繼電保護(hù)講義-線路的縱聯(lián)保護(hù)

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)測量各科狀態(tài)

下的電氣量，由于測量誤差等原因，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I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n段，同梯由于誤

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。對(duì)「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,

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)（簡稱導(dǎo)引線保護(hù)）、

電力線載波保護(hù)（簡稱高頻保護(hù)）、微波縱聯(lián)保護(hù)（簡稱微波保護(hù)）、光纖縱聯(lián)保護(hù)（簡稱光

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

繞組的同極性端子用輔助導(dǎo)引線縱向相連構(gòu)成導(dǎo)引線保尹的電流回路，差動(dòng)繼電器并接

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)電流在該歸I路中環(huán)流，根據(jù)基

爾霍夫電流定律，流入差動(dòng)繼電器K/）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)，通過差動(dòng)繼電器KO的電流為

=A.2-A,2=-^----工=0（6-1）

圖6-1導(dǎo)引線保護(hù)原理說明

（a）正常運(yùn)行、外部短路時(shí)；（b＞內(nèi)部短路時(shí)

當(dāng)線路內(nèi)部任意一點(diǎn)2短路時(shí)，分以卜.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)Ar提供的短路電流分別為心和

兀，短路點(diǎn)的總電流為ik=兒+,則流入繼電器KD的電流

4D=4+4=—+—=—（6-2）

22%%%

當(dāng)晨達(dá)到差動(dòng)繼電器K。的動(dòng)作電流時(shí)，差動(dòng)繼電器力瞬時(shí)動(dòng)作，斷開線路兩電源

側(cè)斷路器Q口

（2）線路為單側(cè)電源供電，且設(shè)/以=0,若電源向短路點(diǎn)人提供的短路電流為A,,

則流入繼電器K。的電流

心=電=雇（6-3）

%

當(dāng)晨達(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，斷開線路電源側(cè)

斷路器QF.

由以上分析可見，線路兩側(cè)電流互感器以之間所包括的范圍，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X7,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。

2

線路兩側(cè)的電流綜合器27合成的單相電流，和/；經(jīng)隔離變壓器7V后變成電壓，'和

圖6-2導(dǎo)引線保護(hù)三相原理圖

(a)導(dǎo)引線保護(hù)原理接線圖：(b)一次三相電流相處用：(c)2./磁流相量圖

U1,再由導(dǎo)引線03連接起來。隔離變壓器7V的作用是將保護(hù)裝置回路與導(dǎo)引線叵路隔

離，防止導(dǎo)引線回路被高電壓線路或雷電感應(yīng)產(chǎn)生的過口壓損壞保護(hù)裝置，同時(shí)還可以監(jiān)視

導(dǎo)引線的完好性。另外，通過隔離變壓器7V提高電壓，減小長期正常運(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Z7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Z7的磁流相量如圖6-2(c)所示。

可見，正常運(yùn)行時(shí)，綜合需Z7有一不平衡輸出，但對(duì)側(cè)的綜合器￡/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K。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)，八方向與圖&2(a)所示方向相反，且等于人，即

i2=—i\=—i'(6-4)

理想情況下，流入差動(dòng)繼電器KD的電流為

lKn=/；+/；=0(6-5)

繼電器K。不動(dòng)作。

內(nèi)部欠點(diǎn)短路時(shí)，如圖6-2(a)所示，流入繼電器KQ的電流/血=/；+/：=(),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)電流互感器小的特性不可能

3

為了保持一定的準(zhǔn)確度，導(dǎo)引線保護(hù)使用的電流互感器以應(yīng)按10%誤差曲線選取負(fù)

載，則可保證變比誤差不超過10%，角度誤差不超過7°。當(dāng)保護(hù)范圍外部短路時(shí)，通過電

流互感器以一次側(cè)的最大電流為/匕皿，若一側(cè)電流互感器小的誤差為零，另一側(cè)誤差為

10%,即/=()/，外部短路時(shí)的不平衡電流/“汕達(dá)到最大，為乙加陽OL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。級(jí)電流互感器以，故在不平衡電流乙成〃心中引入同

型系數(shù)Kss，Kss在兩側(cè)電流互感器以型號(hào)相同時(shí)取0.5,不同時(shí)取1,因此，流入差動(dòng)繼

電器K。的最大不平衡電流為

(6-8)

2.暫態(tài)過程中的不平衡電流

由「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)的罰態(tài)過

程中，流入差動(dòng)繼電器KD的不平衡電流擊。此時(shí)，流過電流互感器以一次側(cè)的短路電流

4中，包含有周期分量和非周期分量，如圖6-4所示。i,中由于非周期分量對(duì)時(shí)間的變化率

孑)遠(yuǎn)小于周期分量的變化率(3)，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

非周期分晟電流，因此，暫態(tài)過程中的勵(lì)磁電

流將大大超過其穩(wěn)態(tài)值，其中包含大量緩慢衰

(b)

減的非周期分量電流，使勵(lì)磁電流曲線偏于時(shí)

圖6-4外部短路暫態(tài)過程中的

間軸的一側(cè)。由于勵(lì)磁回路具有很大的電感，短路電流和不平衡電流

(a)一次側(cè)短路電流；(b)不平衡電流

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i*的影響，在式(6-8)中應(yīng)引入非周期分量影響系數(shù)Kw，取

1.5-2,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

unb.max(6-9)

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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)作電流必須躲過最大不平衡電流

/依2來整定；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日流。

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7人，并按10%誤差曲線進(jìn)行校

驗(yàn)、選擇負(fù)載。減小暫態(tài)過程中不平衡電流

的主要措施通常是在差動(dòng)網(wǎng)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（a）（b）

衡電流并便其加速衰減,但效果不甚顯著.圖6-5防止非周期分量影響的措施

（a）接入速飽和變流器：（b）接入電阻

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）躲過外部短路時(shí)的最大不平衡電流L&M

I°P=K"x=-/KssK““心（6-10）

nTA

式中----可靠系數(shù)，一般取1.2-1.3：

Klip——非周期分量影響系數(shù)，當(dāng)保護(hù)采用帶有速飽和變流器的差動(dòng)繼電器時(shí)取1。

（2）躲過甩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/,z

fop=^rel-（6-11）

nTA

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I川路斷線時(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)，流過保護(hù)的最小短

路電流校驗(yàn)，要求靈敏系數(shù)要521.5~2,即

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sen(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(duì)于較長線路而言，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也線路兩側(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)

FI前，我國220kv及以上的面壓或超高壓線路中廣泛采用方向高頻保護(hù)和高頻I矛鎖距

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。

電氣量

圖6-6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(yùn)

行、外部故隙以及內(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)所需要論信息,

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?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?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)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)乂被稱為載波保護(hù)＜載波信號(hào)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(shí)載波

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信號(hào)衰耗大為增加，頻率過高，將與中波廣播相互干擾。

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(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,乂稱為'高頻通道”

或簡稱“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“相一地”制，或“相一相制兩種連接方式。所謂“相一地”制，就是通過結(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“相一地”通道，如圖6-7(a)

(a)<b>

圖6"利用輸電線路傳輸高頻信號(hào)的方式

(a)“栩-地制”：(b)“相川”制

I一庖頻用波器：2—耦合電容器：3—結(jié)合泄波器：4一高將收'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(hào)的“相一相”通道，如圖6-7(b)所示。兩種接線方式特點(diǎn)各異，“相一地”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，?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。

圖6-8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

圖6-8“相-地”制高頻通道原理接線圖

容器、結(jié)合濾波器、高頻電纜等。1一輸電線路：2—高頻阻波器：3—福合電容器：4一結(jié)合波波器:

5—高頻電纜：6—保護(hù)間隙：7—接地開關(guān)；8—高頻收、發(fā)信機(jī):

1.高頻阻波器9-保護(hù)：10一中.容器

8

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c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T.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0.040,因而不會(huì)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(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，防止工頻干擾等對(duì)高頻保護(hù)的影響,并再次通過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4000,高頻電纜的輸入阻抗約為1000,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(hào)。雖然電纜的長度只有幾百米，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。由丁內(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乎層，其波阻抗一般為1000。

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，分別用來保護(hù)高頻加

工設(shè)備免遭危險(xiǎn)過電壓和調(diào)試、檢修高頻設(shè)備時(shí)安全接地，保證人身及設(shè)備安全。

(-)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“長時(shí)發(fā)信”、“短時(shí)發(fā)信”和“移頻”

方式。

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“長時(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。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?種信號(hào)。“長時(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)簡單、動(dòng)作

速度快且靈敏度高，應(yīng)用前景十分廣闊，在我國正逐步投入使用。

“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

終沒有高頻信號(hào)通過。只有在系統(tǒng)發(fā)生故障時(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。因而又稱為正常無應(yīng)頻信

號(hào)方式。“短時(shí)發(fā)信”方式能夠延長收、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

國生產(chǎn)的高頻保護(hù)多采用“短時(shí)發(fā)信”方式。

“移頻”方式指在正常情況下，發(fā)信機(jī)長期發(fā)送一個(gè)頻率為/的高頻信號(hào)，用來閉鎖

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)力的高頻信號(hào)而改發(fā)頻率

為力的高頻信號(hào)，力和力的頻率相近，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0直接比較方

式使通道兩側(cè)的電氣量直接關(guān)聯(lián)，故乂稱為交流信號(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)作丁跳閘。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(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)的有無即可進(jìn)行反應(yīng)，因此對(duì)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(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)。

10

<a)<b)(c)

圖6-10高頻保護(hù)信號(hào)邏輯圖

(a)跳閘信號(hào)：(b)允許信號(hào)：(c)閉鎖信號(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)范圍小于線路的全長，而兩側(cè)保護(hù)范圍之和

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(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6-1()(c)所示。

目前，我國生產(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)

(-)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，在被架護(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，但由于收信機(jī)收到r近短

路點(diǎn)側(cè)保護(hù)發(fā)來的高頻閉鎖信號(hào)，這?側(cè)的保護(hù)也不會(huì)動(dòng)作于跳閘。因此，稱為高頻玩鎖方

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。

11

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)

圖6-11高頻閉鎖信號(hào)方向保護(hù)原理說明圖

為止方向短路，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)于線路和C。而言，火點(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)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)說明其工作原理。保護(hù)裝置主要由起動(dòng)元件I、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，用來起動(dòng)高頻發(fā)信機(jī)以發(fā)出高

圖6-12高頻閉鎖方向保護(hù)原理接線圖

頻閉鎖信號(hào)，而靈敏度較低的起動(dòng)元件2則用來準(zhǔn)備好斷路器的跳閘網(wǎng)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)

12

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。

下面將保護(hù)裝置的工作過程給以說明。

（1）正常運(yùn)行或過負(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)，如期6-11所示，線路8c上的々點(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)給中間緋電器5的T作繞絹充電，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,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)電源供電線珞內(nèi)部短路時(shí)，兩側(cè)保護(hù)的起動(dòng)元件1、2和V、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、4f動(dòng)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(dòng)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(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)電源供電線路內(nèi)部短路時(shí)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(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，且振蕩中心位丁保護(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)必筑發(fā)出

高頻閉鎖信號(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)出的高頻近鎖信

13

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?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)i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)i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A4每端只有一個(gè)起動(dòng)元件,

其整定值為/OP=100/1,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，一圖&I3起動(dòng)元件以敏度不相配合時(shí)

保護(hù)可能誤動(dòng)作說明

般規(guī)定動(dòng)作值的誤差為±5%。

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

闈外部k點(diǎn)短路時(shí)，流過線路人8的短路電流為人正好滿H95人＜（＜105人時(shí),人側(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I的動(dòng)作電流/OP2與/OP.之比應(yīng)按最不利的情況考慮，即一側(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

1+0.05

1.23(6-13)

考慮一定裕度，保護(hù)高定值電流元件的動(dòng)作值/OP2一般采用

/OP2=（L6~2〃O*（6-14）

式中，保護(hù)低定值電流起動(dòng)元件的動(dòng)作值/OP.應(yīng)按躲過正常運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電流/5.整

定，即

K

IOPI=廿L.2（6-15）

Al

式中Krd—可靠系數(shù)，取1.

14

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(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/2.OP1

應(yīng)按躲過最大負(fù)荷電流/L.max情況下的最大負(fù)序不平衡電流Z2.unb.nm整定,即

^2.O/?l=01/(6-16)

2.unh.max°L./nav

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，區(qū)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)小!的保

護(hù)，為了等待對(duì)側(cè)發(fā)來的高頻信號(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)。

3.遠(yuǎn)方起動(dòng)高頻閉鎖方向保護(hù)

遠(yuǎn)方起動(dòng)是指能收到對(duì)側(cè)信號(hào)本側(cè)未能起動(dòng)發(fā)信機(jī)時(shí)，由收信機(jī)起動(dòng)本次發(fā)信機(jī)。由

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

單側(cè)工作，還可以方便短忖發(fā)信方式時(shí)高頻通道的手動(dòng)檢查。

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

KA起動(dòng)后，起動(dòng)本側(cè)發(fā)信機(jī),

發(fā)信機(jī)發(fā)出的高頻信號(hào)傳送至

對(duì)側(cè)收信機(jī)后輸出，經(jīng)時(shí)間元

件小或門。、禁止門Ai將對(duì)

側(cè)發(fā)信機(jī)遠(yuǎn)方起動(dòng)。

保護(hù)工作情況分析如下：

圖4-14遠(yuǎn)方起動(dòng)的高頻閉鎖方向保護(hù)原理框圖

（1）在雙側(cè)電源供電線路

發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，線路兩側(cè)的電流起動(dòng)元件KA和正方向負(fù)序功率方向元件5+均動(dòng)作。KA

經(jīng)時(shí)間元件心或門0、禁止門Ai起動(dòng)發(fā)信機(jī)。收信機(jī)收到高頻信號(hào)后，閉鎖禁止門王并

使發(fā)信機(jī)繼續(xù)發(fā)信。由于兩側(cè)S+均動(dòng)作，經(jīng)與門小使時(shí)間元件門延時(shí)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(hào)，4門開放使兩側(cè)斷路器Q尸跳閘。

在單側(cè)電源供電線路發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，電源側(cè)發(fā)信機(jī)發(fā)信，對(duì)側(cè)收信機(jī)收到品頻信號(hào)

15

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

點(diǎn)QR將Ai門閉鎖，發(fā)信機(jī)不能遠(yuǎn)方起動(dòng)，電源側(cè)保護(hù)△延時(shí)后跳閘。

（2）外部故障時(shí)，近故障側(cè)的KA起動(dòng)，S+不動(dòng)作，A3門不會(huì)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(hào)后閉鎖兩側(cè)保護(hù)。為了防止外部故障時(shí)靠近故障側(cè)的KA

不動(dòng)作，遠(yuǎn)離故障側(cè)的心和S+起動(dòng)而引起保護(hù)誤動(dòng)作，在△延時(shí)內(nèi)必須收到遠(yuǎn)方起動(dòng)后對(duì)

側(cè)發(fā)回的高頻閉鎖信號(hào)。為延時(shí)應(yīng)大于高頻信號(hào)在高頻通道往返一次的時(shí)間，即

t3=2td+

式中41一高頻信號(hào)沿通道單程傳輸一次的時(shí)間；

△%一欲度時(shí)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(shí)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(dòng)?段時(shí)間，如圖4/4所小時(shí)間兀件力應(yīng)瞬時(shí)起動(dòng)，延時(shí)返回。延時(shí)

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

遠(yuǎn)方起動(dòng)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(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：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(shí)，沒有死區(qū)；③電力系統(tǒng)

振蕩時(shí)不會(huì)誤動(dòng)作；④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。由負(fù)序功率

方向繼電器構(gòu)成以反應(yīng)不對(duì)稱故隙的方向元件和工頻變叱量（突變量）原理的方向元件，能

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)

由負(fù)序功率方向繼電器構(gòu)成以反應(yīng)不對(duì)稱故障的方向元件是比較理想的元件之一，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)稱過程，在負(fù)序功

率方向繼電器上增加一個(gè)坦時(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,

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(shí)動(dòng)作記憶下來。

16

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)，沒有負(fù)序短路功率存在，僅有負(fù)序?yàn)V過器的不平

衡輸出，通過動(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)?側(cè)的負(fù)序短

路功率為負(fù)，保護(hù)的負(fù)序功率

方向亓件KWN的觸點(diǎn)向上閉

合，經(jīng)中間繼電器1的電流繞

圖6-14高頻閉鎖負(fù)序方向保護(hù)原理接線圖

組去起動(dòng)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，滿足動(dòng)作條件，其觸點(diǎn)閉

合后起動(dòng)中間繼電器3去挑閘，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)，由丁沒有負(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(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)。

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(dòng)作速度快、不受負(fù)荷電流和故障

17

類型影響的特點(diǎn)。

(1)工作原理

如圖4-16所示，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，根據(jù)疊加原理，其狀態(tài)由正常運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)：(c)故障附加狀態(tài)

根據(jù)對(duì)稱分晟法，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(shí)

arg^X=-110°(4-17)

△k

如圖4-17(b)所示，反方向故障時(shí)

卜口、

arg—=80°(4-18)

可知，正序工頻變化量功率方向元件正方向動(dòng)作方程為

-110°<arg^X<-10°(4-19)

的

(2)正、反方向故障工頻變化量方向元件和

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

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

點(diǎn)o

18

MN

——-

-

r1uI

L

~<-

<Af

^^

A

——

_

—1-I

AI\

(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)序阻抗角與正序近似相等，同時(shí)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

6=arg;<4-20)

正方向故障時(shí)°+*180。，功率方向繼電器正方向元件動(dòng)作：反方向故障時(shí)9+0°,

功率方向繼電器正方向元件不動(dòng)作。

反方向元件△￡測量相先應(yīng)取為

-△爆

(p_=arg—：―7^(4-21)

△10

正方向故障時(shí)8.^0°,功率方向繼電器反方向元件不動(dòng)作；反方向故障時(shí)

以x180°,功率方向繼電器反方向元件動(dòng)作。

式中\(zhòng)U[2=A"%-A42Zcw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網(wǎng)為補(bǔ)償阻抗，當(dāng)系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下

ZsZ>0.5時(shí)取0,其他情況取工頻變化量阻抗

整定值的一半；

Z〃一模值為1的模擬阻抗，角度為系統(tǒng)阻抗先；

19

△乙=△〃】+心入一正序、負(fù)序電壓變化置綜合分量：

△/12=AA+處6一正序、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(shí)工頻變化量正序、負(fù)序電壓為

s、(4-22)

△〃2=(4-23)

△(J=△〃]+柩〃2=-(△7]+=—AZI2Z51(4-24)

補(bǔ)償正序、負(fù)序電壓變化量綜合分量

△”=一=-(A/Z+A/Z)

1251126W(4-25)

=-A，2(Zsi+Z皈)

正方向元件△入測量相角

A必

內(nèi)二arg'；

△I\?ZD

=arg-"i2(Zsi+Z皈)_一(Zs[+Z9)

(4-26)

△iaDz0

=180°

功率方向繼電器正方向元件△/：可■靠動(dòng)作。

反方向元件△尺測量相角

—△〃oiZc]

(P-=argj=arg?1=arg_1

y(4-27)

=0°

功率方向繼電器反方向元件可靠不動(dòng)作。

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

序、負(fù)序電壓為

AZ/.=A//；,(4-28)

△〃2=(4-29)

20

△U=1wAZ/'11+.，媯〃<26=bi1*21(4-30)

補(bǔ)償正序、負(fù)序電壓變化量綜合分量

△"12=A〃12—\?Z(僦=bi\?Zs\-\i{2ZC0M

(4-31)

~+Z砌)

正方向元件△4測量相角

。+=arg

△'i2(Zi-Zcoy)_Ch-2陰)

=arg(4-32)

△i娘D

=0°

功率方向繼電器正方向元件可靠不動(dòng)作。

反方向元件△尺測最相角

—AU12——Z；］

9-=arg=arg=arg——

(4-33)

=180°

功率方向繼電器反方向元件△尺可靠動(dòng)作。

以上分析未規(guī)定故隙類型，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(shí)均能正確