輸電線路的高頻保護

輸電線路的高頻保護一、高頻保護的作用和分類二、高頻通道三．方向高頻保護的作用原理四、相差動高頻保護的基本原理五、相差動高頻保護裝置1，高頻保護的作用和特點 在現(xiàn)代大型電力系統(tǒng)的超高壓遠距離輸電線路上，為了縮小故障造成的損壞程度，滿足系統(tǒng)并列運行穩(wěn)定性的要求，常常要求在線路兩側(cè)瞬時地切除被保護線路上任何一點的故障，即要求繼電保護能實現(xiàn)全線速動。距離保護從原理上講，不能實現(xiàn)全線速動；而輸電線路的縱差動保護從原理上講，可以無時限地切除保護范圍內(nèi)的短路故障，但必須敷設(shè)專用的輔助導(dǎo)線，一般只能用于長度不超過10km的短線路。因此，為了快速切除超高壓、遠距離輸電線路的故障，利用輸電線路傳遞代表兩側(cè)電量的高頻信號，以省去專用的輔助導(dǎo)線，這樣就構(gòu)成了高頻保護。高頻保護具有如下特點：1)在被保護線路兩側(cè)各裝半套高頻保護，通過高頻信號的傳送和比較，以實現(xiàn)保護的目的。保護范圍只限于本線路。2)保護因有收、發(fā)信機等部分，接線比較復(fù)雜，價格比較昂貴。2．高頻保護的分類 高頻保護按比較信號的方式可分為直接比較式高頻保護和間接比較式高頻保護兩類。 直接比較式高頻保護是將兩側(cè)的交流電量經(jīng)過轉(zhuǎn)換后直接傳送到對側(cè)去，裝在兩側(cè)的保護裝置直接對交流電量進行比較。如電流相位比較式高頻保護，簡稱相差動高頻保護。 間接比較式高頻保護:有高頻閉鎖方向保護、高頻閉鎖距離保護、高頻遠方跳閘。 目前通常是利用輸電線路本身作為高頻通道，即在輸電線傳送50HZ工頻電流的同時，疊加傳送一個高頻信號(或稱載波信號)，高頻信號一般采用40～300kHz的頻率，以便與輸電線路的工頻相區(qū)別。 輸電線可作為高頻通道。高頻通道的構(gòu)成有以導(dǎo)線的相與相之間構(gòu)成通路的“相一相”制和導(dǎo)線一相與大地間構(gòu)成通路的“相一地”制兩種方式。 前者需要的高頻加工設(shè)備多，不大經(jīng)濟，但信號傳輸衰耗小。后者則相反，需用加工設(shè)備少、經(jīng)濟，但衰耗較大。 我國主要使用后一種方式。二、高頻通道高頻通道就是指高頻電流流通的路徑，是用來傳送高頻信號電流的。目前廣泛采用的是輸電線路載波通道。如圖5-1中所示2．高頻閉鎖負序方向保護

利用負序功率可以反應(yīng)于各種不對稱短路，又不受系統(tǒng)振蕩的影響，對于三相短路，由于對稱短路的開始瞬間總有一個不對稱的過程，因此，只要負序方向元件能夠起動，并把它們的動作固定下來，則也是可以的。3．方向高頻保護的作用原理左圖為用功率方向元件啟動的高頻收發(fā)訊機方框原理圖。GFX為高頻發(fā)訊機，GSX為高頻收訊機。當功率由線路流向母線時，S-有輸出，使該側(cè)發(fā)信機發(fā)信，送高頻信號至對側(cè)和本側(cè)收訊機，閉鎖斷路器跳閘回路。當功率由母線流向線路時，S+動作,經(jīng)t2延時后輸出，若收不到對側(cè)閉鎖訊號，則接通斷路器跳閘回路跳閘。 如圖所示，線路BC的K點短路，因BC兩側(cè)的功率都從母線流向線路，兩側(cè)S+動作,S-不動作，于是BC兩側(cè)發(fā)信機均不發(fā)信，當兩側(cè)收信機收不到高頻信號時；3QF和4QF經(jīng)t2延時跳閘。對AB和CD線路來說，k點短路均為外部故障，這時流經(jīng)2QF和5QF的短路功率均從線路流向母線，(規(guī)定為負，以S-表示)。2QF和5QF側(cè)發(fā)信機發(fā)信，于是1QF、2QF、5QF、6QF側(cè)的收發(fā)信機均能收到高頻信號，使保護閉鎖，直至K點故障切除，方向元件返回。這種種保保護護在在故故障障線線路路上上不不傳傳送送高高頻頻信信號號，，而而只只在在非非故故障障線線路路上上才才傳傳送送高高頻頻信信號號，，因因此此，，故故障障線線路路高高頻頻通通道道破破壞壞時時，，收收不不到到對對側(cè)側(cè)閉閉鎖鎖訊訊號號，，不不會會影影響響保保護護的的正正常常工工作作。。圖中中tl延時時返返回回的的原原因因是是在在外外部部故故障障切切除除后后，，保保證證遠遠離離故故障障側(cè)側(cè)的的發(fā)發(fā)信信機機繼繼續(xù)續(xù)收收到到高高頻頻信信號號，，使使保保護護不不誤誤跳跳閘閘。。t2延時時動動作作的的原原因因是是保保證證外外部部故故障障時時，，遠遠離離故故障障側(cè)側(cè)的的發(fā)發(fā)信信機機能能在在t2時間間內(nèi)內(nèi)收收信信，，使使保保護護閉閉鎖鎖，，不不誤誤跳跳閘閘。。t2一般般為為10～20ms。因此此，，在在外外部部故故障障時時，，保保護護正正確確動動作作的的必必要要條條件件是是靠靠近近故故障障點點一一端端的的高高頻頻發(fā)發(fā)信信機機必必須須起起動動，，而而如如果果兩兩端端起起動動元元件件的的靈靈敏敏度度不不相相配配合合，，就就可可能能發(fā)發(fā)生生誤誤動動作作。。4．高高頻頻閉閉鎖鎖距距離離保保護護和和高高頻頻閉閉鎖鎖零零序序保保護護的的基基本本原原理理高頻頻閉閉鎖鎖方方向向保保護護可可以以快快速速地地切切除除保保護護范范圍圍內(nèi)內(nèi)部部的的各各種種故故障障，，但但卻卻不不能能作作為為變變電電所所母母線線和和下下一一條條線線路路的的后后備備保保護護。。至于于距距離離保保護護，，正正如如以以前前所所講講的的，，它它只只能能在在線線路路中中間間60％～～70％的的范范圍圍內(nèi)內(nèi)瞬瞬時時切切除除故故障障，，而而在在其其余余的的30％～～40％長長度度的的范范圍圍內(nèi)內(nèi)要要以以一一端端帶帶有有第第Ⅱ段的的時時限限來來切切除除。。由于于在在距距離離保保護護中中所所用用的的主主要要繼繼電電器器(如起起動動元元件件、、方方向向阻阻抗抗元元件件等等)都是是實實現(xiàn)現(xiàn)高高頻頻閉閉鎖鎖方方向向保保護護所所必必需需的的，，因此此，，在在某某些些情情況況下下，，把把兩兩者者結(jié)結(jié)合合起起來來，，做做成成高高頻頻閉閉鎖鎖的的距距離離保保護護，，使使得得在在內(nèi)內(nèi)部部故故障障時時能能夠夠瞬瞬時時動動作作，，而而在在外外部部故故障障時時具具有有不不同同的的時時限限特特性性，，起起到到后后備備保保護護的的作作用用，，就就可可以以兼兼有有兩兩種種保保護護的的優(yōu)優(yōu)點點，，并并且且能能簡簡化化保保護護的的接接線線。。高頻頻閉閉鎖鎖零零序序保保護護的的工工作作原原理理與與高高頻頻閉閉鎖鎖距距離離保保護護相相同同，，只只需需用用三三段段式式零零序序元元件件代代替替上上述述三三段段式式距距離離元元件件并并和和高高頻頻部部分分相相配配合合即即可可實實現(xiàn)現(xiàn)。。設(shè)電電流流從從母母線線流流向向線線路路為為正正，，由由線線路路流流向向母母線線為為負負。。被保保護護線線路路內(nèi)內(nèi)部部短短路路時時，，如如圖圖(a)所示示，，兩兩端端電電流流IM與IN都從從母母線線流流向向線線路路，，同同為為正正方方向向。。iM與iN如圖圖，，相位位差差Φ=0°°，兩兩端端保保護護動動作作。。外部部短短路路時時，，如如圖圖(b)所示示，，IM從母母線線流流向向線線路路為為正正，，IN從線線路路流流向向母線線為為負負，，相相位位差差Φ=180°°，兩兩端端保保護護不不動動作作。。相差差動動高高頻頻保保護護的的基基本本原原理理五、相相差差動動高高頻頻保保護護裝裝置置相差差動動高高頻頻保保護護裝裝置置由由繼繼電電部部分分、、收收發(fā)發(fā)信信機機、、通通道道設(shè)設(shè)備備三三部部分分組組成成。。三三者者之之間間的的邏邏輯輯關(guān)關(guān)系系如如圖圖5-38所示示。。保護護的的繼繼電電部部分分由由3個主主要要元元件件組組成成，，即啟啟動動元元件件、、操操作作元元件件、、比比相相元元件件、、此此外外還還有有信信號號回回路路、、出出口口回回路路及及電電源源等等輔輔助助設(shè)設(shè)備備。。1．啟啟動動元元件件為了了在在系系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)發(fā)生生對對稱稱及及不不對對稱稱故故障障時時保保護護都都能能正正確確反反應(yīng)應(yīng)，，裝裝置置采采用用負負序序電電流流啟啟動動元元件件和和零零序序電電流流啟啟動動元元件件反反應(yīng)應(yīng)不不對對稱稱故故障障；；采采用用阻阻抗抗元元件件或或相相電電流流突突變變量量元元件件加加相相電電流流元元件件2(用切切換換片片QP切換換)反應(yīng)應(yīng)對對稱稱故故障障。。負序序、、零零序序電電流流啟啟動動元元件件及及相相電電流流元元件件又又都都分分低低定定值值元元件件與與高高定定值值元元件件，，相相差差高高頻頻保保護護采采用用兩兩個個靈靈敏敏度度不不同同的的過過量量繼繼電電器器作作為為啟啟動動元元件件。。低定定值值元元件件啟啟動動發(fā)發(fā)信信，，高高定定值值元元件件啟啟動動比比相相，，準準備備好好跳跳閘閘回回路路。。2·操作元件件：操作元件件的作用用是將輸輸電線路路上的三三相50Hz正弦電流流轉(zhuǎn)變?yōu)闉?0Hz的方波電電流，然然后以此此方波電電流對發(fā)發(fā)信機中中的高頻頻電流進進行操作作。此方方波電流流稱操作作電流，，相差高高頻保護護是比較較線路兩兩側(cè)電流流“I1+KI2”的相位的的保護。。當操作電電流為負負半周時時，發(fā)信信機不發(fā)發(fā)信；當當操作電電流為正正半周時時，發(fā)信信機發(fā)信信，送出出高頻信信號。可可見，操操作電流流所形成成的方波波電流控控制著高高頻通道道的通斷斷。因而而斷續(xù)的的高頻信信號反應(yīng)應(yīng)了線路路兩側(cè)電電流的相相位。(3)相位比較較元件：：比相元件件用于比比較被保保護線路路兩側(cè)的的電流相相位。因因為采用用單頻率率制，所所以收信信機同時時接收兩兩側(cè)發(fā)信信機發(fā)出出的高頻頻信號。。圖5—37說明線路路內(nèi)外故故障時，，保護裝裝置從操操作發(fā)信信到收信信、比相相的工作作情況。。線路外部部故障時時，如圖圖中a和b所示，兩兩端工頻頻操作電電流相位位相反。。各端發(fā)發(fā)信機均均于工頻頻操作電電流正半半周時發(fā)發(fā)信，于于負半時時停信，，如圖中中c和d所示，因而兩端端收信機機收到的的高頻信信號是連連接不斷斷的，如如圖5-37中e所示。經(jīng)邏輯電電路，使使收信機機輸出電電流為零零，如圖圖中f所示。兩側(cè)繼電電器線圈圈中均無無電流通通過，如如g所示，故故兩側(cè)保保護均不不動作。。當線路內(nèi)內(nèi)部故障障時，兩兩端工頻頻操作電電流相位位相同，，兩端發(fā)發(fā)信機均均于工頻頻操作電電流正半半波時發(fā)發(fā)信，于于負半波波時停信信，兩端端收信機機均收到到斷續(xù)信信號，此此時收信信機輸出出斷續(xù)的的電流方方波，經(jīng)經(jīng)邏輯電電路，使使兩側(cè)繼繼電器線線圈中有有電流通通過，故故保護動動作跳閘閘?？傊?，相相差高頻頻保護是是直接比比較線路路兩側(cè)電電流相位位的保護護。內(nèi)部部故障時時，兩側(cè)側(cè)電流同同相；外外部故障障時，兩兩側(cè)電流流相差180°°。相差高高頻保護護就是把把電流相相位的變變化變成成高頻信信號，通通過通道道傳送到到對