继电保护 第6章线路的纵联保护解读

高频阻波器串接在输电线路的工作相中。高频阻波器有单频阻波器、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，广泛采用专用的单频阻波器。

高频阻波器电感绕组和调谐电容构成并联谐振回路，调谐于高频通道上的工作频率。此时，高频阻波器呈现最大的阻抗，约1000Ω左右，如图6-9所示，因而高频信号限制在被保

z0f1图6-9 阻波器阻抗与频率的关系f护线路以内。对工频电流而言，高频阻波器的阻抗很小，只有约0.04Ω，因而不会影响工频电流在输电线路上的正常传输。

2. 耦合电容器

耦合电容器的电容量很小，对工频电流呈现出很大的容抗，将工频线路的载波机进行有效的绝缘隔离。同时它与结合滤波器组成带通滤波器，只允许此通带频率范围内的高频信号通过，防止工频干扰等对高频保护的影响，并再次通过电磁隔离防止耦合电容器被击穿后工频高压侵入二次系统。

3. 结合滤波器

结合滤波器是由一个可调的空心变压器、高频电缆和电容器组成。它与耦合电容器组成的带通滤波器除上述作用外，还可以进行阻抗匹配。对于“相-地”制高频通道，输电线路的输入阻抗约为400Ω，高频电缆的输入阻抗约为100Ω，为了阻抗的匹配，空心变压器的变比应取为2，这样，就可以避免高频信号在传输过程中产生反射，减小高频能量的附加衰耗，使高频收信机收到的高频功率最大。

4. 高频电缆

高频电缆是将主控室的高频收、发信机与户外变电所的带通滤波器连接起来的导线，以最小的衰耗传送高频信号。虽然电缆的长度只有几百米，但其传送信号的频率很高，若采用普通电缆，衰耗很大，因此，应采用单芯同轴电缆。同轴电缆就是中心的内导体为铜芯，其外包有一层绝缘物，绝缘物的外面是一层铜丝网外导体。由于内导体同轴且为单芯，所以称为单芯同轴电缆。在外导体的外面在包以绝缘层和保护层，其波阻抗一般为100Ω。 另外，高频加工设备还包括辅助设备，如保护间隙和接地刀闸，分别用来保护高频加工设备免遭危险过电压和调试、检修高频设备时安全接地，保证人身及设备安全。

（二） 高频通道的工作方式

继电保护高频通道的工作方式可分为三类，即“长时发信”、“短时发信”和“移频”方式。

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“长时发信”方式是指在正常运行情况下，收、发信机一直处于工作状态，通道中始终有高频信号通过。因此，又称为正常时有高频信号方式。它可以在正常时连续检查收、发信机和通道的完好性，当故障时停止发信，通道中高频信号停止，这也是一种信号。“长时发信”方式对收、发信机的要求较高，但不需要发信机起动元件，因而保护结构简单、动作速度快且灵敏度高，应用前景十分广阔，在我国正逐步投入使用。

“短时发信”方式指在正常运行情况下，收、发信机一直处于不工作状态，通道中始终没有高频信号通过。只有在系统发生故障时，起动发信机发信，通道中才出现高频信号。故障切除后，经延时发信机自动停信，通道中高频信号随之中断。因而又称为正常无高频信号方式。“短时发信”方式能够延长收、发信机的寿命和减少对相邻通道中其它信号的干扰，但要求保护有快速的起信元件。此外，对高频设备完好性的检查，需要人工起信。目前，我国生产的高频保护多采用“短时发信”方式。

“移频”方式指在正常情况下，发信机长期发送一个频率为f1的高频信号，用来闭锁保护和连续检查通道，当发生故障时，保护控制发信机移频，停发f1的高频信号而改发频率为f2的高频信号，f1和f2的频率相近，仅占用一个频道。这种方式同样可以经常监视通道的工作情况，提高其可靠性。与单频发信方式比较，抗干扰能力较强。

（三） 高频信号的分类和作用

高频信号按比较方式可分为直接比较和间接比较两种方式。

直接比较是将被保护线路两侧交流电气量转化为高频信号，直接传送至对侧，每侧保护装置直接比较两侧的电气量，然后根据特定条件，判定保护是否动作于跳闸。直接比较方式使通道两侧的电气量直接关联，故又称为交流信号比较。它要求传送反应两侧交流量的信号，因而对高频通道的要求很高。

间接比较方式是两侧的保护只反应本侧的交流电气量，然后根据特定条件将本侧判定结果以高频信号传送至对侧，每侧保护再间接比较两侧保护的判定结果，最后决定保护是否动作于跳闸。此比较方式使通道两侧的直流回路直接关联，因此也称为直流信号比较，它仅仅是对被保护线路内部和外部故障的的判定，以高频信号的有无即可进行反应，因此对高频通道的要求比较简单。

相差高频保护即采用直接比较方式，而方向高频保护和高频闭锁距离保护以及高频闭锁零序电流保护则采用间接比较方式。

高频信号按所起的作用还可分为跳闸信号、允许信号、和闭锁信号，它们均为间接比较信号。

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保护元件跳闸信号≥1保护元件跳闸脉冲允许信号&保护元件跳闸脉冲闭锁信号&跳闸脉冲（a）（b）（c）图6-10 高频保护信号逻辑图（a）跳闸信号；（b）允许信号；（c）闭锁信号

跳闸信号是指收到高频信号是高频保护动作于跳闸的充分而必要条件，即在被保护线路两侧装设速动保护，当保护范围内短路，保护动作的同时向对侧保护发出跳闸信号，使对侧保护不经任何元件直接跳闸，如图6-10（a）所示。为了保证选择性和快速切除全线路任一点的故障，要求每侧发送跳闸信号保护的保护范围小于线路的全长，而两侧保护范围之和必须大于线路全长。远方跳闸式保护就是利用跳闸信号。

允许信号是指收到允许信号是高频保护动作于跳闸的必要条件。当内部短路时，两侧保护同时向对侧发出允许信号，使两侧保护动作于跳闸，如图6-10（b）所示。当外部短路四，近故障侧保护不发允许信号，对侧保护不动作。近故障侧保护则因判别故障方向的元件不动作，因而不论对侧是否发出允许信号，保护均不动作于跳闸。

闭锁信号是指收不到闭锁信号是高频保护的动作于跳闸的必要条件，即被保护线路外部短路时其中一侧保护发出闭锁信号，闭锁两侧保护。内部短路使，两侧保护都不发出闭锁信号，因而两侧保护收不到闭锁信号，能够动作于跳闸，如图6-10（c）所示。

目前，我国生产的高频保护主要采用 “短时发信”方式下的高频闭锁信号。 三、方向高频保护 （一） 高频闭锁方向保护 1. 高频闭锁方向保护的工作原理

高频闭锁方向保护利用间接比较的方式来比较被保护线路两侧短路功率的方向，以判别是保护范围内部还是外部短路。一般规定短路功率由母线指向线路为正方向，短路功率由线路指向母线为负方向。保护采用短时发信方式，在被保护线路两侧均装设功率方向元件。当保护范围外部短路时，近短路点一侧的短路功率方向是由线路指向母线，则该侧保护的方向元件感受为负方向而不动作于跳闸，且发出高频闭锁信号，送至本侧及对侧的收信机；对侧的短路功率方向则由母线指向线路，方向元件虽反应为正方向，但由于收信机收到了近短路点侧保护发来的高频闭锁信号，这一侧的保护也不会动作于跳闸。因此，称为高频闭锁方向保护。在保护范围内短路时，两侧短路功率方向都是由母线指向线路，方向元件均感受为正方向，两侧保护都不发闭锁信号，保护动作使两侧断路器立即跳闸。

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图6-11所示系统中，当BC线路上的k点发生短路时，保护3、4的方向元件均反应

A高频闭锁信号BkC高频闭锁信号D123456图6-11 高频闭锁信号方向保护原理说明图

为正方向短路，两侧都不发高频闭锁信号，因此，保护动作于断路器3、4瞬时跳闸，切除短路故障。对于线路AB和CD而言，k点短路属于外部故障，因此，保护2、5的短路功率方向都是由线路指向母线，保护发出的高频闭锁信号分别送至保护1、6，使保护1、2、5、6都不会使断路器动作于跳闸。

这种按信号原理构成的保护只在非故障线路上传送高频信号，而故障线路上无高频信号，因此，由于各种原因使故障线路上的高频通道遭到破坏时，保护仍能正确动作。

2. 高频闭锁方向保护的原理接线

图6-12所示为高频闭锁方向保护的原理接线图，线路两侧各装半套保护，它们完全对称，故以一侧保护说明其工作原理。保护装置主要由起动元件1、2，功率方向元件3组成。

起动元件有不同的灵敏度，起动元件1的灵敏度较高，用来起动高频发信机以发出高

AB77'1QF4++I11I225+66'+5'4'+2QF→3收发信信机机发收信信机机3'←2'I'2+1'I'1?Um?Um图6-12 高频闭锁方向保护原理接线图

频闭锁信号，而灵敏度较低的起动元件2则用来准备好断路器的跳闸回路。

功率方向元件3用于判别短路功率的方向。当短路功率的方向是母线指向线路时，判别为内部故障，它动作；反之，判别为外部故障而不动作。

此外，中间继电器4用于内部故障时停止高频发信机发出高频闭锁信号。中间继电器5是具有工作绕组和制动绕组的极化继电器，用于控制保护的跳闸回路。中间继电器5的工作绕组在本端方向元件动作后供电，制动绕组则在收信机收到高频信号时由高频电流整流后供电，其动作条件是制动绕组无制动作用，即收信机收不到高频闭锁信号，工作绕组有电流时

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