允許式方向高頻保護利用通道傳送允許信號,收到允許信號是保護動作于跳閘的必要條件,如圖8-37 (a)所示,在功率方向為正的一側向對側發送允許信號,此時每側的收信機只能接收對側的信號而不能接收自身的信號。每側的保護必須在方向元件動作,同時又收到對側的允許信號之后,才能動作于跳閘。在外部故障時近故障側方向元件判斷為反方向,不僅本側保護不跳閘,也不向對側發送允許信號,對側收信機接收不到允許信號,就不允許該側保護跳閘;在內部故障時兩側方向元件均判斷為正方向,又都向對側發送允許信號,兩側收信機都收到允許信號,使兩側保護動作跳閘。
構成允許式方向高頻保護的基本框圖如圖8-37 (b),啟動元件動作后,正方向元件動作,反方向元件不動作,與門G2啟動發信機,向對側發允許信號,同時準備啟動與門G3。當收到對端發來的允許信號時,與門G3即可經抗干擾延時動作于跳閘。
對于允許式高頻保護,當本線路故障遇到通道被破壞,則保護會因收不到允許信號而使保護拒動。因此允許式高頻保護需要經常對通道監視,即在正常時發出監頻信號(又稱導頻信號),在區內故障時停發監頻信號,改發允許信號。收發信機提供一對監頻消失時閉合的觸點供保護邏輯查詢。因為在正常運行時收到監頻信號,保護必然是處于閉鎖狀態,因此監頻信號也可以看成是一種閉鎖信號。然而在區內故障時,發出允許信號必然要停發監頻信號,也就是保護要解除閉鎖而動作。允許信號通過故障點時會遇到衰耗增大的問題,最嚴重的情況是通道阻塞。對于相一相耦合雙頻制的允許方式,通道阻塞只可能發生在相間故障時,單相接地故障只發生信號衰減,不會發生通道阻塞。為了防止本線路故障時通道阻塞而拒動,允許方式下,均設置了解除閉鎖方式,僅在相間故障時投入,并要求保護啟動前監頻信號是正常的,即故障前通道是完好的。在本線路相間故障,通道又發生阻塞時只要本側方向元件判定為正方向同時又收不到對側發來的允許信號,卻有來自收信機的“監頻消失”信號,在上述條件均滿足時經適當延時確認后發出跳閘脈沖。對于線路內部單相接地故障,只要本側判為正方向又收到對側發來的允許信號,即可出口跳閘。
如果在線路的一側斷路器斷開的情況下,線路發生故障,斷開側方向元件不能動作,不能控制發信機發出允許信號,將使電源側的保護拒動,為此設置“三跳回授”邏輯功能,即斷開側保護根據三跳位置開關量輸入,在收到對側發來允許信號時立即向對側“回授”發出允許信號,使對側高頻保護動作。與此類情況相似的還有單端電源線路區內故障拒動的問題,例如單端電源線路的無電源側,一般的方向元件在區內故障時是不會動作的,這也將造成電源側保護拒動。解決此類問題的有效辦法仍然是“回授”法。在無源側收到電源側發來的允許信號后,遠方控制發信機產生允許信號,“回授”跳頻發至電源側,使電源側保護動作。為防止區外故障時誤“回授”允許信號,在無電源側利用反方向動作信號閉鎖遠方(電源測)控制的發信回路。
方向測量元件為阻抗元件的允許式保護稱為允許式距離保護,在這種情況下,允許式保護有欠范圍允許式和超范圍允許式兩種構成方式。
欠范圍允許式保護由載波機與階段式距離保護配合構成,啟動發信的元件動作區只占線路的一部分。由階段式距離保護的帶方向性第Ⅰ段測量元件QⅠ啟動。收信機收到對側高頻信號的同時,若本側保護第Ⅱ段QⅡ動作,即發出跳閘命令,如圖8-38所示。由于任何外部故障時都不出現允許信號,因此保護Ⅱ段可以不帶方向性。這種方式要求兩側第Ⅰ段保護范圍有一定的重疊區,當線路中間發生短路時,不必等待對側允許信號,兩側均可以Ⅰ段速度切除故障。
超范圍允許式保護的啟動發信元件的動作區大于線路全長,由帶方向的第Ⅱ段QⅡ發信。收信機收到對側高頻信號與本側超范圍第Ⅱ段QⅡ共同啟動跳閘,如圖8-39所示。兩側保護區的重疊部分為整個保護的動作區,發信測量元件QⅡ必須具有方向性。超范圍保護在線路中間故障時的切除時間須加上信號的傳輸時間,因此超范圍允許式保護動作速度慢于欠范圍允許式。保護常配以獨立的第工段測量元件QⅠ,可直接作用于跳閘,以加速切除故障,但并不要求兩側Ⅰ段測量元件保護范圍有重疊區。
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