继电保护 第6章线路的纵联保护

1、第六章 线路的纵联保护第一节 纵联保护的基本原理根据电流、电压和阻抗原理构成的系统保护，都是从线路靠近电源的一侧测量各种状态下的电气量，由于测量误差等原因，它们不能准确判断发生在本线路末端和下一线路出口的故障，为了保证选择性，只能缩小保护范围，在此范围内，保护可以瞬时动作，如电流和距离段。为了切除全线范围内的故障，必须另外增设保护，如电流和距离段，同样由于误差的原因，保护范围必然延伸到下一线路，与下一线路保护的保护范围交叉重叠，为了保证选择性，只有延时保护动作，使切除全线路范围内故障的时间延长。对于电力系统的重要线路和大容量高电压以及超高压线路，为了保证系统并列运行的稳定性和减小故障的损害程度

2、，对保护的速动性提出了更高的要求，必须瞬时切除全线路范围内的故障。线路的纵联保护可以满足要求。纵联保护是同时比较线路两侧电气量的变化而进行工作的。因此，在被保护范围内任何地点发生短路时，纵联保护都能瞬时动作。根据两侧电气量传输方式的不同，纵联保护主要分为导引线纵联保护（简称导引线保护）、电力线载波保护（简称高频保护）、微波纵联保护（简称微波保护）、光纤纵联保护（简称光纤保护）。第二节 线路的导引线保护一、 导引线保护的基本原理导引线保护是通过比较被保护线路始端和末端电流幅值、相位进行工作的。为此，应在线路两侧装设变比、特性完全相同的差动保护专用电流互感器TA，将两侧电流互感器二次绕组的同极性端

3、子用辅助导引线纵向相连构成导引线保护的电流回路，差动继电器KD并接在电流互感器的二次端子上，使正常运行时电流互感器二次侧电流在该回路中环流，根据基尔霍夫电流定律，流入差动继电器KD的电流等于零，如图6-1（a）所示。通常称此连接方法为环流法，将环流法接线构成的保护称为导引线保护。根据以上接线原理，对图6-1所示导引线保护原理进行分析。当线路正常运行或外部k点短路时，通过差动继电器KD的电流为 （6-1）当线路内部任意一点k短路时，分以下两种情况分析。（1） 线路为两侧电源供电，若两侧电源向短路点k提供的短路电流分别为和，短路点的总电流为，则流入继电器KD的电流 （6-2） 当达到差动继电器KD

4、的动作电流时，差动继电器TA瞬时动作，断开线路两电源侧断路器QF。（2） 线路为单侧电源供电，且设，若电源向短路点k提供的短路电流为，则流入继电器KD的电流 （6-3）当达到差动继电器KD的动作电流时，差动继电器KD瞬时动作，断开线路电源侧断路器QF。由以上分析可见，线路两侧电流互感器TA之间所包括的范围，就是导引线保护的保护范围。导引线保护按环流法接线的三相原理如图6-2（a）所示，实际导引线保护为了减少所需导线的根数，通常采用电流综合器I，将三相电流综合成一单相电流，然后传送到线路对侧进行比较。线路两侧的电流综合器I合成的单相电流和经隔离变压器TV后变成电压和，再由导引线连接起来。隔离变压

5、器TV的作用是将保护装置回路与导引线回路隔离，防止导引线回路被高电压线路或雷电感应产生的过电压损坏保护装置，同时还可以监视导引线的完好性。另外，通过隔离变压器TV提高电压，减小长期正常运行状态下导引线中的电流和功率消耗。图6-2（a）所示的综合器I 的A相匝数为n+2，B相匝数为n+1，C相匝数为n，正常运行时系统的一次电流如图6-2（b）所示，则综合器I的磁流相量如图6-2（c）所示。可见，正常运行时，综合器I有一不平衡输出，但对侧的综合器I也有不平衡输出，而且方向相反，因此，理想情况下，差动继电器KD的输入量为零，不会动作。用环流法分析，结果相同。正常运行或2侧外部短路时，方向与图6-2（

6、a）所示方向相反，且等于，即 （6-4）理想情况下，流入差动继电器KD的电流为 （6-5）继电器KD不动作。内部k点短路时，如图6-2（a）所示，流入继电器KD的电流，继电器将动作。实际上，外部短路时，由于各种误差的影响以及线路两侧电流互感器TA的特性不可能完全相同，故会有一个不平衡电流流入继电器KD。若流入差动继电器KD的不平衡电流过大，差动继电器TA必须采用更高的动作值，才能使导引线保护不误动作，从而降低了保护在线路内部故障时的灵敏度。这也是所有按环流法接线的导引线保护共同存在的问题。因此，有必要分析不平衡电流产生的原因，并设法减小它。二、 导引线保护的不平衡电流1. 稳态情况下的不平衡电

7、流在导引线保护中，若电流互感器具有理想的特性，则在系统正常运行和外部短路时，差动继电器KD中不会有电流流过。但实际上，线路两侧电流互感器TA的励磁特性不可能完全相同，如图6-3所示。当电流互感器TA一次电流较小时，铁芯未饱和，两侧电流互感器TA特性曲线接近理想状态，相差很小。当电流互感器TA一次电流较大时，铁芯开始饱和，由于线路两侧电流互感器TA铁芯的饱和点不同，励磁电流差别增大。当电流互感器TA一次电流大到使铁芯严重饱和的程度，则会因励磁阻抗的下降而使线路两侧电流互感器TA的励磁电流剧烈增加，差别显著增大，导致线路两侧电流互感器TA二次电流有一个很大的差值，此电流差值称为不平衡电流。电流互感

8、器TA二次电流表达式为 （6-6）式中 、分别为线路两侧电流互感器TA的励磁电流。正常运行、保护范围外部k点短路时，流入差动继电器KD的电流为 （6-7） 因此，导引线保护的不平衡电流实际上就是线路两侧电流互感器TA励磁电流之差。 为了保持一定的准确度，导引线保护使用的电流互感器TA应按10%误差曲线选取负载，则可保证变比误差不超过10%，角度误差不超过7°。当保护范围外部短路时，通过电流互感器TA一次侧的最大电流为，若一侧电流互感器TA的误差为零，另一侧误差为10%，即fi = 0.1，外部短路时的不平衡电流达到最大，为。由于导引线保护采用型号和特性完全相同、误差接近的D级电流互感

9、器TA，故在不平衡电流中引入同型系数KSS，KSS在两侧电流互感器TA型号相同时取0.5，不同时取1，因此，流入差动继电器KD的最大不平衡电流为 （6-8）2. 暂态过程中的不平衡电流 由于导引线保护的动作是瞬时性的，因此，必须考虑在保护范围外部短路时的暂态过程中，流入差动继电器KD的不平衡电流。此时，流过电流互感器TA一次侧的短路电流中，包含有周期分量和非周期分量，如图6-4所示。中由于非周期分量对时间的变化率远小于周期分量的变化率，因而很难传变到二次侧，大部分作为励磁电流进入励磁回路而使电流互感器TA的铁芯严重饱和。此外，电流互感器TA励磁回路以及二次回路的电感中的磁通不能突变，将在二次回

10、路中引起自由非周期分量电流，因此，暂态过程中的励磁电流将大大超过其稳态值，其中包含大量缓慢衰减的非周期分量电流，使励磁电流曲线偏于时间轴的一侧。由于励磁回路具有很大的电感，励磁电流不能很快上升，因此在短路后的几个周波才出现最大不平衡电流。考虑到非周期分量电流的影响，在式（6-8）中应引入非周期分量影响系数Kun，取1.52，当采取措施消除其影响时，取为1，则最大不平衡电流幅值的计算式为 （6-9）为了保证导引线保护在外部短路时的选择性，其动作电流必须躲过最大不平衡电流来整定；为了提高导引线保护在内部故障时的灵敏度，应采取措施减小不平衡电流。三、 减小导引线保护不平衡电流的主要措施（1） 减小稳

11、态情况下的不平衡电流的措施是导引线保护采用型号和特性完全相的D级电流互感器TA，并按10%误差曲线进行校验、选择负载。减小暂态过程中不平衡电流的主要措施通常是在差动回路中接入具有快速饱和特性的中间变流器TA，如图6-5（a）所示。也可以采用在二次回路和差动继电器KD之间串入电阻的方法，如图6-5（b）所示。接入电阻可以减小差动继电器TA中的不平衡电流并使其加速衰减，但效果不甚显著，一般用于小容量的变压器和发电机上。四、导引线保护的整定计算1. 导引线保护动作电流的整定按以下两种情况计算（1）躲过外部短路时的最大不平衡电流 （6-10）式中 可靠系数，一般取1.21.3； 非周期分量影响系数，当

12、保护采用带有速饱和变流器的差动继电器时取1。（2）躲过电流互感器二次回路断线时流入差动继电器KD的最大负荷电流 （6-11） 取式（6-9）和式（6-10）中较大者作为差动继电器的整定值。为了防止断线时又发生外部短路而引起导引线保护误动作，还应装设断线监视装置，二次回路断线时，在发出信号的同时将保护自动退出工作。2. 导引线保护灵敏度的校验导引线保护的灵敏度应按单侧电源供电线路保护范围末端短路时，流过保护的最小短路电流校验，要求灵敏系数Ksen1.52，即 （6-12）第三节 线路的高频保护一、 高频保护的基本原理 线路的导引线保护单从动作的速度来讲，可以满足系统的要求，但是，它必须敷设与被保

13、护线路长度相同的辅助导引线，对于较长线路而言，从经济和技术的角度是难以实现的，因此，导引线保护只能作为57km短线路的保护，在国外也只用于长度为30km左右的线路。为了从高电压距离输电线路两侧瞬时切除全线路任一点的故障，可以采用基于线路导引线保护原理基础上构成的高频保护。高频保护是将测量的线路两侧电气量的变化转化为高频信号，并利用输电线路构成的高频通道送到对侧，比较两侧电气量的变化，然后根据特定关系，判定内部或外部故障，以达到瞬时切除全线路范围内故障的目的。高频保护根据构成原理来分，主要有相差高频保护、方向高频保护和高频闭锁距离保护以及高频闭锁零序电流保护目前，我国220kv及以上的高压或超高

14、压线路中广泛采用方向高频保护和高频闭锁距离保护以及高频闭锁零序电流保护。高频保护主要由故障判别元件和高频通道以及高频收、发信机组成，如图6-6所示。故障判别元件即继电保护装置，利用输入电气量的变化，根据特定关系来区分正常运行、外部故障以及内部故障。高频收、发信机的作用是接收、发送高频信号。发信机必须对所发信号进行调制，以使通过高频通道传输到被保护线路对侧的信号荷载保护所需要的信息，收信机收到被保护线路两侧的信号后进行解调，然后提供给保护，作为故障判别的依据。高频通道的作用是将被保护线路一侧反应其运行特征的高频信号，传输的被保护线路的另一侧。在电力系统中，通常利用输电线路间作高频通道，同时传输工

15、频电流和保护所需信号，为了便于区分，继电保护所需要的信号一般采用高频信号。由于高频信号荷载保护所需信息，因此，高频信号被称为载波，高频保护又被称为载波保护。载波信号一般采用40kHz500kHz的高频电流，若频率低于40kHz，受工频电流的干扰太大，且通道设备构成困难，同时载波信号衰耗大为增加，频率过高，将与中波广播相互干扰。二、 高频通道（一） 高频通道的构成原理电力系统中工频输电线路同时兼作高频通道。因此，需要对输电线路进行加工，即把高频设备与工频高压线路隔离，以保证二次设备和人身安全。为了防止相邻保护间高频信号的的干扰，影响保证保护动作的选择性，还需要对通道中的高频信号进行阻波，将其限制

16、在本保护范围内。通常将经高频加工的输电线路称为高频信号的载波通道，又称为“高频通道”或简称“通道”。高频信号是由载波机（收、发信机）将其送入通道的。目前载波机与高频通道的连接，通常采用“相地”制，或“相相制两种连接方式。所谓“相地”制，就是通过结合设备把载波机接入输电线路的一相与大地之间，构成高频信号的“相地”通道，如图6-7（a）所示。所谓“相相”制，就是通过结合设备把载波机接入输电线路的两相之间，构成高频信号的“相相”通道，如图6-7（b）所示。两种接线方式特点各异，“相地”制传输效率低、高频信号衰减大、受干扰也大，但高频加工设备少、造价低，一般能够满足保护装置的要求，而“相相”制则相反。

17、目前，我国的高频保护大多采用“相地”高频通道，并逐渐采用“相相”高频通道。图6-8所示为“相地”高频通道的原理接线图，其中，高频加工设备包括高频阻波器、耦合电容器、结合滤波器、高频电缆等。1. 高频阻波器 高频阻波器串接在输电线路的工作相中。高频阻波器有单频阻波器、双频阻波器、带频阻波器和宽带阻波器等。在电力系统高频保护中，广泛采用专用的单频阻波器。 高频阻波器电感绕组和调谐电容构成并联谐振回路，调谐于高频通道上的工作频率。此时，高频阻波器呈现最大的阻抗，约1000左右，如图6-9所示，因而高频信号限制在被保护线路以内。对工频电流而言，高频阻波器的阻抗很小，只有约0.04，因而不会影响工频电流

18、在输电线路上的正常传输。2. 耦合电容器耦合电容器的电容量很小，对工频电流呈现出很大的容抗，将工频线路的载波机进行有效的绝缘隔离。同时它与结合滤波器组成带通滤波器，只允许此通带频率范围内的高频信号通过，防止工频干扰等对高频保护的影响，并再次通过电磁隔离防止耦合电容器被击穿后工频高压侵入二次系统。3. 结合滤波器 结合滤波器是由一个可调的空心变压器、高频电缆和电容器组成。它与耦合电容器组成的带通滤波器除上述作用外，还可以进行阻抗匹配。对于“相-地”制高频通道，输电线路的输入阻抗约为400，高频电缆的输入阻抗约为100，为了阻抗的匹配，空心变压器的变比应取为2，这样，就可以避免高频信号在传输过程中

19、产生反射，减小高频能量的附加衰耗，使高频收信机收到的高频功率最大。4. 高频电缆 高频电缆是将主控室的高频收、发信机与户外变电所的带通滤波器连接起来的导线，以最小的衰耗传送高频信号。虽然电缆的长度只有几百米，但其传送信号的频率很高，若采用普通电缆，衰耗很大，因此，应采用单芯同轴电缆。同轴电缆就是中心的内导体为铜芯，其外包有一层绝缘物，绝缘物的外面是一层铜丝网外导体。由于内导体同轴且为单芯，所以称为单芯同轴电缆。在外导体的外面在包以绝缘层和保护层，其波阻抗一般为100。 另外，高频加工设备还包括辅助设备，如保护间隙和接地刀闸，分别用来保护高频加工设备免遭危险过电压和调试、检修高频设备时安全接地，

20、保证人身及设备安全。（二） 高频通道的工作方式 继电保护高频通道的工作方式可分为三类，即“长时发信”、“短时发信”和“移频”方式。 “长时发信”方式是指在正常运行情况下，收、发信机一直处于工作状态，通道中始终有高频信号通过。因此，又称为正常时有高频信号方式。它可以在正常时连续检查收、发信机和通道的完好性，当故障时停止发信，通道中高频信号停止，这也是一种信号。“长时发信”方式对收、发信机的要求较高，但不需要发信机起动元件，因而保护结构简单、动作速度快且灵敏度高，应用前景十分广阔，在我国正逐步投入使用。“短时发信”方式指在正常运行情况下，收、发信机一直处于不工作状态，通道中始终没有高频信号通过。只

21、有在系统发生故障时，起动发信机发信，通道中才出现高频信号。故障切除后，经延时发信机自动停信，通道中高频信号随之中断。因而又称为正常无高频信号方式。“短时发信”方式能够延长收、发信机的寿命和减少对相邻通道中其它信号的干扰，但要求保护有快速的起信元件。此外，对高频设备完好性的检查，需要人工起信。目前，我国生产的高频保护多采用“短时发信”方式。“移频”方式指在正常情况下，发信机长期发送一个频率为f1的高频信号，用来闭锁保护和连续检查通道，当发生故障时，保护控制发信机移频，停发f1的高频信号而改发频率为f2的高频信号，f1和f2的频率相近，仅占用一个频道。这种方式同样可以经常监视通道的工作情况，提高其

22、可靠性。与单频发信方式比较，抗干扰能力较强。（三） 高频信号的分类和作用 高频信号按比较方式可分为直接比较和间接比较两种方式。 直接比较是将被保护线路两侧交流电气量转化为高频信号，直接传送至对侧，每侧保护装置直接比较两侧的电气量，然后根据特定条件，判定保护是否动作于跳闸。直接比较方式使通道两侧的电气量直接关联，故又称为交流信号比较。它要求传送反应两侧交流量的信号，因而对高频通道的要求很高。间接比较方式是两侧的保护只反应本侧的交流电气量，然后根据特定条件将本侧判定结果以高频信号传送至对侧，每侧保护再间接比较两侧保护的判定结果，最后决定保护是否动作于跳闸。此比较方式使通道两侧的直流回路直接关联，因

23、此也称为直流信号比较，它仅仅是对被保护线路内部和外部故障的的判定，以高频信号的有无即可进行反应，因此对高频通道的要求比较简单。相差高频保护即采用直接比较方式，而方向高频保护和高频闭锁距离保护以及高频闭锁零序电流保护则采用间接比较方式。高频信号按所起的作用还可分为跳闸信号、允许信号、和闭锁信号，它们均为间接比较信号。跳闸信号是指收到高频信号是高频保护动作于跳闸的充分而必要条件，即在被保护线路两侧装设速动保护，当保护范围内短路，保护动作的同时向对侧保护发出跳闸信号，使对侧保护不经任何元件直接跳闸，如图6-10（a）所示。为了保证选择性和快速切除全线路任一点的故障，要求每侧发送跳闸信号保护的保护范围

24、小于线路的全长，而两侧保护范围之和必须大于线路全长。远方跳闸式保护就是利用跳闸信号。允许信号是指收到允许信号是高频保护动作于跳闸的必要条件。当内部短路时，两侧保护同时向对侧发出允许信号，使两侧保护动作于跳闸，如图6-10（b）所示。当外部短路四，近故障侧保护不发允许信号，对侧保护不动作。近故障侧保护则因判别故障方向的元件不动作，因而不论对侧是否发出允许信号，保护均不动作于跳闸。闭锁信号是指收不到闭锁信号是高频保护的动作于跳闸的必要条件，即被保护线路外部短路时其中一侧保护发出闭锁信号，闭锁两侧保护。内部短路使，两侧保护都不发出闭锁信号，因而两侧保护收不到闭锁信号，能够动作于跳闸，如图6-10（c

25、）所示。目前，我国生产的高频保护主要采用 “短时发信”方式下的高频闭锁信号。三、 方向高频保护（一） 高频闭锁方向保护1. 高频闭锁方向保护的工作原理 高频闭锁方向保护利用间接比较的方式来比较被保护线路两侧短路功率的方向，以判别是保护范围内部还是外部短路。一般规定短路功率由母线指向线路为正方向，短路功率由线路指向母线为负方向。保护采用短时发信方式，在被保护线路两侧均装设功率方向元件。当保护范围外部短路时，近短路点一侧的短路功率方向是由线路指向母线，则该侧保护的方向元件感受为负方向而不动作于跳闸，且发出高频闭锁信号，送至本侧及对侧的收信机；对侧的短路功率方向则由母线指向线路，方向元件虽反应为正方

26、向，但由于收信机收到了近短路点侧保护发来的高频闭锁信号，这一侧的保护也不会动作于跳闸。因此，称为高频闭锁方向保护。在保护范围内短路时，两侧短路功率方向都是由母线指向线路，方向元件均感受为正方向，两侧保护都不发闭锁信号，保护动作使两侧断路器立即跳闸。 图6-11所示系统中，当BC线路上的k点发生短路时，保护3、4的方向元件均反应为正方向短路，两侧都不发高频闭锁信号，因此，保护动作于断路器3、4瞬时跳闸，切除短路故障。对于线路AB和CD而言，k点短路属于外部故障，因此，保护2、5的短路功率方向都是由线路指向母线，保护发出的高频闭锁信号分别送至保护1、6，使保护1、2、5、6都不会使断路器动作于跳闸

27、。这种按信号原理构成的保护只在非故障线路上传送高频信号，而故障线路上无高频信号，因此，由于各种原因使故障线路上的高频通道遭到破坏时，保护仍能正确动作。2. 高频闭锁方向保护的原理接线 图6-12所示为高频闭锁方向保护的原理接线图，线路两侧各装半套保护，它们完全对称，故以一侧保护说明其工作原理。保护装置主要由起动元件1、2，功率方向元件3组成。起动元件有不同的灵敏度，起动元件1的灵敏度较高，用来起动高频发信机以发出高频闭锁信号，而灵敏度较低的起动元件2则用来准备好断路器的跳闸回路。功率方向元件3用于判别短路功率的方向。当短路功率的方向是母线指向线路时，判别为内部故障，它动作；反之，判别为外部故障

28、而不动作。此外，中间继电器4用于内部故障时停止高频发信机发出高频闭锁信号。中间继电器5是具有工作绕组和制动绕组的极化继电器，用于控制保护的跳闸回路。中间继电器5的工作绕组在本端方向元件动作后供电，制动绕组则在收信机收到高频信号时由高频电流整流后供电，其动作条件是制动绕组无制动作用，即收信机收不到高频闭锁信号，工作绕组有电流时才能动作。这样，只有内部故障时，两侧保护都不发高频闭锁信号的情况下，中间继电器5才能动作，并经信号继电器6发出跳闸信号，同时将本侧断路器跳开。下面将保护装置的工作过程给以说明。（1） 正常运行或过负荷运行时，两侧保护的起动元件都不动作，因此保护装置不会动作。（2） 外部故障

29、时，如图6-11所示，线路BC上的k点短路时，对保护1、2与保护5、6而言，均属于外部故障。以保护1、2为例，保护1的短路功率方向是由母线指向线路，其功率方向元件感受的功率方向为正，保护2反应的功率方向元件为负。此时，图6-12两侧保护的起动元件1、1都动作，经中间继电器4、4的常闭触点起动发信机，发信机发出的高频闭锁信号一方面为自己的收信机接收，另一方面送到通道被对侧保护的收信机接收，两侧收信机收到高频闭锁信号后，中间继电器5、5的制动绕组中有电流，立即将两侧保护闭锁。此时，起动元件2、2也动作闭合其触点经已动作的功率方向元件3的触点使中间继电器4动作，本侧保护的发信机停信，同时给中间继电器

30、5的工作绕组充电，准备好了跳闸回路；由于通过保护2的短路功率为负，其功率方向元件3不动作，发信机不停信，两侧保护收信机持续收到高频闭锁信号，两侧的中间继电器5、5制动绕组中总有电流，达不到动作条件，因此，保护一直处于闭锁状态。在外部故障切除、起动元件返回后，保护复归。（3） 双侧电源供电线路内部短路时，两侧保护的起动元件1、2和1、2都动作，两侧的发信机发信，首先闭锁保护，与此同时，两侧保护的功率方向元件3、3动作，在中间继电器4、4动作后，两侧发信机停信，开放保护，中间继电器5、5达到动作条件，将两侧断路器跳开。（4） 单侧电源供电线路内部短路时，受电侧的半套保护不工作，而电源侧保护的工作情

31、况与在双侧电源供电线路内部短路时的工作过程相同，立即将电源侧的断路器跳闸。（5） 系统振荡时，在双侧电源振荡电流的作用下，两侧保护的起动元件可能动作，若功率方向元件接在相电流和相电压或线电压上，且振荡中心位于保护范围内时，则两侧的功率方向均为正，保护将会误动作。考虑到振荡时，系统的电气量是对称变化的，因此，在保护中可以采用负序或零序功率方向元件，即可躲过系统振荡的影响。由上述分析可知，在保护范围外部短路时，远离短路点一侧的保护感受的情况和内部故障完全相同，此时，主要利用近短路点一侧的保护发出高频闭锁信号，来防止远离短路点侧保护误动作，因此，外部短路时，保护正确工作的必要条件是近短路点一侧的保护

32、必须发出高频闭锁信号。为了确保远离短路点的保护在动作前能可靠收到对侧保护发出的高频闭锁信号，就要求两侧保护起动元件的灵敏度相互配合，否则，保护就有可能误动作。线路两侧保护采用两个不同灵敏度的起动元件相互配合，在保护范围外部短路时即可保证两侧保护不误动作。假如两侧保护都采用一个起动元件，则在保护范围外部短路时，可能出现近短路点一侧保护的起动元件不能动作，不发高频闭锁信号，而远离短路点一侧保护的起动元件动作而造成保护误动作。如图6-13所示，假如线路AB每端只有一个起动元件，其整定值为IOP=100A，由于电流互感器和继电器都存在误差，因此，两侧保护起动元件的实际动作电流可能不同，一般规定动作值的

33、误差为±5%。若A侧保护起动元件的动作电流为95A，B侧保护起动元件的动作电流为105A，当保护范围外部k点短路时，流过线路AB的短路电流为Ik，正好满足95A<Ik<105A时，A侧保护起动，B侧保护起动元件不动作，不能发高频闭锁信号，导致A侧保护误动作。为此，线路两侧保护都采用高、低定值的两个起动元件，如图6-12所示，以动作电流较小的起动元件1起动发信机发高频闭锁信号，用动作较大的起动元件2准备跳闸，当保护范围外部短路时，远离短路点一侧保护的起动元件2动作，近短路点一侧保护的起动元件1也一定动作，确保发出高频闭锁信号，闭锁两侧保护。保护起动元件2和1的动作电流IOP

34、2与IOP1之比应按最不利的情况考虑，即一侧电流互感器误差为零，另一侧误差为10%；一侧保护起动元件的离散误差为+5%，另一侧为-5%，则有 （6-13） 考虑一定裕度，保护高定值电流元件的动作值IOP2一般采用 （6-14）式中，保护低定值电流起动元件的动作值IOP1应按躲过正常运行时的最大负荷电流IL.max整定，即 （6-15）式中 Krel可靠系数，取1.11.2； Kr返回系数，取0.85。在远距离重负荷输电线路上，保护低动作起动元件按上述方法整定的动作电流值，往往不能满足灵敏度要求，在此情况下，保护应采用负序电流起动元件，其动作电流值I2.OP1应按躲过最大负荷电流IL.max情况

35、下的最大负序不平衡电流I2.unb.max整定，即 （6-16）通常，两侧保护的起动元件按相同的动作电流值整定。高频闭锁方向保护采用了两个灵敏度不同的起动元件，通过配合、整定，可以保证保护范围外部短路时可靠不误动作，但在内部短路时必须起动元件2动作后才能跳闸，因而降低了整套保护的灵敏度，同时也使接线复杂化。此外，在外部短路时，远离故障点一侧的保护，为了等待对侧发来的高频信号，必须要求起动元件2的动作时限大于起动元件1的动作时限，从而降低了整套保护的动作速度。高频闭锁方向保护也可以由方向元件起动，还可以进行远方起动。（二） 高频闭锁负序方向保护在高频闭锁方向保护中，不论采用哪种起动方式，方向元件

36、总是整个保护的核心，它的性能对整个保护的速动性、灵敏性和可靠性起着决定性的作用。在高压和超高压输电线路的高频闭锁方向保护中，对方向元件提出了很高的要求：能反应所有类型的故障；在保护范围内和邻近线路上发生故障时，没有死区；电力系统振荡时不会误动作；在正常运行状态下不动作。方向元件的种类很多，主要有反应相间故障的方向元件、反应接地故障的方向元件、同时反应相间和接地故障的方向元件，以及反应各种不对称故障的方向元件等。其中由负序功率方向继电器构成以反应不对称故障的方向元件最为理想，能够满足上述各种要求，对于三相对称故障，在其发生的初瞬总有一个不对称过程，在负序功率方向继电器上增加一个短时记忆回路，就能

37、反应三相故障，即使是完全对称的三相故障，采用三相滤序器式负序功率方向继电器，其57ms的不平衡输出即可把短时动作记忆下来。目前，用微机实现的保护，记忆功能更加理想。高频闭锁负序功率方向保护的原理接线如图6-14所示，它由以下元件组成：具有双向动作的负序功率方向继电器KWN；带有延时返回等中间继电器1；具有工作绕组和制动绕组的极化继电器2以及出口继电器3。当被保护线路处于正常运行状态时，没有负序短路功率存在，仅有负序滤过器的不平衡输出，通过动作值的整定，即可使负序功率方向继电器不动作，因而保护也不会动作。当保护范围外部发生故障时，近故障点一侧的负序短路功率为负，保护的负序功率方向元件KWN的触点

38、向上闭合，经中间继电器1的电流绕组去起动高频发信机，中间继电器1的触点闭合后又经电阻R实现对高频发信机附加起动，发出高频闭锁信号，将两侧保护闭锁。由于近故障点一侧的负序电压高，故保护负序功率方向元件KWN的灵敏度较高、向上闭合触点的动作速度较快，因此能快速起动发信机发出高频闭锁信号。而远离故障点一侧的短路负序功率虽然为正，但负序电压低，保护负序功率方向元件KWN的灵敏度较低、向下闭合触点去起动出口继电器3的动作速度也较慢，这样，保证出口继电器3制动电流的出现先于工作电流，保证了闭锁作用的可靠实现。当保护范围内部故障时，两侧的负序短路功率为正，保护的负序功率方向继电器KWN的触点均向下闭合，两侧

39、保护的极化继电器2仅工作绕组有电流，满足动作条件，其触点闭合后起动中间继电器3去跳闸，切除故障。当各种原因导致静稳定遭到破坏引起系统振荡时，由于没有负序功率，因此，负序功率方向继电器及整套保护均不会误动作。而外部故障使动稳定遭到破坏引起系统振荡时，靠近故障点一侧的负序短路功率方向为负，负序功率方向继电器能快速起动发信机发出高频闭锁信号，闭锁两侧保护。四、 高频闭锁距离保护距离保护是一种阶段式保护，特点是，瞬时段不能保护线路全长，延时段能保护线路全长且具有后备作用，但动作有一定延时。在220kv及以上电压等级的线路上，要求从两侧瞬时切除线路全长范围内任一点的故障，显然，距离保护不能满足要求，高频

40、闭锁方向保护虽然能满足要求，但又不具有后备作用。为了兼有两者的优点，可将距离保护与高频闭锁部分结合，构成高频闭锁距离保护，这样，既能在内部故障时加速两侧的距离保护，使其瞬时动作，又能在外部故障时利用高频闭锁信号闭锁两侧保护，同时还具有后备作用，因此，高频闭锁距离保护是目前高压和超高压输电线路上广泛采用的保护之一。（一） 高频闭锁距离保护的构成原理高频闭锁距离保护主要由起信元件、停信元件和高频通道等组成。短时发信方式的高频闭锁距离保护原理方框图如图6-15（b）所示，其各元件作用如下。（1） 停信元件其作用是测量故障点的位置，以控制高频发信机在内部故障时停信，为此，停信元件要有明确的方向性，保证

41、对侧母线故障时有足够的动作灵敏度。通常将、段切换式方向阻抗元件1KI、2KI固定在段，用来作为高频闭锁距离保护的停信元件。在高频部分退出时，将固定在段的方向阻抗元件1KI、2KI恢复到切换状态，作为一套完整的三段式距离保护运行。（2） 起信元件它的主要作用是是在故障时起动高频发信机。为了在外部故障时能够可靠起信，要求起信元件的动作区必须覆盖两侧停信元件的动作区，起信元件的多采用负序电流或负序、零序复合电流或它们的增量元件；也可以采用第段距离元件作为起信元件；还可以由距离保护本身的起动元件兼任。本例为切换式距离保护构成的高频闭锁距离保护，起信元件采用本身的负序电流起动元件KAN。（二） 高频闭锁

42、距离保护的工作过程在图6-15中，连接片1XB、2XB、3XB处于上部位置，保护按高频闭锁距离保护工作，并通过3XB、经切换继电器KCH将阻抗继电器1KI、2KI固定在段。连接片1XB、2XB、3XB处于下部位置时，高频部分退出，保护按三段式距离保护工作。（1） 外部故障时 在图6-15（a）中，当A侧保护的距离段范围以外k3点发生故障时，图6-15（b）中两侧保护的停信元件1KI、2KI均不动作，两侧保护的起信元件KAN在负序电流分量的作用下都动作，经时间元件T2和禁止门E3起动各侧发信机发出高频闭锁信号。与门A1和禁止门E2都不开放，保护装置不会误动作。时间元件T2按外部故障的最大时限7s

43、整定，即发生外部故障时，发信机延时7s后停信。当A侧保护的距离段范围内k2点发生故障时，图6-15（b）中两侧保护的起信元件KAN在负序电流分量的作用下动作，分别起动本侧的发信机发出高频闭锁信号，并开放振荡闭锁回路。此时，本侧停信元件1KI、2KI动作，使与门A1开放，准备好跳闸，同时通过E3门停信。但对侧保护的停信元件1KI、2KI不动作，对侧保护的发信机仍继续发出高频闭锁信号，使本侧的E2门一直闭锁，两侧断路器不会误跳闸。若故障所在线路的保护或断路器拒动时，本侧保护起后备作用，按t=0.5s时限跳闸。（2） 内部故障时 当在被保护范围内部可k1点短路时，图6-15（b）中两侧保护的起动元件

44、KAN动作，经时间元件T2和禁止门E3起动发信机向两侧保护发出高频闭锁信号；同时，经禁止门E5、E4、或门O1为与门A1的动作准备条件。此时，停信元件1KI、2KI动作，与门A1开放，一方面经本侧禁止门E3停信，一方面准备好跳闸。而对侧保护的停信元件1KI、2KI也同时动作，使对侧的发信机停止工作，于是两侧保护的收信机收不到高频闭锁信号，禁止门E2开放，经或门O2保护瞬时动作于跳闸。（3） 系统振荡时 当由于各种原因使系统静稳定遭到破坏时，由于没有负序电流，故两侧保护的起信元件KAN均不工作，虽然停信元件1KI、2KI可能会误动作，但与门A1不开放，断路器不会误跳闸；而当外部故障使系统动稳定遭

45、到破坏时，其中一侧保护的停信元件1KI、2KI可能会误动作，系统的负序电流分量使起信元件KAN工作，与门A1 开放，但总有一侧保护的停信元件一直处于工作状态，使两侧保护的收信机总能收到高频闭锁信号，禁止门E2可靠闭锁与门A1的动作信号，保护仍然不会误动作。（4） 高频部分退出时此时，整套距离保护仍保持原有的性能工作。由以上分析可知，高频闭锁距离保护减少了测量元件，简化了接线，相对提高了保护的可靠性。其主要缺点是，距离保护检修时，高频保护也必须退出工作，使线路在检修过程中失去保护，目前，高压输电线路的主保护逐渐采用双重化配置，很好的解决了这个问题；另外，系统振荡过程中发生内部故障时，保护的距离、

46、段被闭锁，要以较长的段的动作时间切除故障，现在，国内继电保护主要生产厂家采取相应措施，生产出的高频闭锁距离保护，能在系统振荡过程中发生内部故障时，开放距离保护的闭锁，使大部分故障情况下，保护能瞬时动作，有效的提高了高频闭锁距离保护此时的动作速度。因此，高频闭锁距离保护的应用将更为广泛。*将距离保护与高频闭锁部分结合，构成高频闭锁距离保护，这样，既能在内部故障时加速两侧的距离保护，使其瞬时动作，又能在外部故障时利用高频闭锁信号闭锁两侧保护，同时还具有后备作用，因此，高频闭锁距离保护是目前高压和超高压输电线路上广泛采用的保护之一。高频闭锁距离保护的构成原理高频闭锁距离保护主要由起信元件、停信元件和

47、高频通道等组成。短时发信方式的高频闭锁距离保护原理如图6-15（b）所示，其各元件作用如下。（1） 停信元件其作用是测量故障点的位置，以控制高频发信机在内部故障时停信，通常用、段方向阻抗元件作为高频闭锁距离保护的停信元件。本例的停信元件采用距离段阻抗继电器。在高频部分退出时，距离保护作为一套完整的三段式距离保护运行。（2） 起信元件 它的主要作用是是在故障时起动高频发信机。起信元件的多采用负序电流或负序、零序复合电流或它们的增量元件；也可以采用第段距离元件作为起信元件；还可以由距离保护本身的起动元件兼任。本例高频闭锁距离保护的起信元件采用第段距离元件。（5） 外部故障时 在图6-15（a）中，

48、当A侧保护的距离段范围以外K3点发生故障时，图6-15（b）中两侧保护的停信元件Z均不动作，两侧保护的起信元件Z均动作，经中间继电器1KM的常闭接点起动两侧发信机发出高频闭锁信号。两侧收信机收到高频闭锁信号后，中间继电器2KM的常闭接点使两侧保护的快速跳闸回路一直闭锁。当A侧保护的距离段范围内K2点发生故障时，图6-15（b）中两侧保护的起信元件Z动作，起动本侧的发信机发出高频闭锁信号。此时，A侧停信元件Z动作，中间继电器1KM动作，停止本侧的发信，做好快速跳闸准备。但B侧保护的停信元件Z不动作，B侧保护的发信机仍继续发出高频闭锁信号，A、B两侧保护的收信机一直收到高频闭锁信号，中间继电器2K

49、M的常闭接点使两侧保护的快速跳闸回路一直闭锁，两侧断路器不会误跳闸。若故障所在线路的保护或断路器拒动时，本侧保护起后备作用，按t=0.5s时限跳闸。（6） 内部故障时 当在被保护范围内部可K1点短路时，图6-15（b）中两侧保护的起信元件Z动作，起动本侧的发信机发出高频闭锁信号。同时，两侧停信元件Z动作，起动两侧的1KM，停止两侧发信机的发信，于是两侧保护的收信机收不到高频闭锁信号，两侧2KM的常闭接点接通快速跳闸回路，使两侧保护瞬时动作于跳闸。a) 高频部分退出时此时，整套距离保护仍保持原有的性能工作。 高频闭锁距离保护减少了测量元件，简化了接线，相对提高了保护的可靠性。其主要缺点是，距离保

50、护检修时，高频保护也必须退出工作，使线路在检修过程中失去保护，目前，高压输电线路的主保护逐渐采用双重化配置，很好的解决了这个问题；另外，系统振荡过程中发生内部故障时，保护的距离、段被闭锁，要以较长的段的动作时间切除故障，国内继电保护主要生产厂家采取相应措施，生产出的高频闭锁距离保护，能在保护范围内发生转换性短路时，开放距离保护的闭锁，使大部分故障情况下，保护能瞬时动作，有效的提高了高频闭锁距离保护此时的动作速度。因此，高频闭锁距离保护的应用将更为广泛。五、 高频闭锁零序保护 高频闭锁零序保护的工作原理与高频闭锁距离保护相同，只需将三段式零序电流方向保护的元件代替上述三段式距离保护的距离元件并和

51、高频部分相配合即可实现。第四节 光纤保护随着国民经济的发展，光纤通信技术在电力系统的应用正在逐步推广，由光纤作为通道构成的光纤保护是输电线路的一种理想保护，光纤通道容量大、抗腐蚀不受潮，敷设、检修方便、还可以节省大量有色金属，并且可以解决纵联保护中导引线保护以及高频保护的通道易受电磁干扰、高频信号衰耗等问题。由于光纤通道的通信距离不够长，在长距离输电线路中使用时需要中继器和其它附属设备，因此，对于整定配合比较困难的短线路，光纤保护的优点更为突出。一、 光纤保护的基本原理光纤保护是将线路两侧的电气量调制后转化为光信号，以光缆作为通道传送到对侧，解调后直接比较两侧电气量的变化，然后根据特定关系，判

52、定内部或外部故障的一种保护。光纤保护主要由故障判别元件和信号传输系统（PCM端机、光端机以及光缆通道）组成，如图6-16所示。故障判别元件即继电保护装置，利用线路两侧输入电气量的变化，根据特定关系来区分正常运行、外部故障以及内部故障。光端机的作用是接收、发送光信号。光端机的光发部分通过PCM端机的调制器将发送电气量的模拟信号调制数字信号进行发送，经光缆通道传输到线路对侧；光端机的光收部分收到被保护线路对侧的数字光信号后，通过PCM端机的解调器还原成电气量模拟信号，然后提供给保护，作为故障判别的依据。PCM端机调制器的作用是将各路模拟信号进行采样和模/数转换、编码，与键控信号的并行编码一同转换成

53、适合光缆传输的串行码；PCM端机解调器的作用是将接收到的PCM串行码转换成并行码，并将这些并行码经数/模转换和键控解码，解调出各路的模拟信号和键控信号。光缆通道的作用是将被保护线路一侧反应电气量的光信号，传输的被保护线路的另一侧。二、 信号传输系统光纤传输系统是如图6-16所示除继电保护以外的其余部分，即两侧PCM端机、光端机和光缆组成光纤数字传输系统。（一） PCM端机1. PCM调制器 PCM（Pulse Code Modulation）调制器的原理是脉冲编码调制。PCM调制器由时序电路、模拟信号编码电路、键控信号编码电路、并/串转换及汇合电路组成。2. PCM解调器PCM解调器由时序电路

54、、串/并转换电路、同步电路、模拟解调电路及键控解码电路组成。（二） 光端机 两侧装置中，每一侧光端机包括光发送部分和光接收部分。光信号在光纤中单向传输，两侧光端机需要两根光纤。一般采用四芯光缆，两芯运行，两芯备用。光端机与光缆经过光纤活动连接器连接。活动连接器一端为裸纤，与光缆的裸纤焊接，另一端为插头，可与光端机插接。1. 光发送部分 光发送部分主要由试验信号发生器、PCM码放大器、驱动电路和发光管LED组成。其核心元件是电流驱动的发光管LED。驱动电流越大，输出光功率越高。PCM码经过放大，电流驱动电路驱动LED工作，使输出的光脉冲与PCM码的电脉冲信号一一对应，即输入脉冲为“1”码时，输出

55、一个光脉冲，输入“0”码时，没有光信号输出。2. 光接收部分光接收部分的核心元件是光接收管PIN。它将接收到的光脉冲信号转换为微弱的电流脉冲信号，经前置放大器、主放大器放大，成为电压脉冲信号，经比较整形后，还原成PCM码。（三） 光缆 由光纤组成。光纤是一种很细的空心石英丝或玻璃丝，直径仅为100m200m。光在光纤中单向传播。三、 继电保护部分近年常用的电流差动光纤保护有综合比较三相电流和分相电流差动比较两种比较原理。以分相电流差动比较原理为例进行分析。（一） 分相电流差动比较原理的动作判据和动作区 分相电流差动比较原理的动作判据的分析方法原则上可以分为两类：一类以差动电流IKD和制动电流I

56、R的关系IKD = f（IR）表示，称为制动特性，另一类用线路两侧电流的相位关系表示，称为相位特性。下面，以制动特性为例进行分析。1. 动作判据 动作判据功能要求：（1） 内部故障电流较小时，有足够的灵敏度；（2） 外部故障电流阅读，允许电流误差相应增大，以提高保护防误动能力。（3） 如图6-17所示带有负荷的单电源系统，保护范围内经过渡电阻Rtr短路时，从故障点流出，与反向，保护应能动作。设，要求当时，保护能正确动作，即一侧电流有50%“溢出”时，保护能动作。 满足此要求的动作判据为 （6-17）式中， 线路两侧的三相电流或零序电流；K1、K2、K3固定常数，分别取值为0.5、1、2；Ip固定值（电流偏移量），当IN =5A时，取0.5；IOP整定值；动作量；制动量，且 （6-18） 这种原理是将线路两侧的A、B、C三相电流及零序电流四个量直接传输至对侧，分相进行差动比较。2. 动作区及其特点根据分相电流差动保护的动作判据可作出制动特性曲线In = f（Im），动作区如图6-18所示阴影区。 图中，直线4、5为50%溢出线处于动作边界，实际装置应考虑元件的误差，为使装置可靠动作，动作边界向曲线1有一小偏移，通过电流偏移量Ip即可实现