第四章-高频保护

第四章高频保护高频保护是利用输电线路本身作为传送高频信号的通道，以比较被保护线路两端的电气量，从而实现全线速动的保护。本章重点讨论高频闭锁方向保护和相差动高频保护的基本工作原理第一节高频保护的基本概念在220kV及以上电网中，为了保证系统并列运行的稳定性，提高输送功率，减少故障损失，往往要求继电保护能无延时地切除线路上任一点故障，即要求继电保护能实现全线速动。由于电流保护和距离保护都是只反映线路一侧电气量的变化，因而无法实现全线速动。为此，提出了高频保护。高频保护是将线路两端的电气量（电流相位或功率方向）转化为40～500kHz的高频信号，然后利用输电线路本身构成高频电流通道，将高频信号传送至对端，再进行两端电气量（电流相位或功率方向）的比较，以决定是否应该动作的保护。一、高频保护的组成高频保护由继电部分、高频收发信机和高频通道三部分构成，其构成框图如图4－1所示。（1）继电部分：一是将本侧的相关电气量传送到发信机；二是将收信机收到并解调后的电气量信号进行比较，决定保护是否动作。（2）高频收发信机：发信机是将本侧相关电气量转换成高频信号发送到对侧；收信机是将收到的对侧高频信号解调出电气量信号送给继电部分。（3）高频通道；用于传输高频信号。

二、高频通道的构成目前广泛采用的是“导线－大地”制高频通道，其构成如图所示：主要组成元件有：高频阻波器、结合电容器、连接滤波器、

高频电缆、保护间隙、接地刀闸、高频收、发信机。高频阻波器的作用高频阻波器是由电感线圈和可调电容组成的并联谐振回路，串接在线路两端的工作相中，其谐振频率就是通道所用的载波频率。使高频电流信号被限制在被保护线路以内，而不能穿越到相邻线路中去。结合电容器的作用结合电容器是将高频电流耦合到高压输电线路上的连接设备。对工频电流呈现很大的阻抗，使高频收发信机与工频高压输电线路绝缘；而对高频电流呈现很小的阻抗，可使高频信号顺利通过。连接滤波器的作用连接滤波器是由一个可调节的空心变压器和连接至高频电缆一侧的电容器组成。连接滤波器与结合电容器共同构成一个带通滤波器，使所需频带的高频电流能顺利通过。高频电缆、保护间隙及接地刀闸的作用高频电缆是将位于室外的连接滤波器与位于主控制室内的高频收发信机连接起来。保护间隙与连接滤波器的一次绕组并联，用以保护高频电缆和高频收发信机免受过电压侵袭。接地刀闸是在检修或调试高频收发信机和连接滤波器时，用于安全接地，以保证人身和设备的安全。高频收发信机的作用高频收发信机是用以发送和接收高频信号的。高频发信机部分由继电部分控制，通常是在电力系统发生故障时，继电部分起动之后它才发出信号。由高频发信机发出的高频信号，通过高频通道输送到对端，被对端的高频收信机所接收，同时也被本端的高频收信机所接收。高频收信机接收到本端和对端所发送的高频信号，再经过比较判断后，从而决定保护是否动作跳闸。三、高频通道的工作方式经常无高频电流方式（故障时发信方式）：在正常运行时，高频通道中无高频电流通过，只在线路故障时才起动发信机发信。因此，高频电流代表高频信号。经常有高频电流方式（长期发信方式）：在正常运行时，高频通道中就有高频电流通过。因此，高频电流的消失代表高频信号。移频方式：在正常运行时，高频发信机发出频率为f1的高频电流，用以监视通道及闭锁保护。在线路发生故障时，保护装置控制发信机停止发出频率为f1的高频电流，改为发出频率为f2的高频电流。因此，频率为f2的高频电流代表高频信号。四、高频信号的分类闭锁信号：只有当本端保护动作，同时又收不到闭锁信号时，则动作于跳闸。因此，收不到闭锁信号是保护动作于跳闸的必要条件。允许信号：只有当本端保护动作，同时又有允许信号，则动作于跳闸。因此，收到允许信号是保护动作于跳闸的必要条件。跳闸信号：不管本端保护是否起动，只有收到对端发来的跳闸信号，则动作于跳闸。因此，收到跳闸信号是保护动作于跳闸的充分而必要条件。

第二节高频闭锁方向保护高频闭锁方向保护是通过高频通道间接比较被保护线路两端的功率方向，以判别是被保护线路内部故障还是外部故障。目前广泛采用的高频闭锁方向保护，是以高频通道经常无高频电流而在外部故障时发出闭锁信号的方式构成的，该闭锁信号由短路功率功率方向为负的一端发出，并被两端的收信机所接收，而把保护闭锁，因此称为高频闭锁方向保护。一、高频闭锁方向保护的基本工作原理例如：对于故障线路BC：两端的功率方向为正，两端都不发闭锁信号，因此保护3和4瞬时动作于跳闸。对于非故障线路AB、CD：靠近故障点一端的功率方向为负，则该端的保护2和5发出闭锁信号，此信号一方面被自己的收信机接收，同时经过高频通道被对端的收信机收到，使得保护1、2和5、6都被闭锁。

二、电流启动的高频闭锁方向保护原理框图：1、主要组成元件启动元件：用以故障时起动发信机发出闭锁信号。其中，（1）灵敏度较高的启动元件，用以起动发信机发出闭锁信号；（2）灵敏度较低的启动元件，用以准备好跳闸。方向元件：用以判别功率方向。2、工作情况分析在正常运行时：两端的起动元件不动作，发信机不发信，跳闸回路也不开放。因此，两端的保护不动作于跳闸。当外部故障时：两端的高灵敏度起动元件动作，经时间元件KT1、“禁止”门JZ1起动发信机发出闭锁信号。同时，两端的低灵敏度起动元件也都动作，经“与”门准备好跳闸回路。由于远故障点端的短路功率方向为正，其方向元件也动作，“与”门开放，则经时间元件KT2延时后，将“禁止”门JZ1闭锁，使本端发信机停止发信；但近故障点端的短路功率方向为负，其方向元件不动作，则其“禁止”门JZ1继续开放，使该端的发信机能继续发出闭锁信号。近故障点端所发出的闭锁信号一方面被本端的收信机接收，另一方面经过高频通道被对端的收信机接收，当两端的收信机收到闭锁信号后，将“禁止”门JZ2闭锁。因此，两端的保护被闭锁。当内部故障时，两端的高灵敏度起动元件动作，经时间元件KT1、“禁止”门JZ1起动发信机发出闭锁信号。同时，两端的低灵敏度起动元件也都动作，经“与”门准备好跳闸回路。同时，两端的方向元件也都动作，“与”门开放，经时间元件KT2延时后，将“禁止”门JZ1闭锁，又使两端的发信机停止发出闭锁信号。由于两端的收信机收不到闭锁信号，则“禁止”门JZ2开放。故两端的保护动作于跳闸，将故障线路切除。第三节相差高频保护相差高频保护是利用高频信号将电流的相位传送到对侧去进行比较，从而决定是否跳闸。一、基本工作原理如图所示：（1）区内故障：两侧电流同相位，保护动作于跳闸。（2）区外故障：两侧电流相位相差为180°，保护不动作。因此，根据被保护线路两侧电流的相位差，就可以判别是内部故障还是外部故障，从而决定保护是否动作于跳闸。为此，相差高频保护通常采用高频通道经常无电流，而在故障时发出高频信号的方式来构成。即在短路电流为正半周时，操作发信机发出高频信号，而在短路电流为负半周时，则不发出高频信号，如此不断交替进行。

二、工作情况分析如图所示，当内部故障时，由于两端电流