第四章-高頻保護(hù)

第四章高頻保護(hù)高頻保護(hù)是利用輸電線路本身作為傳送高頻信號的通道，以比較被保護(hù)線路兩端的電氣量，從而實(shí)現(xiàn)全線速動的保護(hù)。本章重點(diǎn)討論高頻閉鎖方向保護(hù)和相差動高頻保護(hù)的基本工作原理第一節(jié)高頻保護(hù)的基本概念在220kV及以上電網(wǎng)中，為了保證系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高輸送功率，減少故障損失，往往要求繼電保護(hù)能無延時地切除線路上任一點(diǎn)故障，即要求繼電保護(hù)能實(shí)現(xiàn)全線速動。由于電流保護(hù)和距離保護(hù)都是只反映線路一側(cè)電氣量的變化，因而無法實(shí)現(xiàn)全線速動。為此，提出了高頻保護(hù)。高頻保護(hù)是將線路兩端的電氣量（電流相位或功率方向）轉(zhuǎn)化為40～500kHz的高頻信號，然后利用輸電線路本身構(gòu)成高頻電流通道，將高頻信號傳送至對端，再進(jìn)行兩端電氣量（電流相位或功率方向）的比較，以決定是否應(yīng)該動作的保護(hù)。一、高頻保護(hù)的組成高頻保護(hù)由繼電部分、高頻收發(fā)信機(jī)和高頻通道三部分構(gòu)成，其構(gòu)成框圖如圖4－1所示。（1）繼電部分：一是將本側(cè)的相關(guān)電氣量傳送到發(fā)信機(jī)；二是將收信機(jī)收到并解調(diào)后的電氣量信號進(jìn)行比較，決定保護(hù)是否動作。（2）高頻收發(fā)信機(jī)：發(fā)信機(jī)是將本側(cè)相關(guān)電氣量轉(zhuǎn)換成高頻信號發(fā)送到對側(cè)；收信機(jī)是將收到的對側(cè)高頻信號解調(diào)出電氣量信號送給繼電部分。（3）高頻通道；用于傳輸高頻信號。

二、高頻通道的構(gòu)成目前廣泛采用的是“導(dǎo)線－大地”制高頻通道，其構(gòu)成如圖所示：主要組成元件有：高頻阻波器、結(jié)合電容器、連接濾波器、

高頻電纜、保護(hù)間隙、接地刀閘、高頻收、發(fā)信機(jī)。高頻阻波器的作用高頻阻波器是由電感線圈和可調(diào)電容組成的并聯(lián)諧振回路，串接在線路兩端的工作相中，其諧振頻率就是通道所用的載波頻率。使高頻電流信號被限制在被保護(hù)線路以內(nèi)，而不能穿越到相鄰線路中去。結(jié)合電容器的作用結(jié)合電容器是將高頻電流耦合到高壓輸電線路上的連接設(shè)備。對工頻電流呈現(xiàn)很大的阻抗，使高頻收發(fā)信機(jī)與工頻高壓輸電線路絕緣；而對高頻電流呈現(xiàn)很小的阻抗，可使高頻信號順利通過。連接濾波器的作用連接濾波器是由一個可調(diào)節(jié)的空心變壓器和連接至高頻電纜一側(cè)的電容器組成。連接濾波器與結(jié)合電容器共同構(gòu)成一個帶通濾波器，使所需頻帶的高頻電流能順利通過。高頻電纜、保護(hù)間隙及接地刀閘的作用高頻電纜是將位于室外的連接濾波器與位于主控制室內(nèi)的高頻收發(fā)信機(jī)連接起來。保護(hù)間隙與連接濾波器的一次繞組并聯(lián)，用以保護(hù)高頻電纜和高頻收發(fā)信機(jī)免受過電壓侵襲。接地刀閘是在檢修或調(diào)試高頻收發(fā)信機(jī)和連接濾波器時，用于安全接地，以保證人身和設(shè)備的安全。高頻收發(fā)信機(jī)的作用高頻收發(fā)信機(jī)是用以發(fā)送和接收高頻信號的。高頻發(fā)信機(jī)部分由繼電部分控制，通常是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，繼電部分起動之后它才發(fā)出信號。由高頻發(fā)信機(jī)發(fā)出的高頻信號，通過高頻通道輸送到對端，被對端的高頻收信機(jī)所接收，同時也被本端的高頻收信機(jī)所接收。高頻收信機(jī)接收到本端和對端所發(fā)送的高頻信號，再經(jīng)過比較判斷后，從而決定保護(hù)是否動作跳閘。三、高頻通道的工作方式經(jīng)常無高頻電流方式（故障時發(fā)信方式）：在正常運(yùn)行時，高頻通道中無高頻電流通過，只在線路故障時才起動發(fā)信機(jī)發(fā)信。因此，高頻電流代表高頻信號。經(jīng)常有高頻電流方式（長期發(fā)信方式）：在正常運(yùn)行時，高頻通道中就有高頻電流通過。因此，高頻電流的消失代表高頻信號。移頻方式：在正常運(yùn)行時，高頻發(fā)信機(jī)發(fā)出頻率為f1的高頻電流，用以監(jiān)視通道及閉鎖保護(hù)。在線路發(fā)生故障時，保護(hù)裝置控制發(fā)信機(jī)停止發(fā)出頻率為f1的高頻電流，改為發(fā)出頻率為f2的高頻電流。因此，頻率為f2的高頻電流代表高頻信號。四、高頻信號的分類閉鎖信號：只有當(dāng)本端保護(hù)動作，同時又收不到閉鎖信號時，則動作于跳閘。因此，收不到閉鎖信號是保護(hù)動作于跳閘的必要條件。允許信號：只有當(dāng)本端保護(hù)動作，同時又有允許信號，則動作于跳閘。因此，收到允許信號是保護(hù)動作于跳閘的必要條件。跳閘信號：不管本端保護(hù)是否起動，只有收到對端發(fā)來的跳閘信號，則動作于跳閘。因此，收到跳閘信號是保護(hù)動作于跳閘的充分而必要條件。

第二節(jié)高頻閉鎖方向保護(hù)高頻閉鎖方向保護(hù)是通過高頻通道間接比較被保護(hù)線路兩端的功率方向，以判別是被保護(hù)線路內(nèi)部故障還是外部故障。目前廣泛采用的高頻閉鎖方向保護(hù)，是以高頻通道經(jīng)常無高頻電流而在外部故障時發(fā)出閉鎖信號的方式構(gòu)成的，該閉鎖信號由短路功率功率方向?yàn)樨?fù)的一端發(fā)出，并被兩端的收信機(jī)所接收，而把保護(hù)閉鎖，因此稱為高頻閉鎖方向保護(hù)。一、高頻閉鎖方向保護(hù)的基本工作原理例如：對于故障線路BC：兩端的功率方向?yàn)檎?，兩端都不發(fā)閉鎖信號，因此保護(hù)3和4瞬時動作于跳閘。對于非故障線路AB、CD：靠近故障點(diǎn)一端的功率方向?yàn)樨?fù)，則該端的保護(hù)2和5發(fā)出閉鎖信號，此信號一方面被自己的收信機(jī)接收，同時經(jīng)過高頻通道被對端的收信機(jī)收到，使得保護(hù)1、2和5、6都被閉鎖。

二、電流啟動的高頻閉鎖方向保護(hù)原理框圖：1、主要組成元件啟動元件：用以故障時起動發(fā)信機(jī)發(fā)出閉鎖信號。其中，（1）靈敏度較高的啟動元件，用以起動發(fā)信機(jī)發(fā)出閉鎖信號；（2）靈敏度較低的啟動元件，用以準(zhǔn)備好跳閘。方向元件：用以判別功率方向。2、工作情況分析在正常運(yùn)行時：兩端的起動元件不動作，發(fā)信機(jī)不發(fā)信，跳閘回路也不開放。因此，兩端的保護(hù)不動作于跳閘。當(dāng)外部故障時：兩端的高靈敏度起動元件動作，經(jīng)時間元件KT1、“禁止”門JZ1起動發(fā)信機(jī)發(fā)出閉鎖信號。同時，兩端的低靈敏度起動元件也都動作，經(jīng)“與”門準(zhǔn)備好跳閘回路。由于遠(yuǎn)故障點(diǎn)端的短路功率方向?yàn)檎?，其方向元件也動作，“與”門開放，則經(jīng)時間元件KT2延時后，將“禁止”門JZ1閉鎖，使本端發(fā)信機(jī)停止發(fā)信；但近故障點(diǎn)端的短路功率方向?yàn)樨?fù)，其方向元件不動作，則其“禁止”門JZ1繼續(xù)開放，使該端的發(fā)信機(jī)能繼續(xù)發(fā)出閉鎖信號。近故障點(diǎn)端所發(fā)出的閉鎖信號一方面被本端的收信機(jī)接收，另一方面經(jīng)過高頻通道被對端的收信機(jī)接收，當(dāng)兩端的收信機(jī)收到閉鎖信號后，將“禁止”門JZ2閉鎖。因此，兩端的保護(hù)被閉鎖。當(dāng)內(nèi)部故障時，兩端的高靈敏度起動元件動作，經(jīng)時間元件KT1、“禁止”門JZ1起動發(fā)信機(jī)發(fā)出閉鎖信號。同時，兩端的低靈敏度起動元件也都動作，經(jīng)“與”門準(zhǔn)備好跳閘回路。同時，兩端的方向元件也都動作，“與”門開放，經(jīng)時間元件KT2延時后，將“禁止”門JZ1閉鎖，又使兩端的發(fā)信機(jī)停止發(fā)出閉鎖信號。由于兩端的收信機(jī)收不到閉鎖信號，則“禁止”門JZ2開放。故兩端的保護(hù)動作于跳閘，將故障線路切除。第三節(jié)相差高頻保護(hù)相差高頻保護(hù)是利用高頻信號將電流的相位傳送到對側(cè)去進(jìn)行比較，從而決定是否跳閘。一、基本工作原理如圖所示：（1）區(qū)內(nèi)故障：兩側(cè)電流同相位，保護(hù)動作于跳閘。（2）區(qū)外故障：兩側(cè)電流相位相差為180°，保護(hù)不動作。因此，根據(jù)被保護(hù)線路兩側(cè)電流的相位差，就可以判別是內(nèi)部故障還是外部故障，從而決定保護(hù)是否動作于跳閘。為此，相差高頻保護(hù)通常采用高頻通道經(jīng)常無電流，而在故障時發(fā)出高頻信號的方式來構(gòu)成。即在短路電流為正半周時，操作發(fā)信機(jī)發(fā)出高頻信號，而在短路電流為負(fù)半周時，則不發(fā)出高頻信號，如此不斷交替進(jìn)行。

二、工作情況分析如圖所示，當(dāng)內(nèi)部故障時，由于兩端電流