高频闭锁保护原理
电力系统继电保护原理-高频闭锁方向保护
2019/11/19
电力系统继电保护原理
第十三讲
4.2.4高频闭锁方向保护
一、高频闭锁方向保护的基本原理
- 1.基本分析
BC线路内发生故障时：保护3、4：正方向故障，两侧 都不发高频信号，保护动作跳3、4DL
保护2、5：反方向故障，它们发出高频闭锁信号，送 至保护1、6、2、5。AB,CD线路均保持不动
它是以由短路功率为负的一侧发出高频闭锁信号，这 个
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4.2.4方向高频保护
-采用两个灵敏度不同的起动元件
I2/I1=1.6~2
防止区外故障误跳闸
一、若采用一个起动元件，当区外接地时，由于CT误
差，起动元件误差。S+侧起动元件动作，S-侧起动元件未
动。S+侧误动
二、采用两个起动元件I1、I2，S+侧I2动作时，S-侧I1一
定动作，故可防止误动
信号被两端的收信机所接收，而把保护闭锁。故称高频闭 锁方向保护。
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4.2.4高频闭锁方向保护
一、高频闭锁方向保护的基本原理
是通过高频通道间接比较被保护线路两侧的功率方向， 以判别是被保护范围内部故障还是外部故障。
（功率方向继电器、方向阻抗继电器、零序功率方向继 电器 ）
保护的启动元件是电流或距离保护的第三段。
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4.2.4 方向高频保护
2.方向高频保护的组成（及动作情况分析）
-由起动元件、功率方向元件、记忆元件KT1、时间元 件KT2、与门、禁止门1、2及收发信机组成
低定值启动高频收发机 高定值启动跳闸回路
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4.2.4 方向高频保护
- 3.方向高频保护动作情况分析
高频闭锁方向保护
内部故障时，线路两侧电源的电势相位大致相同， 系统阻抗角基本相同，两侧电流的相位基本相同。 外部故障时，两侧电流的相位基本相反。 收发信机在电流正半波发信，负半波停信。内部故 障时有半个周期时间停信，保护动作；外部故障，通 道总有信号闭锁保护，保护不动作。
1、非方向元件起动的高频闭锁方向保护
t1 起动 I1 元件 I2 0 t1 t2 t2 & 0 跳闸 JZ1 发信 收信 通 道
Y 方向 元件 S
SM
~
M
k1
N k2 ~
SN
2、方向元件起动的高频闭锁方向保护
t1 S0 t1 t2 S+ t2 0 跳闸 JZ1 发信 收信 通 道
SM
~
M
k1
N k2 ~
3.3 高频闭锁方向保护
一、高频闭锁方向保护的原理
高频闭锁方向保护比较线路两端的短路功率方向， 采用故障时发信方式。 在继电保护中通常规定，从母线流向线路的功率为 正方向，从线路流向母线的功率为反方向。在故障时， 保护起动元件先起动收发信机发信，功率方向为正时， 方向元件控制收发信机停信；功率方向反向时，方向元 件不动作，保护不停信。
SN
三、高频闭锁距离保护
传统的高频闭锁距离保护由可独立运行的距离保护 部分和高频闭锁部分构成。 用距离保护的起动元件作为高频保护的起动元件， 通常用距离保护的二段的阻抗继电器作为高频保护的 方向元件。 这种保护用高频保护实现全线速动，用距离保护作 为线路的后备保护。
四、高频相差保护 高频相差保护的基本原理是比较线路两侧电流的相位。 N M k1 SM ~ ~ S
ɺ Es A
QF1
B
L 1 QF2 QF3 L2 QF4
C
高频保护
（3）高频信号的作用
跳闸信号：
P
跳闸
P
≥1
高频信号
＆
高频信号
跳闸
高频
允许信号：
P
≥1
跳闸
闭锁信号：
P
跳闸
≥1
跳闸
P
＆
＆
跳闸
P
＆
跳闸
PLeabharlann ＆跳闸信号
高频信号
高频信号
高频信号
高频信号
3、高频闭锁方向保护 原理：根据被线路两侧的方向元件分别对短路 的方向作出判断，并利用高频信号作出综合判 断，进而决定是否跳闸的一种保护。 发信方式：国内广泛应用的高频闭锁方向保护 采用故障起动发信方式，并规定线路两端功率 由母线指向线路为正方向，由线路指向母线为 反方向。 要求：在故障时在起动元件灵敏度范围内应 可靠起动发信及起动保护。
闭锁，使两侧保护不能跳闸。
继电 部分
通信部分
2、高频保护
（1）高频通道 “相-地”制高频通道的构成。
收信机
收信机
发信机
发信机
（2）高频信号与高频电流关系
故障起动方式：电力系统正常运行时收发信机 不发信，通道中无高频电流。当电力系统故障 时，起动元件起动收发信机发信。 优点：对邻近通道的影响小，可以延长收发信 机的寿命。 缺点：必须有起动元件，且需要定时检 查通道是否良好。
当短路电流为正半周时，高频发信机发出高 频信号，而在负半周时则不发出信号。 当被保护范围内部故障时，由于两侧同时发 出高频信号，也同时停止发信。在两侧收信机收 到的高频信号是间断的。 当被保护范围外部故障时，由于两侧电流 相位相差180°，线路两侧的发信机交替工作， 收信机收到的高频信号是连续的高频信号。
高频保护
答案: 可以。做成高频闭锁的距离保护，使得内部故 障时能够瞬时动作，而在外部故障时具有不同 的时限特性，起到后备保护的作用。
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假设线路两侧均采用三段式距离元件，I段能保护线路 全长的 85 ％， II 段能保护线路的全长并具有足够的灵敏 度，III段作为起动元件并可作为后备保护。
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III段起动元件ZIII动作时，经KM的常闭触点起动发信机 发出高频闭锁信号， II段距离元件KZ2动作时则起动KM停止 高频发信机。距离II段动作后一方面起动时间元件KT2，可 经一定延时后跳闸，同时还可经过一收信闭锁继电器KL的闭 锁触点瞬时跳闸。
电网高频保护
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第一节 高频保护的基本概念
一、概述
在高压输电线路上，要求无延时地切除 被保护线路内部的故障。此时，电流保护和 距离保护都不能满足要求。纵联差动保护可 以实现全线速动。但其需敷设与被保护线路 等长的辅助导线，这在经济上、技术上都有 难以实现。
采用纵联保护 解决办法：
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高频保护： 是用高频载波代替二次导线，传送线路两侧电信号，所 以高频保护的原理是反应被保护线路首末两端电流的差或功 率方向信号，用高频载波将信号传输到对侧加以比较而决定 保护是否动作。
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7.高频收、发信机 高频收发信机的作用是发送和接收高频信号。发信机 部分是由继电保护来控制。高频收信机接收到由本端和对 端所发送的高频信号。经过比较判断之后，再动作于跳闸 或将它闭锁。 发信：保护启动、远方启动（远方起信） 停信：保护停信、跳位停信、其它保护停信。 高频收发信机的通道交换试验
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三、高频信号的利用方式
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当保护范围内部故障时(如d1点)，两端的起动元件动作， 起动发信机，但两端的距离 II 段也动作，又停止了发信机。 当收信机收不到高频信号时， KL 触点闭合，使距离 II 段可 瞬时动作于跳闸。
第四章 高频保护
高频电缆、保护间隙及接地刀闸的作用
高频电缆是将位于室外的连接滤波器与位于 主控制室内的高频收发信机连接起来。 保护间隙与连接滤波器的一次绕组并联，用 以保护高频电缆和高频收发信机免受过电压 侵袭。 接地刀闸是在检修或调试高频收发信机和连 接滤波器时，用于安全接地，以保证人身和 设备的安全。
四、高频信号的分类
闭锁信号：只有当本端保护动作， 同时又收不到闭锁信号时，则动 作于跳闸。因此，收不到闭锁信 号是保护动作于跳闸的必要条件。 允许信号：只有当本端保护动作， 同时又有允许信号，则动作于跳 闸。因此，收到允许信号是保护 动作于跳闸的必要条件。 跳闸信号：不管本端保护是否起 动，只有收到对端发来的跳闸信 号，则动作于跳闸。因此，收到 跳闸信号是保护动作于跳闸的充 分而必要条件。
高频收发信机的作用
高频收发信机是用以发送和接收高频信号的。 高频发信机部分由继电部分控制，通常是在电力系 统发生故障时，继电部分起动之后它才发出信号。 由高频发信机发出的高频信号，通过高频通道输送 到对端，被对端的高频收信机所接收，同时也被本 端的高频收信机所接收。 高频收信机接收到本端和对端所发送的高频信号， 再经过比较判断后，从而决定保护是否动作跳闸。
一、高频闭锁方向保护的基本工作原理
例如：
对于故障线路BC：两端的功率方向为正，两端 都不发闭锁信号，因此保护3和4瞬时动作于跳 闸。 对于非故障线路AB、CD：靠近故障点一端的功 率方向为负，则该端的保护2和5发出闭锁信号， 此信号一方面被自己的收信机接收，同时经过 高频通道被对端的收信机收到，使得保护1、2 和5、6都被闭锁。
本章重点讨论高频闭锁方向保护和相差动高频保护的基本工作原理第一节高频保护的基本概念在220kv及以上电网中为了保证系统并列运行的稳定性提高输送功率减少故障损失往往要求继电保护能无延时地切除线路上任一点故障即要求继电保护能实现全线速动
高频闭锁方向保护
第二节高频闭锁方向保护一、高频闭锁方向保护的基本原理高频闭锁方向保护是通过高频通道间接比较被保护线路两侧的功率方向，以判别是被保护范围内部故障还是外部故障。
当区外故障时，被保护线路近短路点一侧为负短路功率，向输电线路发高频波，两侧收信机收到高频波后将各自保护闭锁。
当区内故障时，线路两端的短路功率方向为正，发信机不向线路发送高频波，保护的起动元件不被闭锁，瞬时跳开两侧断路器。
高频闭锁方向保护的原理接线图起动发信继电器：灵敏度较高，用来起动高频发信机起动跳闸继电器: 灵敏度较低，用来起动跳闸回路功率方向继电器: 判断短路功率的方向停信继电器:在内部故障时停止发出高频信号闭锁继电器5：用以控制保护的跳闸回路,带有工作线圈和制动线圈.只有当工作线圈有电流时继电器才动作；而当制动线圈或两组线圈同时有电流时继电器均不动作1．区外故障如在D1点短路，被保护线路AB两侧的起动发信机电流继电器，向高频通道发信，近短路点B侧的短路功率是负的，功率方向继电器不动作，不去停信。
输电线路AB两侧方向高频保护的收信机收到高频信号，将各自的保护闭锁，不发出跳闸脉冲。
2．区内故障如在D2点短路，两侧起动发信机继电器1及起动跳闸继电器2动作，，向高频通道发信，两侧收信机收到高频信号后，立刻将保护闭锁，但两侧方向继电器3承受正方向短路功率而起动。
首先停信，解除闭锁，与此同时闭锁继电器起动，发出跳闸脉冲。
3．系统振荡二、高频闭锁负序方向保护高频闭锁负序方向保护单端原理接线如下图所示。
它由：双向动作的负序功率方向继电器KPD2、起动发信机继电器1K、闭锁保护继电器2KL、口继电器3KOM 等组成。
1．区内故障负序功率方向继电器KPD2触点向下闭合、停信，起动闭锁继电器2KL发出跳闸脉冲。
2．区外故障靠近短路点的一侧负序功率继电器KPD2的接点向上闭合，起动发信机继电器向高频通道发信，两侧收信机收到高频信号将各自保护闭锁。
3．整定计算灵敏元件的动作电流，按躲开最大负载情况下最大负序不平衡电流 I bpmax整定为I2dz.lm=0.1I f.max不灵敏元件的动作电流与灵敏元件相配，即I2dz.blm=（1.5～2）I2dz.lm。
输电线路的高频保护
td 两侧保护和高频发信机动作时间之差值;
ty 裕度时间
外t1延部时短返路回切的原除因后，线路两侧的I、I‘和S+均返回，近短路 侧延时t1返回，发信机在t1时间内继续发信。从而保证了远离 故障侧的发信机能继续收到高频闭锁信号，使否5 不开放， 保护不致误跳闸。否则，当近短路侧的I先返回而远离短路 侧的I‘、S+后返回时，该侧否5 可能开放使断路器误跳闸1。7 通常取t1=0.5s。
如果
I
' K
（ I电op流继电器的动作电流），则保护能无延时地跳1QF和2Q
F ，由于引入继电器的电流是被保护线路两端电流之差，故这种保护称为
电流纵差动保护。
电流纵差动保护的优缺点： 无延时切除被保护线路任何点的故障，
长线需路要，用在与经输济电上线是路不同合样算长的的，辅在助技导术线上来也传有送一电定流的困和I难M' 。，因此I N' ，用于
第五节 高频相差动保护
工作原理
相差高频保护的构成
高频相差动保护的相位特性和相继动作区
1
5、1 高频保护基本原理
5.1.1 高频保护的作用原理
2021/9/15
2
图5.1 输电线路内外短路示意图
电流纵差动保护
如图5. 2 所示。当被保护线路M——N 外部短路或正常运行
时式如中（：图nT5A.2—a)—)Ir, 电IMI流=M' I互N，I感N'流器入n的1T继A变(电I比M器。的IN 电) 流0 为：
线路对侧，使该侧保护不跳闸（闭锁）。内部短路时，线路两侧发信机
均不启动，不发高频闭锁信号，输电线路不传送高频信号，保护可以跳
高频闭锁方向保护的基本原理
高频闭锁方向保护的基本原理
高频闭锁方向保护的基本原理是利用高频信号在传输线路上的传播速度快于故障波形传播的速度来实现故障的闭锁保护。
具体而言，高频闭锁方向保护的基本原理包括以下几点：
1. 信号发生器：系统中需要有一个高频信号发生器，能够产生高频电压或电流信号。
2. 传输线路：传输线路上安装高频信号传输装置，将高频信号传输到各个检测点。
3. 故障检测：在传输线路的关键位置安装故障检测装置，检测传输线路上的故障发生。
4. 故障识别：故障检测装置会识别故障信号，并通过高频信号传输装置将报警信号发送到发送点。
5. 闭锁装置：发送点收到报警信号后，会触发闭锁装置动作，从而实现对故障线路的闭锁。
总的来说，高频闭锁方向保护是通过高频信号的产生、传输和识别，以及闭锁装置的触发来实现对故障线路的闭锁保护。
这样可以及时准确地识别故障，并快速地实施闭锁，避免故障扩大影响电网的安全运行。
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高频闭锁保护原理
第一节概述
电网中运行的所有线路均需配备继电保护来切除故障，对于不同电压等级的线路而言，对继电保护的要求也不同。
110千伏及以下电压等级线路，通常配备以输电线路单侧电流、电压、零序电流等电气量作为判据的距离保护、零序保护、过流保护等。
而对于220千伏及以上电压等级线路，由于系统稳定的要求，必须能快速切除线路上任一点故障，这是普通的距离、零序保护所无法实现的。
这就需要配置利用两端电气量的纵联保护来作为线路主保护。
1、纵联保护的构成
纵联保护的核心原理是利用某种通道将线路两端的保护装置连接起来，将两端的电气量进行比较，判断故障为区内还是区外故障。
2、纵联保护的分类
按通道类型可以划分为导引线、载波（高频）、微波、光纤纵联保护；按构成原理分为纵联方向、距离、差动保护。
3、纵联保护的通道类型
目前我省主要应用的通道是高频通道和光纤通道。
4、纵联保护的信号分类
纵联保护通道传输的信号分为闭锁信号、允许信号和跳闸信号。
（1）闭锁信号：阻止保护动作于跳闸，收不到闭锁信号是跳闸的必要条件。
平时通道内不传输信号，保护启动后发闭锁信号。
线路两侧收、发频率一样，只要有一侧线路发出闭锁信号，两侧都能收到
闭锁信号。
高频闭锁保护的动作原理是：保护启动――两侧发闭锁信号――正方向元件启动――停信――出口跳闸。
举例说明：
A B C D E F
如上图：如果AB线路发生故障，ABCDEF保护启动（解释反方向也启动以及启动原理），同时发闭锁信号，A、B、D、F正方向元件启动，停信，而C、E则继续发闭锁信号。
因此AB线路保护出口跳闸，而CD、EF两条线路保护则分别由于C、E侧保护发闭锁信号而不跳闸。
这也是我们平时在工作中经常会遇到的现象：系统发生事故，与之联络的线路高频保护会启动发信而不会跳闸。
再如下图：
A B C D E F
如果CD线路发生故障，ABCDEF保护启动，同时发闭锁信号。
A、C、D、F正方向元件启动，停信，而B、E则继续发闭锁信号。
因此CD线路保护出口跳闸，而AB、EF两条线路保护则分别由于B、E侧保护发闭锁信号而不跳闸。
(2)允许信号：允许保护动作跳闸，收到允许信号是跳闸的必要条件。
与闭锁信号相比较，允许信号对通道的要求更高，且只能接收对侧的允许信号，而闭锁信号不然，可以自发自收，同时对侧也能收到。
因为一旦通道有异常，对于闭锁信号而言，充其量是区外故障保护失去闭锁越跳，而区内故障正常动作。
允许信号则在线路发生区内故障时由于不能发送允许信号而拒动，这是绝对不允许的，因此允许式高频保护通道平时就一直在交换信号，而闭锁式高频保护只要定期
交换信号就可以了。
A B C D E F
允许式高频保护的动作原理是：保护启动――两侧发允许信号――正方向元件启动――――出口跳闸。
如图CD线路发生故障，A、C、D、F保护发出允许信号，A、C、D、F正方向元件启动。
CD线路两侧保护启动且收到允许信号，对于AB线路而言，A侧收不到允许信号、B侧收到允许信号而本身保护未动作，因此AB两侧开关均不跳闸，同样EF线路也是如此。
（3）跳闸信号：只要收到跳闸信号即出口跳闸。
目前我国还没有使用，主要是对通道要求和对元件测量精度要求太高。
.
第二节高频闭锁保护的动作原理
目前我们南通电网中使用的高频保护均是采用闭锁信号，称为高频闭锁保护。
该保护的动作条件是本侧保护动作且收不到闭锁信号，整个保护动作的过程包括：保护启动――两侧发闭锁信号――正方向元件启动――停信――出口跳闸，对应的保护装置部分是启动元件、收发信元件、方向元件、停信元件、跳闸元件。
下面对以上5个元件逐一加以介绍：
一、启动元件
启动元件是当系统发生事故时启动收发信机工作的元件。
在我们系统中配置的高频保护启动元件都是以相电流突变量或者零序电流作为启动元件的，无论系统发生什么类型的故障，只要相电流发生
突变或者产生零序电流（一般整定为0.1－0.5In），启动元件就会动作。
二、收发信元件
高频保护收发信机收信和发信是独立的功能，收信由收信机独立完成，发信则包括保护启动发信、远方启动发信和通道检查发信。
保护启动发信是在保护启动后和保护整组复归前进行的强制发信。
远方启动发信是对侧发信后启动本侧发信机发信。
使用远方发信的作用主要有：(1)提高被保护线路两侧装置配合的可靠性，防止在下列情况下保护误动作：发生区外故障，近故障侧保护启动发信元件未能启动发信，此时远故障侧保护将误动（见图，无闭锁信号）。
具备了远方启动条件后，只要一侧发信机启动，则另一侧发信机也发信，确保区外故障不会误动作。
（２）可以方便通道检查，不必由两侧值班人员同时配合进行，尤其是在改成监控中心值班模式之后，显得更加方便了。
通道检查发信是用来进行通道检测的，必须满足以下要求：
（1）线路每侧都能单独进行通道检查
（2）应能分别检查对侧单独发信、两侧同时发信及本侧单独发信时的通道工作情况。
（3）通道检查应能在线路正常运行、单侧断开、双侧断开时都可进行。
（4）通道检查过程中如遇系统故障，应能立即转入保护启动发
信、停信状态。
（5）通道检查既能手动进行，也能保护按定时自动进行。
三、方向元件
方向元件在高频保护中主要是用来判别故障是区外还是区内，有正方向元件和反方向元件之分，正方向元件在区内故障时动作，反方向元件在区外故障时动作。
纵联保护的方向元件应该满足下列要求：（1）要有明确的方向性，如果方向判别错误将会导致误动或者拒动。
（2）要确保在本线路全长范围内发生各种故障都能可靠动作，只有这样，才能做到全线速动。
（3）反方向元件要闭锁正方向元件。
防止区外故障时保护误动，缺点是区外故障转区内故障时需等区外故障切除方能切除本线路的区内故障。
（4）本侧的反方向元件比本侧的正方向元件更灵敏。
（5）本侧的反方向元件比对侧的正方向元件更灵敏。
四、停信元件
高频闭锁保护的停信元件包括正方向元件动作停信、其他保护动作停信、本保护动作停信、断路器位置停信和弱馈保护停信五种实现方式。
1、正方向元件动作停信
高频闭锁保护在正方向元件动作后就会停发闭锁信号。
2、其他保护动作停信
母差保护动作停信，目的是防止故障发生在开关和CT之间或者母线上开关拒动，此时高频保护会将母线故障视为“区内故障”，如为单相故障，高频保护动作后会重合一次。
需要说明的是此时高频保护并不是肯定动作。
3、本保护动作停信
本保护是指保护装置的后备保护，比如距离、零序等，本保护动作停信的作用：如果正方向和反方向同时发生故障，反方向元件闭锁正方向元件，导致高频保护不能停信，则由距离或零序保护动作停信，确保两个故障都能快速切除。
4、三跳位置停信
三跳位置停信是指开关在断开的情况下使其收发信机处于停信状态，解除远方启动发信元件的作用。
例如手动充电合闸于故障线路时，本侧保护启动发信，同时远方启动对侧发信机发信，本侧正方向元件启动停信，而对侧无法停信导致本侧开关也无法跳闸。
5、弱馈保护停信
弱馈保护的定义：线路弱电源或无电源端，或者说线路发生区内故障时某一端保护的所有正方向元件灵敏度都不够。
目的：使线路发生区内故障时能做到全线速动。
弱馈侧是否跳闸可以根据运行的需要进行选择，称为“弱馈跳闸”。
通俗的说，弱馈功能就是当线路发生故障时，由于线路某侧
短路容量不够，正方向元件无法启动，因而无法停信，也无法跳闸。
此时采用的弱馈停信能在区内故障时停信不拒动，区外故障时发信不误动。
6、功率倒向问题及其处理方法
所谓功率倒向：如图示，乙线发生故障，保护1正方向启动并
停信，保护２反方向元件动作发闭锁信号。
保护3、4正方向元件启动跳闸。
如果此时4开关跳闸后而3开关尚未跳开，会造成甲线上短路电流由原来的1－２变为2－１，对于1保护而言反方向元件动作，发闭锁信号；对于2保护而言，反方向元件返回，正方向元件动作，停信。
如果2保护停信快于1保护发信的话，就会造成1、2保护误动。
这就是说发生功率倒向时有可能造成纵联保护误动，必须采取措施避免。
简单介绍一种措施：由于功率倒向时必然存在一个反方向元件转为正方向元件动作的过程，采用延时停信或者延时跳闸的方法，就可以避免保护误动了。
五、跳闸元件
跳闸元件在纵联保护中相对较为简单，有正方向元件动作跳闸和弱馈保护跳闸两种。
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