输电线路的高频保护

输电线路的高频保护一、高频保护的作用和分类二、高频通道三．方向高频保护的作用原理四、相差动高频保护的基本原理五、相差动高频保护装置1，高频保护的作用和特点 在现代大型电力系统的超高压远距离输电线路上，为了缩小故障造成的损坏程度，满足系统并列运行稳定性的要求，常常要求在线路两侧瞬时地切除被保护线路上任何一点的故障，即要求继电保护能实现全线速动。距离保护从原理上讲，不能实现全线速动；而输电线路的纵差动保护从原理上讲，可以无时限地切除保护范围内的短路故障，但必须敷设专用的辅助导线，一般只能用于长度不超过10km的短线路。因此，为了快速切除超高压、远距离输电线路的故障，利用输电线路传递代表两侧电量的高频信号，以省去专用的辅助导线，这样就构成了高频保护。高频保护具有如下特点：1)在被保护线路两侧各装半套高频保护，通过高频信号的传送和比较，以实现保护的目的。保护范围只限于本线路。2)保护因有收、发信机等部分，接线比较复杂，价格比较昂贵。2．高频保护的分类 高频保护按比较信号的方式可分为直接比较式高频保护和间接比较式高频保护两类。 直接比较式高频保护是将两侧的交流电量经过转换后直接传送到对侧去，装在两侧的保护装置直接对交流电量进行比较。如电流相位比较式高频保护，简称相差动高频保护。 间接比较式高频保护:有高频闭锁方向保护、高频闭锁距离保护、高频远方跳闸。 目前通常是利用输电线路本身作为高频通道，即在输电线传送50HZ工频电流的同时，叠加传送一个高频信号(或称载波信号)，高频信号一般采用40～300kHz的频率，以便与输电线路的工频相区别。 输电线可作为高频通道。高频通道的构成有以导线的相与相之间构成通路的“相一相”制和导线一相与大地间构成通路的“相一地”制两种方式。 前者需要的高频加工设备多，不大经济，但信号传输衰耗小。后者则相反，需用加工设备少、经济，但衰耗较大。 我国主要使用后一种方式。二、高频通道高频通道就是指高频电流流通的路径，是用来传送高频信号电流的。目前广泛采用的是输电线路载波通道。如图5-1中所示2．高频闭锁负序方向保护

利用负序功率可以反应于各种不对称短路，又不受系统振荡的影响，对于三相短路，由于对称短路的开始瞬间总有一个不对称的过程，因此，只要负序方向元件能够起动，并把它们的动作固定下来，则也是可以的。3．方向高频保护的作用原理左图为用功率方向元件启动的高频收发讯机方框原理图。GFX为高频发讯机，GSX为高频收讯机。当功率由线路流向母线时，S-有输出，使该侧发信机发信，送高频信号至对侧和本侧收讯机，闭锁断路器跳闸回路。当功率由母线流向线路时，S+动作,经t2延时后输出，若收不到对侧闭锁讯号，则接通断路器跳闸回路跳闸。 如图所示，线路BC的K点短路，因BC两侧的功率都从母线流向线路，两侧S+动作,S-不动作，于是BC两侧发信机均不发信，当两侧收信机收不到高频信号时；3QF和4QF经t2延时跳闸。对AB和CD线路来说，k点短路均为外部故障，这时流经2QF和5QF的短路功率均从线路流向母线，(规定为负，以S-表示)。2QF和5QF侧发信机发信，于是1QF、2QF、5QF、6QF侧的收发信机均能收到高频信号，使保护闭锁，直至K点故障切除，方向元件返回。

这种保护在故障线路上不传送高频信号，而只在非故障线路上才传送高频信号，因此，故障线路高频通道破坏时，收不到对侧闭锁讯号，不会影响保护的正常工作。图中tl延时返回的原因是在外部故障切除后，保证远离故障侧的发信机继续收到高频信号，使保护不误跳闸。t2延时动作的原因是保证外部故障时，远离故障侧的发信机能在t2时间内收信，使保护闭锁，不误跳闸。t2一般为10～20ms。 因此，在外部故障时，保护正确动作的必要条件是靠近故障点一端的高频发信机必须起动，而如果两端起动元件的灵敏度不相配合，就可能发生误动作。4．高频闭锁距离保护和高频闭锁零序保护的基本原理 高频闭锁方向保护可以快速地切除保护范围内部的各种故障，但却不能作为变电所母线和下一条线路的后备保护。 至于距离保护，正如以前所讲的，它只能在线路中间60％～70％的范围内瞬时切除故障，而在其余的30％～40％长度的范围内要以一端带有第Ⅱ段的时限来切除。 由于在距离保护中所用的主要继电器(如起动元件、方向阻抗元件等)都是实现高频闭锁方向保护所必需的， 因此，在某些情况下，把两者结合起来，做成高频闭锁的距离保护，使得在内部故障时能够瞬时动作，而在外部故障时具有不同的时限特性，起到后备保护的作用，就可以兼有两种保护的优点，并且能简化保护的接线。 高频闭锁零序保护的工作原理与高频闭锁距离保护相同，只需用三段式零序元件代替上述三段式距离元件并和高频部分相配合即可实现。

设电流从母线流向线路为正，由线路流向母线为负。被保护线路内部短路时，如图(a)所示，两端电流IM与IN都从母线流向线路，同为正方向。iM与iN如图，相位差Φ=0°，两端保护动作。外部短路时，如图(b)所示，IM从母线流向线路为正，IN从线路流向母线为负，相位差Φ=180°，两端保护不动作。相差动高频保护的基本原理

五、相差动高频保护装置

相差动高频保护装置由继电部分、收发信机、通道设备三部分组成。三者之间的逻辑关系如图5-38所示。保护的继电部分由3个主要元件组成，即启动元件、操作元件、比相元件、此外还有信号回路、出口回路及电源等辅助设备。1．启动元件 为了在系统发生对称及不对称故障时保护都能正确反应，装置采用负序电流启动元件和零序电流启动元件反应不对称故障；采用阻抗元件或相电流突变量元件加相电流元件2(用切换片QP切换)反应对称故障。 负序、零序电流启动元件及相电流元件又都分低定值元件与高定值元件，相差高频保护采用两个灵敏度不同的过量继电器作为启动元件。低定值元件启动发信，高定值元件启动比相，准备好跳闸回路。2·操作元件： 操作元件的作用是将输电线路上的三相50Hz正弦电流转变为50Hz的方波电流，然后以此方波电流对发信机中的高频电流进行操作。此方波电流称操作电流，相差高频保护是比较线路两侧电流“I1+KI2”的相位的保护。 当操作电流为负半周时，发信机不发信；当操作电流为正半周时，发信机发信，送出高频信号。可见，操作电流所形成的方波电流控制着高频通道的通断。因而断续的高频信号反应了线路两侧电流的相位。(3)相位比较元件： 比相元件用于比较被保护线路两侧的电流相位。因为采用单频率制，所以收信机同时接收两侧发信机发出的高频信号。图5—37说明线路内外故障时，保护装置从操作发信到收信、比相的工作情况。

线路外部故障时，如图中a和b所示，两端工频操作电流相位相反。各端发信机均于工频操作电流正半周时发信，于负半时停信，如图中c和d所示，因而两端收信机收到的高频信号是连接不断的，如图5-37中e所示。经逻辑电路，使收信机输出电流为零，如图中f所示。两侧继电器线圈中均无电流通过，如g所示，故两侧保护均不动作。当线陆路内性部故拜障时乌，两绝端工蜂频操丛作电栏流相享位相寒同，居两端怪发信栋机均挨于工源频操稠作电济流正堵半波福时发巨信，办于负执半波齐时停扁信，同两端炸收信匀机均烫收到嫌断续猛信号睡，此衣时收示信机掀输出辞断续料的电请流方仅波，皱经逻死辑电仅路，彼使两剑侧继举电器但线圈只中有延电流灵通过滋，故极保护冈动作乐跳闸地。总之僻，相蛙差高抱频保后护是违直接成比较比线路馋两侧顽电流产相位兽的保里护。轨内部呜故障乐时，付两侧婆电流份同相冈；外糊部故纲障时林，两荡侧电犯流相贺差180湖°。相差窜高频保垄护就是策把电流煮相位的鹊变化变订成高频皆信号，岸通过通砖道传送帽到对侧您去进行吸比较的稼。当两阵侧电流跑相位相嚼同时，泽保护无牙延时跳窗闸，当渔两侧电役流相位俯相差18路0°时，原保护智不跳近闸。开始轰比相档时，泉两侧碗低定胶值启舟动元培件先荷已启震动收贸发信们机，萌从而研保证健两侧高定值蜡元件后巩启动比相的硬正确性昂。当内挪、外艇部故粘障切凳除后胖，比喂相回鞠路先协停止约，经愤延时详后，诉然后屑停止近收发胸信机六。若敌内部播故障京比相挺成功询，线军路已斩切除什；而肢外部堵故障振时，尤比相赠回路风先退匆出，斯这样脏，不偿会因灶收不翠到对浅侧高散频信罚号而反误动值作。从上腥面分撕析可米见，莫相位尸比较椒实际石上是心在收辨信机解中进挪行的镇。内部短峡路时两略侧高频陡信号重锈叠约10四ms，外部冻短路时具，两侧伙高频信池号连续演，线路乐两侧高妨频信号杨互为闭近锁，使银两侧保楼护不能督跳闸。这和复高频剃闭锁俱方向溉保护款在外蓝部短柜路时搞，近