继电保护讲义-线路的高频保护 (二)

线路的高频保护

一、高频保护的基本原理

线路的导引线保护单从动作的速度来讲，可以满足系统的要求，但是，它必须敷设与被

保护线路长度相同的辅助导引线，对于较长线路而言，从经济和技术的角度是难以实现的，

因此，导引线保护只能作为5~7km短线路的保护，在国外也只用于长度为30km左右的线

路。为了从高电压距离输电线路两侧瞬时切除全线路任一点的故障，可以采用基于线路导引

线保护原理基础上构成的高频保护。

高频保护是将测量的线路两侧电气量的变化转化为高频信号，并利用输电线路构成的

高频通道送到对侧，比较两侧电气量的变化，然后根据特定关系，判定内部或外部故障，以

达到瞬时切除全线路范围内故障的目的。

高频保护根据构成原理来分，主要有相差高频保护、方向高频保护和高频闭锁距离保

护以及高频闭锁零序电流保护

目前，我国220kv及以上的高压或超高压线路中广泛采用方向高频保护和高频闭锁距

离保护以及高频闭锁零序电流保护。

高频保护主要由故障判别元件和高频通道以及高频收、发信机组成，如图4-6所示。

-*)—发信机一高频通道一赢7——►由L，”

电气量一►继电保护.....................................继电保护--一电二史

*—收信机收信机一

图4-6高频保护的组成方框图

故障判别元件即继电保护装置，利用输入电气量的变化，根据特定关系来区分正常运

行、外部故障以及内部故障。高频收、发信机的作用是接收、发送高频信号。发信机必须对

所发信号进行调制，以使通过高频通道传输到被保护线路对侧的信号荷载保护所需要的信息,

收信机收到被保护线路两侧的信号后进行解调，然后提供给保护，作为故障判别的依据。高

频通道的作用是将被保护线路侧反应其运行特征的高频信叽传输的被保护线路的丹侧。

在电力系统中，通常利用输电线路间作高频通道，同时传输工频电流和保护所需信号，为了

便于区分，继电保护所需要的信号一般采用高频信号。由于高频信号荷载保护所需信息，因

此，高频信号被称为载波，高频保护乂被称为载波保护，载波信号一般采用40kHz~500kHz

的高频电流，若频率低于40kHz,受工频电流的干扰太大，且通道设备构成困难，同时载波

信号衰耗大为增加，频率过高，将与中波广播相互干扰。

1

二、高频通道

(-)高频通道的构成原理

电力系统中工频输电线路同时兼作高频通道。因此，需要对输电线路进行加工，即把

高频设备与工频高压线路隔离，以保证二次设备和人身安全。为了防止相邻保护间高频信号

的的干扰，影响保证保护动作的选择性，还需要对通道中的高频信号进行阻波，将其限制在

本保护范围内。通常将经高频加工的输电线路称为高频信号的载波通道，又称为“高频通道”

或简称“通道”。

高频信号是由载波机(收、发信机)将其送入通道的。目前载波机与高频通道的连接，

通常采用“相一地”制，或“相一相制两种连接方式。所谓“相一地”制J,就是通过结合设

备把载波机接入输电线路的•相与大地之间，构成高频信号的“相一地”通道，如图4-7(a)

图4-7利用输电线路传输高频信号的方式

(a)“相-地制”：(b)“相-相”制

1一高侦阻波器：2-橘合电容器：3—结合滤波器：4一高频收、发信机

所示。所谓“相一相”制，就是通过结合设备把载波机接入输电线路的两相之间，构成高频

信号的“相一相”通道，如图4-7(b)所示。两种接线方式特点各异，“相一地”制传输效

率低、高频信号衰减大、受干扰也大，但高频加工设备少、造价低，一般能够满足保护装置

的要求，而“相一相”制则相反。目前，我国的高频保护大多采用“相一地”高频通道，并

逐渐采用“相一相”高频通道。

2

图4-8所示为“相一地”高频通道的原理接线图，其中，高频加工设备包括高频阻波

器、耦合电容器、结合滤波器、高频电缆等。

1.高频阻波器

高频阻波器串接在输电线路

的工作相中。高频阻波器有单频阻

波器、双频阻波器、带频阻波器和

宽带阻波器等。在电力系统高频保

护中，广泛采用专用的单频阻波器。

高频阻波器电感绕组和调谐

电容构成并联谐振回路，调谐于高图4-8“相-地”制高频通道原理接线图

I一输电线路：2—高侦阻波器：3一相合电容器：4一结合逑波群:

频通道上的工作频率。此时，高频5一襦领电缆：6—保护间隙：7一接地开关；8—高频收、发信机:

9一保护；10—电客器

阻波器呈现最大的阻抗,约1000

0左右，如图4-9所示，因而高频信号限制在被保护线路以内。对工频电流而言，高频阻波

器的阻抗很小，只有约0.040,因而不会影响工频电流在输电线路上的正常传输。

2.耦合电容器

耦合电容器的电容量很小，对工频电流呈现出很大的容

抗，将工频线路的载波机进行有效的绝缘隔离。同时它与结合

滤波器组成带通滤波器，只允许此通带频率范围内的高频信号

通过，防止工频干扰等对高频保护的影响，并再次通过电磁隔

图4-9阻波器阻抗

离防止耦合电容器被击穿后工频高压侵入二次系统。与频率的关系

3.结合漉波器

结合滤波器是由一个可调的空心变压器、高频电缆和电容器组成。它与耦合电容器组

成的带通滤波器除上述作用外，还可以进行阻抗匹配。对于“相•地”制高频通道，输电线

路的输入阻抗约为400Q,高频电缆的输入阻抗约为100a,为了阻抗的匹配，空心变压器

的变比应取为2,这样，就可以避免高频信号在传输过程中产生反射，减小高频能量的附加

衰耗，使高频收信机收到的高频功率最大。

4.高频电缆

高频电缆是将主控室的高频收、发信机与户外变电所的带通滤波器连接起来的导线，

以最小的衰耗传送高频信号。虽然电缆的长度只有几百米，但其传送信号的频率很高，若采

用普通电缆，衰耗很大，因此，应采用单芯同轴电缆。同轴电缆就是中心的内导体为铜芯，

3

动作于跳闸。此比较方式使通道两侧的直流回路直接关联，因此也称为直流信号比较，它仅

仅是对被保护线路内部和外部故障的的判定，以高频信号的有无即可进行反应，因此对高频

通道的要求比较简单。

相差高频保护即采用直接比较方式，而方向高频保护和高频闭锁距离保护以及高频闭

锁零序电流保护则采用间接比较方式。

高频信号按所起的作用还可分为跳闸信号、允许信号、和闭锁信号，它们均为间接比

较信号。

(a)<b)<c)

图高频保护信号逻辑图

(a)跳闸信号；(b)允许信号：(c)闭锁信号

跳闸信号是指收到高频信号是高频保护动作于跳闸的充分而必要条件，即在被保护线

路两侧装设速动保护，当保护范围内短路，保护动作的同时向对侧保护发出跳闸信号，使对

侧保护不经任何元件直接挑闸，如图4-10(a)所示。为了保证选择性和快速切除全线路任

一点的故障，要求每侧发送跳闸信号保护的保护范围小『线路的全长，而两侧保护范闱之和

必须大于线路全长。远方跳闸式保护就是利用跳闸信号。

允许信号是指收到允许信号是高频保护动作于跳闸的必要条件。当内部短路时，两侧

保护同时向对侧发出允许信号，使两侧保护动作于跳闸，如图4-10(b)所示。当外部短路

四，近故障侧保护不发允许信号，对侧保护不动作。近故障侧保护则因判别故障方向的元件

不动作，因而不论对侧是否发出允许信号，保护均不动作于跳闸。

闭锁信号是指收不到闭锁信号是高频保护的动作于跳闸的必要条件，即被保护线路外

部短路时其中一侧保护发出闭锁信号，闭锁两侧保护。内部短路使，两侧保护都不发出闭锁

信号，因而两侧保护收不到闭锁信号，能够动作于跳闸，如图4-10(c)所示。

目前，我国生产的高频保护主要采用“短时发信”方式下的高频闭锁信号。

三、方向高频保护

(一)高频闭锁方向保护

1.高频闭锁方向保护的工作原理

高频闭锁方向保护利用间接比较的方式来比较被保护线路两侧短路功率的方向，以判

别是保护范圉内部还是外部短路。一般规定短路功率由母线指向线路为正方向，短路功率由

5

线路指向母线为负方向。保护采用短时发信方式，在被保护线路两侧均装设功率方向元件。

当保护范围外部短路时，近短路点一侧的短路功率方向是由线路指向母线，则该侧保护的方

向元件感受为负方向而不动作于跳闸，且发出高频闭锁信号，送至本侧及对侧的收信机；对

侧的短路功率方向则由母线指向线路，方向元件虽反应为正方向，但由于收信机收到了近短

路点侧保护发来的高频闭锁信号，这一侧的保护也不会动作于跳闸。因此，称为高频闭锁方

向保护。在保护范围内短路时，两侧短路功率方向都是由母线指向线路，方向元件均感受为

正方向，两侧保护都不发闭锁信号，保护动作使两侧断路器立即跳闸。

图4-11所示系统中，当BC线路上的k点发生短路时，保护3、4的方向元件均反应

图4-11高频闭锁信号方向保护原理说明图

为正方向短路，两侧都不发高频闭锁信号，因此，保护动作于断路器3、4瞬时跳闸，切除

短路故障。对于线路和CO而言，火点短路属于外部故障，因此，保护2、5的短路功率

方向都是由线路指向母线，保护发出的高频闭锁信号分别送至保护1、6,使保护1、2、5、

6都不会使断路器动作于跳闸。

这种按信号原理构成的保护只在非故障线路上传送高频信号，而故障线路上无高频信

号，因此，由于各种原因使故障线路上的高频通道遭到破坏时，保护仍能正确动作.

2.高频闭锁方向保护的原理接线

图4-12所示为高频闭锁方向保护的原理接线图，线路两侧各装半套保护，它们完全对

称，故以一侧保护说明其工作原理。保护装置主要由起动元件1、2,功率方向元件3组成。

起动元件有不同的灵敏度，起动元件I的灵敏度较高，用来起动高频发信机以发出高

图4-12高频闭锁方向保护原理接线图

频闭锁信号，而灵敏度较低的起动元件2则用来准备好断路器的跳闸回路。

6

功率方向元件3用于判别短路功率的方向。当短路功率的方向是母线指向线路时，判

别为内部故障，它动作；反之，判别为外部故障而不动作。

此外，中间继电器4用于内部故障时停止高频发信机发出高频闭锁信号。中间继电器5

是具有工作绕组和制动绕组的极化继电器，用于控制保护的跳闸回路。中间继电器5的工作

绕组在本端方向元件动作后供电，制动绕组则在收信机收到高频信号时由高频电流整流后供

电，其动作条件是制动绕城无制动作用，即收信机收不到高频闭锁信号，工作绕组有电流时

才能动作。这样，只有内部故障时•，两侧保护都不发高频闭锁信号的情况下，中间继电器5

才能动作，并经信号继电器6发出跳闸信号，同时将木侧断路器跳开。

下面将保护装置的工作过程给以说明。

（1）正常运行或过负荷运行时，两侧保护的起动元件都不动作，因此保护装置不会动作。

（2）外部故障时，如图4-11所示，线路8。上的A点短路时，对保护1、2与保护5、6

而言，均属干外部故障。以保护1、2为例，保护1的保路功率方向是由母线指向线路，其

功率方向元件感受的功率方向为正，保护2反应的功率方向元件为负。此时，图4-12两侧

保护的起动元件1、1'都动作，经中间继电器4、4f的常闭触点起动发信机，发信机发出

的高频闭锁信号一方面为自己的收信机接收，另一方面送到通道被对侧保护的收信机接收,

两侧收信机收到高频闭锁信号后，中间继电器5、5'的制动绕组中有电流，立即将两侧保

护闭锁。此时，起动元件2、2,也动作闭合其触点经己动作的功率方向元件3的触点使中

间继电器d动作，本侧保护的发信机停信，同时给中间继电器5的工作绕组充电，准备好了

跳闸回路；由于通过保护2的短路功率为负，其功率方向元件3,不动作，发信机不停信，

两侧保护收信机持续收到高频闭锁信号，两侧的中间继电器5、5,制动绕组中总有电流，

达不到动作条件，因此，保护一直处于闭锁状态。在外部故障切除、起动元件返回后，保护

复归。

（3）双侧电源供电线路内部短路时，两侧保护的起动元件1、2和1'、2,都动作，两

侧的发信机发信，首先闭锁保护，与此同时，两侧保护的功率方向元件3、3,动作，在中

间继电器4、4Z动作后，两侧发信机停信，开放保护，中间继电器5、5,达到动作条件，

将两侧断路器跳开。

（4）单侧电源供电线路内部短路时，受电侧的半套保护不工作，而电源侧保护的工作情

况与在双侧甩源供电线路内部短路时的工作过程相同，立即将电源侧的断路器跳闸。

（5）系统振荡时，在双侧电源振荡电流的作用下，两侧保护的起动元件可能动作，若功

率方向元件接在相电流和相电压或线电压上，且振荡中心位于保护范围内时，则两侧的功率

7

方向均为正，保护将会误动作。考虑到振荡时，系统的电气量是对称变化的，因此，在保护

中可以采用负序或零序功率方向元件，即可躲过系统振荡的影响。

由上述分析可知，在保护范围外部短路时，远离短路点i侧的保护感受的情况和内部故

障完全相同，此时，主要利用近短路点•侧的保护发出高频闭锁信号，来防止远离短路点侧

保护误动作，因此，外部短路时，保护正确工作的必要条件是近短路点一侧的保护必须发出

高频闭锁信号。为了确保远离短路点的保护在动作前能H靠收到对侧保护发出的高频闭锁信

号，就要求两侧保护起动元件的灵敏度相互配合，否则，保护就有可能误动作。

线路两侧保护采用两个不同灵敏度的起动元件相互配合，在保护范围外部短路时即可保

证两侧保护不误动作。假如两侧保护都采用一个起动元件，则在保护范围外部短路时，可能

出现近短路点•侧保护的起动元件不能动作，不发高频闭锁信号，而远离短路点•侧保护的

起动元件动作而造成保护误动作。如图4-13所示，假如线路A3每端只有一个起动元件，

其整走倘为/OP=100A,由干电流।一»八10().4_।

互感器和继电器都存在误差，因।(卜

此，两侧保护起动元件的实际动//'>

/左山2-r勺匕/尸1砒=E而图4-13起动元件灵敏度不相配合时

作电流可比不同，一般规，匕动作保护可能误动作说明

值的误差为±5%。若A侧保护

起动元件的动作电流为95A,B侧保护起动元件的动作电流为105A,当保护范围外部k点

短路时，流过线路44的疽路电流为人，正好满足954V/E05A时，4侧保护起动，“侧保

护起动元件不动作，不能发高频闭锁信号，导致A侧保护误动作。为此，线路两侧保护都

采用高、低定值的两个起动元件，如图4-12所示，以动作电流较小的起动元件I起动发信

机发高频闭锁信号，用动作较大的起动元件2准备跳闸，当保护范围外部短路时，远离短路

点一侧保护的起动元件2动作，近短路点一侧保护的起动元件1也一定动作，确保发出高频

闭锁信号，闭锁两侧保护，

保护起动元件2和1的动作电流/OP2与/OPI之比应按最不利的情况考虑，即侧电流互

感器误差为零，另一侧误差为10%：一侧保护起动元件的离散误差为+5%,另一侧为-5%,

则有

1+0.05

=1.23(4-13)

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

考虑一定裕度，保护高定值电流元件的动作值/OP2一般采用

8

I()P2=(L6~2儿川(4-14)

式中，保护低定值电流起动元件的动作值/OPI应按躲过王常运行时的最大负荷电流/La整

定，即

(4-15)

式中房日一可靠系数，取1.17.2：

Kr一返回系数，取0.85。

在远距离重负荷输电线路上，保护低动作起动元件按上述方法整定的动作电流值，往

往不能满足灵敏度要求，在此情况下，保护应采用负序电流起动元件，其动作电流值/2.OP1

应按躲过最大负荷电流/unax情况下的最大负序不平衡电流/2.unb.M整定，即

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

K,

通常，两侧保护的起动元件按相同的动作电流值整定。

高频闭锁方向保护采用了两个灵敏度不同的起动元件，通过配合、整定，可以保证保

护范围外部短路时可靠不误动作，但在内部短路时必须起动元件2动作后才能跳闸，因而降

低了整套保护的灵敏度，同时也使接线复杂化。此外，在外部短路时，远离故障点一侧的保

护，为了等待对侧发来的高频信号，必须要求起动元件2的动作时限大于起动元件1的动作

时限，从而降低了整套保护的动作速度。

3.远方起动高频闭锁方向保护

远方起动是指能收到对侧信号本侧未能起动发信机时，由收信机起动本次发信机。由

于发信机起动是收信机收到对侧发信机信号，因而称远方起动。远方起动可以防止纵联保护

单侧工作，还可以方便短时发信方式时高频通道的手动检查。

如图4-14所示为远方起动的高频闭锁方向保护原理框图。只有一个电流起动元件KA,

KA起动后，起动本侧发唁机,

发信机发出的高频信号传送至

对侧收信机后输出，经时间元

件小或门0、禁止门4将对

侧发信机远方起动。

保护工作情况分析如下:

图4/4远方起动的高频闭锁方向保护原理框图

9

（1）在双侧电源供电线路发生内部故障时，线路两侧的电流起动元件必和正方向负序

功率方向元件S+均动作。必经时间元件12、或门。、禁止门Al起动发信机。收信机收到高

频信号后，闭锁禁止门4并使发信机继续发信。由于两侧S+均动作，经与门A3使时间元件

力延时后，两侧禁止门4闭锁将发信机停信。两侧收信机收不到高频信号，上门开放使两

侧断路器沙跳闸。

在单侧电源供电线路发生内部故障时，电源侧发信机发信，对侧收信机收到高撅信号

后起动发信机发信，两侧A2门两侧闭锁保护。若受电侧。尸已跳开，则该侧。尸辅助常闭触

点QFi将A门闭锁，发信机不能远方起动，电源侧保力”3延时后跳闸。

（2）外部故障时，近故障侧的KA起动，S+不动作，4门不会使4门禁止，发信机持

续发信，两侧收信机收到高频信号后闭锁两侧保护。为了防止外部故障时靠近故障侧的KA

不动作，远离故障侧的必和S+起动而引起保护误动作，在，3延时内必须收到远方起动后对

侧发回的高频闭锁信号。；3延时应大于高频信号在高频通道往返一次的时间，即

4=2td+

式中加一高频信号沿通道单程传输一次的时间；

△「一欲度时间。

通常取f3=20ms。

外部故障切除后，两侧KA及远故障侧均返回。人延时返回，发信机停信，保护复归。

为了使发信机固定起动一段时间，如图4-14所示时间元件h应瞬时起动，延时返回。延时

时间即发信机固定发信时间，应大于外部故障可能持续的时间，通常取t3=5~7s。h延时后，

远方起动回路即可断开。

（二）负序方向元件和工频变化量方向元件构成的高频闭锁保护

在高频闭锁方向保护中，不论采用哪种起动方式，方向元件总是整个保护的核心，它

的性能对整个保护的速动性、灵敏性和可靠性起着决定性的作用。

在高压和超高压输电线路的高频闭锁方向保护中，对方向元件提出了很高的要求：①

能反应所有类型的故障；②在保护范围内和邻近线路上发生故障时，没有死区；③电力系统

振荡时不会误动作；④在正常运行状态下不动作。

方向元件的种类很多，主要有反应相间故障的方向元件、反应接地故障的方向元件、

同时反应相间和接地故障的方向元件，以及反应各种不对称故障的方向元件等。由负序功率

方向继电器构成以反应不对称故障的方向元件和工频变化量（突变量）原理的方向元件，能

10

够满足上述要求。

1、负序功率方向继电器构成的方向高频保护

对于三相对称故障，在其发生的初瞬总有一个不定称过程，在负序功率方向继电器上

增加•个短时记忆回路，就能反应三相故障，即使是完全对称的三相故障，采用三相滤序器

式负序功率方向继电器，其5~7ms的不平衡输出即可把短时动作记忆下来。

高频闭锁负序功率方向保护的原理接线如图4-15所示，它由以下元件组成：具有双向

动作的负序功率方向继电器KWN；带有延时返I可等中间继电器I；具有工作绕组和制动绕

组的极化继电器2以及出口继电器3。

当被保护线路处于正常运行状态时，没有负序短路功率存在，仅有负序漉过器的不平

衡输出，通过动作值的整定，

即可使负序功率方向继电器不

动作，因而保护也不会动作。

当保护范围外部发生故障

时，近故障点一侧的负序短路

功率为负，保护的负序功率方

向元件KWN的触点向上闭合,

经中间继电器1的电流绕组去

图4-15高频闭锁负序方向保护原理接线图

起动高频发信机，中间继电器

I的触点闭合后又经电阻R实现对高频发信机附加起动，发出高频闭锁信号，将两侧保护闭

锁。由于近故障点一侧的负序电压高，故保护负序功率方向元件KWN的灵敏度较高、向上

闭合触点的动作速度较快，因此能快速起动发信机发出高频闭锁信号。而远离故障点一侧的

短路负序功率虽然为正，但负序电压低.，保护负序功率方向元件KWN的灵敏度较低、向下

闭合触点去起动出口继电器3的动作速度也较慢，这样，保证出口继电器3制动电流的出现

先于工作电流，保证了闭锁作用的可靠实现。

当保护范围内部故障时，两侧的负序短路功率为正，保护的负序功率方向继电器KWN

的触点均向下闭合，两侧保护的极化继电器2仅工作绕组有电流，满足动作条件，其触点闭

合后起动中间继电器3去跳闸，切除故障。

当各种原因导致静稳定遭到破坏引起系统振荡时，由于没有负序功率，因此，负序功

率方向继电器及整套保护均不会误动作。而外部故障使动稳定遭到破坏引起系统振荡时，靠

近故障点一侧的负序短路功率方向为负，负序功率方向继电器能快速起动发信机发出高频闭

II

锁信号，闭锁两侧保护。

2、工频变化量方向元件

目前，高压线路微机保护中广泛采用工频变化量(突变量)原理的方向元件。以工频

正序和负序电压、电流变化量作为判据的方向元件，具有动作速度快、不受负荷电流和故障

类型影响的特点。

(1)工作原理

如图4-16所示，当电网发生故障时，根据叠加原理，其状态由正常运行状态和故障附

加状态叠加。如图4-16(c)所示，保护安装处工频变化量方向元件反应故障附加状态电压△〃、

电流△/的变化量，因此不受系统振荡和负荷电流以及过渡电阻的影响，有很高的灵敏度。

图4-16故障状态叠加原理

(a)故障状态；(b)正常运行状态；(c)故障附加状态

根据对称分量法，故障附加状态的正序故障附加状态如图4-17所示。通常系统正序阻

抗角和线路正序阻抗角取80°,则

如图4-17(a)所示，正方向故障时

arg丝^=-110°(4-17)

如图4-17(b)所示，反方向故障时

arg-80°(4-18)

可知，正序工频变化量功率方向元件正方向动作方程为

-110°<arg—A<-10°(4-19)

、1\

(2)正、反方向故障工频变化量方向元件和A2

如图4-17(a)所示，在大电源长线路末端故障时，由于Zsi较小，△么也较小，方向

12

元件的灵敏度可能不够。因此实际的_L频变化量功率方向继电器将电压量补偿到线路的某一

(a)(b)

图4-17正序故障附加状态

(a)正向故障附加状态；(b)反向故障附加状态

此外，系统和线路的负序阻抗角与止序近似相等，同时采用负序工频变化量可以进一

步提高继电器的灵敏度。

综上所述，工频变化量功率方向继电器正方向元件测量相角应取为

△42/、

①、=arg—(4-20)

△1\?Zd

正方向故障时*180。，功率方向继电器正方向元件动作；反方向故障时。+方0。,

功率方向继电器正方向元件不动作。

反方向元件AA测量相角应取为

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

△%Z1)

正方向故障时。一«0°,功率方向继电器反方向元件不动作；反方向故障时

(P.工180°,功率方向继电器反方向元件动作。

式中=必-A&ZM一经过补偿的正序、负序电压变化量综合分量，其中

Z创为补偿阻抗，当系统最大运行方式下

ZsjZL>0.5时取0,其他情况取工频变化量阻抗

整定值的一半；

13

Z。一模值为1的模拟阻抗，角度为系统阻抗角;

△九=△小+极一正序、负序电压变化量综合分量;

A/12=A/,+必力一正序、负序电流变化量综合分量，其中M为转换因子，根

据不同故障选择相应的值以提高灵敏度。

如图4-18(a)所示，Z*为系统正序阻抗，假设系统负序阻抗角与正序阻抗角相同，则

正方向故障时工频变化量正序、负序电压为

△A]=-AIlZsl(4-22)

2=—A/9ZS1(4-23)

△U12

=-(A/,+=-AZZ

=+M\U21251(4-24)

补偿正序、负序电压变化量综合分量

=AZ/12-bi尴con=—(A/12Z51+hia皈)

(4-25)

~一A‘12(ZS]+Z侬)

正方向元件△入测量相角

。+=arg

△hD

-A，i2(Zsi+Z.)_分—(Zsi+ZCOif)

=argA—_(43)

z)

=180°

功率方向继电器正方向元件△/；可靠动作。

反方向元件A2测量相角

arg^

中_=arg=arg

△口(4-27)

i1?zDZD

=o°

功率方向继电器反方向元件可靠不动作。

如图4-18(b)所示，Z1为线路至对侧系统正序阻抗，则正方向故障时工频变化量正

序、负序电压为

\U,=1AZ,1Zo：..1(4-28)

14

△〃2='I/s、(4-29)

△U12=>⑪、+必jj?=bi城短(4-30)

补偿正序、负序电压变化量综合分量

△"12=A"12一bi1?Zcon=bi\?Zsi-bi横coif

(4-31)

正方向元件△"+测量相角

。+=arg

&几2D

A，12(Z(]-Z«7W)_(Z1-Zg”)

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

△i1?ZDZD

0°

功率方向继电器正方向元件可靠不动作。

反方向元件测量相角

=arg

A77=arg7=arg

8一△11?Z])12Z。/D(4-33)

=180°

功率方向继电器反方向元件△£可靠动作。

以上分析未规定故随类型，因此工频变化量原理的方向元件在系统发生各种短路故障

时均能正确工作。

Zs

A瓦

(b)

(a)

图4-18故障附加状态

（a）正向故障附加状态：（b）反向故障附加状态

（3）工频变化量功率方向元件的构成

如图4/9所示为功率方向继电器构成方框图。由带通滤波回路输入电压工频分量。由

记忆回路记忆故障前的电压，与当前电压相减后形成工频变化量，因此从电压、电流输入端

15

到A〃；2，〃部分称为变化量形成器。

工频变化量形成后，分别由极性形成回路形成极性信号。极性信号的意义是当变化量

为正半波时“+”极性信号输出“1”态；当变化量为负半波时，极性信号输出“I”态。

极性信号形成后，的“+”信号与△九%的信号以及的“二与△九乙的

“+”信号分别经与门“2”和与门“1”得到同极性的信号，再经门电路“3”后由人积分、

12展宽，输出40~60ms的动作脉冲。

C筋

佟|419工频变化量方向继电器构成方框图

由工频变化量方向元件代替传统的负序功率方向维电器，所构成的方向高频保护可大

大提高保护的动作速度。目前，采用工频变化量方向元件的集成电路和微机方向高频保护保

护在我国应用很广。

四、高频闭锁距离保护。

距离保护是一种阶段式保护，特点是，瞬时段不能保护线路全长，延时段能保护线路

仝长旦具有后备作用，但动作有一定延时。在2204及以上电压等级的线路上，要求从两侧

瞬时切除线路全长范围内任一点的故障，显然，距离保护不能满足要求，高频闭锁方向保护

虽然能满足要求，但又不具有后备作用。为了兼有两者的优点，可将距离保护与高频闭锁部

分结合，构成高频闭锁距离保护，这样，既能在内部故阿时加速两侧的距离保护，使其瞬时

动作，又能在外部故障时利用高频闭锁信号闭锁两侧保护，同时还具有后备作用，因此，高

频闭锁距离保护是忖前高压和超高压输电线路上广泛采用的保护之一。

()高频闭锁距离保护的构成原理

高频闭锁距离保护主要由起信元件、停信元件和高频通道等组成。短时发信方式的高频

闭锁距离保护原理方框图如图4-2()(b)所示，其各元件作用