繼電保護(hù) 第6章線路的縱聯(lián)保護(hù)

1、第六章 線路的縱聯(lián)保護(hù)第一節(jié) 縱聯(lián)保護(hù)的基本原理根據(jù)電流、電壓和阻抗原理構(gòu)成的系統(tǒng)保護(hù)，都是從線路靠近電源的一側(cè)測(cè)量各種狀態(tài)下的電氣量，由于測(cè)量誤差等原因，它們不能準(zhǔn)確判斷發(fā)生在本線路末端和下一線路出口的故障，為了保證選擇性，只能縮小保護(hù)范圍，在此范圍內(nèi)，保護(hù)可以瞬時(shí)動(dòng)作，如電流和距離段。為了切除全線范圍內(nèi)的故障，必須另外增設(shè)保護(hù)，如電流和距離段，同樣由于誤差的原因，保護(hù)范圍必然延伸到下一線路，與下一線路保護(hù)的保護(hù)范圍交叉重疊，為了保證選擇性，只有延時(shí)保護(hù)動(dòng)作，使切除全線路范圍內(nèi)故障的時(shí)間延長(zhǎng)。對(duì)于電力系統(tǒng)的重要線路和大容量高電壓以及超高壓線路，為了保證系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性和減小故障的損害程度

2、，對(duì)保護(hù)的速動(dòng)性提出了更高的要求，必須瞬時(shí)切除全線路范圍內(nèi)的故障。線路的縱聯(lián)保護(hù)可以滿足要求。縱聯(lián)保護(hù)是同時(shí)比較線路兩側(cè)電氣量的變化而進(jìn)行工作的。因此，在被保護(hù)范圍內(nèi)任何地點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，縱聯(lián)保護(hù)都能瞬時(shí)動(dòng)作。根據(jù)兩側(cè)電氣量傳輸方式的不同，縱聯(lián)保護(hù)主要分為導(dǎo)引線縱聯(lián)保護(hù)（簡(jiǎn)稱導(dǎo)引線保護(hù)）、電力線載波保護(hù)（簡(jiǎn)稱高頻保護(hù)）、微波縱聯(lián)保護(hù)（簡(jiǎn)稱微波保護(hù)）、光纖縱聯(lián)保護(hù)（簡(jiǎn)稱光纖保護(hù)）。第二節(jié) 線路的導(dǎo)引線保護(hù)一、 導(dǎo)引線保護(hù)的基本原理導(dǎo)引線保護(hù)是通過(guò)比較被保護(hù)線路始端和末端電流幅值、相位進(jìn)行工作的。為此，應(yīng)在線路兩側(cè)裝設(shè)變比、特性完全相同的差動(dòng)保護(hù)專用電流互感器TA，將兩側(cè)電流互感器二次繞組的同極性端

3、子用輔助導(dǎo)引線縱向相連構(gòu)成導(dǎo)引線保護(hù)的電流回路，差動(dòng)繼電器KD并接在電流互感器的二次端子上，使正常運(yùn)行時(shí)電流互感器二次側(cè)電流在該回路中環(huán)流，根據(jù)基爾霍夫電流定律，流入差動(dòng)繼電器KD的電流等于零，如圖6-1（a）所示。通常稱此連接方法為環(huán)流法，將環(huán)流法接線構(gòu)成的保護(hù)稱為導(dǎo)引線保護(hù)。根據(jù)以上接線原理，對(duì)圖6-1所示導(dǎo)引線保護(hù)原理進(jìn)行分析。當(dāng)線路正常運(yùn)行或外部k點(diǎn)短路時(shí)，通過(guò)差動(dòng)繼電器KD的電流為 （6-1）當(dāng)線路內(nèi)部任意一點(diǎn)k短路時(shí)，分以下兩種情況分析。（1） 線路為兩側(cè)電源供電，若兩側(cè)電源向短路點(diǎn)k提供的短路電流分別為和，短路點(diǎn)的總電流為，則流入繼電器KD的電流 （6-2） 當(dāng)達(dá)到差動(dòng)繼電器KD

4、的動(dòng)作電流時(shí)，差動(dòng)繼電器TA瞬時(shí)動(dòng)作，斷開(kāi)線路兩電源側(cè)斷路器QF。（2） 線路為單側(cè)電源供電，且設(shè)，若電源向短路點(diǎn)k提供的短路電流為，則流入繼電器KD的電流 （6-3）當(dāng)達(dá)到差動(dòng)繼電器KD的動(dòng)作電流時(shí)，差動(dòng)繼電器KD瞬時(shí)動(dòng)作，斷開(kāi)線路電源側(cè)斷路器QF。由以上分析可見(jiàn)，線路兩側(cè)電流互感器TA之間所包括的范圍，就是導(dǎo)引線保護(hù)的保護(hù)范圍。導(dǎo)引線保護(hù)按環(huán)流法接線的三相原理如圖6-2（a）所示，實(shí)際導(dǎo)引線保護(hù)為了減少所需導(dǎo)線的根數(shù)，通常采用電流綜合器I，將三相電流綜合成一單相電流，然后傳送到線路對(duì)側(cè)進(jìn)行比較。線路兩側(cè)的電流綜合器I合成的單相電流和經(jīng)隔離變壓器TV后變成電壓和，再由導(dǎo)引線連接起來(lái)。隔離變壓

5、器TV的作用是將保護(hù)裝置回路與導(dǎo)引線回路隔離，防止導(dǎo)引線回路被高電壓線路或雷電感應(yīng)產(chǎn)生的過(guò)電壓損壞保護(hù)裝置，同時(shí)還可以監(jiān)視導(dǎo)引線的完好性。另外，通過(guò)隔離變壓器TV提高電壓，減小長(zhǎng)期正常運(yùn)行狀態(tài)下導(dǎo)引線中的電流和功率消耗。圖6-2（a）所示的綜合器I 的A相匝數(shù)為n+2，B相匝數(shù)為n+1，C相匝數(shù)為n，正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的一次電流如圖6-2（b）所示，則綜合器I的磁流相量如圖6-2（c）所示?？梢?jiàn)，正常運(yùn)行時(shí)，綜合器I有一不平衡輸出，但對(duì)側(cè)的綜合器I也有不平衡輸出，而且方向相反，因此，理想情況下，差動(dòng)繼電器KD的輸入量為零，不會(huì)動(dòng)作。用環(huán)流法分析，結(jié)果相同。正常運(yùn)行或2側(cè)外部短路時(shí)，方向與圖6-2（

6、a）所示方向相反，且等于，即 （6-4）理想情況下，流入差動(dòng)繼電器KD的電流為 （6-5）繼電器KD不動(dòng)作。內(nèi)部k點(diǎn)短路時(shí)，如圖6-2（a）所示，流入繼電器KD的電流，繼電器將動(dòng)作。實(shí)際上，外部短路時(shí)，由于各種誤差的影響以及線路兩側(cè)電流互感器TA的特性不可能完全相同，故會(huì)有一個(gè)不平衡電流流入繼電器KD。若流入差動(dòng)繼電器KD的不平衡電流過(guò)大，差動(dòng)繼電器TA必須采用更高的動(dòng)作值，才能使導(dǎo)引線保護(hù)不誤動(dòng)作，從而降低了保護(hù)在線路內(nèi)部故障時(shí)的靈敏度。這也是所有按環(huán)流法接線的導(dǎo)引線保護(hù)共同存在的問(wèn)題。因此，有必要分析不平衡電流產(chǎn)生的原因，并設(shè)法減小它。二、 導(dǎo)引線保護(hù)的不平衡電流1. 穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電

7、流在導(dǎo)引線保護(hù)中，若電流互感器具有理想的特性，則在系統(tǒng)正常運(yùn)行和外部短路時(shí)，差動(dòng)繼電器KD中不會(huì)有電流流過(guò)。但實(shí)際上，線路兩側(cè)電流互感器TA的勵(lì)磁特性不可能完全相同，如圖6-3所示。當(dāng)電流互感器TA一次電流較小時(shí)，鐵芯未飽和，兩側(cè)電流互感器TA特性曲線接近理想狀態(tài)，相差很小。當(dāng)電流互感器TA一次電流較大時(shí)，鐵芯開(kāi)始飽和，由于線路兩側(cè)電流互感器TA鐵芯的飽和點(diǎn)不同，勵(lì)磁電流差別增大。當(dāng)電流互感器TA一次電流大到使鐵芯嚴(yán)重飽和的程度，則會(huì)因勵(lì)磁阻抗的下降而使線路兩側(cè)電流互感器TA的勵(lì)磁電流劇烈增加，差別顯著增大，導(dǎo)致線路兩側(cè)電流互感器TA二次電流有一個(gè)很大的差值，此電流差值稱為不平衡電流。電流互感

8、器TA二次電流表達(dá)式為 （6-6）式中 、分別為線路兩側(cè)電流互感器TA的勵(lì)磁電流。正常運(yùn)行、保護(hù)范圍外部k點(diǎn)短路時(shí)，流入差動(dòng)繼電器KD的電流為 （6-7） 因此，導(dǎo)引線保護(hù)的不平衡電流實(shí)際上就是線路兩側(cè)電流互感器TA勵(lì)磁電流之差。 為了保持一定的準(zhǔn)確度，導(dǎo)引線保護(hù)使用的電流互感器TA應(yīng)按10%誤差曲線選取負(fù)載，則可保證變比誤差不超過(guò)10%，角度誤差不超過(guò)7。當(dāng)保護(hù)范圍外部短路時(shí)，通過(guò)電流互感器TA一次側(cè)的最大電流為，若一側(cè)電流互感器TA的誤差為零，另一側(cè)誤差為10%，即fi = 0.1，外部短路時(shí)的不平衡電流達(dá)到最大，為。由于導(dǎo)引線保護(hù)采用型號(hào)和特性完全相同、誤差接近的D級(jí)電流互感器TA，故在

9、不平衡電流中引入同型系數(shù)KSS，KSS在兩側(cè)電流互感器TA型號(hào)相同時(shí)取0.5，不同時(shí)取1，因此，流入差動(dòng)繼電器KD的最大不平衡電流為 （6-8）2. 暫態(tài)過(guò)程中的不平衡電流 由于導(dǎo)引線保護(hù)的動(dòng)作是瞬時(shí)性的，因此，必須考慮在保護(hù)范圍外部短路時(shí)的暫態(tài)過(guò)程中，流入差動(dòng)繼電器KD的不平衡電流。此時(shí)，流過(guò)電流互感器TA一次側(cè)的短路電流中，包含有周期分量和非周期分量，如圖6-4所示。中由于非周期分量對(duì)時(shí)間的變化率遠(yuǎn)小于周期分量的變化率，因而很難傳變到二次側(cè)，大部分作為勵(lì)磁電流進(jìn)入勵(lì)磁回路而使電流互感器TA的鐵芯嚴(yán)重飽和。此外，電流互感器TA勵(lì)磁回路以及二次回路的電感中的磁通不能突變，將在二次回路中引起自由

10、非周期分量電流，因此，暫態(tài)過(guò)程中的勵(lì)磁電流將大大超過(guò)其穩(wěn)態(tài)值，其中包含大量緩慢衰減的非周期分量電流，使勵(lì)磁電流曲線偏于時(shí)間軸的一側(cè)。由于勵(lì)磁回路具有很大的電感，勵(lì)磁電流不能很快上升，因此在短路后的幾個(gè)周波才出現(xiàn)最大不平衡電流。考慮到非周期分量電流的影響，在式（6-8）中應(yīng)引入非周期分量影響系數(shù)Kun，取1.52，當(dāng)采取措施消除其影響時(shí)，取為1，則最大不平衡電流幅值的計(jì)算式為 （6-9）為了保證導(dǎo)引線保護(hù)在外部短路時(shí)的選擇性，其動(dòng)作電流必須躲過(guò)最大不平衡電流來(lái)整定；為了提高導(dǎo)引線保護(hù)在內(nèi)部故障時(shí)的靈敏度，應(yīng)采取措施減小不平衡電流。三、 減小導(dǎo)引線保護(hù)不平衡電流的主要措施（1） 減小穩(wěn)態(tài)情況下的不

11、平衡電流的措施是導(dǎo)引線保護(hù)采用型號(hào)和特性完全相的D級(jí)電流互感器TA，并按10%誤差曲線進(jìn)行校驗(yàn)、選擇負(fù)載。減小暫態(tài)過(guò)程中不平衡電流的主要措施通常是在差動(dòng)回路中接入具有快速飽和特性的中間變流器TA，如圖6-5（a）所示。也可以采用在二次回路和差動(dòng)繼電器KD之間串入電阻的方法，如圖6-5（b）所示。接入電阻可以減小差動(dòng)繼電器TA中的不平衡電流并使其加速衰減，但效果不甚顯著，一般用于小容量的變壓器和發(fā)電機(jī)上。四、導(dǎo)引線保護(hù)的整定計(jì)算1. 導(dǎo)引線保護(hù)動(dòng)作電流的整定按以下兩種情況計(jì)算（1）躲過(guò)外部短路時(shí)的最大不平衡電流 （6-10）式中 可靠系數(shù)，一般取1.21.3； 非周期分量影響系數(shù)，當(dāng)保護(hù)采用帶有

12、速飽和變流器的差動(dòng)繼電器時(shí)取1。（2）躲過(guò)電流互感器二次回路斷線時(shí)流入差動(dòng)繼電器KD的最大負(fù)荷電流 （6-11） 取式（6-9）和式（6-10）中較大者作為差動(dòng)繼電器的整定值。為了防止斷線時(shí)又發(fā)生外部短路而引起導(dǎo)引線保護(hù)誤動(dòng)作，還應(yīng)裝設(shè)斷線監(jiān)視裝置，二次回路斷線時(shí)，在發(fā)出信號(hào)的同時(shí)將保護(hù)自動(dòng)退出工作。2. 導(dǎo)引線保護(hù)靈敏度的校驗(yàn)導(dǎo)引線保護(hù)的靈敏度應(yīng)按單側(cè)電源供電線路保護(hù)范圍末端短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)的最小短路電流校驗(yàn)，要求靈敏系數(shù)Ksen1.52，即 （6-12）第三節(jié) 線路的高頻保護(hù)一、 高頻保護(hù)的基本原理 線路的導(dǎo)引線保護(hù)單從動(dòng)作的速度來(lái)講，可以滿足系統(tǒng)的要求，但是，它必須敷設(shè)與被保護(hù)線路長(zhǎng)度相

13、同的輔助導(dǎo)引線，對(duì)于較長(zhǎng)線路而言，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的角度是難以實(shí)現(xiàn)的，因此，導(dǎo)引線保護(hù)只能作為57km短線路的保護(hù)，在國(guó)外也只用于長(zhǎng)度為30km左右的線路。為了從高電壓距離輸電線路兩側(cè)瞬時(shí)切除全線路任一點(diǎn)的故障，可以采用基于線路導(dǎo)引線保護(hù)原理基礎(chǔ)上構(gòu)成的高頻保護(hù)。高頻保護(hù)是將測(cè)量的線路兩側(cè)電氣量的變化轉(zhuǎn)化為高頻信號(hào)，并利用輸電線路構(gòu)成的高頻通道送到對(duì)側(cè)，比較兩側(cè)電氣量的變化，然后根據(jù)特定關(guān)系，判定內(nèi)部或外部故障，以達(dá)到瞬時(shí)切除全線路范圍內(nèi)故障的目的。高頻保護(hù)根據(jù)構(gòu)成原理來(lái)分，主要有相差高頻保護(hù)、方向高頻保護(hù)和高頻閉鎖距離保護(hù)以及高頻閉鎖零序電流保護(hù)目前，我國(guó)220kv及以上的高壓或超高壓線路中廣泛

14、采用方向高頻保護(hù)和高頻閉鎖距離保護(hù)以及高頻閉鎖零序電流保護(hù)。高頻保護(hù)主要由故障判別元件和高頻通道以及高頻收、發(fā)信機(jī)組成，如圖6-6所示。故障判別元件即繼電保護(hù)裝置，利用輸入電氣量的變化，根據(jù)特定關(guān)系來(lái)區(qū)分正常運(yùn)行、外部故障以及內(nèi)部故障。高頻收、發(fā)信機(jī)的作用是接收、發(fā)送高頻信號(hào)。發(fā)信機(jī)必須對(duì)所發(fā)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，以使通過(guò)高頻通道傳輸?shù)奖槐Ｗo(hù)線路對(duì)側(cè)的信號(hào)荷載保護(hù)所需要的信息，收信機(jī)收到被保護(hù)線路兩側(cè)的信號(hào)后進(jìn)行解調(diào)，然后提供給保護(hù)，作為故障判別的依據(jù)。高頻通道的作用是將被保護(hù)線路一側(cè)反應(yīng)其運(yùn)行特征的高頻信號(hào)，傳輸?shù)谋槐Ｗo(hù)線路的另一側(cè)。在電力系統(tǒng)中，通常利用輸電線路間作高頻通道，同時(shí)傳輸工頻電流和保護(hù)

15、所需信號(hào)，為了便于區(qū)分，繼電保護(hù)所需要的信號(hào)一般采用高頻信號(hào)。由于高頻信號(hào)荷載保護(hù)所需信息，因此，高頻信號(hào)被稱為載波，高頻保護(hù)又被稱為載波保護(hù)。載波信號(hào)一般采用40kHz500kHz的高頻電流，若頻率低于40kHz，受工頻電流的干擾太大，且通道設(shè)備構(gòu)成困難，同時(shí)載波信號(hào)衰耗大為增加，頻率過(guò)高，將與中波廣播相互干擾。二、 高頻通道（一） 高頻通道的構(gòu)成原理電力系統(tǒng)中工頻輸電線路同時(shí)兼作高頻通道。因此，需要對(duì)輸電線路進(jìn)行加工，即把高頻設(shè)備與工頻高壓線路隔離，以保證二次設(shè)備和人身安全。為了防止相鄰保護(hù)間高頻信號(hào)的的干擾，影響保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性，還需要對(duì)通道中的高頻信號(hào)進(jìn)行阻波，將其限制在本保護(hù)范圍

16、內(nèi)。通常將經(jīng)高頻加工的輸電線路稱為高頻信號(hào)的載波通道，又稱為“高頻通道”或簡(jiǎn)稱“通道”。高頻信號(hào)是由載波機(jī)（收、發(fā)信機(jī)）將其送入通道的。目前載波機(jī)與高頻通道的連接，通常采用“相地”制，或“相相制兩種連接方式。所謂“相地”制，就是通過(guò)結(jié)合設(shè)備把載波機(jī)接入輸電線路的一相與大地之間，構(gòu)成高頻信號(hào)的“相地”通道，如圖6-7（a）所示。所謂“相相”制，就是通過(guò)結(jié)合設(shè)備把載波機(jī)接入輸電線路的兩相之間，構(gòu)成高頻信號(hào)的“相相”通道，如圖6-7（b）所示。兩種接線方式特點(diǎn)各異，“相地”制傳輸效率低、高頻信號(hào)衰減大、受干擾也大，但高頻加工設(shè)備少、造價(jià)低，一般能夠滿足保護(hù)裝置的要求，而“相相”制則相反。目前，我國(guó)的

17、高頻保護(hù)大多采用“相地”高頻通道，并逐漸采用“相相”高頻通道。圖6-8所示為“相地”高頻通道的原理接線圖，其中，高頻加工設(shè)備包括高頻阻波器、耦合電容器、結(jié)合濾波器、高頻電纜等。1. 高頻阻波器 高頻阻波器串接在輸電線路的工作相中。高頻阻波器有單頻阻波器、雙頻阻波器、帶頻阻波器和寬帶阻波器等。在電力系統(tǒng)高頻保護(hù)中，廣泛采用專用的單頻阻波器。 高頻阻波器電感繞組和調(diào)諧電容構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，調(diào)諧于高頻通道上的工作頻率。此時(shí)，高頻阻波器呈現(xiàn)最大的阻抗，約1000左右，如圖6-9所示，因而高頻信號(hào)限制在被保護(hù)線路以內(nèi)。對(duì)工頻電流而言，高頻阻波器的阻抗很小，只有約0.04，因而不會(huì)影響工頻電流在輸電線路上

18、的正常傳輸。2. 耦合電容器耦合電容器的電容量很小，對(duì)工頻電流呈現(xiàn)出很大的容抗，將工頻線路的載波機(jī)進(jìn)行有效的絕緣隔離。同時(shí)它與結(jié)合濾波器組成帶通濾波器，只允許此通帶頻率范圍內(nèi)的高頻信號(hào)通過(guò)，防止工頻干擾等對(duì)高頻保護(hù)的影響，并再次通過(guò)電磁隔離防止耦合電容器被擊穿后工頻高壓侵入二次系統(tǒng)。3. 結(jié)合濾波器 結(jié)合濾波器是由一個(gè)可調(diào)的空心變壓器、高頻電纜和電容器組成。它與耦合電容器組成的帶通濾波器除上述作用外，還可以進(jìn)行阻抗匹配。對(duì)于“相-地”制高頻通道，輸電線路的輸入阻抗約為400，高頻電纜的輸入阻抗約為100，為了阻抗的匹配，空心變壓器的變比應(yīng)取為2，這樣，就可以避免高頻信號(hào)在傳輸過(guò)程中產(chǎn)生反射，減

19、小高頻能量的附加衰耗，使高頻收信機(jī)收到的高頻功率最大。4. 高頻電纜 高頻電纜是將主控室的高頻收、發(fā)信機(jī)與戶外變電所的帶通濾波器連接起來(lái)的導(dǎo)線，以最小的衰耗傳送高頻信號(hào)。雖然電纜的長(zhǎng)度只有幾百米，但其傳送信號(hào)的頻率很高，若采用普通電纜，衰耗很大，因此，應(yīng)采用單芯同軸電纜。同軸電纜就是中心的內(nèi)導(dǎo)體為銅芯，其外包有一層絕緣物，絕緣物的外面是一層銅絲網(wǎng)外導(dǎo)體。由于內(nèi)導(dǎo)體同軸且為單芯，所以稱為單芯同軸電纜。在外導(dǎo)體的外面在包以絕緣層和保護(hù)層，其波阻抗一般為100。 另外，高頻加工設(shè)備還包括輔助設(shè)備，如保護(hù)間隙和接地刀閘，分別用來(lái)保護(hù)高頻加工設(shè)備免遭危險(xiǎn)過(guò)電壓和調(diào)試、檢修高頻設(shè)備時(shí)安全接地，保證人身及設(shè)

20、備安全。（二） 高頻通道的工作方式 繼電保護(hù)高頻通道的工作方式可分為三類，即“長(zhǎng)時(shí)發(fā)信”、“短時(shí)發(fā)信”和“移頻”方式。 “長(zhǎng)時(shí)發(fā)信”方式是指在正常運(yùn)行情況下，收、發(fā)信機(jī)一直處于工作狀態(tài)，通道中始終有高頻信號(hào)通過(guò)。因此，又稱為正常時(shí)有高頻信號(hào)方式。它可以在正常時(shí)連續(xù)檢查收、發(fā)信機(jī)和通道的完好性，當(dāng)故障時(shí)停止發(fā)信，通道中高頻信號(hào)停止，這也是一種信號(hào)?！伴L(zhǎng)時(shí)發(fā)信”方式對(duì)收、發(fā)信機(jī)的要求較高，但不需要發(fā)信機(jī)起動(dòng)元件，因而保護(hù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作速度快且靈敏度高，應(yīng)用前景十分廣闊，在我國(guó)正逐步投入使用。“短時(shí)發(fā)信”方式指在正常運(yùn)行情況下，收、發(fā)信機(jī)一直處于不工作狀態(tài)，通道中始終沒(méi)有高頻信號(hào)通過(guò)。只有在系統(tǒng)發(fā)生

21、故障時(shí)，起動(dòng)發(fā)信機(jī)發(fā)信，通道中才出現(xiàn)高頻信號(hào)。故障切除后，經(jīng)延時(shí)發(fā)信機(jī)自動(dòng)停信，通道中高頻信號(hào)隨之中斷。因而又稱為正常無(wú)高頻信號(hào)方式?！岸虝r(shí)發(fā)信”方式能夠延長(zhǎng)收、發(fā)信機(jī)的壽命和減少對(duì)相鄰?fù)ǖ乐衅渌盘?hào)的干擾，但要求保護(hù)有快速的起信元件。此外，對(duì)高頻設(shè)備完好性的檢查，需要人工起信。目前，我國(guó)生產(chǎn)的高頻保護(hù)多采用“短時(shí)發(fā)信”方式?！耙祁l”方式指在正常情況下，發(fā)信機(jī)長(zhǎng)期發(fā)送一個(gè)頻率為f1的高頻信號(hào)，用來(lái)閉鎖保護(hù)和連續(xù)檢查通道，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)控制發(fā)信機(jī)移頻，停發(fā)f1的高頻信號(hào)而改發(fā)頻率為f2的高頻信號(hào)，f1和f2的頻率相近，僅占用一個(gè)頻道。這種方式同樣可以經(jīng)常監(jiān)視通道的工作情況，提高其可靠性。與單

22、頻發(fā)信方式比較，抗干擾能力較強(qiáng)。（三） 高頻信號(hào)的分類和作用 高頻信號(hào)按比較方式可分為直接比較和間接比較兩種方式。 直接比較是將被保護(hù)線路兩側(cè)交流電氣量轉(zhuǎn)化為高頻信號(hào)，直接傳送至對(duì)側(cè)，每側(cè)保護(hù)裝置直接比較兩側(cè)的電氣量，然后根據(jù)特定條件，判定保護(hù)是否動(dòng)作于跳閘。直接比較方式使通道兩側(cè)的電氣量直接關(guān)聯(lián)，故又稱為交流信號(hào)比較。它要求傳送反應(yīng)兩側(cè)交流量的信號(hào)，因而對(duì)高頻通道的要求很高。間接比較方式是兩側(cè)的保護(hù)只反應(yīng)本側(cè)的交流電氣量，然后根據(jù)特定條件將本側(cè)判定結(jié)果以高頻信號(hào)傳送至對(duì)側(cè)，每側(cè)保護(hù)再間接比較兩側(cè)保護(hù)的判定結(jié)果，最后決定保護(hù)是否動(dòng)作于跳閘。此比較方式使通道兩側(cè)的直流回路直接關(guān)聯(lián)，因此也稱為直流

23、信號(hào)比較，它僅僅是對(duì)被保護(hù)線路內(nèi)部和外部故障的的判定，以高頻信號(hào)的有無(wú)即可進(jìn)行反應(yīng)，因此對(duì)高頻通道的要求比較簡(jiǎn)單。相差高頻保護(hù)即采用直接比較方式，而方向高頻保護(hù)和高頻閉鎖距離保護(hù)以及高頻閉鎖零序電流保護(hù)則采用間接比較方式。高頻信號(hào)按所起的作用還可分為跳閘信號(hào)、允許信號(hào)、和閉鎖信號(hào)，它們均為間接比較信號(hào)。跳閘信號(hào)是指收到高頻信號(hào)是高頻保護(hù)動(dòng)作于跳閘的充分而必要條件，即在被保護(hù)線路兩側(cè)裝設(shè)速動(dòng)保護(hù)，當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)短路，保護(hù)動(dòng)作的同時(shí)向?qū)?cè)保護(hù)發(fā)出跳閘信號(hào)，使對(duì)側(cè)保護(hù)不經(jīng)任何元件直接跳閘，如圖6-10（a）所示。為了保證選擇性和快速切除全線路任一點(diǎn)的故障，要求每側(cè)發(fā)送跳閘信號(hào)保護(hù)的保護(hù)范圍小于線路的全

24、長(zhǎng)，而兩側(cè)保護(hù)范圍之和必須大于線路全長(zhǎng)。遠(yuǎn)方跳閘式保護(hù)就是利用跳閘信號(hào)。允許信號(hào)是指收到允許信號(hào)是高頻保護(hù)動(dòng)作于跳閘的必要條件。當(dāng)內(nèi)部短路時(shí)，兩側(cè)保護(hù)同時(shí)向?qū)?cè)發(fā)出允許信號(hào)，使兩側(cè)保護(hù)動(dòng)作于跳閘，如圖6-10（b）所示。當(dāng)外部短路四，近故障側(cè)保護(hù)不發(fā)允許信號(hào)，對(duì)側(cè)保護(hù)不動(dòng)作。近故障側(cè)保護(hù)則因判別故障方向的元件不動(dòng)作，因而不論對(duì)側(cè)是否發(fā)出允許信號(hào)，保護(hù)均不動(dòng)作于跳閘。閉鎖信號(hào)是指收不到閉鎖信號(hào)是高頻保護(hù)的動(dòng)作于跳閘的必要條件，即被保護(hù)線路外部短路時(shí)其中一側(cè)保護(hù)發(fā)出閉鎖信號(hào)，閉鎖兩側(cè)保護(hù)。內(nèi)部短路使，兩側(cè)保護(hù)都不發(fā)出閉鎖信號(hào)，因而兩側(cè)保護(hù)收不到閉鎖信號(hào)，能夠動(dòng)作于跳閘，如圖6-10（c）所示。目前

25、，我國(guó)生產(chǎn)的高頻保護(hù)主要采用 “短時(shí)發(fā)信”方式下的高頻閉鎖信號(hào)。三、 方向高頻保護(hù)（一） 高頻閉鎖方向保護(hù)1. 高頻閉鎖方向保護(hù)的工作原理 高頻閉鎖方向保護(hù)利用間接比較的方式來(lái)比較被保護(hù)線路兩側(cè)短路功率的方向，以判別是保護(hù)范圍內(nèi)部還是外部短路。一般規(guī)定短路功率由母線指向線路為正方向，短路功率由線路指向母線為負(fù)方向。保護(hù)采用短時(shí)發(fā)信方式，在被保護(hù)線路兩側(cè)均裝設(shè)功率方向元件。當(dāng)保護(hù)范圍外部短路時(shí)，近短路點(diǎn)一側(cè)的短路功率方向是由線路指向母線，則該側(cè)保護(hù)的方向元件感受為負(fù)方向而不動(dòng)作于跳閘，且發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)，送至本側(cè)及對(duì)側(cè)的收信機(jī)；對(duì)側(cè)的短路功率方向則由母線指向線路，方向元件雖反應(yīng)為正方向，但由于收

26、信機(jī)收到了近短路點(diǎn)側(cè)保護(hù)發(fā)來(lái)的高頻閉鎖信號(hào)，這一側(cè)的保護(hù)也不會(huì)動(dòng)作于跳閘。因此，稱為高頻閉鎖方向保護(hù)。在保護(hù)范圍內(nèi)短路時(shí)，兩側(cè)短路功率方向都是由母線指向線路，方向元件均感受為正方向，兩側(cè)保護(hù)都不發(fā)閉鎖信號(hào)，保護(hù)動(dòng)作使兩側(cè)斷路器立即跳閘。 圖6-11所示系統(tǒng)中，當(dāng)BC線路上的k點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)3、4的方向元件均反應(yīng)為正方向短路，兩側(cè)都不發(fā)高頻閉鎖信號(hào)，因此，保護(hù)動(dòng)作于斷路器3、4瞬時(shí)跳閘，切除短路故障。對(duì)于線路AB和CD而言，k點(diǎn)短路屬于外部故障，因此，保護(hù)2、5的短路功率方向都是由線路指向母線，保護(hù)發(fā)出的高頻閉鎖信號(hào)分別送至保護(hù)1、6，使保護(hù)1、2、5、6都不會(huì)使斷路器動(dòng)作于跳閘。這種按信號(hào)

27、原理構(gòu)成的保護(hù)只在非故障線路上傳送高頻信號(hào)，而故障線路上無(wú)高頻信號(hào)，因此，由于各種原因使故障線路上的高頻通道遭到破壞時(shí)，保護(hù)仍能正確動(dòng)作。2. 高頻閉鎖方向保護(hù)的原理接線 圖6-12所示為高頻閉鎖方向保護(hù)的原理接線圖，線路兩側(cè)各裝半套保護(hù)，它們完全對(duì)稱，故以一側(cè)保護(hù)說(shuō)明其工作原理。保護(hù)裝置主要由起動(dòng)元件1、2，功率方向元件3組成。起動(dòng)元件有不同的靈敏度，起動(dòng)元件1的靈敏度較高，用來(lái)起動(dòng)高頻發(fā)信機(jī)以發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)，而靈敏度較低的起動(dòng)元件2則用來(lái)準(zhǔn)備好斷路器的跳閘回路。功率方向元件3用于判別短路功率的方向。當(dāng)短路功率的方向是母線指向線路時(shí)，判別為內(nèi)部故障，它動(dòng)作；反之，判別為外部故障而不動(dòng)作。此

28、外，中間繼電器4用于內(nèi)部故障時(shí)停止高頻發(fā)信機(jī)發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)。中間繼電器5是具有工作繞組和制動(dòng)繞組的極化繼電器，用于控制保護(hù)的跳閘回路。中間繼電器5的工作繞組在本端方向元件動(dòng)作后供電，制動(dòng)繞組則在收信機(jī)收到高頻信號(hào)時(shí)由高頻電流整流后供電，其動(dòng)作條件是制動(dòng)繞組無(wú)制動(dòng)作用，即收信機(jī)收不到高頻閉鎖信號(hào)，工作繞組有電流時(shí)才能動(dòng)作。這樣，只有內(nèi)部故障時(shí)，兩側(cè)保護(hù)都不發(fā)高頻閉鎖信號(hào)的情況下，中間繼電器5才能動(dòng)作，并經(jīng)信號(hào)繼電器6發(fā)出跳閘信號(hào)，同時(shí)將本側(cè)斷路器跳開(kāi)。下面將保護(hù)裝置的工作過(guò)程給以說(shuō)明。（1） 正常運(yùn)行或過(guò)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，兩側(cè)保護(hù)的起動(dòng)元件都不動(dòng)作，因此保護(hù)裝置不會(huì)動(dòng)作。（2） 外部故障時(shí)，如圖6-

29、11所示，線路BC上的k點(diǎn)短路時(shí)，對(duì)保護(hù)1、2與保護(hù)5、6而言，均屬于外部故障。以保護(hù)1、2為例，保護(hù)1的短路功率方向是由母線指向線路，其功率方向元件感受的功率方向?yàn)檎?，保護(hù)2反應(yīng)的功率方向元件為負(fù)。此時(shí)，圖6-12兩側(cè)保護(hù)的起動(dòng)元件1、1都動(dòng)作，經(jīng)中間繼電器4、4的常閉觸點(diǎn)起動(dòng)發(fā)信機(jī)，發(fā)信機(jī)發(fā)出的高頻閉鎖信號(hào)一方面為自己的收信機(jī)接收，另一方面送到通道被對(duì)側(cè)保護(hù)的收信機(jī)接收，兩側(cè)收信機(jī)收到高頻閉鎖信號(hào)后，中間繼電器5、5的制動(dòng)繞組中有電流，立即將兩側(cè)保護(hù)閉鎖。此時(shí)，起動(dòng)元件2、2也動(dòng)作閉合其觸點(diǎn)經(jīng)已動(dòng)作的功率方向元件3的觸點(diǎn)使中間繼電器4動(dòng)作，本側(cè)保護(hù)的發(fā)信機(jī)停信，同時(shí)給中間繼電器5的工作繞組

30、充電，準(zhǔn)備好了跳閘回路；由于通過(guò)保護(hù)2的短路功率為負(fù)，其功率方向元件3不動(dòng)作，發(fā)信機(jī)不停信，兩側(cè)保護(hù)收信機(jī)持續(xù)收到高頻閉鎖信號(hào)，兩側(cè)的中間繼電器5、5制動(dòng)繞組中總有電流，達(dá)不到動(dòng)作條件，因此，保護(hù)一直處于閉鎖狀態(tài)。在外部故障切除、起動(dòng)元件返回后，保護(hù)復(fù)歸。（3） 雙側(cè)電源供電線路內(nèi)部短路時(shí)，兩側(cè)保護(hù)的起動(dòng)元件1、2和1、2都動(dòng)作，兩側(cè)的發(fā)信機(jī)發(fā)信，首先閉鎖保護(hù)，與此同時(shí)，兩側(cè)保護(hù)的功率方向元件3、3動(dòng)作，在中間繼電器4、4動(dòng)作后，兩側(cè)發(fā)信機(jī)停信，開(kāi)放保護(hù)，中間繼電器5、5達(dá)到動(dòng)作條件，將兩側(cè)斷路器跳開(kāi)。（4） 單側(cè)電源供電線路內(nèi)部短路時(shí)，受電側(cè)的半套保護(hù)不工作，而電源側(cè)保護(hù)的工作情況與在雙側(cè)電

31、源供電線路內(nèi)部短路時(shí)的工作過(guò)程相同，立即將電源側(cè)的斷路器跳閘。（5） 系統(tǒng)振蕩時(shí)，在雙側(cè)電源振蕩電流的作用下，兩側(cè)保護(hù)的起動(dòng)元件可能動(dòng)作，若功率方向元件接在相電流和相電壓或線電壓上，且振蕩中心位于保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，則兩側(cè)的功率方向均為正，保護(hù)將會(huì)誤動(dòng)作?？紤]到振蕩時(shí)，系統(tǒng)的電氣量是對(duì)稱變化的，因此，在保護(hù)中可以采用負(fù)序或零序功率方向元件，即可躲過(guò)系統(tǒng)振蕩的影響。由上述分析可知，在保護(hù)范圍外部短路時(shí)，遠(yuǎn)離短路點(diǎn)一側(cè)的保護(hù)感受的情況和內(nèi)部故障完全相同，此時(shí)，主要利用近短路點(diǎn)一側(cè)的保護(hù)發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)，來(lái)防止遠(yuǎn)離短路點(diǎn)側(cè)保護(hù)誤動(dòng)作，因此，外部短路時(shí)，保護(hù)正確工作的必要條件是近短路點(diǎn)一側(cè)的保護(hù)必須發(fā)出高頻

32、閉鎖信號(hào)。為了確保遠(yuǎn)離短路點(diǎn)的保護(hù)在動(dòng)作前能可靠收到對(duì)側(cè)保護(hù)發(fā)出的高頻閉鎖信號(hào)，就要求兩側(cè)保護(hù)起動(dòng)元件的靈敏度相互配合，否則，保護(hù)就有可能誤動(dòng)作。線路兩側(cè)保護(hù)采用兩個(gè)不同靈敏度的起動(dòng)元件相互配合，在保護(hù)范圍外部短路時(shí)即可保證兩側(cè)保護(hù)不誤動(dòng)作。假如兩側(cè)保護(hù)都采用一個(gè)起動(dòng)元件，則在保護(hù)范圍外部短路時(shí)，可能出現(xiàn)近短路點(diǎn)一側(cè)保護(hù)的起動(dòng)元件不能動(dòng)作，不發(fā)高頻閉鎖信號(hào)，而遠(yuǎn)離短路點(diǎn)一側(cè)保護(hù)的起動(dòng)元件動(dòng)作而造成保護(hù)誤動(dòng)作。如圖6-13所示，假如線路AB每端只有一個(gè)起動(dòng)元件，其整定值為IOP=100A，由于電流互感器和繼電器都存在誤差，因此，兩側(cè)保護(hù)起動(dòng)元件的實(shí)際動(dòng)作電流可能不同，一般規(guī)定動(dòng)作值的誤差為5%。

33、若A側(cè)保護(hù)起動(dòng)元件的動(dòng)作電流為95A，B側(cè)保護(hù)起動(dòng)元件的動(dòng)作電流為105A，當(dāng)保護(hù)范圍外部k點(diǎn)短路時(shí)，流過(guò)線路AB的短路電流為Ik，正好滿足95AIk105A時(shí)，A側(cè)保護(hù)起動(dòng)，B側(cè)保護(hù)起動(dòng)元件不動(dòng)作，不能發(fā)高頻閉鎖信號(hào)，導(dǎo)致A側(cè)保護(hù)誤動(dòng)作。為此，線路兩側(cè)保護(hù)都采用高、低定值的兩個(gè)起動(dòng)元件，如圖6-12所示，以動(dòng)作電流較小的起動(dòng)元件1起動(dòng)發(fā)信機(jī)發(fā)高頻閉鎖信號(hào)，用動(dòng)作較大的起動(dòng)元件2準(zhǔn)備跳閘，當(dāng)保護(hù)范圍外部短路時(shí)，遠(yuǎn)離短路點(diǎn)一側(cè)保護(hù)的起動(dòng)元件2動(dòng)作，近短路點(diǎn)一側(cè)保護(hù)的起動(dòng)元件1也一定動(dòng)作，確保發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)，閉鎖兩側(cè)保護(hù)。保護(hù)起動(dòng)元件2和1的動(dòng)作電流IOP2與IOP1之比應(yīng)按最不利的情況考慮，即

34、一側(cè)電流互感器誤差為零，另一側(cè)誤差為10%；一側(cè)保護(hù)起動(dòng)元件的離散誤差為+5%，另一側(cè)為-5%，則有 （6-13） 考慮一定裕度，保護(hù)高定值電流元件的動(dòng)作值IOP2一般采用 （6-14）式中，保護(hù)低定值電流起動(dòng)元件的動(dòng)作值IOP1應(yīng)按躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電流IL.max整定，即 （6-15）式中 Krel可靠系數(shù)，取1.11.2； Kr返回系數(shù)，取0.85。在遠(yuǎn)距離重負(fù)荷輸電線路上，保護(hù)低動(dòng)作起動(dòng)元件按上述方法整定的動(dòng)作電流值，往往不能滿足靈敏度要求，在此情況下，保護(hù)應(yīng)采用負(fù)序電流起動(dòng)元件，其動(dòng)作電流值I2.OP1應(yīng)按躲過(guò)最大負(fù)荷電流IL.max情況下的最大負(fù)序不平衡電流I2.unb.ma

35、x整定，即 （6-16）通常，兩側(cè)保護(hù)的起動(dòng)元件按相同的動(dòng)作電流值整定。高頻閉鎖方向保護(hù)采用了兩個(gè)靈敏度不同的起動(dòng)元件，通過(guò)配合、整定，可以保證保護(hù)范圍外部短路時(shí)可靠不誤動(dòng)作，但在內(nèi)部短路時(shí)必須起動(dòng)元件2動(dòng)作后才能跳閘，因而降低了整套保護(hù)的靈敏度，同時(shí)也使接線復(fù)雜化。此外，在外部短路時(shí)，遠(yuǎn)離故障點(diǎn)一側(cè)的保護(hù)，為了等待對(duì)側(cè)發(fā)來(lái)的高頻信號(hào)，必須要求起動(dòng)元件2的動(dòng)作時(shí)限大于起動(dòng)元件1的動(dòng)作時(shí)限，從而降低了整套保護(hù)的動(dòng)作速度。高頻閉鎖方向保護(hù)也可以由方向元件起動(dòng)，還可以進(jìn)行遠(yuǎn)方起動(dòng)。（二） 高頻閉鎖負(fù)序方向保護(hù)在高頻閉鎖方向保護(hù)中，不論采用哪種起動(dòng)方式，方向元件總是整個(gè)保護(hù)的核心，它的性能對(duì)整個(gè)保護(hù)的

36、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性起著決定性的作用。在高壓和超高壓輸電線路的高頻閉鎖方向保護(hù)中，對(duì)方向元件提出了很高的要求：能反應(yīng)所有類型的故障；在保護(hù)范圍內(nèi)和鄰近線路上發(fā)生故障時(shí)，沒(méi)有死區(qū)；電力系統(tǒng)振蕩時(shí)不會(huì)誤動(dòng)作；在正常運(yùn)行狀態(tài)下不動(dòng)作。方向元件的種類很多，主要有反應(yīng)相間故障的方向元件、反應(yīng)接地故障的方向元件、同時(shí)反應(yīng)相間和接地故障的方向元件，以及反應(yīng)各種不對(duì)稱故障的方向元件等。其中由負(fù)序功率方向繼電器構(gòu)成以反應(yīng)不對(duì)稱故障的方向元件最為理想，能夠滿足上述各種要求，對(duì)于三相對(duì)稱故障，在其發(fā)生的初瞬總有一個(gè)不對(duì)稱過(guò)程，在負(fù)序功率方向繼電器上增加一個(gè)短時(shí)記憶回路，就能反應(yīng)三相故障，即使是完全對(duì)稱的三相故障，

37、采用三相濾序器式負(fù)序功率方向繼電器，其57ms的不平衡輸出即可把短時(shí)動(dòng)作記憶下來(lái)。目前，用微機(jī)實(shí)現(xiàn)的保護(hù)，記憶功能更加理想。高頻閉鎖負(fù)序功率方向保護(hù)的原理接線如圖6-14所示，它由以下元件組成：具有雙向動(dòng)作的負(fù)序功率方向繼電器KWN；帶有延時(shí)返回等中間繼電器1；具有工作繞組和制動(dòng)繞組的極化繼電器2以及出口繼電器3。當(dāng)被保護(hù)線路處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，沒(méi)有負(fù)序短路功率存在，僅有負(fù)序?yàn)V過(guò)器的不平衡輸出，通過(guò)動(dòng)作值的整定，即可使負(fù)序功率方向繼電器不動(dòng)作，因而保護(hù)也不會(huì)動(dòng)作。當(dāng)保護(hù)范圍外部發(fā)生故障時(shí)，近故障點(diǎn)一側(cè)的負(fù)序短路功率為負(fù)，保護(hù)的負(fù)序功率方向元件KWN的觸點(diǎn)向上閉合，經(jīng)中間繼電器1的電流繞組去起動(dòng)

38、高頻發(fā)信機(jī)，中間繼電器1的觸點(diǎn)閉合后又經(jīng)電阻R實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻發(fā)信機(jī)附加起動(dòng)，發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)，將兩側(cè)保護(hù)閉鎖。由于近故障點(diǎn)一側(cè)的負(fù)序電壓高，故保護(hù)負(fù)序功率方向元件KWN的靈敏度較高、向上閉合觸點(diǎn)的動(dòng)作速度較快，因此能快速起動(dòng)發(fā)信機(jī)發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)。而遠(yuǎn)離故障點(diǎn)一側(cè)的短路負(fù)序功率雖然為正，但負(fù)序電壓低，保護(hù)負(fù)序功率方向元件KWN的靈敏度較低、向下閉合觸點(diǎn)去起動(dòng)出口繼電器3的動(dòng)作速度也較慢，這樣，保證出口繼電器3制動(dòng)電流的出現(xiàn)先于工作電流，保證了閉鎖作用的可靠實(shí)現(xiàn)。當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)部故障時(shí)，兩側(cè)的負(fù)序短路功率為正，保護(hù)的負(fù)序功率方向繼電器KWN的觸點(diǎn)均向下閉合，兩側(cè)保護(hù)的極化繼電器2僅工作繞組有電流，滿足

39、動(dòng)作條件，其觸點(diǎn)閉合后起動(dòng)中間繼電器3去跳閘，切除故障。當(dāng)各種原因?qū)е蚂o穩(wěn)定遭到破壞引起系統(tǒng)振蕩時(shí)，由于沒(méi)有負(fù)序功率，因此，負(fù)序功率方向繼電器及整套保護(hù)均不會(huì)誤動(dòng)作。而外部故障使動(dòng)穩(wěn)定遭到破壞引起系統(tǒng)振蕩時(shí)，靠近故障點(diǎn)一側(cè)的負(fù)序短路功率方向?yàn)樨?fù)，負(fù)序功率方向繼電器能快速起動(dòng)發(fā)信機(jī)發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)，閉鎖兩側(cè)保護(hù)。四、 高頻閉鎖距離保護(hù)距離保護(hù)是一種階段式保護(hù)，特點(diǎn)是，瞬時(shí)段不能保護(hù)線路全長(zhǎng)，延時(shí)段能保護(hù)線路全長(zhǎng)且具有后備作用，但動(dòng)作有一定延時(shí)。在220kv及以上電壓等級(jí)的線路上，要求從兩側(cè)瞬時(shí)切除線路全長(zhǎng)范圍內(nèi)任一點(diǎn)的故障，顯然，距離保護(hù)不能滿足要求，高頻閉鎖方向保護(hù)雖然能滿足要求，但又不具有后

40、備作用。為了兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)，可將距離保護(hù)與高頻閉鎖部分結(jié)合，構(gòu)成高頻閉鎖距離保護(hù)，這樣，既能在內(nèi)部故障時(shí)加速兩側(cè)的距離保護(hù)，使其瞬時(shí)動(dòng)作，又能在外部故障時(shí)利用高頻閉鎖信號(hào)閉鎖兩側(cè)保護(hù)，同時(shí)還具有后備作用，因此，高頻閉鎖距離保護(hù)是目前高壓和超高壓輸電線路上廣泛采用的保護(hù)之一。（一） 高頻閉鎖距離保護(hù)的構(gòu)成原理高頻閉鎖距離保護(hù)主要由起信元件、停信元件和高頻通道等組成。短時(shí)發(fā)信方式的高頻閉鎖距離保護(hù)原理方框圖如圖6-15（b）所示，其各元件作用如下。（1） 停信元件其作用是測(cè)量故障點(diǎn)的位置，以控制高頻發(fā)信機(jī)在內(nèi)部故障時(shí)停信，為此，停信元件要有明確的方向性，保證對(duì)側(cè)母線故障時(shí)有足夠的動(dòng)作靈敏度。通常將

41、、段切換式方向阻抗元件1KI、2KI固定在段，用來(lái)作為高頻閉鎖距離保護(hù)的停信元件。在高頻部分退出時(shí)，將固定在段的方向阻抗元件1KI、2KI恢復(fù)到切換狀態(tài)，作為一套完整的三段式距離保護(hù)運(yùn)行。（2） 起信元件它的主要作用是是在故障時(shí)起動(dòng)高頻發(fā)信機(jī)。為了在外部故障時(shí)能夠可靠起信，要求起信元件的動(dòng)作區(qū)必須覆蓋兩側(cè)停信元件的動(dòng)作區(qū)，起信元件的多采用負(fù)序電流或負(fù)序、零序復(fù)合電流或它們的增量元件；也可以采用第段距離元件作為起信元件；還可以由距離保護(hù)本身的起動(dòng)元件兼任。本例為切換式距離保護(hù)構(gòu)成的高頻閉鎖距離保護(hù)，起信元件采用本身的負(fù)序電流起動(dòng)元件KAN。（二） 高頻閉鎖距離保護(hù)的工作過(guò)程在圖6-15中，連接片

42、1XB、2XB、3XB處于上部位置，保護(hù)按高頻閉鎖距離保護(hù)工作，并通過(guò)3XB、經(jīng)切換繼電器KCH將阻抗繼電器1KI、2KI固定在段。連接片1XB、2XB、3XB處于下部位置時(shí)，高頻部分退出，保護(hù)按三段式距離保護(hù)工作。（1） 外部故障時(shí) 在圖6-15（a）中，當(dāng)A側(cè)保護(hù)的距離段范圍以外k3點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，圖6-15（b）中兩側(cè)保護(hù)的停信元件1KI、2KI均不動(dòng)作，兩側(cè)保護(hù)的起信元件KAN在負(fù)序電流分量的作用下都動(dòng)作，經(jīng)時(shí)間元件T2和禁止門E3起動(dòng)各側(cè)發(fā)信機(jī)發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)。與門A1和禁止門E2都不開(kāi)放，保護(hù)裝置不會(huì)誤動(dòng)作。時(shí)間元件T2按外部故障的最大時(shí)限7s整定，即發(fā)生外部故障時(shí)，發(fā)信機(jī)延時(shí)7s后

43、停信。當(dāng)A側(cè)保護(hù)的距離段范圍內(nèi)k2點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，圖6-15（b）中兩側(cè)保護(hù)的起信元件KAN在負(fù)序電流分量的作用下動(dòng)作，分別起動(dòng)本側(cè)的發(fā)信機(jī)發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)，并開(kāi)放振蕩閉鎖回路。此時(shí)，本側(cè)停信元件1KI、2KI動(dòng)作，使與門A1開(kāi)放，準(zhǔn)備好跳閘，同時(shí)通過(guò)E3門停信。但對(duì)側(cè)保護(hù)的停信元件1KI、2KI不動(dòng)作，對(duì)側(cè)保護(hù)的發(fā)信機(jī)仍繼續(xù)發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)，使本側(cè)的E2門一直閉鎖，兩側(cè)斷路器不會(huì)誤跳閘。若故障所在線路的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，本側(cè)保護(hù)起后備作用，按t=0.5s時(shí)限跳閘。（2） 內(nèi)部故障時(shí) 當(dāng)在被保護(hù)范圍內(nèi)部可k1點(diǎn)短路時(shí)，圖6-15（b）中兩側(cè)保護(hù)的起動(dòng)元件KAN動(dòng)作，經(jīng)時(shí)間元件T2和禁止門E3起

44、動(dòng)發(fā)信機(jī)向兩側(cè)保護(hù)發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)；同時(shí)，經(jīng)禁止門E5、E4、或門O1為與門A1的動(dòng)作準(zhǔn)備條件。此時(shí)，停信元件1KI、2KI動(dòng)作，與門A1開(kāi)放，一方面經(jīng)本側(cè)禁止門E3停信，一方面準(zhǔn)備好跳閘。而對(duì)側(cè)保護(hù)的停信元件1KI、2KI也同時(shí)動(dòng)作，使對(duì)側(cè)的發(fā)信機(jī)停止工作，于是兩側(cè)保護(hù)的收信機(jī)收不到高頻閉鎖信號(hào)，禁止門E2開(kāi)放，經(jīng)或門O2保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作于跳閘。（3） 系統(tǒng)振蕩時(shí) 當(dāng)由于各種原因使系統(tǒng)靜穩(wěn)定遭到破壞時(shí)，由于沒(méi)有負(fù)序電流，故兩側(cè)保護(hù)的起信元件KAN均不工作，雖然停信元件1KI、2KI可能會(huì)誤動(dòng)作，但與門A1不開(kāi)放，斷路器不會(huì)誤跳閘；而當(dāng)外部故障使系統(tǒng)動(dòng)穩(wěn)定遭到破壞時(shí)，其中一側(cè)保護(hù)的停信元件1KI、

45、2KI可能會(huì)誤動(dòng)作，系統(tǒng)的負(fù)序電流分量使起信元件KAN工作，與門A1 開(kāi)放，但總有一側(cè)保護(hù)的停信元件一直處于工作狀態(tài)，使兩側(cè)保護(hù)的收信機(jī)總能收到高頻閉鎖信號(hào)，禁止門E2可靠閉鎖與門A1的動(dòng)作信號(hào)，保護(hù)仍然不會(huì)誤動(dòng)作。（4） 高頻部分退出時(shí)此時(shí)，整套距離保護(hù)仍保持原有的性能工作。由以上分析可知，高頻閉鎖距離保護(hù)減少了測(cè)量元件，簡(jiǎn)化了接線，相對(duì)提高了保護(hù)的可靠性。其主要缺點(diǎn)是，距離保護(hù)檢修時(shí)，高頻保護(hù)也必須退出工作，使線路在檢修過(guò)程中失去保護(hù)，目前，高壓輸電線路的主保護(hù)逐漸采用雙重化配置，很好的解決了這個(gè)問(wèn)題；另外，系統(tǒng)振蕩過(guò)程中發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，保護(hù)的距離、段被閉鎖，要以較長(zhǎng)的段的動(dòng)作時(shí)間切除故障

46、，現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)繼電保護(hù)主要生產(chǎn)廠家采取相應(yīng)措施，生產(chǎn)出的高頻閉鎖距離保護(hù)，能在系統(tǒng)振蕩過(guò)程中發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，開(kāi)放距離保護(hù)的閉鎖，使大部分故障情況下，保護(hù)能瞬時(shí)動(dòng)作，有效的提高了高頻閉鎖距離保護(hù)此時(shí)的動(dòng)作速度。因此，高頻閉鎖距離保護(hù)的應(yīng)用將更為廣泛。*將距離保護(hù)與高頻閉鎖部分結(jié)合，構(gòu)成高頻閉鎖距離保護(hù)，這樣，既能在內(nèi)部故障時(shí)加速兩側(cè)的距離保護(hù)，使其瞬時(shí)動(dòng)作，又能在外部故障時(shí)利用高頻閉鎖信號(hào)閉鎖兩側(cè)保護(hù)，同時(shí)還具有后備作用，因此，高頻閉鎖距離保護(hù)是目前高壓和超高壓輸電線路上廣泛采用的保護(hù)之一。高頻閉鎖距離保護(hù)的構(gòu)成原理高頻閉鎖距離保護(hù)主要由起信元件、停信元件和高頻通道等組成。短時(shí)發(fā)信方式的高頻閉鎖距

47、離保護(hù)原理如圖6-15（b）所示，其各元件作用如下。（1） 停信元件其作用是測(cè)量故障點(diǎn)的位置，以控制高頻發(fā)信機(jī)在內(nèi)部故障時(shí)停信，通常用、段方向阻抗元件作為高頻閉鎖距離保護(hù)的停信元件。本例的停信元件采用距離段阻抗繼電器。在高頻部分退出時(shí)，距離保護(hù)作為一套完整的三段式距離保護(hù)運(yùn)行。（2） 起信元件 它的主要作用是是在故障時(shí)起動(dòng)高頻發(fā)信機(jī)。起信元件的多采用負(fù)序電流或負(fù)序、零序復(fù)合電流或它們的增量元件；也可以采用第段距離元件作為起信元件；還可以由距離保護(hù)本身的起動(dòng)元件兼任。本例高頻閉鎖距離保護(hù)的起信元件采用第段距離元件。（5） 外部故障時(shí) 在圖6-15（a）中，當(dāng)A側(cè)保護(hù)的距離段范圍以外K3點(diǎn)發(fā)生故障

48、時(shí)，圖6-15（b）中兩側(cè)保護(hù)的停信元件Z均不動(dòng)作，兩側(cè)保護(hù)的起信元件Z均動(dòng)作，經(jīng)中間繼電器1KM的常閉接點(diǎn)起動(dòng)兩側(cè)發(fā)信機(jī)發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)。兩側(cè)收信機(jī)收到高頻閉鎖信號(hào)后，中間繼電器2KM的常閉接點(diǎn)使兩側(cè)保護(hù)的快速跳閘回路一直閉鎖。當(dāng)A側(cè)保護(hù)的距離段范圍內(nèi)K2點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，圖6-15（b）中兩側(cè)保護(hù)的起信元件Z動(dòng)作，起動(dòng)本側(cè)的發(fā)信機(jī)發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)。此時(shí)，A側(cè)停信元件Z動(dòng)作，中間繼電器1KM動(dòng)作，停止本側(cè)的發(fā)信，做好快速跳閘準(zhǔn)備。但B側(cè)保護(hù)的停信元件Z不動(dòng)作，B側(cè)保護(hù)的發(fā)信機(jī)仍繼續(xù)發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)，A、B兩側(cè)保護(hù)的收信機(jī)一直收到高頻閉鎖信號(hào)，中間繼電器2KM的常閉接點(diǎn)使兩側(cè)保護(hù)的快速跳閘回路一直

49、閉鎖，兩側(cè)斷路器不會(huì)誤跳閘。若故障所在線路的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，本側(cè)保護(hù)起后備作用，按t=0.5s時(shí)限跳閘。（6） 內(nèi)部故障時(shí) 當(dāng)在被保護(hù)范圍內(nèi)部可K1點(diǎn)短路時(shí)，圖6-15（b）中兩側(cè)保護(hù)的起信元件Z動(dòng)作，起動(dòng)本側(cè)的發(fā)信機(jī)發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)。同時(shí)，兩側(cè)停信元件Z動(dòng)作，起動(dòng)兩側(cè)的1KM，停止兩側(cè)發(fā)信機(jī)的發(fā)信，于是兩側(cè)保護(hù)的收信機(jī)收不到高頻閉鎖信號(hào)，兩側(cè)2KM的常閉接點(diǎn)接通快速跳閘回路，使兩側(cè)保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作于跳閘。a) 高頻部分退出時(shí)此時(shí)，整套距離保護(hù)仍保持原有的性能工作。 高頻閉鎖距離保護(hù)減少了測(cè)量元件，簡(jiǎn)化了接線，相對(duì)提高了保護(hù)的可靠性。其主要缺點(diǎn)是，距離保護(hù)檢修時(shí)，高頻保護(hù)也必須退出工作，使線路

50、在檢修過(guò)程中失去保護(hù)，目前，高壓輸電線路的主保護(hù)逐漸采用雙重化配置，很好的解決了這個(gè)問(wèn)題；另外，系統(tǒng)振蕩過(guò)程中發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，保護(hù)的距離、段被閉鎖，要以較長(zhǎng)的段的動(dòng)作時(shí)間切除故障，國(guó)內(nèi)繼電保護(hù)主要生產(chǎn)廠家采取相應(yīng)措施，生產(chǎn)出的高頻閉鎖距離保護(hù)，能在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)換性短路時(shí)，開(kāi)放距離保護(hù)的閉鎖，使大部分故障情況下，保護(hù)能瞬時(shí)動(dòng)作，有效的提高了高頻閉鎖距離保護(hù)此時(shí)的動(dòng)作速度。因此，高頻閉鎖距離保護(hù)的應(yīng)用將更為廣泛。五、 高頻閉鎖零序保護(hù) 高頻閉鎖零序保護(hù)的工作原理與高頻閉鎖距離保護(hù)相同，只需將三段式零序電流方向保護(hù)的元件代替上述三段式距離保護(hù)的距離元件并和高頻部分相配合即可實(shí)現(xiàn)。第四節(jié) 光纖保護(hù)

51、隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，光纖通信技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用正在逐步推廣，由光纖作為通道構(gòu)成的光纖保護(hù)是輸電線路的一種理想保護(hù)，光纖通道容量大、抗腐蝕不受潮，敷設(shè)、檢修方便、還可以節(jié)省大量有色金屬，并且可以解決縱聯(lián)保護(hù)中導(dǎo)引線保護(hù)以及高頻保護(hù)的通道易受電磁干擾、高頻信號(hào)衰耗等問(wèn)題。由于光纖通道的通信距離不夠長(zhǎng)，在長(zhǎng)距離輸電線路中使用時(shí)需要中繼器和其它附屬設(shè)備，因此，對(duì)于整定配合比較困難的短線路，光纖保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)更為突出。一、 光纖保護(hù)的基本原理光纖保護(hù)是將線路兩側(cè)的電氣量調(diào)制后轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，以光纜作為通道傳送到對(duì)側(cè)，解調(diào)后直接比較兩側(cè)電氣量的變化，然后根據(jù)特定關(guān)系，判定內(nèi)部或外部故障的一種保護(hù)。光纖保護(hù)主要

52、由故障判別元件和信號(hào)傳輸系統(tǒng)（PCM端機(jī)、光端機(jī)以及光纜通道）組成，如圖6-16所示。故障判別元件即繼電保護(hù)裝置，利用線路兩側(cè)輸入電氣量的變化，根據(jù)特定關(guān)系來(lái)區(qū)分正常運(yùn)行、外部故障以及內(nèi)部故障。光端機(jī)的作用是接收、發(fā)送光信號(hào)。光端機(jī)的光發(fā)部分通過(guò)PCM端機(jī)的調(diào)制器將發(fā)送電氣量的模擬信號(hào)調(diào)制數(shù)字信號(hào)進(jìn)行發(fā)送，經(jīng)光纜通道傳輸?shù)骄€路對(duì)側(cè)；光端機(jī)的光收部分收到被保護(hù)線路對(duì)側(cè)的數(shù)字光信號(hào)后，通過(guò)PCM端機(jī)的解調(diào)器還原成電氣量模擬信號(hào)，然后提供給保護(hù)，作為故障判別的依據(jù)。PCM端機(jī)調(diào)制器的作用是將各路模擬信號(hào)進(jìn)行采樣和模/數(shù)轉(zhuǎn)換、編碼，與鍵控信號(hào)的并行編碼一同轉(zhuǎn)換成適合光纜傳輸?shù)拇写a；PCM端機(jī)解調(diào)器的

53、作用是將接收到的PCM串行碼轉(zhuǎn)換成并行碼，并將這些并行碼經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換和鍵控解碼，解調(diào)出各路的模擬信號(hào)和鍵控信號(hào)。光纜通道的作用是將被保護(hù)線路一側(cè)反應(yīng)電氣量的光信號(hào)，傳輸?shù)谋槐Ｗo(hù)線路的另一側(cè)。二、 信號(hào)傳輸系統(tǒng)光纖傳輸系統(tǒng)是如圖6-16所示除繼電保護(hù)以外的其余部分，即兩側(cè)PCM端機(jī)、光端機(jī)和光纜組成光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)。（一） PCM端機(jī)1. PCM調(diào)制器 PCM（Pulse Code Modulation）調(diào)制器的原理是脈沖編碼調(diào)制。PCM調(diào)制器由時(shí)序電路、模擬信號(hào)編碼電路、鍵控信號(hào)編碼電路、并/串轉(zhuǎn)換及匯合電路組成。2. PCM解調(diào)器PCM解調(diào)器由時(shí)序電路、串/并轉(zhuǎn)換電路、同步電路、模擬解調(diào)電路

54、及鍵控解碼電路組成。（二） 光端機(jī) 兩側(cè)裝置中，每一側(cè)光端機(jī)包括光發(fā)送部分和光接收部分。光信號(hào)在光纖中單向傳輸，兩側(cè)光端機(jī)需要兩根光纖。一般采用四芯光纜，兩芯運(yùn)行，兩芯備用。光端機(jī)與光纜經(jīng)過(guò)光纖活動(dòng)連接器連接?；顒?dòng)連接器一端為裸纖，與光纜的裸纖焊接，另一端為插頭，可與光端機(jī)插接。1. 光發(fā)送部分 光發(fā)送部分主要由試驗(yàn)信號(hào)發(fā)生器、PCM碼放大器、驅(qū)動(dòng)電路和發(fā)光管LED組成。其核心元件是電流驅(qū)動(dòng)的發(fā)光管LED。驅(qū)動(dòng)電流越大，輸出光功率越高。PCM碼經(jīng)過(guò)放大，電流驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED工作，使輸出的光脈沖與PCM碼的電脈沖信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，即輸入脈沖為“1”碼時(shí)，輸出一個(gè)光脈沖，輸入“0”碼時(shí)，沒(méi)有光信號(hào)輸

55、出。2. 光接收部分光接收部分的核心元件是光接收管PIN。它將接收到的光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為微弱的電流脈沖信號(hào)，經(jīng)前置放大器、主放大器放大，成為電壓脈沖信號(hào)，經(jīng)比較整形后，還原成PCM碼。（三） 光纜 由光纖組成。光纖是一種很細(xì)的空心石英絲或玻璃絲，直徑僅為100m200m。光在光纖中單向傳播。三、 繼電保護(hù)部分近年常用的電流差動(dòng)光纖保護(hù)有綜合比較三相電流和分相電流差動(dòng)比較兩種比較原理。以分相電流差動(dòng)比較原理為例進(jìn)行分析。（一） 分相電流差動(dòng)比較原理的動(dòng)作判據(jù)和動(dòng)作區(qū) 分相電流差動(dòng)比較原理的動(dòng)作判據(jù)的分析方法原則上可以分為兩類：一類以差動(dòng)電流IKD和制動(dòng)電流IR的關(guān)系IKD = f（IR）表示，稱為

56、制動(dòng)特性，另一類用線路兩側(cè)電流的相位關(guān)系表示，稱為相位特性。下面，以制動(dòng)特性為例進(jìn)行分析。1. 動(dòng)作判據(jù) 動(dòng)作判據(jù)功能要求：（1） 內(nèi)部故障電流較小時(shí)，有足夠的靈敏度；（2） 外部故障電流閱讀，允許電流誤差相應(yīng)增大，以提高保護(hù)防誤動(dòng)能力。（3） 如圖6-17所示帶有負(fù)荷的單電源系統(tǒng)，保護(hù)范圍內(nèi)經(jīng)過(guò)渡電阻Rtr短路時(shí)，從故障點(diǎn)流出，與反向，保護(hù)應(yīng)能動(dòng)作。設(shè)，要求當(dāng)時(shí)，保護(hù)能正確動(dòng)作，即一側(cè)電流有50%“溢出”時(shí)，保護(hù)能動(dòng)作。 滿足此要求的動(dòng)作判據(jù)為 （6-17）式中， 線路兩側(cè)的三相電流或零序電流；K1、K2、K3固定常數(shù)，分別取值為0.5、1、2；Ip固定值（電流偏移量），當(dāng)IN =5A時(shí)，取0.5；IOP整定值；動(dòng)作量；制動(dòng)量，且 （6-18） 這種原理是將線路兩側(cè)的A、B、C三相電流及零序電流四個(gè)量直接傳輸至對(duì)側(cè)，分相進(jìn)行差動(dòng)比較。2. 動(dòng)作區(qū)及其特點(diǎn)根據(jù)分相電流差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)可作出制動(dòng)特性曲線In = f（Im），動(dòng)作區(qū)如圖6-18所示陰影區(qū)。 圖中，直線4、5為50%溢出線處于動(dòng)作邊界，實(shí)際裝置應(yīng)考慮元件的誤差，為使裝置可靠動(dòng)作，動(dòng)作邊界向