高频闭锁保护原理

第1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2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：

1、 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。

2、 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。

3、 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。

4、 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

　　　　1　　　　　　　　　　　　　　2

甲线

3 4

乙线

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。

5、 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。