保护的工作原理一、相差高频保护的工作原理 为了满足以上要求，采用高为了满足以上要求，采用高频通道正常时无信号，而在外部故频通道正常时无信号，而在外部故障时发出闭锁信号的方式来构成保障时发出闭锁信号的方式来构成保护。护。K 当被保护范围内部故障当被保护范围内部故障时。由于两侧电流相位相同，时。由于两侧电流相位相同，相位差为零。两侧高频发信相位差为零。两侧高频发信机同时工作，发出高频信号，机同时工作，发出高频信号，也同时停止发信。这样，在也同时停止发信。这样，在两侧收信机收到的高频信号两侧收信机收到的高频信号是间断的，即正半周有高频是间断

29、的，即正半周有高频信号，负半周无高频信号。信号，负半周无高频信号。一、相差高频保护的工作原理一、相差高频保护的工作原理KMIKMIKN当被保护范围外部当被保护范围外部故障时，由于两侧电流故障时，由于两侧电流相位相差相位相差180180，线路，线路两侧的发信机交替工作，两侧的发信机交替工作，收信机收到的高频信号收信机收到的高频信号是连续的高频信号。经是连续的高频信号。经检波限幅倒相处理后，检波限幅倒相处理后，电流为直流。电流为直流。一、相差高频保护的工作原理一、相差高频保护的工作原理K由以上的分析可见，相位比较实际上是由以上的分析可见，相位比较实际上是通过收信机所收到的高频信号来进行的。在通过收

30、信机所收到的高频信号来进行的。在被保护范围内部发生故障时，两侧收信机收被保护范围内部发生故障时，两侧收信机收到的高频信号重叠约到的高频信号重叠约10ms10ms，于是保护瞬时的，于是保护瞬时的动作，立即跳闸。在被保护范围外部故障时，动作，立即跳闸。在被保护范围外部故障时，两侧的收信机收到的高频信号是连续的，线两侧的收信机收到的高频信号是连续的，线路两侧的高频信号互为闭锁，使两侧保护不路两侧的高频信号互为闭锁，使两侧保护不能跳闸。能跳闸。一、相差高频保护的工作原理一、相差高频保护的工作原理 如果内部故障时高频通道遭破坏，如果内部故障时高频通道遭破坏，会不会影响保护跳闸？会不会影响保护跳闸？一、相

31、差高频保护的工作原理一、相差高频保护的工作原理一、相差高频保护的工作原理一、相差高频保护的工作原理正常时正常时: : 发信机没有电源，所以不能向高频通道发送发信机没有电源，所以不能向高频通道发送信号信号。 一、相差高频保护的工作原理一、相差高频保护的工作原理 灵敏元件首先起灵敏元件首先起动，给发信机的提供动，给发信机的提供电源，发信机立刻向电源，发信机立刻向通道发送出故障电流通道发送出故障电流调制的断续高频波。调制的断续高频波。系统发生故障时系统发生故障时: : 不灵敏元件起动后，不灵敏元件起动后，准备好保护跳闸出口回准备好保护跳闸出口回路电源。路电源。一、相差高频保护的工作原理一、相差高频保

32、护的工作原理 收信机收到断续收信机收到断续波时，波时，TATA有输出，有输出，KDSKDS动作，发出跳闸动作，发出跳闸脉冲。若收信机收到脉冲。若收信机收到连续高频波，说明是连续高频波，说明是区外故障，经检波限区外故障，经检波限幅倒相处理后，幅倒相处理后，TATA输输出电流为零，出电流为零， KDSKDS不不动作，闭锁了保护出动作，闭锁了保护出口回路。口回路。一、相差高频保护的工作原理一、相差高频保护的工作原理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。操作元件的作用是将输电线路中50Hz工频电流转变成为50Hz的方波电流，对发信机中高频电流进行调制（继电保护中称为

33、操作），此工频方波电流称为操作电流。对操作电流的要求是（1）能反应所有类型的故障；（2）线路内部故障时，两端操作电流相位差；(3)线路外部故障时，两端操作电流相位差。通常将三相电流综合成单一电流作为操作电流，最普通的是将正序电流和负序电流的复合相序电流作为操作电流。二、相差高频保护的构成二、相差高频保护的构成018012IKI二、相差高频保护的构成二、相差高频保护的构成I1+KI2由复合相序电流滤过器取得。在I1+KI2中，正序电流I1能反应各种短路故障，KI2能反应不对称短路。I1虽然能反应各种短路，但是当内部故障时，两端正序电流相位并非相同；有时相差很大，不利于保护工作。而内部故障时，两端

34、负序电流基本同相，有利于保护动作。二、相差高频保护的构成二、相差高频保护的构成111111NKNNMKMMZUEIZUEI11argKNKMUEUE222222NKNMKMZUIZUI正序电流正序电流I IM M和和I IN N的的相位差相位差两端负序电流两端负序电流二、相差高频保护的构成二、相差高频保护的构成 若忽略ZM2和ZN2的相位差，则IM2与IN2同相位，与两端电动势的相位差无关，为了使内部发生不对称短路时，两端的操作电流接近于同相，且保证线路内部任何一处发生各种类型短路时，都有I1+KI2不为0，则K值通常取68。 在I1+KI2为正半周时，允许发高频信号，在负半周时不允许发高频信

35、号。三、启动元件相差高频保护的启动元件有以下作用1、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，并开放比相元件；3、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，并具有足够的灵敏性。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、不反应系统振荡等优点。采用接于一相电流的相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。图图8-22所示为启动元件原理框图。启动元件由负序电流元件所示为启动元件原理框图。启动元件由负序电流元件KAN（I2）和相电流元件和相电流元件KAP（I1）构成。负序电流元件有

36、高整定值和低整定值，）构成。负序电流元件有高整定值和低整定值，低整定值的元件灵敏性高，用以启动发信，并通过延时返回的时间元件低整定值的元件灵敏性高，用以启动发信，并通过延时返回的时间元件1KT，保证在，保证在t1=57s时间内发信机连续发信。时间内发信机连续发信。1KT的作用是防止当外的作用是防止当外部故障时低定值元件先于高定值元件返回，导致保护误动作。部故障时低定值元件先于高定值元件返回，导致保护误动作。负序高定值元件启动后经或门负序高定值元件启动后经或门2、延时元件、延时元件3KT，延时，延时t3=10ms启动比相启动比相回路，它的作用是防止故障初瞬间短路电流波形畸变，使比相元件不回路，它

37、的作用是防止故障初瞬间短路电流波形畸变，使比相元件不能正确比相而引起保护误动作。相电流元件与负序高定值元件、记忆能正确比相而引起保护误动作。相电流元件与负序高定值元件、记忆元件元件2KT一起构成对称短路故障的启动元件。一起构成对称短路故障的启动元件。启动发信启动发信图图8-22相差高频保护起动元件原理框图相差高频保护起动元件原理框图 2KT的作用是将对称故障发生瞬间负序高定值元件的动作记忆一段时间，t2=10ms，保证在对称短路故障时，可靠启动比相元件。相电流启动元件的启动电流应躲过线路最大负荷电流与合闸空载线路的电容电流。并保证线路末端对称短路时有足够的灵敏性。 为防止外部故障时，有一端发信

38、机不发信而造成保护装置跳闸，在实际保护中还可以增加以采用远方启动方式启动发信机。图图8-228-22相差高频保护启动元件原理框图相差高频保护启动元件原理框图启动发信启动发信四、比相元件四、比相元件（一）对比相元件的基本要求（一）对比相元件的基本要求 对比相元件的要求是，外部故障时应可靠不动作，而内对比相元件的要求是，外部故障时应可靠不动作，而内部故障时应灵敏动作。这个要求两个方面是矛盾的，一般部故障时应灵敏动作。这个要求两个方面是矛盾的，一般要先满足外部故障时可靠不动作，再满足内部故障的灵敏要先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要求。性动作要求。 为了保证外部故障时比相元件不

39、动作，必须使外部故障时为了保证外部故障时比相元件不动作，必须使外部故障时两端操作电流相位差为满足下式要求，即两端操作电流相位差为满足下式要求，即180（8-15）（8-16）式中式中闭锁角闭锁角保证内部故障时，比相元件动作条件为保证内部故障时，比相元件动作条件为180四、比相元件四、比相元件l 比相元件闭锁角动作范围比相元件闭锁角动作范围如图如图8-23所示，以所示，以M端电端电流为基准，若流为基准，若N端电流落端电流落在阴影内，则有，比相元在阴影内，则有，比相元件不动作，若落在阴影区件不动作，若落在阴影区外，则有，比相元件动作。外，则有，比相元件动作。阴影区为闭锁区，无阴影阴影区为闭锁区，无

40、阴影区部分为比相元件的动作区部分为比相元件的动作区。闭锁角由下列因素决区。闭锁角由下列因素决定：定：MI0NI图图8-23 8-23 比相元件闭锁角与动作范围比相元件闭锁角与动作范围一般取一般取 a= a= 。（4 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 。 根据以上因素，取外部故障时线路两端高频信号最大相角差为闭锁角根据以上因素，取外部故障时线路两端高频信号最大相角差为闭锁角 ，按下，按下式计算式计算： 一般规定闭锁角一般规定闭锁角 为为为为45456060。由此确定。由此确定 ，在外部故障时，保护不该动，在外部故障时，保护不该动作，在内部

41、故障时，保护灵敏动作，按最不利条件进行相应的校验判断。作，在内部故障时，保护灵敏动作，按最不利条件进行相应的校验判断。四、比相元件四、比相元件闭锁角由下列因素决定：闭锁角由下列因素决定：（1 1）两端电流互感器的误差。线路外部故障时，即使两端一次）两端电流互感器的误差。线路外部故障时，即使两端一次电流相位差为电流相位差为180180，则两端电流互感器二次侧电流相位也并，则两端电流互感器二次侧电流相位也并非，因为电流互感器按非，因为电流互感器按10%10%误差曲线选择，其角度误差不大于误差曲线选择，其角度误差不大于7 7电角。一般取电角。一般取TATA相位误差角。相位误差角。（2 2）两端操作元

42、件角度误差，一般取）两端操作元件角度误差，一般取=15=15。（3 3）高频电流从线路一端传送到另一端所需延时决定相角差）高频电流从线路一端传送到另一端所需延时决定相角差a a， 1006l15yd100615157laydCTA（8-17）四、比相元件四、比相元件比相元件构成原理比相元件构成原理 1 1时间积分比相元件时间积分比相元件 图图8-248-24所示为按时间积分原理构成的比相元件原理框图，由时间元件所示为按时间积分原理构成的比相元件原理框图，由时间元件1KT1KT、2KT2KT和出口回路构成。和出口回路构成。时间元件时间元件1KT1KT的作用是时间测定，当线路外部故障时，收信机送来

43、连续的作用是时间测定，当线路外部故障时，收信机送来连续或间断时间（或间断时间（t t）不长的信号，如果信号间断时间小于）不长的信号，如果信号间断时间小于t1t1的整定时间的整定时间（假定闭锁角为（假定闭锁角为6060，则，则t1=3.3mst1=3.3ms）则时间元件）则时间元件1KT1KT无输出，比相元件不无输出，比相元件不动作。若为内部故障，收信机送来间断时间较长（大于动作。若为内部故障，收信机送来间断时间较长（大于t1=3.3mst1=3.3ms）的信）的信号，则积分时间电路有每一个周期输出一个脉冲，该间断信号通过号，则积分时间电路有每一个周期输出一个脉冲，该间断信号通过2KT2KT（2

44、KT2KT为脉冲展宽的电路脉冲展开完时，为脉冲展宽的电路脉冲展开完时，t2=22mst2=22ms）展宽成连续信号。保）展宽成连续信号。保证断路器可靠跳闸。证断路器可靠跳闸。图图8-24四、比相元件四、比相元件l 在外部故障转换或切除外部故障的暂态过程中，系统出现在外部故障转换或切除外部故障的暂态过程中，系统出现暂态分量，使线路两端电流波形发生畸变。使收信机的输暂态分量，使线路两端电流波形发生畸变。使收信机的输出波形的间断角有可能大于闭锁角，使保护误动作。采用出波形的间断角有可能大于闭锁角，使保护误动作。采用二次比相的方法可避免这种误动作，因而可以提高比相元二次比相的方法可避免这种误动作，因而

45、可以提高比相元件的可靠性。件的可靠性。图图8-258-25二次比相原理框图二次比相原理框图三、相差高频保护的相位特性和三、相差高频保护的相位特性和相继动作区相继动作区相差高频保护是通过测定通道上高频信号是否间断，相差高频保护是通过测定通道上高频信号是否间断，来判断是保护范围内部还是外部故障的。当间断角大于闭来判断是保护范围内部还是外部故障的。当间断角大于闭锁角时，为保护范围内部故障，保护动作。反之，当间断锁角时，为保护范围内部故障，保护动作。反之，当间断角小于角小于闭锁角时，为保护范围外部故障，保护不动作。闭锁角时，为保护范围外部故障，保护不动作。在电力系统的实际运行中，在电力系统的实际运行中

46、，在被保护范围内部故障在被保护范围内部故障时，时，两侧高频信号不会完全重叠；在外部故障时，两侧的高频两侧高频信号不会完全重叠；在外部故障时，两侧的高频信号也不会是连续的。所以，就需要进一步分析相差高频信号也不会是连续的。所以，就需要进一步分析相差高频保护的相位特性。保护的相位特性。、相差高频保护的相位特性和相继动作区相差高频保护的相位特性和相继动作区 相位特性：是指相位比较继电器中的电流相位特性：是指相位比较继电器中的电流I Ir r和高频信号的和高频信号的相位角相位角 关系曲线，亦即关系曲线，亦即 的曲线，称为相位特性曲的曲线，称为相位特性曲线。线。 rIf二、相差高频保护的相位特性和相继动

47、作区二、相差高频保护的相位特性和相继动作区 K (1)(1)内部故障内部故障: : 双侧电源系统在双侧电源系统在K K点发生三相短路时，线点发生三相短路时，线路两侧电势路两侧电势E EM M和和E EN N之间的相角差为之间的相角差为, 角一般不超过角一般不超过7070 。 设短路点靠近设短路点靠近N端，端， M M侧电流侧电流I IM M落后于落后于E EM M , N , N侧到侧到短路点短路点 。两侧电流的相位差将达到。两侧电流的相位差将达到100100。电流互感。电流互感器的最大误差角器的最大误差角 ，保护装置的角误差，保护装置的角误差p=15=15，高频，高频信号沿输电线路传输需要时

48、间，造成的延迟误差角信号沿输电线路传输需要时间，造成的延迟误差角60K90K 7TAL=0.06lN N侧收到两侧高频载波信号的最大角相差为侧收到两侧高频载波信号的最大角相差为M M侧为侧为 LNll12206. 012206. 0157100LMll12206. 012206. 0157100二、相差高频保护的相位特性和相继动作区二、相差高频保护的相位特性和相继动作区 l内部故障时，理论上接收两侧断续高频波的间断角为内部故障时，理论上接收两侧断续高频波的间断角为180180，由于两侧电源电势的相位差、电流互感器和保护，由于两侧电源电势的相位差、电流互感器和保护装置的角误差，所以间断角仅为装置

49、的角误差，所以间断角仅为LNNlr5806. 058180LMMlr5806. 058180收信机收到两调频信号的相位差与线路的长度有关，保收信机收到两调频信号的相位差与线路的长度有关，保护范围之外故障时，间断角为护范围之外故障时，间断角为 要求保护不动作，保护范围内故障时，要求保护不动作，保护范围内故障时，M M侧的间断角为侧的间断角为 要求保护动作要求保护动作, , 线路的临界长度为线路的临界长度为 l06037r. 外外lrMM06. 058180ll06. 05806. 037 即当线路长度即当线路长度175km175km时，被保护线路内部故障时，被保护线路内部故障M M侧的保侧的保护

50、将不动作，但护将不动作，但N N侧保护间断角增大，保护动作，当侧保护间断角增大，保护动作，当N N侧断侧断路器跳开以后，路器跳开以后，M M侧收发信机自发自收，其间断角为侧收发信机自发自收，其间断角为180180，则则M M侧保护动作。侧保护动作。2.2.保护的相继动作区保护的相继动作区175lkm 电流互感器约有角误差电流互感器约有角误差 ，复合滤过器及保护约，复合滤过器及保护约有有P1515角误差。高频信号在输电线路上传输需要时间，角误差。高频信号在输电线路上传输需要时间，以光速以光速V V3.03.010108 8 m/sm/s传送至对侧所需时间传送至对侧所需时间t t产生的延迟角产生的延迟角误差误差7TA(2)(2)外部三相短路外部三相短路: :lVlt06. 050360总误差角为总误差角为 ：为了保证保护的选择性，应考虑一定的裕度，取为了保证保护的选择性，应考虑一定的裕度