線路高頻保護(hù)Convertor

1、第五章 電網(wǎng)高頻保護(hù)學(xué)習(xí)內(nèi)容復(fù)習(xí)思考題本章基本要求1、了解什么是高頻保護(hù)和它是怎樣構(gòu)成的。2、掌握構(gòu)成高頻載波通道的主要元件的名稱及其應(yīng)用。3、掌握方向高頻保護(hù)的基本工作原理和基本組成元件。4、掌握相差高頻保護(hù)的基本工作原理和基本組成元件。5、了解相差動(dòng)高頻保護(hù)閉鎖角的計(jì)算及相繼動(dòng)作問(wèn)題。6、了解距離高頻保護(hù)的基本概念。返回本章基本要求第一節(jié)    高頻保護(hù)的基本概念一、概述在高壓輸電線路上（主要是220KV及以上線路），要求無(wú)延時(shí)地從線路兩端切除被保護(hù)線路內(nèi)部的故障。此時(shí)，電流保護(hù)和距離保護(hù)都不能滿足要求?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)可以瞬時(shí)動(dòng)作切除保護(hù)范圍內(nèi)部任何地點(diǎn)的故障。

2、但縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)需敷設(shè)與被保護(hù)線路等長(zhǎng)的輔助導(dǎo)線，這在經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上都有難以實(shí)現(xiàn)。解決辦法：采用高頻保護(hù)高頻保護(hù)：是用高頻載波(40-500kHz)代替二次導(dǎo)線，傳送線路兩側(cè)電信號(hào)，所以高頻保護(hù)的原理是反應(yīng)被保護(hù)線路首末兩端電流的差或功率方向信號(hào)，用高頻載波將信號(hào)傳輸?shù)綄?duì)側(cè)加以比較而決定保護(hù)是否動(dòng)作。高頻保護(hù)與線路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)類似，正常運(yùn)行及區(qū)外故障時(shí)，保護(hù)不動(dòng)，區(qū)內(nèi)故障全線速動(dòng)。二、載波通道的構(gòu)成原理目前應(yīng)用比較廣泛的載波通道是“導(dǎo)線一大地”制。 1.高頻阻波器 2結(jié)合電容器 3連接濾波器 4高頻電纜 5保護(hù)間隙 6接地刀閘 7高頻收、發(fā)信機(jī)組成：1、高頻阻波器高頻阻波器是由電感線圈和可調(diào)電

3、容組成的并聯(lián)諧振回路，當(dāng)其諧振頻率為選用的載波頻率時(shí)，它所呈現(xiàn)的阻抗最大。對(duì)工頻電流而言，高頻阻波器的阻抗僅是電感線圈的阻抗，因而工頻電流可暢通無(wú)阻，不會(huì)影響輸電線路正常傳輸。2結(jié)合電容器它是一個(gè)高壓電容器，電容很小，對(duì)工頻電壓呈現(xiàn)很大的阻抗，使收發(fā)信機(jī)與高壓輸電線路絕緣，載頻信號(hào)順利通過(guò)。結(jié)合電容器2與連接濾波器3組成帶通濾波器，對(duì)載頻進(jìn)行濾波。3連接濾波器它是一個(gè)可調(diào)節(jié)的空心變壓器，與結(jié)合電容器共同組成帶通濾波器，連接濾波器起著阻抗匹配的作用，可以避免高頻信號(hào)的電磁波在傳輸過(guò)程中發(fā)生反射，并減少高頻信號(hào)的損耗，增加輸出功率。 用來(lái)連接戶內(nèi)的收發(fā)信機(jī)和裝在戶外的連接濾波器。為屏蔽干擾信號(hào)，減

4、少高頻損耗，采用單芯同軸電纜，其波阻抗為100。4高頻電纜5保護(hù)間隙保護(hù)間隙是高頻通道的輔助設(shè)備。用它來(lái)保護(hù)高頻電纜和高頻收發(fā)信機(jī)免遭過(guò)電壓的襲擊。6接地刀閘接地刀閘也是高頻通道的輔助設(shè)備。在調(diào)整或檢修高頻收發(fā)信機(jī)和連接濾波器時(shí)，用它來(lái)進(jìn)行安全接地，以保證人身和設(shè)備的安全。7高頻收、發(fā)信機(jī)高頻收發(fā)信機(jī)的作用是發(fā)送和接收高頻信號(hào)。發(fā)信機(jī)部分是由繼電保護(hù)來(lái)控制。高頻收信機(jī)接收到由本端和對(duì)端所發(fā)送的高頻信號(hào)。經(jīng)過(guò)比較判斷之后，再動(dòng)作于跳閘或?qū)⑺]鎖。三、高頻信號(hào)的利用方式按高頻通道的工作方式分成：在這兩種工作方式中，按傳送的信號(hào)性質(zhì)，又可以分為傳送閉鎖信號(hào)、允許信號(hào)和跳閘信號(hào)三種類型。經(jīng)常無(wú)高頻電流

5、(故障時(shí)發(fā)）經(jīng)常有高頻電流(故障時(shí)不發(fā)）閉鎖信號(hào)：收不到這種信號(hào)是高頻保護(hù)動(dòng)作跳閘的必要條件。允許信號(hào)：收到這種信號(hào)是高頻保護(hù)動(dòng)作跳閘的必要條件。傳送跳閘信號(hào)：收到這種信號(hào)是保護(hù)動(dòng)作于跳閘充分而必要條件的條件。三、高頻信號(hào)的利用方式第二節(jié)    高頻閉鎖方向保護(hù)高頻閉鎖方向保護(hù)是通過(guò)高頻通道間接比較被保護(hù)線路兩側(cè)的功率方向，以判別是被保護(hù)范圍內(nèi)部故障還是外部故障。一、高頻閉鎖方向保護(hù)的基本原理當(dāng)區(qū)外故障時(shí)，被保護(hù)線路近短路點(diǎn)一側(cè)為負(fù)短路功率，向輸電線路發(fā)高頻波，兩側(cè)收信機(jī)收到高頻波后將各自保護(hù)閉鎖。當(dāng)區(qū)內(nèi)故障時(shí)，線路兩端的短路功率方向?yàn)檎?，發(fā)信機(jī)不向線路發(fā)送高頻波

6、，保護(hù)的起動(dòng)元件不被閉鎖，瞬時(shí)跳開兩側(cè)斷路器。起動(dòng)發(fā)信繼電器1：靈敏度較高，用來(lái)起動(dòng)高頻發(fā)信機(jī)起動(dòng)跳閘繼電器2：靈敏度較低，用來(lái)起動(dòng)跳閘回路功率方向繼電器3：判斷短路功率的方向停信繼電器4：在內(nèi)部故障時(shí)停止發(fā)出高頻信號(hào)閉鎖繼電器5： 用以控制保護(hù)的跳閘回路。帶有工作線圈和制動(dòng)線圈， 只有當(dāng)工作線圈有電流時(shí)繼電器才動(dòng)作；而當(dāng)制動(dòng)線圈或兩組線圈同時(shí)有電流時(shí)繼電器均不動(dòng)作。高頻閉鎖方向保護(hù)的原理接線圖1 區(qū)外故障如在D1點(diǎn)短路，被保護(hù)線路AB兩側(cè)的起動(dòng)發(fā)信機(jī)電流繼電器1動(dòng)作，接通發(fā)信機(jī)的功放級(jí)電源，向高頻通道發(fā)信，并將方向高頻保護(hù)閉鎖。對(duì)AB線路來(lái)說(shuō)，近短路點(diǎn)B側(cè)的短路功率是負(fù)的，功率方向繼電器不動(dòng)

7、作，不去停信。輸電線路AB兩側(cè)方向高頻保護(hù)的收信機(jī)收到高頻信號(hào)，將各自的保護(hù)閉鎖，不發(fā)出跳閘脈沖。1 區(qū)外故障（D1短路）A保護(hù)(不動(dòng)）B保護(hù)(不動(dòng)）2 區(qū)內(nèi)故障被保護(hù)線路AB區(qū)內(nèi)故障如在D2點(diǎn)短路，兩側(cè)起動(dòng)發(fā)信機(jī)繼電器1及起動(dòng)跳閘繼電器2動(dòng)作，繼電器1起動(dòng)，向高頻通道發(fā)信，兩側(cè)收信機(jī)收到高頻信號(hào)后，立刻將保護(hù)閉鎖，但兩側(cè)方向繼電器3承受正方向短路功率而起動(dòng)。首先停信，解除閉鎖，與此同時(shí)閉鎖繼電器起動(dòng)，發(fā)出跳閘脈沖。3 區(qū)內(nèi)故障（D2短路）A保護(hù)(不動(dòng)）B保護(hù)(不動(dòng)）3系統(tǒng)振蕩當(dāng)系統(tǒng)振蕩，且振蕩中心在保護(hù)區(qū)內(nèi)時(shí)，保護(hù)會(huì)不會(huì)動(dòng)作？4. 整定計(jì)算：起動(dòng)保護(hù)繼電器的動(dòng)作電流應(yīng)大于Idzlm，以保證先

8、發(fā)信，防止保護(hù)誤動(dòng)，其動(dòng)作電流為靈敏度校驗(yàn) : 起動(dòng)發(fā)信機(jī)電流繼電器的動(dòng)作電流，按繼電器的返回電流大于輸電線路的最大負(fù)載電流的二次值整定為二、高頻閉鎖負(fù)序方向保護(hù)方向高頻保護(hù)在系統(tǒng)振蕩時(shí)可能誤動(dòng)，如何防止系統(tǒng)振蕩的影響?解決方法：采用高頻閉鎖負(fù)序方向保護(hù)。反應(yīng)負(fù)序功率方向元件不受系統(tǒng)振蕩的影響，它可以反應(yīng)各種不對(duì)稱短路。三相短路一般在短路開始瞬間總有一個(gè)不對(duì)稱過(guò)程，如采用瞬時(shí)固定措施，則對(duì)三相短路也能反應(yīng)。高頻閉鎖負(fù)序方向保護(hù)組成: 雙向動(dòng)作的負(fù)序功率方向繼電器KPD2 起動(dòng)發(fā)信機(jī)繼電器1K 閉鎖保護(hù)繼電器2KL 出口繼電器3KOM1 區(qū)內(nèi)故障負(fù)序功率方向繼電器KPD2觸點(diǎn)向下閉合、停信，起動(dòng)

9、閉鎖繼電器2KL發(fā)出跳閘脈沖。 2 區(qū)外故障靠近短路點(diǎn)的一側(cè)負(fù)序功率繼電器KPD2的接點(diǎn)向上閉合，起動(dòng)發(fā)信機(jī)繼電器向高頻通道發(fā)信，兩側(cè)收信機(jī)收到高頻信號(hào)將各自保護(hù)閉鎖。3整定計(jì)算靈敏元件的動(dòng)作電流，按躲開最大負(fù)載情況下最大負(fù)序不平衡電流 整定為不靈敏元件的動(dòng)作電流與靈敏元件相配，即第三節(jié) 高頻閉鎖距離保護(hù) 高頻閉鎖方向保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn) 距離保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)能不能把兩者結(jié)合起來(lái)，取兩者的優(yōu)點(diǎn),屏棄其缺點(diǎn)?答案:可以。做成高頻閉鎖的距離保護(hù)，使得內(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。 下圖為高頻閉鎖距離保護(hù)的原理說(shuō)明，假設(shè)線路兩側(cè)均采用三段式距離元件，I段能

10、保護(hù)線路全長(zhǎng)的85， II 段能保護(hù)線路的全長(zhǎng)并具有足夠的靈敏度，III段作為起動(dòng)元件并可作為后備保護(hù)。 第三節(jié) 高頻閉鎖距離保護(hù) 距離部分和高頻部分配合的關(guān)系是： III段起動(dòng)元件ZIII動(dòng)作時(shí)，經(jīng)1KM的常閉觸點(diǎn)起動(dòng)發(fā)信機(jī)發(fā)出高頻閉鎖信號(hào)， II段距離元件ZII動(dòng)作時(shí)則起動(dòng)1KM停止高頻發(fā)信機(jī)。距離II段動(dòng)作后一方面起動(dòng)時(shí)間元件tII，可經(jīng)一定延時(shí)后跳閘，同時(shí)還可經(jīng)過(guò)一收信閉鎖繼電器2KL的閉鎖觸點(diǎn)瞬時(shí)跳閘。 第三節(jié) 高頻閉鎖距離保護(hù) 當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)部故障時(shí)(如d1點(diǎn))，兩端的起動(dòng)元件動(dòng)作，起動(dòng)發(fā)信機(jī)，但兩端的距離II段也動(dòng)作，又停止了發(fā)信機(jī)。當(dāng)收信機(jī)收不到高頻信號(hào)時(shí)，2KL觸點(diǎn)閉合，使距離

11、II段可瞬時(shí)動(dòng)作于跳閘。 第三節(jié) 高頻閉鎖距離保護(hù) 當(dāng)保護(hù)范圍外部故障時(shí)(如d2點(diǎn))，靠近故障點(diǎn)的B端距離II段不動(dòng)作，不停止發(fā)信，A端II段動(dòng)作停止發(fā)信，但A端收信機(jī)可收到B端送來(lái)的高頻信號(hào)使閉鎖繼電器動(dòng)作，2KL觸點(diǎn)打開，因而斷開了II段的瞬時(shí)跳閘回路，使它只能經(jīng)過(guò)II段時(shí)間元件去跳閘，從而保證了動(dòng)作的選擇性。第三節(jié) 高頻閉鎖距離保護(hù) 缺點(diǎn)：高頻閉鎖距離保護(hù)的評(píng)價(jià)：主保護(hù)(高頻保護(hù))和后備保護(hù)(距離保護(hù))的接線互相連在一起，不便于運(yùn)行和檢修。優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)部故障時(shí)可瞬時(shí)切除故障，在外部故障時(shí)可起到后備保護(hù)的作用。第三節(jié) 高頻閉鎖距離保護(hù) 第四節(jié) 相差高頻保護(hù)一、相差高頻保護(hù)的工作原理比較被保護(hù)線

12、路兩側(cè)電流的相位，即利用高頻信號(hào)將電流的相位傳送到對(duì)側(cè)去進(jìn)行比較而決定跳閘與否。區(qū)內(nèi)故障：兩側(cè)電流同相位，發(fā)出跳閘脈沖； 區(qū)外故障：兩側(cè)電流相位相差180°，保護(hù)不動(dòng)作 。一、相差高頻保護(hù)的工作原理為了滿足以上要求，采用高頻通道正常時(shí)無(wú)信號(hào)，而在外部故障時(shí)發(fā)出閉鎖信號(hào)的方式來(lái)構(gòu)成保護(hù)。實(shí)際上，當(dāng)短路電流為正半周，高頻發(fā)信機(jī)發(fā)出信號(hào)；而在負(fù)半周，高頻發(fā)信機(jī)不發(fā)出信號(hào)。一、相差高頻保護(hù)的工作原理當(dāng)被保護(hù)范圍內(nèi)部故障時(shí)。由于兩側(cè)電流相位相同，兩側(cè)高頻發(fā)信機(jī)同時(shí)工作，發(fā)出高頻信號(hào)，也同時(shí)停止發(fā)信。這樣，在兩側(cè)收信機(jī)收到的高頻信號(hào)是間斷的，即正半周有高頻信號(hào)，負(fù)半周無(wú)高頻信號(hào)。一、相差高頻保護(hù)

13、的工作原理當(dāng)被保護(hù)范圍外部故障時(shí)，由于兩側(cè)電流相位相差180°，線路兩側(cè)的發(fā)信機(jī)交替工作，收信機(jī)收到的高頻信號(hào)是連續(xù)的高頻信號(hào)。由于信號(hào)在傳輸過(guò)程中幅值有衰耗，因此送到對(duì)側(cè)的信號(hào)幅值就要小一些。經(jīng)檢波限幅倒相處理后，電流為直流。一、相差高頻保護(hù)的工作原理由以上的分析可見，相位比較實(shí)際上是通過(guò)收信機(jī)所收到的高頻信號(hào)來(lái)進(jìn)行的。在被保護(hù)范圍內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，兩側(cè)收信機(jī)收到的高頻信號(hào)重疊約10ms，于是保護(hù)瞬時(shí)的動(dòng)作，立即跳閘。在被保護(hù)范圍外部故障時(shí)，兩側(cè)的收信機(jī)收到的高頻信號(hào)是連續(xù)的，線路兩側(cè)的高頻信號(hào)互為閉鎖，使兩側(cè)保護(hù)不能跳閘。一、相差高頻保護(hù)的工作原理如果內(nèi)部故障時(shí)高頻通道遭破壞，會(huì)不

14、會(huì)影響保護(hù)跳閘？一、 相差高頻保護(hù)的工作原理相差高頻保護(hù)組成：反應(yīng)不對(duì)稱短路的靈敏元件I3和不靈敏元件I4反應(yīng)對(duì)稱短路的靈敏元件I1和不靈敏元件I2負(fù)序電流濾過(guò)器綜合電流I1+KI2濾過(guò)器比相閉鎖繼電器KDS比相輸出變壓器XB操作互感器T收發(fā)信機(jī)相差高頻保護(hù)的組成：一、相差高頻保護(hù)的工作原理正常時(shí): 發(fā)信機(jī)沒(méi)有電源，所以不能向高頻通道發(fā)送信號(hào)。一、相差高頻保護(hù)的工作原理靈敏元件首先起動(dòng)，給發(fā)信機(jī)的提供電源，發(fā)信機(jī)立刻向通道發(fā)送出故障電流調(diào)制的斷續(xù)高頻波。系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí):不靈敏元件起動(dòng)后，準(zhǔn)備好保護(hù)跳閘出口回路電源。一、相差高頻保護(hù)的工作原理收信機(jī)收到斷續(xù)波時(shí)，XB有輸出，KDS動(dòng)作，發(fā)出跳閘脈

15、沖。若收信機(jī)收到連續(xù)高頻波，說(shuō)明是區(qū)外故障，經(jīng)檢波限幅倒相處理后，XB輸出電流為零， KDS不動(dòng)作，閉鎖了保護(hù)出口回路。一、相差高頻保護(hù)的工作原理二、相差高頻保護(hù)的相位特性和相繼動(dòng)作區(qū) 相差高頻保護(hù)是通過(guò)測(cè)定通道上高頻信號(hào)是否間斷，來(lái)判斷是保護(hù)范圍內(nèi)部還是外部故障的。當(dāng)間斷角大于閉鎖角時(shí)，為保護(hù)范圍內(nèi)部故障，保護(hù)動(dòng)作。反之，當(dāng)間斷角小于閉鎖角時(shí)，為保護(hù)范圍外部故障，保護(hù)不動(dòng)作。在電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，在被保護(hù)范圍內(nèi)部故障時(shí)，兩側(cè)高頻信號(hào)不會(huì)完全重疊；在外部故障時(shí)，兩側(cè)的高頻信號(hào)也不會(huì)是連續(xù)的。所以，就需要進(jìn)一步分析相差高頻保護(hù)的相位特性。相位特性：是指相位比較繼電器中的電流IJ和高頻信號(hào)的相位

16、角關(guān)系曲線，亦即IJ=f（）的曲線，稱為相位特性曲線。二、相差高頻保護(hù)的相位特性和相繼動(dòng)作區(qū) 1相差高頻保護(hù)在線路兩側(cè)操作電流的相位關(guān)系 (1)外部三相短路:總誤差角為 為了保證保護(hù)的選擇性，應(yīng)考慮一定的裕度，令y15° 電流互感器約有TA7°角誤差，復(fù)合濾過(guò)器及保護(hù)約有bh15°角誤差。高頻信號(hào)在輸電線路上傳輸需要時(shí)間，以光速V3.0×108 m/s傳送至對(duì)側(cè)所需時(shí)間t產(chǎn)生的延遲角誤差二、相差高頻保護(hù)的相位特性和相繼動(dòng)作區(qū) 外部故障：兩側(cè)操作電流的相位差不是180°，收到的兩側(cè)斷續(xù)高頻波不是連續(xù)的，而是180°+，即出現(xiàn)間斷角為二、

17、相差高頻保護(hù)的相位特性和相繼動(dòng)作區(qū) (2)內(nèi)部故障: 雙側(cè)電源系統(tǒng)在d點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，線路兩側(cè)電勢(shì)EM和EN之間的相角差為o ，角一般不超過(guò)70° 。 M側(cè)電流IM落后于EMdM60°, N側(cè)到短路點(diǎn)dN=90°。兩側(cè)電流的相位差將達(dá)到100°。電流互感器的最大誤差角TA=7°，保護(hù)裝置的角誤差bh=15°，高頻信號(hào)沿輸電線路傳輸需要時(shí)間，造成的延遲誤差角=0.06°l。二、相差高頻保護(hù)的相位特性和相繼動(dòng)作區(qū) N側(cè)收到兩側(cè)高頻載波信號(hào)的最大角相差為M側(cè)為 二、相差高頻保護(hù)的相位特性和相繼動(dòng)作區(qū) 內(nèi)部故障時(shí)，理論上接收兩側(cè)斷

18、續(xù)高頻波的間斷角為180°，由于兩側(cè)電源電勢(shì)的相位差、電流互感器和保護(hù)裝置的角誤差，所以間斷角僅為二、相差高頻保護(hù)的相位特性和相繼動(dòng)作區(qū) 2. 保護(hù)的相繼動(dòng)作區(qū)收信機(jī)收到兩調(diào)頻信號(hào)的相位差與線路的長(zhǎng)度有關(guān)，保護(hù)范圍之外故障時(shí)，間斷角為 要求保護(hù)不動(dòng)作，保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)，M側(cè)的間斷角為 要求保護(hù)動(dòng)作, 線路的臨界長(zhǎng)度為 l =175km即當(dāng)線路長(zhǎng)度>175km時(shí)，被保護(hù)線路內(nèi)部故障M側(cè)的保護(hù)將不動(dòng)作，但N側(cè)保護(hù)間斷角增大，保護(hù)動(dòng)作，當(dāng)N側(cè)斷路器跳開以后，M側(cè)收發(fā)信機(jī)自發(fā)自收，其間斷角為180°，則M側(cè)保護(hù)動(dòng)作。3 保護(hù)閉鎖角在理想情況，相位特性曲線IJ=f（）是如下圖所示的直線（虛線1所示）。但實(shí)際上不是直線而是曲線，如下圖中實(shí)線2所示。二、相差高頻保護(hù)的相位特性和相繼動(dòng)作區(qū) 現(xiàn)根據(jù)該曲線來(lái)確定繼電器J的動(dòng)作電流和閉鎖角，如右圖所示。設(shè)繼電器J的動(dòng)作電流為IJ.dz，則它與相位特性曲有兩個(gè)交點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于橫坐標(biāo)的角度為dz和b。在交點(diǎn)上部，IJ >IJ.dz，繼電器的動(dòng)作。交點(diǎn)下部，IJ <IJ.dz，繼電器不會(huì)動(dòng)作。圖中的角b稱