第五章輸電線路保護(hù)的全線速動(dòng)保護(hù)

第五章輸電線路保護(hù)的全線速動(dòng)保護(hù)

《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》規(guī)定

一、110?220kV中性點(diǎn)直接接地電力網(wǎng)中的線路保護(hù)，符合下列條件之一時(shí)，應(yīng)裝設(shè)一套全線

速動(dòng)保護(hù)

1.根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定要求有必要時(shí)；

2.線路發(fā)生三相短路，如使發(fā)電廠廠用母線電壓低于允許值（一般約為70%額定電壓），且其他

保護(hù)不能無(wú)時(shí)限和有選擇地切除短路時(shí)；

3.如電力網(wǎng)的某些主要線路采用全線速動(dòng)保護(hù)后，不僅改善本線路保護(hù)性能，而且能夠改善整

個(gè)電網(wǎng)保護(hù)的性能。

二、對(duì)220kV線路，符合下列條件之一時(shí)，可裝設(shè)二套全線速動(dòng)保護(hù)。

（-）根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定要求；

（二）復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，后備保護(hù)整定配合有困難時(shí)。

對(duì)于220kV以上電壓等級(jí)線路，應(yīng)按下列原則實(shí)現(xiàn)主保護(hù)雙重化：

1.設(shè)置兩套完整、獨(dú)立的全線速動(dòng)主保護(hù)；

2.兩套主保護(hù)的交流電流、電壓回路和直流電源彼此獨(dú)立；

3.每一套主保護(hù)對(duì)全線路內(nèi)發(fā)生的各種類型故障（包括單相接地、相間短路、兩相接地、三相

短路、非全相運(yùn)行故障及轉(zhuǎn)移故障等），均能無(wú)時(shí)限動(dòng)作切除故障；

4.每套主保護(hù)應(yīng)有獨(dú)立選相功能，實(shí)現(xiàn)分相跳閘和三相跳閘；

5.斷路器有兩組跳閘線圈，每套主保護(hù)分別起動(dòng)一組跳閘線圈；

6.兩套主保護(hù)分別使用獨(dú)立的遠(yuǎn)方信號(hào)傳輸設(shè)備。若保護(hù)采用專用收發(fā)信機(jī)，其中至少有一個(gè)

通道完全獨(dú)立，另一個(gè)可與通信復(fù)用。如采用復(fù)用載波機(jī)，兩套主保護(hù)應(yīng)分別采用兩臺(tái)不同的載波

機(jī)。

三、對(duì)于330~500kV線路，應(yīng)裝設(shè)兩套完整、獨(dú)立的全線速動(dòng)保護(hù)。接地短路后備保護(hù)可裝設(shè)

階段式或反時(shí)限零序電流保護(hù)，亦可采用接地距離保護(hù)并輔之以階段式或反時(shí)限零序電流保護(hù)。相

間短路后備保護(hù)可裝設(shè)階段式距離保護(hù)。

500kV線路的后備保護(hù)應(yīng)按下列原則配置

1.線路保護(hù)采用近后備方式。

2.每條線路都應(yīng)配置能反應(yīng)線路各種類型故障的后備保護(hù)。當(dāng)雙重化的每套主保護(hù)都有完善的

后備保護(hù)時(shí)，可不再另設(shè)后備保護(hù)。只要其中一套主保護(hù)無(wú)后備，則應(yīng)再設(shè)一套完整的獨(dú)立的后備

保護(hù)。

3.對(duì)相間短路，后備保護(hù)宜采用階段式距離保護(hù)。

4.對(duì)接地短路，應(yīng)裝設(shè)接地距離保護(hù)并輔以階段式或反時(shí)限零序電流保護(hù)；對(duì)中長(zhǎng)線路，若零

序電流保護(hù)能滿足要求時(shí)，也可只裝設(shè)階段式零序電流保護(hù)。接地后備保護(hù)應(yīng)保證在接地電阻不大

于300Q時(shí)，能可靠地有選擇性地切除故障。

5.正常運(yùn)行方式下，保護(hù)安裝處短路，電流速斷保護(hù)的靈敏系數(shù)在1.2以上時(shí)，還可裝設(shè)電

流速斷保護(hù)作為輔助保護(hù)。

第一節(jié)輸電線路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

一、概述

超高壓輸電電網(wǎng)要求繼電保護(hù)快速動(dòng)作。繼電保護(hù)的快速動(dòng)作可以減輕故障元件的損壞程度，

提高線路故障后自動(dòng)重合閘的成功率，特別是有利于故障后電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在近幾十年，我國(guó)

繼電保護(hù)工作者為提高保護(hù)的動(dòng)作速度作了很大努力，取得顯著成效，其中對(duì)電力系統(tǒng)影響最大的

是反映故障分量的超高速繼電保護(hù)原理的應(yīng)用。

輸電線路保護(hù)的全線速動(dòng)保護(hù)是指利用輸電線路兩端的電氣量信號(hào)進(jìn)行比較，來(lái)判斷故障點(diǎn)是

否在線路內(nèi)部，以決定是否動(dòng)作的一種保護(hù)。線路兩端的電氣量信號(hào)的傳輸通道從縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的

角度上講有四種方式，即導(dǎo)引線、輸電線路、微波和光纖。利用這四種通道可以構(gòu)成縱差動(dòng)保護(hù)(導(dǎo)

引線保護(hù))、高頻保護(hù)(載波保護(hù))、微波保護(hù)和光纖保護(hù)。這四種傳遞信號(hào)的方式雖然不同，但結(jié)

果卻是相同的，即能快速切除全線范圍內(nèi)的故障,

沒(méi)有后備保護(hù)作用。

輸電線路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是用輔助導(dǎo)線將被

保護(hù)線路兩側(cè)的電氣量連接起來(lái)，通過(guò)比較被保

護(hù)線路的始端與末端電流的大小及相位構(gòu)成的保

護(hù)，因此又叫導(dǎo)引線縱聯(lián)保護(hù)(又稱導(dǎo)引線保護(hù))。

二、基本工作原理

在線路兩側(cè)裝設(shè)性能和變比完全相同的電流

互感器，兩側(cè)電流互感器一次回路的正極性均置

于靠近母線側(cè)，二次回路用電纜將同極性端相連,

差動(dòng)保護(hù)的線圈則并于電流互感器二次回路的閉

環(huán)回路上，如圖5-1所示。

當(dāng)線路正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)線圈(a)(b)

中流入的電流為兩側(cè)電流互感器二次電流之和，5-1線路縱差保護(hù)原理圖

而兩側(cè)電流的相位卻相反，它們相互抵消，即相(a)外部短路；(b)內(nèi)部短路

當(dāng)于差動(dòng)保護(hù)線圈中沒(méi)有電流流過(guò)。如圖5-1(a)所示，短路電流為:

42=_/"2—八)=。(5/)

riTA

保護(hù)不動(dòng)作，實(shí)際上由于兩側(cè)電流互感器的性能不可能完全相同，因而會(huì)有一個(gè)不平衡電流/迎流

入差動(dòng)保護(hù)的差動(dòng)線圈。

假設(shè)線路內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)：

(1)若輸電線路為單側(cè)電源，流入保護(hù)的電流為:

；1?

=—(5-2)

nTA

當(dāng)流入保護(hù)中的電流大于保護(hù)的整定電流時(shí)，保護(hù)動(dòng)作，斷開(kāi)電源側(cè)斷路器。

(2)若線路兩側(cè)電源，流入保護(hù)的電流為：

Zt2=乙2+7/2=----(A+I)=~(5-3)

nTA

當(dāng)電流大于保護(hù)動(dòng)作電流時(shí)，保護(hù)動(dòng)作，瞬時(shí)跳開(kāi)線路兩側(cè)的斷路器。

三、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流

由于電流互感器總是有勵(lì)磁電流，且勵(lì)磁特性不完全相同，即使是同一制造廠生產(chǎn)的相同型號(hào)、

相同變比的電流互感器也是如此。因此，正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，差動(dòng)線圈中流入的電流不為0。

=_=

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

flTA1rA

電流/“油稱為不平衡電流。它等于兩側(cè)電流互感器的勵(lì)磁電流相量差。外部短路時(shí)，短路電流使

鐵芯嚴(yán)重飽和，勵(lì)磁電流急劇增大，從而使.比正常運(yùn)行時(shí)大很多。

四、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的特點(diǎn)

縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是測(cè)量?jī)蓚?cè)電氣量的保護(hù)，能快速切除被保護(hù)全線范圍內(nèi)故障，不受負(fù)荷及系統(tǒng)

振蕩的影響，靈敏度高，動(dòng)作速度快，構(gòu)成原理簡(jiǎn)單。但存在兩個(gè)缺陷：一是必須裝設(shè)與一次線路

等長(zhǎng)的二次線路來(lái)構(gòu)成保護(hù)回路，極易造成二次線路的斷線和短路，從而造成保護(hù)的誤動(dòng)、拒動(dòng)。

二是沒(méi)有后備保護(hù)，一旦保護(hù)拒動(dòng)可能造成嚴(yán)重的后果，必須裝設(shè)專門(mén)的后備保護(hù)。

為了充分利用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)避免缺陷構(gòu)成危害，輸電線路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)通常應(yīng)用于線

路較短的重要線路上，以及發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、電動(dòng)機(jī)等元件保護(hù)上。

第二節(jié)輸電線路高頻保護(hù)概述

對(duì)于超高壓、遠(yuǎn)距離輸電線路，為了能滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定性，線路上任何地方發(fā)生故障，繼電保

護(hù)都應(yīng)該無(wú)時(shí)限動(dòng)作于跳閘。高頻保護(hù)克服了輸電線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的缺點(diǎn)，充當(dāng)了超高壓輸電線

路的主保護(hù)。所謂高頻保護(hù)是將線路兩端的電氣量轉(zhuǎn)化為高頻電流信號(hào)(一般為50~300KHz),然后

利用輸電線路構(gòu)成的高頻通道將此信號(hào)送至對(duì)端進(jìn)行比較，決定保護(hù)是否動(dòng)作的一種保護(hù)。目前廣

泛采用的高頻保護(hù)有：高頻閉鎖方向保護(hù)、高頻閉鎖距離保護(hù)、高頻閉零序保護(hù)等。從嚴(yán)格意義上

講，利用微波通道構(gòu)成的微波保護(hù)和利用光纖通道構(gòu)成的光纖保護(hù)都屬于高頻保護(hù)。

一、高頻保護(hù)基本知識(shí)

(一)高頻通道的構(gòu)成

高頻通道從廣意上講有載波通道、微波通道和光纖通道，在此講述的是輸電線路構(gòu)成的高頻通

道。輸電線路高頻通道是利用輸電線路作為傳輸媒介：具有高安全性和可靠性，是我國(guó)電力調(diào)度和

繼電保護(hù)最普遍使用的通道。對(duì)繼電保護(hù)來(lái)說(shuō)分專用和復(fù)用通道兩種，其基本結(jié)構(gòu)如圖5-2,專用通

道用相一一地耦合

A

圖5-2(a),復(fù)用通

B道一般為允許式圖

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

合電容器、連接濾波

器、高頻電纜、高頻

收、發(fā)信機(jī)組成。

(1)阻波器：由

(a)(b)電感線圈和可變電

圖5-2高頻通道的構(gòu)成容并聯(lián)組成，并聯(lián)諧

振時(shí)，對(duì)于載波信號(hào)

電流呈現(xiàn)為高阻抗(大于800Q),阻止載波信號(hào)向母線分流,使載波信號(hào)電流沿高壓線路向?qū)Χ藗?/p>

送，特別是該上當(dāng)母線或其他出線發(fā)生故障時(shí)，將信息短路。對(duì)工頻電流為低阻抗(約為0.4Q),

暢通無(wú)阻。

(2)耦合電容器：與阻波器相反，對(duì)載波信號(hào)為低阻抗,暢通無(wú)阻，對(duì)工頻電流為高阻抗，阻

止分流，防止高電壓對(duì)通信設(shè)備的危害。

(3)連接濾波器：耦合電容器與連接濾波器共同組成一個(gè)“帶通濾波器”。主要是阻抗匹配作

用，由于220KV輸電線路的波阻抗約為400Q左右，330KV、500KV線路，沿線路阻抗約為300。

左右。系統(tǒng)中用的高頻電纜一般有75Q,100Q等，需要進(jìn)行阻抗匹配，防止電磁波在傳送過(guò)程中

產(chǎn)生反射，以減少高頻信號(hào)的衰耗，提高傳輸效率。

(4)高頻電纜：用來(lái)連接高頻收發(fā)信機(jī)和連接濾波器。高頻電纜采用同軸電纜，早期阻抗為100

Q,近年按通信標(biāo)準(zhǔn)采用75Q,一是減少高頻信號(hào)的衰耗，二是減少外部信號(hào)對(duì)高頻信號(hào)的干擾。

（5）高頻收、發(fā)信機(jī)

高頻收、發(fā)信機(jī)是專門(mén)用于發(fā)送和接收高頻信號(hào)的設(shè)備。高頻發(fā)信機(jī)將保護(hù)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后，

通過(guò)高頻通道送到對(duì)端的收信機(jī)中，也可為自己的收信機(jī)所接收，高頻收信機(jī)收到本端和對(duì)端發(fā)送

的高頻信號(hào)后進(jìn)行解調(diào)，變?yōu)楸Ｗo(hù)所需要的信號(hào)，作用于繼電保護(hù)，使之跳閘或閉鎖。

操作電源一1

起信—>接跡輯

--------------?

停信一口回路

保護(hù)故障二回

收信輸出一路Z

（開(kāi)頭位置）

_收信DC

起動(dòng)DC

電平低落一

圖5-3高頻收發(fā)信機(jī)原理方框圖

高頻收發(fā)信機(jī)的型號(hào)有很多，現(xiàn)以按“四統(tǒng)一”原則設(shè)計(jì)的高頻收發(fā)信機(jī)為例，介紹其工作原

理。原理圖見(jiàn)5-3所示。正常運(yùn)行時(shí)，沒(méi)有保護(hù)命令輸入，裝置不向通道發(fā)送高頻信號(hào)。當(dāng)線路發(fā)

生故障時(shí)，繼電保護(hù)動(dòng)作“起動(dòng)發(fā)信機(jī)”，觸點(diǎn)閉合，經(jīng)“接口回路”、“邏輯回路”，控制“晶振合

成”發(fā)出fo高頻信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)“前置放大”、“功率放大”放大后，通過(guò)“線路濾波”送往通道。

當(dāng)繼電保護(hù)送來(lái)“停信”信號(hào)時(shí)，發(fā)信回路由“接口回路”控制立即停止發(fā)fo高頻信號(hào)。

收信機(jī)回路由收信濾波器、高頻解調(diào)、收信起動(dòng)、接口回路組成。發(fā)信回路發(fā)信時(shí)由邏輯回路

送出一直流電位，控制收信濾波器中的開(kāi)關(guān)門(mén)，使其關(guān)閉，拒絕接收功率放大器來(lái)的高頻大功率信

號(hào)及對(duì)側(cè)送來(lái)的高頻信號(hào)。而本側(cè)的高頻信號(hào)直接從“前置放大”引入小功率信號(hào)至收信機(jī)濾波器。

本側(cè)停信時(shí)，開(kāi)關(guān)門(mén)打開(kāi)，以接收對(duì)側(cè)傳來(lái)的高頻信號(hào)。被接收的信號(hào)經(jīng)過(guò)高頻解調(diào)，被解調(diào)成12Kz

的中頻信號(hào)，再經(jīng)中頻濾波和放大后輸出兩路信號(hào)，一路經(jīng)“接口回路”作為收信輸出信號(hào)送至繼

電保護(hù)，另一路作為通道衰減增加超過(guò)3bB的告警指示信號(hào)。

“保護(hù)故障”是保護(hù)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)送出的報(bào)警，該觸點(diǎn)閉合后經(jīng)“接口回路”去起動(dòng)發(fā)信回

路發(fā)高頻信號(hào)，以閉鎖兩側(cè)的保護(hù)設(shè)備，防止誤跳閘。

該收發(fā)信機(jī)具有通道檢查和遠(yuǎn)方起動(dòng)功能。當(dāng)按動(dòng)本側(cè)本側(cè)發(fā)

“邏輯回路”面板上的試驗(yàn)按鈕，發(fā)信機(jī)回路瞬時(shí)起信將高頻對(duì)側(cè)柒

信號(hào)送至對(duì)側(cè)，對(duì)側(cè)收信回路收到信號(hào)，通過(guò)邏輯回路使對(duì)側(cè)3

發(fā)信機(jī)發(fā)信，這就是遠(yuǎn)方起動(dòng)功能。通道檢查過(guò)程是本側(cè)先發(fā)

t

200ms,然后本側(cè)停信5s,再發(fā)10s,本側(cè)輸出端信號(hào)波形如

圖5-4所示。本側(cè)信號(hào)與對(duì)側(cè)信號(hào)電平不同，以便于區(qū)別。

200ms5s5s5s

高頻收發(fā)信機(jī)裝置中的逆變電源是向整個(gè)裝置提供直流

的自穩(wěn)壓電源。它的基本原理框圖如圖5-5所示。逆變電源首圖5-4通道檢查時(shí)高頻信號(hào)示意圖

先將直流變?yōu)榻涣鳎孀儯俳?jīng)降壓、整

流、自穩(wěn)壓到所需電壓值。對(duì)高頻收發(fā)信

機(jī)有_40V、+24V、+15V、-15V四組電壓

輸出。無(wú)論哪一組電壓失壓，都能輸出一

個(gè)電源故障信號(hào)。

（二）高頻信號(hào)圖5-5逆變電源原理框圖

高頻信號(hào)是在電力系統(tǒng)故障時(shí)，線路

兩端保護(hù)用來(lái)傳遞信息的。對(duì)于故障時(shí)發(fā)信方式，有高頻電流即有信號(hào)。對(duì)于長(zhǎng)期發(fā)信方式，無(wú)高

頻電流就是有信號(hào)，對(duì)于移頻方式，故障時(shí)發(fā)出的某一頻率的高頻電流為有信號(hào)。

按高頻信號(hào)的作用，高頻信號(hào)可分為閉鎖信號(hào)、允許信號(hào)和跳閘信號(hào)三種。

(1)閉鎖信號(hào)如圖5-6(c)所示：閉鎖信號(hào)是防止保護(hù)動(dòng)作將保護(hù)閉鎖的信號(hào)。當(dāng)線路內(nèi)部故

障時(shí)，兩端保護(hù)不發(fā)出閉鎖信

號(hào)，通道中無(wú)閉鎖信號(hào)，保護(hù)

作用于跳閘。因此，無(wú)閉鎖信

號(hào)保護(hù)動(dòng)作于跳閘的必要條

件。當(dāng)線路外部故障時(shí)，通道

中有高頻閉鎖信號(hào)，兩端保護(hù)

不動(dòng)作。由于這一方式只要求圖5-6高頻信號(hào)邏輯圖

外部故障時(shí)通道才傳送信號(hào)，(a)跳閘信號(hào)；(b)允許信號(hào)；(c)閉鎖信號(hào)

而內(nèi)部故障時(shí)則不傳遞高頻信號(hào)。因此，線路故障對(duì)傳送信號(hào)無(wú)影響，通道可靠性高。廣泛采用故

障起動(dòng)發(fā)信機(jī)。

(2)允許信號(hào)如圖5-6(b)所示：允許信號(hào)是允許保護(hù)動(dòng)作于跳閘的高頻信號(hào)。收到高頻允許

信號(hào)是保護(hù)動(dòng)作于跳閘的必要條件。

(3)跳閘信號(hào)如圖5-6(a)所示：跳閘信號(hào)是線路對(duì)端發(fā)來(lái)的直接使保護(hù)動(dòng)作于跳閘的信號(hào)。

只要收到對(duì)端發(fā)來(lái)的跳閘信號(hào)，保護(hù)直接作用于斷路器跳閘，而不管本端保護(hù)是否起動(dòng)。

(三)高頻通道的工作方式

(1)正常時(shí)無(wú)高頻電流方式

正常運(yùn)行時(shí)，高頻通道中無(wú)高頻電流通過(guò)，當(dāng)電力系統(tǒng)故障時(shí)，發(fā)信機(jī)由起動(dòng)元件起動(dòng)發(fā)信，

通道中才有高頻電流出現(xiàn)。這種方式稱為故障時(shí)發(fā)信方式。其優(yōu)點(diǎn)是可以減少對(duì)通道中其他信號(hào)的

干擾，可延長(zhǎng)收發(fā)信機(jī)制壽命。其缺點(diǎn)是要有起動(dòng)元件，延長(zhǎng)了保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，需要定期起動(dòng)發(fā)

信機(jī)來(lái)檢查通道是否良好。這是目前廣泛采用的一種方式。

(2)正常時(shí)有高頻電流方式

正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)信機(jī)發(fā)信，通道中有高頻電流通過(guò)。故這種方式又稱長(zhǎng)期發(fā)信方式。其優(yōu)點(diǎn)是

使高頻通道經(jīng)常處于監(jiān)視狀態(tài)下，可靠性較高。保護(hù)裝置中無(wú)需設(shè)置收發(fā)信機(jī)的起動(dòng)元件，使保護(hù)

簡(jiǎn)化，并可提高保護(hù)的靈敏度。其缺點(diǎn)是收發(fā)信機(jī)的使用年限減少，通道間的干擾增加。

(3)移頻方式

正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)信機(jī)發(fā)出0的高頻電流，用以監(jiān)視通道及閉鎖高頻保護(hù)。當(dāng)線路發(fā)生短路故障

時(shí)，高頻保護(hù)控制發(fā)信機(jī)移頻，發(fā)出f2的高頻電流。移頻方式能經(jīng)常監(jiān)視通道情況，提高通道的可

靠性，加強(qiáng)了保護(hù)的抗干擾的能力。

*第三節(jié)高頻保護(hù)中的方向元件

不同線路保護(hù)裝置所采用的方向元件原理是不同的，RCS-901型裝置采用工頻變化量方向元件

和零序方向元件、RCS—902型裝置采用

復(fù)合式距離方向元件和零序方向元件、

PSL601型裝置則是能量積分方向元件。本

節(jié)主要以工頻變化量方向元件為主。

1.工頻變化量方向元件

工頻變化量方向元件是近些年來(lái)開(kāi)發(fā)

出的新保護(hù)原理的方向元件，具有可靠性

高；動(dòng)作速度快；易于獲取分量等優(yōu)點(diǎn)。

是當(dāng)前微機(jī)保護(hù)中首選方向元件，廣泛應(yīng)

用于方向電流保護(hù)、零序方向電流保護(hù)、

高頻方向保護(hù)等。

工頻變化量方向元件判別故障分量中圖5-7工頻變化量等效電路圖

/U與//之間的相角。

工頻變化量/U與//角度分析：

設(shè)系統(tǒng)如圖5-7所示。由于工頻變化量方向元件反應(yīng)故障分量中的工頻成分，產(chǎn)生工頻變化量的

電源僅是故障點(diǎn)的附加電源。在圖中的Ki點(diǎn)故障時(shí)，相當(dāng)于Ki點(diǎn)投入一新電源/應(yīng)，工頻變化量

即由此新電源產(chǎn)生。

由對(duì)稱分量法可得

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為算子，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應(yīng)+(?-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

輸電線路正序阻抗Zlm與負(fù)序阻抗z2m相等，即Zlm=Z2m。在正方向短路時(shí)

"八01=-4

<(5-8)

_

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

取UV相間方向元件為分析對(duì)象，說(shuō)明工頻變化量方向元件的工作原理。

正方向故障(圖2-17中K1點(diǎn)故障)正方向元件的測(cè)量角(P+為

A[7rry—A/rryCZ.

(p+=arg-----——————(5-9)

^UV^set

式中Zse,——整定阻抗(故障點(diǎn)到保護(hù)范圍末端的阻抗，取Z,"的阻抗角等于Z,,的阻抗角)；

C——補(bǔ)償系數(shù)，一般取C=0.35?0.45。

則

—"1-"+(1-①八"-。。二

+五z.，“

_ara(1一〃WZ,”-(1-?)A/2Z2m-MuvCZset

arg—""+CZG=180°(5-10)

^UV^set

工頻變化量方向元件設(shè)有正方向元件和反方向元件。正方向元件動(dòng)作后開(kāi)放保護(hù)；反方向元件

動(dòng)作后閉鎖保護(hù)。為此，在分析工頻變化量方向元件的工作原理時(shí)，應(yīng)同時(shí)分析正、反方向元件的

工作特性。

正方向故障，反方向元件的測(cè)量角（p_為

(p_=arg—"Uuv__=o°(5-11)

-MuyZsetZset

反方向故障，正、反方向元件的測(cè)量角分別是

Z-CZ

(P+=arg-------=0°

Z$er

7

(p_=arg——=180°(5-12)

一Zset

綜上所述：當(dāng)正方向故障時(shí)，正方向元件的測(cè)量角為180°；反方向元件的測(cè)量角為0°。當(dāng)反

方向故障時(shí)，正方向元件的測(cè)量角為0°;反方向元件的測(cè)量角為180°。

方向元件的動(dòng)作條件可規(guī)定為180°,正方向元件動(dòng)作后開(kāi)放保護(hù)，反方向元件動(dòng)作后閉鎖保護(hù)。

在實(shí)際裝置中，可通過(guò)判別/U與//異極性的時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)（p+、（p_的檢測(cè)。對(duì)正方向元件,

當(dāng)/U與//異極性的時(shí)間大于4ms時(shí)動(dòng)作；對(duì)反方向元件，當(dāng)/U與//異極性的時(shí)間大于3ms

時(shí)動(dòng)作。動(dòng)作條件并非180°（工頻180°對(duì)應(yīng)10ms）。經(jīng)調(diào)整后，既增強(qiáng)了裝置的抗干擾能力，也

提高了裝置動(dòng)作的可靠性。

在正方向元件比較式（2-30）中，引入CZset是為提高反應(yīng)正方向故障的靈敏度。因?yàn)?/p>

式中——整定阻抗角;

（p,?——測(cè)量阻抗角。

圖5-8工頻變化量方向元件原理框圖

所以，引入后不會(huì)改變方程原有的性質(zhì)。

工頻變化量方向元件的原理框圖如圖5-8所示。

圖5-8中，首先由帶通濾波器濾出輸入電壓中的工頻分量，工頻分量輸送給記憶和減法器。記憶

回路記憶故障前的工頻電壓與當(dāng)前電壓相減后形成工頻變化量/U與/izm。將電壓、電流輸入到

減輸出，稱為工頻變化量形成器。工頻變化量形成后，分別由極性形成回路形成極性信

號(hào)，然后由與門(mén)電路A1、卜2、A3進(jìn)行比較，經(jīng)ti積分(判斷異極性的時(shí)間)，t2展寬(記憶)，到40ms

輸出。

工頻變化量方向元件有許多優(yōu)點(diǎn)，有極廣泛的適用性，較少受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式、故障方式、

故障點(diǎn)過(guò)渡電阻、非全相運(yùn)行以及交流暫態(tài)過(guò)程等影響，原理構(gòu)成簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，動(dòng)作速度快，

是目前線路快速保護(hù)的主流方向元件。

2.能量積分方向元件

根據(jù)疊加原理，系統(tǒng)發(fā)生故障后可分解成正常系統(tǒng)和故障分量系統(tǒng)。圖5-9表示線路正方向短

路時(shí)的故障分量系統(tǒng)。產(chǎn)為故障點(diǎn)，Pm、Pn為系統(tǒng)等效無(wú)源網(wǎng)絡(luò)。加、△“為線路故障電流分量和

故障電壓分量。

(a)(b)

圖5-9接地故障附加網(wǎng)絡(luò)圖

(a)正方向故障；(b)反方向故障

由圖5-9可知故障分量系統(tǒng)是一個(gè)單激勵(lì)網(wǎng)絡(luò)，故障前系統(tǒng)初始值為零，故障時(shí)(t=O)在故障點(diǎn)

上突然加上一個(gè)假想電源-"F⑺令

Sm(0—fAMAZW/(5-13)

J—00

顯然Sm⑺為⑺向Pm提供的能量，設(shè)Spm⑺為尸m在故障后所吸收的能量?？紤]到M的參考

方向有

Sm?)=-Spm(0(5-14)

由于Pm是初始值為零的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，它只能吸收能量，故有

Spm⑺>0(5-15)

故Sm(t)<0(5-16)

綜上所述能量函數(shù)有如下性質(zhì)：

(1)sm(t)=0無(wú)故障

(2)Sm(t)<0正向故障

(3)Sm(t)>0反向故障

能量方向元件是根據(jù)故障附加網(wǎng)絡(luò)的能量來(lái)判別故障方向從理論上解決了傳統(tǒng)的故障分量超高

速保護(hù)不能長(zhǎng)期保持正確方向的缺點(diǎn)保護(hù)的動(dòng)作快速性與安全性之間的矛盾得到了完美解決。

圖5-10示出了能量積分方向元件的功能邏輯圖，其中|AU〃|+、為相間電壓突變量、

相間電流突變量反向短路故障時(shí)能量積分方向元件的起動(dòng)量；SS+(j)、SS_(j)為能量積分方向元

件的輸出。正向短路故障時(shí)，ss+(j)為“1"，反向短路時(shí)，SS_(j)為“1”。

圖5-10能量積分元件功能邏輯圖

第四節(jié)高頻保護(hù)的基本原理

(一)高頻閉鎖方向保護(hù)的基本原理

高頻閉鎖方向保護(hù)是由線路兩側(cè)的方向元件分別對(duì)故障的方向做出判斷，然后通過(guò)高頻信號(hào)做

出綜合的判斷，即對(duì)兩側(cè)的故障方向進(jìn)行比較以決定是否跳閘。在繼電保護(hù)中規(guī)定，從母線流向線

路的短路功率為正方向，從線路指向母線的短路功率為負(fù)功率方向。閉鎖式方向高頻保護(hù)的工作方

式是當(dāng)任一側(cè)方向元件判斷為反方向時(shí)，本側(cè)保護(hù)不跳閘，同時(shí)由發(fā)信機(jī)發(fā)出閉鎖高頻信號(hào)，對(duì)側(cè)

收信機(jī)收到信號(hào)后輸出脈沖閉鎖該側(cè)保護(hù)，故稱為高頻閉鎖方向保護(hù)，見(jiàn)圖5-11。

如圖5-12所示，高頻閉鎖方向保護(hù)的繼電保護(hù)部分由起動(dòng)元件和方向元件組成，。起動(dòng)元件主要

用于故障時(shí)起動(dòng)發(fā)信機(jī)，發(fā)出高頻信號(hào)；方

向元件主要測(cè)量故障方向，在保護(hù)的正方向閉鎖信號(hào)閉鎖信號(hào)

故障時(shí)準(zhǔn)備好跳閘回路。高頻閉鎖方向保護(hù)

按起動(dòng)元件的不同可以分為三種：電流元件

起動(dòng)、方向元件起動(dòng)、遠(yuǎn)方起動(dòng)。

1.電流元件起動(dòng)的高頻閉鎖方向保護(hù)5-11高頻閉鎖方向保護(hù)原理圖

電流元件起動(dòng)的高頻閉鎖方向保護(hù)如圖

所示，被保護(hù)線路兩側(cè)各有一套高頻保護(hù)，起動(dòng)元件由兩部分組成：高靈敏度工頻變化量電流元件

和低靈敏度工頻電流變化量電流元件。高靈敏度工頻變化量電流元件Ah用以起動(dòng)發(fā)信機(jī);低靈敏

度工頻電流變化量電流元件AL起動(dòng)保護(hù)。

(1)高頻通道采用故障發(fā)信工作方式，當(dāng)正常運(yùn)行時(shí)起動(dòng)元件不起動(dòng)，發(fā)信機(jī)不發(fā)信,保護(hù)不

動(dòng)作。

(2)保護(hù)區(qū)外部故障時(shí),起動(dòng)元件起動(dòng),J

起動(dòng)發(fā)信機(jī)發(fā)信，但靠近故障點(diǎn)的高頻保護(hù)通

功率方向是負(fù)方向，方向元件S不動(dòng)作，發(fā)道

信機(jī)持續(xù)發(fā)信，兩側(cè)收信機(jī)均能收到閉鎖信

號(hào)，保護(hù)被閉鎖。

(3)保護(hù)線路內(nèi)部故障時(shí)，兩側(cè)保護(hù)的

起動(dòng)元件均起動(dòng)。Ah起動(dòng)發(fā)信，AL起動(dòng)

保護(hù)，由于兩側(cè)均為功率正方向，方向元件5-12電流元件起動(dòng)的高頻閉鎖方向保護(hù)原理圖

動(dòng)作，經(jīng)/2延時(shí)后閉鎖發(fā)信機(jī)，使兩側(cè)發(fā)信機(jī)停信，此時(shí)兩側(cè)收信機(jī)均收不到閉鎖信號(hào)，兩側(cè)禁止

門(mén)J2均開(kāi)放，發(fā)出跳閘命令。

時(shí)間元件是tl是瞬時(shí)動(dòng)作、延時(shí)返回的電路，它的作用是在起元件返回后，使接受反向功率一

側(cè)的發(fā)信機(jī)持續(xù)發(fā)出閉鎖信號(hào)。以防止外部故障切除后,正功率側(cè)保護(hù)在未返回時(shí)，因閉鎖信號(hào)消

失而誤動(dòng)作。

時(shí)間元件是女是延時(shí)動(dòng)作、瞬時(shí)返回的時(shí)間電路，

它的作用是推遲停信和接通跳閘回路的時(shí)間，以等待對(duì)

側(cè)閉鎖信號(hào)的到來(lái)。在保護(hù)區(qū)外故障時(shí)，讓遠(yuǎn)故障點(diǎn)側(cè)

的保護(hù)收到對(duì)側(cè)送來(lái)的高頻閉鎖信號(hào)，從而防止保護(hù)誤

動(dòng)作。

2.方向元件起動(dòng)的高頻閉鎖保護(hù)

原理邏輯圖如5-13(a)所示，負(fù)功率元件起動(dòng)發(fā)信

機(jī)，正功率元件起動(dòng)保護(hù)跳閘。高頻通道仍然采用故障

發(fā)信工作方式，負(fù)功率時(shí)，S一有輸出；正功率時(shí)S+有輸

出。

(1)當(dāng)正常運(yùn)行時(shí)起動(dòng)元件不起動(dòng)，發(fā)信機(jī)不發(fā)信，

保護(hù)不動(dòng)作。

(2)保護(hù)區(qū)外部故障時(shí)，遠(yuǎn)故障點(diǎn)保護(hù)為正功率，

保護(hù)元件起動(dòng)，發(fā)信機(jī)不發(fā)信，但靠近故障點(diǎn)的高頻保

護(hù)功率方向是負(fù)方向，發(fā)信機(jī)發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)，方向

元件S+不動(dòng)作，發(fā)信機(jī)持續(xù)發(fā)信，兩側(cè)收信機(jī)均能收到(b)

閉鎖信號(hào)，保護(hù)被閉鎖。MN

負(fù)功率

(3)被保護(hù)的雙電源線路發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，兩側(cè)保"------正功率_____________

護(hù)的S一起動(dòng)元件均不起動(dòng)。發(fā)信機(jī)不發(fā)信。由于兩側(cè)均線路

為功率正方向，S+方向元件動(dòng)作，經(jīng)t2延時(shí)后閉鎖發(fā)信

負(fù)功率

機(jī)，使兩側(cè)發(fā)信機(jī)停信，此時(shí)兩側(cè)收信機(jī)均收不到閉鎖正功率

信號(hào)，兩側(cè)禁止門(mén)J2均開(kāi)放，發(fā)出跳閘命令。

時(shí)間元件是力是瞬時(shí)動(dòng)作、延時(shí)返回的電路，它的(c)

作用是在起元件返回后，使接受反向功率一側(cè)的發(fā)信機(jī)5-13方向元件起動(dòng)的高頻閉鎖方向保護(hù)

持續(xù)發(fā)出閉鎖信號(hào)。以防止外部故障切除后，正功率側(cè)(a)原理邏輯圖；(b)保護(hù)實(shí)際邏輯圖；(c)方向元

保護(hù)在未返回時(shí)，因閉鎖信號(hào)消失而誤動(dòng)作。件保護(hù)區(qū)

時(shí)間元件是叁是延時(shí)動(dòng)作、瞬時(shí)返回的時(shí)間電路，

它的作用是推遲停信和接通跳閘回路的時(shí)間，以等待對(duì)側(cè)閉鎖信號(hào)的到來(lái)。在保護(hù)區(qū)外故障時(shí)，讓

遠(yuǎn)故障點(diǎn)側(cè)的保護(hù)收到對(duì)側(cè)送來(lái)的高頻閉鎖信號(hào)，從而防止保護(hù)誤動(dòng)作。

由于起動(dòng)元件僅判別方向，沒(méi)有定值，所

以具有很高的靈敏度。

在微機(jī)保護(hù)的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)中，其實(shí)際邏

輯圖如5-13(b)所示，保護(hù)不再使用方向元

件來(lái)起動(dòng)保護(hù)，而是采用專門(mén)的起動(dòng)元件，跳

閘和停信使用正功率元件與負(fù)方向元件的非

邏輯，方向元件更可靠。

3.遠(yuǎn)方起動(dòng)的高頻閉鎖保護(hù)

如圖5-14所示，遠(yuǎn)方起動(dòng)的高頻閉鎖保

護(hù)，只有一個(gè)起動(dòng)元件I,發(fā)信機(jī)既可由起動(dòng)

元件起動(dòng)，也可以由收信機(jī)收到對(duì)側(cè)高頻信號(hào)5-14遠(yuǎn)方起動(dòng)的高頻閉鎖方向保護(hù)原理圖

后經(jīng)延時(shí)元件行、或門(mén)O、禁止門(mén)Ji負(fù)功率元

件起動(dòng)發(fā)信機(jī)，這種起動(dòng)方式稱為遠(yuǎn)方起動(dòng)。在外部短路時(shí)，任何一側(cè)起動(dòng)元件起后，不僅起動(dòng)本

側(cè)發(fā)信機(jī)，而且通過(guò)高頻通道用本側(cè)發(fā)信機(jī)發(fā)出的高頻信號(hào)起動(dòng)對(duì)側(cè)發(fā)信機(jī)。在兩側(cè)相互遠(yuǎn)方起信

后，為了使發(fā)信機(jī)固定起動(dòng)段時(shí)間，設(shè)置了時(shí)間元件以該元件瞬時(shí)起動(dòng)，經(jīng)力固定時(shí)間返回，時(shí)

間友就是發(fā)信機(jī)固定起動(dòng)時(shí)間。在收信機(jī)收到對(duì)側(cè)發(fā)來(lái)的高頻信號(hào)時(shí)，時(shí)間元件打立即發(fā)出一個(gè)持

續(xù)時(shí)間為的f3脈沖，經(jīng)或門(mén)O,禁止門(mén)J1使發(fā)信機(jī)發(fā)信。經(jīng)過(guò)時(shí)間打后，遠(yuǎn)方起動(dòng)回路就自動(dòng)切斷。

打時(shí)間應(yīng)大于外部短路可能持續(xù)的時(shí)間，一般取5?8s。

在外部短路時(shí)，如果近故障側(cè)起動(dòng)元件不動(dòng)作，遠(yuǎn)離故障側(cè)的起動(dòng)元件起動(dòng)，則近故障點(diǎn)側(cè)的

保護(hù)可由遠(yuǎn)方起動(dòng)，將對(duì)端保護(hù)閉鎖，防止遠(yuǎn)短路點(diǎn)側(cè)的保護(hù)誤動(dòng)作。為此在t2延時(shí)內(nèi)，一定要收

到對(duì)側(cè)發(fā)回的高頻信號(hào)，以保證J2一直閉鎖。因此，打和延時(shí)應(yīng)大于高頻信號(hào)在高頻上往返一次所

需時(shí)間。

遠(yuǎn)方起動(dòng)方式的主要缺點(diǎn)是在單側(cè)電源下內(nèi)部短路時(shí)，受電側(cè)被遠(yuǎn)方起動(dòng)后不能停信，這樣就

會(huì)造成電源側(cè)保護(hù)拒動(dòng)。因此，單側(cè)

電源輸電線路的高頻保護(hù)不采用遠(yuǎn)方

起動(dòng)方式。

（二）高頻閉鎖距離保護(hù)

高頻閉鎖方向保護(hù)可以快速切除

保護(hù)范圍內(nèi)的各種故障，但不能作為

下一線路的后備保護(hù)。對(duì)距離保護(hù)，

當(dāng)內(nèi)部故障時(shí)，利用高頻閉鎖保護(hù)的

特點(diǎn)，能瞬時(shí)切除線路任一點(diǎn)的故障；5-15高頻閉鎖距離保護(hù)原理框圖

而當(dāng)外部故障時(shí)，利用距離保護(hù)的特

點(diǎn)，起到后備保護(hù)的作用。高頻閉鎖距離保護(hù)兼有高頻方向和距離兩種保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，并能簡(jiǎn)化保護(hù)

的接線。

高頻閉鎖距離保護(hù)由兩部分組成，如圖5-15所示距離保護(hù)為三段式，I、II、III段都采用獨(dú)立

的方向阻抗元件。高頻閉鎖部分與距離保護(hù)部分共用一個(gè)起動(dòng)元件，方向判別與距離保護(hù)的第二段

共用方向阻抗元件，KOM為距離保護(hù)的跳閘出口繼電器。

當(dāng)被保護(hù)線路發(fā)生保護(hù)區(qū)內(nèi)故障時(shí)，兩側(cè)保護(hù)的起動(dòng)元件和測(cè)量元件都起動(dòng)，經(jīng)延時(shí)，分別跳

開(kāi)兩側(cè)斷路器。其高頻閉鎖部分工作情況與前述基本相同。此時(shí)線路一側(cè)或兩側(cè)的距離I段保護(hù)也

可以動(dòng)作于跳閘，但要受振蕩閉鎖的回路的控制。

若保護(hù)區(qū)外發(fā)生故障時(shí)，近故障點(diǎn)側(cè)保護(hù)的測(cè)量元件Zu不起動(dòng)，跳閘回路不會(huì)起動(dòng)。近故障點(diǎn)

側(cè)的起動(dòng)元件起動(dòng)發(fā)信機(jī)發(fā)信，兩側(cè)收信機(jī)收到信號(hào)，閉鎖兩側(cè)跳閘回路。此時(shí)，遠(yuǎn)故障點(diǎn)側(cè)距離

保護(hù)的II或III段可以經(jīng)出口回路跳閘，作相鄰線路保護(hù)的后備保護(hù)。

高頻閉鎖距離保護(hù)能正確反應(yīng)并快速切除各種對(duì)稱和不對(duì)稱短路故障，且保護(hù)有足夠的靈敏度。

高頻閉鎖距離保護(hù)中的距離保護(hù)，可兼作相鄰線路的和元件的遠(yuǎn)后備保護(hù)。當(dāng)高頻部分故障時(shí)，距

離保護(hù)仍可繼續(xù)工作，對(duì)線路進(jìn)行保護(hù)。

同相零序電流方向保護(hù)與可以與高頻組成高頻閉鎖零序保護(hù)。

第五節(jié)高頻保護(hù)應(yīng)用舉例

本節(jié)是以南瑞公司生產(chǎn)的RCS901A型高壓線路微機(jī)保護(hù)為例，進(jìn)行分析。

一、閉鎖式高頻保護(hù)

其基本邏輯框圖如圖5-12。

高頻發(fā)信的起動(dòng)元件是工頻變化量電流元件。其起動(dòng)元件的靈敏度比整套保護(hù)的總起動(dòng)元件靈

敏度略高，其判據(jù)條件為：

91Mmax>L125A4+0.5A/scfAZeemax是相間電流的半波積分的最大值;

A/7浮動(dòng)門(mén)坎，隨著變化量的變化而自動(dòng)調(diào)整;

/，〃為可調(diào)整的固定門(mén)坎。

如圖5-16所示，電流變化量

起動(dòng)元件動(dòng)作后保護(hù)仍進(jìn)入正

常運(yùn)行程序，僅用以起動(dòng)高頻發(fā)

信機(jī)。保護(hù)跳閘出口用功率元件

進(jìn)行判斷，即正功率為1,負(fù)功

率為0時(shí)，閉鎖發(fā)信機(jī)，當(dāng)沒(méi)有

收到閉鎖信號(hào)時(shí)，保護(hù)動(dòng)作于跳

閘。

當(dāng)區(qū)外故障時(shí)，為了防止起

動(dòng)元件(發(fā)訊)與正方向元件動(dòng)

作時(shí)間的不配合而誤動(dòng)作，特別

5-16高頻閉鎖方向保護(hù)信號(hào)框圖

是遠(yuǎn)端保護(hù)，需要近端的發(fā)訊信

號(hào)閉鎖，采用先收訊后停訊的原則,規(guī)定必須收到信號(hào)10ms才允許正方向停訊。

(1)起動(dòng)元件動(dòng)作首先發(fā)訊，此時(shí)門(mén)7未動(dòng)作，可經(jīng)過(guò)門(mén)9發(fā)訊。

(2)停訊必須滿足2個(gè)條件：

①反方向元件D-不動(dòng)，正方向元件D+動(dòng)作，與門(mén)3有輸出，表示正方向故障。

②收信10ms后，即或門(mén)2起動(dòng)時(shí)間t(10ms),與門(mén)4有輸出。

當(dāng)兩個(gè)條件滿足，與門(mén)7有輸出，經(jīng)反向器閉鎖門(mén)9,停止發(fā)訊。

(3)保護(hù)區(qū)內(nèi)故障

①反方向元件D-不動(dòng)，正方向元件D+動(dòng)作，與門(mén)3有輸出，表示正方向故障。

②收信10ms后，無(wú)閉鎖信號(hào)，與門(mén)5有輸出。

當(dāng)兩個(gè)條件滿足，判為保護(hù)區(qū)內(nèi)故障，與門(mén)8有輸出，可以跳閘。

二、遠(yuǎn)方起動(dòng)的問(wèn)題

見(jiàn)圖5-15中所示，T1及與門(mén)1為遠(yuǎn)方起動(dòng)示意圖。

南瑞的LFP-900系統(tǒng)保護(hù)中，當(dāng)收到對(duì)側(cè)訊號(hào)后，(1)本側(cè)KTP未動(dòng)作即立即發(fā)訊。

(2)本側(cè)KTP在跳閘狀態(tài)，則延時(shí)100ms發(fā)訊(由對(duì)

側(cè)充電時(shí))。3QF4QF

(3)當(dāng)用于單側(cè)電源的受電側(cè)且“RD”控制字投入時(shí),

判斷任一相電壓低于0.6UN,延時(shí)100ms發(fā)訊，給出對(duì)側(cè)跳MN

閘窗口。保護(hù)線路輕負(fù)荷下發(fā)生故障，起動(dòng)元件包括零序超L2

導(dǎo)勸元件不能起動(dòng)時(shí)，由對(duì)側(cè)快速切除故障。

1QF2QF

三、功率倒方向問(wèn)題

在環(huán)網(wǎng)中發(fā)生外部故障時(shí)，短路的方向可能發(fā)生轉(zhuǎn)換(簡(jiǎn)圖5-17功率倒向線路圖

稱功率倒向)，在倒向過(guò)程中不應(yīng)失去閉鎖信號(hào)。如圖5-17

所示，假設(shè)故障發(fā)生在L1上靠近M側(cè)的K點(diǎn),斷路器3QF先于斷路器4QF跳閘。在斷路器3QF

跳閘前，線路L2中的短路功率

由N側(cè)流向M側(cè)，線路L2的

方向元件不動(dòng)作，向N側(cè)發(fā)閉

鎖信號(hào)，在斷路器3QF跳閘后，

線路L2中的短路功率倒向，M

側(cè)的方向元件不動(dòng)作，停止發(fā)信

并準(zhǔn)備跳閘，此時(shí)N側(cè)的方向

元件返回向M側(cè)發(fā)閉鎖信號(hào)。圖5-18功率倒向判別回路

但是可能M側(cè)的方向元件動(dòng)作快，N側(cè)的方向元件返回慢，于是將有一段時(shí)間兩側(cè)方向元件均處于

動(dòng)作狀態(tài)，造成線路L2的保護(hù)誤動(dòng)作。解決辦法是啟動(dòng)元件動(dòng)作或收信后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間（大于本保

護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，小于相鄰線路斷路器的跳閘時(shí)間）后尚未判為內(nèi)部故障，就認(rèn)為是外部故障，于是

將保護(hù)鎖一段時(shí)間，以避開(kāi)兩側(cè)方向元件可能都處于動(dòng)作狀態(tài)的時(shí)間，見(jiàn)圖5-18,此方法的缺點(diǎn)是

如果緊接著發(fā)生內(nèi)部故障則保護(hù)的動(dòng)作稍有延遲，不過(guò)延時(shí)時(shí)間很短。

圖5-16中的與門(mén)8的輸出端連接圖5-18判別內(nèi)部故障邏輯圖中的“起動(dòng)”，當(dāng)與門(mén)8有輸出時(shí)，

功率倒方向判別起動(dòng)元件動(dòng)作，起動(dòng)T1,如果T1時(shí)間（35ms）內(nèi)無(wú)“判內(nèi)部故障”信號(hào)來(lái)，則T3

動(dòng)作，閉鎖保護(hù)，在T1消失后20ms返回，取消閉鎖。

四、允許式高頻方向保護(hù)

1、基本原理A允許信號(hào)B允許信號(hào)C允許信號(hào)D

如圖5-19（a）所示，在功率方向?yàn)檎?/p>

XxlxxlxX

的一端向?qū)Χ税l(fā)送允許信號(hào)，此時(shí)每端123456

的收信機(jī)只能接收對(duì)端的信號(hào)而不能接

收自身的信號(hào)。每端的保護(hù)必須在方向(a)

元件動(dòng)作，同時(shí)又收到對(duì)端的允許信號(hào)起動(dòng)

之后，才能動(dòng)作于跳閘，顯然只有故障

線路的保護(hù)符合這個(gè)條件。對(duì)非故障線

路而言，一端是方向元件動(dòng)作，收不到

允許信號(hào)，而另一端收到了允許信號(hào)但

方向元件不動(dòng)作，因此都不能跳閘。

如圖5-19（b）允許式邏輯框圖所示,

起動(dòng)元件ST動(dòng)作后，正方向元件動(dòng)作,（b）

允許式高頻方向保護(hù)

反方向元件不動(dòng)作，與門(mén)2起動(dòng)發(fā)信機(jī),圖5-19

向?qū)Χ税l(fā)允許信號(hào)，同時(shí)準(zhǔn)備起動(dòng)與門(mén)(a)原理圖；（b）邏輯圖

3o當(dāng)收到對(duì)端發(fā)來(lái)的允許信號(hào)時(shí)，與門(mén)

3即可經(jīng)抗干擾延時(shí)動(dòng)作于跳閘。用距離繼電器作方向元件時(shí),一般無(wú)反方向元件，距離元件的方

向性必需可靠。

通常采用復(fù)用載波機(jī)構(gòu)成允許式，一般都采用鍵控移頻的方式。正常運(yùn)行時(shí)，收信機(jī)經(jīng)常收到

對(duì)端發(fā)送的頻率fG的監(jiān)頻信號(hào)，其功率較小，用以監(jiān)視高頻通道的完好性。當(dāng)正向區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時(shí),

對(duì)端方向元件動(dòng)作，鍵控發(fā)信機(jī)停發(fā)fG的信號(hào)而改發(fā)頻率為fr的跳頻（或稱移頻）信號(hào)，其功率提

升，收信機(jī)收到此信號(hào)后即允許本端保護(hù)跳閘。

允許式區(qū)內(nèi)故障時(shí)，必須要求收到對(duì)端的信號(hào)才能動(dòng)作，因此就會(huì)遇到高頻信號(hào)通過(guò)故障點(diǎn)時(shí)

衰耗增大的問(wèn)題，是它的一個(gè)主要缺點(diǎn)。最嚴(yán)重的情況是區(qū)內(nèi)故障伴隨有通道破壞，例如發(fā)生三相

接地短路等，造成允許信號(hào)衰減過(guò)大甚至完全發(fā)不過(guò)去，它將引起保護(hù)的拒動(dòng)。通常通道按相一相

耦合方式，對(duì)于不對(duì)稱短路，一般信號(hào)都可以通過(guò)，只有三相接地短路時(shí)不能通過(guò)。

2、超范圍（POTT）和欠范圍（PUTT）

高頻保護(hù)的發(fā)信由方向元件控制?？刂瓢l(fā)信元件的保護(hù)區(qū)小于線路全長(zhǎng)，稱欠范圍；超過(guò)線路

全長(zhǎng)，稱超范圍。

當(dāng)方向元件由距離元件承擔(dān)時(shí)，Zi為距離元件I段，Zn>Zm為距離n、III段，如圖5-20所示,

其構(gòu)成方式有兩種：

（1）控制發(fā)信的正方向元件的動(dòng)作區(qū)不超過(guò)線路全長(zhǎng)，反方向故障立即停信的叫欠范圍允許式

（PUTT）o如由距離保護(hù)I段動(dòng)作鍵控發(fā)訊。

當(dāng)連接片2-4合上，1-3打開(kāi)，由Zi通過(guò)或門(mén)3或門(mén)5鍵控發(fā)訊，稱為PUTT方式。

PUTT方式：Zi動(dòng)作，通過(guò)或門(mén)2、或門(mén)3,與門(mén)4無(wú)時(shí)限直接跳本端。通過(guò)或門(mén)3或門(mén)5

鍵控發(fā)訊。在跳閘的同時(shí)起動(dòng)T

1,在本端跳閘，Zi返回后，T1

延時(shí)50ms返回，即繼續(xù)鍵控

50ms,保證對(duì)端能可靠跳閘。

對(duì)端收到允許信號(hào)后，與Zu

（或Zm）,起動(dòng)與門(mén)1,經(jīng)過(guò)抗通

道干擾時(shí)間T1的1-8ms跳閘。

PUTT只有在區(qū)內(nèi)故障ZI圖5-20超范圍（POTT）和欠范圍（PUTT）允許式

動(dòng)作時(shí)，才鍵控，加速對(duì)端Zu,

具有很高的安全性。應(yīng)當(dāng)特別指出微機(jī)保護(hù)的高頻保護(hù)由單獨(dú)CUP構(gòu)成獨(dú)立完整的高頻保護(hù)。

（2）控制發(fā)信的正方向元件的動(dòng)作區(qū)起過(guò)線路全長(zhǎng)，即正方向區(qū)外的一段區(qū)域內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，

保護(hù)也發(fā)出允許信號(hào)；反方向立即停信的叫超范圍允許式（POTT）。如由距離保護(hù)II或III段鍵控

發(fā)訊。

當(dāng)連接片1-3合上2-4打開(kāi)，由Zn發(fā)訊（或ZnD通過(guò)或門(mén)5鍵控發(fā)訊，稱為POTT方式。

POTT方式：由ZK（或Zm）鍵控發(fā)訊，收到信號(hào)后，與Zn（或Zm）,起動(dòng)與門(mén)1,經(jīng)或門(mén)

2、或門(mén)3,與門(mén)4跳閘。

欠范圍（PUTT）允許式多用于長(zhǎng)線路。

超范圍（POTT）允許式多用于短線路。

五、高頻保護(hù)方框圖

縱聯(lián)保護(hù)由整定控制字選擇是采用超范圍允許式還是閉鎖式，兩者的邏輯有所不同，部分為起

動(dòng)元件動(dòng)作保護(hù)進(jìn)入故障測(cè)量程序和起動(dòng)元件不動(dòng)作保護(hù)在正常運(yùn)行程序兩種情況。

圖5-21閉鎖式高頻保護(hù)未起動(dòng)時(shí)邏輯框圖

1.閉鎖式

一般與專用收發(fā)信機(jī)配合構(gòu)成閉鎖式高頻保護(hù)，位置停信、其他保護(hù)動(dòng)作停信、通道交換邏輯

等都由保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)，這些信號(hào)都應(yīng)接入保護(hù)裝置而不接至收信機(jī)，即發(fā)信或停信只由保護(hù)發(fā)信接

點(diǎn)控制，發(fā)信接點(diǎn)動(dòng)作即發(fā)信，不動(dòng)作則為停信。

A：閉鎖式高頻保護(hù)未起動(dòng)時(shí)邏輯見(jiàn)圖5-21所示。

起動(dòng)元件動(dòng)作即進(jìn)入故障程序，收發(fā)信機(jī)即被起動(dòng)發(fā)閉鎖信號(hào)；

1）反方向元件動(dòng)作時(shí)，立即閉鎖正方向元件的停信回路；

2）起動(dòng)元件動(dòng)作后，收信8ms后才允許正方向元件投入工作，反方向元件不動(dòng)作，高頻變化

量元件或高頻零序元件任一動(dòng)作時(shí)，停止發(fā)信。

3）當(dāng)本裝置其它保護(hù)（如工頻變化量阻抗、零序延時(shí)段、距離保護(hù)）動(dòng)作，或外部保護(hù)（母

線保護(hù)）動(dòng)作跳閘時(shí)，立即停止發(fā)信，并在跳閘信號(hào)返回后，停信展寬150ms，但在展寬期間若反

方向元件動(dòng)作，立即返回，繼續(xù)發(fā)信；

4）三相跳閘固定回路動(dòng)作或三相跳閘位置繼電器均動(dòng)作且無(wú)流時(shí)，始終停止發(fā)信；

5）區(qū)內(nèi)故障時(shí)，正方向元件動(dòng)作而反方向元件不動(dòng)作，兩側(cè)均停信，經(jīng)8ms延時(shí)高頻保護(hù)出

口；裝置內(nèi)設(shè)有倒方向延時(shí)回路，該回路是為了防止區(qū)外故障后，在斷合開(kāi)頭的過(guò)程中，故障功率

方向出現(xiàn)倒方向，短時(shí)出現(xiàn)一側(cè)正方向元件未返回，另一側(cè)正方向元件已動(dòng)作而出現(xiàn)瞬時(shí)誤動(dòng)作而

設(shè)置的，如圖5-17,本裝置設(shè)于3QF、4QF二端，若圖示短路點(diǎn)發(fā)生故障，1QF為負(fù)方向，

2QF為正方向，M側(cè)發(fā)信，N側(cè)停信；開(kāi)關(guān)3QF跳開(kāi)時(shí)，故障功率倒向可能使1QF為正方向，

2QF為負(fù)方向，如果M側(cè)停信的速度快于N