輸電線路的高頻保護(hù)

1、1 輸電線路的高頻保護(hù)一、高頻保護(hù)的作用和分類二、高頻通道三方向高頻保護(hù)的作用原理四、相差動(dòng)高頻保護(hù)的基本原理五、相差動(dòng)高頻保護(hù)裝置21，高頻保護(hù)的作用和特點(diǎn)，高頻保護(hù)的作用和特點(diǎn) 在現(xiàn)代大型電力系統(tǒng)的超高壓遠(yuǎn)距離輸電線路上，為了縮小故障造成的損壞程度，滿足系統(tǒng)并列運(yùn)行穩(wěn)定性的要求，常常要求在線路兩側(cè)瞬時(shí)地切除被保護(hù)線路上任何一點(diǎn)的故障，即要求繼電保護(hù)能實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)。 距離保護(hù)從原理上講，不能實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)；而輸電線路的縱差動(dòng)保護(hù)從原理上講，可以無時(shí)限地切除保護(hù)范圍內(nèi)的短路故障，但必須敷設(shè)專用的輔助導(dǎo)線，一般只能用于長度不超過10km的短線路。因此，為了快速切除超高壓、遠(yuǎn)距離輸電線路的故障，利用

2、輸電線路傳遞代表兩側(cè)電量的高頻信號(hào)，以省去專用的輔助導(dǎo)線，這樣就構(gòu)成了高頻保護(hù)。3高頻保護(hù)具有如下特點(diǎn)：高頻保護(hù)具有如下特點(diǎn)： 1)在被保護(hù)線路兩側(cè)各裝半套高頻保護(hù)，通過高頻信號(hào)的傳送和比較，以實(shí)現(xiàn)保護(hù)的目的。保護(hù)范圍只限于本線路。 2)保護(hù)因有收、發(fā)信機(jī)等部分，接線比較復(fù)雜，價(jià)格比較昂貴。42 2高頻保護(hù)的分類高頻保護(hù)的分類 高頻保護(hù)按比較信號(hào)的方式可分為直接比較式高頻保護(hù)和間接比較式高頻保護(hù)兩類。 直接比較式高頻保護(hù)是將兩側(cè)的交流電量經(jīng)過轉(zhuǎn)換后直接傳送到對側(cè)去，裝在兩側(cè)的保護(hù)裝置直接對交流電量進(jìn)行比較。如電流相位比較式高頻保護(hù)，簡稱相差動(dòng)高頻保護(hù)。 間接比較式高頻保護(hù):有高頻閉鎖方向保護(hù)、

3、高頻閉鎖距離保護(hù)、高頻遠(yuǎn)方跳閘。5 目前通常是利用輸電線路本身作為高頻通道，即在輸電線傳送50HZ工頻電流的同時(shí)，疊加傳送一個(gè)高頻信號(hào)(或稱載波信號(hào))，高頻信號(hào)一般采用40300kHz的頻率，以便與輸電線路的工頻相區(qū)別。 輸電線可作為高頻通道。高頻通道的構(gòu)成有以導(dǎo)線的相與相之間構(gòu)成通路的“相一相”制和導(dǎo)線一相與大地間構(gòu)成通路的“相一地”制兩種方式。 前者需要的高頻加工設(shè)備多，不大經(jīng)濟(jì)，但信號(hào)傳輸衰耗小。后者則相反，需用加工設(shè)備少、經(jīng)濟(jì)，但衰耗較大。 我國主要使用后一種方式。6二、高頻通道二、高頻通道 高頻通道就是指高頻電流流通的路徑，是用來傳送高頻信號(hào)電流的。目前廣泛采用的是輸電線路載波通道。

4、如圖5-1中所示72 2高頻閉鎖負(fù)序方向保護(hù)高頻閉鎖負(fù)序方向保護(hù) 利用負(fù)序功率可以反應(yīng)于各種不對稱短路，又不受系統(tǒng)振蕩的影響，對于三相短路，由于對稱短路的開始瞬間總有一個(gè)不對稱的過程，因此，只要負(fù)序方向元件能夠起動(dòng)，并把它們的動(dòng)作固定下來，則也是可以的。83 3方向高頻保護(hù)的作用原理方向高頻保護(hù)的作用原理 左圖為用功率方向元件啟動(dòng)的高頻收發(fā)訊機(jī)方框原理圖。GFX為高頻發(fā)訊機(jī)，GSX為高頻收訊機(jī)。 當(dāng)功率由線路流向母線時(shí)，S-有輸出，使該側(cè)發(fā)信機(jī)發(fā)信，送高頻信號(hào)至對側(cè)和本側(cè)收訊機(jī)，閉鎖斷路器跳閘回路。 當(dāng)功率由母線流向線路時(shí)，S+動(dòng)作,經(jīng)t2延時(shí)后輸出，若收不到對側(cè)閉鎖訊號(hào)，則接通斷路器跳閘回路

5、跳閘。9如圖所示，線路BC的K點(diǎn)短路，因因BC兩側(cè)的功率都從母線流向線路，兩側(cè)S+動(dòng)作, S-不動(dòng)作，于是BC兩側(cè)發(fā)信機(jī)均不發(fā)信 ，當(dāng)兩側(cè)收信機(jī)收不到高頻信號(hào)時(shí)；3QF和4QF經(jīng)t2延時(shí)跳閘。 10 對AB和CD線路來說，k點(diǎn)短路均為外部故障，這時(shí)流經(jīng)2QF和5QF的短路功率均從線路流向母線，(規(guī)定為負(fù)，以S-表示)。 2QF2QF和和5QF5QF側(cè)發(fā)信機(jī)側(cè)發(fā)信機(jī)發(fā)信，發(fā)信，于是1QF、2QF、5QF、6QF側(cè)的收發(fā)信機(jī)均能收到高頻信號(hào)，使保護(hù)閉鎖，直至K點(diǎn)故障切除，方向元件返回。11 這種保護(hù)在故障線路上不傳送高頻信號(hào)，而只在非故障線路上才傳送高頻信號(hào)，因此，故障線路高頻通道破壞時(shí)，收不到對

6、側(cè)閉鎖訊號(hào)，不會(huì)影響保護(hù)的正常工作。 圖中tl延時(shí)返回的原因是在外部故障切除后，保證遠(yuǎn)離故障側(cè)的發(fā)信機(jī)繼續(xù)收到高頻信號(hào)，使保護(hù)不誤跳閘。t2延時(shí)動(dòng)作的原因是保證外部故障時(shí)，遠(yuǎn)離故障側(cè)的發(fā)信機(jī)能在t2時(shí)間內(nèi)收信，使保護(hù)閉鎖，不誤跳閘。t2一般為1020ms。12因此，在外部故障時(shí)，保護(hù)正確動(dòng)作的必要條件是靠近故障點(diǎn)一端的高頻發(fā)信機(jī)必須起動(dòng)，而如果兩端起動(dòng)元件的靈敏度不相配合，就可能發(fā)生誤動(dòng)作。134高頻閉鎖距離保護(hù)和高頻閉鎖零序保護(hù)的基本原理高頻閉鎖距離保護(hù)和高頻閉鎖零序保護(hù)的基本原理 高頻閉鎖方向保護(hù)可以快速地切除保護(hù)范圍內(nèi)部的各種故障，但卻不能作為變電所母線和下一條線路的后備保護(hù)。 至于距離

7、保護(hù)，正如以前所講的，它只能在線路中間6070的范圍內(nèi)瞬時(shí)切除故障，而在其余的3040長度的范圍內(nèi)要以一端帶有第段的時(shí)限來切除。由于在距離保護(hù)中所用的主要繼電器(如起動(dòng)元件、方向阻抗元件等)都是實(shí)現(xiàn)高頻閉鎖方向保護(hù)所必需的，14因此，在某些情況下，把兩者結(jié)合起來，做成高頻閉鎖的距離保護(hù)，使得在內(nèi)部故障時(shí)能夠瞬時(shí)動(dòng)作，而在外部故障時(shí)具有不同的時(shí)限特性，起到后備保護(hù)的作用，就可以兼有兩種保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，并且能簡化保護(hù)的接線。高頻閉鎖零序保護(hù)的工作原理與高頻閉鎖距離保護(hù)相同，只需用三段式零序元件代替上述三段式距離元件并和高頻部分相配合即可實(shí)現(xiàn)。15 設(shè)電流從母線流向線路為正，由線路流向母線為負(fù)。 被保護(hù)

8、線路內(nèi)部短路時(shí)，如圖(a)所示，兩端電流IM與IN都從母線流向線路，同為正方向。 iM與iN如圖，相位差=0，兩端保護(hù)動(dòng)作。外部短路時(shí)，如圖(b)所示，IM從母線流向線路為正，IN從線路流向母線為負(fù)，相位差=180 ，兩端保護(hù)不動(dòng)作。相差動(dòng)高頻保護(hù)的基本原理相差動(dòng)高頻保護(hù)的基本原理16 五、相差動(dòng)高頻保護(hù)、相差動(dòng)高頻保護(hù)裝置裝置 相差動(dòng)高頻保護(hù)裝置由繼電部分、收發(fā)信機(jī)、通道設(shè)備三部分組成。三者之間的邏輯關(guān)系如圖5-38所示。 保護(hù)的繼電部分由3個(gè)主要元件組成，即啟動(dòng)元件、操作元件、比相元件、此外還有信號(hào)回路、出口回路及電源等輔助設(shè)備。171 1啟動(dòng)元件啟動(dòng)元件 為了在系統(tǒng)發(fā)生對稱及不對稱故障時(shí)

9、保護(hù)都能正確反應(yīng)，裝置采用負(fù)序電流啟動(dòng)元件和零序電流啟動(dòng)元件反應(yīng)不對稱故障；采用阻抗元件或相電流突變量元件加相電流元件2(用切換片QP切換)反應(yīng)對稱故障。 負(fù)序、零序電流啟動(dòng)元件及相電流元件又都分低定值元件與高定值元件，相差高頻保護(hù)采用兩個(gè)靈敏度不同的過量繼電器作為啟動(dòng)元件。低定值元件啟動(dòng)發(fā)信，高定值元件啟動(dòng)比相，準(zhǔn)備好跳閘回路。182操作元件： 操作元件的作用是將輸電線路上的三相50Hz正弦電流轉(zhuǎn)變?yōu)?0Hz的方波電流，然后以此方波電流對發(fā)信機(jī)中的高頻電流進(jìn)行操作。此方波電流稱操作電流，相差高頻保護(hù)是比較線路兩側(cè)電流 “I1+KI2” 的相位的保護(hù)。 當(dāng)操作電流為負(fù)半周時(shí)，發(fā)信機(jī)不發(fā)信；當(dāng)操

10、作電流為正半周時(shí)，發(fā)信機(jī)發(fā)信，送出高頻信號(hào)。可見，操作電流所形成的方波電流控制著高頻通道的通斷。因而斷續(xù)的高頻信號(hào)反應(yīng)了線路兩側(cè)電流的相位。(3)相位比較元件： 比相元件用于比較被保護(hù)線路兩側(cè)的電流相位。因?yàn)椴捎脝晤l率制，所以收信機(jī)同時(shí)接收兩側(cè)發(fā)信機(jī)發(fā)出的高頻信號(hào)。圖537說明線路內(nèi)外故障時(shí)，保護(hù)裝置從操作發(fā)信到收信、比相的工作情況。 19 線路外部故障時(shí)，如圖中a和b所示，兩端工頻操作電流相位相反。各端發(fā)信機(jī)均于工頻操作電流正半周時(shí)發(fā)信，于負(fù)半時(shí)停信，如圖中c和d所示， 因而兩端收信機(jī)收到的高頻信號(hào)是連接不斷的，如圖5-37中e所示。 經(jīng)邏輯電路，使收信機(jī)輸出電流為零，如圖中f 所示。 兩側(cè)

11、繼電器線圈中均無電流通過，如g所示，故兩側(cè)保護(hù)均不動(dòng)作。20 當(dāng)線路內(nèi)部故障時(shí)，兩端工頻操作電流相位相同，兩端發(fā)信機(jī)均于工頻操作電流正半波時(shí)發(fā)信，于負(fù)半波時(shí)停信，兩端收信機(jī)均收到斷續(xù)信號(hào)，此時(shí)收信機(jī)輸出斷續(xù)的電流方波，經(jīng)邏輯電路，使兩側(cè)繼電器線圈中有電流通過，故保護(hù)動(dòng)作跳閘。21 總之，相差高頻保護(hù)是直接比較線路兩側(cè)電流相位的保護(hù)。內(nèi)部故障時(shí)，兩側(cè)電流同相；外部故障時(shí)，兩側(cè)電流相差180。相差高頻保護(hù)就是把電流相位的變化變成高頻信號(hào)，通過通道傳送到對側(cè)去進(jìn)行比較的。當(dāng)兩側(cè)電流相位相同時(shí)，保護(hù)無延時(shí)跳閘，當(dāng)兩側(cè)電流相位相差180時(shí)，保護(hù)不跳閘。 開始比相時(shí)，兩側(cè)低定值啟動(dòng)元件先已啟動(dòng)收發(fā)信機(jī)，從而保證兩側(cè)高定值元件后啟動(dòng)比相的正確性。 當(dāng)內(nèi)、外部故障切除后，比相回路先停止，經(jīng)延時(shí)后，然后停止收發(fā)信機(jī)。若內(nèi)部故障比相成功，線路已切除；而外部故障時(shí)，比相回路先退出，這樣，不會(huì)因收不到對側(cè)高頻信號(hào)而誤動(dòng)作。 22從上面分析可見，相位比較實(shí)際上是在收信機(jī)中進(jìn)行的。內(nèi)