線路的高頻保護

一、高頻保護的基本原理

線路的導引線保護單從動作的速度來講，可以滿足系統的要求，但是，它必須敷設與被

保護線路長度相同的輔助導引線，對于較長線路而言，從經濟和技術的角度是難以實現的，

因此，導引線保護只能作為5~7km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瞬時切除全線路任一點的故障，可以采用基于線路導引

線保護原理基礎上構成的高頻保護。

高頻保護是將測量的線路兩側電氣量的變化轉化為高頻信號，并利用輸電線路構成的

高頻通道送到對側，比較兩側電氣量的變化，然后根據特定關系，判定內部或外部故障，以

達到瞬時切除全線路范圍內故障的目的。

高頻保護根據構成原理來分，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、發信機組成，如圖4-6所示。

-*)—發信機一高頻通道一贏7——?由L，”

電氣量一?繼電保護.....................................繼電保護--一電二史

*—收信機收信機一

圖4-6高頻保護的組成方框圖

故障判別元件即繼電保護裝置，利用輸入電氣量的變化，根據特定關系來區分正常運

行、外部故障以及內部故障。高頻收、發信機的作用是接收、發送高頻信號。發信機必須對

所發信號進行調制，以使通過高頻通道傳輸到被保護線路對側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的信號后進行解調，然后提供給保護，作為故障判別的依據。高

頻通道的作用是將被保護線路側反應其運行特征的高頻信嘰傳輸的被保護線路的丹側。

在電力系統中，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所需信號，為了

便于區分，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，高頻保護乂被稱為載波保護，載波信號一般采用40kHz~500kHz

的高頻電流，若頻率低于40kHz,受工頻電流的干擾太大，且通道設備構成困難，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。

1

二、高頻通道

(-)高頻通道的構成原理

電力系統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

高頻設備與工頻高壓線路隔離，以保證二次設備和人身安全。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

本保護范圍內。通常將經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“相一地”制，或“相一相制兩種連接方式。所謂“相一地”制J,就是通過結合設

備把載波機接入輸電線路的?相與大地之間，構成高頻信號的“相一地”通道，如圖4-7(a)

圖4-7利用輸電線路傳輸高頻信號的方式

(a)“相-地制”：(b)“相-相”制

1一高偵阻波器：2-橘合電容器：3—結合濾波器：4一高頻收、發信機

所示。所謂“相一相”制，就是通過結合設備把載波機接入輸電線路的兩相之間，構成高頻

信號的“相一相”通道，如圖4-7(b)所示。兩種接線方式特點各異，“相一地”制傳輸效

率低、高頻信號衰減大、受干擾也大，但高頻加工設備少、造價低，一般能夠滿足保護裝置

的要求，而“相一相”制則相反。目前，我國的高頻保護大多采用“相一地”高頻通道，并

逐漸采用“相一相”高頻通道。

2

圖4-8所示為“相一地”高頻通道的原理接線圖，其中，高頻加工設備包括高頻阻波

器、耦合電容器、結合濾波器、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諧

電容構成并聯諧振回路，調諧于高圖4-8“相-地”制高頻通道原理接線圖

I一輸電線路：2—高偵阻波器：3一相合電容器：4一結合逑波群:

頻通道上的工作頻率。此時，高頻5一襦領電纜：6—保護間隙：7一接地開關；8—高頻收、發信機:

9一保護；10—電客器

阻波器呈現最大的阻抗,約1000

0左右，如圖4-9所示，因而高頻信號限制在被保護線路以內。對工頻電流而言，高頻阻波

器的阻抗很小，只有約0.040,因而不會影響工頻電流在輸電線路上的正常傳輸。

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。同時它與結合

濾波器組成帶通濾波器，只允許此通帶頻率范圍內的高頻信號

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

圖4-9阻波器阻抗

離防止耦合電容器被擊穿后工頻高壓侵入二次系統。與頻率的關系

3.結合漉波器

結合濾波器是由一個可調的空心變壓器、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400Q,高頻電纜的輸入阻抗約為100a,為了阻抗的匹配，空心變壓器

的變比應取為2,這樣，就可以避免高頻信號在傳輸過程中產生反射，減小高頻能量的附加

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、發信機與戶外變電所的帶通濾波器連接起來的導線，

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，應采用單芯同軸電纜。同軸電纜就是中心的內導體為銅芯，

3

動作于跳閘。此比較方式使通道兩側的直流回路直接關聯，因此也稱為直流信號比較，它僅

僅是對被保護線路內部和外部故障的的判定，以高頻信號的有無即可進行反應，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。

(a)<b)<c)

圖高頻保護信號邏輯圖

(a)跳閘信號；(b)允許信號：(c)閉鎖信號

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

路兩側裝設速動保護，當保護范圍內短路，保護動作的同時向對側保護發出跳閘信號，使對

側保護不經任何元件直接挑閘，如圖4-10(a)所示。為了保證選擇性和快速切除全線路任

一點的故障，要求每側發送跳閘信號保護的保護范圍小『線路的全長，而兩側保護范闈之和

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。當內部短路時，兩側

保護同時向對側發出允許信號，使兩側保護動作于跳閘，如圖4-10(b)所示。當外部短路

四，近故障側保護不發允許信號，對側保護不動作。近故障側保護則因判別故障方向的元件

不動作，因而不論對側是否發出允許信號，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

部短路時其中一側保護發出閉鎖信號，閉鎖兩側保護。內部短路使，兩側保護都不發出閉鎖

信號，因而兩側保護收不到閉鎖信號，能夠動作于跳閘，如圖4-10(c)所示。

目前，我國生產的高頻保護主要采用“短時發信”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短路功率的方向，以判

別是保護范圉內部還是外部短路。一般規定短路功率由母線指向線路為正方向，短路功率由

5

線路指向母線為負方向。保護采用短時發信方式，在被保護線路兩側均裝設功率方向元件。

當保護范圍外部短路時，近短路點一側的短路功率方向是由線路指向母線，則該側保護的方

向元件感受為負方向而不動作于跳閘，且發出高頻閉鎖信號，送至本側及對側的收信機；對

側的短路功率方向則由母線指向線路，方向元件雖反應為正方向，但由于收信機收到了近短

路點側保護發來的高頻閉鎖信號，這一側的保護也不會動作于跳閘。因此，稱為高頻閉鎖方

向保護。在保護范圍內短路時，兩側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，兩側保護都不發閉鎖信號，保護動作使兩側斷路器立即跳閘。

圖4-11所示系統中，當BC線路上的k點發生短路時，保護3、4的方向元件均反應

圖4-11高頻閉鎖信號方向保護原理說明圖

為正方向短路，兩側都不發高頻閉鎖信號，因此，保護動作于斷路器3、4瞬時跳閘，切除

短路故障。對于線路和CO而言，火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。

這種按信號原理構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4-12所示為高頻閉鎖方向保護的原理接線圖，線路兩側各裝半套保護，它們完全對

稱，故以一側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I的靈敏度較高，用來起動高頻發信機以發出高

圖4-12高頻閉鎖方向保護原理接線圖

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。

6

功率方向元件3用于判別短路功率的方向。當短路功率的方向是母線指向線路時，判

別為內部故障，它動作；反之，判別為外部故障而不動作。

此外，中間繼電器4用于內部故障時停止高頻發信機發出高頻閉鎖信號。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城無制動作用，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，只有內部故障時?，兩側保護都不發高頻閉鎖信號的情況下，中間繼電器5

才能動作，并經信號繼電器6發出跳閘信號，同時將木側斷路器跳開。

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4-11所示，線路8。上的A點短路時，對保護1、2與保護5、6

而言，均屬干外部故障。以保護1、2為例，保護1的保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反應的功率方向元件為負。此時，圖4-12兩側

保護的起動元件1、1'都動作，經中間繼電器4、4f的常閉觸點起動發信機，發信機發出

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保護的收信機接收,

兩側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，立即將兩側保

護閉鎖。此時，起動元件2、2,也動作閉合其觸點經己動作的功率方向元件3的觸點使中

間繼電器d動作，本側保護的發信機停信，同時給中間繼電器5的工作繞組充電，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，發信機不停信，

兩側保護收信機持續收到高頻閉鎖信號，兩側的中間繼電器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。在外部故障切除、起動元件返回后，保護

復歸。

（3）雙側電源供電線路內部短路時，兩側保護的起動元件1、2和1'、2,都動作，兩

側的發信機發信，首先閉鎖保護，與此同時，兩側保護的功率方向元件3、3,動作，在中

間繼電器4、4Z動作后，兩側發信機停信，開放保護，中間繼電器5、5,達到動作條件，

將兩側斷路器跳開。

（4）單側電源供電線路內部短路時，受電側的半套保護不工作，而電源側保護的工作情

況與在雙側甩源供電線路內部短路時的工作過程相同，立即將電源側的斷路器跳閘。

（5）系統振蕩時，在雙側電源振蕩電流的作用下，兩側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時，則兩側的功率

7

方向均為正，保護將會誤動作。考慮到振蕩時，系統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i側的保護感受的情況和內部故

障完全相同，此時，主要利用近短路點?側的保護發出高頻閉鎖信號，來防止遠離短路點側

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的保護必須發出

高頻閉鎖信號。為了確保遠離短路點的保護在動作前能H靠收到對側保護發出的高頻閉鎖信

號，就要求兩側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

證兩側保護不誤動作。假如兩側保護都采用一個起動元件，則在保護范圍外部短路時，可能

出現近短路點?側保護的起動元件不能動作，不發高頻閉鎖信號，而遠離短路點?側保護的

起動元件動作而造成保護誤動作。如圖4-13所示，假如線路A3每端只有一個起動元件，

其整走倘為/OP=100A,由干電流?一?八10().4_?

互感器和繼電器都存在誤差，因?(卜

此，兩側保護起動元件的實際動//'>

/左山2-r勺匕/尸1砒=E而圖4-13起動元件靈敏度不相配合時

作電流可比不同，一般規，匕動作保護可能誤動作說明

值的誤差為±5%。若A側保護

起動元件的動作電流為95A,B側保護起動元件的動作電流為105A,當保護范圍外部k點

短路時，流過線路44的疽路電流為人，正好滿足954V/E05A時，4側保護起動，“側保

護起動元件不動作，不能發高頻閉鎖信號，導致A側保護誤動作。為此，線路兩側保護都

采用高、低定值的兩個起動元件，如圖4-12所示，以動作電流較小的起動元件I起動發信

機發高頻閉鎖信號，用動作較大的起動元件2準備跳閘，當保護范圍外部短路時，遠離短路

點一側保護的起動元件2動作，近短路點一側保護的起動元件1也一定動作，確保發出高頻

閉鎖信號，閉鎖兩側保護，

保護起動元件2和1的動作電流/OP2與/OPI之比應按最不利的情況考慮，即側電流互

感器誤差為零，另一側誤差為10%：一側保護起動元件的離散誤差為+5%,另一側為-5%,

則有

1+0.05

=1.23(4-13)

lopx(l-0.1)x(l-0.05)

考慮一定裕度，保護高定值電流元件的動作值/OP2一般采用

8

I()P2=(L6~2兒川(4-14)

式中，保護低定值電流起動元件的動作值/OPI應按躲過王常運行時的最大負荷電流/La整

定，即

(4-15)

式中房日一可靠系數，取1.17.2：

Kr一返回系數，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，保護應采用負序電流起動元件，其動作電流值/2.OP1

應按躲過最大負荷電流/unax情況下的最大負序不平衡電流/2.unb.M整定，即

h.OP\2.unb.max=01/L.max(4-16)

K,

通常，兩側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，同時也使接線復雜化。此外，在外部短路時，遠離故障點一側的保

護，為了等待對側發來的高頻信號，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。

3.遠方起動高頻閉鎖方向保護

遠方起動是指能收到對側信號本側未能起動發信機時，由收信機起動本次發信機。由

于發信機起動是收信機收到對側發信機信號，因而稱遠方起動。遠方起動可以防止縱聯保護

單側工作，還可以方便短時發信方式時高頻通道的手動檢查。

如圖4-14所示為遠方起動的高頻閉鎖方向保護原理框圖。只有一個電流起動元件KA,

KA起動后，起動本側發唁機,

發信機發出的高頻信號傳送至

對側收信機后輸出，經時間元

件小或門0、禁止門4將對

側發信機遠方起動。

保護工作情況分析如下:

圖4/4遠方起動的高頻閉鎖方向保護原理框圖

9

（1）在雙側電源供電線路發生內部故障時，線路兩側的電流起動元件必和正方向負序

功率方向元件S+均動作。必經時間元件12、或門。、禁止門Al起動發信機。收信機收到高

頻信號后，閉鎖禁止門4并使發信機繼續發信。由于兩側S+均動作，經與門A3使時間元件

力延時后，兩側禁止門4閉鎖將發信機停信。兩側收信機收不到高頻信號，上門開放使兩

側斷路器沙跳閘。

在單側電源供電線路發生內部故障時，電源側發信機發信，對側收信機收到高撅信號

后起動發信機發信，兩側A2門兩側閉鎖保護。若受電側。尸已跳開，則該側。尸輔助常閉觸

點QFi將A門閉鎖，發信機不能遠方起動，電源側保力”3延時后跳閘。

（2）外部故障時，近故障側的KA起動，S+不動作，4門不會使4門禁止，發信機持

續發信，兩側收信機收到高頻信號后閉鎖兩側保護。為了防止外部故障時靠近故障側的KA

不動作，遠離故障側的必和S+起動而引起保護誤動作，在，3延時內必須收到遠方起動后對

側發回的高頻閉鎖信號。；3延時應大于高頻信號在高頻通道往返一次的時間，即

4=2td+

式中加一高頻信號沿通道單程傳輸一次的時間；

△「一欲度時間。

通常取f3=20ms。

外部故障切除后，兩側KA及遠故障側均返回。人延時返回，發信機停信，保護復歸。

為了使發信機固定起動一段時間，如圖4-14所示時間元件h應瞬時起動，延時返回。延時

時間即發信機固定發信時間，應大于外部故障可能持續的時間，通常取t3=5~7s。h延時后，

遠方起動回路即可斷開。

（二）負序方向元件和工頻變化量方向元件構成的高頻閉鎖保護

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：①

能反應所有類型的故障；②在保護范圍內和鄰近線路上發生故障時，沒有死區；③電力系統

振蕩時不會誤動作；④在正常運行狀態下不動作。

方向元件的種類很多，主要有反應相間故障的方向元件、反應接地故障的方向元件、

同時反應相間和接地故障的方向元件，以及反應各種不對稱故障的方向元件等。由負序功率

方向繼電器構成以反應不對稱故障的方向元件和工頻變化量（突變量）原理的方向元件，能

10

夠滿足上述要求。

1、負序功率方向繼電器構成的方向高頻保護

對于三相對稱故障，在其發生的初瞬總有一個不定稱過程，在負序功率方向繼電器上

增加?個短時記憶回路，就能反應三相故障，即使是完全對稱的三相故障，采用三相濾序器

式負序功率方向繼電器，其5~7ms的不平衡輸出即可把短時動作記憶下來。

高頻閉鎖負序功率方向保護的原理接線如圖4-15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I可等中間繼電器I；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。

當被保護線路處于正常運行狀態時，沒有負序短路功率存在，僅有負序漉過器的不平

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。

當保護范圍外部發生故障

時，近故障點一側的負序短路

功率為負，保護的負序功率方

向元件KWN的觸點向上閉合,

經中間繼電器1的電流繞組去

圖4-15高頻閉鎖負序方向保護原理接線圖

起動高頻發信機，中間繼電器

I的觸點閉合后又經電阻R實現對高頻發信機附加起動，發出高頻閉鎖信號，將兩側保護閉

鎖。由于近故障點一側的負序電壓高，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，因此能快速起動發信機發出高頻閉鎖信號。而遠離故障點一側的

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

先于工作電流，保證了閉鎖作用的可靠實現。

當保護范圍內部故障時，兩側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，兩側保護的極化繼電器2僅工作繞組有電流，滿足動作條件，其觸點閉

合后起動中間繼電器3去跳閘，切除故障。

當各種原因導致靜穩定遭到破壞引起系統振蕩時，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。而外部故障使動穩定遭到破壞引起系統振蕩時，靠

近故障點一側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信機發出高頻閉

II

鎖信號，閉鎖兩側保護。

2、工頻變化量方向元件

目前，高壓線路微機保護中廣泛采用工頻變化量(突變量)原理的方向元件。以工頻

正序和負序電壓、電流變化量作為判據的方向元件，具有動作速度快、不受負荷電流和故障

類型影響的特點。

(1)工作原理

如圖4-16所示，當電網發生故障時，根據疊加原理，其狀態由正常運行狀態和故障附

加狀態疊加。如圖4-16(c)所示，保護安裝處工頻變化量方向元件反應故障附加狀態電壓△〃、

電流△/的變化量，因此不受系統振蕩和負荷電流以及過渡電阻的影響，有很高的靈敏度。

圖4-16故障狀態疊加原理

(a)故障狀態；(b)正常運行狀態；(c)故障附加狀態

根據對稱分量法，故障附加狀態的正序故障附加狀態如圖4-17所示。通常系統正序阻

抗角和線路正序阻抗角取80°,則

如圖4-17(a)所示，正方向故障時

arg絲^=-110°(4-17)

如圖4-17(b)所示，反方向故障時

arg-80°(4-18)

可知，正序工頻變化量功率方向元件正方向動作方程為

-110°<arg—A<-10°(4-19)

、1\

(2)正、反方向故障工頻變化量方向元件和A2

如圖4-17(a)所示，在大電源長線路末端故障時，由于Zsi較小，△么也較小，方向

12

元件的靈敏度可能不夠。因此實際的_L頻變化量功率方向繼電器將電壓量補償到線路的某一

(a)(b)

圖4-17正序故障附加狀態

(a)正向故障附加狀態；(b)反向故障附加狀態

此外，系統和線路的負序阻抗角與止序近似相等，同時采用負序工頻變化量可以進一

步提高繼電器的靈敏度。

綜上所述，工頻變化量功率方向繼電器正方向元件測量相角應取為

△42/、

①、=arg—(4-20)

△1\?Zd

正方向故障時*180。，功率方向繼電器正方向元件動作；反方向故障時。+方0。,

功率方向繼電器正方向元件不動作。

反方向元件AA測量相角應取為

(p_-arg-0-(4-21)

△%Z1)

正方向故障時。一?0°,功率方向繼電器反方向元件不動作；反方向故障時

(P.工180°,功率方向繼電器反方向元件動作。

式中=必-A&ZM一經過補償的正序、負序電壓變化量綜合分量，其中

Z創為補償阻抗，當系統最大運行方式下

ZsjZL>0.5時取0,其他情況取工頻變化量阻抗

整定值的一半；

13

Z。一模值為1的模擬阻抗，角度為系統阻抗角;

△九=△小+極一正序、負序電壓變化量綜合分量;

A/12=A/,+必力一正序、負序電流變化量綜合分量，其中M為轉換因子，根

據不同故障選擇相應的值以提高靈敏度。

如圖4-18(a)所示，Z*為系統正序阻抗，假設系統負序阻抗角與正序阻抗角相同，則

正方向故障時工頻變化量正序、負序電壓為

△A]=-AIlZsl(4-22)

2=—A/9ZS1(4-23)

△U12

=-(A/,+=-AZZ

=+M\U21251(4-24)

補償正序、負序電壓變化量綜合分量

=AZ/12-bi尷con=—(A/12Z51+hia皈)

(4-25)

~一A‘12(ZS]+Z儂)

正方向元件△入測量相角

。+=arg

△hD

-A，i2(Zsi+Z.)_分—(Zsi+ZCOif)

=argA—_(43)

z)

=180°

功率方向繼電器正方向元件△/；可靠動作。

反方向元件A2測量相角

arg^

中_=arg=arg

△口(4-27)

i1?zDZD

=o°

功率方向繼電器反方向元件可靠不動作。

如圖4-18(b)所示，Z1為線路至對側系統正序阻抗，則正方向故障時工頻變化量正

序、負序電壓為

\U,=1AZ,1Zo：..1(4-28)

14

△〃2='I/s、(4-29)

△U12=>?、+必jj?=bi城短(4-30)

補償正序、負序電壓變化量綜合分量

△"12=A"12一bi1?Zcon=bi\?Zsi-bi橫coif

(4-31)

正方向元件△"+測量相角

。+=arg

&幾2D

A，12(Z(]-Z?7W)_(Z1-Zg”)

=arg--------：----------=aig---------------(4-32)

△i1?ZDZD

0°

功率方向繼電器正方向元件可靠不動作。

反方向元件測量相角

=arg

A77=arg7=arg

8一△11?Z])12Z。/D(4-33)

=180°

功率方向繼電器反方向元件△￡可靠動作。

以上分析未規定故隨類型，因此工頻變化量原理的方向元件在系統發生各種短路故障

時均能正確工作。

Zs

A瓦

(b)

(a)

圖4-18故障附加狀態

（a）正向故障附加狀態：（b）反向故障附加狀態

（3）工頻變化量功率方向元件的構成

如圖4/9所示為功率方向繼電器構成方框圖。由帶通濾波回路輸入電壓工頻分量。由

記憶回路記憶故障前的電壓，與當前電壓相減后形成工頻變化量，因此從電壓、電流輸入端

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到A〃；2，〃部分稱為變化量形成器。

工頻變化量形成后，分別由極性形成回路形成極性信號。極性信號的意義是當變化量

為正半波時“+”極性信號輸出“1”態；當變化量為負半波時，極性信號輸出“I”態。

極性信號形成后，的“+”信號與△九%的信號以及的“二與△九乙的

“+”信號分別經與門“2”和與門“1”得到同極性的信號，再經門電路“3”后由人積分、

12展寬，輸出40~60ms的動作脈沖。

C筋

佟|419工頻變化量方向繼電器構成方框圖

由工頻變化量方向元件代替傳統的負序功率方向維電器，所構成的方向高頻保護可大

大提高保護的動作速度。目前，采用工頻變化量方向元件的集成電路和微機方向高頻保護保

護在我國應用很廣。

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

仝長旦具有后備作用，但動作有一定延時。在2204及以上電壓等級的線路上，要求從兩側

瞬時切除線路全長范圍內任一點的故障，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，但又不具有后備作用。為了兼有兩者的優點，可將距離保護與高頻閉鎖部

分結合，構成高頻閉鎖距離保護，這樣，既能在內部故阿時加速兩側的距離保護，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保護，同時還具有后備作用，因此，高

頻閉鎖距離保護是忖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。短時發信方式的高頻

閉鎖距離保護原理方框圖如圖4-2()(b)所示，其各元件作用