電網(wǎng)高頻保護詳解

第五章電網(wǎng)高頻保護第一節(jié)高頻保護的基本概念一、概述高頻保護：是用高頻載波代替二次導(dǎo)線，傳送線路兩側(cè)電信號，所以高頻保護的原理是反應(yīng)被保護線路首末兩端電流的差或功率方向信號，用高頻載波將信號傳輸?shù)綄?cè)加以比較而決定保護是否動作高頻保護與線路的縱聯(lián)差動保護類似，正常運行及區(qū)外故障時，保護不動，區(qū)內(nèi)故障全線速動。二、載波通道的構(gòu)成原理目前應(yīng)用比較廣泛的載波通道是“導(dǎo)線一大地”制，其構(gòu)成如圖所示。組成：1.高頻阻波器2．結(jié)合電容器3．連接濾波器4．高頻電纜5．保護間隙6．接地刀閘7．高頻收、發(fā)信機1、高頻阻波器高頻阻波器是由電感線圈和可調(diào)電容組成的并聯(lián)諧振回路，使高頻電流限制在被保護輸電線路以內(nèi)。而工頻電流可暢通無阻.2．結(jié)合電容器它是一個高壓電容器，電容很小，對工頻電壓呈現(xiàn)很大的阻抗，使收發(fā)信機與高壓輸電線路絕緣，載頻信號順利通過3．連接濾波器它是一個可調(diào)節(jié)的空心變壓器，與結(jié)合電容器共同組成帶通濾波器，連接濾波器起著阻抗匹配的作用，可以避免高頻信號的電磁波在傳輸過程中發(fā)生反射，并減少高頻信號的損耗，增加輸出功率。4．高頻電纜用來連接戶內(nèi)的收發(fā)信機和裝在戶外的連接濾波器。5．保護間隙保護間隙是高頻通道的輔助設(shè)備。用它來保護高頻電纜和高頻收發(fā)信機免遭過電壓的襲擊。6．接地刀閘接地刀閘也是高頻通道的輔助設(shè)備。在調(diào)整或檢修高頻收發(fā)信機和連接濾波器時，用它來進行安全接地，以保證人身和設(shè)備的安全。7．高頻收、發(fā)信機高頻收發(fā)信機的作用是發(fā)送和接收高頻信號。發(fā)信機部分是由繼電保護來控制，通常都是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護起動之后它才發(fā)出信號，但有時也可以采用長期發(fā)訊的方式。由發(fā)信機發(fā)出信號，通過高頻通道為對端的收信機所接收，也可為自己一端的收信機所接收。高頻收信機接收到由本端和對端所發(fā)送的高頻信號。經(jīng)過比較判斷之后，再動作于跳閘或?qū)⑺]鎖。三、高頻信號的利用方式按高頻通道的工作方式分成」經(jīng)常無高頻電流經(jīng)常有高頻電流在這兩種工作方式中，按傳送的信號性質(zhì)，又可以分為傳送閉鎖信號、允許信號和跳閘信號三種類型。閉鎖信號：收不到這種信號是高頻保護動作跳閘的必要條件。允許信號：收到這種信號是高頻保護動作跳閘的必要條件。傳送跳閘信號：收到這種信號是保護動作于跳閘充分而必要條件的條件。實現(xiàn)這種保護時，實際上是利用裝設(shè)在每一端的電流速斷、距離I段或零序流速斷等保護，當(dāng)其保護范圍內(nèi)部故障而動作于跳閘的同時，還向?qū)Χ税l(fā)出跳閘信號，可以不經(jīng)過其它控制元件而直接使對端的斷路器跳閘。第二節(jié)高頻閉鎖方向保護一、高頻閉鎖方向保護的基本原理高頻閉鎖方向保護是通過高頻通道間接比較被保護線路兩側(cè)的功率方向，以判別是被保護范圍內(nèi)部故障還是外部故障。當(dāng)區(qū)外故障時，被保護線路近短路點一側(cè)為負短路功率，向輸電線路發(fā)高頻波，兩側(cè)收信機收到高頻波后將各自保護閉鎖。當(dāng)區(qū)內(nèi)故障時，線路兩端的短路功率方向為正，發(fā)信機不向線路發(fā)送高頻波，保護的起動元件不被閉鎖，瞬時跳開兩側(cè)斷路器。高頻閉鎖方向保護的原理接線圖起動發(fā)信繼電器：靈敏度較高，用來起動高頻發(fā)信機起動跳閘繼電器:靈敏度較低，用來起動跳閘回路功率方向繼電器:判斷短路功率的方向停信繼電器: 在內(nèi)部故障時停止發(fā)出高頻信號閉鎖繼電器5：用以控制保護的跳閘回路,帶有工作線圈和制動線圈.只有當(dāng)工作線圈有電流時繼電器才動作；而當(dāng)制動線圈或兩組線圈同時有電流時繼電器如在D］點短路，被保護線路AB兩側(cè)的起動發(fā)信機電流繼電器，向高頻通道發(fā)信，近短路點B側(cè)的短路功率是負的，功率方向繼電器不動作，不去停信。輸電線路AB兩側(cè)方向高頻保護的收信機收到高頻信號，將各自的保護閉鎖，不發(fā)出跳閘脈沖。2．區(qū)內(nèi)故障如在D點短路，兩側(cè)起動發(fā)信機繼電器1及起動跳閘繼電器2動作,，向高頻通道發(fā)信,2兩側(cè)收信機收到高頻信號后，立刻將保護閉鎖，但兩側(cè)方向繼電器3承受正方向短路功率而起動。首先停信，解除閉鎖，與此同時閉鎖繼電器起動，發(fā)出跳閘脈沖。3．系統(tǒng)振蕩二、高頻閉鎖負序方向保護高頻閉鎖負序方向保護單端原理接線如下圖所示。它由：雙向動作的負序功率方向繼電器KPD2、起動發(fā)信機繼電器1K、閉鎖保護繼電器2KL、口繼電器3KOM等組成。負序功率方向繼電器KPD觸點向下閉合、停信，起動閉鎖繼電器2KL發(fā)出跳閘脈沖。2．區(qū)外故障靠近短路點的一側(cè)負序功率繼電器KPD的接點向上閉合，起動發(fā)信機繼電器向高頻通道發(fā)信，兩側(cè)收信機收到高頻信號將各自保護閉鎖。I整定bpmaxI整定bpmax不靈敏元件的動作電流與靈敏元件相配，即（1.5?2）I血m高頻閉鎖距離保護圖為高頻閉鎖距離保護的原理說明，假設(shè)線路兩側(cè)均采用三段式距離元件./]]]^丄]|￡/]]]^丄]|￡距離部分和高頻部分配合的關(guān)系是：III段起動元件ZIH動作時，經(jīng)1KM的常閉觸點起動發(fā)信機發(fā)出高頻閉鎖信號，II段距離元件Zii動作時則起動1KM停止高頻發(fā)信機。距離II段動作后一方面起動時間元件tII可經(jīng)一定延時后跳閘，同時還可經(jīng)過一收信閉鎖繼電器2KL的閉鎖觸點瞬時跳閘。 ’當(dāng)保護范圍內(nèi)部故障時（如d1點），兩端的起動元件動作，起動發(fā)信機，但兩端的距離II段也動作，又停止了發(fā)信機。當(dāng)收信機收不到高頻信號時，2KL觸點閉合，使距離II段可瞬時動作于跳閘。當(dāng)保護范圍外部故障時（如d點），靠近故障點的B端距離II段不動作，不停止發(fā)信，A端II段動作停止發(fā)信，但A端收信機可收到B端送來的高頻信號使閉鎖繼電器動作，2KL觸點打開，因而斷開了II段的瞬時跳閘回路，使它只能經(jīng)過II段時間元件去跳閘，從而保證了動作的選擇性。高頻閉鎖距離保護的評價：優(yōu)點：內(nèi)部故障時可瞬時切除故障，在外部故障時可起到后備保護的作用。缺點：主保護（高頻保護）和后備保護（距離保護）的接線互相連在一起，不便于運行和檢修。第四節(jié)相差高頻保護一、相差高頻保護的工作原理比較被保護線路兩側(cè)電流的相位，即利用高頻信號將電流的相位傳送到對側(cè)去進行比較而決定跳閘與否。假設(shè)線路兩側(cè)的電勢同相位，系統(tǒng)中各元件的阻抗角相同。規(guī)定：電流從母線流向線路為正，從線路流向母線為負。區(qū)內(nèi)故障：兩側(cè)電流同相位，發(fā)出跳閘脈沖；區(qū)外故障：兩側(cè)電流相位相差180°，保護不動作

為了滿足以上要求，采用高頻通道正常時無信號，而在外部故障時發(fā)出閉鎖信號的方式來構(gòu)成保護。實際上，當(dāng)短路電流為正半周，高頻發(fā)信機發(fā)出信號；而在負半周，高頻發(fā)信機不發(fā)出信號。當(dāng)被保護范圍內(nèi)部故障時。由于兩側(cè)電流相位相同，兩側(cè)高頻發(fā)信機同時工作，發(fā)出高頻信號，也同時停止發(fā)信。這樣，在兩側(cè)收信機收到的高頻信號是間斷的，即正半周有高頻信號，負半周無高頻信號。當(dāng)被保護范圍外部故障時，由于兩側(cè)電流相位相差180°，線路兩側(cè)的發(fā)信機交替工作，收信機收到的高頻信號是連續(xù)的高頻信號。由于信號在傳輸過程中幅值有衰耗，因此送到對側(cè)的信號幅值就要小一些。經(jīng)檢波限幅倒相處理后，電流為直流。由以上的分析可見，相位比較實際上是通過收信機所收到的高頻信號來進行的。在被保護范圍內(nèi)部發(fā)生故障時，兩側(cè)收信機收到的高頻信號重疊約10ms,于是保護瞬時的動作，立即跳閘。在被保護范圍外部故障時，兩側(cè)的收信機收到的高頻信號是連續(xù)的，線路兩側(cè)的高頻信號互為閉鎖，使兩側(cè)保護不能跳閘。組成：反應(yīng)不對稱短路的靈敏元件I和不靈敏元件I34反應(yīng)對稱短路的靈敏元件I和不靈敏元件I負序電流濾過器綜合電流ii+ki2濾過器比相閉鎖繼電器KDS比相輸出變壓器XB操作互感器T收發(fā)信機LJlKDSXB1收發(fā)信機機所以不能■首先正常時:”發(fā)信機沒有電j收發(fā)信機LJlKDSXB1收發(fā)信機機所以不能■首先正常時:”發(fā)信機沒有電jI向高頻通道發(fā)送信」典信機的提供電源,發(fā)信機立刻向通道發(fā)送

動后，準備好保護跳閘出口回路電源。收信機Lb4號。系統(tǒng)發(fā)出故障電流潮制的斷續(xù)高頻波。不靈敏收到斷續(xù)波時，XB有輸出，KDS動作，發(fā)出跳閘脈沖。若收信機收到連續(xù)高頻波，說明是區(qū)外故障，經(jīng)檢波限幅倒相處理后，XB輸出電流為零，KDS不動作，閉鎖了保護出口回路。二、相差高頻保護的相位特性和相繼動作區(qū)相差高頻保護是通過測定通道上高頻信號是否間斷，來判斷是保護范圍內(nèi)部還是外部故障的。當(dāng)間斷角大于閉鎖角時，為保護范圍內(nèi)部故障，保護動作。反之，當(dāng)間斷角小于閉鎖角時，為保護范圍外部故障，保護不動作。在電力系統(tǒng)的實際運行中，在被保護范圍內(nèi)部故障時，兩側(cè)高頻信號不會完全重疊；在外部故障時，兩側(cè)的高頻信號也不會是連續(xù)的。所以，就需要進一步分析相差高頻保護的相

位特性。相位特性：是指相位比較繼電器中的電流IJ和高頻信號的相位角*關(guān)系曲線，亦即IJ=f(*)的曲線，稱為相位特性曲線。1．相差高頻保護在線路兩側(cè)操作電流的相位關(guān)系(1)外部三相短路:電流互感器約有1．相差高頻保護在線路兩側(cè)操作電流的相位關(guān)系(1)外部三相短路:電流互感器約有0ta=7°角誤差，復(fù)合濾過器及保護約有Q拠=15。角誤差。高頻信號在輸電線路上傳輸需要時間，以光速V=3.0X108m/s傳送至對側(cè)所需時間t產(chǎn)生的延遲角誤差式中l(wèi) 輸電線路長度，單位為km。總誤差角為：0=Q+Q+a=7°+15°+0.06°1TAbh為了保證保護的選擇性，應(yīng)考慮一定的裕度，令py=15°外部故障：兩側(cè)操作電流的相位差不是180°，收到的兩側(cè)斷續(xù)高頻波不是連續(xù)的，而是180°+0，即出現(xiàn)間斷角為+0.06°lr+0.06°lr外秤ta+單bh+0y+0.°6°1=37廠界NrM "廠幷N■誠720?180°360° 540°o(2)內(nèi)部故障：雙側(cè)電源系統(tǒng)在d點發(fā)生三相短路時,線路兩側(cè)電勢EM和EN之間的相角差為6o，6角一般不超過70° 。M側(cè)電流I落后于E0"60°,N側(cè)到短路點0=90°。兩側(cè)電流的相位差將達到M MdM dN100°。電流互感器的最大誤差角0=7°，保護裝置的角誤差015°，高頻信號沿輸電TA bh=線路傳輸需要時間，造成的延遲誤差角a=0.06°1。N側(cè)收到兩側(cè)高頻載波信號的最大角相差為0=100°+7°+15°-0.06°l=122°-0.06°lNM側(cè)為0M=100°+7°+15°+0.06°1=122°+0.06°1內(nèi)部故障時，理論上接收兩側(cè)斷續(xù)高頻波的間斷角為180°，由于兩側(cè)電源電勢的相位差、電流互感器和保護裝置的角誤差，所以間斷角僅為r=180°-Q=58°+0.06°1NNr=180°-0=58°-0.06°1MM2.保護的相繼動作區(qū)收信機收到兩調(diào)頻信號的相位差與線路的長度有關(guān)，保護范圍之外故障時，間斷角為r=37°+0.06°l外要求保護不動作，保護范圍內(nèi)故障時，M側(cè)的間斷角為r=58°-0.06°lM要求保護動作,線路的臨界長度為l=175km即當(dāng)線路長度〉175km時，被保護線路內(nèi)部故障M側(cè)的保護將不動作，但N側(cè)保護間斷角增大，保護動作，當(dāng)N側(cè)斷路器跳開以后，M側(cè)收發(fā)信機自發(fā)自收，其間斷角為180°,則M側(cè)保護動作。3．保護閉鎖角在理想情況，相位特性曲線Ij=f（*）是如下圖所示的直線（虛線1所示）。但實際上不是直線而是曲線，如下圖中實線2所示?，F(xiàn)根據(jù)該曲線來確定繼電器J的動作電流和閉鎖角，如右圖所示。設(shè)繼電器J的動作電流為IJdz，則它與相位特性曲有兩個交點，對應(yīng)