电力系统分析-电网高频保护

三、高频信号的利用方式
闭锁信号：
收不到这种信号是高频保护动作 跳闸的必要条件。
允许信号：
收到这种信号是高频保护动作跳闸 的必要条件。
传送跳闸信号：
收到这种信号是保护动作于跳闸充分 而必要条件的条件。
第二节
高频闭锁方向保护
一、高频闭锁方向保护的基本原理
高频闭锁方向保护是通过高频通道间接比较 被保护线路两侧的功率方向，以判别是被保护范 围内部故障还是外部故障。
2.结合电容器
它是一个高压电容器，电容很小，对工频电压呈现很大 的阻抗，使收发信机与高压输电线路绝缘，载频信号顺利 通过。结合电容器 2 与连接滤波器 3 组成带通滤波器，对载 频进行滤波。
3.连接滤波器
它是一个可调节的空心变压器，与结合电容器共同组成 带通滤波器。
带通滤波器从线路一侧看入的阻抗与输电线路波阻抗（约为400）匹配， 而从电缆一侧看入的阻抗，与高频电缆波阻抗（100）匹配。可避免高频信 号的电磁波在传送中发生反射，减少高频能量附加衰耗。
一、相差高频保护的工作原理
区内故障：两侧电流同相位，发出跳闸脉冲；
区外故障：两侧电流相位相差180°，保护不 动作 。
一、相差高频保护的工作原理 为了满足以上要求，采用 高频通道正常时无信号，而 在外部故障时发出闭锁信号 的方式来构成保护。 实际上，当短路电流为 正半周，高频发信机发出信 号；而在负半周，高频发信 机不发出信号。
一、相差高频保护的工作原理
当被保护范围内部故 障时。由于两侧电流相位 相同，两侧高频发信机同 时工作，发出高频信号， 也同时停止发信。这样， 在两侧收信机收到的高频 信号是间断的，即正半周 有高频信号，负半周无高 频信号。
一、相差高频保护的工作原理
当被保护范围外部故 障时，由于两侧电流相 位相差 180°，线路两侧 的发信机交替工作，收 信机收到的高频信号是 连续的高频信号。经检 波限幅倒相处理后，电 流为直流。
解决办法：采用高频保护
高频保护：
是用高频载波代替二次导线，传送线路 两侧电信号，所以高频保护的原理是反应 被保护线路首末两端电流的差或功率方向 信号，用高频载波将信号传输到对侧加以 比较而决定保护是否动作。
高频保护与线路的纵联差动保护类似，正 常运行及区外故障时，保护不动，区内故障 全线速动。
二、载波通道的构成原理
一、相差高频保护的工作原理
如果内部故障时高频 通道遭破坏，会不会影响 保护跳闸？
一、相差高频保护的工作原理
一、相差高频保护的工作原理
正常时: 发信机没有电源，所以不能向高频通道发送 信号。
一、相差高频保护的工作原理
系统发生故障时: 灵敏元件首先起动，给发信机的提供电源，发信机立刻 向通道发送出故障电流调制的断续高频波。 不灵敏元件起动后， 准备好保护跳闸出口回 路电源。
4.高频电缆
用来连接户内的收发信机和装在户外的连接滤波器。为 屏蔽干扰信号，减少高频损耗，采用单芯同轴电缆，其波阻 抗为100Ω。
5.保护间隙
保护间隙是高频通道的辅助设备。用它来保护高频电缆 和高频收发信机免遭过电压的袭击。
6.接地刀闸
接地刀闸也是高频通道的辅助设备。在调整或检修高频 收发信机和连接滤波器时，用它来进行安全接地，以保证人 身和设备的安全。
内部故障时，理论上接收两侧断续高频波的间断角为 180°，由于两侧电源电势的相位差、电流互感器和保护装 置的角误差，所以间断角仅为
rN 180 N 58 0.06 l rM 180 M 58 0.06 l
2.保护的相继动作区 收信机收到两调频信号的相位差与线路的长度有关，保 护范围之外故障时，间断角为 r外 37 0.06 l 要求保护不动作，保护范围内故障时，M侧的间断角为 要求保护动作, 线路的临界长度为
功率方 向元件
＆
禁 止
跳闸
第四节
高频闭锁距离保护
高频闭锁方向保护的优点、缺点 …… 距离保护的优点、缺点…… 能不能把两者结合起来，取两者的优 点,屏弃其缺点?
答案: 可以。做成高频闭锁的距离保护，使得内部故
障时能够瞬时动作，而在外部故障时具有不同 的时限特性，起到后备保护的作用。
高频闭锁距离保护的评价：
第八章 电网高频保护
第一节 高频保护的基本概念
第二节 高频闭锁方向保护
第三节 高频闭锁距离保护
第四节 相差高频保护
第一节 高频保护的基本概念
一、概述
在高压输电线路上，要求无延时地切除被 保护线路内部的故障。此时，电流保护和距离 保护都不能满足要求。纵联差动保护可以实现 全线速动。但其需敷设与被保护线路等长的辅 助导线，这在经济上、技术上都有难以实现。
一、相差高频保护的工作原理
收信机收到断续 波 时 ， CT 有 输 出 ， KDS 动作，发出跳闸 脉冲。若收信机收到 连续高频波，说明是 区外故障，经检波限 幅倒相处理后，CT输 出电流为零， KDS不 动作，闭锁了保护出 口回路。
二、相差高频保护的相位特性和相继动作区
相差高频保护是通过测定通道上高频信号是否间断， 来判断是保护范围内部还是外部故障的。当间断角大于闭 锁角时，为保护范围内部故障，保护动作。反之，当间断 角小于闭锁角时，为保护范围外部故障，保护不动作。
一、相差高频保护的工作原理
由以上的分析可见，相位比较实际上是 通过收信机所收到的高频信号来进行的。在 被保护范围内部发生故障时，两侧收信机收 到的高频信号重叠约10ms，于是保护瞬时的 动作，立即跳闸。在被保护范围外部故障时， 两侧的收信机收到的高频信号是连续的，线 路两侧的高频信号互为闭锁，使两侧保护不 能跳闸。
目前应用比较广泛的载波通道是“导线一大地”制。
只需在一相线路上装设通道设备。缺点是高频信号的衰耗和受到的干扰都比较大。
1. 高频阻波器 高频阻波器是由电感线圈和可调电容组成，当通过载波频 率时，它所呈现的阻抗最大。对工频电流而言，阻抗较小，因 而工频电流可畅通无阻，不会影响输电线路正常传输。
并联谐振频率（50～300kHz
二、相差高频保护的相位特性和相继动作区
在电力系统的实际运行中，在被保护范围内部故障时， 两侧高频信号不会完全重叠；在外部故障时，两侧的高频 信号也不会是连续的。所以，就需要进一步分析相差高频 保护的相位特性。 相位特性：是指相位比较继电器中的电流Ir和高频信 号的相位角ф关系曲线，亦即Ir=f（ф）的曲线，称为相 位特性曲线。
二、相差高频保护的相位特性和相继动作区
1.相差高频保护在线路两侧操作电流的相位关系
(1)外部三相短路: 电流互感器约有φTA＝7°角误差，复合滤过器及保护约 有φbh＝15°角误差。高频信号在输电线路上传输需要时间， 以光速V＝3.0×108 m/s传送至对侧所需时间t产生的延迟角 误差 l wt 360 50 0.06 l V 总误差角为 TA bh 7 15 0.06 l 为了保证保护的选择性，应考虑一定的裕度，令φy＝15°
为什么要采用远方发信?
考虑到当发生故障时，如果只采用本侧“发信”元件将发 信机投人工作，再由“停信”元件的动作状态来决定它是 否应该发信，实践证明这种“发信”方式是不可靠的。
远方启动高频闭锁方向保护的主要问题
双电源变单电源运行(如B侧有电源，C侧无电源)．
发生内部故障时
禁 C侧发信机被 B侧发讯机的高频信号远方启动后， 起动 通道 止 发信机 元件 不能自行关闭，致使B侧保护一直收到 C侧发讯机 门 的高频闭锁讯号而无法动作跳闸。 收信机
rM 180 M 58 0.06 l 37 0.06l 58 0.06l
l =175km
即当线路长度>175km时，被保护线路内部故障M侧的保 护将不动作，但N侧保护间断角增大，保护动作，当N侧断 路器跳开以后，M侧收发信机自发自收，其间断角为180°， 则M侧保护动作。
7.高频收、发信机
高频收发信机的作用是发送和接收高频信号。发信机 部分是由继电保护来控制。高频收信机接收到由本端和对 端所发送的高频信号。经过比较判断之后，再动作于跳闸 或将它闭锁。
三、高频信号的利用方式
经常有高频电流 按高频通道的工作方式分成
经常无高频电流
在这两种工作方式中，按传送的信号性质，又 可以分为传送闭锁信号、允许信号和跳闸信号三种 类型。
当区外故障时，被保护线路近短路点一 侧为负短路功率，向输电线路发高频波，两 侧收信机收到高频波后将各自保护闭锁。
当区内故障时，线路两端的短路功率方 向为正，发信机不向线路发送高频波，保护 的起动元件不被闭锁，瞬时跳开两侧断路器。
2 KT 延时元件
1KT 记忆元件
正常运行时
内部故障时
外部故障时
2 KT 延时元件
二、相差高频保护的相位特性和相继动作区
N侧收到两侧高频载波信号的最大角相差为
N 100 7 15 0.06 l 122 0.06 l
M侧为
M 100 7 15 0.06 l 122 0.06 l
二、相差高频保护的相位特性和相继动作区
何谓远方发信?
远方发信是指每一侧的发信机，不但可以由本侧的发 信元件将它投人工作，而且还可以由对侧的发信元件借பைடு நூலகம் 于高频通道将它投人工作，以保证“发信”的可靠性。
例如，区外故障时，由于某种原因，近故障点侧“发信” 元件拒动，这时该侧的发信机就不能发信，导致正方向侧 收信机收不到高频闭锁信号，而使正方向侧高频保护误动。 为了消除上述缺陷，就采用了远方发信的办法。
二、相差高频保护的相位特性和相继动作区
外部故障：两侧操作电流的相位差不是 180°，收到的 两侧断续高频波不是连续的，而是 180°+φ，即出现间断 角为
r外 TA bh y 0.06 l 37 0.06 l
二、相差高频保护的相位特性和相继动作区
(2)内部故障: 双侧电源系统在d点发生三相短路时， 线路两侧电势EM和EN之间的相角差为δo ，δ角一般不超过 70° 。 M 侧电流 IM 落后于 EMφdM≈60°, N 侧到短路点φdN=90°。 两侧电流的相位差将达到100°。电流互感器的最大误差角 φTA=7°，保护装置的角误差φbh=15°，高频信号沿输电线 路传输需要时间，造成的延迟误差角α=0.06°l。
二、相差高频保护的相位特性和相继动作区
3．保护闭锁角 在理想情况，相位特性曲线Ir=f（ф）是如下图所示的 直线（虚线1所示）。但实际上不是直线而是曲线，如下图 中实线2所示。
二、相差高频保护的相位特性和相继动作区
设继电器 KDS 的动作 电流为 IOP ，则它与相位 特性曲线有两个交点。 在交点上部， Ir>Iop ，继 电器的动作。交点下部， Ir <Iop ， 继 电 器 不 会 动 作。图中的角φb 称为保 护的闭锁角，φop 角称为 保护的动作角。
1KT 记忆元件
a.记忆元件1KT的作用 防止线路外部故障切除后近故障侧电流元件KA先返回， 而远离故障侧的KA和十KW后返回所引起的非故障线路远 离故障侧保护的误跳闸。 t1常取0.5s。
b.2KT的作用
防止线路外部短路时远离故障侧的保护在未收到近故 障侧发讯机传送过来的高频讯号而误动作，故远离故障侧 保护应延时t2秒，等待对侧是否传送高频电流闭锁讯号。 t2取4—16ms,大于高频讯号在被保护线路上的传输时间。
优点： 内部故障时可瞬时切除故障，在外部故障时可起到后 备保护的作用。 缺点： 主保护(高频保护)和后备保护(距离保护)的接线互相连 在一起，不便于运行和检修。
第四节 相差高频保护
一、相差高频保护的工作原理
比较被保护线路两侧电流的相位，即 利用高频信号将电流的相位传送到对侧 去进行比较而决定跳闸与否。
Iop 2 (1.5 ~ 2) Iop1
电流启动高频闭锁方向保护主要缺点
当线路外部发生故障时，
若非故障线近故障侧的电流元件KA因某种原 因拒动而不能启动发讯机，则远离故障侧的 保护启动(KA’和KW动作)，t2后因收不到高 频闭锁信号，将误跳间。
解决这个问题的一个办法是，采用远方启动的高 频闭锁方向保护。