繼電保護 第6章線路的縱聯(lián)保護

1、第六章 線路的縱聯(lián)保護第一節(jié) 縱聯(lián)保護的基本原理根據(jù)電流、電壓和阻抗原理構(gòu)成的系統(tǒng)保護，都是從線路靠近電源的一側(cè)測量各種狀態(tài)下的電氣量，由于測量誤差等原因，它們不能準確判斷發(fā)生在本線路末端和下一線路出口的故障，為了保證選擇性，只能縮小保護范圍，在此范圍內(nèi)，保護可以瞬時動作，如電流和距離段。為了切除全線范圍內(nèi)的故障，必須另外增設(shè)保護，如電流和距離段，同樣由于誤差的原因，保護范圍必然延伸到下一線路，與下一線路保護的保護范圍交叉重疊，為了保證選擇性，只有延時保護動作，使切除全線路范圍內(nèi)故障的時間延長。對于電力系統(tǒng)的重要線路和大容量高電壓以及超高壓線路，為了保證系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性和減小故障的損害程度

2、，對保護的速動性提出了更高的要求，必須瞬時切除全線路范圍內(nèi)的故障。線路的縱聯(lián)保護可以滿足要求?？v聯(lián)保護是同時比較線路兩側(cè)電氣量的變化而進行工作的。因此，在被保護范圍內(nèi)任何地點發(fā)生短路時，縱聯(lián)保護都能瞬時動作。根據(jù)兩側(cè)電氣量傳輸方式的不同，縱聯(lián)保護主要分為導(dǎo)引線縱聯(lián)保護（簡稱導(dǎo)引線保護）、電力線載波保護（簡稱高頻保護）、微波縱聯(lián)保護（簡稱微波保護）、光纖縱聯(lián)保護（簡稱光纖保護）。第二節(jié) 線路的導(dǎo)引線保護一、 導(dǎo)引線保護的基本原理導(dǎo)引線保護是通過比較被保護線路始端和末端電流幅值、相位進行工作的。為此，應(yīng)在線路兩側(cè)裝設(shè)變比、特性完全相同的差動保護專用電流互感器TA，將兩側(cè)電流互感器二次繞組的同極性端

3、子用輔助導(dǎo)引線縱向相連構(gòu)成導(dǎo)引線保護的電流回路，差動繼電器KD并接在電流互感器的二次端子上，使正常運行時電流互感器二次側(cè)電流在該回路中環(huán)流，根據(jù)基爾霍夫電流定律，流入差動繼電器KD的電流等于零，如圖6-1（a）所示。通常稱此連接方法為環(huán)流法，將環(huán)流法接線構(gòu)成的保護稱為導(dǎo)引線保護。根據(jù)以上接線原理，對圖6-1所示導(dǎo)引線保護原理進行分析。當(dāng)線路正常運行或外部k點短路時，通過差動繼電器KD的電流為 （6-1）當(dāng)線路內(nèi)部任意一點k短路時，分以下兩種情況分析。（1） 線路為兩側(cè)電源供電，若兩側(cè)電源向短路點k提供的短路電流分別為和，短路點的總電流為，則流入繼電器KD的電流 （6-2） 當(dāng)達到差動繼電器KD

4、的動作電流時，差動繼電器TA瞬時動作，斷開線路兩電源側(cè)斷路器QF。（2） 線路為單側(cè)電源供電，且設(shè)，若電源向短路點k提供的短路電流為，則流入繼電器KD的電流 （6-3）當(dāng)達到差動繼電器KD的動作電流時，差動繼電器KD瞬時動作，斷開線路電源側(cè)斷路器QF。由以上分析可見，線路兩側(cè)電流互感器TA之間所包括的范圍，就是導(dǎo)引線保護的保護范圍。導(dǎo)引線保護按環(huán)流法接線的三相原理如圖6-2（a）所示，實際導(dǎo)引線保護為了減少所需導(dǎo)線的根數(shù)，通常采用電流綜合器I，將三相電流綜合成一單相電流，然后傳送到線路對側(cè)進行比較。線路兩側(cè)的電流綜合器I合成的單相電流和經(jīng)隔離變壓器TV后變成電壓和，再由導(dǎo)引線連接起來。隔離變壓

5、器TV的作用是將保護裝置回路與導(dǎo)引線回路隔離，防止導(dǎo)引線回路被高電壓線路或雷電感應(yīng)產(chǎn)生的過電壓損壞保護裝置，同時還可以監(jiān)視導(dǎo)引線的完好性。另外，通過隔離變壓器TV提高電壓，減小長期正常運行狀態(tài)下導(dǎo)引線中的電流和功率消耗。圖6-2（a）所示的綜合器I 的A相匝數(shù)為n+2，B相匝數(shù)為n+1，C相匝數(shù)為n，正常運行時系統(tǒng)的一次電流如圖6-2（b）所示，則綜合器I的磁流相量如圖6-2（c）所示?？梢?，正常運行時，綜合器I有一不平衡輸出，但對側(cè)的綜合器I也有不平衡輸出，而且方向相反，因此，理想情況下，差動繼電器KD的輸入量為零，不會動作。用環(huán)流法分析，結(jié)果相同。正常運行或2側(cè)外部短路時，方向與圖6-2（

6、a）所示方向相反，且等于，即 （6-4）理想情況下，流入差動繼電器KD的電流為 （6-5）繼電器KD不動作。內(nèi)部k點短路時，如圖6-2（a）所示，流入繼電器KD的電流，繼電器將動作。實際上，外部短路時，由于各種誤差的影響以及線路兩側(cè)電流互感器TA的特性不可能完全相同，故會有一個不平衡電流流入繼電器KD。若流入差動繼電器KD的不平衡電流過大，差動繼電器TA必須采用更高的動作值，才能使導(dǎo)引線保護不誤動作，從而降低了保護在線路內(nèi)部故障時的靈敏度。這也是所有按環(huán)流法接線的導(dǎo)引線保護共同存在的問題。因此，有必要分析不平衡電流產(chǎn)生的原因，并設(shè)法減小它。二、 導(dǎo)引線保護的不平衡電流1. 穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電

7、流在導(dǎo)引線保護中，若電流互感器具有理想的特性，則在系統(tǒng)正常運行和外部短路時，差動繼電器KD中不會有電流流過。但實際上，線路兩側(cè)電流互感器TA的勵磁特性不可能完全相同，如圖6-3所示。當(dāng)電流互感器TA一次電流較小時，鐵芯未飽和，兩側(cè)電流互感器TA特性曲線接近理想狀態(tài)，相差很小。當(dāng)電流互感器TA一次電流較大時，鐵芯開始飽和，由于線路兩側(cè)電流互感器TA鐵芯的飽和點不同，勵磁電流差別增大。當(dāng)電流互感器TA一次電流大到使鐵芯嚴重飽和的程度，則會因勵磁阻抗的下降而使線路兩側(cè)電流互感器TA的勵磁電流劇烈增加，差別顯著增大，導(dǎo)致線路兩側(cè)電流互感器TA二次電流有一個很大的差值，此電流差值稱為不平衡電流。電流互感

8、器TA二次電流表達式為 （6-6）式中 、分別為線路兩側(cè)電流互感器TA的勵磁電流。正常運行、保護范圍外部k點短路時，流入差動繼電器KD的電流為 （6-7） 因此，導(dǎo)引線保護的不平衡電流實際上就是線路兩側(cè)電流互感器TA勵磁電流之差。 為了保持一定的準確度，導(dǎo)引線保護使用的電流互感器TA應(yīng)按10%誤差曲線選取負載，則可保證變比誤差不超過10%，角度誤差不超過7。當(dāng)保護范圍外部短路時，通過電流互感器TA一次側(cè)的最大電流為，若一側(cè)電流互感器TA的誤差為零，另一側(cè)誤差為10%，即fi = 0.1，外部短路時的不平衡電流達到最大，為。由于導(dǎo)引線保護采用型號和特性完全相同、誤差接近的D級電流互感器TA，故在

9、不平衡電流中引入同型系數(shù)KSS，KSS在兩側(cè)電流互感器TA型號相同時取0.5，不同時取1，因此，流入差動繼電器KD的最大不平衡電流為 （6-8）2. 暫態(tài)過程中的不平衡電流 由于導(dǎo)引線保護的動作是瞬時性的，因此，必須考慮在保護范圍外部短路時的暫態(tài)過程中，流入差動繼電器KD的不平衡電流。此時，流過電流互感器TA一次側(cè)的短路電流中，包含有周期分量和非周期分量，如圖6-4所示。中由于非周期分量對時間的變化率遠小于周期分量的變化率，因而很難傳變到二次側(cè)，大部分作為勵磁電流進入勵磁回路而使電流互感器TA的鐵芯嚴重飽和。此外，電流互感器TA勵磁回路以及二次回路的電感中的磁通不能突變，將在二次回路中引起自由

10、非周期分量電流，因此，暫態(tài)過程中的勵磁電流將大大超過其穩(wěn)態(tài)值，其中包含大量緩慢衰減的非周期分量電流，使勵磁電流曲線偏于時間軸的一側(cè)。由于勵磁回路具有很大的電感，勵磁電流不能很快上升，因此在短路后的幾個周波才出現(xiàn)最大不平衡電流?？紤]到非周期分量電流的影響，在式（6-8）中應(yīng)引入非周期分量影響系數(shù)Kun，取1.52，當(dāng)采取措施消除其影響時，取為1，則最大不平衡電流幅值的計算式為 （6-9）為了保證導(dǎo)引線保護在外部短路時的選擇性，其動作電流必須躲過最大不平衡電流來整定；為了提高導(dǎo)引線保護在內(nèi)部故障時的靈敏度，應(yīng)采取措施減小不平衡電流。三、 減小導(dǎo)引線保護不平衡電流的主要措施（1） 減小穩(wěn)態(tài)情況下的不

11、平衡電流的措施是導(dǎo)引線保護采用型號和特性完全相的D級電流互感器TA，并按10%誤差曲線進行校驗、選擇負載。減小暫態(tài)過程中不平衡電流的主要措施通常是在差動回路中接入具有快速飽和特性的中間變流器TA，如圖6-5（a）所示。也可以采用在二次回路和差動繼電器KD之間串入電阻的方法，如圖6-5（b）所示。接入電阻可以減小差動繼電器TA中的不平衡電流并使其加速衰減，但效果不甚顯著，一般用于小容量的變壓器和發(fā)電機上。四、導(dǎo)引線保護的整定計算1. 導(dǎo)引線保護動作電流的整定按以下兩種情況計算（1）躲過外部短路時的最大不平衡電流 （6-10）式中 可靠系數(shù)，一般取1.21.3； 非周期分量影響系數(shù)，當(dāng)保護采用帶有

12、速飽和變流器的差動繼電器時取1。（2）躲過電流互感器二次回路斷線時流入差動繼電器KD的最大負荷電流 （6-11） 取式（6-9）和式（6-10）中較大者作為差動繼電器的整定值。為了防止斷線時又發(fā)生外部短路而引起導(dǎo)引線保護誤動作，還應(yīng)裝設(shè)斷線監(jiān)視裝置，二次回路斷線時，在發(fā)出信號的同時將保護自動退出工作。2. 導(dǎo)引線保護靈敏度的校驗導(dǎo)引線保護的靈敏度應(yīng)按單側(cè)電源供電線路保護范圍末端短路時，流過保護的最小短路電流校驗，要求靈敏系數(shù)Ksen1.52，即 （6-12）第三節(jié) 線路的高頻保護一、 高頻保護的基本原理 線路的導(dǎo)引線保護單從動作的速度來講，可以滿足系統(tǒng)的要求，但是，它必須敷設(shè)與被保護線路長度相

13、同的輔助導(dǎo)引線，對于較長線路而言，從經(jīng)濟和技術(shù)的角度是難以實現(xiàn)的，因此，導(dǎo)引線保護只能作為57km短線路的保護，在國外也只用于長度為30km左右的線路。為了從高電壓距離輸電線路兩側(cè)瞬時切除全線路任一點的故障，可以采用基于線路導(dǎo)引線保護原理基礎(chǔ)上構(gòu)成的高頻保護。高頻保護是將測量的線路兩側(cè)電氣量的變化轉(zhuǎn)化為高頻信號，并利用輸電線路構(gòu)成的高頻通道送到對側(cè)，比較兩側(cè)電氣量的變化，然后根據(jù)特定關(guān)系，判定內(nèi)部或外部故障，以達到瞬時切除全線路范圍內(nèi)故障的目的。高頻保護根據(jù)構(gòu)成原理來分，主要有相差高頻保護、方向高頻保護和高頻閉鎖距離保護以及高頻閉鎖零序電流保護目前，我國220kv及以上的高壓或超高壓線路中廣泛

14、采用方向高頻保護和高頻閉鎖距離保護以及高頻閉鎖零序電流保護。高頻保護主要由故障判別元件和高頻通道以及高頻收、發(fā)信機組成，如圖6-6所示。故障判別元件即繼電保護裝置，利用輸入電氣量的變化，根據(jù)特定關(guān)系來區(qū)分正常運行、外部故障以及內(nèi)部故障。高頻收、發(fā)信機的作用是接收、發(fā)送高頻信號。發(fā)信機必須對所發(fā)信號進行調(diào)制，以使通過高頻通道傳輸?shù)奖槐Ｗo線路對側(cè)的信號荷載保護所需要的信息，收信機收到被保護線路兩側(cè)的信號后進行解調(diào)，然后提供給保護，作為故障判別的依據(jù)。高頻通道的作用是將被保護線路一側(cè)反應(yīng)其運行特征的高頻信號，傳輸?shù)谋槐Ｗo線路的另一側(cè)。在電力系統(tǒng)中，通常利用輸電線路間作高頻通道，同時傳輸工頻電流和保護

15、所需信號，為了便于區(qū)分，繼電保護所需要的信號一般采用高頻信號。由于高頻信號荷載保護所需信息，因此，高頻信號被稱為載波，高頻保護又被稱為載波保護。載波信號一般采用40kHz500kHz的高頻電流，若頻率低于40kHz，受工頻電流的干擾太大，且通道設(shè)備構(gòu)成困難，同時載波信號衰耗大為增加，頻率過高，將與中波廣播相互干擾。二、 高頻通道（一） 高頻通道的構(gòu)成原理電力系統(tǒng)中工頻輸電線路同時兼作高頻通道。因此，需要對輸電線路進行加工，即把高頻設(shè)備與工頻高壓線路隔離，以保證二次設(shè)備和人身安全。為了防止相鄰保護間高頻信號的的干擾，影響保證保護動作的選擇性，還需要對通道中的高頻信號進行阻波，將其限制在本保護范圍

16、內(nèi)。通常將經(jīng)高頻加工的輸電線路稱為高頻信號的載波通道，又稱為“高頻通道”或簡稱“通道”。高頻信號是由載波機（收、發(fā)信機）將其送入通道的。目前載波機與高頻通道的連接，通常采用“相地”制，或“相相制兩種連接方式。所謂“相地”制，就是通過結(jié)合設(shè)備把載波機接入輸電線路的一相與大地之間，構(gòu)成高頻信號的“相地”通道，如圖6-7（a）所示。所謂“相相”制，就是通過結(jié)合設(shè)備把載波機接入輸電線路的兩相之間，構(gòu)成高頻信號的“相相”通道，如圖6-7（b）所示。兩種接線方式特點各異，“相地”制傳輸效率低、高頻信號衰減大、受干擾也大，但高頻加工設(shè)備少、造價低，一般能夠滿足保護裝置的要求，而“相相”制則相反。目前，我國的

17、高頻保護大多采用“相地”高頻通道，并逐漸采用“相相”高頻通道。圖6-8所示為“相地”高頻通道的原理接線圖，其中，高頻加工設(shè)備包括高頻阻波器、耦合電容器、結(jié)合濾波器、高頻電纜等。1. 高頻阻波器 高頻阻波器串接在輸電線路的工作相中。高頻阻波器有單頻阻波器、雙頻阻波器、帶頻阻波器和寬帶阻波器等。在電力系統(tǒng)高頻保護中，廣泛采用專用的單頻阻波器。 高頻阻波器電感繞組和調(diào)諧電容構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，調(diào)諧于高頻通道上的工作頻率。此時，高頻阻波器呈現(xiàn)最大的阻抗，約1000左右，如圖6-9所示，因而高頻信號限制在被保護線路以內(nèi)。對工頻電流而言，高頻阻波器的阻抗很小，只有約0.04，因而不會影響工頻電流在輸電線路上

18、的正常傳輸。2. 耦合電容器耦合電容器的電容量很小，對工頻電流呈現(xiàn)出很大的容抗，將工頻線路的載波機進行有效的絕緣隔離。同時它與結(jié)合濾波器組成帶通濾波器，只允許此通帶頻率范圍內(nèi)的高頻信號通過，防止工頻干擾等對高頻保護的影響，并再次通過電磁隔離防止耦合電容器被擊穿后工頻高壓侵入二次系統(tǒng)。3. 結(jié)合濾波器 結(jié)合濾波器是由一個可調(diào)的空心變壓器、高頻電纜和電容器組成。它與耦合電容器組成的帶通濾波器除上述作用外，還可以進行阻抗匹配。對于“相-地”制高頻通道，輸電線路的輸入阻抗約為400，高頻電纜的輸入阻抗約為100，為了阻抗的匹配，空心變壓器的變比應(yīng)取為2，這樣，就可以避免高頻信號在傳輸過程中產(chǎn)生反射，減

19、小高頻能量的附加衰耗，使高頻收信機收到的高頻功率最大。4. 高頻電纜 高頻電纜是將主控室的高頻收、發(fā)信機與戶外變電所的帶通濾波器連接起來的導(dǎo)線，以最小的衰耗傳送高頻信號。雖然電纜的長度只有幾百米，但其傳送信號的頻率很高，若采用普通電纜，衰耗很大，因此，應(yīng)采用單芯同軸電纜。同軸電纜就是中心的內(nèi)導(dǎo)體為銅芯，其外包有一層絕緣物，絕緣物的外面是一層銅絲網(wǎng)外導(dǎo)體。由于內(nèi)導(dǎo)體同軸且為單芯，所以稱為單芯同軸電纜。在外導(dǎo)體的外面在包以絕緣層和保護層，其波阻抗一般為100。 另外，高頻加工設(shè)備還包括輔助設(shè)備，如保護間隙和接地刀閘，分別用來保護高頻加工設(shè)備免遭危險過電壓和調(diào)試、檢修高頻設(shè)備時安全接地，保證人身及設(shè)

20、備安全。（二） 高頻通道的工作方式 繼電保護高頻通道的工作方式可分為三類，即“長時發(fā)信”、“短時發(fā)信”和“移頻”方式。 “長時發(fā)信”方式是指在正常運行情況下，收、發(fā)信機一直處于工作狀態(tài)，通道中始終有高頻信號通過。因此，又稱為正常時有高頻信號方式。它可以在正常時連續(xù)檢查收、發(fā)信機和通道的完好性，當(dāng)故障時停止發(fā)信，通道中高頻信號停止，這也是一種信號?！伴L時發(fā)信”方式對收、發(fā)信機的要求較高，但不需要發(fā)信機起動元件，因而保護結(jié)構(gòu)簡單、動作速度快且靈敏度高，應(yīng)用前景十分廣闊，在我國正逐步投入使用?！岸虝r發(fā)信”方式指在正常運行情況下，收、發(fā)信機一直處于不工作狀態(tài)，通道中始終沒有高頻信號通過。只有在系統(tǒng)發(fā)生

21、故障時，起動發(fā)信機發(fā)信，通道中才出現(xiàn)高頻信號。故障切除后，經(jīng)延時發(fā)信機自動停信，通道中高頻信號隨之中斷。因而又稱為正常無高頻信號方式?！岸虝r發(fā)信”方式能夠延長收、發(fā)信機的壽命和減少對相鄰?fù)ǖ乐衅渌盘柕母蓴_，但要求保護有快速的起信元件。此外，對高頻設(shè)備完好性的檢查，需要人工起信。目前，我國生產(chǎn)的高頻保護多采用“短時發(fā)信”方式。“移頻”方式指在正常情況下，發(fā)信機長期發(fā)送一個頻率為f1的高頻信號，用來閉鎖保護和連續(xù)檢查通道，當(dāng)發(fā)生故障時，保護控制發(fā)信機移頻，停發(fā)f1的高頻信號而改發(fā)頻率為f2的高頻信號，f1和f2的頻率相近，僅占用一個頻道。這種方式同樣可以經(jīng)常監(jiān)視通道的工作情況，提高其可靠性。與單

22、頻發(fā)信方式比較，抗干擾能力較強。（三） 高頻信號的分類和作用 高頻信號按比較方式可分為直接比較和間接比較兩種方式。 直接比較是將被保護線路兩側(cè)交流電氣量轉(zhuǎn)化為高頻信號，直接傳送至對側(cè)，每側(cè)保護裝置直接比較兩側(cè)的電氣量，然后根據(jù)特定條件，判定保護是否動作于跳閘。直接比較方式使通道兩側(cè)的電氣量直接關(guān)聯(lián)，故又稱為交流信號比較。它要求傳送反應(yīng)兩側(cè)交流量的信號，因而對高頻通道的要求很高。間接比較方式是兩側(cè)的保護只反應(yīng)本側(cè)的交流電氣量，然后根據(jù)特定條件將本側(cè)判定結(jié)果以高頻信號傳送至對側(cè)，每側(cè)保護再間接比較兩側(cè)保護的判定結(jié)果，最后決定保護是否動作于跳閘。此比較方式使通道兩側(cè)的直流回路直接關(guān)聯(lián)，因此也稱為直流

23、信號比較，它僅僅是對被保護線路內(nèi)部和外部故障的的判定，以高頻信號的有無即可進行反應(yīng)，因此對高頻通道的要求比較簡單。相差高頻保護即采用直接比較方式，而方向高頻保護和高頻閉鎖距離保護以及高頻閉鎖零序電流保護則采用間接比較方式。高頻信號按所起的作用還可分為跳閘信號、允許信號、和閉鎖信號，它們均為間接比較信號。跳閘信號是指收到高頻信號是高頻保護動作于跳閘的充分而必要條件，即在被保護線路兩側(cè)裝設(shè)速動保護，當(dāng)保護范圍內(nèi)短路，保護動作的同時向?qū)?cè)保護發(fā)出跳閘信號，使對側(cè)保護不經(jīng)任何元件直接跳閘，如圖6-10（a）所示。為了保證選擇性和快速切除全線路任一點的故障，要求每側(cè)發(fā)送跳閘信號保護的保護范圍小于線路的全

24、長，而兩側(cè)保護范圍之和必須大于線路全長。遠方跳閘式保護就是利用跳閘信號。允許信號是指收到允許信號是高頻保護動作于跳閘的必要條件。當(dāng)內(nèi)部短路時，兩側(cè)保護同時向?qū)?cè)發(fā)出允許信號，使兩側(cè)保護動作于跳閘，如圖6-10（b）所示。當(dāng)外部短路四，近故障側(cè)保護不發(fā)允許信號，對側(cè)保護不動作。近故障側(cè)保護則因判別故障方向的元件不動作，因而不論對側(cè)是否發(fā)出允許信號，保護均不動作于跳閘。閉鎖信號是指收不到閉鎖信號是高頻保護的動作于跳閘的必要條件，即被保護線路外部短路時其中一側(cè)保護發(fā)出閉鎖信號，閉鎖兩側(cè)保護。內(nèi)部短路使，兩側(cè)保護都不發(fā)出閉鎖信號，因而兩側(cè)保護收不到閉鎖信號，能夠動作于跳閘，如圖6-10（c）所示。目前

25、，我國生產(chǎn)的高頻保護主要采用 “短時發(fā)信”方式下的高頻閉鎖信號。三、 方向高頻保護（一） 高頻閉鎖方向保護1. 高頻閉鎖方向保護的工作原理 高頻閉鎖方向保護利用間接比較的方式來比較被保護線路兩側(cè)短路功率的方向，以判別是保護范圍內(nèi)部還是外部短路。一般規(guī)定短路功率由母線指向線路為正方向，短路功率由線路指向母線為負方向。保護采用短時發(fā)信方式，在被保護線路兩側(cè)均裝設(shè)功率方向元件。當(dāng)保護范圍外部短路時，近短路點一側(cè)的短路功率方向是由線路指向母線，則該側(cè)保護的方向元件感受為負方向而不動作于跳閘，且發(fā)出高頻閉鎖信號，送至本側(cè)及對側(cè)的收信機；對側(cè)的短路功率方向則由母線指向線路，方向元件雖反應(yīng)為正方向，但由于收

26、信機收到了近短路點側(cè)保護發(fā)來的高頻閉鎖信號，這一側(cè)的保護也不會動作于跳閘。因此，稱為高頻閉鎖方向保護。在保護范圍內(nèi)短路時，兩側(cè)短路功率方向都是由母線指向線路，方向元件均感受為正方向，兩側(cè)保護都不發(fā)閉鎖信號，保護動作使兩側(cè)斷路器立即跳閘。 圖6-11所示系統(tǒng)中，當(dāng)BC線路上的k點發(fā)生短路時，保護3、4的方向元件均反應(yīng)為正方向短路，兩側(cè)都不發(fā)高頻閉鎖信號，因此，保護動作于斷路器3、4瞬時跳閘，切除短路故障。對于線路AB和CD而言，k點短路屬于外部故障，因此，保護2、5的短路功率方向都是由線路指向母線，保護發(fā)出的高頻閉鎖信號分別送至保護1、6，使保護1、2、5、6都不會使斷路器動作于跳閘。這種按信號

27、原理構(gòu)成的保護只在非故障線路上傳送高頻信號，而故障線路上無高頻信號，因此，由于各種原因使故障線路上的高頻通道遭到破壞時，保護仍能正確動作。2. 高頻閉鎖方向保護的原理接線 圖6-12所示為高頻閉鎖方向保護的原理接線圖，線路兩側(cè)各裝半套保護，它們完全對稱，故以一側(cè)保護說明其工作原理。保護裝置主要由起動元件1、2，功率方向元件3組成。起動元件有不同的靈敏度，起動元件1的靈敏度較高，用來起動高頻發(fā)信機以發(fā)出高頻閉鎖信號，而靈敏度較低的起動元件2則用來準備好斷路器的跳閘回路。功率方向元件3用于判別短路功率的方向。當(dāng)短路功率的方向是母線指向線路時，判別為內(nèi)部故障，它動作；反之，判別為外部故障而不動作。此

28、外，中間繼電器4用于內(nèi)部故障時停止高頻發(fā)信機發(fā)出高頻閉鎖信號。中間繼電器5是具有工作繞組和制動繞組的極化繼電器，用于控制保護的跳閘回路。中間繼電器5的工作繞組在本端方向元件動作后供電，制動繞組則在收信機收到高頻信號時由高頻電流整流后供電，其動作條件是制動繞組無制動作用，即收信機收不到高頻閉鎖信號，工作繞組有電流時才能動作。這樣，只有內(nèi)部故障時，兩側(cè)保護都不發(fā)高頻閉鎖信號的情況下，中間繼電器5才能動作，并經(jīng)信號繼電器6發(fā)出跳閘信號，同時將本側(cè)斷路器跳開。下面將保護裝置的工作過程給以說明。（1） 正常運行或過負荷運行時，兩側(cè)保護的起動元件都不動作，因此保護裝置不會動作。（2） 外部故障時，如圖6-

29、11所示，線路BC上的k點短路時，對保護1、2與保護5、6而言，均屬于外部故障。以保護1、2為例，保護1的短路功率方向是由母線指向線路，其功率方向元件感受的功率方向為正，保護2反應(yīng)的功率方向元件為負。此時，圖6-12兩側(cè)保護的起動元件1、1都動作，經(jīng)中間繼電器4、4的常閉觸點起動發(fā)信機，發(fā)信機發(fā)出的高頻閉鎖信號一方面為自己的收信機接收，另一方面送到通道被對側(cè)保護的收信機接收，兩側(cè)收信機收到高頻閉鎖信號后，中間繼電器5、5的制動繞組中有電流，立即將兩側(cè)保護閉鎖。此時，起動元件2、2也動作閉合其觸點經(jīng)已動作的功率方向元件3的觸點使中間繼電器4動作，本側(cè)保護的發(fā)信機停信，同時給中間繼電器5的工作繞組

30、充電，準備好了跳閘回路；由于通過保護2的短路功率為負，其功率方向元件3不動作，發(fā)信機不停信，兩側(cè)保護收信機持續(xù)收到高頻閉鎖信號，兩側(cè)的中間繼電器5、5制動繞組中總有電流，達不到動作條件，因此，保護一直處于閉鎖狀態(tài)。在外部故障切除、起動元件返回后，保護復(fù)歸。（3） 雙側(cè)電源供電線路內(nèi)部短路時，兩側(cè)保護的起動元件1、2和1、2都動作，兩側(cè)的發(fā)信機發(fā)信，首先閉鎖保護，與此同時，兩側(cè)保護的功率方向元件3、3動作，在中間繼電器4、4動作后，兩側(cè)發(fā)信機停信，開放保護，中間繼電器5、5達到動作條件，將兩側(cè)斷路器跳開。（4） 單側(cè)電源供電線路內(nèi)部短路時，受電側(cè)的半套保護不工作，而電源側(cè)保護的工作情況與在雙側(cè)電

31、源供電線路內(nèi)部短路時的工作過程相同，立即將電源側(cè)的斷路器跳閘。（5） 系統(tǒng)振蕩時，在雙側(cè)電源振蕩電流的作用下，兩側(cè)保護的起動元件可能動作，若功率方向元件接在相電流和相電壓或線電壓上，且振蕩中心位于保護范圍內(nèi)時，則兩側(cè)的功率方向均為正，保護將會誤動作?？紤]到振蕩時，系統(tǒng)的電氣量是對稱變化的，因此，在保護中可以采用負序或零序功率方向元件，即可躲過系統(tǒng)振蕩的影響。由上述分析可知，在保護范圍外部短路時，遠離短路點一側(cè)的保護感受的情況和內(nèi)部故障完全相同，此時，主要利用近短路點一側(cè)的保護發(fā)出高頻閉鎖信號，來防止遠離短路點側(cè)保護誤動作，因此，外部短路時，保護正確工作的必要條件是近短路點一側(cè)的保護必須發(fā)出高頻

32、閉鎖信號。為了確保遠離短路點的保護在動作前能可靠收到對側(cè)保護發(fā)出的高頻閉鎖信號，就要求兩側(cè)保護起動元件的靈敏度相互配合，否則，保護就有可能誤動作。線路兩側(cè)保護采用兩個不同靈敏度的起動元件相互配合，在保護范圍外部短路時即可保證兩側(cè)保護不誤動作。假如兩側(cè)保護都采用一個起動元件，則在保護范圍外部短路時，可能出現(xiàn)近短路點一側(cè)保護的起動元件不能動作，不發(fā)高頻閉鎖信號，而遠離短路點一側(cè)保護的起動元件動作而造成保護誤動作。如圖6-13所示，假如線路AB每端只有一個起動元件，其整定值為IOP=100A，由于電流互感器和繼電器都存在誤差，因此，兩側(cè)保護起動元件的實際動作電流可能不同，一般規(guī)定動作值的誤差為5%。

33、若A側(cè)保護起動元件的動作電流為95A，B側(cè)保護起動元件的動作電流為105A，當(dāng)保護范圍外部k點短路時，流過線路AB的短路電流為Ik，正好滿足95AIk105A時，A側(cè)保護起動，B側(cè)保護起動元件不動作，不能發(fā)高頻閉鎖信號，導(dǎo)致A側(cè)保護誤動作。為此，線路兩側(cè)保護都采用高、低定值的兩個起動元件，如圖6-12所示，以動作電流較小的起動元件1起動發(fā)信機發(fā)高頻閉鎖信號，用動作較大的起動元件2準備跳閘，當(dāng)保護范圍外部短路時，遠離短路點一側(cè)保護的起動元件2動作，近短路點一側(cè)保護的起動元件1也一定動作，確保發(fā)出高頻閉鎖信號，閉鎖兩側(cè)保護。保護起動元件2和1的動作電流IOP2與IOP1之比應(yīng)按最不利的情況考慮，即

34、一側(cè)電流互感器誤差為零，另一側(cè)誤差為10%；一側(cè)保護起動元件的離散誤差為+5%，另一側(cè)為-5%，則有 （6-13） 考慮一定裕度，保護高定值電流元件的動作值IOP2一般采用 （6-14）式中，保護低定值電流起動元件的動作值IOP1應(yīng)按躲過正常運行時的最大負荷電流IL.max整定，即 （6-15）式中 Krel可靠系數(shù)，取1.11.2； Kr返回系數(shù)，取0.85。在遠距離重負荷輸電線路上，保護低動作起動元件按上述方法整定的動作電流值，往往不能滿足靈敏度要求，在此情況下，保護應(yīng)采用負序電流起動元件，其動作電流值I2.OP1應(yīng)按躲過最大負荷電流IL.max情況下的最大負序不平衡電流I2.unb.ma

35、x整定，即 （6-16）通常，兩側(cè)保護的起動元件按相同的動作電流值整定。高頻閉鎖方向保護采用了兩個靈敏度不同的起動元件，通過配合、整定，可以保證保護范圍外部短路時可靠不誤動作，但在內(nèi)部短路時必須起動元件2動作后才能跳閘，因而降低了整套保護的靈敏度，同時也使接線復(fù)雜化。此外，在外部短路時，遠離故障點一側(cè)的保護，為了等待對側(cè)發(fā)來的高頻信號，必須要求起動元件2的動作時限大于起動元件1的動作時限，從而降低了整套保護的動作速度。高頻閉鎖方向保護也可以由方向元件起動，還可以進行遠方起動。（二） 高頻閉鎖負序方向保護在高頻閉鎖方向保護中，不論采用哪種起動方式，方向元件總是整個保護的核心，它的性能對整個保護的

36、速動性、靈敏性和可靠性起著決定性的作用。在高壓和超高壓輸電線路的高頻閉鎖方向保護中，對方向元件提出了很高的要求：能反應(yīng)所有類型的故障；在保護范圍內(nèi)和鄰近線路上發(fā)生故障時，沒有死區(qū)；電力系統(tǒng)振蕩時不會誤動作；在正常運行狀態(tài)下不動作。方向元件的種類很多，主要有反應(yīng)相間故障的方向元件、反應(yīng)接地故障的方向元件、同時反應(yīng)相間和接地故障的方向元件，以及反應(yīng)各種不對稱故障的方向元件等。其中由負序功率方向繼電器構(gòu)成以反應(yīng)不對稱故障的方向元件最為理想，能夠滿足上述各種要求，對于三相對稱故障，在其發(fā)生的初瞬總有一個不對稱過程，在負序功率方向繼電器上增加一個短時記憶回路，就能反應(yīng)三相故障，即使是完全對稱的三相故障，

37、采用三相濾序器式負序功率方向繼電器，其57ms的不平衡輸出即可把短時動作記憶下來。目前，用微機實現(xiàn)的保護，記憶功能更加理想。高頻閉鎖負序功率方向保護的原理接線如圖6-14所示，它由以下元件組成：具有雙向動作的負序功率方向繼電器KWN；帶有延時返回等中間繼電器1；具有工作繞組和制動繞組的極化繼電器2以及出口繼電器3。當(dāng)被保護線路處于正常運行狀態(tài)時，沒有負序短路功率存在，僅有負序濾過器的不平衡輸出，通過動作值的整定，即可使負序功率方向繼電器不動作，因而保護也不會動作。當(dāng)保護范圍外部發(fā)生故障時，近故障點一側(cè)的負序短路功率為負，保護的負序功率方向元件KWN的觸點向上閉合，經(jīng)中間繼電器1的電流繞組去起動

38、高頻發(fā)信機，中間繼電器1的觸點閉合后又經(jīng)電阻R實現(xiàn)對高頻發(fā)信機附加起動，發(fā)出高頻閉鎖信號，將兩側(cè)保護閉鎖。由于近故障點一側(cè)的負序電壓高，故保護負序功率方向元件KWN的靈敏度較高、向上閉合觸點的動作速度較快，因此能快速起動發(fā)信機發(fā)出高頻閉鎖信號。而遠離故障點一側(cè)的短路負序功率雖然為正，但負序電壓低，保護負序功率方向元件KWN的靈敏度較低、向下閉合觸點去起動出口繼電器3的動作速度也較慢，這樣，保證出口繼電器3制動電流的出現(xiàn)先于工作電流，保證了閉鎖作用的可靠實現(xiàn)。當(dāng)保護范圍內(nèi)部故障時，兩側(cè)的負序短路功率為正，保護的負序功率方向繼電器KWN的觸點均向下閉合，兩側(cè)保護的極化繼電器2僅工作繞組有電流，滿足

39、動作條件，其觸點閉合后起動中間繼電器3去跳閘，切除故障。當(dāng)各種原因?qū)е蚂o穩(wěn)定遭到破壞引起系統(tǒng)振蕩時，由于沒有負序功率，因此，負序功率方向繼電器及整套保護均不會誤動作。而外部故障使動穩(wěn)定遭到破壞引起系統(tǒng)振蕩時，靠近故障點一側(cè)的負序短路功率方向為負，負序功率方向繼電器能快速起動發(fā)信機發(fā)出高頻閉鎖信號，閉鎖兩側(cè)保護。四、 高頻閉鎖距離保護距離保護是一種階段式保護，特點是，瞬時段不能保護線路全長，延時段能保護線路全長且具有后備作用，但動作有一定延時。在220kv及以上電壓等級的線路上，要求從兩側(cè)瞬時切除線路全長范圍內(nèi)任一點的故障，顯然，距離保護不能滿足要求，高頻閉鎖方向保護雖然能滿足要求，但又不具有后

40、備作用。為了兼有兩者的優(yōu)點，可將距離保護與高頻閉鎖部分結(jié)合，構(gòu)成高頻閉鎖距離保護，這樣，既能在內(nèi)部故障時加速兩側(cè)的距離保護，使其瞬時動作，又能在外部故障時利用高頻閉鎖信號閉鎖兩側(cè)保護，同時還具有后備作用，因此，高頻閉鎖距離保護是目前高壓和超高壓輸電線路上廣泛采用的保護之一。（一） 高頻閉鎖距離保護的構(gòu)成原理高頻閉鎖距離保護主要由起信元件、停信元件和高頻通道等組成。短時發(fā)信方式的高頻閉鎖距離保護原理方框圖如圖6-15（b）所示，其各元件作用如下。（1） 停信元件其作用是測量故障點的位置，以控制高頻發(fā)信機在內(nèi)部故障時停信，為此，停信元件要有明確的方向性，保證對側(cè)母線故障時有足夠的動作靈敏度。通常將

41、、段切換式方向阻抗元件1KI、2KI固定在段，用來作為高頻閉鎖距離保護的停信元件。在高頻部分退出時，將固定在段的方向阻抗元件1KI、2KI恢復(fù)到切換狀態(tài)，作為一套完整的三段式距離保護運行。（2） 起信元件它的主要作用是是在故障時起動高頻發(fā)信機。為了在外部故障時能夠可靠起信，要求起信元件的動作區(qū)必須覆蓋兩側(cè)停信元件的動作區(qū)，起信元件的多采用負序電流或負序、零序復(fù)合電流或它們的增量元件；也可以采用第段距離元件作為起信元件；還可以由距離保護本身的起動元件兼任。本例為切換式距離保護構(gòu)成的高頻閉鎖距離保護，起信元件采用本身的負序電流起動元件KAN。（二） 高頻閉鎖距離保護的工作過程在圖6-15中，連接片

42、1XB、2XB、3XB處于上部位置，保護按高頻閉鎖距離保護工作，并通過3XB、經(jīng)切換繼電器KCH將阻抗繼電器1KI、2KI固定在段。連接片1XB、2XB、3XB處于下部位置時，高頻部分退出，保護按三段式距離保護工作。（1） 外部故障時 在圖6-15（a）中，當(dāng)A側(cè)保護的距離段范圍以外k3點發(fā)生故障時，圖6-15（b）中兩側(cè)保護的停信元件1KI、2KI均不動作，兩側(cè)保護的起信元件KAN在負序電流分量的作用下都動作，經(jīng)時間元件T2和禁止門E3起動各側(cè)發(fā)信機發(fā)出高頻閉鎖信號。與門A1和禁止門E2都不開放，保護裝置不會誤動作。時間元件T2按外部故障的最大時限7s整定，即發(fā)生外部故障時，發(fā)信機延時7s后

43、停信。當(dāng)A側(cè)保護的距離段范圍內(nèi)k2點發(fā)生故障時，圖6-15（b）中兩側(cè)保護的起信元件KAN在負序電流分量的作用下動作，分別起動本側(cè)的發(fā)信機發(fā)出高頻閉鎖信號，并開放振蕩閉鎖回路。此時，本側(cè)停信元件1KI、2KI動作，使與門A1開放，準備好跳閘，同時通過E3門停信。但對側(cè)保護的停信元件1KI、2KI不動作，對側(cè)保護的發(fā)信機仍繼續(xù)發(fā)出高頻閉鎖信號，使本側(cè)的E2門一直閉鎖，兩側(cè)斷路器不會誤跳閘。若故障所在線路的保護或斷路器拒動時，本側(cè)保護起后備作用，按t=0.5s時限跳閘。（2） 內(nèi)部故障時 當(dāng)在被保護范圍內(nèi)部可k1點短路時，圖6-15（b）中兩側(cè)保護的起動元件KAN動作，經(jīng)時間元件T2和禁止門E3起

44、動發(fā)信機向兩側(cè)保護發(fā)出高頻閉鎖信號；同時，經(jīng)禁止門E5、E4、或門O1為與門A1的動作準備條件。此時，停信元件1KI、2KI動作，與門A1開放，一方面經(jīng)本側(cè)禁止門E3停信，一方面準備好跳閘。而對側(cè)保護的停信元件1KI、2KI也同時動作，使對側(cè)的發(fā)信機停止工作，于是兩側(cè)保護的收信機收不到高頻閉鎖信號，禁止門E2開放，經(jīng)或門O2保護瞬時動作于跳閘。（3） 系統(tǒng)振蕩時 當(dāng)由于各種原因使系統(tǒng)靜穩(wěn)定遭到破壞時，由于沒有負序電流，故兩側(cè)保護的起信元件KAN均不工作，雖然停信元件1KI、2KI可能會誤動作，但與門A1不開放，斷路器不會誤跳閘；而當(dāng)外部故障使系統(tǒng)動穩(wěn)定遭到破壞時，其中一側(cè)保護的停信元件1KI、

45、2KI可能會誤動作，系統(tǒng)的負序電流分量使起信元件KAN工作，與門A1 開放，但總有一側(cè)保護的停信元件一直處于工作狀態(tài)，使兩側(cè)保護的收信機總能收到高頻閉鎖信號，禁止門E2可靠閉鎖與門A1的動作信號，保護仍然不會誤動作。（4） 高頻部分退出時此時，整套距離保護仍保持原有的性能工作。由以上分析可知，高頻閉鎖距離保護減少了測量元件，簡化了接線，相對提高了保護的可靠性。其主要缺點是，距離保護檢修時，高頻保護也必須退出工作，使線路在檢修過程中失去保護，目前，高壓輸電線路的主保護逐漸采用雙重化配置，很好的解決了這個問題；另外，系統(tǒng)振蕩過程中發(fā)生內(nèi)部故障時，保護的距離、段被閉鎖，要以較長的段的動作時間切除故障

46、，現(xiàn)在，國內(nèi)繼電保護主要生產(chǎn)廠家采取相應(yīng)措施，生產(chǎn)出的高頻閉鎖距離保護，能在系統(tǒng)振蕩過程中發(fā)生內(nèi)部故障時，開放距離保護的閉鎖，使大部分故障情況下，保護能瞬時動作，有效的提高了高頻閉鎖距離保護此時的動作速度。因此，高頻閉鎖距離保護的應(yīng)用將更為廣泛。*將距離保護與高頻閉鎖部分結(jié)合，構(gòu)成高頻閉鎖距離保護，這樣，既能在內(nèi)部故障時加速兩側(cè)的距離保護，使其瞬時動作，又能在外部故障時利用高頻閉鎖信號閉鎖兩側(cè)保護，同時還具有后備作用，因此，高頻閉鎖距離保護是目前高壓和超高壓輸電線路上廣泛采用的保護之一。高頻閉鎖距離保護的構(gòu)成原理高頻閉鎖距離保護主要由起信元件、停信元件和高頻通道等組成。短時發(fā)信方式的高頻閉鎖距

47、離保護原理如圖6-15（b）所示，其各元件作用如下。（1） 停信元件其作用是測量故障點的位置，以控制高頻發(fā)信機在內(nèi)部故障時停信，通常用、段方向阻抗元件作為高頻閉鎖距離保護的停信元件。本例的停信元件采用距離段阻抗繼電器。在高頻部分退出時，距離保護作為一套完整的三段式距離保護運行。（2） 起信元件 它的主要作用是是在故障時起動高頻發(fā)信機。起信元件的多采用負序電流或負序、零序復(fù)合電流或它們的增量元件；也可以采用第段距離元件作為起信元件；還可以由距離保護本身的起動元件兼任。本例高頻閉鎖距離保護的起信元件采用第段距離元件。（5） 外部故障時 在圖6-15（a）中，當(dāng)A側(cè)保護的距離段范圍以外K3點發(fā)生故障

48、時，圖6-15（b）中兩側(cè)保護的停信元件Z均不動作，兩側(cè)保護的起信元件Z均動作，經(jīng)中間繼電器1KM的常閉接點起動兩側(cè)發(fā)信機發(fā)出高頻閉鎖信號。兩側(cè)收信機收到高頻閉鎖信號后，中間繼電器2KM的常閉接點使兩側(cè)保護的快速跳閘回路一直閉鎖。當(dāng)A側(cè)保護的距離段范圍內(nèi)K2點發(fā)生故障時，圖6-15（b）中兩側(cè)保護的起信元件Z動作，起動本側(cè)的發(fā)信機發(fā)出高頻閉鎖信號。此時，A側(cè)停信元件Z動作，中間繼電器1KM動作，停止本側(cè)的發(fā)信，做好快速跳閘準備。但B側(cè)保護的停信元件Z不動作，B側(cè)保護的發(fā)信機仍繼續(xù)發(fā)出高頻閉鎖信號，A、B兩側(cè)保護的收信機一直收到高頻閉鎖信號，中間繼電器2KM的常閉接點使兩側(cè)保護的快速跳閘回路一直

49、閉鎖，兩側(cè)斷路器不會誤跳閘。若故障所在線路的保護或斷路器拒動時，本側(cè)保護起后備作用，按t=0.5s時限跳閘。（6） 內(nèi)部故障時 當(dāng)在被保護范圍內(nèi)部可K1點短路時，圖6-15（b）中兩側(cè)保護的起信元件Z動作，起動本側(cè)的發(fā)信機發(fā)出高頻閉鎖信號。同時，兩側(cè)停信元件Z動作，起動兩側(cè)的1KM，停止兩側(cè)發(fā)信機的發(fā)信，于是兩側(cè)保護的收信機收不到高頻閉鎖信號，兩側(cè)2KM的常閉接點接通快速跳閘回路，使兩側(cè)保護瞬時動作于跳閘。a) 高頻部分退出時此時，整套距離保護仍保持原有的性能工作。 高頻閉鎖距離保護減少了測量元件，簡化了接線，相對提高了保護的可靠性。其主要缺點是，距離保護檢修時，高頻保護也必須退出工作，使線路

50、在檢修過程中失去保護，目前，高壓輸電線路的主保護逐漸采用雙重化配置，很好的解決了這個問題；另外，系統(tǒng)振蕩過程中發(fā)生內(nèi)部故障時，保護的距離、段被閉鎖，要以較長的段的動作時間切除故障，國內(nèi)繼電保護主要生產(chǎn)廠家采取相應(yīng)措施，生產(chǎn)出的高頻閉鎖距離保護，能在保護范圍內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)換性短路時，開放距離保護的閉鎖，使大部分故障情況下，保護能瞬時動作，有效的提高了高頻閉鎖距離保護此時的動作速度。因此，高頻閉鎖距離保護的應(yīng)用將更為廣泛。五、 高頻閉鎖零序保護 高頻閉鎖零序保護的工作原理與高頻閉鎖距離保護相同，只需將三段式零序電流方向保護的元件代替上述三段式距離保護的距離元件并和高頻部分相配合即可實現(xiàn)。第四節(jié) 光纖保護

51、隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，光纖通信技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用正在逐步推廣，由光纖作為通道構(gòu)成的光纖保護是輸電線路的一種理想保護，光纖通道容量大、抗腐蝕不受潮，敷設(shè)、檢修方便、還可以節(jié)省大量有色金屬，并且可以解決縱聯(lián)保護中導(dǎo)引線保護以及高頻保護的通道易受電磁干擾、高頻信號衰耗等問題。由于光纖通道的通信距離不夠長，在長距離輸電線路中使用時需要中繼器和其它附屬設(shè)備，因此，對于整定配合比較困難的短線路，光纖保護的優(yōu)點更為突出。一、 光纖保護的基本原理光纖保護是將線路兩側(cè)的電氣量調(diào)制后轉(zhuǎn)化為光信號，以光纜作為通道傳送到對側(cè)，解調(diào)后直接比較兩側(cè)電氣量的變化，然后根據(jù)特定關(guān)系，判定內(nèi)部或外部故障的一種保護。光纖保護主要

52、由故障判別元件和信號傳輸系統(tǒng)（PCM端機、光端機以及光纜通道）組成，如圖6-16所示。故障判別元件即繼電保護裝置，利用線路兩側(cè)輸入電氣量的變化，根據(jù)特定關(guān)系來區(qū)分正常運行、外部故障以及內(nèi)部故障。光端機的作用是接收、發(fā)送光信號。光端機的光發(fā)部分通過PCM端機的調(diào)制器將發(fā)送電氣量的模擬信號調(diào)制數(shù)字信號進行發(fā)送，經(jīng)光纜通道傳輸?shù)骄€路對側(cè)；光端機的光收部分收到被保護線路對側(cè)的數(shù)字光信號后，通過PCM端機的解調(diào)器還原成電氣量模擬信號，然后提供給保護，作為故障判別的依據(jù)。PCM端機調(diào)制器的作用是將各路模擬信號進行采樣和模/數(shù)轉(zhuǎn)換、編碼，與鍵控信號的并行編碼一同轉(zhuǎn)換成適合光纜傳輸?shù)拇写a；PCM端機解調(diào)器的

53、作用是將接收到的PCM串行碼轉(zhuǎn)換成并行碼，并將這些并行碼經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換和鍵控解碼，解調(diào)出各路的模擬信號和鍵控信號。光纜通道的作用是將被保護線路一側(cè)反應(yīng)電氣量的光信號，傳輸?shù)谋槐Ｗo線路的另一側(cè)。二、 信號傳輸系統(tǒng)光纖傳輸系統(tǒng)是如圖6-16所示除繼電保護以外的其余部分，即兩側(cè)PCM端機、光端機和光纜組成光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)。（一） PCM端機1. PCM調(diào)制器 PCM（Pulse Code Modulation）調(diào)制器的原理是脈沖編碼調(diào)制。PCM調(diào)制器由時序電路、模擬信號編碼電路、鍵控信號編碼電路、并/串轉(zhuǎn)換及匯合電路組成。2. PCM解調(diào)器PCM解調(diào)器由時序電路、串/并轉(zhuǎn)換電路、同步電路、模擬解調(diào)電路

54、及鍵控解碼電路組成。（二） 光端機 兩側(cè)裝置中，每一側(cè)光端機包括光發(fā)送部分和光接收部分。光信號在光纖中單向傳輸，兩側(cè)光端機需要兩根光纖。一般采用四芯光纜，兩芯運行，兩芯備用。光端機與光纜經(jīng)過光纖活動連接器連接?；顒舆B接器一端為裸纖，與光纜的裸纖焊接，另一端為插頭，可與光端機插接。1. 光發(fā)送部分 光發(fā)送部分主要由試驗信號發(fā)生器、PCM碼放大器、驅(qū)動電路和發(fā)光管LED組成。其核心元件是電流驅(qū)動的發(fā)光管LED。驅(qū)動電流越大，輸出光功率越高。PCM碼經(jīng)過放大，電流驅(qū)動電路驅(qū)動LED工作，使輸出的光脈沖與PCM碼的電脈沖信號一一對應(yīng)，即輸入脈沖為“1”碼時，輸出一個光脈沖，輸入“0”碼時，沒有光信號輸

55、出。2. 光接收部分光接收部分的核心元件是光接收管PIN。它將接收到的光脈沖信號轉(zhuǎn)換為微弱的電流脈沖信號，經(jīng)前置放大器、主放大器放大，成為電壓脈沖信號，經(jīng)比較整形后，還原成PCM碼。（三） 光纜 由光纖組成。光纖是一種很細的空心石英絲或玻璃絲，直徑僅為100m200m。光在光纖中單向傳播。三、 繼電保護部分近年常用的電流差動光纖保護有綜合比較三相電流和分相電流差動比較兩種比較原理。以分相電流差動比較原理為例進行分析。（一） 分相電流差動比較原理的動作判據(jù)和動作區(qū) 分相電流差動比較原理的動作判據(jù)的分析方法原則上可以分為兩類：一類以差動電流IKD和制動電流IR的關(guān)系IKD = f（IR）表示，稱為

56、制動特性，另一類用線路兩側(cè)電流的相位關(guān)系表示，稱為相位特性。下面，以制動特性為例進行分析。1. 動作判據(jù) 動作判據(jù)功能要求：（1） 內(nèi)部故障電流較小時，有足夠的靈敏度；（2） 外部故障電流閱讀，允許電流誤差相應(yīng)增大，以提高保護防誤動能力。（3） 如圖6-17所示帶有負荷的單電源系統(tǒng)，保護范圍內(nèi)經(jīng)過渡電阻Rtr短路時，從故障點流出，與反向，保護應(yīng)能動作。設(shè)，要求當(dāng)時，保護能正確動作，即一側(cè)電流有50%“溢出”時，保護能動作。 滿足此要求的動作判據(jù)為 （6-17）式中， 線路兩側(cè)的三相電流或零序電流；K1、K2、K3固定常數(shù)，分別取值為0.5、1、2；Ip固定值（電流偏移量），當(dāng)IN =5A時，取0.5；IOP整定值；動作量；制動量，且 （6-18） 這種原理是將線路兩側(cè)的A、B、C三相電流及零序電流四個量直接傳輸至對側(cè)，分相進行差動比較。2. 動作區(qū)及其特點根據(jù)分相電流差動保護的動作判據(jù)可作出制動特性曲線In = f（Im），動作區(qū)如圖6-18所示陰影區(qū)。 圖中，直線4、5為50%溢出線處于動作邊界，實際裝置應(yīng)考慮元件的誤差，為使裝置可靠動作，動作邊界向