輸電線路縱聯(lián)保護(hù)的弱電源側(cè)問(wèn)題探析

關(guān)俊杰 張亮如

（山西省臨汾供電分公司，山西 臨汾 041000）

1 輸電線路縱聯(lián)保護(hù)的基本原理

在輸電線路的保護(hù)配置中，僅反應(yīng)線路一側(cè)的電氣量不可能區(qū)分本線末端和對(duì)側(cè)母線（相鄰線路始端）故障，只有反應(yīng)線路兩側(cè)的電氣量才能區(qū)分上述兩點(diǎn)故障，達(dá)到有選擇性地快速切除全線故障的目的。為此需要將線路一側(cè)的電氣量信息傳輸?shù)搅硪粋?cè)去，在線路兩側(cè)之間發(fā)生縱向的聯(lián)系。這種保護(hù)就是輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)。輸電線路中的縱聯(lián)保護(hù)是線路保護(hù)的主保護(hù)，由于縱聯(lián)保護(hù)在電網(wǎng)中可以實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)，因此它能以最快的速度有選擇地切除被保護(hù)線路的故障。因此它是保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定并列運(yùn)行和縮小故障的損壞程度的主要保護(hù)。

縱聯(lián)保護(hù)中為了交換信息，需要利用各種通道，構(gòu)成各種保護(hù)。但是通道只是交換信息的手段，縱聯(lián)保護(hù)中最為關(guān)鍵的還是保護(hù)動(dòng)作的原理。按照保護(hù)動(dòng)作的原理，縱聯(lián)保護(hù)可以分為兩類：一種是方向縱聯(lián)保護(hù)與距離縱聯(lián)保護(hù)。另外一種是差動(dòng)縱聯(lián)保護(hù)。方向縱聯(lián)保護(hù)與距離縱聯(lián)保護(hù)的主要原理是根據(jù)兩側(cè)保護(hù)繼電器反應(yīng)本側(cè)的電氣量，利用通道將繼電器對(duì)故障方向判斷的結(jié)果傳送到對(duì)側(cè)，每側(cè)保護(hù)根據(jù)兩側(cè)保護(hù)繼電器的動(dòng)作經(jīng)過(guò)邏輯判斷區(qū)分是區(qū)內(nèi)還是區(qū)外故障。這種原理的保護(hù)是間接比較兩側(cè)的電氣量，在通道中傳送邏輯信號(hào)。按照保護(hù)判別方向所用的繼電器分為方向縱聯(lián)保護(hù)與距離縱聯(lián)保護(hù)。差動(dòng)縱聯(lián)保護(hù)是利用通道將本側(cè)電流的波形或者代表電流相位的信號(hào)傳送到對(duì)側(cè)，每側(cè)保護(hù)根據(jù)對(duì)兩側(cè)電流幅值和相位比較的結(jié)果區(qū)分是區(qū)外故障還是區(qū)內(nèi)故障。這種原理的保護(hù)是直接比較兩側(cè)的電氣量。稱之為差動(dòng)縱聯(lián)保護(hù)。由此可見(jiàn)，根據(jù)縱聯(lián)保護(hù)的原理，縱聯(lián)保護(hù)的核心內(nèi)容就是必須兩側(cè)都有電流量，否則方向無(wú)法判斷，幅值和相位無(wú)法比較。

2 輸電線路縱聯(lián)保護(hù)的弱電源側(cè)問(wèn)題

根據(jù)電力系統(tǒng)供電可靠性的要求，輸電線路在正常的運(yùn)行方式下，線路的兩側(cè)均是強(qiáng)電源側(cè)，但是在某些特定的運(yùn)行方式下，由于輸電線路或者變電站設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)的需要，將會(huì)出現(xiàn)輸電線路存在弱電源側(cè)的問(wèn)題。假如輸電線路存在弱電源側(cè)的情況下發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，由于弱電源側(cè)系統(tǒng)不能提供足夠的短路電流，而引起縱聯(lián)保護(hù)不能正確判斷，導(dǎo)致兩側(cè)保護(hù)不能快速跳閘甚至拒動(dòng)。（如圖1所示）

圖1

如圖1所示，當(dāng)輸電線路MN之間發(fā)生故障（紅色箭頭），M側(cè)是強(qiáng)電源側(cè)，可以向故障點(diǎn)提供短路電流，但是由于N側(cè)是負(fù)荷側(cè)或者弱電源側(cè)，不能提供足夠的短路電流，影響輸電線路縱聯(lián)保護(hù)的正確判斷。

3 輸電線路縱聯(lián)保護(hù)弱電源側(cè)問(wèn)題的常見(jiàn)類型和基本解決方法。

輸電線路常用的縱聯(lián)保護(hù)配置有：閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)、允許式縱聯(lián)保護(hù)、光纖電流差動(dòng)等。

3.1 閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)

閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)的閉鎖信號(hào)含義是：本側(cè)保護(hù)啟動(dòng)，收不到對(duì)側(cè)的信號(hào)，則保護(hù)動(dòng)作出口。在弱電源側(cè)，由于沒(méi)有提供足夠的短路電流，弱電源側(cè)保護(hù)不會(huì)啟動(dòng)，因此它將根據(jù)遠(yuǎn)方起動(dòng)發(fā)信的元件，當(dāng)接收到對(duì)側(cè)信號(hào)后，則立即發(fā)信，將閉鎖兩側(cè)保護(hù)，兩側(cè)保護(hù)均不動(dòng)作。因此在輸電線路存在弱電源繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)的解決辦法是將保護(hù)定值清單中的弱電源側(cè)由0改為1。投入縱聯(lián)反方向距離元件，當(dāng)故障電壓低于30V，且反向元件不動(dòng)作，則判為正方向停止發(fā)信。它將根據(jù)圖2的邏輯方框圖進(jìn)行判斷，保證縱聯(lián)保護(hù)的正確動(dòng)作。

圖2

如圖2紅色框所示，用于弱電源側(cè)時(shí)，判斷任一相電壓或相間電壓低于30V時(shí)，M9或門(mén)置1，結(jié)合弱電源側(cè)由0改為1，則M8與門(mén)置1，同時(shí)M7或門(mén)置1，M5與門(mén)置1，M3與門(mén)置 0，停止發(fā)信，（備注：延時(shí)100ms后，M5與門(mén)置0，M3與門(mén)置1發(fā)信），保證在線路輕負(fù)荷，起動(dòng)元件不動(dòng)作的情況下，由對(duì)側(cè)保護(hù)快速切除故障。

3.2 允許式縱聯(lián)保護(hù)

允許式縱聯(lián)保護(hù)的允許信號(hào)含義是：本側(cè)保護(hù)啟動(dòng)，收到對(duì)側(cè)的信號(hào)，則保護(hù)動(dòng)作出口。在弱電源側(cè)，由于沒(méi)有提供足夠的短路電流，弱電源側(cè)保護(hù)不會(huì)啟動(dòng)，因此它不會(huì)發(fā)出允許信號(hào)，兩側(cè)保護(hù)均不動(dòng)作。因此在輸電線路存在弱電源繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，允許式縱聯(lián)保護(hù)的解決辦法是將保護(hù)定值清單中的弱電源側(cè)由0改為1。投入縱聯(lián)反方向距離元件，當(dāng)故障電壓低于30V，且反向元件不動(dòng)作，則判為正方向發(fā)允許信號(hào)。它將根據(jù)圖3的邏輯方框圖進(jìn)行判斷，保證縱聯(lián)保護(hù)的正確動(dòng)作。

如圖3所示，用于弱電源側(cè)時(shí)，判斷任一相電壓或相間電壓低于30V時(shí)，M2或門(mén)置1，結(jié)合弱電源側(cè)由0改為1，則M3與門(mén)置1，同時(shí)M4或門(mén)置1，結(jié)合收信，則M5、M6與門(mén)置1給對(duì)側(cè)發(fā)100ms允許信號(hào)，保證在線路輕負(fù)荷，起動(dòng)元件不動(dòng)作的情況下，由對(duì)側(cè)保護(hù)快速切除故障。

圖3

3.3 差動(dòng)縱聯(lián)保護(hù)

差動(dòng)縱聯(lián)保護(hù)即是光纖電流差動(dòng)保護(hù)，它是借助于線路光纖通道，實(shí)時(shí)地向?qū)?cè)傳遞采樣數(shù)據(jù)，同時(shí)接收對(duì)側(cè)的采樣數(shù)據(jù)，各側(cè)保護(hù)利用本側(cè)和對(duì)側(cè)電流數(shù)據(jù)按相進(jìn)行差動(dòng)電流計(jì)算。當(dāng)線路在正常運(yùn)行或發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，線路兩側(cè)電流相位是反向的，此時(shí)線路兩側(cè)的差電流為零；當(dāng)線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，線路兩側(cè)電流的差電流不再為零，其滿足電流差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性方程時(shí)，保護(hù)裝置發(fā)出跳閘令快速將故障相切除。

當(dāng)有一側(cè)是弱電源側(cè)或無(wú)電源側(cè)，在線路內(nèi)部短路時(shí)，無(wú)電源側(cè)起動(dòng)元件可能不起動(dòng)。例如無(wú)電源側(cè)變壓器中性點(diǎn)不接地，短路前線路空載，短路后由于既無(wú)電流突變量又無(wú)零序電流，起動(dòng)元件不動(dòng)作。起動(dòng)元件不動(dòng)作，程序在正常運(yùn)行程序。此時(shí)無(wú)電源側(cè)差動(dòng)繼電器沒(méi)有進(jìn)行計(jì)算，不會(huì)向?qū)?cè)發(fā)允許信號(hào)。導(dǎo)致電源側(cè)電流縱差保護(hù)拒動(dòng)。

基本的解決辦法：除兩相電流差突變量起動(dòng)元件、零序電流起動(dòng)元件和不對(duì)應(yīng)起動(dòng)元件外，光纖電流差動(dòng)保護(hù)再增加一個(gè)低壓差流起動(dòng)元件，起動(dòng)判據(jù)如下：差流元件動(dòng)作；差流元件的動(dòng)作相或動(dòng)作相間電壓≤60%UN；收到對(duì)側(cè)的允許信號(hào)。

這樣弱電源側(cè)保護(hù)起動(dòng)，兩側(cè)保護(hù)都可以跳閘，光纖電流差動(dòng)能很好地解決弱饋線路存在的問(wèn)題，尤其光纖電流差動(dòng)用兩側(cè)電壓信息能徹底解決弱饋線路存在的問(wèn)題。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)輸電線路縱聯(lián)保護(hù)弱電源側(cè)問(wèn)題幾種常見(jiàn)類型和基本解決方法的分析，加深各專業(yè)人員對(duì)輸電線路縱聯(lián)保護(hù)弱電源側(cè)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)。特別是在薄弱的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，涉及弱電源側(cè)運(yùn)行的運(yùn)行方式時(shí)，及時(shí)修改閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)和允許式縱聯(lián)保護(hù)的弱電源側(cè)保護(hù)控制字，保證輸電線路縱聯(lián)保護(hù)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]國(guó)家電力調(diào)度中心編.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問(wèn)答（第二版）.中國(guó)電力出版社.

[2]南京南瑞繼電保護(hù)RCS-900系列高壓微機(jī)線路保護(hù)裝置培訓(xùn)教材.