载波保护方法应用设计

题目：载波保护方法应用设计

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目录

摘要 .................................................................................................................................................. 3 第一章 绪 论 ................................................................................................................................... 4

1.1电力系统继电保护概述 ..................................................................................................... 4

1.1.1 继电保护的基本原理 ............................................................................................. 4 1.1.2 继电保护的作用 ..................................................................................................... 6 1.1.3继电保护装置的基本任务 ...................................................................................... 6 1.1.4继电保护整定计算概述及基本任务 ...................................................................... 7 1.2 继电保护的构成与分类 .................................................................................................... 9

1.2.1 继电保护装置的构成 ............................................................................................. 9 1.2.2 继电保护的分类 ..................................................................................................... 9 1.3 继电保护的基本要求 ...................................................................................................... 10 第二章 载波保护原理 ................................................................................................................... 11

2.1载波保护概念及构成 ....................................................................................................... 11

2.1.1载波保护的概念 .................................................................................................... 11 2.1.2载波通信的构成 .................................................................................................... 11 2.2载波通道的工作方式 ....................................................................................................... 14 2.3 电力线载波信号的种类 .................................................................................................. 16 第三章 载波设计 ........................................................................................................................... 18

3.1设计要任务书 ................................................................................................................... 18 3.2设计思路 ........................................................................................................................... 21 3.3高频闭锁方向保护 .......................................................................................................... 22

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3.4高频闭锁距离保护 .......................................................................................................... 23 第四章 载波保护抗干扰措施及展望 ........................................................................................... 25

4.1载波保护干扰类型及抗干扰措施 ................................................................................... 25 4.1载波保护发展前景 ........................................................................................................... 28 参考文献......................................................................................................................................... 29

摘要

电力在现代社会各方面起着重大的作用，没有电力的支持，社会生活和生产根本就无法正常进行。基于电力在现代社会中的重要性，对电力的维护就显得格外重要。而对电力维护起重要作用的继电保护，则是电力系统能否正常工作的关键。继电设施的正常运转，技术运用与发展对电力系统的运行影响重大。继电保护对电力系统的安全有效运行影响重大，要确实保证电力系统的正常使用，就要在保护措施上做好工作，而继电保护是其中最主要，最有效的方式。因此，为保障电力系统的安全运行，必须对继电保护有一定的了解，才能有效使用。如何确保继电保护设施和技术的可靠性和有效性，是电力系统应该着重关注的，也是社会各界所关注的问题。

当线路发生故障时，靠保护单侧的电气量变化，作为保护装置的动作判据，难以达到全线瞬时切出故障的要求。为实现全线断路故障时均能快速切除，必须将线路两侧电气量作为保护的测量信息，通过信息交换，对区内、外故障位置进行判断，从而实现全线速动保护。本文重点介绍了高频载波保护的基本原理，构成及其分类。详细讲述了高频载波通道的构成，和相关工作方式，特别针对任务书

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介绍了高频闭锁方向保护以及高频闭锁距离保护的原理及特点。

关键词：高频载波 高频闭锁方向保护 高频闭锁距离保护

第一章 绪 论

1.1电力系统继电保护概述

1.1.1 继电保护的基本原理

继电保护主要是利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量（电流、电压、功率、频率等）的变化构成继电保护动作的原理，还有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置都包括测量部分（和定值调整部分）、逻辑部分、执行部分。

电力系统运行中的参数（如电流、电压、功率因数角）在正常运行和故障情况时是有明显区别的。继电保护装置就是利用这些参数的变化，在反映、检测的基

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础上来判断电力系统故障的性质和范围，进而做出相应的反应和处理（如发出警告信号或令断路器跳闸等）。 继电保护装置的原理分析：

A、取样单元---它将被保护的电力系统运行中的物理量（参数）经过电气隔离并转换为继电保护装置中比较鉴别单元可以接受的信号，由一台或几台传感器如电流、电压互感器组成。

B、比较鉴别单元---包括给定单元，由取样单元来的信号与给定信号比较，以便下一级处理单元发出何种信号。（正常状态、异常状态或故障状态）比较鉴别单元可由4只电流继电器组成，二只为速断保护，另二只为过电流保护。电流继电器的整定值即为给定单元，电流继电器的电流线圈则接收取样单元（电流互感器）来的电流信号，当电流信号达到电流整定值时，电流继电器动作，通过其接点向下一级处理单元发出使断路器最终掉闸的信号；若电流信号小于整定值，则电流继电器不动作，传向下级单元的信号也不动作。鉴别比较信号“速断”、“过电流”的信息传送到下一单元处理。

C、处理单元---接受比较鉴别单元来的信号，按比较鉴别单元的要求进行处理，根据比较环节输出量的大小、性质、组合方式出现的先后顺序，来确定保护装置是否应该动作；由时间继电器、中间继电器等构成。电流保护：速断---中间继电器动作，过电流——时间继电器动作。（延时过程）

D、执行单元---故障的处理通过执行单元来实施。执行单元一般分两类：一类是声、光信号继电器；（如电笛、电铃、闪光信号灯等）另一类为断路器的操作机构的分闸线圈，使断路器分闸。

E、控制及操作电源---继电保护装置要求有自己独立的交流或直流电源，而

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且电源功率也因所控制设备的多少而增减；交流电压一般为220伏，功率1KVA以上。

1.1.2 继电保护的作用

随着自动化技术的发展，电力系统的正常运行、故障期间以及故障后的恢复过程中，许多控制操作日趋高度自动化。这些控制操作的技术与装备大致可分为两大类：其一是为保证电力系统正常运行的经济性和电能质量的自动化技术与装备，主要进行电能产生过程的连续自动调节，动作速度相对迟缓，调节稳定性高，把整个电力系统或其中的一部分作为调节对象，这就是通常理解的“电力系统自动化控制”。其二是当电网或电气设备发生故障，或出现影响安全运行的异常情况时，自动切除故障设备和消除异常情况的技术与装备，其特点是动作速度快，其性质是非调节性的，这就是通常理解的“电力系统继电保护与安全自动装置”。 电力系统继电保护的基本作用是：在全系统范围内，按指定分区实时的检测各种故障和不正常运行状态，快速及时地采取故障隔离或告警等措施，以求最大限度地维持系统的稳定，保持供电的连续性，保障人身的安全，防止或减轻设备的损坏。

1.1.3继电保护装置的基本任务

（1）自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除并最大限度地保证其他无故障部分恢复正常运行；

（2）能对电气元件的不正常运行状态作出反应，并根据运行维护规范和设备承受能力动作，发出告警信号，或减负荷，或延时跳闸；

（3）条件许可时，可采取预定措施，尽快地恢复供电和设备运行。

由于最初的继电保护装置是又机电式继电器为主构成的，故称为继电保护装置。

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尽管现代继电保护装置已发展成为由电子元件或微型计算机为主构成的，但仍沿用次名称。目前常用继电保护一词泛指继电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。

1.1.4继电保护整定计算概述及基本任务

继电保护装置属于二次系统，它是电力系统中的一个重要组成部分，它对电力系统安全稳定运行起着极为重要的作用，没有继电保护的电力系统是不能运行的。继电保护要达到及时切除故障，保证电力系统安全稳定运行的目的，需要进行多方面的工作，包括设计、制造、安装、整定计算、调试、运行维护等，继电保护整定计算是其中极其重要的一项工作。

电力生产运行和电力工程设计工作都离不开整定计算，不同部门整定计算的目的是不同的。电力运行部门整定计算的目的是对电力系统中已经配置安装好的各种继电保护按照具体电力系统参数和运行要求，通过计算分析给出所南非的各项整定值，使全系统中的各种继电保护有机协调地布置、正确地发挥作用。电力工程设计部门整定计算的目的是按照所设计的电力系统进行分析计算、选择和论证继电保护装置的配置和选型的正确性，并最后确定其技术规范。同时，根据短路计算结果选择一次设备的规范。

继电保护整定计算的基本任务，就是要对各种继电保护给出整定值；而对电力系统中的全部继电保护来说，则需编制出一个整定方案。

各种继电保护适应电力系统运行方式变化的能力都是有限的，因而，继电保护整定方案也不是一成不变的。对继电保护整定方案的评价，是以整体保护效果的优劣来衡量的，并不着眼于某一套继电保护的保护效果。必须指出，任何一种保护装置的性能都是有限的，或者说任何一种保护装置对电力系统的适应能力都

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是有限的。当电力系统的要求超出该种保护装置所能承担的最大变化限度时，该保护装置便不能完成保护任务。

（1） 继电保护整定计算的具体任务和步骤 a. 绘制电力系统一次接线图。

b. 根据一次接线图绘制系统阻抗图，包括正序、负序、零序网。

c. 建立电力系统设备参数表：包括一次设备的基础参数，二次设备的规范及保护配置情况。

d. 建立电流互感器（TA）、电压互感器（TV）参数表，根据变压器的容量和线路的负荷情况确定TA变比。

e. 确定继电保护整定需要满足的电力系统规模及运行方式变化限度，各级母线的综合阻抗（最大、最小方式）。

e. 电力系统各点的短路计算结果。 f. 根据整定原则，选取保护装置整定值。 g. 建立各种继电保护整定计算表。 h. 按保护功能分类，分别绘制出整定值图。

i. 编写整定方案报告书，着重说明整定的原则问题、整定结果评价、存在问题及采取的对策。

（2） 整定方案说明书 一般包括以下内容：

 方案编制时间、电力系统概况。  电系统运行方式选择原则及变化限度。  主要的、特殊的整定原则。

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 方案存在的问题及对策。

 继电保护的运行规定，如保护的停、投、改变定值、改变使用要求以及对运行方式的限制要求等。

 方案的评价及改进方向。

1.2 继电保护的构成与分类

1.2.1 继电保护装置的构成

继电保护装置可视为由测量比较元件、逻辑判断元件和执行输出元件等组

成，各部分功能如下。 （1）测量比较元件

测量比较元件用于测量通过被保护电力元件的物理参量，并与其给定的值比较，根据比较的结果给出一组逻辑信号，从而判断保护装置是否应该启动。 （2）逻辑判断元件

逻辑判断元件是根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑关系工作，最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分的部件。 （3）执行输出元件

执行输出元件是根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所担负的对外操作的任务的部件。如检测到故障时，发出动作信号驱动断路器跳闸；在不正常运行时发出告警信号；在正常运行时，不产生动作信号。

1.2.2 继电保护的分类

常用继电保护的分类方法有以下几种：

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（1）按被保护对象的类别，继电保护分为线路保护和设备保护等两种。 （2）按保护原理可，继电保护可以分为电流保护，电压保护，距离保护（基于线路阻抗），差动保护，纵联保护，方向保护及负（零）序保护。

（3）按故障或不正常运行的类型，继电保护可以分为相间短路保护，接地故障保护，匝间短路保护，断线保护，失步保护，失磁保护及过励磁保护等。 （4）按继电保护的实现技术，继电保护可分为机电型保护，整流型保护，晶体管型保护，集成电路型保护及微机型保护等。

（5）按故障继电保护的职责和重要性，继电保护可分为主保护和后备保护。 （6）按继电保护测量值和整定值之间的关系，继电保护可分为过量继电保护 装置和欠量继电保护装置。

1.3 继电保护的基本要求

选择性：继电保护装置动作时，近将故障元件从电力系统中切除，保证系统中非故障元件仍然继续运行，尽量缩小停电范围。

速动性：快速的切除故障可提高电力系统并列运行的稳定性，减小用户在电压降低的情况下的工作时间，以缩小故障元件的损坏程度。因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作，切除故障。必须快速切除的故障有：高压输电线路上发生的故障；使发电厂或重要用户的母线电压低于允许值(一般为0.7倍额定电压)的故障；大容量的发动机、变压器、电动机的内部发生的故障；可能危及人身安全，对通讯系统或铁路号志系统有强烈电磁干扰的故障；其他不允许延时切除的故障等。

灵敏性：指对于保护范围内发生的故障或非正常运行状态的反应能力。满足灵

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敏性要求的保护装置应该是在事先规定的保护范围内部发生故障时，不论短路点的位置、短路的类型及短路点是否有过渡电阻，都能敏锐感觉，正确反应。通常由灵敏系数来衡量。

可靠性：保护装置可靠性是指在其规定的保护范围内发生了它该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他保护不应该动作的情况下，则不应该错误动作。

动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足以上四个基本要求，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性。这几个“性”之间，紧密联系，既矛盾又统一，必须根据具体电力系统运行的主要矛盾和矛盾的主要方面，配置、配合、整定每个电力元件的继电保护，充分发挥和利用继电保护的学科性、工程技术性，使继电保护为提高电力系统运行的安全性、稳定性、和经济性发挥最大效能。

第二章 载波保护原理

2.1载波保护概念及构成

2.1.1载波保护的概念

将线路两端的电流相位（或功率方向）信息转变为高频信号，经高频耦合设备加载到输电线路上，输电线路本身作为高频信号的通道将高频载波信号传到对端，传输到对侧后经高频耦合器将高频信号接收，实现电流相位或功率方向的比较，即高频保护或载波保护。

2.1.2载波通信的构成

按照通道的构成，电力线载波通信又可分为使用两相线路的“相—相”式和使用

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一相一地的“相—地”式两种，其中“相—相”高频通道信号传输的衰减小，而“相—地”式则比较经济。“相—地”式载波通道如图2.1所示现。将各组成部分的功能介绍如下： 1、阻波器

为了使两端发送的高频载波信号只在本线路内传输而不穿越到相邻线路上去，采用了电感线圈与可调电容组成的并联谐振回路。当阻波器谐振频率等于高频载波信号的频率时，对载波电流呈现高阻抗(1000欧以上)，从而将高频电流限制在本线路以内。而对工频电流，阻波器仅呈现电感线圈的阻抗（约0.4欧） 2、耦合电容器

为使工频对地泄漏电流减到极小，采用耦合电容器，它的电容量极小，对工频信号呈现非常大的阻抗，同时可以防止工频电压侵入高频收、发信机；对高频载波电流呈现很小的阻抗，与连接滤波器共同组成带通滤波器，只允许此通带频率内的高频电流通过。

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图2.1 3、连接滤波器

它由一个可调电感的空芯变压器和一个串接在副边的电容构成。连接滤波器与耦合电容共同组成一个“四端网络”带通滤波器，使所选频带的高频电流能够顺利通过。由于架空输电线路的波阻抗约为400欧，而高频电缆的波阻抗约为100欧，该“四端网络”可使两端的阻抗相匹配，从而是高频信号在收、发信机与输电线路间传递时不发生反射，减少高频能量的附加损耗。同时空心变压器的使用进一步使收、发信机与输电线路的高电压部分相隔离，提高了安全性。 4、高频电缆

用来连接户内的收发信机和装在户外的连接滤波器。 5、保护间隙

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保护间隙是高频通道的辅助设备。用它来保护高频电缆和高频收发信机免遭过电压的袭击。 6、接地开关

接地开关也是高频通道的辅助设备。在调整或检修高频收发信机和连接滤波器时，用它来进行安全接地，以保证人身和设备的安全。 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，通常都是在电力系统发生故障时，保护起动之后它才发出信号，但有时也可以采用长期发讯的方式。由发信机发出信号，通过高频通道为对端的收信机所接收，也可为自己一端的收信机所接收。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。

2.2载波通道的工作方式

输电线路纵联保护载波通道按其工作方式可分为三大类：正常无高频电流方式、正常有高频电流方式和移频方式。根据高频保护对动作可靠性要求的不同特点，可以选用任意的工作方式，我国电力系统主要采用正常无高频电流方式。 1、正常时无高频电流方式

在电力系统正常运行状况下发信机不发信，沿通道不传送高频电流，发信机只在电力系统发生故障期间才由保护的启动元件启动发信，因此又称之为故障启动发信的方式。

在利用正常无高频电流方式时，为确知高频通道完好，往往采用定期检查的方法，定期检查又可分为手动和自动两种。在手动检查的调节下，值班员手动启动

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发信，并检查高频信号是否合格，通常是每班一次。该方式在我国电力系统中得到了广泛的采用。自动检查的方法是利用专门的时间元件按规定时间自启动发信，检查通道，并向值班员发出信号。

2、正常有高频电流方式

在电力系统正常工作条件下发信机处于发信状态，沿高频通道传送高频电流，因此又称之为长期发信方式。其主要优点是使高频保护中的高频通道部分经常处于被监视的状态，可靠性较高；此外，无需收、发信机启动元件，使得装置简化。它的缺点是因为发信机经常处于发信状态，增加了对其他通信设备的干扰时间；因为经常处于收信状态，外界对高频信号干扰的时间长，要求收信机自身有更高的抗干扰能力。

应该指出，长期发信的条件下，通道部分能否得到完善的监视要视具体情况而定。例如，当两端发信机的工作频率不同时，任何一端的收信机只收对端送来的高频电流信号，收、发信机和通道的中端能够及时发现。但是到两端发信机在同一频率时，由于任何一端的收信机不仅收到对端送来的高频电流，同时也收到本端发信机发出的高频电流，因此，任何一个发信机或通道工作的中断都不能直接从收信结果判断出来，仍需采用其他附加的措施才能达到完全监视的目的。 2、移频方式

在电力系统正常运行的工况下，发信机处在发信状态，向对端送出频率f1的高频电流，这一高频电流可作为通道的连续检查或闭锁保护之用。在线路发生故障时，保护装置控制发信机停止送出频率f1的高频电流，改为频率为f2的高频电流。这种方式能监视通道的工作情况，提高了通道工作的可靠性，并且抗干扰能力较强；但是他占用的频率带宽，通道利用率低。移频方式在国外已得到了广

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泛的应用。

2.3

电力线载波信号的种类

按照高频载波通道传送的信号在纵联保护中所起作用的不同，将电力线载波信号分为闭锁信号、允许信号、和跳闸信号，下面来介绍这三种信号。 1、闭锁信号

闭锁信号就是阻止保护动作于跳闸的信号。同时满足以下两个条件保护作用于跳闸：a本端保护元件动作；

b无闭锁信号。

表示闭锁信号的逻辑方框图如图a

外部故障时，近故障端发出闭锁信号，另一端收到闭锁信号，尽管保护元件动作，但不作用于跳闸；内部故障时，任一端都不发送闭锁信号，两端保护元件动作后即作用于跳闸。 2、允许信号

允许信号就是允许保护动作于跳闸的信号。同时满足以下两个条件保护作用于 跳闸：a本端保护元件动作；

b有允许信号。

表示允许信号的逻辑方框图b

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内部故障时：两端都互送允许信号，保护元件动作后即作用于跳闸。 外部故障时：近故障端不发允许信号，保护元件也不动作，不能跳闸； 远故障端收不到允许信号，也不能动作于跳闸。 3、跳闸信号

跳闸信号就是直接引起跳闸的信号。

满足以下两条件之一保护作用于跳闸：a 本端保护元件动作；

b有跳闸信号。

表示跳闸信号的逻辑方框图c

本端保护元件动作即作用于跳闸，与有无跳闸信号无关；收到跳闸信号即作用于跳闸，与本端保护元件动作与否无关；本侧和对侧保护元件都具有直接区分区内故障和区外故障的能力。

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第三章 载波设计

3.1设计要任务书

课程名称 设计题目 指导教师 电力系统继电保护原理 载波保护方法应用设计 时间 1周 18

一、教学要求 电力系统继电保护课程设计是培养学生应用理论知识的一种综合训练。本课程设计教学要求是：（1）理论与实践紧密联系；（2）学习电力系统保护的配置原则以及整定计算方法。（3）训练学生工程CAD制图方法。（4）学习保护配置原则、整定原则、灵敏系数要求以及灵敏系数校验方法。通过课程设计，使学生系统地掌握电力系统保护配置、整定计算方法与目的。 二、设计资料及参数 （一）设计原始资料 1、待设计电网或变电所系统图 2、系统运行的两种方式 3、三相供电系统 4、电网电压等级为110kV 三、设计要求及成果 1、对于反映单端电气量变化的继电保护装置，由于反映的是单端电气量，所以保护不能正确地反映是本线路末端故障还是相邻线路的首端故障。所以设计时，为了保证保护的选择性，在全线路任意一点故障时，保护不可能都能无时限地动作，需加时限来保证。 2、而对于反映双端电气量变化的继电保护装置，由于反映的是双端电气量，所以保护能正确地反映本线路内任意一点故障，即在全线路任意一点故障时，保护都能无时限地动作。但此种保护的保护区只在本线路内，所以，不能作为相邻线路的后备保护。所以说，这两种保护各有优缺点，一般配合使用。 3、分析现有载波保护的元件构成及通信方式的不足，有针对性地提出可行性方案。 4、按照任务书规定的内容和进度完成。 19

四、进度安排 1、讲解设计目的、要求、方法、任务分工。（2小时） 2、查阅资料，熟悉用户任务要求，（0.5天） 3、设计保护方案，提出可行性报告（1天） 4、查阅图书、资料、产品手册和工具书进行设备校验，绘制继电保护二次展开图（1天）。 5、撰写设计说明书（2天） 五、评分标准 课程设计成绩采用非百分制记法。主要注重量化过程考核，创新能力考核，评分内容和标准如下： (1) 设计态度20% 遵守劳动纪律和安全文明实训，准时上下课，不大声喧哗，不随意走动，不做与课程设计无关的事。认真查找资料，主动提出问题，分析问题，解决问题。服从管理，按时完成设计任务。 (2) 实践能力20% 继电保护装置满足规程要求，可靠性高，设备选择得当，计算、保护、整定等满足要求。保护屏安装规范，布置美观。设计过程有创新，故障判断准确，短路电流计算正确。 (3) 方案设计40% 课程设计报告包含两部分，设计说明书和图纸。 设计说明书要求内容完整，文字流畅，字迹端正，图纸规范，尤其要突出设计创新，采用新方法，新工艺，新设备。设计论证充分，可靠性高。设备选择正确合理，设计心得体会真实可信。 20

(4) 课题说明书20% 对课题考核重点理解深刻，能正确、全面地回答问题。 若发现有抄袭或请别人代做者，取消参加考核的资格，成绩以零分记录。 最后总评以优、良、中、及格、不及格记。 六、建议参考资料 1．《电力系统继电保护》，张保会，中国电力出版社，2005，第二版 2．《电力系统继电保护原理》，贺家李，宋从矩，中国电力出版社，1994，第二版 3．《微机型继电保护基础》，杨奇逊，中国电力出版社1988 4．《电力系统继电保护原理》，王维俭，清华大学出版社，1992 5．知网数据库论文

3.2设计思路

电流、电压、零序电流和距离保护都是反应输电线路单端电气量变化的保护，这种反应单端电气量变化的保护从原理上讲都区分不开本线路末端和相邻线路

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始端的短路 。凡是反应单端电气量变化的保护都做成多段式的保护，其中瞬时动作的第Ⅰ段保护，其定值都要按躲本线路末端短路（其实质是躲相邻线路始端短路）来整定。这类反应输电线路单端电气量变化的保护，它的缺陷是不能瞬时切除本线路全长范围内的短路，它的优点是它的带延时的第Ⅲ段（或第Ⅳ段）可以作为相邻线路上短路的后备。这类保护有时称作具有相对选择性的保护。而对于反映双端电气量变化的继电保护装置，由于反映的是双端电气量，它的一个最大的优点就是可以瞬时切除本线路全长范围内的短路，但它的缺点是不能保护在相邻线路上的短路，不能作相邻线路上的短路的后备。所以这两种保护各有优缺点，一般配合使用。

3.3高频闭锁方向保护

高频闭锁方向保护概念：高频闭锁方向保护是以高频通道经常无电流而在外部故障时发出闭锁信号的方式构成的。此闭锁信号由短路功率为负的一侧发出，这个信号被两端的收信机所接收，而把保护闭锁。结构如图3.1

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图3.1

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。如d1点短路，线路AB两侧的KA1动作，接通发信机电源，向高频通道发信。B侧的短路功率为负，KPD不动作，不停信。收信机收到高频信号，将保护闭锁，不跳闸。

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。如在d2点短路，两侧KA1起动，向高频通道发信，但两侧KPD承受正方向短路功率而起动。首先停信，与此同时闭锁继电器起动，发出跳闸脉冲。参考下图3.2。

这种保护的优点是利用非故障线路一端的闭锁信号，闭锁非故障线路不跳闸，而对于故障线路跳闸，则不需要闭锁信号。这样在区内故障伴随有通道的破坏时，两端保护仍可能跳闸。这是故障启动发信闭锁式纵联保护得到广泛应用的主要原因。

图3.2

3.4高频闭锁距离保护

距离保护可以作为变电所母线和下级相邻线路的远后备保护，同时由于距离保护的主要元件也可以作为实现闭锁式方向纵联保护的主要元件，因此常常把两者结合起来构成闭锁式距离纵联保护，使得区内故障时能够瞬时切除故障，而在区

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外故障时则具有常规距离保护的阶段式配合特性，起到后备保护的作用，从而有两种保护的优点，并且能简化这个保护的接线。

闭锁式距离纵联保护实际上是由两端完整的三段式距离保护附加高频通信部分组成，它以两端的距离保护三段继电器动作为故障启动发信元件，以两端的距离保护二段为方向判别元件和停信元件，以距离保护一段作为两端独立跳闸段。工作原理如图3.3所示。

当保护范围内部故障时，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。

当保护范围外部故障时，靠近故障点的B端距离II段不动作，不停止发信，A端II段动作停止发信，但A端收信机可收到B端送来的高频信号使闭锁继电器动作，KL触点打开，因而断开了II段的瞬时跳闸回路，使它只能经过II段时间元件去跳闸，从而保证了动作的选择性。 高频闭锁距离保护存在着优缺点其优点是内部故障时可瞬时切除故障，在外部故障时可起到后备保护的作用。缺点：主保护(高频保护)和后备保护(距离保护)的接线互相连在一起，不便于运行和检修。

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图3.3

第四章 载波保护抗干扰措施及展望

4.1载波保护干扰类型及抗干扰措施

干扰源类型：

(一)高压隔离开关和断路器的操作。

这些操作可能在母线或线路上引起含有多种频率分量的衰减震荡波，母线(或电气设备间的连线)相当于天线，将暂态电磁场的能量向周围空间辐射，同时通过连接在母线或线路上的测量设备直接耦合至二次回路。断路器操作产生的电磁干扰频率一般为0.1-80mhz，每串电磁干扰波的持续时间为101as～ 10ms。由理论分析和实测数据可得出如下规律：1、暂态电磁场的幅值随电压等级的增高而增高，主导频率随电压等级增高而降低；2、与隔离开关操作相比，断路器操作所引起暂态电磁场的幅值小，主导频率高、脉冲总数少；3、快速隔离开关比慢速隔离开关产生的暂态重复频率低、持续时间短。慢速隔离开关一次操作中可能产生上万个脉冲，而快速隔离开关只产生几十个脉冲。

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(二)雷击线路、构架和控制楼。

直接雷击到户外线路或构架，会有大电流流入接地网，二次电缆的屏蔽层在不同的接地点接地时，就会因地网电阻的存在而产生流过屏蔽层的暂态电流，从而在二次电缆的心线中感应出干扰电压，线路感应的过电压也会通过测量设备引入二次回路。由雷击变电所在二次回路中产生的干扰电压可高达30kv，其频率可达几兆赫。 (三)系统短路故障。

系统短路故障与雷击构架一样会引起地网电位的升高，从而在二次电缆中引起干扰电压。变电所内高压母线单相接地时，在二次电缆 Ii,线上产生的干扰电压可以从几十伏到近万伏，暂态干扰电压的频率约千赫到几百千赫。 (四)靠近高压线路受其工频电磁场作用。

这对于电子束类的显示设备产生电磁干扰是十分明显的。在户外变电所中，高压线路或汇流排会产生工频电磁场。一般而言，电压等级越高，产生的电场也越大，但磁场相反减小。

(五)局部放电产生频率较高的电磁辐射，可能在电子设备的线路中引起电磁干扰。

(六)二次回路中的开关操作。

由于感性负载的存在，在二次回路的信号电源端口以及控制端口产生快速瞬变的脉冲干扰。由于电磁电器的大量使用，在二次回路自身工作时会产生中等频率的振荡暂态电压。

抗干扰措施：

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(一)装设抗干扰电容

(二)在高频通道电缆中串接电容口

高频闭锁式保护的原理是线路本侧收到对侧信号且对侧停信时，由“收讯输出”给出保护动作的一对接点信号，该过程中高频信号存在大约5ms的间断，此间断将作为出口动作的判据。对于采用高频变量器直接耦合的高频通道(结合滤波器及收发信机高频电缆侧均无电容器)，在其通道的电缆芯回路中串接一个电容器(约0．05 ，交流耐压2kV，lmin)。由于高频电缆层两点接地，当高压电网发生接地故障，接地电流通过变电站地网时，在该两接地点间的工频地电位差将形成纵向电压引入高频电缆回路，可能会使收发信机高频变量器饱和，引起发信中断，造成100Hz频率收信缺口，使高频闭锁保护误动。因此，需在该回路中串接一电容，以阻断该工频电流。 (三)装置可靠接地

由于变电所的接地网并非实际的等电位面，因而在不同点之间会出现电位差，当较大的接地电流注入接地网时，各点之间可能有较大的电位差，如果同一个连接的回路在变电所的不同点同时接地，地网地电位差将窜入该连通地回路，造成不应有地分流。在有些情况下，还可能将其在一次系统并不存在的地电压引入继电保护装置的检测回路中，或者因分流引起保护装置在故障过程中拒动或者误动，所以对于微机保护装置来说，保护屏必须要求可靠接地，而高频保护也应按部颁要求加装接地铜排或铜绞线(线径不小于lOOmm )，以保证装置在故障情况下的可靠判断。

(四)限制过电压对装置的影响

为防止雷击时产生过电压，可在通道入口处并联适当的电容，由于电容具有两

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端电压不能突变的性质，当静电感应产生的过电压出现时，首先要向并联电容充电。随着充电过程的进行，副边电压才会慢慢升起来，由于静电感应过电压一般出现的时间都很短，并联电容两端电压(即副边电压)还没有升到足够高时，过电压己消失，这样就能大大限制地电压对高 频收发讯机的侵害。

(五)高频位置停信加装手合继电器延时闭合接点

当空载线路手动合闸时，由于线路的分布电容，将产生较大的电容电流，此电流有时会达到高频保护的启动值，此时会造成高频保护误动，导致线路合不上断路器。为防止此类现象的发生，可在送电侧断路器保护装置对位置停信略带延时，使位置停信延时停信，所以应将手合继电器的一对常闭接点(延时断开，瞬时闭合)串入装置的位置停信回路中，对装置进行高频保护闭锁。 (六)相一相耦合方式中，高频差接网络必须可靠接地。

4.1载波保护发展前景

电力线载波通信是电力系统的一种特有的通信方式，以电力线路为通信通道，成为电力系统应用最广的通信手段，它具有以下优点：无中继通信距离长；经济使用方便；工程施工比较简单。

从电力线载波技术的发展趋势来看，多元化必将成为其发展的主要方向，但在多元化的过程中，它也遵循着一定的规律，具体可以分为以下几个方面： 1、语音压缩技术

采用码本激励线性预测编码（CELP）技术，矢量和激励线性预测编码(VSELP)技术，可进一步压缩话音信号的带宽。

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2、宽带电力线载波

宽带电力线载波技术是一种发展前景较大的通信技术，它可以发挥电力线网络的通信潜能，从而实现信息的快速传输。和传统的电力线载波技术相比，它的主要优势是带宽得到了极大地提高，是传统载波技术的上百倍。 3、超窄带载波技术

应用于电力线传输中，可以无需任何中继，在低功耗的情况下，穿透多级变压器。传输距离在不大于200km的范围内，超窄带载波技术是使低功耗信号集中在1个非常狭窄的频带内传送。超窄带的每个独立发送源被分配1个介于5~9.5Hz之间的频率，每个频道的带宽为0.0015Hz，这就是其名称的来历，真正的数据都包含在每个载波模块的双边频带里。

参考文献

1、《电力系统继电保护》，张保会，中国电力出版社，2005，第二版 2、《电力系统继电保护原理》，贺家李，宋从矩，中国电力出版社，1994，第二版

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3、《浅议变电所高频保护抗干扰问题》赵永火，《北京电力高等专科校报：自然科学版》2012年第二期

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