输电线路纵联保护.pptx

4.1输电线路纵联保护的基本原理与类型 4.2导引线纵联保护 4.3输电线高频保护基本概念 4.4方向高频保护 思考题与习题 本章内容第1页/共50页4.1 输电线路纵联保护的基本原理与类型 仅仅反反映映线线路路一一侧侧的的电电气气量量是是不不可可能能区区分分本本线线路路末末端端和和对对侧侧母母线线(或或相相邻邻线线路路始始端端)故故障障的的，只只有有反反映映线线路路两两侧侧的的电电气气量量才才能能区区分分上上述述两两点点故故障障，达达到到有有选选择择性性地地快快速速切切除除全全线线故故障障的的目目的的。为为此此需需要要将将线线路路一一侧侧电电气气量量的的信信息息传传输输到到另另一一侧侧去去，即即在在线线路路两两侧之间发生纵向的联系。这种保护装置就称为输电线的纵联保护。侧之间发生纵向的联系。这种保护装置就称为输电线的纵联保护。第2页/共50页4.1.1 输电线路纵联保护的基本原理 4.1 输电线路纵联保护的基本原理与类型 当输电线路内部发生如图4.1所示的k1点短路故障时，流经线路两侧断路器的故障电 图4.1 输电线路纵联保护的基本原理示意图流如图中实线箭头所示，均从母线流向线路(规定电流或功率从母线流向线路为正，反之为负)。而当输电线路MN的外部发生短路时(如图中的k2点)，流经MN侧的电流如图中的虚线箭头所示，M侧的电流为正，N侧的电流为负。利用线路内部短路时两侧电流方向同相而外部短路时两侧电流方向相反的特点，保护装置就可以通过直接或间接比较线路两侧电流(或功率)方向来区分是线路内部故障还是外部故障。即4.1 输电线路纵联保护的基本原理与类型第3页/共50页 纵联保护的基本原理是：当线路内部任何地点发生故障时，线路两侧电流方向(或功率)为正，两侧的保护装置就无延时地动作于跳开两侧的断路器；当线路外部发生短路时，两侧电流(或功率)方向相反，保护不动作。这种保护可以实现线路全长范围内故障的无时限切除，从理论上这种保护具有绝对的选择性。4.1 输电线路纵联保护的基本原理与类型第4页/共50页 输电线路纵联保护为了交换两侧的电气量信息，需要利用通道。采用的通道不同，在装置原理、结构、性能和适用范围等方面就具有很大的差别。输电线路纵联保护按照所利用通道的不同可以分为以下四种类型(通常纵联保护也按此命名)：(1)导引线纵联保护(简称导引线保护)。(2)电力线载波纵联保护(简称高频保护)。(3)微波纵联保护(简称微波保护)。(4)光纤纵联保护(简称光纤保护)。下面将重点介绍导引线保护和高频保护。4.1.2 输电线路纵联保护的基本类型4.1 输电线路纵联保护的基本原理与类型第5页/共50页4.2.1 导引线纵联保护的基本原理 导引线纵联保护是纵联保护中最简单的一种，又常简称为纵联保护，它就是利用辅助导线或称导引线作为通道将被保护线路一侧的电流状况与经过导引线传送过来的另一侧的电流状况进行比较，以辨别短路是发生在被保护线路的内部或是外部，从而判断保护是否应该动作。导引线所传送的电流状况可分为两大类，其中一类是传送电流的大小(瞬时值)，另一类是传送电流的方向。根据传送电流的大小(瞬时值)以辨别是内部短路还是外部短路的保护比较简单，目前获得十分广泛的应用。而根据传送电流的方向以辨别是内部短路还是外部短路的保护则比较复杂，目前应用较少。首先以极短的线路为例，简要说明纵联保护的基本原理。如图4.2所示，在线路的M和N两侧装设特性和变比完全相同的电流互感器，两侧电流互感器的一次回路的正极性均置于靠近母线的一侧，二次回路的同极性端子连接，差动继电器KD则并连接在电流互感器的二次端子上。4.2 导引线纵联保护第6页/共50页在线路的两端，仍规定一次侧电流的正方向为从母线流向被保护的线路。在线路正常运行时，设线路的电流 从M端流入，从N端流出(如图中的虚线所示)，则线路两侧电流 和 按照规定的正方向看反相，其电流互感器的二次电流为4.2 导引线纵联保护第7页/共50页4.2 导引线纵联保护式中 、两侧电流互感器的二次电流；、两侧电流互感器的激磁电流；两侧电流互感器的变比。图4.2 纵联保护的基本原理第8页/共50页4.2 导引线纵联保护流入差动继电器(或称为差动回路)的电流为 由于 所以 第9页/共50页式中式中 不平衡电流不平衡电流(下面将详细说明下面将详细说明)。当当线线路路外外部部发发生生短短路路(如如k2点点)时时，电电流流互互感感器器一一次次和和二二次次电电流流的的方方向向与与正正常常工工作作的的情情况况相相同同，流流入入差差动动继继电电器器的的电电流流仍仍为为不不平平衡衡电电流流，但但因因为为此时一次侧电流为短路电流，比正常时的负荷电流大得多，所以此时的不平衡电流要大得多。此时一次侧电流为短路电流，比正常时的负荷电流大得多，所以此时的不平衡电流要大得多。当线路内部发生短路当线路内部发生短路(如如k1点点)时，时，M两侧的电流均为正。这时将反向两侧的电流均为正。这时将反向(见图见图4.2中的实线中的实线)，此时流入差动继电器的电流为，此时流入差动继电器的电流为 (4-2)式中式中 故障点的总电流，故障点的总电流，。4.2 导引线纵联保护第10页/共50页式(4-2)说明内部短路时流入差动继电器的电流为故障点总电流的二次值，且远大于正常运行和外部短路时流入差动继电器的不平衡电流。当差动继电器为反映电流过量动作时，线路内部短路时，它就动作，即向被保护线路两侧送出跳闸信号，而正常运行和外部短路时，差动继电器不动作。从以上分析可见，导引线纵联保护在原理上区分了线路的内部和外部故障，可无延时地切除线路两侧电流互感器之间任何地点的故障。由于在正常情况下，上述连接方式的纵联保护的二次侧电流在导引线中成环流，因此也称为环流法纵联保护。实际上图4.2的接线只能用于短线路、变压器、发电机和母线等作为主保护，而不用于输电线路，因为在正常情况下，它要求沿线路敷设流过电流互感器二次电流的多根导引线，这在技术上是有很多困难的，在经济上也是不合理的。在导引线纵联保护中，为了节省导引线的芯数，一般将欲比较的三相电流综合成单相电流，并在线的两端均设有差动继电器，从而省去传送跳闸脉冲信号的导引线。4.2 导引线纵联保护第11页/共50页 将三相电流合成为单相电流可以采用复式滤序器或综合器。综合器比复式滤序器简单，输出功率大，容易做成电压源或电流源，虽然灵敏度差一些，在短线上一般也能满足要求，因而获得广泛的应用。在导引线纵联保护中，按照在导引线中电流的流动情况可分为环流法和均压法两种。图4.3中给出了两种接线法的基本原理图。图中TA为综合变流器，将三相电流变为单相电流，再经过升压变压器T和导引线PW将线路两侧保护回路连接在一起。升压变压器使导引线电阻归算到一次侧的数值大为降低，有利于克服导引线电阻的影响。升压变压器还起着将导引线与继电器隔离的作用，也便于实现对导引线完好性的监视，因而总是采用的。在正常运行及外部短路情况下，线路4.2 导引线纵联保护第12页/共50页4.2 导引线纵联保护图4.3 采用综合变流器的导引线纵联保护原理图(a)环流法(b)均压法第13页/共50页两侧电流 和 相位相差180，升压变压器的高压侧电压 和 相位也相差180，环流法接线在导引线中有电流环流，忽略导引线的电阻，差动继电器中的电流为零；均压法接线在导引线中没有电流环流，差动继电器中电流也为零。在内部短路时，两种接线的差动继电器中均有电流流过，从而能够准确地动作。当发生外部短路时，均压法接线的导引线将会承受高电压，而环流法接线的导引线将在内部短路时承受高电压。对于短线路来说，外部短路的机会多，而内部短路又可以由纵联保护很快地切除，所以从这个观点来看，环流法较好，但两种接线对保护性能无重大影响。4.2 导引线纵联保护第14页/共50页导引线纵联保护整定计算的基本原则是，应保证正常运行和外部短路时保护装置不动作跳闸。因此导引线纵联保护的一次动作电流按满足以下条件进行选择。1.躲过外部短路时的最大不平衡电流为躲开保护范围外部短路时的最大不平衡电流，此时差动继电器的整定电流应为 (4-3)式中 可靠系数，取1.31.5。保护范围外部短路时的最大不平衡电流可按下式来确定 (4-4)4.2.2 导引线纵联保护的整定计算4.2 导引线纵联保护第15页/共50页式中 非周期系数，主要考虑暂态过程中的非周期分量的影响，当差动回路中采用速饱和中间变流器时，取1；当差动回路中采用串联电阻降低不平衡电流时，取1.52；电流互感器容许的最大相对误差，取0.1；电流互感器的同型系数，两侧电流互感器型号相同取0.5，不同型号取1 保护范围外部最大短路电流归算到二次侧的数值。2.躲过正常运行时电流互感器二次侧继线时的电流正常运行时电流互感器二次侧继线时，差动继电器中将流过线路负荷电流的二次值，这时保护就不动作。此时差动继电器的整定电流应为 (4-5)式中 可靠系数，取1.51.8；4.2 导引线纵联保护第16页/共50页 线路正常运行时和最大负荷电流归算到二次侧的数值。应取以上两个整定值中较大的一个作为差动继电器的整定值。保护的灵敏系数可按下式校验：(4-6)式中 单侧电源作用且被保护线路末端短路时，流过差动继电器的最小短路 电流。当灵敏系数不能满足要求时，则需要采用具有制动特性的纵联保护等。4.2 导引线纵联保护第17页/共50页4.2.3 导引线纵联保护的动作特性 线路纵联保护的动作特性取决于线路两侧电流的关系。两侧电流的关系可以用幅值关系和相位关系来表示，也可以用复数比来表示，因此动作特性的分析方法如下：从纵联保护整定计算的基本原则可知，其动作条件可表示为 (4-7)式(4-7)两侧同除 得 (4-8)当以 为参考相量，并令 ，则上式可写为 4.2 导引线纵联保护第18页/共50页式(4-9)所描述的特性在复数平面上的轨迹是个圆，其圆心坐标为(-1，0)，半径为。在正常运行及外部短路时，180，即 ，显然无法满足式(4-9)的动作条件。在复平面上 正好是动作特性圆的圆心，又是不动作区的中心，可见圆内为不动作区(又称为闭锁区)。当线路内部发生短路时，0，则有 0，其值在正实轴上，满足式(4-9)的动作条件，且保护在最灵敏状态下，即圆外为动作区。一般情况下，因0 1，所以特性圆必在j轴的左侧，其特性如图4.4(a)所示。在电流直角坐标系中，保护的动作特性如图4.4(b)所示，正好是第一、第三象限的平分线2(外部短路电流曲线)，是不动作区的中心。直线1和1之间为不动作区，两直线外侧为动作区。4.2 导引线纵联保护第19页/共50页由图4.4可知，随着动作电流增大，纵联保护的闭锁区就越大，一旦保护的动作电流整定后，则当被保护线路外部短路电流增大时，闭锁圆的半径 将随之减小，即保护的闭锁区反而缩小。这时由于电流互感器的误差会随外部短路电流增大而增大，进入差动继电器的不平衡电流也将增加，纵联保护可能越出被缩小的闭锁区进入动作区而发生保护误动作。(a)复平面上的特性 (b)电流直角坐标系的特性图4.4 纵联保护的动作特性0 4.2 导引线纵联保护第20页/共50页4.2.4 带制动特性的纵联保护 当被保护线路外部短路时，如果进入差动继电器的不平衡电流很大，则保护的动作电流也将增大，这使保护的灵敏度下降，并可能误动作。为了减少不平衡电流对纵联保护的影响，常采用带制动特性的纵联保护。带制动线圈的电流差动继电器的原理接线图如图4.5所示。(a)在正常运行和线路外部短路时 (b)在线路内部短路时图4.5 带制动线圈的电流差动继电器的原理接线图4.2 导引线纵联保护第21页/共50页该原理接线图的特点是制动线圈WB有两个，它们的相对极性是这样考虑的：当外部故障时，线路穿越电流在两个制动线圈上产生的磁通相加，在差动线圈WKD上产生的磁通相减，制动作用增强，使差动继电器不能动作；而当内部故障时，两侧的故障电流各经一个制动线圈流入差动线圈，在差动线圈上产生的磁通相加，两制动线圈上产生的磁通相减，制动作用互相减弱。因此，设置这样的两个制动线圈后，对内部故障的灵敏度影响甚小，而对外部故障则制动作用随穿越性短路电流的增大而增大，从而在被保护线路两侧电流互感器有较大的误差下，差动继电器仍能可靠不动作。设置制动线圈后，差动继电器的动作方程为 (4-10)4.2 导引线纵联保护第22页/共50页式中 和电流，使差动继电器动作的电流；差电流，它将制止差动继电器动作，故称为制动电流；K 制动系数，0k1；纵联保护的二次动作电流。式(4-10)两边同除以 ，令 ，化简得 4.2 导引线纵联保护第23页/共50页式(4-11)在复数平面上也是一个圆，如图4.6所示。其圆心坐标为(,0)，圆的半径为 ，在圆内为闭锁区。从图中及式(4-11)可见，在复数平面上电流差动继电器的闭锁圆的大小与外部短路电流的大小无关，仅与制动系数k有关。制动电流越大，圆的半径越大，即纵联保护的闭锁区越大。这种特性正好满足在内部短路时制动电流小，动作电流小，保护的灵敏度高，而外部短路时，制动电流大，动作电流大，不易误动作的要求。在图4.6(b)中，动作电流不再是常数，而是随外部短路电流的增大而增大的变量。(a)复平面上的特性 (b)电流直角坐标系的特性图4.6 带制动线圈的纵联保护动作特性4.2 导引线纵联保护第24页/共50页总而言之，导引线纵联保护的通道需要铺设电缆，其投资随线路长度而增加。当线路较长(超过10余公里)时就不经济了。导引线越长，安全性越低。导引线中传输的是电信号，在中性点接地系统中，除了雷击外，在接地故障时地中电流会引起地电位升高，也会产生感应电压，对保护装置和人身安全构成威胁，并会造成误动作。所以导引线的电缆必须有足够的绝缘水平，例如15kV的绝缘水平，这将使投资增大。导引线直接传输交流电量，故在导引线纵联保护中广泛采用纵联保护原理，但导引线的参数(电阻及分布电容)直接影响保护性能，从而在技术上也限制了导引线纵联保护用于较长的线路。4.2 导引线纵联保护第25页/共50页4.3 输电线高频保护基本概念 为了快速切除高压远距离输电线路上的各种类型的短路，在线路纵联保护原理的基础上，以输电线载波通道作为通信通道，来比较输电线路两侧的电气量，以判断短路是在被保护输电线本身还是在相邻线路上，这种保护称为高频保护。它可以有效地克服采用导引线纵联差动的缺点。第26页/共50页输电线路用来作为载波通道时，必须在输电线路上装设专用的加工设备，将同时在输电线路上传送的工频和高频电流分开，并将高频收、发信机与高压设备隔离，以保证二次设备和人身的安全。高频收、发信机通过结合电容器接入输电线路的方式主要有两种：一种连接方式是高频收、发信机通过结合电容器连接在输电线路两相导线之间，称为“相相”制；另一种连接方式是高频收、发信机通过结合电容器连接在输电线一相导线与大地之间，称为“相地”制。“相相”制高频通道的衰耗小，但所需加工设备多，投资大；“相地”制高频通道传输效率低，但所需加工设备少，投资较小。目前，国内外一般都采用“相地”制，高频通道。“相地”制高频通道原理接线，如图4.7所示，高频加工设备由高频阻波器、耦合电容器、连接滤波器、高频电缆等组成，主要元件作用如下所述。4.3.1 高频通道的构成原理4.3 输电线高频保护基本概念第27页/共50页图4.7 “相地”制高频通道原理接线图l输电线路；2高频阻波器；3耦合电容器；4连接滤波器；5高频电线；6保护间隙；7接地刀闸；8，9高频收、发信机4.3 输电线高频保护基本概念第28页/共50页1.高频阻波器高频阻波器是由电感和电容组成的50Hz并联谐振回路，串接在输电线的工作相中，它对工频的阻抗很小，一般小于0.04 ；而对高频载波电流具有很高阻抗，其值约大于l000 ，这样高频信号就被限制在被保护线路的范围以内，而不能穿越到相邻线路上去，以免产生不必要的损耗和造成对其他高频通道的干扰。为了适应各种高频载波设备的需要，已有多种阻波器投入运行，其中包括单频阻波器、双频阻波器、带频阻波器和宽带阻波器等。在电力系统高频保护中，广泛使用专用的单频阻波器。2.耦合电容器耦合电容器与连接滤波器共同配合，将载波信号传递至输电线路，同时使高频收发信机与工频高压线路绝缘。由于耦合电容器对于工频电流呈现极大的阻抗，故由它所导致的工频泄漏电流极小。3.连接滤波器连接滤波器由一个可调节的空心变压器及连接至高频电缆一侧的电容器组成。连接滤波器和耦合电容器构成一个带通滤波器，连接于高压输电线路与高频4.3 输电线高频保护基本概念第29页/共50页电缆之间。当在其带通范围内的高频信号通过时，所产生的衰耗应为最小，高频信号能高效率地通过，当工频电流通过时，则产生的衰耗应尽可能地大，从而能使工频电流截止。同时，带通滤波器能进行阻抗 匹 配，对“相 地”制 方 式，输 电 线 路 侧 的 波 阻 抗 约 为 400 高频电缆侧的波阻抗约为100 。这样，就可以避免高频信号的电磁波在传送过程中发生反射，因而减小高频信号的附加衰耗。并联在连接滤波器两侧的接地刀闸，是当调整或检修高频收、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。4.高频电缆高频电缆是将位于主控制室的高频收、发信机与户外变电站的带通滤波器连接起来的导线，以便用最小的衰耗传送高频信号。从主控制室到户外变电站这段距离，虽然高频电缆只有几百米，但因其所传送的信号频率很高，如果采用普通电缆，衰减很大，因此多采用单芯式同轴电缆。其波阻抗约为100 。4.3 输电线高频保护基本概念第30页/共50页5.保护间隙保护间隙是高频通道的辅助设备，作为过电压保护用，当线路上遭受雷击产生过电压时，通过放电间隙击穿接地，以保护收、发信机不致被击毁。6.高频收、发信机发信机部分由继电保护来控制，通常是在电力系统发生故障时，保护部分启动之后它才发出信号，但也有采用长期发信方式的。由发信机发出的高频信号，通过高频通道输送到对端收信机接收，也可以被自己一端收信机接收。高频收信机接收到本端和对端所发送的高频信号后，经过比较和判断后，决定继电保护动作跳闸或闭锁。高频收、发信机有电子管型、晶体管型和集成电路型等。4.3 输电线高频保护基本概念第31页/共50页4.3.2 高频通道的工作方式按照正常运行时有无高频信号，高频通道的工作方式可分为经常无高频电流(故障时发信方式)和经常有高频电流(长期发信方式)两种方式。所谓经常无高频电流(故障时发信方式)是指在正常运行时通道中无高频信号，只在线路故障时才启动发信机。其优点是发信机寿命长，对通道中其他信号的干扰小，缺点是要定期启动发信机来检查通道的完好性。而经常有高频电流(长期发信方式)使在正常运行时通道中就有高频信号，无需发信机的启动部分，使得装置简化、保护灵敏度和动作速度提高，此方式应设法解决对通道中其他信号的干扰问题。在以上的两种工作方式中，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。需要注意的是，应该将“高频信号”与“高频电流”两个概念区分开来。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。因此，在经常无高频电流(故障时发信方式)的通道中，故障时发出4.3 输电线高频保护基本概念第32页/共50页高频电流的出现就是一种信号，但在经常有高频电流(长期发信方式)的通道中，当故障时将高频电流停止或改变其频率也是代表一种信号。所谓跳闸信号是指：“出现高频信号就构成跳闸的充分条件，不论保护装置是否动作”。可见它与继电保护的动作信号之间是“或”的逻辑关系。所谓允许信号是指：“出现高频信号仅构成跳闸的必要条件，必须再和保护装置的动作行为组成“与”门，才构成跳闸的充分条件。没有高频信号则构成不跳闸的充分条件”。所谓闭锁信号是指：“出现高频信号构成不跳闸的充分条件，没有高频信号仅是跳闸的必要条件，后者和保护装置的动作行为组成“与”门，构成跳闸的充分条件”。采用闭锁信号的优点是可靠性高，线路故障对传送闭锁信号无影响，所以在以输电线路作高频通道时，广泛采用这种信号方式，缺点是这种信号方式要求两端保护元件动作时间和灵敏系数应很好配合，所以保护结构复杂，4.3 输电线高频保护基本概念第33页/共50页动作速度慢。采用允许信号的主要优点是动作速度快，在主保护双重化的情况下，可以利用一套闭锁信号，另一套用允许信号。采用跳闸信号的优点是能从一端判定内部故障，缺点是抗干扰能力差，多用于线路变压器组上。如果按照高频信号的比较方式，高频信号还可分为间接比较方式和直接比较方式两种。所谓间接比较方式是指：高频信号仅将本侧交流继电器对故障的判断结果传送到对侧去，线路两侧保护根据两侧交流继电器对故障判断的结果作出最终判断。所以高额信号间接代表交流电气量，可以简单地用高频电流的有或无来代表逻辑信号的“是”或“非”。这种方式对通道要求简单，被广泛采用。所谓直接比较方式是指：高频信号直接将两侧交流电气量传送到对侧，在两侧保护的继电器中直接比较两侧的交流电气量，然后作出故障判断。由于这种比较方式要传送交流量，比较复杂，在实际使用的高频保护中一般只传送代表电流相位的高频信号。4.3 输电线高频保护基本概念第34页/共50页4.3.3 高频保护的类型 根据高频信号的利用方式一般将常用的高频保护分以下四种。高频闭锁方向保护(间接比较式闭锁信号)。高频闭锁距离保护(间接比较式闭锁信号)。相差高频保护(直接比较式闭锁信号和允许信号)。高频远方跳闸保护(间接比较式跳闸信号)。目前，高频闭锁方向保护、高频闭锁距离保护原理等广泛用于高压或超高压线路的常规与微机成套线路保护装置中，作为线路的主保护。4.3 输电线高频保护基本概念第35页/共50页 方向高频保护是通过高频通道间接地比较被保护线路两侧的功率方向，以判别是被保护线路内部短路还是外部短路。按照本章4.1节的规定以母线指向线路的功率方向为正方向；以线路指向母线的功率方向为反方向。被保护线路两侧都装有方向元件，且采用当线路发生故障时，若功率方向为正，则高频发信机不发信，若功率方向为负，则高频发信机发信的方式。在图4.8所示的系统中，当BC段的K点发生短路时，保护3和4的方向元件反应为正向短路，两侧都不发高频闭锁信号，因此，断路器3和4都跳闸，瞬时将短路切除。当k点发生短路时，对于线路AB和CD，是保护范围外部发生故障，保护2和5的方向元件反应为反向短路，它们发出的高频闭锁信号，此信号一方面被自己的收信机接收，同时经过输电线路分别送至对端的保护1和6，使保护装置1、2和5、6都被高频信号闭锁，因此，断路器1、2和5、6都不跳闸。这种方向高频保护，由于反应反向短路的一侧发出的高频闭锁信号，闭锁了反应为正方向短路一侧保护的断路器跳闸回路，所以称为高频闭锁方向保护。4.4.1 方向高频保护的基本原理4.4 方向高频保护第36页/共50页图4.8 高频闭锁方向保护的作用原理 这种按闭锁信号构成的保护只在非故障线路上才传送高频信号，而在故障线路上并不传送高频信号。因此，在故障线路上，由于短路使高频通道可能遭到破坏时，并不会影响保护的正确动作，这是它的主要优点，也是这种高频信号工作方式得到广泛应用的主要原因之一。由于高频闭锁方向保护的发信机采用短时发信方式，即正常运行时，发信机并不发信，只是在线路上发生短路时发信机才短时发信，故高频发信机需用启动元件。按照启动元件的不同，有以下的高频闭锁方向保护。4.4 方向高频保护第37页/共50页图4.9为接于被保护线路一端的半套用电流元件启动的高频闭锁方向保护的方框图。另一端的半套保护与此接线完全相同，故略之。线路每一侧的半套保护中，装有两套电流启动元件1KA和2KA。1KA的灵敏度较高，用来启动发信机，发送高频信号。2KA的灵敏度较低，用来启动保护的跳闸回路。方向元件KW用来判别短路功率的方向。4.4.2 电流启动方式的高频闭锁方向保护图4.9 电流元件启动的高频闭锁方向保护的方框图 4.4 方向高频保护第38页/共50页图中逻辑元件与门1综合2KA和KW的作用，禁止门2闭锁发信回路，禁止门3闭锁跳闸回路。每一侧半套保护中，还装有两个时间元件，它们的作用是为了保证保护的正确动作。时间元件1KT为瞬时动作、延时秒返回的时间继电器，它的作用是当方向元件KW返回后，把发信机发出闭锁信号的时间再延长秒，这是为了在外部短路切除后，防止近故障侧电流元件KA先返回，而远故障侧的KA和KW后返回所引起的非故障线路远离故障侧保护发生误动作。常取为0.5s。时间元件2KT为延时秒动作、瞬时返回的时间继电器，其作用是等待闭锁信号的到来，这是为了防止线路外部短路远离故障侧的保护在未收到近故障侧发信机传送来的高频信号而误动作，一般取4ms16ms，应大于高频信号在被保护线路上的传输时间。当外部短路时，两侧保护装置的电流启动元件都动作，但近故障侧的方向元件KW不动作，“与”元件和2KT时间元件不动作，因此断路器不能跳闸，也不闭锁发信回路，而电流启动元件1KA则经禁止门2启动发信机，发出高频闭锁信号。远离短路点一侧的保护装置方向元件KW动作，但由于收信机接收到对侧发来的高频闭锁信号，将禁止门3闭锁，断开了跳闸回路，因此断路器也不能跳闸。4.4 方向高频保护第39页/共50页当内部短路时，被保护线路两侧的电流启动元件1KA、2KA和方向元件KW均动作，发信机开始发信，经秒延时后，又将发信机停止发信。两侧收信机均收不到高频闭锁信号，于是禁止门3开放，两侧断路器跳闸，将故障线路切除。采用两个灵敏度不同的电流启动元件，是考虑到被保护线路两侧电流互感器的误差不同和两侧电流启动元件动作值的离散性。如果只用一个电流启动元件，在被保护线路外部短路而短路电流接近启动元件动作值时，近短路侧的电流启动元件可能拒动，导致该侧发信机不发信；而远离短路侧的电流启动元件可能动作，导致该侧发信机仅在时间以内发信，经延时后，收信机就收不到高频闭锁信号，从而引起该侧断路器误跳闸。采用两个动作电流不等的电流启动元件，就可以防止这种无选择性动作。用动作电流较小的电流启动元件1KA(灵敏度较高)去启动发信机，用动作电流较大的启动元件2KA(灵敏度较低)启动跳闸回路，这样，被保护线路任一侧的启动元件2KA动作之前，两侧的启动元件1KA都已先动作，从而保证了在外部短路时发信机能可靠发信，避免了上述的误动作。4.4 方向高频保护第40页/共50页启动元件1KA动作电流按照躲开正常运行时最大负荷电流整定，即 式中 可靠系数，一般取1.11.2；自启动系数，一般取11.5；电流继电器的返回系数，一般取0.85。启动元件2KA动作电流按照与1KA做灵敏度配合整定，一般取2KA的动作电流为 (1.52)，并按照线路末端短路进行灵敏系数校验，要求灵敏系数大于等于2。通常，线路两侧电流启动元件的动作电流应选为同一数值，即两侧的两个电流启动元件的动作值应分别相等。在电流启动元件的灵敏度不能满足要求时，可采用负序电流元件作为启动元件，其动作电流按躲过最大负荷情况下出现的最大不平衡电流整定。(4-12)4.4 方向高频保护第41页/共50页图4.10为方向元件启动的高频闭锁方向保护的方框图。图中方向元件1KW为在反方向短路时动作的方向元件，用以启动发信机。方向元件2KW为在正方向短路时动作的方向元件，用以启动跳闸回路；方向元件1KW和2KW的动作方向，如图4.10(b)所示。4.4.3 方向元件启动方式的高频闭锁方向保护图4.10 方向元件启动的高频闭锁方向保护的方框图4.4 方向高频保护第42页/共50页 在内部短路时，两侧方向元件1KW均不动作，两侧发信机均不启动；此时，两侧方向元件2KW均动作，延时 秒后，经禁止门2作用于跳闸。在外部(见图中的K点)短路时，远离短路点一侧(即M侧)的2KW动作，准备跳闸；近故障一侧(即N侧)的1KW动作，启动该侧发信机，发出高频闭锁信号。远离短路点一侧的收信机收到对侧发来的高频闭锁信号，将禁止门2闭锁，所以远离短路点一侧的断路器不会误跳闸。为了保证被保护线路外部短路时保护的选择性，一方面两侧方向元件在灵敏度上应当配合，即近短路点一侧的1KW应较远离短路点一侧的2KW更灵敏；另一方面近短路点一侧的1KW的动作区必须大于远离故障点一侧的2KW的动作区。时间元件1KT、2KT的作用和整定，分别与用电流元件启动的高频闭锁方向保护中的1KT、2KT相同。时间元件2KT动作后将禁止门l闭锁，是为了防止在内部短路的暂态过程中，方向元件1KW可能短暂动作而引起保护动作的延缓。方向元件启动的高频闭锁方向保护的总体构成比较简单，这是这种保护方式的主要优点。但是，由于没有另外的启动元件，所以，方向元件的动作功率必须大于最大负荷功率，以避免输电线路4.4 方向高频保护第43页/共50页 正常运行时，由输送最大负荷引起的保护误动作。由于负序功率方向继电器能反应各种短路故障，保护无动作死区，且在正常情况和系统振荡时不会误动作，因此目前广泛采用负序方向元件来代替一般方向元件，从而使方向元件启动的高频闭锁方向保护的性能更趋完善。4.4 方向高频保护第44页/共50页4.4.4 远方启动方式的高频闭锁方向保护图4.11为远方启动方式的高频闭锁方向保护的方框图。这种启动方式只有一个启动元件，即电流继电器KA。发信机既可由启动元件KA启动，也可由收信机收到对端的高频信号后，经延时元件3KT、或门1、禁止门2来启动。这样在外部短路时，即使只有一侧启动元件KA启动发信机，另一侧通过高频通道接收到远方传来的信号也将发信机启动起来，后者的启动方式称为远方启动。图4.11 远方启动的高频闭锁方向保护的方框图4.4 方向高频保护第45页/共50页 在两侧相互远方启动后，为了只使发信机固定启动一段时间，在图4.11中设置时间元件3KT，该时间元件为瞬时启动、延时返回，延时返回的时间 就是发信机固定启动时间。在收信机收到对侧发来的高频信号后，时间元件3KT立即发出一个持续时间 的脉冲，经或门1、禁止门2使发信机发信。经过时间 后，远方启动回路就自动切断。的时间应大于外部短路可能持续的时间，一般取(58)s。这是因为在外部故障切除前，若近故障点端的发信机由远方启动的高频发信机停止发信，对端保护因收不到高频闭锁信号而误动作。在外部短路时，由于近故障侧保护的正向方向元件KW不会动作，禁止门2不会被闭锁，发信机能够发信，向对侧传送高频闭锁信号。对侧收信机收到高频信号，所以不会误跳闸。如果此时近故障侧启动元件1KA不动作，远离故障侧的启动元件1KA及正方向元件KW动作时，则远离短路侧将误跳闸。为了避免这种误动作，时间元件2KT的整定值应大于高频信号在高频通道上往返一次所需的时间，一般取 20ms。这样在外部故障时，远故障侧的收信机才能在时间内收到近故障侧用远方启动方式发来的高频闭锁信号，将保护可靠闭锁。4.4 方向高频保护第46页/共50页采用远方启动方式，只需设一个启动元件，可以提高保护的灵敏性，但动作速度较慢。在单侧电源下线路内部短路时，受电侧被远方启动后不能停止发信，这样就会造成电源侧保护拒动，为了使电源侧保护能快速动作于跳闸，在图4.11中设置了断路器的辅助常闭触点QF1，其作用是当本侧断路器跳闸后，QF1将闭锁本侧的发信机，不允许远方启动。这样电源侧保护可在2KT延时后跳闸。4.4 方向高频保护第47页/共50页思考题与习题4.1 纵联保护最基本的原理是什么？4.2 纵联保护与阶段式保护的根本区别是什么？试述纵联保护的优、缺点。4.3 试画出纵联保护在被保护线路外部、内部发生短路故障时的电流分布图，并说明其工作原理。4.4 实现输电线路纵联保护的主要困难是什么？这些困难在集中参数的元件(如发电机、变压器、电动机等)上是否存在？4.5 试分析纵联保护中差动回路出现不平衡电流的原因有哪些。4.6 在纵联保护中动作电流的整定计算要考虑哪些因素？为什么？4.7 试述采用综合变流器的导引线纵联保护原理。4.8 带制动特性的纵联保护与不带制动特性的纵联保护有何不同？4.9 高频保护的基本工作原理是什么？4.10 输电线路纵联保护中通道的作用是什么？有哪些工作方式？说明其优缺点及适用范围。第48页/共50页4.11 如何实现输电线路与高频电缆之间的阻抗匹配？4.12 高频信号”与“高频电流”两个概念应如何区分。4.13 什么是闭锁信号、允许信号和跳闸信号？4.14 电流启动的高频闭锁方向保护中为什么用两个灵敏度不同的启动元件？如果发信机的启动元件比保护启动元件灵敏度低，会导致什么结果？4.15 试分析高频闭锁方向保护在保护线路内部和外部短路时的工作情况。思考题与习题第49页/共50页感谢您的观看！第50页/共50页