第五章输电线路保护的全线速动保护

第五章输电线路保护的全线速动保护

《电力系统继电保护及安全自动装置技术规程》规定

一、110〜220kV中性点直接接地电力网中的线路保护，符合下列条件之一时，应装设一套全线

速动保护

1.根据系统稳定要求有必要时；

2.线路发生三相短路，如使发电厂厂用母线电压低于允许值（一般约为70%额定电压），且其他

保护不能无时限和有选择地切除短路时；

3.如电力网的某些主要线路采用全线速动保护后，不仅改善本线路保护性能，而且能够改善整

个电网保护的性能。

二、对220kV线路，符合下列条件之一时，可装设二套全线速动保护。

（-）根据系统稳定要求；

（二）复杂网络中，后备保护整定配合有困难时。

对于220kV以上电压等级线路，应按下列原则实现主保护双重化：

1.设置两套完整、独立的全线速动主保护；

2.两套主保护的交流电流、电压回路和直流电源彼此独立；

3.每一套主保护对全线路内发生的各种类型故障（包括单相接地、相间短路、两相接地、三相

短路、非全相运行故障及转移故障等），均能无时限动作切除故障；

4.每套主保护应有独立选相功能，实现分相跳闸和三相跳闸；

5.断路器有两组跳闸线圈，每套主保护分别起动一组跳闸线圈；

6.两套主保护分别使用独立的远方信号传输设备。若保护采用专用收发信机，其中至少有一个

通道完全独立，另一个可与通信复用。如采用复用载波机，两套主保护应分别采用两台不同的载波

机。

三、对于330~500kV线路，应装设两套完整、独立的全线速动保护。接地短路后备保护可装设

阶段式或反时限零序电流保护，亦可采用接地距离保护并辅之以阶段式或反时限零序电流保护。相

间短路后备保护可装设阶段式距离保护。

500kV线路的后备保护应按下列原则配置

1.线路保护采用近后备方式。

2.每条线路都应配置能反应线路各种类型故障的后备保护。当双重化的每套主保护都有完善的

后备保护时，可不再另设后备保护。只要其中一套主保护无后备，则应再设一套完整的独立的后备

保护。

3.对相间短路，后备保护宜采用阶段式距离保护。

4.对接地短路，应装设接地距离保护并辅以阶段式或反时限零序电流保护；对中长线路，若零

序电流保护能满足要求时，也可只装设阶段式零序电流保护。接地后备保护应保证在接地电阻不大

于300Q时，能可靠地有选择性地切除故障。

5.正常运行方式下，保护安装处短路，电流速断保护的灵敏系数在1.2以上时，还可装设电

流速断保护作为辅助保护。

第一节输电线路的纵联差动保护

一、概述

超高压输电电网要求继电保护快速动作。继电保护的快速动作可以减轻故障元件的损坏程度，

提高线路故障后自动重合闸的成功率，特别是有利于故障后电力系统的稳定性。在近几十年，我国

继电保护工作者为提高保护的动作速度作了很大努力，取得显著成效，其中对电力系统影响最大的

是反映故障分量的超高速继电保护原理的应用。

输电线路保护的全线速动保护是指利用输电线路两端的电气量信号进行比较，来判断故障点是

否在线路内部，以决定是否动作的一种保护。线路两端的电气量信号的传输通道从纵联差动保护的

角度上讲有四种方式，即导引线、输电线路、微波和光纤。利用这四种通道可以构成纵差动保护(导

引线保护)、高频保护(载波保护)、微波保护和光纤保护。这四种传递信号的方式虽然不同，但结

果却是相同的，即能快速切除全线范围内的故障,

没有后备保护作用。

输电线路的纵联差动保护是用辅助导线将被

保护线路两侧的电气量连接起来，通过比较被保

护线路的始端与末端电流的大小及相位构成的保

护，因此又叫导引线纵联保护(又称导引线保护)。

二、基本工作原理

在线路两侧装设性能和变比完全相同的电流

互感器，两侧电流互感器一次回路的正极性均置

于靠近母线侧，二次回路用电缆将同极性端相连,

差动保护的线圈则并于电流互感器二次回路的闭

环回路上，如图5-1所示。

当线路正常运行或外部故障时，差动保护线圈(a)(b)

中流入的电流为两侧电流互感器二次电流之和，5-1线路纵差保护原理图

而两侧电流的相位却相反，它们相互抵消，即相(a)外部短路；(b)内部短路

当于差动保护线圈中没有电流流过。如图5-1(a)所示，短路电流为:

42=_/"2—八)=。(5/)

riTA

保护不动作，实际上由于两侧电流互感器的性能不可能完全相同，因而会有一个不平衡电流/迎流

入差动保护的差动线圈。

假设线路内部发生故障时：

(1)若输电线路为单侧电源，流入保护的电流为:

；1•

=—(5-2)

nTA

当流入保护中的电流大于保护的整定电流时，保护动作，断开电源侧断路器。

(2)若线路两侧电源，流入保护的电流为：

Zt2=乙2+7/2=----(A+I)=~(5-3)

nTA

当电流大于保护动作电流时，保护动作，瞬时跳开线路两侧的断路器。

三、纵联差动保护的不平衡电流

由于电流互感器总是有励磁电流，且励磁特性不完全相同，即使是同一制造厂生产的相同型号、

相同变比的电流互感器也是如此。因此，正常运行和外部故障时，差动线圈中流入的电流不为0。

=_=

=41+4/2--A)+(A-iIE2)1=~^IE\11mb(5-4)

flTA1rA

电流/“油称为不平衡电流。它等于两侧电流互感器的励磁电流相量差。外部短路时，短路电流使

铁芯严重饱和，励磁电流急剧增大，从而使.比正常运行时大很多。

四、纵联差动保护的特点

纵联差动保护是测量两侧电气量的保护，能快速切除被保护全线范围内故障，不受负荷及系统

振荡的影响，灵敏度高，动作速度快，构成原理简单。但存在两个缺陷：一是必须装设与一次线路

等长的二次线路来构成保护回路，极易造成二次线路的断线和短路，从而造成保护的误动、拒动。

二是没有后备保护，一旦保护拒动可能造成严重的后果，必须装设专门的后备保护。

为了充分利用纵联差动保护的优点避免缺陷构成危害，输电线路的纵联差动保护通常应用于线

路较短的重要线路上，以及发电机、变压器、母线、电动机等元件保护上。

第二节输电线路高频保护概述

对于超高压、远距离输电线路，为了能满足系统的稳定性，线路上任何地方发生故障，继电保

护都应该无时限动作于跳闸。高频保护克服了输电线路纵联差动保护的缺点，充当了超高压输电线

路的主保护。所谓高频保护是将线路两端的电气量转化为高频电流信号(一般为50~300KHz),然后

利用输电线路构成的高频通道将此信号送至对端进行比较，决定保护是否动作的一种保护。目前广

泛采用的高频保护有：高频闭锁方向保护、高频闭锁距离保护、高频闭零序保护等。从严格意义上

讲，利用微波通道构成的微波保护和利用光纤通道构成的光纤保护都属于高频保护。

一、高频保护基本知识

(一)高频通道的构成

高频通道从广意上讲有载波通道、微波通道和光纤通道，在此讲述的是输电线路构成的高频通

道。输电线路高频通道是利用输电线路作为传输媒介：具有高安全性和可靠性，是我国电力调度和

继电保护最普遍使用的通道。对继电保护来说分专用和复用通道两种，其基本结构如图5-2,专用通

道用相一一地耦合

A

图5-2(a),复用通

B道一般为允许式图

C

5-2(b),常米用相一

一相耦合。

±2±2相地耦合的

TT3

通道是由阻波器、耦

合电容器、连接滤波

器、高频电缆、高频

收、发信机组成。

(1)阻波器：由

(a)(b)电感线圈和可变电

图5-2高频通道的构成容并联组成，并联谐

振时，对于载波信号

电流呈现为高阻抗(大于800Q),阻止载波信号向母线分流,使载波信号电流沿高压线路向对端传

送，特别是该上当母线或其他出线发生故障时，将信息短路。对工频电流为低阻抗(约为0.4Q),

畅通无阻。

(2)耦合电容器：与阻波器相反，对载波信号为低阻抗,畅通无阻，对工频电流为高阻抗，阻

止分流，防止高电压对通信设备的危害。

(3)连接滤波器：耦合电容器与连接滤波器共同组成一个“带通滤波器”。主要是阻抗匹配作

用，由于220KV输电线路的波阻抗约为400Q左右，330KV、500KV线路，沿线路阻抗约为300。

左右。系统中用的高频电缆一般有75Q,100Q等，需要进行阻抗匹配，防止电磁波在传送过程中

产生反射，以减少高频信号的衰耗，提高传输效率。

(4)高频电缆：用来连接高频收发信机和连接滤波器。高频电缆采用同轴电缆，早期阻抗为100

Q,近年按通信标准采用75Q,一是减少高频信号的衰耗，二是减少外部信号对高频信号的干扰。

（5）高频收、发信机

高频收、发信机是专门用于发送和接收高频信号的设备。高频发信机将保护信号进行调制后，

通过高频通道送到对端的收信机中，也可为自己的收信机所接收，高频收信机收到本端和对端发送

的高频信号后进行解调，变为保护所需要的信号，作用于继电保护，使之跳闸或闭锁。

操作电源一1

起信—>接迹辑

--------------►

停信一口回路

保护故障二回

收信输出一路Z

（开头位置）

_收信DC

起动DC

电平低落一

图5-3高频收发信机原理方框图

高频收发信机的型号有很多，现以按“四统一”原则设计的高频收发信机为例，介绍其工作原

理。原理图见5-3所示。正常运行时，没有保护命令输入，装置不向通道发送高频信号。当线路发

生故障时，继电保护动作“起动发信机”，触点闭合，经“接口回路”、“逻辑回路”，控制“晶振合

成”发出fo高频信号。该信号经“前置放大”、“功率放大”放大后，通过“线路滤波”送往通道。

当继电保护送来“停信”信号时，发信回路由“接口回路”控制立即停止发fo高频信号。

收信机回路由收信滤波器、高频解调、收信起动、接口回路组成。发信回路发信时由逻辑回路

送出一直流电位，控制收信滤波器中的开关门，使其关闭，拒绝接收功率放大器来的高频大功率信

号及对侧送来的高频信号。而本侧的高频信号直接从“前置放大”引入小功率信号至收信机滤波器。

本侧停信时，开关门打开，以接收对侧传来的高频信号。被接收的信号经过高频解调，被解调成12Kz

的中频信号，再经中频滤波和放大后输出两路信号，一路经“接口回路”作为收信输出信号送至继

电保护，另一路作为通道衰减增加超过3bB的告警指示信号。

“保护故障”是保护设备发生故障时送出的报警，该触点闭合后经“接口回路”去起动发信回

路发高频信号，以闭锁两侧的保护设备，防止误跳闸。

该收发信机具有通道检查和远方起动功能。当按动本侧本侧发

“逻辑回路”面板上的试验按钮，发信机回路瞬时起信将高频对侧柒

信号送至对侧，对侧收信回路收到信号，通过逻辑回路使对侧3

发信机发信，这就是远方起动功能。通道检查过程是本侧先发

t

200ms,然后本侧停信5s,再发10s,本侧输出端信号波形如

图5-4所示。本侧信号与对侧信号电平不同，以便于区别。

200ms5s5s5s

高频收发信机装置中的逆变电源是向整个装置提供直流

的自稳压电源。它的基本原理框图如图5-5所示。逆变电源首图5-4通道检查时高频信号示意图

先将直流变为交流（逆变），再经降压、整

流、自稳压到所需电压值。对高频收发信

机有_40V、+24V、+15V、-15V四组电压

输出。无论哪一组电压失压，都能输出一

个电源故障信号。

（二）高频信号图5-5逆变电源原理框图

高频信号是在电力系统故障时，线路

两端保护用来传递信息的。对于故障时发信方式，有高频电流即有信号。对于长期发信方式，无高

频电流就是有信号，对于移频方式，故障时发出的某一频率的高频电流为有信号。

按高频信号的作用，高频信号可分为闭锁信号、允许信号和跳闸信号三种。

(1)闭锁信号如图5-6(c)所示：闭锁信号是防止保护动作将保护闭锁的信号。当线路内部故

障时，两端保护不发出闭锁信

号，通道中无闭锁信号，保护

作用于跳闸。因此，无闭锁信

号保护动作于跳闸的必要条

件。当线路外部故障时，通道

中有高频闭锁信号，两端保护

不动作。由于这一方式只要求图5-6高频信号逻辑图

外部故障时通道才传送信号，(a)跳闸信号；(b)允许信号；(c)闭锁信号

而内部故障时则不传递高频信号。因此，线路故障对传送信号无影响，通道可靠性高。广泛采用故

障起动发信机。

(2)允许信号如图5-6(b)所示：允许信号是允许保护动作于跳闸的高频信号。收到高频允许

信号是保护动作于跳闸的必要条件。

(3)跳闸信号如图5-6(a)所示：跳闸信号是线路对端发来的直接使保护动作于跳闸的信号。

只要收到对端发来的跳闸信号，保护直接作用于断路器跳闸，而不管本端保护是否起动。

(三)高频通道的工作方式

(1)正常时无高频电流方式

正常运行时，高频通道中无高频电流通过，当电力系统故障时，发信机由起动元件起动发信，

通道中才有高频电流出现。这种方式称为故障时发信方式。其优点是可以减少对通道中其他信号的

干扰，可延长收发信机制寿命。其缺点是要有起动元件，延长了保护的动作时间，需要定期起动发

信机来检查通道是否良好。这是目前广泛采用的一种方式。

(2)正常时有高频电流方式

正常运行时，发信机发信，通道中有高频电流通过。故这种方式又称长期发信方式。其优点是

使高频通道经常处于监视状态下，可靠性较高。保护装置中无需设置收发信机的起动元件，使保护

简化，并可提高保护的灵敏度。其缺点是收发信机的使用年限减少，通道间的干扰增加。

(3)移频方式

正常运行时，发信机发出0的高频电流，用以监视通道及闭锁高频保护。当线路发生短路故障

时，高频保护控制发信机移频，发出f2的高频电流。移频方式能经常监视通道情况，提高通道的可

靠性，加强了保护的抗干扰的能力。

*第三节高频保护中的方向元件

不同线路保护装置所采用的方向元件原理是不同的，RCS-901型装置采用工频变化量方向元件

和零序方向元件、RCS—902型装置采用

复合式距离方向元件和零序方向元件、

PSL601型装置则是能量积分方向元件。本

节主要以工频变化量方向元件为主。

1.工频变化量方向元件

工频变化量方向元件是近些年来开发

出的新保护原理的方向元件，具有可靠性

高；动作速度快；易于获取分量等优点。

是当前微机保护中首选方向元件，广泛应

用于方向电流保护、零序方向电流保护、

高频方向保护等。

工频变化量方向元件判别故障分量中图5-7工频变化量等效电路图

/U与//之间的相角。

工频变化量/U与//角度分析：

设系统如图5-7所示。由于工频变化量方向元件反应故障分量中的工频成分，产生工频变化量的

电源仅是故障点的附加电源。在图中的Ki点故障时，相当于Ki点投入一新电源/应，工频变化量

即由此新电源产生。

由对称分量法可得

A*=A7]+A/2+A/o

<A/v=a2A]+tzA/2+A/o(5-5)

2

Mw=(zA/j+aM2+A/o

jl2Q

式中，a为算子，a=e°=--+j—.

22

由式(5-6)可得

A/yy=(1—tZ~)A/j+(1—tz)A/2

VA/yjy=(CK~-CC)A/j+(iZ-a")A/2(5-6)

2

△iwu=("1应+(«-I)A/2

同理可得

2

.AUuv=(l-a)AUi+(l-a)AU2

2

<At/yjy=(cu~—Qf)At7j+(6Z—Of)A[72(5-7)

2

A(7W=(a-l)Al/1+(tz-l)Al72

输电线路正序阻抗Zlm与负序阻抗z2m相等，即Zlm=Z2m。在正方向短路时

"八01=-4

<(5-8)

_

2=A/2Z2m=-A/2Zlm

取UV相间方向元件为分析对象，说明工频变化量方向元件的工作原理。

正方向故障(图2-17中K1点故障)正方向元件的测量角(P+为

A[7rry—A/rryCZ.

(p+=arg-----——————(5-9)

^UV^set

式中Zse,——整定阻抗(故障点到保护范围末端的阻抗，取Z,"的阻抗角等于Z,,的阻抗角)；

C——补偿系数，一般取C=0.35〜0.45。

则

—"1-"+(1-①八"-。。二

+五z.，“

_ara(1一〃WZ,”-(1-«)A/2Z2m-MuvCZset

arg—""+CZG=180°(5-10)

^UV^set

工频变化量方向元件设有正方向元件和反方向元件。正方向元件动作后开放保护；反方向元件

动作后闭锁保护。为此，在分析工频变化量方向元件的工作原理时，应同时分析正、反方向元件的

工作特性。

正方向故障，反方向元件的测量角（p_为

(p_=arg—"Uuv__=o°(5-11)

-MuyZsetZset

反方向故障，正、反方向元件的测量角分别是

Z-CZ

(P+=arg-------=0°

Z$er

7

(p_=arg——=180°(5-12)

一Zset

综上所述：当正方向故障时，正方向元件的测量角为180°；反方向元件的测量角为0°。当反

方向故障时，正方向元件的测量角为0°;反方向元件的测量角为180°。

方向元件的动作条件可规定为180°,正方向元件动作后开放保护，反方向元件动作后闭锁保护。

在实际装置中，可通过判别/U与//异极性的时间来实现对（p+、（p_的检测。对正方向元件,

当/U与//异极性的时间大于4ms时动作；对反方向元件，当/U与//异极性的时间大于3ms

时动作。动作条件并非180°（工频180°对应10ms）。经调整后，既增强了装置的抗干扰能力，也

提高了装置动作的可靠性。

在正方向元件比较式（2-30）中，引入CZset是为提高反应正方向故障的灵敏度。因为

式中——整定阻抗角;

（p,„——测量阻抗角。

图5-8工频变化量方向元件原理框图

所以，引入后不会改变方程原有的性质。

工频变化量方向元件的原理框图如图5-8所示。

图5-8中，首先由带通滤波器滤出输入电压中的工频分量，工频分量输送给记忆和减法器。记忆

回路记忆故障前的工频电压与当前电压相减后形成工频变化量/U与/izm。将电压、电流输入到

减输出，称为工频变化量形成器。工频变化量形成后，分别由极性形成回路形成极性信

号，然后由与门电路A1、卜2、A3进行比较，经ti积分(判断异极性的时间)，t2展宽(记忆)，到40ms

输出。

工频变化量方向元件有许多优点，有极广泛的适用性，较少受系统结构、运行方式、故障方式、

故障点过渡电阻、非全相运行以及交流暂态过程等影响，原理构成简单，易于实现，动作速度快，

是目前线路快速保护的主流方向元件。

2.能量积分方向元件

根据叠加原理，系统发生故障后可分解成正常系统和故障分量系统。图5-9表示线路正方向短

路时的故障分量系统。产为故障点，Pm、Pn为系统等效无源网络。加、△“为线路故障电流分量和

故障电压分量。

(a)(b)

图5-9接地故障附加网络图

(a)正方向故障；(b)反方向故障

由图5-9可知故障分量系统是一个单激励网络，故障前系统初始值为零，故障时(t=O)在故障点

上突然加上一个假想电源-"F⑺令

Sm(0—fAMAZW/(5-13)

J—00

显然Sm⑺为⑺向Pm提供的能量，设Spm⑺为尸m在故障后所吸收的能量。考虑到M的参考

方向有

Sm«)=-Spm(0(5-14)

由于Pm是初始值为零的无源网络，它只能吸收能量，故有

Spm⑺>0(5-15)

故Sm(t)<0(5-16)

综上所述能量函数有如下性质：

(1)sm(t)=0无故障

(2)Sm(t)<0正向故障

(3)Sm(t)>0反向故障

能量方向元件是根据故障附加网络的能量来判别故障方向从理论上解决了传统的故障分量超高

速保护不能长期保持正确方向的缺点保护的动作快速性与安全性之间的矛盾得到了完美解决。

图5-10示出了能量积分方向元件的功能逻辑图，其中|AU〃|+、为相间电压突变量、

相间电流突变量反向短路故障时能量积分方向元件的起动量；SS+(j)、SS_(j)为能量积分方向元

件的输出。正向短路故障时，ss+(j)为“1"，反向短路时，SS_(j)为“1”。

图5-10能量积分元件功能逻辑图

第四节高频保护的基本原理

(一)高频闭锁方向保护的基本原理

高频闭锁方向保护是由线路两侧的方向元件分别对故障的方向做出判断，然后通过高频信号做

出综合的判断，即对两侧的故障方向进行比较以决定是否跳闸。在继电保护中规定，从母线流向线

路的短路功率为正方向，从线路指向母线的短路功率为负功率方向。闭锁式方向高频保护的工作方

式是当任一侧方向元件判断为反方向时，本侧保护不跳闸，同时由发信机发出闭锁高频信号，对侧

收信机收到信号后输出脉冲闭锁该侧保护，故称为高频闭锁方向保护，见图5-11。

如图5-12所示，高频闭锁方向保护的继电保护部分由起动元件和方向元件组成，。起动元件主要

用于故障时起动发信机，发出高频信号；方

向元件主要测量故障方向，在保护的正方向闭锁信号闭锁信号

故障时准备好跳闸回路。高频闭锁方向保护

按起动元件的不同可以分为三种：电流元件

起动、方向元件起动、远方起动。

1.电流元件起动的高频闭锁方向保护5-11高频闭锁方向保护原理图

电流元件起动的高频闭锁方向保护如图

所示，被保护线路两侧各有一套高频保护，起动元件由两部分组成：高灵敏度工频变化量电流元件

和低灵敏度工频电流变化量电流元件。高灵敏度工频变化量电流元件Ah用以起动发信机;低灵敏

度工频电流变化量电流元件AL起动保护。

(1)高频通道采用故障发信工作方式，当正常运行时起动元件不起动，发信机不发信,保护不

动作。

(2)保护区外部故障时,起动元件起动,J

起动发信机发信，但靠近故障点的高频保护通

功率方向是负方向，方向元件S不动作，发道

信机持续发信，两侧收信机均能收到闭锁信

号，保护被闭锁。

(3)保护线路内部故障时，两侧保护的

起动元件均起动。Ah起动发信，AL起动

保护，由于两侧均为功率正方向，方向元件5-12电流元件起动的高频闭锁方向保护原理图

动作，经/2延时后闭锁发信机，使两侧发信机停信，此时两侧收信机均收不到闭锁信号，两侧禁止

门J2均开放，发出跳闸命令。

时间元件是tl是瞬时动作、延时返回的电路，它的作用是在起元件返回后，使接受反向功率一

侧的发信机持续发出闭锁信号。以防止外部故障切除后,正功率侧保护在未返回时，因闭锁信号消

失而误动作。

时间元件是女是延时动作、瞬时返回的时间电路，

它的作用是推迟停信和接通跳闸回路的时间，以等待对

侧闭锁信号的到来。在保护区外故障时，让远故障点侧

的保护收到对侧送来的高频闭锁信号，从而防止保护误

动作。

2.方向元件起动的高频闭锁保护

原理逻辑图如5-13(a)所示，负功率元件起动发信

机，正功率元件起动保护跳闸。高频通道仍然采用故障

发信工作方式，负功率时，S一有输出；正功率时S+有输

出。

(1)当正常运行时起动元件不起动，发信机不发信，

保护不动作。

(2)保护区外部故障时，远故障点保护为正功率，

保护元件起动，发信机不发信，但靠近故障点的高频保

护功率方向是负方向，发信机发出高频闭锁信号，方向

元件S+不动作，发信机持续发信，两侧收信机均能收到(b)

闭锁信号，保护被闭锁。MN

负功率

(3)被保护的双电源线路发生内部故障时，两侧保"------正功率_____________

护的S一起动元件均不起动。发信机不发信。由于两侧均线路

为功率正方向，S+方向元件动作，经t2延时后闭锁发信

负功率

机，使两侧发信机停信，此时两侧收信机均收不到闭锁正功率

信号，两侧禁止门J2均开放，发出跳闸命令。

时间元件是力是瞬时动作、延时返回的电路，它的(c)

作用是在起元件返回后，使接受反向功率一侧的发信机5-13方向元件起动的高频闭锁方向保护

持续发出闭锁信号。以防止外部故障切除后，正功率侧(a)原理逻辑图；(b)保护实际逻辑图；(c)方向元

保护在未返回时，因闭锁信号消失而误动作。件保护区

时间元件是叁是延时动作、瞬时返回的时间电路，

它的作用是推迟停信和接通跳闸回路的时间，以等待对侧闭锁信号的到来。在保护区外故障时，让

远故障点侧的保护收到对侧送来的高频闭锁信号，从而防止保护误动作。

由于起动元件仅判别方向，没有定值，所

以具有很高的灵敏度。

在微机保护的纵联差动保护中，其实际逻

辑图如5-13(b)所示，保护不再使用方向元

件来起动保护，而是采用专门的起动元件，跳

闸和停信使用正功率元件与负方向元件的非

逻辑，方向元件更可靠。

3.远方起动的高频闭锁保护

如图5-14所示，远方起动的高频闭锁保

护，只有一个起动元件I,发信机既可由起动

元件起动，也可以由收信机收到对侧高频信号5-14远方起动的高频闭锁方向保护原理图

后经延时元件行、或门O、禁止门Ji负功率元

件起动发信机，这种起动方式称为远方起动。在外部短路时，任何一侧起动元件起后，不仅起动本

侧发信机，而且通过高频通道用本侧发信机发出的高频信号起动对侧发信机。在两侧相互远方起信

后，为了使发信机固定起动段时间，设置了时间元件以该元件瞬时起动，经力固定时间返回，时

间友就是发信机固定起动时间。在收信机收到对侧发来的高频信号时，时间元件打立即发出一个持

续时间为的f3脉冲，经或门O,禁止门J1使发信机发信。经过时间打后，远方起动回路就自动切断。

打时间应大于外部短路可能持续的时间，一般取5〜8s。

在外部短路时，如果近故障侧起动元件不动作，远离故障侧的起动元件起动，则近故障点侧的

保护可由远方起动，将对端保护闭锁，防止远短路点侧的保护误动作。为此在t2延时内，一定要收

到对侧发回的高频信号，以保证J2一直闭锁。因此，打和延时应大于高频信号在高频上往返一次所

需时间。

远方起动方式的主要缺点是在单侧电源下内部短路时，受电侧被远方起动后不能停信，这样就

会造成电源侧保护拒动。因此，单侧

电源输电线路的高频保护不采用远方

起动方式。

（二）高频闭锁距离保护

高频闭锁方向保护可以快速切除

保护范围内的各种故障，但不能作为

下一线路的后备保护。对距离保护，

当内部故障时，利用高频闭锁保护的

特点，能瞬时切除线路任一点的故障；5-15高频闭锁距离保护原理框图

而当外部故障时，利用距离保护的特

点，起到后备保护的作用。高频闭锁距离保护兼有高频方向和距离两种保护的优点，并能简化保护

的接线。

高频闭锁距离保护由两部分组成，如图5-15所示距离保护为三段式，I、II、III段都采用独立

的方向阻抗元件。高频闭锁部分与距离保护部分共用一个起动元件，方向判别与距离保护的第二段

共用方向阻抗元件，KOM为距离保护的跳闸出口继电器。

当被保护线路发生保护区内故障时，两侧保护的起动元件和测量元件都起动，经延时，分别跳

开两侧断路器。其高频闭锁部分工作情况与前述基本相同。此时线路一侧或两侧的距离I段保护也

可以动作于跳闸，但要受振荡闭锁的回路的控制。

若保护区外发生故障时，近故障点侧保护的测量元件Zu不起动，跳闸回路不会起动。近故障点

侧的起动元件起动发信机发信，两侧收信机收到信号，闭锁两侧跳闸回路。此时，远故障点侧距离

保护的II或III段可以经出口回路跳闸，作相邻线路保护的后备保护。

高频闭锁距离保护能正确反应并快速切除各种对称和不对称短路故障，且保护有足够的灵敏度。

高频闭锁距离保护中的距离保护，可兼作相邻线路的和元件的远后备保护。当高频部分故障时，距

离保护仍可继续工作，对线路进行保护。

同相零序电流方向保护与可以与高频组成高频闭锁零序保护。

第五节高频保护应用举例

本节是以南瑞公司生产的RCS901A型高压线路微机保护为例，进行分析。

一、闭锁式高频保护

其基本逻辑框图如图5-12。

高频发信的起动元件是工频变化量电流元件。其起动元件的灵敏度比整套保护的总起动元件灵

敏度略高，其判据条件为：

91Mmax>L125A4+0.5A/scfAZeemax是相间电流的半波积分的最大值;

A/7浮动门坎，随着变化量的变化而自动调整;

/，〃为可调整的固定门坎。

如图5-16所示，电流变化量

起动元件动作后保护仍进入正

常运行程序，仅用以起动高频发

信机。保护跳闸出口用功率元件

进行判断，即正功率为1,负功

率为0时，闭锁发信机，当没有

收到闭锁信号时，保护动作于跳

闸。

当区外故障时，为了防止起

动元件(发讯)与正方向元件动

作时间的不配合而误动作，特别

5-16高频闭锁方向保护信号框图

是远端保护，需要近端的发讯信

号闭锁，采用先收讯后停讯的原则,规定必须收到信号10ms才允许正方向停讯。

(1)起动元件动作首先发讯，此时门7未动作，可经过门9发讯。

(2)停讯必须满足2个条件：

①反方向元件D-不动，正方向元件D+动作，与门3有输出，表示正方向故障。

②收信10ms后，即或门2起动时间t(10ms),与门4有输出。

当两个条件满足，与门7有输出，经反向器闭锁门9,停止发讯。

(3)保护区内故障

①反方向元件D-不动，正方向元件D+动作，与门3有输出，表示正方向故障。

②收信10ms后，无闭锁信号，与门5有输出。

当两个条件满足，判为保护区内故障，与门8有输出，可以跳闸。

二、远方起动的问题

见图5-15中所示，T1及与门1为远方起动示意图。

南瑞的LFP-900系统保护中，当收到对侧讯号后，(1)本侧KTP未动作即立即发讯。

(2)本侧KTP在跳闸状态，则延时100ms发讯(由对

侧充电时)。3QF4QF

(3)当用于单侧电源的受电侧且“RD”控制字投入时,

判断任一相电压低于0.6UN,延时100ms发讯，给出对侧跳MN

闸窗口。保护线路轻负荷下发生故障，起动元件包括零序超L2

导劝元件不能起动时，由对侧快速切除故障。

1QF2QF

三、功率倒方向问题

在环网中发生外部故障时，短路的方向可能发生转换(简图5-17功率倒向线路图

称功率倒向)，在倒向过程中不应失去闭锁信号。如图5-17

所示，假设故障发生在L1上靠近M侧的K点,断路器3QF先于断路器4QF跳闸。在断路器3QF

跳闸前，线路L2中的短路功率

由N侧流向M侧，线路L2的

方向元件不动作，向N侧发闭

锁信号，在断路器3QF跳闸后，

线路L2中的短路功率倒向，M

侧的方向元件不动作，停止发信

并准备跳闸，此时N侧的方向

元件返回向M侧发闭锁信号。图5-18功率倒向判别回路

但是可能M侧的方向元件动作快，N侧的方向元件返回慢，于是将有一段时间两侧方向元件均处于

动作状态，造成线路L2的保护误动作。解决办法是启动元件动作或收信后经过一段时间（大于本保

护的动作时间，小于相邻线路断路器的跳闸时间）后尚未判为内部故障，就认为是外部故障，于是

将保护锁一段时间，以避开两侧方向元件可能都处于动作状态的时间，见图5-18,此方法的缺点是

如果紧接着发生内部故障则保护的动作稍有延迟，不过延时时间很短。

图5-16中的与门8的输出端连接图5-18判别内部故障逻辑图中的“起动”，当与门8有输出时，

功率倒方向判别起动元件动作，起动T1,如果T1时间（35ms）内无“判内部故障”信号来，则T3

动作，闭锁保护，在T1消失后20ms返回，取消闭锁。

四、允许式高频方向保护

1、基本原理A允许信号B允许信号C允许信号D

如图5-19（a）所示，在功率方向为正

XxlxxlxX

的一端向对端发送允许信号，此时每端123456

的收信机只能接收对端的信号而不能接

收自身的信号。每端的保护必须在方向(a)

元件动作，同时又收到对端的允许信号起动

之后，才能动作于跳闸，显然只有故障

线路的保护符合这个条件。对非故障线

路而言，一端是方向元件动作，收不到

允许信号，而另一端收到了允许信号但

方向元件不动作，因此都不能跳闸。

如图5-19（b）允许式逻辑框图所示,

起动元件ST动作后，正方向元件动作,（b）

允许式高频方向保护

反方向元件不动作，与门2起动发信机,图5-19

向对端发允许信号，同时准备起动与门(a)原理图；（b）逻辑图

3o当收到对端发来的允许信号时，与门

3即可经抗干扰延时动作于跳闸。用距离继电器作方向元件时,一般无反方向元件，距离元件的方

向性必需可靠。

通常采用复用载波机构成允许式，一般都采用键控移频的方式。正常运行时，收信机经常收到

对端发送的频率fG的监频信号，其功率较小，用以监视高频通道的完好性。当正向区内发生故障时,

对端方向元件动作，键控发信机停发fG的信号而改发频率为fr的跳频（或称移频）信号，其功率提

升，收信机收到此信号后即允许本端保护跳闸。

允许式区内故障时，必须要求收到对端的信号才能动作，因此就会遇到高频信号通过故障点时

衰耗增大的问题，是它的一个主要缺点。最严重的情况是区内故障伴随有通道破坏，例如发生三相

接地短路等，造成允许信号衰减过大甚至完全发不过去，它将引起保护的拒动。通常通道按相一相

耦合方式，对于不对称短路，一般信号都可以通过，只有三相接地短路时不能通过。

2、超范围（POTT）和欠范围（PUTT）

高频保护的发信由方向元件控制。控制发信元件的保护区小于线路全长，称欠范围；超过线路

全长，称超范围。

当方向元件由距离元件承担时，Zi为距离元件I段，Zn>Zm为距离n、III段，如图5-20所示,

其构成方式有两种：

（1）控制发信的正方向元件的动作区不超过线路全长，反方向故障立即停信的叫欠范围允许式

（PUTT）o如由距离保护I段动作键控发讯。

当连接片2-4合上，1-3打开，由Zi通过或门3或门5键控发讯，称为PUTT方式。

PUTT方式：Zi动作，通过或门2、或门3,与门4无时限直接跳本端。通过或门3或门5

键控发讯。在跳闸的同时起动T

1,在本端跳闸，Zi返回后，T1

延时50ms返回，即继续键控

50ms,保证对端能可靠跳闸。

对端收到允许信号后，与Zu

（或Zm）,起动与门1,经过抗通

道干扰时间T1的1-8ms跳闸。

PUTT只有在区内故障ZI图5-20超范围（POTT）和欠范围（PUTT）允许式

动作时，才键控，加速对端Zu,

具有很高的安全性。应当特别指出微机保护的高频保护由单独CUP构成独立完整的高频保护。

（2）控制发信的正方向元件的动作区起过线路全长，即正方向区外的一段区域内发生故障时，

保护也发出允许信号；反方向立即停信的叫超范围允许式（POTT）。如由距离保护II或III段键控

发讯。

当连接片1-3合上2-4打开，由Zn发讯（或ZnD通过或门5键控发讯，称为POTT方式。

POTT方式：由ZK（或Zm）键控发讯，收到信号后，与Zn（或Zm）,起动与门1,经或门

2、或门3,与门4跳闸。

欠范围（PUTT）允许式多用于长线路。

超范围（POTT）允许式多用于短线路。

五、高频保护方框图

纵联保护由整定控制字选择是采用超范围允许式还是闭锁式，两者的逻辑有所不同，部分为起

动元件动作保护进入故障测量程序和起动元件不动作保护在正常运行程序两种情况。

图5-21闭锁式高频保护未起动时逻辑框图

1.闭锁式

一般与专用收发信机配合构成闭锁式高频保护，位置停信、其他保护动作停信、通道交换逻辑

等都由保护装置实现，这些信号都应接入保护装置而不接至收信机，即发信或停信只由保护发信接

点控制，发信接点动作即发信，不动作则为停信。

A：闭锁式高频保护未起动时逻辑见图5-21所示。

起动元件动作即进入故障程序，收发信机即被起动发闭锁信号；

1）反方向元件动作时，立即闭锁正方向元件的停信回路；

2）起动元件动作后，收信8ms后才允许正方向元件投入工作，反方向元件不动作，高频变化

量元件或高频零序元件任一动作时，停止发信。

3）当本装置其它保护（如工频变化量阻抗、零序延时段、距离保护）动作，或外部保护（母

线保护）动作跳闸时，立即停止发信，并在跳闸信号返回后，停信展宽150ms，但在展宽期间若反

方向元件动作，立即返回，继续发信；

4）三相跳闸固定回路动作或三相跳闸位置继电器均动作且无流时，始终停止发信；

5）区内故障时，正方向元件动作而反方向元件不动作，两侧均停信，经8ms延时高频保护出

口；装置内设有倒方向延时回路，该回路是为了防止区外故障后，在断合开头的过程中，故障功率

方向出现倒方向，短时出现一侧正方向元件未返回，另一侧正方向元件已动作而出现瞬时误动作而

设置的，如图5-17,本装置设于3QF、4QF二端，若图示短路点发生故障，1QF为负方向，

2QF为正方向，M侧发信，N侧停信；开关3QF跳开时，故障功率倒向可能使1QF为正方向，

2QF为负方向，如果M侧停信的速度快于N