輸電線路的高頻保護

1、 輸電線路的高頻保護一、高頻保護的作用和分類二、高頻通道三方向高頻保護的作用原理四、相差動高頻保護的基本原理五、相差動高頻保護裝置1，高頻保護的作用和特點，高頻保護的作用和特點 在現(xiàn)代大型電力系統(tǒng)的超高壓遠距離輸電線路上，為了縮小故障造成的損壞程度，滿足系統(tǒng)并列運行穩(wěn)定性的要求，常常要求在線路兩側(cè)瞬時地切除被保護線路上任何一點的故障，即要求繼電保護能實現(xiàn)全線速動。 距離保護從原理上講，不能實現(xiàn)全線速動；而輸電線路的縱差動保護從原理上講，可以無時限地切除保護范圍內(nèi)的短路故障，但必須敷設(shè)專用的輔助導線，一般只能用于長度不超過10km的短線路。因此，為了快速切除超高壓、遠距離輸電線路的故障，利用輸電

2、線路傳遞代表兩側(cè)電量的高頻信號，以省去專用的輔助導線，這樣就構(gòu)成了高頻保護。高頻保護具有如下特點高頻保護具有如下特點： 1)在被保護線路兩側(cè)各裝半套高頻保護，通過高頻信號的傳送和比較，以實現(xiàn)保護的目的。保護范圍只限于本線路。 2)保護因有收、發(fā)信機等部分，接線比較復雜，價格比較昂貴。2 2高頻保護的分類高頻保護的分類 高頻保護按比較信號的方式可分為直接比較式高頻保護和間接比較式高頻保護兩類。 直接比較式高頻保護是將兩側(cè)的交流電量經(jīng)過轉(zhuǎn)換后直接傳送到對側(cè)去，裝在兩側(cè)的保護裝置直接對交流電量進行比較。如電流相位比較式高頻保護，簡稱相差動高頻保護。 間接比較式高頻保護:有高頻閉鎖方向保護、高頻閉鎖距

3、離保護、高頻遠方跳閘。 目前通常是利用輸電線路本身作為高頻通道，即在輸電線傳送50HZ工頻電流的同時，疊加傳送一個高頻信號(或稱載波信號)，高頻信號一般采用40300kHz的頻率，以便與輸電線路的工頻相區(qū)別。 輸電線可作為高頻通道。高頻通道的構(gòu)成有以導線的相與相之間構(gòu)成通路的“相一相”制和導線一相與大地間構(gòu)成通路的“相一地”制兩種方式。 前者需要的高頻加工設(shè)備多，不大經(jīng)濟，但信號傳輸衰耗小。后者則相反，需用加工設(shè)備少、經(jīng)濟，但衰耗較大。 我國主要使用后一種方式。二、高頻通道二、高頻通道 高頻通道就是指高頻電流流通的路徑，是用來傳送高頻信號電流的。目前廣泛采用的是輸電線路載波通道。如圖5-1中所

4、示2 2高頻閉鎖負序方向保護高頻閉鎖負序方向保護 利用負序功率可以反應(yīng)于各種不對稱短路，又不受系統(tǒng)振蕩的影響，對于三相短路，由于對稱短路的開始瞬間總有一個不對稱的過程，因此，只要負序方向元件能夠起動，并把它們的動作固定下來，則也是可以的。3 3方向高頻保護的作用原理方向高頻保護的作用原理 左圖為用功率方向元件啟動的高頻收發(fā)訊機方框原理圖。GFX為高頻發(fā)訊機，GSX為高頻收訊機。 當功率由線路流向母線時，S-有輸出，使該側(cè)發(fā)信機發(fā)信，送高頻信號至對側(cè)和本側(cè)收訊機，閉鎖斷路器跳閘回路。 當功率由母線流向線路時，S+動作,經(jīng)t2延時后輸出，若收不到對側(cè)閉鎖訊號，則接通斷路器跳閘回路跳閘。如圖所示，線

5、路BC的K點短路，因因BC兩側(cè)的功率都從母線流向線路，兩側(cè)S+動作, S-不動作，于是BC兩側(cè)發(fā)信機均不發(fā)信 ，當兩側(cè)收信機收不到高頻信號時；3QF和4QF經(jīng)t2延時跳閘。 對AB和CD線路來說，k點短路均為外部故障，這時流經(jīng)2QF和5QF的短路功率均從線路流向母線，(規(guī)定為負，以S-表示)。 2QF2QF和和5QF5QF側(cè)發(fā)信機側(cè)發(fā)信機發(fā)信，發(fā)信，于是1QF、2QF、5QF、6QF側(cè)的收發(fā)信機均能收到高頻信號，使保護閉鎖，直至K點故障切除，方向元件返回。 這種保護在故障線路上不傳送高頻信號，而只在非故障線路上才傳送高頻信號，因此，故障線路高頻通道破壞時，收不到對側(cè)閉鎖訊號，不會影響保護的正常

6、工作。 圖中tl延時返回的原因是在外部故障切除后，保證遠離故障側(cè)的發(fā)信機繼續(xù)收到高頻信號，使保護不誤跳閘。t2延時動作的原因是保證外部故障時，遠離故障側(cè)的發(fā)信機能在t2時間內(nèi)收信，使保護閉鎖，不誤跳閘。t2一般為1020ms。因此，在外部故障時，保護正確動作的必要條件是靠近故障點一端的高頻發(fā)信機必須起動，而如果兩端起動元件的靈敏度不相配合，就可能發(fā)生誤動作。4高頻閉鎖距離保護和高頻閉鎖零序保護的基本原理高頻閉鎖距離保護和高頻閉鎖零序保護的基本原理 高頻閉鎖方向保護可以快速地切除保護范圍內(nèi)部的各種故障，但卻不能作為變電所母線和下一條線路的后備保護。 至于距離保護，正如以前所講的，它只能在線路中間

7、6070的范圍內(nèi)瞬時切除故障，而在其余的3040長度的范圍內(nèi)要以一端帶有第段的時限來切除。由于在距離保護中所用的主要繼電器(如起動元件、方向阻抗元件等)都是實現(xiàn)高頻閉鎖方向保護所必需的，因此，在某些情況下，把兩者結(jié)合起來，做成高頻閉鎖的距離保護，使得在內(nèi)部故障時能夠瞬時動作，而在外部故障時具有不同的時限特性，起到后備保護的作用，就可以兼有兩種保護的優(yōu)點，并且能簡化保護的接線。高頻閉鎖零序保護的工作原理與高頻閉鎖距離保護相同，只需用三段式零序元件代替上述三段式距離元件并和高頻部分相配合即可實現(xiàn)。 設(shè)電流從母線流向線路為正，由線路流向母線為負。 被保護線路內(nèi)部短路時，如圖(a)所示，兩端電流IM與

8、IN都從母線流向線路，同為正方向。 iM與iN如圖，相位差=0，兩端保護動作。外部短路時，如圖(b)所示，IM從母線流向線路為正，IN從線路流向母線為負，相位差=180 ，兩端保護不動作。相差動高頻保護的基本原理相差動高頻保護的基本原理 五、相差動高頻保護、相差動高頻保護裝置裝置 相差動高頻保護裝置由繼電部分、收發(fā)信機、通道設(shè)備三部分組成。三者之間的邏輯關(guān)系如圖5-38所示。 保護的繼電部分由3個主要元件組成，即啟動元件、操作元件、比相元件、此外還有信號回路、出口回路及電源等輔助設(shè)備。1 1啟動元件啟動元件 為了在系統(tǒng)發(fā)生對稱及不對稱故障時保護都能正確反應(yīng)，裝置采用負序電流啟動元件和零序電流啟

9、動元件反應(yīng)不對稱故障；采用阻抗元件或相電流突變量元件加相電流元件2(用切換片QP切換)反應(yīng)對稱故障。 負序、零序電流啟動元件及相電流元件又都分低定值元件與高定值元件，相差高頻保護采用兩個靈敏度不同的過量繼電器作為啟動元件。低定值元件啟動發(fā)信，高定值元件啟動比相，準備好跳閘回路。2操作元件： 操作元件的作用是將輸電線路上的三相50Hz正弦電流轉(zhuǎn)變?yōu)?0Hz的方波電流，然后以此方波電流對發(fā)信機中的高頻電流進行操作。此方波電流稱操作電流，相差高頻保護是比較線路兩側(cè)電流 “I1+KI2” 的相位的保護。 當操作電流為負半周時，發(fā)信機不發(fā)信；當操作電流為正半周時，發(fā)信機發(fā)信，送出高頻信號。可見，操作電流

10、所形成的方波電流控制著高頻通道的通斷。因而斷續(xù)的高頻信號反應(yīng)了線路兩側(cè)電流的相位。(3)相位比較元件： 比相元件用于比較被保護線路兩側(cè)的電流相位。因為采用單頻率制，所以收信機同時接收兩側(cè)發(fā)信機發(fā)出的高頻信號。圖537說明線路內(nèi)外故障時，保護裝置從操作發(fā)信到收信、比相的工作情況。 線路外部故障時，如圖中a和b所示，兩端工頻操作電流相位相反。各端發(fā)信機均于工頻操作電流正半周時發(fā)信，于負半時停信，如圖中c和d所示， 因而兩端收信機收到的高頻信號是連接不斷的，如圖5-37中e所示。 經(jīng)邏輯電路，使收信機輸出電流為零，如圖中f 所示。 兩側(cè)繼電器線圈中均無電流通過，如g所示，故兩側(cè)保護均不動作。 當線路

11、內(nèi)部故障時，兩端工頻操作電流相位相同，兩端發(fā)信機均于工頻操作電流正半波時發(fā)信，于負半波時停信，兩端收信機均收到斷續(xù)信號，此時收信機輸出斷續(xù)的電流方波，經(jīng)邏輯電路，使兩側(cè)繼電器線圈中有電流通過，故保護動作跳閘。 總之，相差高頻保護是直接比較線路兩側(cè)電流相位的保護。內(nèi)部故障時，兩側(cè)電流同相；外部故障時，兩側(cè)電流相差180。相差高頻保護就是把電流相位的變化變成高頻信號，通過通道傳送到對側(cè)去進行比較的。當兩側(cè)電流相位相同時，保護無延時跳閘，當兩側(cè)電流相位相差180時，保護不跳閘。 開始比相時，兩側(cè)低定值啟動元件先已啟動收發(fā)信機，從而保證兩側(cè)高定值元件后啟動比相的正確性。 當內(nèi)、外部故障切除后，比相回路先停止，經(jīng)延時后，然后停止收發(fā)信機。若內(nèi)部故障比相成功，線路已切除；而外部故障時，比相回路先退出，這樣，不會因收不到對側(cè)高頻信號而誤動作。 從上面分析可見，相位比較實際上是在收信機中進行的。內(nèi)