电力系统继电保护与二次回路课件 第4章 输电线路纵联保护

第4章输电线路纵联保护纵联保护应用场合：在电压等级为110kV及以上的高压输电线路中，为了保证电力系统运行的稳定性，提高输电线路的输送负荷能力，需要配置全线速动保护，即要求继电保护无时限地切除线路上任一点发生的故障。在GB/T14285-2023《继电保护和安全自动装置技术规程》中对全线速动保护的规定有：1.110～220kV中性点直接接地电力网中的线路保护，符合下列条件之一时，应装设一套全线速动保护：1）根据系统稳定要求需要快速切除故障时；2）线路发生三相短路，如使发电厂厂用母线电压低于允许值（一般约为70%额定电压），且其他保护不能无时限和有选择地切除短路时；3）采用纵联保护后不仅可改善本线路保护性能，而且能够改善整个电网保护的性能。2.对220kV及以上电压等级线路，符合下列条件之一时，可装设两套全线速动保护：1）根据系统稳定要求；2）复杂网络中，后备保护整定配合有困难时。按双重化原则配置纵联保护作为全线速动保护，优先采用纵联差动保护，也可采用纵联方向保护、纵联距离保护等。4.1纵联保护原理与分类4.1.1纵联保护原理在前面的章节中讲到电流保护、方向电流保护、零序电流保护和距离保护有一个共同的特点，保护仅测量线路某一侧的母线电压、线路电流等电气量（即单侧测量保护）。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。由图4-1可以看出，本线路末端故障k1与下线路始端故障k2两种情况下，保护P测量到的电流、电压几乎是相同的。为了保证选择性，k2故障时保护P不能瞬时切除，则本线路末端k1故障时保护P也就无法瞬时切除。可见单侧测量保护无法实现全线速动的根本原因是不能有效地区分本线路末端故障与下条线路始端故障。图4-1单侧测量保护4.1纵联保护原理与分类4.1.1纵联保护原理反应线路首端和尾端电气量变化而动作的保护称为线路纵联保护。线路纵联保护需要相应的信息通道进行线路双端电气量特征的交换。根据纵联保护的构成或比较原理不同，可以分为以下三种：1）以基尔霍夫电流定律为基础的纵联电流差动保护；2）比较线路两侧故障方向的纵联方向保护；3）在纵联方向保护的基础上增加距离保护构成纵联距离保护。（相关内容在4.5节中详细介绍）

图4-2纵联电流差动保护（a）区外故障时（b）内部故障时图4-2为纵联电流差动保护原理示意图，保护测量电流为线路两侧电流相量和，也称差动电流。将线路看成一个广义节点，正常运行时或外部故障时，流入这个节点的总电，线路内部故障时，两端都向故障点提供短路电流，流入这个节点的电流。流为0，纵联电流差动原理的保护不但可应用于线路，还可应用于电力变压器、电动机等元件保护上。

图4-3纵联方向保护（a）区外故障时（b）内部故障时图4-3为比较线路两侧故障方向的纵联保护原理示意图。外部故障时远故障端M保护测量的功率为母线流向线路，功率方向为正，而近故障侧N保护测量的功率为线路流向母线，功率方向为负，两端功率方向相反。如果两侧保护均测量为正向故障，则故障在本线路上。通过比较区内区外故障时，线路两端功率方向特征的区别构成纵联方向保护。纵联保护从原理上可以区分出区内外故障，而不需要保护整定值的配合，因此具有绝对选择性。上面提到的前两种纵联保护不反应本线路以外的故障，不能实现对相邻元件的远后备作用。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。4.1纵联保护原理与分类4.1.1纵联保护原理4.1纵联保护原理与分类4.1.2纵联保护分类纵联保护按照通道类型、保护原理和通道信号等有多种分类方法。1．按通道类型分类1）导引线通道：两侧保护电流回路由二次电缆连接起来，用于线路纵联电流差动保护；2）电力线载波通道：将输电线路作为载波通道，用高频信号传送两侧功率方向，可称为方向高频保护；3）微波通道：采用微波通道传输信号，可称为微波保护；4）光纤通道：采用光纤通道传输电气量信号，可称为光纤差动保护。导引线通道由于敷设、维护困难，仅用于特殊的10km以下短线路或元件保护上，实际使用较少。微波通道技术复杂，成本昂贵，只在载波通道应用困难的特殊情况下采用。目前大量的线路纵联保护采用载波通道的高频保护及光纤差动保护。2．按保护原理分类分为纵联电流差动保护、纵联方向保护和纵联距离保护。4.1纵联保护原理与分类4.1.2纵联保护分类3．按通道传送信号的作用分类（1）闭锁信号如图4-4a所示，在发生外部故障时，由判定为外部故障的一端保护装置发出闭锁信号，将两端的保护闭锁。而当内部故障时，两端均不发信号，两侧保护收不到闭锁信号，保护即可动作于跳闸。（2）允许信号如图4-4b所示，当区内故障后保护判定为正向故障时向对侧发出允许信号，保护起动后本侧判别为正向故障且收到对侧保护的允许信号时，说明两侧保护均判别故障为正方向，动作于出口跳闸，即允许式的纵联保护。目前的微机保护中可通过整定控制字（软压板）来选择采用闭锁式纵联保护或允许式的纵联保护。图4-4闭锁式、允许式纵联保护(a)闭锁式纵联保护(b)允许式纵联保护（3）跳闸信号跳闸信号是由线路对端发来的，直接使本端保护动作于跳闸的高频信号。不管本端保护是否动作，只要收到对端发来的跳闸信号，则动作于跳闸。4.2纵联保护通道4.2.1导引线通道导引线通道就是利用敷设在输电线路两端电流互感器二次回路来传递被保护线路各侧信息的通道。导引线通道的主要问题是：导引线通道长度与输电线路相当，敷设困难；通道发生断线、短路时会导致保护误动；运行中检测、维护通道困难；导引线较长时电流互感器二次阻抗过大导致误差增大。因此导引线通道构成的纵联保护仅用于少数特殊的短线路上。以导引线为通道的纵联保护称为导引线纵联保护，一般可分为环流式和均压式两种。对于环流式导引线纵联保护，如果导引线发生开路故障时，保护要误动，导引线发生短路故障时，保护要拒动，而均压式正好相反。鉴于导引线纵联保护的技术特点，它更多的应用于变电站的变压器、母线等主设备的保护中。4.2纵联保护通道4.2.2电力线载波通道将线路两端的电流相位或功率方向信息转变为高频信号，通过输电线路传送到对侧，以实现各端电流相位或功率方向的比较，这就是高频保护或线路纵联保护名称的由来。根据通道的构成，传送高频信号可以用电力线路其中一相与大地作为回路，称为“相地制”；也可用两相电线路作为回路，称为“相相制”。“相地制”因所需设备较少，投资小，在我国被广泛应用。1．载波通道组成如图4-5所示为相地制载波通道，图中只画出了线路一侧的设备，另一侧设备完全相同。相地制载波通道是由输电线路、阻波器、耦合电容器、结合滤波器、高频电缆、保护间隙、接地开关等设备组成。图4-5相地制电力线载波通道示意图4.2纵联保护通道4.2.2电力线载波通道图4-5相地制电力线载波通道示意图（1）输电线路三相输电线路都可以用来传递高频信号，任一相与大地间都可以组成相地回路。（2）阻波器为了使高频信号只在本线路中传输，而不去干扰相邻线路保护，采用了一个电感线圈和一个可调的电容并联组成的谐振电路构成阻波器，当遇到高频信号时，呈现高达1000Ω以上的阻抗，从而将高频信号拦截在本线路中。而对工频电流，阻波器呈现低至0.04Ω的阻抗，工频电流畅通无阻。阻波器的作用可概况为“通工频，阻高频”。（3）耦合电容器耦合电容器为高压小容量电容器，它与结合滤波器共同组成带通滤波器，允许高频信号流过，而对工频电流呈现高阻抗，阻止其流过。其作用与阻波器恰恰相反，可概况为“通高频，阻工频”。4.2纵联保护通道4.2.2电力线载波通道图4-5相地制电力线载波通道示意图（4）结合滤波器结合滤波器是由一个可调的空心变压器、电容器组成。其作用是电气隔离与阻抗匹配。结合滤波器将高压部分与低压的二次设备隔离，同时与两侧的通道阻抗匹配以减小反射衰耗。结合滤波器一侧线路等效阻抗应与输电线路的波阻抗匹配，220kV线路波阻抗一般为400Ω；330kV及500kV线路波阻抗为300Ω。电缆一侧等效阻抗则与电缆波阻抗匹配，目前电缆波阻抗为75Ω。（5）高频电缆高频电缆一般为单芯同轴电缆，电缆芯外有屏蔽层，为减小干扰，屏蔽层应可靠接地。它用来连接室内高频收发信机和室外结合滤波器。4.2纵联保护通道4.2.2电力线载波通道图4-5相地制电力线载波通道示意图（6）保护间隙保护间隙是载波通道的辅助设备，当线路上遭受雷击产生过电压时，保护间隙击穿并限制了结合滤波器上的电压，以保护发信机不被击毁，起到过电压保护的作用。（7）接地开关接地开关也是载波通道的辅助设备，检修时合上接地开关，保证人身和设备安全，检修完毕通道投入运行前必须打开接地开关。4.2纵联保护通道4.2.2电力线载波通道2．收发信机高频收发信机是用来发送和接收高频信号，由高频收信机和高频发信机两部分组成。当电力系统发生短路故障后，保护启动之后高频发信机才发出高频信号，对端的高频收信机收到信号后，经过比较判断，确定继电保护动作跳闸或闭锁。（1）发信方式1）短时发信：收发信机在系统正常情况下不发信，电力系统发生故障期间继电保护起动，发信机投入工作。短时发信方式由于功率放大器仅短时工作，降低了对功放的要求，有利于延长发信机寿命，减少对其他载波设备的干扰，但必须定期手动发信以检查通道及收发信机是否完好。该方式在我国电力系统得到广泛应用，2）长时发信：发信机始终投入工作，对功率放大器、电源等电路要求较高，优点是通道监视方便，能迅速发现通道缺陷。为了减小长时发信造成的干扰，系统正常时发信机以较小的功率发信，电力系统发生故障期间继电保护起动后发信机加大发信功率以克服高频信号穿越故障线路带来的衰耗。4.2纵联保护通道4.2.2电力线载波通道（2）频率类型1）单频制：单频制是指两侧发信机和收信机均使用同一个频率，收信机收到的信号为两侧发信机信号的叠加，如图4-6a所示。2）双频制：双频制是一侧的发信机与收信机使用不同的频率，收信机只能收到对侧发信机的信号而收不到本侧发信机的信号，如图4-6b所示。单频制用于“闭锁式”保护，而“允许式”保护需要采用双频制。

图4-6单频制与双频制（a）单频制

（b）双频制4.2纵联保护通道4.2.3微波通道电力输电线路载波频率不够分配时，还可以考虑微波通道。微波通道为无线通信方式，我国继电保护中的微波通道所用频率为2000MHz、6000～8000MHz，主要用于电力系统通信，由定向天线、连接电缆、收发信机组成。微波通道容量大，不存在通道拥挤问题，也没有线路故障时载波通道衰耗加大的问题，但设备昂贵，一个50m高的微波天线通信距离为50km左右，超过这个距离，需要增设微波中继站，维护起来也很困难，因此微波通道仅用于个别载波通道应用困难的线路。4.2纵联保护通道4.2.4光纤通道光纤通道通信容量大，不受电磁干扰，随着光纤通信技术的快速发展，使用光纤通道的纵联保护应用日益广泛。在我国，国家电网公司已经明确应积极推广在纵联保护中使用光纤通道。光纤通信系统主要由光发送机、光缆、中继器和光接收机组成。光纤通信的原理是将电气量编码后送入光发送机控制发光的强弱，光在光纤中传送，再送入光接收机将收到的光信号的强弱变化转为电信号，如图4-7所示。图4-7光纤通信系统构成光发送机包括电调制器和光调制器。电调制器的作用是把信息转换为适合信道传输的信号，多为数字信号。光调制器的作用是把数字信号转换为适用光纤信道传输的光信号。4.2纵联保护通道4.2.4光纤通道光缆由多股光纤制成，光纤结构如图4-8a所示。光缆由多根光纤绞制而成。为了提高机械强度，采用多股钢丝起加固作用，光缆中还可以绞制铜线用于电源线或传输电信号，如图4-8b所示。光缆可以埋入地下，也可以固定在杆塔上，或置于空心的架空地线中。中继器的作用是对经过光纤传输衰减后的信号进行放大。中继器有全光中继器和光-电-光中继器。如果只要对光信号进行放大，可适用全光中继器。光接收机包括光探测器和电解调器。光探测器的作用是把经过光纤传输后的微弱光信号转变为电信号。电调制器的作用是把电信号放大，恢复出原信号。

图4-8光纤结构与光缆结构（a）光纤结构

（b）光缆结构4.2纵联保护通道4.2.4光纤通道图4-9及图4-10为两种光纤通道连接方式，采用专用光纤方式时两台纵联保护通过光纤直接相连；采用数字复接方式时在通信机房增加一台数字复接接口设备。目前不加中继设备情况下，继电保护光纤通道传输距离已经达到100km（64kb/s速率），使用2Mb/s速率时衰耗大些，传输距离为70km。光纤通道除了逐渐取代载波通道用于纵联保护，更为广泛地用于电力系统通信领域。图4-9专用光纤方式连接图4-10数字复接方式连接4.3纵联电流差动保护4.3.1纵联电流差动保护工作原理1．保护基本原理如图4-2所示，线路两侧电流参考方向均以母线指向线路为正，保护测量的电气量为线路两侧电流的相量和，称为差动电流。若忽略线路电容电流，则，保护的动作＞，为保护的动作电流。判据为线路正常运行及外部故障时，理想情况下与大小相等，方向相反，则=0，但实际，为保护外上由于电流互感器存在励磁电流，且线路两侧TA励磁特性也不完全一致，从而使差动电流并不为零，称为差动保护的不平衡电流，外部故障导致TA饱和时情况更为严重。为保证线路正常运行及外部短路时纵差保护不误动，要求保护的动作电流部故障时流过保护的最大不平衡电流。线路内部故障时，与大小不等，方向相同，此时很大，＞，纵差保护能够可靠动作。4.3.1纵联电流差动保护工作原理4.3纵联电流差动保护2．不平衡电流正常运行时，流过电流互感器的一次电流为负荷电流，电流互感器工作在线性区，其励磁电流较小，由此产生的不平衡电流也较小，此时不平衡电流的经验公式为（4-1）当发生外部故障时，流过电流互感器的一次电流为短路电流，使铁心严重饱和，励磁电流急剧增大，此时的不平衡电流要比正常运行时的不平衡电流大很多，此时最大不平衡电流的经验公式为：（4-2）4.3.1纵联电流差动保护工作原理4.3纵联电流差动保护3．差动保护的整定计算由于差动保护是瞬时动作的，为了避免在不平衡电流作用下差动保护误动作，需要提高差动保护的整定值，躲开最大不平衡电流。因此，差动保护动作电流应按躲过外部故障情况下通过保护的最大不平衡电流来整定，即（4-3）灵敏度校验：按照单端电源线路末端发生短路时的最小差动电流进行灵敏度校验，即（4-4）一般要求。当灵敏度不满足要求时，应采用带制动特性的电流差动保护。4.3纵联电流差动保护4.3.2比率制动式电流差动保护1．比率制动特性所谓比率制动特性就是指差动元件的动作电流随外部短路电流的增大成比率增大。这样就可避免由于外部短路电流的增大而造成的差动元件误动作，同时对于内部短路故障又有较高的灵敏度。2．构成原理比率制动电流差动保护动作特性如图4-13所示，差动电流为，即两侧电流相，即两侧电流相量差的幅值。为起动电流，为拐点制动电流，折线的斜率为制动系数，一般取0.5～0.75，动量和的幅值；引入制动电流动作电流与制动电流对应的工作点位于比率制动特性曲线上方时，继电器动作。图中作特性方程为（4-5）4.3纵联电流差动保护4.3.2比率制动式电流差动保护由于保护引入了制动量，式（4-5）中的动作判据由两部分组成：第一部分表示当保护制动电流小于拐点制动电流时，差动电流要大于保护的起动电流，保护才能动作，起动电流可按躲过正常运行时保护的不平衡电流来整定，保证纵差保护在线路正常运行时可靠不动作；第二部分表示当保护制动电流大于拐点制动电流时，保护的动作电流即差动电流要随着制动电流的增大而增大，防止外部故障形成的不平衡电流变化导致保护误动。电流差动元件按所取电流性质不同可分为以下三种类型：取相电流进行差动计算时，称为分相差动元件；取零序电流计算时，称为零序电流差动元件；取相电流的工频变化量进行计算时，称为变化量分相差动。图4-11比率制动电流差动保护的动作特性4.3纵联电流差动保护4.3.3光纤分相比率制动式电流差动保护光纤电流纵差保护的构成如图4-12所示。借助于光纤通道，实时地向对端传送电流数据，各端保护利用本端和对端的电流数据进行分析计算，做出对被保护线路是否发生故障的判断。图4-12光纤电流纵差保护的构成原理图光纤分相电流差动保护作为高压输电线路的主保护获得了广泛应用，光纤分相电流差动保护有以下优点：1）原理简单，选择性强，能够实现全线速动，与相邻线路的保护没有配合关系。2）定值整定简单，差动电流仅反应故障分量，抗过渡电阻能力强，具有较高灵敏度。3）能够反应所有故障类型，不受系统振荡影响。4）具有良好的天然选相功能。5）不受电压互感器断线影响。6）良好的网络拓扑适应能力，能应用于长、短线路，能够应用于同杆并架双回线、串补电容线路以及T形分支线路。4.3纵联电流差动保护4.3.3光纤分相比率制动式电流差动保护1．保护构成（1）保护起动元件起动元件可以由反应相间工频变化量的过电流元件和反应零序过电流元件组成，两者构成或逻辑，互相补充。（2）比率制动特性的电流差动元件电流差动元件的动作特性如图4-11所示，内部故障时灵敏动作，保护区外故障时可靠不动作。2．同步采样电流差动保护计算差动电流、制动电流时，必须使用两端相同时刻的电流数值，否则计算结果将产生误差甚至导致保护误动或拒动。然而两侧相距上百千米，如何使用两端相同时刻的电流数值，成为电流差动保护应用必须要解决的技术问题。常用的同步方法有基于数据通道的同步方法和基于全球定位系统同步时钟的同步方法。4.3纵联电流差动保护4.3.3光纤分相比率制动式电流差动保护3．光纤分相电流差动保护逻辑框图图4-13为光纤分相电流差动保护逻辑框图，主要由起动元件、TA断线闭锁元件、分相电流差动元件、通道监视、收信回路组成。图4-13光纤分相电流差动保护逻辑框图4.3纵联电流差动保护4.3.3光纤分相比率制动式电流差动保护（2）外部故障线路外部故障后，保护起动元件起动，但两侧分相电流差动元件均不会动作，也收不到对侧保护的“差动保护动作”信号，保护出口不跳闸。（3）电流互感器断线当电流互感器断线时，会产生零序电流和差动电流，但保护不会误动作。因为未发生断线侧的保护不会启动，从而闭锁了断线侧的保护。可利用对侧保护不启动，而本侧保护存在差动电流的特点构成电流互感器断线检测元件。满足以下条件时，发出告警信号，并闭锁相应的电流差动保护。（1）内部故障线路内部故障后，起动元件开放出口元件正电源，故障相电流差动元件动作，同时向对侧保护发出“差动保护动作”信号。本侧保护起动且收到对侧“差动保护动作”信号情况下，故障相电流差动元件向跳闸逻辑部分发出分相电流差动元件动作信号。4.3纵联电流差动保护4.3.3光纤分相比率制动式电流差动保护1）零序电流连续12s大于一设定值，发出电流互感器断线告警信号，并闭锁电流差动保护。2）任意相电流连续12s小于一设定值，发出某相断线告警信号，并闭锁该相电流差动保护。3）差动电流连续12s大于0.25In，而该相电流小于0.06In，发出某相电流互感器断线告警信号，并闭锁该相的电流差动保护。（4）通道异常通道异常时闭锁各分相电流差动元件出口，防止保护误动。4.3纵联电流差动保护4.3.3光纤分相比率制动式电流差动保护（5）本侧开关三相在跳闸位置时对侧手合于故障线路如图4-14所示，本侧开关三相在跳闸位置时如对侧手合于故障线路，则本侧保护不起动，若不采取措施，将导致电流差动保护拒动。为此断路器断开侧的保护需将断路器的位置信息传送给对端的保护，这样当线路上发生短路时，电流差动保护就可以动作于跳闸。图4-14手合于故障线路情况4.4高频闭锁方向保护4.4.1高频闭锁方向保护工作原理纵联方向保护的原理是当两侧保护均起动且为正向故障时，判定故障为线路内部故障，立即动作于跳闸。目前在电力系统中广泛使用由电力线载波通道实现的闭锁纵联方向保护，采用正常无高频信号，而在区外故障时发高频闭锁信号的方式构成，该闭锁信号由短路功率方向为负的一端发出，并被两端的收信机所接收，而把保护闭锁，因此称为高频闭锁方向保护。图4-15所示的网络中，线路两端都装有方向元件，规定功率方向由母线流向线路时为正，反之，则为负。当线路NP的K点发生短路时，对于线路NP是内部故障，两端的功率方向为正，两端都不发闭锁信号，因此保护3和保护4瞬时动作于跳闸；而对于线路MN和PQ是外部故障，由于靠近故障点一端的功率方向为负，则保护2和保护5发出闭锁信号，此信号一方面被自己的收信机接收，同时经过高频通道被对端的收信机收到，使得保护1、2和保护5、6都被闭锁，从而保证了线路MN和线路PQ不会被错误地切除。图4-15高频闭锁方向保护的工作原理4.4高频闭锁方向保护4.4.1高频闭锁方向保护工作原理系统故障时只在非故障线路上传送高频信号，而在故障线路上并不传送高频信号的优点是高频闭锁方向保护得到广泛应用的原因之一。因为，避免了在故障线路上由于短路而导致高频通道被破坏影响保护正确动作的现象出现。由于高频闭锁方向保护的发信机采用短时发信方式，即正常运行时，发信机并不发信，只是在线路故障时发信机才短时发信。短时发信方式的高频保护，其继电保护由启动元件和方向元件组成。方向元件用以判别功率方向，启动元件用以故障时启动发信机发出闭锁信号，根据启动元件的不同，高频闭锁方向保护可分为电流元件启动的高频闭锁方向保护、方向元件启动的高频闭锁方向保护和远方启动的高频闭锁方向保护。4.4高频闭锁方向保护4.4.2电流元件启动的高频闭锁方向保护电流元件启动的高频闭锁方向保护原理框图如图4-16所示，从图中可见，保护装有两个电流启动元件I1和I2，一个方向元件P，两个时间元件KTI和KT2。图4-16电流元件启动的高频闭锁方向保护图4-16中，低定值的启动元件I1灵敏度较高，用以启动发信机发出闭锁信号；高定值的启动元件I2灵敏度较低，用以启动保护的跳闸回路。方向元件P用以判别短路功率的方向。KT1为瞬时动作、延时返回的时间元件，其作用是在外部故障切除后，近故障点端的发信机能继续发出闭锁信号t1时间，以保证远故障点端不会由于I2和P返回满而引起误跳闸；KT2为延时动作、瞬时返回的时间元件，其作用是等待对端闭锁信号的到来，以防止外部故障时，远故障点端由于未收到近故障点端的发信机传送来的闭锁信号而造成误跳闸。4.4高频闭锁方向保护4.4.2电流元件启动的高频闭锁方向保护1.保护的工作原理1）在正常运行时，两端的启动元件I1和I2都不动作，发信机不启动，跳闸回路也不开放。因此，两端的保护不动作。2）当外部故障时，两端的高灵敏度启动元件I1都动作。I1动作后，经时间元件KT1、禁止门JZ1启动发信机发出闭锁信号。同时，两端的低灵敏度启动元件I2也都动作。I2动作后，经与门准备好跳闸回路。由于远故障点端的短路功率方向为正，其方向元件P也动作，与门开放，则经时间元件KT2延时后，将禁止门JZ1闭锁，使本端发信机停止发信；但近故障点端的短路功率方向为负，其方向元件P不动作，则禁止门JZ1开放，使该端的发信机能继续发出闭锁信号。近故障点端所发出的闭锁信号一方面被本端的收信机接收，另一方面经过高频通道被对端的收信机接收，当两端的收信机收到闭锁信号后，将禁止门JZ2闭锁。因此，两端的保护被闭锁。当外部故障切除且启动元件返回之后，则整套保护又恢复原状。4.4高频闭锁方向保护4.4.2电流元件启动的高频闭锁方向保护3）当两端供电的线路内部故障时，两端的启动元件I1和I2都动作。I1动作后，经时间元件KT1、禁止门JZ1启动发信机发出闭锁信号。I2动作后，经与门准备好跳闸回路。同时，两端的方向元件P也都动作，与门开放，经t2延时后，将禁止门JZ1闭锁，又使两端的发信机停止发出闭锁信号。由于两端的收信机收不到闭锁信号，则禁止门JZ2开放，故两端的保护动作于跳闸，将故障线路切除。4）当单端供电线路内部故障时，受电端的启动元件不动作，也不发闭锁信号；送电端的启动元件和方向元件都动作。因此，送电端的保护动作于跳闸。5）若方向元件采用900接线方式的功率方向继电器，当系统振荡且振荡中心位于保护范围内时，则不受系统振荡的影响。4.4高频闭锁方向保护4.4.2电流元件启动的高频闭锁方向保护2.采用两个灵敏度不同的启动元件的原因由上述分析可见，在外部故障时保护正确动作的必要条件是靠近故障点一端的发信机必须启动。如果两端只有一个启动元件且灵敏度不相配合时，就可能发生误动作。例如，在图4-17所示的系统中，线路MN两端各有一个启动元件，其动作电流为100A。由于电流互感器的误差和电流启动元件动作值的离散型，两端启动元件的实际动作电流可能不同，一般允许的误差范围是5%。因此，M端的实际动作电流可能为95A，N端的实际动作电流可能为105A。图4-17只用一个启动元件且灵敏度不相配合的情况当外部K点短路且短路电流为时，则N端的保护不启动，也不能发出闭锁信号；而M端的保护启动，又收不到闭锁信号，故M端保护将出现误动作。为了防止这种误动作情况的发生，可采用两个灵敏度不同的启动元件，用动作电流较小的启动元件I1启动发信机，而用动作电流较大的启动元件I2启动跳闸回路。这样，在遇到上述情况时，就可以避免误动作情况的发生。4.4高频闭锁方向保护4.4.2电流元件启动的高频闭锁方向保护高定值的启动元件动作值Iop.2和低定值的启动元件动作值Iop.1满足以下关系式：（4-6）高定值的启动元件的动作值Iop.2按以下两个条件整定：1.按大于本线路最大负荷电流整定，即（4-7）2.按保证线路末端有灵敏度整定，即（4-8）取上述两者中较大值作为高定值的启动元件的动作值。当然采用两个灵敏度不同的启动元件也会存在缺点，比如当外部故障时，为了保证远故障点端的保护不会误动作，在跳闸回路中设置了时间元件KT2，以等待对端发来的闭锁信号，降低了整套保护的动作速度。在内部故障时，必须低灵敏度的启动元件I2动作后，保护才能动作于跳闸。因此，降低了整套保护的灵敏度并使保护接线复杂。4.4高频闭锁方向保护4.4.3方向元件启动的高频闭锁方向保护方向元件启动的高频闭锁方向保护原理框图如图4-18a所示，图中，P-为反方向短路时动作的方向元件，用以启动发信机；P+为正方向短路时动作的方向元件，用以启动跳闸回路；PM+、PM-和PN+、PN-的动作区如图4-18b所示。

图4-18方向元件启动的高频闭锁方向保护（a）原理框图

（b）系统图及方向元件的动作区4.4高频闭锁方向保护4.4.3方向元件启动的高频闭锁方向保护现将保护的工作原理说明如下：1）在正常运行时，两端的方向元件PM+、PM-和PN+、PN-都不动作，发信机不启动，跳闸回路也不开放。因此，两端的保护不动作。2）当外部故障时，远故障点端的正方向元件PM+动作，启动跳闸回路。近故障点端的反方向元件PN-动作，经时间元件KT1、禁止门JZ1启动发信机。于是，两端的收信机都将收到闭锁信号，使禁止门JZ2闭锁。故两端的保护被闭锁而不会误动。3）当两端供电线路内部故障时，两端的反方向元件PM-和PN-都不动作，发信机不启动，于是，两端的收信机都收不到闭锁信号，使禁止门JZ2开放。同时，两端的正方向元件PM+和PN+都动作，经t2延时后，则两端的保护动作于跳闸。4）当单端供电线路内部故障时，由于受电端肯定不会发出闭锁信号，因此不会造成送电端的保护拒动。方向元件启动的高频闭锁方向保护的主要优点是：构成简单，灵敏度高。目前，方向元件启动的高频闭锁方向保护广泛采用负序功率方向继电器作为方向元件，以使保护的性能更加完善。4.4高频闭锁方向保护4.4.4远方启动的高频闭锁方向保护远方启动的高频闭锁方向保护原理框图如图4-19所示。这种启动方式只有一个电流启动元件I，发信机既可由电流启动元件I启动，也可由收信机收到对端的高频信号后，经延时元件KT3、或门、禁止门JZ1来启动。这样，在外部故障时，即使只有一端的电流启动元件I启动发信机，另一端也可通过高频通道接收到远方传送的高频信号将本端的发信机启动，后者的启动方式称为远方启动。图4-19远方启动的高频闭锁方向保护原理框图在两端相互远方启动后，为了使发信机固定启动一段时间，设置了时间元件KT3，该时间元件为瞬时动作、延时返回，而延时返回的时间t3就是发信机固定启动时间。在收信机收到对端发来的高频信号后，时间元件KT3立即发出一个持续时间为t3的脉冲，经或门、禁止门JZ1，使发信机发信。经时间t3后，远方启动回路就自动地断开。t3的时间应大于外部短路可能持续的时间，一般取t3=5-8s。这是因为在外部故障切除前，若近故障点端由远方启动的发信机停止发信，则远故障点端的保护因收不到闭锁信号而可能误动作。4.4高频闭锁方向保护4.4.4远方启动的高频闭锁方向保护保护的工作原理如下：1）当两端供电线路内部故障时，两端的电流启动元件I和方向元件P都动作。I动作后，经时间元件KT1、或门、禁止门JZ1启动发信机。本端收信机收到高频信号后，将禁止门JZ2闭锁并使本端发信机