高频保护原理与试验方法,高频通道、允许式高频保护和闭锁式高频保护

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* 单侧有电源时：无电源端保护不动； 有电源端启讯元件首先启讯，保护 启动元件启动，方向元件判为正方 向而停讯，则有电源端保护动作跳 闸。 (4)闭锁式方向高频保护优点：内部 短路并伴随高频通道破坏时，仍可 正确跳闸。
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2、闭锁式普通方向高频保护
(1) 构成
灵敏元件1LJ：启动发讯机（整定值小）
不灵敏元件2LJ：启动跳闸回路（整定值大，
Idz.2LJ
=(1.6~2.0)Idz.1LJ ）
方向元件GJ：正方向（母线→线路）：动作于停 讯
反方向（线路→母线）：不动作
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闭锁式普通方向高频保护结构示意图
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(2) 采用两个启动元件的作用
* 如果用一个启动元件LJ来代替1LJ和2LJ （启讯与保护启动公用） 若两端启动元件误差造成：Idz.LJ.A < Idz.LJ.B 当B端外部远处短路时，可能出现：Idz.LJ.A < Id < Idz.LJ.B ，则： 靠近短路点端的保护B（为反方向）： LJ不启动，保护不动但也发不出闭锁讯号。 远离短路点端的保护A（为正方向）： LJ启讯，但GJ启动后停讯，则保护误动。 15
加传送50~300kHz的高频讯号（保护测量信号），以进
行线路两端电气量的比较而构成的保护。
由于高频通道干扰大，不能准确传送线路两端电量的全 信息，因此一般只传送两端的状态信息（如：方向，相 位）。 高频保护分类：
┌ 方向高频：比较线路两端功率方向（即要测U又要测I）
└ 相差高频：比较线路两端电流相位（只要测量I）
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单一启动元件的高频保护结构示意图
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(3)时间元件的作用
*展宽t1（100ms）： 防止外部d2点短路被切除后，本线路靠近d2点的B 端保护先返回（闭锁讯号先消失），远离d2点的 A端保护后返回，导致A端保护误动。 *延时t2（7ms）：防止外部d2点短路时，由于线 路的传输延 迟，靠近d2的A端发出的闭锁讯号尚未到达远离 d2点的B端 造成B端保护误动。（虽有7ms延时，仍属于速动 18 保护）
与
同相，且线路阻抗角皆为φ 相位差θ =180° 相位差θ =0°
d
，则：
外部短路时： 与 内部短路时： 与
发讯机受操作元件控制：电流正半周发讯，负半周 不发讯
EM
EN
IM IM
IN IN
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可见：外部短路时，两端收到连续的高频闭 锁信号。 内部短路时，两端收到间断的高频闭 锁信号。 （间断角：180°）。 实际上：内部短路时，两端电流 与 一 般不完全同相 →间断角<180°； 外部短路时， 与 不完全反相 （误差造成） →有一定间断角。
（二）、欠范围允许式纵联保护
欠范围允许式纵联保护除故障判元件的

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允许信号
所谓允许信号就是指：“收到这种信号是高频保
护动作跳闸的必要条件” 跳闸信号 所谓跳闸信号就是指：“收到这种信号是保护动 作于跳闸的充分而必要条件”。 必须注意将“高频信号”和“高频电流”区别开 来。所谓高频信号是指线路一端的高频保护在故 障时向线路另一端的高频保护所发出的信息或命 令。因此，在经常无高频电流的通道中，当故障 时发出的高频电流固然代表一种信号，但在经常 有高频电流的通道中，当故障时将高频电流停止 或改变其频率也代表一种信号，这一情况就表明 8 了“信号”和“电流”的区别。
• 用两个启动元件1LJ，2LJ：
• Idz.2LJ =(1.6~2.0)Idz.1LJ
若B端外部远处短路时出现：Idz.1LJ.A<Id<Idz.1LJ.B ， 必有：Id<Idz.2LJ.A且Id<Idz.2LJ.B，即两端的2LJ皆不 启动保护。 尽管发不出闭锁讯号，保护也不会误动。 若B端外部远处短路时出现：Idz.2LJ.A<Id <Idz.2LJ.B， 必有：Id>Idz.1LJ.A且Id>Idz.1LJ.B，两端的1LJ皆可正 常启讯。 靠近短路点的B端（反方向不停讯）发出的闭锁 讯号闭锁两端保护。
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4、闭锁式高频距离保护 * 以无方向性或无完全方向性的ZIII（全阻抗ZKJ或 偏移特性阻抗ZKJ）作为高频部分的启讯元件。 * 以具有完全方向性的ZII（方向ZKJ）作为高频部 分的方向判别元件。 • ZI为独立的方向阻抗特性的距离I段元件。
(1)外部故障时：两端ZIII启动，先发闭锁讯号。 远故障点端的ZII动作（正向），闭锁JZ1，停讯。 近故障点端的ZII不动（反向），不停讯。 两端皆可收到闭锁讯号→JZ2不动（高频出口不 动）。 24
四、闭锁式方向高频保护
1、基本原理（平时无讯，外部故障时发讯机发 闭锁讯号）
启讯元件 启动元件 保护启动元件
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闭锁式方向高频保护示意图
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(1)系统正常：启动元件不启动，保护不动。 (2)本线路外部短路（d2）： 两端启讯元件启动发讯机发讯，靠近故障 点端的保护判为反方向而不停讯，该端高 频闭锁讯号闭锁两端保护。 (3)本线路内部短路（d1）： * 两侧皆有电源时：两端启讯元件首先启 讯，两端保护启动元件皆启动，方向元件 皆判为正方向使两端皆停讯，则两端保护 动作跳闸。
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* 为消除高频波反射，减小高频能量损耗，带通滤波器的 波阻抗： 输电线侧与输电线波阻抗（400Ω ）匹配 高频电缆侧与电缆波阻抗（100Ω ）匹配 * 接地刀闸6用于检修连接滤波器。 4、高频电缆
5、高频收、发讯机
* 发讯机：由继电保护控制 发讯方式分：①故障发讯； ②长期发讯。 * 收讯机：可收到对端（闭锁式也可收到本端）发讯机 所发高频讯号。按所收高频信号的性质可分为： ①闭锁信号；②允许信号；③跳闸信号。
闭锁式高频距离保护示意图
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对远故障点的保护： 若故障点在ZII 范围内，距离II段经tII 延时动作；若在 ZIII 范围内，距离III段经tIII 延时动作（起后备保护作 用）。 (2)内部故障时：两端ZIII启动，先发闭锁讯号。 两端的ZII动作(正向保护区内)，闭锁两端JZ1，停止发 讯，两端皆收不到闭锁讯号→JZ2动作→保护瞬时动作 跳闸。 若故障点在ZI范围内，还可由距离I段ZI瞬时动作跳闸 * 为了判别方向，ZII一定采用方向阻抗元件 。 * 为了确保外部短路时保护不误动，任一端的ZIII必须在反 方向具有保护范围，且保护范围至少涵盖对端ZII延伸出 26 来的保护范围。
(4)系统振荡时：I↑→1LJ，2LJ启动， 若振荡中心位于保护
范围内，两端功率皆为正，保护将 误动（若采用负序、零
(5)普通方向高频保护缺点：灵敏度 和动作速度受限制，且系
序功率方向元件可不受振荡影响）。
统振荡时可能误动。
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3、闭锁式负序（零序）方向高频保护
(1)工作情况
*正常运行时：
无负序电流I2，Y1被闭锁，保护不动。
N侧保护动作后，停讯→M侧只收到本侧讯号， 出现180º 间断角而动作。
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故：N侧先动，M侧后动----出现相继动作。
七、系统中常见的几种线路纵联保护
超高压线路都配置有线路纵联保护，实现全线快速 切除各种类型的短路故障。 以华中电网为例，500KV线路均使用允许式和混合 式，220KV省网间联络线采用允许式和闭锁式。 （一）、超范围允许式纵联保护 超范围是指构成线路纵联保护的保护装置中的方 向元件（包括零序、负序功率方向）的保护范围 大于线路长度，而方向阻抗保护范围要大于线路 长度1.3~1.5倍。载波通道中采用的允许式信号， 为了提高允许信号抗干扰能力，采用移频健控 （FSK）式传输方式。 38
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相位比较元件XB：
延时t1：用于防止外部短路时存在的间断角→保护 误动 内部故障时：间断时间>t1，保护动作；
外部故障时：间断时间<t1，保护不动
展宽t2：保证内部短路时有一个连续的出口动作信 号
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2、相差高频保护原理接线：
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1LJ，3LJ：正、负序灵敏元件(低定值)， 用于启动发讯机。(平时无讯,故障发 讯) 2LJ，4LJ：正、负序不灵敏元件(高定 值)， 用于启动比相元件XB。
五、允许式方向高频保护特点介绍
允许式不足：本线内部故障并伴随着通道破坏时， 保护将拒动。解决措施： (1) 采用相-相耦合,双频制（闭锁式采用相-地耦 合,单频制），则针对出现几率较大的单相接地 故障，通道不会被破坏。 (2) 针对相间故障（正好是用做高频通道的两相故 障，则通道很可能被破坏），采用解除闭锁式 （相当于增加了一个小的闭锁式高频）： * 平时发监频讯号 （监视通道完好，监频讯号采用单频制）
→出口跳闸。 * 发生三相对称故障时，初瞬间存在负序分 量，由t3展宽将动 作信号保持40-60ms，故三相对称故障仍能 正确动作。
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闭锁式负序（零序）方向高频保护示意图
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(2) 优点：不需两个启动元件且反映负序分 量→动作灵敏、动 作迅速，不受系统振荡影响。 (3) 针对接地短路，可采用闭锁式零序方向 高频保护，原理及构成与闭锁式负序方向 高频保护类似，一般采用相电流突变量 （或零序III段等）作为高频保护启讯元件 （启动闭锁讯号），采用零序方向元件作 为高频保护的方向判别元件(正向停讯，反 向不停讯)。
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二、高频通道构成原理
1、阻波器（L、C组成的并联电路）：通工频，阻高频 * 对高频：并联谐振，呈大阻抗，不能通过，限制在本 段输电线内。 * 对工频：无谐振，呈小阻抗，能顺利通过，不影响工 频电量传输。 2、结合电容器：其电抗Xc=1/(ωC)；通高频，阻工频。 （同时起到隔离高压线路与高频收发讯机的作用） 3、连接滤波器（由可调空心变和高频电缆侧电容组成） * 结合电容器+连接滤波器 →带通滤波器 （提取所需高频信号，滤除其余高频干扰）
*外部故障时：
近故障点端保护的负序方向 S2为(-)，JZ1启动→发闭锁讯号， （远故障点端保护的负序方向S2为(+)，Y1启动， 20 但在t2延时到达之前已收到闭锁信号而被闭锁）
两端皆收到信号→两端JZ2被闭锁→两端保护不动。
* 内部故障时：
两端负序方向S2为(+)→ JZ1被闭锁→不发 讯，无闭锁讯号 └→Y1启动→JZ2动作
IM
(6º /每 (φy：裕度角) (ω：工频)
IN
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故相位比较元件XB的延时t1=φb/ω
• 内部短路时，
180º -δ
与 不完全同相→间断角： （假设 超前 ：δ）
IM
IN
IM
• 考虑到线路传输角误差δl ，则：
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M侧：间断角为180º l ，l↑ -δ-δ →间断角↓<φb ，M侧保护不动 N侧：间断角为180º -δ+δl ，l↑ →间断角↑>φb ，N侧保护动作
高频保护 原理与试验
2011-4-20
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开场白 与本次培训有关的话题，需要占 用各位几分钟的宝贵时间，请大 家、日立 “责任感”
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一、高频保护基本概念
高频保护（电力线载波纵联保护）：利用输电线路本身作
为保护信号的传输通道，在输送50Hz工频电能的同时叠
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* 出现相间故障：若判为反方向，则仍发监 频信号；若判为正方向，则停监发允（停监 频讯号，发允许信号）。 判为相间故障时，任一端动作条件： ①本端为正方向； ②监频信号消失。
允许式方向高频保护反措示意图
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六、相差高频保护 1、相差高频基本原理
规定电流正方向：保护安装处母线→被保护线路
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假设：
I1+K·2：综合过滤器,作为控制发讯机的 I 操作 元件（正半周发讯,负半周停讯）
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3、相差高频保护相位特性和相继动作 * 外部短路时， 与 不完全反相→有一定间断 角： 7º 最 大 角 误 差 )+15º 保 护 本 身 最 大 角 误 (TA ( 差)=22º
线路传输延时角误差： 100km) 取闭锁角：φb= 22º l+φy +δ
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高频通道构成示意图
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三、高频通道的工作方式和高频信号的作用
高频通道的工作方式可以分为经常无高频 电流和经常有高频电流两种方式，或者说 故障时发信和长期发信两种方式。 在这两种工作方式中，以其传送的信号性 质为准，又可以分为传送闭锁信号、允许 信号和跳闸信号三种类型。 闭锁信号 所谓闭锁信号就是指：“收不到这种信号 是高频保护动作跳闸的必要条件”。