高頻保護原理

1、高頻保護高頻保護原理與試驗原理與試驗2011-4-201開場白與本次培訓有關(guān)的話題，需要占用各位幾分鐘的寶貴時間，請大家多多包涵“為自己而學” “危機意識”百度、微軟、蘋果、諾基亞、三星、希捷、西數(shù)、日立“責任感”2一、高頻保護基本概念高頻保護（電力線載波縱聯(lián)保護）：利用輸電線路本身作為保護信號的傳輸通道，在輸送50Hz工頻電能的同時疊加傳送50300kHz的高頻訊號（保護測量信號），以進行線路兩端電氣量的比較而構(gòu)成的保護。 由于高頻通道干擾大，不能準確傳送線路兩端電量的全信息，因此一般只傳送兩端的狀態(tài)信息（如：方向，相位）。 高頻保護分類： 方向高頻：比較線路兩端功率方向（即要測U又要測I）

2、 相差高頻：比較線路兩端電流相位（只要測量I）3二、高頻通道構(gòu)成原理1、阻波器（L、C組成的并聯(lián)電路）：通工頻，阻高頻 * 對高頻：并聯(lián)諧振，呈大阻抗，不能通過，限制在本段輸電線內(nèi)。 * 對工頻：無諧振，呈小阻抗，能順利通過，不影響工頻電量傳輸。 2、結(jié)合電容器：其電抗Xc=1/(C)；通高頻，阻工頻。 （同時起到隔離高壓線路與高頻收發(fā)訊機的作用） 3、連接濾波器（由可調(diào)空心變和高頻電纜側(cè)電容組成） * 結(jié)合電容器+連接濾波器 帶通濾波器 （提取所需高頻信號，濾除其余高頻干擾） 4* 為消除高頻波反射，減小高頻能量損耗，帶通濾波器的波阻抗： 輸電線側(cè)與輸電線波阻抗（400）匹配 高頻電纜側(cè)與電

3、纜波阻抗（100）匹配 * 接地刀閘6用于檢修連接濾波器。 4、高頻電纜 5、高頻收、發(fā)訊機 * 發(fā)訊機：由繼電保護控制 發(fā)訊方式分：故障發(fā)訊； 長期發(fā)訊。 * 收訊機：可收到對端（閉鎖式也可收到本端）發(fā)訊機所發(fā)高頻訊號。按所收高頻信號的性質(zhì)可分為： 閉鎖信號；允許信號；跳閘信號。5 高頻通道構(gòu)成示意圖6三、高頻通道的工作方式和高頻信號的作用 高頻通道的工作方式可以分為經(jīng)常無高頻電流和經(jīng)常有高頻電流兩種方式，或者說故障時發(fā)信和長期發(fā)信兩種方式。在這兩種工作方式中，以其傳送的信號性質(zhì)為準，又可以分為傳送閉鎖信號、允許信號和跳閘信號三種類型。閉鎖信號所謂閉鎖信號就是指：“收不到這種信號是高頻保護動

4、作跳閘的必要條件”。7允許信號所謂允許信號就是指：“收到這種信號是高頻保護動作跳閘的必要條件”跳閘信號所謂跳閘信號就是指：“收到這種信號是保護動作于跳閘的充分而必要條件”。必須注意將“高頻信號”和“高頻電流”區(qū)別開來。所謂高頻信號是指線路一端的高頻保護在故障時向線路另一端的高頻保護所發(fā)出的信息或命令。因此，在經(jīng)常無高頻電流的通道中，當故障時發(fā)出的高頻電流固然代表一種信號，但在經(jīng)常有高頻電流的通道中，當故障時將高頻電流停止或改變其頻率也代表一種信號，這一情況就表明了“信號”和“電流”的區(qū)別。8四、閉鎖式方向高頻保護1、基本原理（平時無訊，外部故障時發(fā)訊機發(fā)閉鎖訊號）反方向：不停訊正方向：停訊方向

5、判別元件保護啟動元件啟訊元件啟動元件9閉鎖式方向高頻保護示意圖10(1)系統(tǒng)正常：啟動元件不啟動，保護不動。 (2)本線路外部短路（d2）： 兩端啟訊元件啟動發(fā)訊機發(fā)訊，靠近故障點端的保護判為反方向而不停訊，該端高頻閉鎖訊號閉鎖兩端保護。 (3)本線路內(nèi)部短路（d1）： * 兩側(cè)皆有電源時：兩端啟訊元件首先啟訊，兩端保護啟動元件皆啟動，方向元件皆判為正方向使兩端皆停訊，則兩端保護動作跳閘。 11* 單側(cè)有電源時：無電源端保護不動；有電源端啟訊元件首先啟訊，保護啟動元件啟動，方向元件判為正方向而停訊，則有電源端保護動作跳閘。 (4)閉鎖式方向高頻保護優(yōu)點：內(nèi)部短路并伴隨高頻通道破壞時，仍可正確跳

6、閘。122、閉鎖式普通方向高頻保護 (1) 構(gòu)成 靈敏元件1LJ：啟動發(fā)訊機（整定值?。?不靈敏元件2LJ：啟動跳閘回路（整定值大， Id z . 2 L J =(1.62.0)Idz.1LJ ） 方向元件GJ：正方向（母線線路）：動作于停訊 反方向（線路母線）：不動作 13閉鎖式普通方向高頻保護結(jié)構(gòu)示意圖14(2) 采用兩個啟動元件的作用 * 如果用一個啟動元件LJ來代替1LJ和2LJ （啟訊與保護啟動公用） 若兩端啟動元件誤差造成：Idz.LJ.A Idz.LJ.B 當B端外部遠處短路時，可能出現(xiàn)：Idz.LJ.A Id Idz.LJ.B ，則： 靠近短路點端的保護B（為反方向）： LJ不

7、啟動，保護不動但也發(fā)不出閉鎖訊號。 遠離短路點端的保護A（為正方向）： LJ啟訊，但GJ啟動后停訊，則保護誤動。15用兩個啟動元件1LJ，2LJ：Idz.2LJ =(1.62.0)Idz.1LJ 若B端外部遠處短路時出現(xiàn)：Idz.1LJ.AIdIdz.1LJ.B ， 必有：IdIdz.2LJ.A且IdIdz.2LJ.B，即兩端的2LJ皆不啟動保護。 盡管發(fā)不出閉鎖訊號，保護也不會誤動。 若B端外部遠處短路時出現(xiàn)：Idz.2LJ.AId Idz.1LJ.A且IdIdz.1LJ.B，兩端的1LJ皆可正常啟訊。 靠近短路點的B端（反方向不停訊）發(fā)出的閉鎖訊號閉鎖兩端保護。16單一啟動元件的高頻保護結(jié)

8、構(gòu)示意圖17(3)時間元件的作用*展寬t1（100ms）： 防止外部d2點短路被切除后，本線路靠近d2點的B端保護先返回（閉鎖訊號先消失），遠離d2點的A端保護后返回，導致A端保護誤動。 *延時t2（7ms）：防止外部d2點短路時，由于線路的傳輸延 遲，靠近d2的A端發(fā)出的閉鎖訊號尚未到達遠離d2點的B端 造成B端保護誤動。（雖有7ms延時，仍屬于速動保護）18(4)系統(tǒng)振蕩時：I1LJ，2LJ啟動，若振蕩中心位于保護 范圍內(nèi)，兩端功率皆為正，保護將誤動（若采用負序、零 序功率方向元件可不受振蕩影響）。 (5)普通方向高頻保護缺點：靈敏度和動作速度受限制，且系 統(tǒng)振蕩時可能誤動。193、閉鎖式

9、負序（零序）方向高頻保護(1)工作情況*正常運行時：無負序電流I2，Y1被閉鎖，保護不動。 *外部故障時： 近故障點端保護的負序方向 S2為(-)，JZ1啟動發(fā)閉鎖訊號， 兩端皆收到信號兩端JZ2被閉鎖兩端保護不動。 （遠故障點端保護的負序方向S2為(+)，Y1啟動，但在t2延時到達之前已收到閉鎖信號而被閉鎖）20* 內(nèi)部故障時： 兩端負序方向S2為(+) JZ1被閉鎖不發(fā)訊，無閉鎖訊號 Y1啟動JZ2動作出口跳閘。 * 發(fā)生三相對稱故障時，初瞬間存在負序分量，由t3展寬將動 作信號保持40-60ms，故三相對稱故障仍能正確動作。21閉鎖式負序（零序）方向高頻保護示意圖22(2) 優(yōu)點：不需兩

10、個啟動元件且反映負序分量動作靈敏、動 作迅速，不受系統(tǒng)振蕩影響。(3) 針對接地短路，可采用閉鎖式零序方向高頻保護，原理及構(gòu)成與閉鎖式負序方向高頻保護類似，一般采用相電流突變量（或零序III段等）作為高頻保護啟訊元件（啟動閉鎖訊號），采用零序方向元件作為高頻保護的方向判別元件(正向停訊，反向不停訊)。234、閉鎖式高頻距離保護 * 以無方向性或無完全方向性的ZIII（全阻抗ZKJ或偏移特性阻抗ZKJ）作為高頻部分的啟訊元件。* 以具有完全方向性的ZII（方向ZKJ）作為高頻部分的方向判別元件。ZI為獨立的方向阻抗特性的距離I段元件。(1)外部故障時：兩端ZIII啟動，先發(fā)閉鎖訊號。 遠故障點端

11、的ZII動作（正向），閉鎖JZ1，停訊。 近故障點端的ZII不動（反向），不停訊。 兩端皆可收到閉鎖訊號JZ2不動（高頻出口不動）。24閉鎖式高頻距離保護示意圖25對遠故障點的保護： 若故障點在ZII范圍內(nèi)，距離II段經(jīng)tII延時動作；若在ZIII范圍內(nèi)，距離III段經(jīng)tIII延時動作（起后備保護作用）。(2)內(nèi)部故障時：兩端ZIII啟動，先發(fā)閉鎖訊號。 兩端的ZII動作(正向保護區(qū)內(nèi))，閉鎖兩端JZ1，停止發(fā)訊，兩端皆收不到閉鎖訊號JZ2動作保護瞬時動作跳閘。 若故障點在ZI范圍內(nèi)，還可由距離I段ZI瞬時動作跳閘* 為了判別方向，ZII一定采用方向阻抗元件 。* 為了確保外部短路時保護不誤動

12、，任一端的ZIII必須在反方向具有保護范圍，且保護范圍至少涵蓋對端ZII延伸出來的保護范圍。26五、允許式方向高頻保護特點介紹允許式不足：本線內(nèi)部故障并伴隨著通道破壞時，保護將拒動。解決措施： (1) 采用相-相耦合,雙頻制（閉鎖式采用相-地耦合,單頻制），則針對出現(xiàn)幾率較大的單相接地故障，通道不會被破壞。(2) 針對相間故障（正好是用做高頻通道的兩相故障，則通道很可能被破壞），采用解除閉鎖式（相當于增加了一個小的閉鎖式高頻）： * 平時發(fā)監(jiān)頻訊號（監(jiān)視通道完好，監(jiān)頻訊號采用單頻制） 27* 出現(xiàn)相間故障：若判為反方向，則仍發(fā)監(jiān)頻信號；若判為正方向，則停監(jiān)發(fā)允（停監(jiān)頻訊號，發(fā)允許信號）。 判為

13、相間故障時，任一端動作條件： 本端為正方向； 監(jiān)頻信號消失。允許式方向高頻保護反措示意圖28六、相差高頻保護1、相差高頻基本原理 規(guī)定電流正方向：保護安裝處母線被保護線路 29假設(shè)： 與 同相，且線路阻抗角皆為d ，則： 外部短路時： 與 相位差=180 內(nèi)部短路時： 與 相位差=0發(fā)訊機受操作元件控制：電流正半周發(fā)訊，負半周不發(fā)訊MENEMINIMINI30可見：外部短路時，兩端收到連續(xù)的高頻閉鎖信號。 內(nèi)部短路時，兩端收到間斷的高頻閉鎖信號。 （間斷角：180）。實際上：內(nèi)部短路時，兩端電流 與 一般不完全同相 間斷角t1，保護動作； 外部故障時：間斷時間t1，保護不動 展寬t2：保證內(nèi)部

14、短路時有一個連續(xù)的出口動作信號322、相差高頻保護原理接線：331LJ，3LJ：正、負序靈敏元件(低定值)，用于啟動發(fā)訊機。(平時無訊,故障發(fā)訊)2LJ，4LJ：正、負序不靈敏元件(高定值)， 用于啟動比相元件XB。 I1+KI2：綜合過濾器,作為控制發(fā)訊機的操作 元件（正半周發(fā)訊,負半周停訊）343、相差高頻保護相位特性和相繼動作* 外部短路時， 與 不完全反相有一定間斷角： 7(TA最大角誤差)+15(保護本身最大角誤差)=22 線路傳輸延時角誤差： (6/每100km) 取閉鎖角：b= 22+l+y (y：裕度角) 故相位比較元件XB的延時t1=b/ (：工頻)MINIlkml10063

15、5內(nèi)部短路時， 與 不完全同相間斷角：180- （假設(shè) 超前 ：）考慮到線路傳輸角誤差l ，則： MINIMINI36 M側(cè)：間斷角為180-l ，l 間斷角b ，N側(cè)保護動作N側(cè)保護動作后，停訊M側(cè)只收到本側(cè)訊號，出現(xiàn)180間斷角而動作。 故：N側(cè)先動，M側(cè)后動-出現(xiàn)相繼動作。37七、系統(tǒng)中常見的幾種線路縱聯(lián)保護超高壓線路都配置有線路縱聯(lián)保護，實現(xiàn)全線快速切除各種類型的短路故障。以華中電網(wǎng)為例，500KV線路均使用允許式和混合式，220KV省網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線采用允許式和閉鎖式。（一）、超范圍允許式縱聯(lián)保護（一）、超范圍允許式縱聯(lián)保護超范圍是指構(gòu)成線路縱聯(lián)保護的保護裝置中的方向元件（包括零序、負序功

16、率方向）的保護范圍大于線路長度，而方向阻抗保護范圍要大于線路長度1.31.5倍。載波通道中采用的允許式信號，為了提高允許信號抗干擾能力，采用移頻健控（FSK）式傳輸方式。 38（二）、欠范圍允許式縱聯(lián)保護（二）、欠范圍允許式縱聯(lián)保護欠范圍允許式縱聯(lián)保護除故障判別元件的保護范圍小于線路長度外，其它與超范圍允許式縱聯(lián)大致相似。欠范圍允許式測量元件不采用功率倒向，因采用段方向阻抗，其保護約為0.8XL，即所謂欠范圍。當短路故障發(fā)生在線路外部時，兩端段方向阻抗均不動作；而在線路內(nèi)部故障時，總有一端段方向阻抗動作先跳閘并起動發(fā)信到對端，對端段方向阻抗收到允許信號，故障測量元件同時動作才跳閘。 39（三）

17、、閉鎖式縱聯(lián)保護（三）、閉鎖式縱聯(lián)保護閉鎖式方向（距離）縱聯(lián)保護的工作方式是被保護線路區(qū)外F2點短路故障時，靠近故障點F2的M端方向元件D+判斷為反方向，M端保護不跳閘，故障判別元件FD立即發(fā)出閉鎖信號至N端，遠離故障點F2的N端D+判斷為正方向，收到閉鎖信號后立即閉鎖保護不能跳閘，區(qū)外故障收到的閉鎖信號是制止保護動作的。40被保護線路區(qū)內(nèi)F1點短路故障時，兩端故障判別元件起動發(fā)信至對端，兩端方向元件D+都判斷為正方向，一方面做好跳閘準備，另一方面作用于發(fā)信機停信，兩端都收不到閉鎖信號，于是兩端正方向組件均作用于跳閘。無閉鎖信號是保護作用于跳閘的必要條件，且正方向元件動作是充分條件，兩條件同時

18、滿足就作用于跳閘，兩條件缺一就制止保護作用于跳閘。41（四）、混合式縱聯(lián)保護（四）、混合式縱聯(lián)保護它是從國外進口保護裝置而帶來的新名詞，它是從國外進口保護裝置而帶來的新名詞，實際上是從超范圍允許式縱聯(lián)保護在單實際上是從超范圍允許式縱聯(lián)保護在單（弱）電源線路應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)相間短路（弱）電源線路應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)相間短路時可能拒動而設(shè)計的，專門解決這種線路時可能拒動而設(shè)計的，專門解決這種線路故障的附加保護故障的附加保護即弱電源保護中含有即弱電源保護中含有弱電源轉(zhuǎn)發(fā)允許信號至送端演變而來，國弱電源轉(zhuǎn)發(fā)允許信號至送端演變而來，國內(nèi)使用這種保護叫做混合式縱聯(lián)保護。內(nèi)使用這種保護叫做混合式縱聯(lián)保護。這種弱電源

19、轉(zhuǎn)發(fā)回路（又稱弱電反饋回路）與我國四統(tǒng)一設(shè)計的閉鎖式方向縱聯(lián)保護中遠方起動發(fā)信回路極其相似，實際上弱電源轉(zhuǎn)發(fā)就是遠方起動發(fā)信。42但是這兩種回路設(shè)置的目的和作用完全不同，弱電源轉(zhuǎn)發(fā)回路能解決單電源線路區(qū)內(nèi)短路可靠跳閘問題，而閉鎖式方向縱聯(lián)保護中的遠方起動發(fā)信回路是在線路區(qū)外短路故障時，近故障點端若故障判別起動回路異常不能起動發(fā)信時，防止遠離故障點端保護誤動。前者轉(zhuǎn)發(fā)的允許跳閘信號，后者是制止保護跳閘信號。實質(zhì)上弱電源轉(zhuǎn)發(fā)回路在形式上與遠方起動發(fā)信回路很相似。允許式含有弱電源轉(zhuǎn)發(fā)稱為混合式，這就是混合式縱聯(lián)保護名詞的來由。43（五）、分相式電流縱聯(lián)差動保護（五）、分相式電流縱聯(lián)差動保護線路分相電

20、流差動保護是采用光纖作為線線路分相電流差動保護是采用光纖作為線路兩端電流數(shù)據(jù)交換的通道，線路兩端的路兩端電流數(shù)據(jù)交換的通道，線路兩端的電流數(shù)據(jù)實現(xiàn)主、從方式嚴格同步。光纖電流數(shù)據(jù)實現(xiàn)主、從方式嚴格同步。光纖傳輸?shù)男盘柺悄M量，而不是像其它通信傳輸?shù)男盘柺悄M量，而不是像其它通信通道傳輸?shù)拈_關(guān)量。通道傳輸?shù)拈_關(guān)量。利用光纖將線路兩端保護之間用電流量直利用光纖將線路兩端保護之間用電流量直接聯(lián)系起來，所謂差動縱聯(lián)保護是利用光接聯(lián)系起來，所謂差動縱聯(lián)保護是利用光纖（也可用微波）通道將本端的電流波形纖（也可用微波）通道將本端的電流波形（幅值和相位）信號傳送到對端，每端保（幅值和相位）信號傳送到對端，每端

21、保護根據(jù)兩端電流的相位和幅值比較結(jié)果來護根據(jù)兩端電流的相位和幅值比較結(jié)果來區(qū)分是區(qū)外還是區(qū)內(nèi)短路故障區(qū)分是區(qū)外還是區(qū)內(nèi)短路故障。44八、具有高頻保護 800系列裝置1WXH801（A）縱聯(lián)方向保護：）縱聯(lián)方向保護：具有帶補償?shù)恼蚬收戏至康目v聯(lián)方向保護（作為主保護）；具有三段式相間距離及接地距離保護；六段式零序方向電流保護或反時限零序電流保護（作為后備保護）；重合閘功能。2WXH802(A)縱聯(lián)距離保護：縱聯(lián)距離保護：具有縱聯(lián)綜合距離保護（作為主保護）；后備保護及重合閘功能和801(A)相同。以上適用于220KV及以上系統(tǒng)的線路保護45九、如何進行高頻保護試驗以WXH-802A裝置為例，由于無

22、收發(fā)信機配合，單臺WXH-802A裝置只能做允許式高頻保護試驗。開入插件的827 端子為縱聯(lián)保護的收信輸入。 開入插件的830 端子對閉鎖式通道，為收發(fā)信機的 3dB告警接點輸入，用于通道交換時監(jiān)視通道狀態(tài)；對允許式通道，830 端子定義為導頻消失輸入，當不采用解除閉鎖方式時，該端子不接。4647開入電源為直流220V或110V；其正電源連接到開入節(jié)點的公共端，負電源接到831832端子。 807是起動通道試驗輸入， 用于閉鎖式手動起動通道交換， 一般在屏上設(shè)置通道試驗按鈕，允許式該輸入不接。48信號及出口插件的端子917928 為發(fā)信繼電器。當用于閉鎖式時，發(fā)信繼電器動作則啟動收發(fā)信機發(fā)信，

23、發(fā)信繼電器返回收發(fā)信機應(yīng)停信；用于允許式時，發(fā)信繼電器動作則發(fā)允許命令。閉鎖式、允許式的選擇由定值中的整定控制字確定；裝置給出多組接點，一組與通道設(shè)備連接，其它接點可用于記錄等。49如圖所示， I A 、 I B 、 I C 、 3I 0 ，分別為三相電流和零序電流輸入， U A 、 U B 、 U C為三相電壓輸入； U X為重合閘中檢無壓、檢同期元件用的電壓輸入。將以上各量 分別由博電測試儀的I A 、 I B 、 I C 、 U A 、 U B 、 U C 、 U X引出到裝置交流插件上，注意電流端子202、204、206、208需短接在一起，并將博電測試儀的IN接到電流端子207上。5

24、051將開入電源接端子917,同時將端子918與端子827短接。投入縱聯(lián)硬壓板801及其對應(yīng)的軟壓板、控制字。按照定值清單及整定說明，設(shè)置高頻保護為允許式，就可以使用博電整組測試功能進行試驗了請注意以下定值：1. 突變量啟動定值：根據(jù)負荷電流變化的具體情況整定。一般推薦整定為 0.2 In。對于負荷變化劇烈的線路（如電氣化鐵路、軋鋼、煉鋁等） ，可以適當提高定值以免裝置頻繁啟動，定值范圍為 0.05In0.5In。 2. 零序輔助啟動定值：按躲過最大零序不平衡電流整定，定值范圍為 0.05In0.5In。 3. TA 變比：按線路實際情況整定，如 TA 變比為 1250/5，則應(yīng)整定為 250。 524. 零序電抗補償系數(shù) X K ，零序電阻補償系數(shù) R K : 根據(jù)線路實際參數(shù)，按下式分別整定： 其中X0 和X1 分別為線路的零序和正序電抗； R0 和R1 分別為線路的零序和正序電阻。 5. 縱聯(lián)