浅谈电网的高频保护

摘要：高频保护可以快速切除故障，保障系统的稳定。充分掌握高频保护的机理对于现场的安全运行有着十分重要的意义。

关键词：电网 高频保护

在现代大型电力系统的超高压远距离输电线路上，为了缩小故障造成的损坏程度，满足系统稳定的要求，常常需要自线路两侧无延时地切除被保护线路上任何一点的故障。电流电压保护、方向电流保护和距离保护，由于测量部分只反应被保护线路一侧的电量，从原理上讲，这些保护的无时限速动段都不能保护线路全长，因此都不能满足这一要求。而纵差动保护，虽反应被专用保护区内两侧的电量，原理上可以无延时地切除保护区内的短路故障，但由于必须敷设的辅助导线，受到技术经济条件的限制，一般只能用在长度不超过5 ～7km 的短线路上。因此，为了快速切除高压远距离输电线路上的故障，在纵差动保护原理的基础上，利用通信技术中常用的高频载波电流，在输电线路上传送两侧电压的讯号，以代替专用的辅助导线，这样就构成了所谓高频保护。

高频保护是一种速动保护，适用于中长距离的重要输电线路上。它由安装在被保护线路两端的两套装置组成。高频保护是由高频电流来实现线路两端的两套保护之间的联系的，而这种联系是保护正确工作所必须的。由于应用高频电流进行联系，而此高频电流可以被保护线路本身来传送，因此就不需要敷设专门的导线或电缆了。

一、高频保护的分类

高频保护按比较信号的方式可分为直接比较和间接比较两类。直接比较是将两侧的交流电量，经过转换后直接传送到对侧去，装在两侧的保护装置直接比较两侧的交流电量。属于这一类的有电流相位比较式高频保护，简称相差动高频保护。每一侧的保护装置发出代表本侧电流相位的高频信号，并同时接收代表两侧电流相位的高频信号。这样，每一侧的保护都可直接根据两侧电流的相位关系来确定保护装置应否动作。间接比较是两侧保护装置各自只反应本侧的交流电量，高频信号只是将各侧保护装置对故障判别的结果传送到对侧去。线路每一侧的保护根据本侧和对侧保护装置对故障判别的结果进行间接比较，最后作出究竟是否应该跳闸的决定。属于这一类的保护有以下三种。

高频闭锁方向保护

它是基于间接比较线路两侧的短路功率方向。两侧保护装置，根据各自所侧重的短路功率方向，确定是否应发出高频闭锁信号。每一侧的保护装置，根据两侧功率方向元件对短路功率方向判别的结果，确定是否应该跳闸。

高频闭锁距离保护

由于距离保护中所用的主要继电器（如起动元件、方向元件等） 都是实现高频闭锁方向保护所必需的，因此，在某些情况下，把两者结合起来，就可做成高频闭锁距离保护。区内短路时，两侧的起动元件和方向距离Ⅱ段动作，且都不发高频闭锁信号。保护装置只要方向距离Ⅱ段动作，而又收不到高频闭锁信号，就立即加速Ⅱ段，全线快速跳闸。区外短路时，靠近短路点的一侧，保护判断为反方向故障，所以起动元件动作，方向距离Ⅱ段不动作，立即发出高频闭锁信号。保护装置收到高频闭锁信号后，就将距离Ⅱ段速动跳闸回路闭锁，只能按阶梯时限特性带延时动作。

高频远方跳闸

这种保护用高频电流传送跳闸信号。区内短路时，保护装置I 段动作后，快速跳开本侧断路器，并同时向对侧发出高频信号。收到高频信号的一侧，将高频信号与保护Ⅱ段动作进行比较，如Ⅱ段起动即加速动作于跳闸，从而实现区内短路全线快速切除。

高频远方跳闸的优点是简单，它和一般三段特性的距离及零序电流保护构成整套保护时，不损害这些保护的独立性，而且有后备作用。其缺点是当高频载波通道发生断线接地时，高频信号传不过去，接不到高频信号的一侧只能依靠后备保护将故障切除。

上述各种高频保护，除高频远方跳闸外，都是传送闭锁信号，而且都是在发生故障时才起动发信机，正常运行时发信机不发信的工作方式并不理想，因为，第一，它要求保护装置具有起信元件，这就增加了整组保护的动作时间；第二，不能经常监视通道及收发信机的完整性。

高频通道

高频通道就是指高频电流流通的路径，是用来传送高频信号的。高频通道的类型很多，目前广泛采用的是输电线载波通道。高压输电线的主要用途是输送电能。当用来作为载波通道时，必须在输电线路上装设专用的加工设备，即在线路两端装设高频耦合和分高设备，将同时在输电线上传送的工频和高频电流分开，并将高频收发信机与高压设备隔离，以保证二次设备和人身的安全。

高频闭锁方向保护

高频闭锁方向保护是间接地比较被保护线路两侧短路功率的方向。只有当被保护线路两侧的短路功率方向都是由母线指向被保护线路（负序和零序功率方向则相反）时，保护才动作于断路器跳闸。

高频闭锁方向保护装置，通常由起动元件和方向元件组成。在正常运行时，高频发信机不工作，在通道中没有高频电流通过。在外部短路时，靠近故障点一侧的短路功率是由线路指向母线，因此方向元件不动作，只有起动元件动作，起动发信机向对侧发送高频闭锁信号。任何一侧，只要收到高频闭锁信号，就把保护闭锁，所以两侧保护都不会动作。在内部短路时，两侧的短路功率都是由母线指向线路，于是起动元件和方向元件都动作。方向元件动作后，使发信机不能起动，故发信机仍然不工作。由于两侧方向元件动作，且又收不到闭锁信号所以两侧保护都动作，使断路器跳闸。

高频相差动保护

高频相差动保护是直接比较被保护线路两侧电流的相位。如果规定每一侧电流的正方向都是由母线流向线路，则在正常运行和外部短路时，两则电流I1 和I2的相位差为180°。在内部短路时，两侧电流I1 和I2 的相位差，取决于两侧等值电源电势E 1 和E 2 的相位差，和短路点两侧系统阻抗角之差通常不超过几十度。应用高频信号将工频电流的相位关系传送到对侧，装在线路两侧的保护装置，根据所接收到的代表两侧电流相位的高频信号，直接进行比较。当相位差φ＝180°时，保护装置不动作；当φ≈0 时，保护装置动作，使两侧断路同时跳闸，从而达到快速切除故障的目的。