闭锁式纵联保护

 闭锁式纵联保护

闭锁式纵联保护句括闭锁式方向纵联保护和闭锁式距离纵联保护，它们的基本原理、绝大多数逻辑都是相同的。只是方向元件有所不同。方向纵联保护同样分为闭锁式和允许式两种，本节主要以闭锁式方向纵联保护为例介绍。

方向纵联保护是由线路两侧的方向元件分别对故障的方向作出判断，然后通过对两侧的故障方向进行比较以决定是否跳闸，一般规定从母线指向线路的方向为正方向，从线路指向母线的方向为反方向。

传送闭锁信号的通道大多数是专用载波通道即专用收发信机，闭锁信号也可以使用光纤通道来传送。目前在电力系统中广泛使用由电力线载波通道实现的闭锁式方向纵联保护，采用正常无高频电流，而在区外故障时发闭锁信号的方式构成。

一、闭锁式纵联保护的工作原理

闭锁式纵联保护的基本工作原理是利用闭锁信号来比较线路两侧正方向测量元件的动作情况，以综合判断故障是发生在被保护线路内部还是外部。当装置收到闭锁信号时，就判断为被保护线路外部故障，保护不跳闸当收不到闭锁信号，且本侧正方向测量元件又动作时，就判断为线路区内故障，允许发出跳闸出口命令。

此闭锁信号由功率方向为负的一侧发出，被两端的收信机接收，闭锁两端的保护，故称为闭锁式方向纵联保护。

在如图5-10所示的双电源网络中，设在BC线上发生短路，各保护安装处所流过的电流如图5-10所示，其中保护1、3、4、6处电流由母线流向线路，保护2、5处电流由线路流向母线。假设上述网络中的各线路均安装有闭锁式纵联保护。当k点发生故障时，对AB线而言，B侧功率方向为负，其保护发闭锁信号，故A侧收到B侧的闭锁信号，所以线路AB两侧的纵联保护1、2都不会动作对BC线而言，两侧功率方向均为正，两侧都不发送闭锁信号，两侧方向元件均动作，BC线两侧保护3、4均瞬时动作于跳闸对CD线而言，与AB线相同，两侧纵联保护均不动作。

闭锁信号存在发送和接收回路，在需要发信的时候即启动发信元件动作时，开始发送闭锁信号，在需要停信的时候即停信控制元件动作时，即使启动发信元件动作也会强制停信。

当发生区外故障时，如果本侧的正方向测量元件动作但收不到对侧的闭锁信号时，保护将误动作。因此保证闭锁信号的正确传输对闭锁式纵联保护是极为重要的。

闭锁式方向纵联保护的基本逻辑如图5-11所示。图中方向性启动元件根据故障电流的方向输出逻辑“0”或“1”，当方向元件判断为反方向故障时，输出逻辑“0”，不停止发信机，且出口逻辑与门的输出为“0”，不跳闸。当方向元件判断为正方向故障时，输出逻辑“1”，停止发信机，同时出口逻辑与门的上端输入为“1”，如果这时对端保护的方向元件判断为正方向故障，对端也停发信机，则收信机的输出为“0”，经过“非门”后，出口逻辑与门的下端输入为“1”，出口逻辑与门输出“1”，即发出跳闸命令。

故障时发信的闭锁式方向保护原则上应有两个主要元件∶

（1）跳闸准备元件。它在正方向故障时动作，若无闭锁信号就作用于跳闸。

（2）启动元件。在发生任何故障时都要启动，在外部故障时近故障侧的启动元件必须启动发信机，以实现对远离故障侧保护的闭锁。

当信号工作在闭锁式时。因仅在区外故隆时传送闭锁信号。而在区内短路故障时不传送信号，所以采用输电线路高频通道传送信号即使因内部短路故障通道阻塞对保护也无影响，不会造成拒动。而当通道破坏时，区外故障要造成保护误动，因此，要采用定期检查的方式对通道进行监视。

二、闭锁式方向保护应满足的基本要求

（1）在外部故障时近故障点侧的启动元件应比远离故障侧的跳闸准备元件的灵敏度高。换言之，只要后者动作准备跳闸，前者必然动作使发信机发出闭锁信号。

（2）在外部故障时近故障点侧的启动元件的动作要比远离故障侧的跳闸准备元件更快，两者的动作时间差应大于高频电流沿通道（包括收发信机内部）的传输时间。为防止区外故障时，由于对侧高频信号传输延时造成远故障点侧保护误动，采取先收信后停信的方法。需要指出，在采用电力线载波通道，且内部故障时通道可能不通，由于一般都采用单频制，收信机可以接收本侧发信机的信号，因而仍然能使跳闸准备元件投入工作。

（3）发信机的返回应带延时，以保证对侧跳闸准备元件确已返回后闭锁信号才消失。

（4）在环网中发生外部故障时。短路功率的方向可能发生转换 （简称功率倒向），在倒向过程中不应失去闭锁信号。

（5）在单侧电源线路上发生内部故障时保护应能动作。

对方向纵联保护中的启动元件的要求是动作速度快、灵敏度高。方向元件的作用是判断故障的方向，所以对方向纵联保护中的方向元件的要求是能反应所有类型的故障；不受负载的影响；不受振荡的影响，即在振荡无故障时不误动，振荡中再故障时仍能动作；在两相运行时仍能起保护作用。

三、闭锁式纵联方向保护的停信逻辑

当发生区内故障时，闭锁式纵联保护首先要启动发信，发信逻辑包括保护启动发信、远方启动发信、通道检查启动发信逻辑。当判断故障为正方向再停止发信并跳闸，最重要的为停信元件逻辑。停信元件为正方向元件动作停信、其他保护动作停信、本保护动作停信、断路器位置停信逻辑和弱馈保护停信逻辑。

正方向元件动作停信逻辑框图如图5-12所示。满足下列条件时停信∶

（1）在启动元件动作后整组复归前，与门DA7输出为"1"，为DA21动作准备了条件。

（2）当收信输入持续5～10ms时，时间元件T9、或门DO8动作，从而 DA21动作且自保持。

（3）在正方向元件动作、反方向元件不动作且断路器不处于三相断开状态，于是与门DA9动作，DA10、DO6、DO7动作，保护停信。

（4）在反向元件动作10ms后。如果正向元件再动作。需要经T7的40ms延时才能停信。这是一种功率倒向时通过延时防止误动的方法。

另外，其他保护动作停信是在母差保护动作时停信，以便加速对侧的纵联保护。本保护动作停信是指后备保护（如距离保护）动作时停信。三跳位置停信的作用是在断路器断开的情况下使收发信机处于停信状态，解除远方启动发信元件的作用。三跳位置是指三相跳闸位置继电器都动作并且三相均无电流。

对于正方向元件动作停信和弱馈保护停信，为了能可靠地与远方启动发信元件配合，以防止正向区外故障时，还没有来得及收到对侧的闭锁信号就停信而导致误动，需要在收信后再延时投入停信元件，延时的时间应大于高频信号在线路上的往返传输时间及对侧收发信机的发信动作时间之和，该延时一般在5~10ms。

另外需要说明，不同厂家的闭锁式纵联方向保护原则上不能在线路两端相互配合。因为不同厂家的闭锁式纵联方向保护，其方向元件原理各有不同，灵敏度也不同，从理论上说是不能配合的。

四、闭锁式方向纵联保护实例

RCS900系列闭锁式方向纵联保护启动后逻辑框图如图5-13所示。动作过程说明如下。只要启动元件动作即首先进入故障程序，直接经与门M14启动收发信机发出闭锁信号。正方向故障8ms后随即停信（短时发信），反方向故障不停信（长期发信）。

（1）反方向元件由工频变化量反方向元件和零序反方向元件共同组成（M6）。当反方向元件动作时，立即通过与门M8闭锁正方向元件的停信回路，即方向元件中反方向元件动作优先，这样有利于防止故障功率倒方向时误动作。

（2）保护启动元件动作后，经与门M2当收信8ms后才允许方向元件投入工作（M7），并自保持（M1）直至启动信号结束。

（3）正方向元件由工频变化量正方向元件和零序正方向元件（M9）共同组成（M10）。当反方向元件不动作，正方向变化量元件或零序元件任一动作时，经M7、M13、M14停止发信。

（4）当其他保护（如变化量距离、零序、距离保护）动作，或外部保护（如母线差动保护）动作跳闸时，立即停止发信（M16、M13、M14），并在跳闸信号返回后，停信展宽150ms。但在展宽期间若反方向元件动作（M6），立即返回，继续发信。

（5）三跳位置（M15、M17），始终停止发信（M16、M13、M14）。

（6）区内故障时，正方向元件动作而反方向元件不动作，两侧均停信，通过M3延时8ms纵联保护出口（M5）。

（7）设置功率倒方向延时回路，该回路是为了防止区外故障后，在断合开关的过程中，故障功率方向出现倒方向，短时出现一侧正方向元件未返回，另一侧正方向元件已动作而出现瞬时误动而设置的。如图5-14所示，保护配置于1、2两端，若图示短路点故障，保护1为正方向，保护2为反方向，M侧停信，N侧发信。当开关4跳开时，故障功率倒向可能使1为反方向，2为正方向，如果N侧停信的速度快于M侧发信，则N侧可能瞬间出现正方向元件动作同时无收信信号。这种情况可以通过当连续收信40ms 以后（M4），方向比较保护延时20ms 动作的方式来躲过。