高频闭锁方向保护的启动方式优化方案

高频发信机采用短路时发信方式的高频闭锁方向保护的常用启动方式有下述几种。

（1）电流启动方式

图3.10（a）所示为电流启动高频闭锁方向保护的方框原理图，图3.10（b）所示为功率方向元件S+的保护区。图中的I和I′为电流启动元件。I较I′灵敏，即I的动作电流较小，I动作后，经t1、否4去启动发信机。S+为短路功率为正时动作的功率方向元件。I′、S+动作后，经与2、t3准备跳闸，并将否4闭锁，使发信机停信；内部短路时，被保护线路两侧的I、I′和S+均动作，发信机开始发信；经t3延时后，又将发信机停信。两侧收信机均收不到高频闭锁信号，于是，否5开放，两侧断路器跳闸。外部短路时，近短路侧的S+不动作，与2、t3不开放，否4不闭锁，发信机一直发信。两侧收信机收到高频信号，否5不开放，两侧的断路器均不会跳闸。

图3.10　电流启动高频闭锁方向保护的方框原理图

采用两个灵敏度不同的电流启动元件的原因，是由于被保护线路两侧的TA有误差（最大达10%）和两侧电流启动元件的动作电流可能有±5%的误差。如果只用一个电流启动元件，则在外部短路时，可能出现近短路侧的电流元件拒动，而远离短路侧的启动元件动作的情况。于是，近短路侧的发信机不发信，远离短路侧的发信机仅t3时间内发信，t3延时后，收信机收不到高频闭锁信号。远离短路侧的SK为正方向，S+动作，从而会使该侧断路器误跳闸。为了解决这一问题，可采用两个动作电流Iop不等的电流启动元件；用Iop较小的电流启动元件I去启动发信机，Iop较大的I′准备跳闸。这样就可保证在外部短路一侧的I′动作时，近短路侧的I也一定动作，从而可保证发信机发信，避免上述的误动作。I和I′的动作电流比的选择按最不利情况进行，即按线路一侧TA无误差，电流启动元件的Iop有+5%的误差；另一侧TA有-10%误差，电流启动元件的Iop有-5%的误差。因而两个电流启动元件的动作电流比为：

实用上采用：

如果采用接相电流的启动元件，则Iop按躲过最大负荷电流IL·max整定，即

式中　Krel——可靠系数，取1.1～1.2；

Kre——返回系数，取0.85。

在远距离重负荷的输电线路上，这种电流启动元件往往不能满足灵敏度的要求，在此情况下应采用负序电流元件。较灵敏的负序电流元件的动作电流Iop·2按躲过最大负荷情况下的最大不平衡电流Iunb·max整定，即

通常两侧电流启动元件的动作电流选为同一数值，故式（3.4）即为同一侧两个电流启动元件动作电流的关系式。

t3延时动作的原因是由于外部短路时，远离短路侧的发信机能在t3时间内发信，否5闭锁使保护不误跳闸。如t3不延时动作，则本侧的收信机将来不及收到对侧送来的高频闭锁信号，保护就会误动作跳闸，所以t3的延时动作是必要的。t3的大小按下式计算：

式中　tp——高频信号沿通道传送的时间；

td——两侧保护和高频发信机动作时间之差值；

ty——裕度时间。

t1延时返回的原因是在外部短路切除后，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。通常取t1=0.05 s。

功率换向时，保护的工作情况说明如下：在环形网络或双回线的某一线路（如图3.11中的线路Ⅰ）高频保护退出工作时，如果在该线路的相继动作区内发生故障（K点故障），1QF跳闸前，线路Ⅱ的短路功率SK是从变电站B流向变电站A。1QF跳闸后，2QF跳闸前，SK将反向，从变电站A流向变电站B。在此功率换向过程中，线路Ⅱ的高频闭锁方向保护是不会误动作的。因为3QF侧的保护在1QF跳闸后，S+才动作，与2开放，经t3延时后，才能停信，在t3时间内将保护闭锁。4QF侧的发信机在1QF跳闸后，立即发信，在t3延时之内能将高频闭锁信号送至3QF侧使其保护闭锁，所以3QF侧保护不会误跳闸。至于4QF侧的保护，由于SK为负，不会误跳闸就更为明显。

当外部故障时，如果近故障侧的起信元件因故而拒动，发信机不能送出高频闭锁信号，远离故障侧的保护将误动作。为了解决这个问题，可采用远方启动方式。

（2）远方启动方式

图3.11所示为通常采用的远方启动高频闭锁方向保护的方框原理图。图中t1为定时开放时间电路。此启动方式只用一个电流启动元件I。I启动后，启动本侧的发信机。发信机发出的高频信号传送到对侧经t1，或2远方启动对侧的发信机。(https://www.xing528.com)

图3.11　短路功率换向的说明图

图3.12　远方启动高频闭锁方向保护方框原理图

内部短路时，保护的工作分下述几种情况来说明。

①两端电源供电。两端电源供电网络内部短路时，线路两侧保护的I和S+均动作，经否3启动发信机。延时t5后，否3被闭锁，发信机停信。收信机收不到高频闭锁信号，否6开放，两侧断路器同时跳闸。

②单端电源供电。单端电源供电网络内部短路时，电源侧发信机起信，将高频信号传送到对侧，并启动其发信机，电源侧否6连续收到高频闭锁信号，保护不能跳闸。这是此种启动方式的主要缺点。

③一侧断路器跳开。内部短路且一侧断路器跳开时，由该侧断路器常闭辅助接点QF1将否3长期闭锁，发信机不能远方启动。电源侧保护在t5延时后跳闸。

外部短路时，保护的工作分下述几种情况来说明。

①近短路侧的电流启动元件I动作。外部短路时，由于近短路侧保护的S+不会动作，与4不开放，否3不会闭锁，发信机发信，向对侧传送高频闭锁信号。对侧收信机收到高频信号，否6不会开放，故不会误跳闸。

②近短路侧I不动作，远离短路侧的I及S+动作，此时，在t5延时内，若收不到近短路侧发回的高频闭锁信号，则t5延时后，否3闭锁，发信机停信，否6开放，将误跳闸。为了避免这种误跳闸，在t5延时内，一定要收到对侧发回的高频信号，以使否6能连续闭锁。因此，t5的延时应大于高频信号在高频通道上往返一次所需的时间。即比前述启动方式t3的延时要大一些，一般取t5=20 ms。

③外部故障切除后，远离短路侧的S+及两侧的I均返回。开放t1发信机停信，保护恢复正常运行。为了避免误动作，t1的延时应大于外部短路最大可能的持续时间，即大于后备保护的动作时间。一般t1取0.5～0.7 s。

④被保护线路保护相继动作。SK改变方向时（图3.11），被保护线路保护相继动作，SK改变方向时，1QF跳闸后，4QF侧发信机即发信，3QF侧收信机在t5=20 ms时间内能收到高频闭锁信号，3QF不会误跳闸。

由于采用了远方启动，只用了一个电流启动元件，因此，灵敏度比前者更高。

（3）功率方向元件启动方式

图3.13　方向元件启动的高频闭锁向保护的方框原理图

图3.13（a）为方向元件启动的高频闭锁向保护的方框原理图。图3.13（b）为S+和S-的动作区。从图中可知，当功率由母线流向线路时，S+有输出，准备跳闸。当功率由线路流向母线时，S-有输出，启动发信机，送出高频信号使否3闭锁，防止跳闸。

内部短路时，如A，B两侧均有电源，则两侧的S-均不动作。发信机不启信，无高频闭锁信号，否3开放，两侧断路器同时跳闸。如仅A侧有电源或B侧断路器断开，两侧的4个方向元件仅A侧的S+动作，可由A侧延时t2切除故障。

靠近B侧母线外部短路时，A侧S+动作，准备跳闸，但B侧S-动作，使该侧发信机启信，送高频闭锁信号至A侧，将A侧否3闭锁，A侧断路器不会误跳闸。t1、t2的作用和整定分别与图3.10保护的t1、t3相同。必须注意B侧S-的保护区必须大于A侧S+的保护区。这样可以保证S+A动作时，S-B也一定动作，以防保护误动。否则，A侧保护将会误动作跳闸。

这种保护方式的逻辑回路简单。由于没有其他的启动元件，所以S+的动作功率必须按躲开最大负荷功率整定，以避免线路输送负荷时，保护误动。S-的动作功率应小于S+的动作功率。如果采用负序功率方向元件，则保护就更加完善。高频闭锁方向保护在我国的电力系统中应用广泛。