繼電保護(hù)講義-線路的高頻保護(hù) (二)

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)單從動作的速度來講，可以滿足系統(tǒng)的要求，但是，它必須敷設(shè)與被

保護(hù)線路長度相同的輔助導(dǎo)引線，對于較長線路而言，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的角度是難以實現(xiàn)的，

因此，導(dǎo)引線保護(hù)只能作為5~7km短線路的保護(hù)，在國外也只用于長度為30km左右的線

路。為了從高電壓距離輸電線路兩側(cè)瞬時切除全線路任一點的故障，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)是將測量的線路兩側(cè)電氣量的變化轉(zhuǎn)化為高頻信號，并利用輸電線路構(gòu)成的

高頻通道送到對側(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220kv及以上的高壓或超高壓線路中廣泛采用方向高頻保護(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4-6所示。

-*)—發(fā)信機(jī)一高頻通道一贏7——?由L，”

電氣量一?繼電保護(hù).....................................繼電保護(hù)--一電二史

*—收信機(jī)收信機(jī)一

圖4-6高頻保護(hù)的組成方框圖

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)系來區(qū)分正常運

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。發(fā)信機(jī)必須對

所發(fā)信號進(jìn)行調(diào)制，以使通過高頻通道傳輸?shù)奖槐Ｗo(hù)線路對側(cè)的信號荷載保護(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)線路側(cè)反應(yīng)其運行特征的高頻信嘰傳輸?shù)谋槐Ｗo(hù)線路的丹側(cè)。

在電力系統(tǒng)中，通常利用輸電線路間作高頻通道，同時傳輸工頻電流和保護(hù)所需信號，為了

便于區(qū)分，繼電保護(hù)所需要的信號一般采用高頻信號。由于高頻信號荷載保護(hù)所需信息，因

此，高頻信號被稱為載波，高頻保護(hù)乂被稱為載波保護(hù)，載波信號一般采用40kHz~500kHz

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，同時載波

信號衰耗大為增加，頻率過高，將與中波廣播相互干擾。

1

二、高頻通道

(-)高頻通道的構(gòu)成原理

電力系統(tǒng)中工頻輸電線路同時兼作高頻通道。因此，需要對輸電線路進(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

的的干擾，影響保證保護(hù)動作的選擇性，還需要對通道中的高頻信號進(jìn)行阻波，將其限制在

本保護(hù)范圍內(nèi)。通常將經(jīng)高頻加工的輸電線路稱為高頻信號的載波通道，又稱為“高頻通道”

或簡稱“通道”。

高頻信號是由載波機(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“相一地”制，或“相一相制兩種連接方式。所謂“相一地”制J,就是通過結(jié)合設(shè)

備把載波機(jī)接入輸電線路的?相與大地之間，構(gòu)成高頻信號的“相一地”通道，如圖4-7(a)

圖4-7利用輸電線路傳輸高頻信號的方式

(a)“相-地制”：(b)“相-相”制

1一高偵阻波器：2-橘合電容器：3—結(jié)合濾波器：4一高頻收、發(fā)信機(jī)

所示。所謂“相一相”制，就是通過結(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

信號的“相一相”通道，如圖4-7(b)所示。兩種接線方式特點各異，“相一地”制傳輸效

率低、高頻信號衰減大、受干擾也大，但高頻加工設(shè)備少、造價低，一般能夠滿足保護(hù)裝置

的要求，而“相一相”制則相反。目前，我國的高頻保護(hù)大多采用“相一地”高頻通道，并

逐漸采用“相一相”高頻通道。

2

圖4-8所示為“相一地”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)諧于高圖4-8“相-地”制高頻通道原理接線圖

I一輸電線路：2—高偵阻波器：3一相合電容器：4一結(jié)合逑波群:

頻通道上的工作頻率。此時，高頻5一襦領(lǐng)電纜：6—保護(hù)間隙：7一接地開關(guān)；8—高頻收、發(fā)信機(jī):

9一保護(hù)；10—電客器

阻波器呈現(xiàn)最大的阻抗,約1000

0左右，如圖4-9所示，因而高頻信號限制在被保護(hù)線路以內(nèi)。對工頻電流而言，高頻阻波

器的阻抗很小，只有約0.040,因而不會影響工頻電流在輸電線路上的正常傳輸。

2.耦合電容器

耦合電容器的電容量很小，對工頻電流呈現(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

通過，防止工頻干擾等對高頻保護(hù)的影響，并再次通過電磁隔

圖4-9阻波器阻抗

離防止耦合電容器被擊穿后工頻高壓侵入二次系統(tǒng)。與頻率的關(guān)系

3.結(jié)合漉波器

結(jié)合濾波器是由一個可調(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。對于“相?地”制高頻通道，輸電線

路的輸入阻抗約為400Q,高頻電纜的輸入阻抗約為100a,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在傳輸過程中產(chǎn)生反射，減小高頻能量的附加

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的導(dǎo)線，

以最小的衰耗傳送高頻信號。雖然電纜的長度只有幾百米，但其傳送信號的頻率很高，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，

3

動作于跳閘。此比較方式使通道兩側(cè)的直流回路直接關(guān)聯(lián)，因此也稱為直流信號比較，它僅

僅是對被保護(hù)線路內(nèi)部和外部故障的的判定，以高頻信號的有無即可進(jìn)行反應(yīng)，因此對高頻

通道的要求比較簡單。

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。

高頻信號按所起的作用還可分為跳閘信號、允許信號、和閉鎖信號，它們均為間接比

較信號。

(a)<b)<c)

圖高頻保護(hù)信號邏輯圖

(a)跳閘信號；(b)允許信號：(c)閉鎖信號

跳閘信號是指收到高頻信號是高頻保護(hù)動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)速動保護(hù)，當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)短路，保護(hù)動作的同時向?qū)?cè)保護(hù)發(fā)出跳閘信號，使對

側(cè)保護(hù)不經(jīng)任何元件直接挑閘，如圖4-10(a)所示。為了保證選擇性和快速切除全線路任

一點的故障，要求每側(cè)發(fā)送跳閘信號保護(hù)的保護(hù)范圍小『線路的全長，而兩側(cè)保護(hù)范闈之和

必須大于線路全長。遠(yuǎn)方跳閘式保護(hù)就是利用跳閘信號。

允許信號是指收到允許信號是高頻保護(hù)動作于跳閘的必要條件。當(dāng)內(nèi)部短路時，兩側(cè)

保護(hù)同時向?qū)?cè)發(fā)出允許信號，使兩側(cè)保護(hù)動作于跳閘，如圖4-10(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，對側(cè)保護(hù)不動作。近故障側(cè)保護(hù)則因判別故障方向的元件

不動作，因而不論對側(cè)是否發(fā)出允許信號，保護(hù)均不動作于跳閘。

閉鎖信號是指收不到閉鎖信號是高頻保護(hù)的動作于跳閘的必要條件，即被保護(hù)線路外

部短路時其中一側(cè)保護(hù)發(fā)出閉鎖信號，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，因而兩側(cè)保護(hù)收不到閉鎖信號，能夠動作于跳閘，如圖4-10(c)所示。

目前，我國生產(chǎn)的高頻保護(hù)主要采用“短時發(fā)信”方式下的高頻閉鎖信號。

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)范圉內(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

5

線路指向母線為負(fù)方向。保護(hù)采用短時發(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，近短路點一側(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)方向而不動作于跳閘，且發(fā)出高頻閉鎖信號，送至本側(cè)及對側(cè)的收信機(jī)；對

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，但由于收信機(jī)收到了近短

路點側(cè)保護(hù)發(fā)來的高頻閉鎖信號，這一側(cè)的保護(hù)也不會動作于跳閘。因此，稱為高頻閉鎖方

向保護(hù)。在保護(hù)范圍內(nèi)短路時，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，保護(hù)動作使兩側(cè)斷路器立即跳閘。

圖4-11所示系統(tǒng)中，當(dāng)BC線路上的k點發(fā)生短路時，保護(hù)3、4的方向元件均反應(yīng)

圖4-11高頻閉鎖信號方向保護(hù)原理說明圖

為正方向短路，兩側(cè)都不發(fā)高頻閉鎖信號，因此，保護(hù)動作于斷路器3、4瞬時跳閘，切除

短路故障。對于線路和CO而言，火點短路屬于外部故障，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)出的高頻閉鎖信號分別送至保護(hù)1、6,使保護(hù)1、2、5、

6都不會使斷路器動作于跳閘。

這種按信號原理構(gòu)成的保護(hù)只在非故障線路上傳送高頻信號，而故障線路上無高頻信

號，因此，由于各種原因使故障線路上的高頻通道遭到破壞時，保護(hù)仍能正確動作.

2.高頻閉鎖方向保護(hù)的原理接線

圖4-12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

稱，故以一側(cè)保護(hù)說明其工作原理。保護(hù)裝置主要由起動元件1、2,功率方向元件3組成。

起動元件有不同的靈敏度，起動元件I的靈敏度較高，用來起動高頻發(fā)信機(jī)以發(fā)出高

圖4-12高頻閉鎖方向保護(hù)原理接線圖

頻閉鎖信號，而靈敏度較低的起動元件2則用來準(zhǔn)備好斷路器的跳閘回路。

6

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，判

別為內(nèi)部故障，它動作；反之，判別為外部故障而不動作。

此外，中間繼電器4用于內(nèi)部故障時停止高頻發(fā)信機(jī)發(fā)出高頻閉鎖信號。中間繼電器5

是具有工作繞組和制動繞組的極化繼電器，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作后供電，制動繞組則在收信機(jī)收到高頻信號時由高頻電流整流后供

電，其動作條件是制動繞城無制動作用，即收信機(jī)收不到高頻閉鎖信號，工作繞組有電流時

才能動作。這樣，只有內(nèi)部故障時?，兩側(cè)保護(hù)都不發(fā)高頻閉鎖信號的情況下，中間繼電器5

才能動作，并經(jīng)信號繼電器6發(fā)出跳閘信號，同時將木側(cè)斷路器跳開。

下面將保護(hù)裝置的工作過程給以說明。

（1）正常運行或過負(fù)荷運行時，兩側(cè)保護(hù)的起動元件都不動作，因此保護(hù)裝置不會動作。

（2）外部故障時，如圖4-11所示，線路8。上的A點短路時，對保護(hù)1、2與保護(hù)5、6

而言，均屬干外部故障。以保護(hù)1、2為例，保護(hù)1的保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為正，保護(hù)2反應(yīng)的功率方向元件為負(fù)。此時，圖4-12兩側(cè)

保護(hù)的起動元件1、1'都動作，經(jīng)中間繼電器4、4f的常閉觸點起動發(fā)信機(jī)，發(fā)信機(jī)發(fā)出

的高頻閉鎖信號一方面為自己的收信機(jī)接收，另一方面送到通道被對側(cè)保護(hù)的收信機(jī)接收,

兩側(cè)收信機(jī)收到高頻閉鎖信號后，中間繼電器5、5'的制動繞組中有電流，立即將兩側(cè)保

護(hù)閉鎖。此時，起動元件2、2,也動作閉合其觸點經(jīng)己動作的功率方向元件3的觸點使中

間繼電器d動作，本側(cè)保護(hù)的發(fā)信機(jī)停信，同時給中間繼電器5的工作繞組充電，準(zhǔn)備好了

跳閘回路；由于通過保護(hù)2的短路功率為負(fù)，其功率方向元件3,不動作，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，兩側(cè)的中間繼電器5、5,制動繞組中總有電流，

達(dá)不到動作條件，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，兩側(cè)保護(hù)的起動元件1、2和1'、2,都動作，兩

側(cè)的發(fā)信機(jī)發(fā)信，首先閉鎖保護(hù)，與此同時，兩側(cè)保護(hù)的功率方向元件3、3,動作，在中

間繼電器4、4Z動作后，兩側(cè)發(fā)信機(jī)停信，開放保護(hù)，中間繼電器5、5,達(dá)到動作條件，

將兩側(cè)斷路器跳開。

（4）單側(cè)電源供電線路內(nèi)部短路時，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)甩源供電線路內(nèi)部短路時的工作過程相同，立即將電源側(cè)的斷路器跳閘。

（5）系統(tǒng)振蕩時，在雙側(cè)電源振蕩電流的作用下，兩側(cè)保護(hù)的起動元件可能動作，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，則兩側(cè)的功率

7

方向均為正，保護(hù)將會誤動作?？紤]到振蕩時，系統(tǒng)的電氣量是對稱變化的，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，遠(yuǎn)離短路點i側(cè)的保護(hù)感受的情況和內(nèi)部故

障完全相同，此時，主要利用近短路點?側(cè)的保護(hù)發(fā)出高頻閉鎖信號，來防止遠(yuǎn)離短路點側(cè)

保護(hù)誤動作，因此，外部短路時，保護(hù)正確工作的必要條件是近短路點一側(cè)的保護(hù)必須發(fā)出

高頻閉鎖信號。為了確保遠(yuǎn)離短路點的保護(hù)在動作前能H靠收到對側(cè)保護(hù)發(fā)出的高頻閉鎖信

號，就要求兩側(cè)保護(hù)起動元件的靈敏度相互配合，否則，保護(hù)就有可能誤動作。

線路兩側(cè)保護(hù)采用兩個不同靈敏度的起動元件相互配合，在保護(hù)范圍外部短路時即可保

證兩側(cè)保護(hù)不誤動作。假如兩側(cè)保護(hù)都采用一個起動元件，則在保護(hù)范圍外部短路時，可能

出現(xiàn)近短路點?側(cè)保護(hù)的起動元件不能動作，不發(fā)高頻閉鎖信號，而遠(yuǎn)離短路點?側(cè)保護(hù)的

起動元件動作而造成保護(hù)誤動作。如圖4-13所示，假如線路A3每端只有一個起動元件，

其整走倘為/OP=100A,由干電流?一?八10().4_?

互感器和繼電器都存在誤差，因?(卜

此，兩側(cè)保護(hù)起動元件的實際動//'>

/左山2-r勺匕/尸1砒=E而圖4-13起動元件靈敏度不相配合時

作電流可比不同，一般規(guī)，匕動作保護(hù)可能誤動作說明

值的誤差為±5%。若A側(cè)保護(hù)

起動元件的動作電流為95A,B側(cè)保護(hù)起動元件的動作電流為105A,當(dāng)保護(hù)范圍外部k點

短路時，流過線路44的疽路電流為人，正好滿足954V/E05A時，4側(cè)保護(hù)起動，“側(cè)保

護(hù)起動元件不動作，不能發(fā)高頻閉鎖信號，導(dǎo)致A側(cè)保護(hù)誤動作。為此，線路兩側(cè)保護(hù)都

采用高、低定值的兩個起動元件，如圖4-12所示，以動作電流較小的起動元件I起動發(fā)信

機(jī)發(fā)高頻閉鎖信號，用動作較大的起動元件2準(zhǔn)備跳閘，當(dāng)保護(hù)范圍外部短路時，遠(yuǎn)離短路

點一側(cè)保護(hù)的起動元件2動作，近短路點一側(cè)保護(hù)的起動元件1也一定動作，確保發(fā)出高頻

閉鎖信號，閉鎖兩側(cè)保護(hù)，

保護(hù)起動元件2和1的動作電流/OP2與/OPI之比應(yīng)按最不利的情況考慮，即側(cè)電流互

感器誤差為零，另一側(cè)誤差為10%：一側(cè)保護(hù)起動元件的離散誤差為+5%,另一側(cè)為-5%,

則有

1+0.05

=1.23(4-13)

lopx(l-0.1)x(l-0.05)

考慮一定裕度，保護(hù)高定值電流元件的動作值/OP2一般采用

8

I()P2=(L6~2兒川(4-14)

式中，保護(hù)低定值電流起動元件的動作值/OPI應(yīng)按躲過王常運行時的最大負(fù)荷電流/La整

定，即

(4-15)

式中房日一可靠系數(shù)，取1.17.2：

Kr一返回系數(shù)，取0.85。

在遠(yuǎn)距離重負(fù)荷輸電線路上，保護(hù)低動作起動元件按上述方法整定的動作電流值，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)序電流起動元件，其動作電流值/2.OP1

應(yīng)按躲過最大負(fù)荷電流/unax情況下的最大負(fù)序不平衡電流/2.unb.M整定，即

h.OP\2.unb.max=01/L.max(4-16)

K,

通常，兩側(cè)保護(hù)的起動元件按相同的動作電流值整定。

高頻閉鎖方向保護(hù)采用了兩個靈敏度不同的起動元件，通過配合、整定，可以保證保

護(hù)范圍外部短路時可靠不誤動作，但在內(nèi)部短路時必須起動元件2動作后才能跳閘，因而降

低了整套保護(hù)的靈敏度，同時也使接線復(fù)雜化。此外，在外部短路時，遠(yuǎn)離故障點一側(cè)的保

護(hù)，為了等待對側(cè)發(fā)來的高頻信號，必須要求起動元件2的動作時限大于起動元件1的動作

時限，從而降低了整套保護(hù)的動作速度。

3.遠(yuǎn)方起動高頻閉鎖方向保護(hù)

遠(yuǎn)方起動是指能收到對側(cè)信號本側(cè)未能起動發(fā)信機(jī)時，由收信機(jī)起動本次發(fā)信機(jī)。由

于發(fā)信機(jī)起動是收信機(jī)收到對側(cè)發(fā)信機(jī)信號，因而稱遠(yuǎn)方起動。遠(yuǎn)方起動可以防止縱聯(lián)保護(hù)

單側(cè)工作，還可以方便短時發(fā)信方式時高頻通道的手動檢查。

如圖4-14所示為遠(yuǎn)方起動的高頻閉鎖方向保護(hù)原理框圖。只有一個電流起動元件KA,

KA起動后，起動本側(cè)發(fā)唁機(jī),

發(fā)信機(jī)發(fā)出的高頻信號傳送至

對側(cè)收信機(jī)后輸出，經(jīng)時間元

件小或門0、禁止門4將對

側(cè)發(fā)信機(jī)遠(yuǎn)方起動。

保護(hù)工作情況分析如下:

圖4/4遠(yuǎn)方起動的高頻閉鎖方向保護(hù)原理框圖

9

（1）在雙側(cè)電源供電線路發(fā)生內(nèi)部故障時，線路兩側(cè)的電流起動元件必和正方向負(fù)序

功率方向元件S+均動作。必經(jīng)時間元件12、或門。、禁止門Al起動發(fā)信機(jī)。收信機(jī)收到高

頻信號后，閉鎖禁止門4并使發(fā)信機(jī)繼續(xù)發(fā)信。由于兩側(cè)S+均動作，經(jīng)與門A3使時間元件

力延時后，兩側(cè)禁止門4閉鎖將發(fā)信機(jī)停信。兩側(cè)收信機(jī)收不到高頻信號，上門開放使兩

側(cè)斷路器沙跳閘。

在單側(cè)電源供電線路發(fā)生內(nèi)部故障時，電源側(cè)發(fā)信機(jī)發(fā)信，對側(cè)收信機(jī)收到高撅信號

后起動發(fā)信機(jī)發(fā)信，兩側(cè)A2門兩側(cè)閉鎖保護(hù)。若受電側(cè)。尸已跳開，則該側(cè)。尸輔助常閉觸

點QFi將A門閉鎖，發(fā)信機(jī)不能遠(yuǎn)方起動，電源側(cè)保力”3延時后跳閘。

（2）外部故障時，近故障側(cè)的KA起動，S+不動作，4門不會使4門禁止，發(fā)信機(jī)持

續(xù)發(fā)信，兩側(cè)收信機(jī)收到高頻信號后閉鎖兩側(cè)保護(hù)。為了防止外部故障時靠近故障側(cè)的KA

不動作，遠(yuǎn)離故障側(cè)的必和S+起動而引起保護(hù)誤動作，在，3延時內(nèi)必須收到遠(yuǎn)方起動后對

側(cè)發(fā)回的高頻閉鎖信號。；3延時應(yīng)大于高頻信號在高頻通道往返一次的時間，即

4=2td+

式中加一高頻信號沿通道單程傳輸一次的時間；

△「一欲度時間。

通常取f3=20ms。

外部故障切除后，兩側(cè)KA及遠(yuǎn)故障側(cè)均返回。人延時返回，發(fā)信機(jī)停信，保護(hù)復(fù)歸。

為了使發(fā)信機(jī)固定起動一段時間，如圖4-14所示時間元件h應(yīng)瞬時起動，延時返回。延時

時間即發(fā)信機(jī)固定發(fā)信時間，應(yīng)大于外部故障可能持續(xù)的時間，通常取t3=5~7s。h延時后，

遠(yuǎn)方起動回路即可斷開。

（二）負(fù)序方向元件和工頻變化量方向元件構(gòu)成的高頻閉鎖保護(hù)

在高頻閉鎖方向保護(hù)中，不論采用哪種起動方式，方向元件總是整個保護(hù)的核心，它

的性能對整個保護(hù)的速動性、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，對方向元件提出了很高的要求：①

能反應(yīng)所有類型的故障；②在保護(hù)范圍內(nèi)和鄰近線路上發(fā)生故障時，沒有死區(qū)；③電力系統(tǒng)

振蕩時不會誤動作；④在正常運行狀態(tài)下不動作。

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、

同時反應(yīng)相間和接地故障的方向元件，以及反應(yīng)各種不對稱故障的方向元件等。由負(fù)序功率

方向繼電器構(gòu)成以反應(yīng)不對稱故障的方向元件和工頻變化量（突變量）原理的方向元件，能

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夠滿足上述要求。

1、負(fù)序功率方向繼電器構(gòu)成的方向高頻保護(hù)

對于三相對稱故障，在其發(fā)生的初瞬總有一個不定稱過程，在負(fù)序功率方向繼電器上

增加?個短時記憶回路，就能反應(yīng)三相故障，即使是完全對稱的三相故障，采用三相濾序器

式負(fù)序功率方向繼電器，其5~7ms的不平衡輸出即可把短時動作記憶下來。

高頻閉鎖負(fù)序功率方向保護(hù)的原理接線如圖4-15所示，它由以下元件組成：具有雙向

動作的負(fù)序功率方向繼電器KWN；帶有延時返I可等中間繼電器I；具有工作繞組和制動繞

組的極化繼電器2以及出口繼電器3。

當(dāng)被保護(hù)線路處于正常運行狀態(tài)時，沒有負(fù)序短路功率存在，僅有負(fù)序漉過器的不平

衡輸出，通過動作值的整定，

即可使負(fù)序功率方向繼電器不

動作，因而保護(hù)也不會動作。

當(dāng)保護(hù)范圍外部發(fā)生故障

時，近故障點一側(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的觸點向上閉合,

經(jīng)中間繼電器1的電流繞組去

圖4-15高頻閉鎖負(fù)序方向保護(hù)原理接線圖

起動高頻發(fā)信機(jī)，中間繼電器

I的觸點閉合后又經(jīng)電阻R實現(xiàn)對高頻發(fā)信機(jī)附加起動，發(fā)出高頻閉鎖信號，將兩側(cè)保護(hù)閉

鎖。由于近故障點一側(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

閉合觸點的動作速度較快，因此能快速起動發(fā)信機(jī)發(fā)出高頻閉鎖信號。而遠(yuǎn)離故障點一側(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

閉合觸點去起動出口繼電器3的動作速度也較慢，這樣，保證出口繼電器3制動電流的出現(xiàn)

先于工作電流，保證了閉鎖作用的可靠實現(xiàn)。

當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)部故障時，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，滿足動作條件，其觸點閉

合后起動中間繼電器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，由于沒有負(fù)序功率，因此，負(fù)序功

率方向繼電器及整套保護(hù)均不會誤動作。而外部故障使動穩(wěn)定遭到破壞引起系統(tǒng)振蕩時，靠

近故障點一側(cè)的負(fù)序短路功率方向為負(fù)，負(fù)序功率方向繼電器能快速起動發(fā)信機(jī)發(fā)出高頻閉

II

鎖信號，閉鎖兩側(cè)保護(hù)。

2、工頻變化量方向元件

目前，高壓線路微機(jī)保護(hù)中廣泛采用工頻變化量(突變量)原理的方向元件。以工頻

正序和負(fù)序電壓、電流變化量作為判據(jù)的方向元件，具有動作速度快、不受負(fù)荷電流和故障

類型影響的特點。

(1)工作原理

如圖4-16所示，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時，根據(jù)疊加原理，其狀態(tài)由正常運行狀態(tài)和故障附

加狀態(tài)疊加。如圖4-16(c)所示，保護(hù)安裝處工頻變化量方向元件反應(yīng)故障附加狀態(tài)電壓△〃、

電流△/的變化量，因此不受系統(tǒng)振蕩和負(fù)荷電流以及過渡電阻的影響，有很高的靈敏度。

圖4-16故障狀態(tài)疊加原理

(a)故障狀態(tài)；(b)正常運行狀態(tài)；(c)故障附加狀態(tài)

根據(jù)對稱分量法，故障附加狀態(tài)的正序故障附加狀態(tài)如圖4-17所示。通常系統(tǒng)正序阻

抗角和線路正序阻抗角取80°,則

如圖4-17(a)所示，正方向故障時

arg絲^=-110°(4-17)

如圖4-17(b)所示，反方向故障時

arg-80°(4-18)

可知，正序工頻變化量功率方向元件正方向動作方程為

-110°<arg—A<-10°(4-19)

、1\

(2)正、反方向故障工頻變化量方向元件和A2

如圖4-17(a)所示，在大電源長線路末端故障時，由于Zsi較小，△么也較小，方向

12

元件的靈敏度可能不夠。因此實際的_L頻變化量功率方向繼電器將電壓量補(bǔ)償?shù)骄€路的某一

(a)(b)

圖4-17正序故障附加狀態(tài)

(a)正向故障附加狀態(tài)；(b)反向故障附加狀態(tài)

此外，系統(tǒng)和線路的負(fù)序阻抗角與止序近似相等，同時采用負(fù)序工頻變化量可以進(jìn)一

步提高繼電器的靈敏度。

綜上所述，工頻變化量功率方向繼電器正方向元件測量相角應(yīng)取為

△42/、

①、=arg—(4-20)

△1\?Zd

正方向故障時*180。，功率方向繼電器正方向元件動作；反方向故障時。+方0。,

功率方向繼電器正方向元件不動作。

反方向元件AA測量相角應(yīng)取為

(p_-arg-0-(4-21)

△%Z1)

正方向故障時。一?0°,功率方向繼電器反方向元件不動作；反方向故障時

(P.工180°,功率方向繼電器反方向元件動作。

式中=必-A&ZM一經(jīng)過補(bǔ)償?shù)恼颉⒇?fù)序電壓變化量綜合分量，其中

Z創(chuàng)為補(bǔ)償阻抗，當(dāng)系統(tǒng)最大運行方式下

ZsjZL>0.5時取0,其他情況取工頻變化量阻抗

整定值的一半；

13

Z。一模值為1的模擬阻抗，角度為系統(tǒng)阻抗角;

△九=△小+極一正序、負(fù)序電壓變化量綜合分量;

A/12=A/,+必力一正序、負(fù)序電流變化量綜合分量，其中M為轉(zhuǎn)換因子，根

據(jù)不同故障選擇相應(yīng)的值以提高靈敏度。

如圖4-18(a)所示，Z*為系統(tǒng)正序阻抗，假設(shè)系統(tǒng)負(fù)序阻抗角與正序阻抗角相同，則

正方向故障時工頻變化量正序、負(fù)序電壓為

△A]=-AIlZsl(4-22)

2=—A/9ZS1(4-23)

△U12

=-(A/,+=-AZZ

=+M\U21251(4-24)

補(bǔ)償正序、負(fù)序電壓變化量綜合分量

=AZ/12-bi尷con=—(A/12Z51+hia皈)

(4-25)

~一A‘12(ZS]+Z儂)

正方向元件△入測量相角

。+=arg

△hD

-A，i2(Zsi+Z.)_分—(Zsi+ZCOif)

=argA—_(43)

z)

=180°

功率方向繼電器正方向元件△/；可靠動作。

反方向元件A2測量相角

arg^

中_=arg=arg

△口(4-27)

i1?zDZD

=o°

功率方向繼電器反方向元件可靠不動作。

如圖4-18(b)所示，Z1為線路至對側(cè)系統(tǒng)正序阻抗，則正方向故障時工頻變化量正

序、負(fù)序電壓為

\U,=1AZ,1Zo：..1(4-28)

14

△〃2='I/s、(4-29)

△U12=>?、+必jj?=bi城短(4-30)

補(bǔ)償正序、負(fù)序電壓變化量綜合分量

△"12=A"12一bi1?Zcon=bi\?Zsi-bi橫coif

(4-31)

正方向元件△"+測量相角

。+=arg

&幾2D

A，12(Z(]-Z?7W)_(Z1-Zg”)

=arg--------：----------=aig---------------(4-32)

△i1?ZDZD

0°

功率方向繼電器正方向元件可靠不動作。

反方向元件測量相角

=arg

A77=arg7=arg

8一△11?Z])12Z。/D(4-33)

=180°

功率方向繼電器反方向元件△￡可靠動作。

以上分析未規(guī)定故隨類型，因此工頻變化量原理的方向元件在系統(tǒng)發(fā)生各種短路故障

時均能正確工作。

Zs

A瓦

(b)

(a)

圖4-18故障附加狀態(tài)

（a）正向故障附加狀態(tài)：（b）反向故障附加狀態(tài)

（3）工頻變化量功率方向元件的構(gòu)成

如圖4/9所示為功率方向繼電器構(gòu)成方框圖。由帶通濾波回路輸入電壓工頻分量。由

記憶回路記憶故障前的電壓，與當(dāng)前電壓相減后形成工頻變化量，因此從電壓、電流輸入端

15

到A〃；2，〃部分稱為變化量形成器。

工頻變化量形成后，分別由極性形成回路形成極性信號。極性信號的意義是當(dāng)變化量

為正半波時“+”極性信號輸出“1”態(tài)；當(dāng)變化量為負(fù)半波時，極性信號輸出“I”態(tài)。

極性信號形成后，的“+”信號與△九%的信號以及的“二與△九乙的

“+”信號分別經(jīng)與門“2”和與門“1”得到同極性的信號，再經(jīng)門電路“3”后由人積分、

12展寬，輸出40~60ms的動作脈沖。

C筋

佟|419工頻變化量方向繼電器構(gòu)成方框圖

由工頻變化量方向元件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的負(fù)序功率方向維電器，所構(gòu)成的方向高頻保護(hù)可大

大提高保護(hù)的動作速度。目前，采用工頻變化量方向元件的集成電路和微機(jī)方向高頻保護(hù)保

護(hù)在我國應(yīng)用很廣。

四、高頻閉鎖距離保護(hù)。

距離保護(hù)是一種階段式保護(hù)，特點是，瞬時段不能保護(hù)線路全長，延時段能保護(hù)線路

仝長旦具有后備作用，但動作有一定延時。在2204及以上電壓等級的線路上，要求從兩側(cè)

瞬時切除線路全長范圍內(nèi)任一點的故障，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，但又不具有后備作用。為了兼有兩者的優(yōu)點，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)部故阿時加速兩側(cè)的距離保護(hù)，使其瞬時

動作，又能在外部故障時利用高頻閉鎖信號閉鎖兩側(cè)保護(hù)，同時還具有后備作用，因此，高

頻閉鎖距離保護(hù)是忖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。短時發(fā)信方式的高頻

閉鎖距離保護(hù)原理方框圖如圖4-2()(b)所示，其各元件作用