電網(wǎng)的220 kV縱聯(lián)保護配置分析

陸路

(泰州供電公司，江蘇泰州225300)

近年來，隨著泰州地區(qū)220 kV電網(wǎng)日益擴大，微機縱聯(lián)保護高速發(fā)展。在設備日常運行中，傳統(tǒng)的高頻保護逐漸暴露出一些不足。泰州地區(qū)的縱聯(lián)保護主要有光纖差動、光纖距離和高頻保護，其中光纖保護占80%以上。而光纖保護中以PSL602和RCS931配置為主，部分線路實現(xiàn)雙套分相差動保護。目前在跨市聯(lián)絡線及老線路上，高頻保護使用較多，采用PSL602和RCS901的配置模式，跨市的昭秦線和白大線仍采用WXB11與LFP901型號的老式高頻保護，隱患較多。

1 高頻通道的構(gòu)成部分

1.1 高頻通道構(gòu)成元件

高頻通道由架空線、阻波器、耦合電容器、結(jié)合濾波器、高頻電纜、收發(fā)信機（或載波機）構(gòu)成。任一設備故障都會影響到高頻通道的暢通，影響高頻信號傳輸，容易造成高頻保護不正確動作。而氣候變化和風、霜、雪、雷電也會造成高頻載波通道傳輸高頻信號衰耗增大，如果衰耗達到一定數(shù)值，會造成收發(fā)信機靈敏啟動電平不能正常啟動，也會影響高頻保護正確動作。

目前泰州地區(qū)的輸電線路高頻保護所用的載波通道有相地式和相相式。其中220 kV高頻保護采用相地式，保護原理采用閉鎖式。500 kV高頻保護采用相相式，其構(gòu)成如圖1所示，它包括阻波器、耦合電容器、結(jié)合濾波器、高頻電纜和載波機，由于220 kV及以上輸電線路上的故障有80%是單向接地短路，對于相-相耦合的高頻通道，即使在線路上有單向接地短路，高頻電流還是能夠經(jīng)過短路點傳送。所以使用允許式信號時，一般采用相-相耦合的高頻通道。

1.2 高頻阻波器

圖1 相-相式高頻通道的構(gòu)成原理

高頻阻波器最主要元件是1個電感線圈和一個可變電容器。如圖2所示。強流線圈LN是通過強大的工頻電流，并作為主電感使用。調(diào)諧元件TD是用來進行回路調(diào)諧，和主電感強流線圈配合，得到所需要的阻抗曲線。保護元件（即避雷器）LA用于保護線路阻波器在經(jīng)受瞬時過電壓時不被損壞。電力線路上的開關操作、短路、斷線等故障及雷擊均會引起前沿陡峭的過電壓波，并作用到阻波器上，可能會引起強流線圈的匝間電弧閃絡、調(diào)諧電容器的擊穿等故障。

圖2 高頻阻波器示意圖

寬帶阻波器使用于阻塞2個以上的頻率 （或頻帶）的信號，按寬帶濾波器原理構(gòu)成的阻波器，由于阻塞頻帶寬，阻抗平穩(wěn)，所以在高頻通道頻率比較擁擠的電網(wǎng)，得到了廣泛的應用，目前國內(nèi)廣泛使用的也是寬頻阻波器，圖2為雙回路接線的寬頻阻波器結(jié)構(gòu)（其他還有單回路、三回路、四回路接線方式）。

2 高頻保護存在的問題及對策

2.1 高頻通道問題

影響高頻通道正常工作的原因有多種。

(1)高頻通道由于氣候原因、元件性能下降或外力破壞，造成傳輸衰耗增大或通道中斷，此外在短線路中，負荷的變化也會引起較大衰耗。當發(fā)生區(qū)外故障時如果閉鎖信號不能正確傳輸，將引起高頻閉鎖式保護誤動；同樣道理，當發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，如果允許信號不能正確傳輸，將引起高頻允許式保護拒動。這樣的事故在電網(wǎng)中時有發(fā)生，高頻通道衰耗增大原因查找也比較復雜，必須對通道中各個環(huán)節(jié)進行檢測，在確認高頻收發(fā)信機、高頻電纜和連接濾波器的特性良好前提下，再對高頻阻波器進行檢測，因高頻阻波器與輸電線路相連，且線路兩側(cè)都掛有阻波器，檢查起來難度更大、時間更長。

(2)高頻阻波器不正常運行。高頻阻波器串聯(lián)在電力線路始末兩端和分支線的分支點上，具有如下作用：

①減少變電站或分支線對高頻信號的分流，減少信號衰耗；

②在不影響工頻電流通過，保證工頻能量傳輸?shù)那疤嵯拢乐垢哳l信號的外溢；

③隔離變電站開關操作引起的高頻暫態(tài)分量，防止他們對高頻保護系統(tǒng)形成干擾。

對于多回路的寬帶阻波器來說，它們所有諧振回路的諧振頻率都調(diào)諧于f0，回路數(shù)越多，其頻帶就越寬。但是調(diào)諧回路越多，阻波器的故障形式越是復雜，故障的可能性也就越多。

阻波器出現(xiàn)故障后，因為母線高頻阻抗受運行條件或接線方式的影響，分流損耗隨母線工況而改變，而且阻波器后邊(保護區(qū)外)相鄰線路或母線上發(fā)生短路故障的瞬間，母線分流損耗會劇烈上升[1]。阻波器故障系統(tǒng)短路時高頻電流的流通路徑如圖3所示。以圖3中d1點短路為例，接地故障發(fā)生在其他線路出口的近端，幾乎相當于將母線的高頻等效阻抗短路。于是阻波器損壞后的殘余阻抗將決定母線對高頻通道產(chǎn)生的分流損耗，隨著阻抗的突然降低將導致母線的介入衰耗上升。即在阻波器的反方向出現(xiàn)區(qū)外短路故障時，本端向?qū)Χ税l(fā)送的閉鎖信號經(jīng)由損壞的阻波器流向母線，流入短路點，這便形成了區(qū)外短路情況下高頻保護裝置誤動的可能性。同理，對于允許式高頻保護、區(qū)內(nèi)故障時，由于允許跳閘信號的損耗，將造成一側(cè)保護拒動的情況，嚴重時會擴大事故范圍。

圖3 阻波器故障系統(tǒng)短路時高頻電流的流通路徑

2.2 對策

采用光纖作為繼電保護的通道介質(zhì)具有以下的優(yōu)點：

（1）抗超高壓與雷電電磁干擾能力強；

（2）對電場絕緣；

（3）頻帶寬和衰耗低。

隨著電力光纖網(wǎng)絡的逐步完善，光纖保護將在繼電保護領域中得到廣泛的應用。光纖保護以穩(wěn)定可靠的光纖通道代替高頻通道，從而提高保護動作的可靠性。光纖通道采用每幀數(shù)據(jù)進行CRC校驗，錯誤幀數(shù)達到一定值時，報通道失效。此外，PSL602高頻閉鎖改光纖允許式相對方便，允許式縱聯(lián)保護改造很方便，在完成光纖通道的敷設后，更換光纖信號傳輸裝置，即可接入目前使用的高頻保護。

目前泰州電網(wǎng)使用WXB-11，LPF901保護作為昭秦4959線 （泰州昭陽變至揚州秦郵變）及白大4659線（泰州白馬變至揚州大橋變）線路縱聯(lián)保護。

2.3 弱饋問題

泰州電網(wǎng)的局部環(huán)節(jié)如圖4所示。220 kV興觀4962線、興盛2H54線、興徐4655/4656線、昭思2H51線改造前采用WXB-11，LPF901老式高頻保護作縱聯(lián)保護。徐洋2694線現(xiàn)采用PSL602，LFP901型號相配合。

圖4 泰州電網(wǎng)的局部環(huán)節(jié)示意圖

（1）操作一。徐洋2694線路停役，徐莊變2610母聯(lián)改熱備用。不難看出此操作對于洋思變，形成昭陽變經(jīng)昭思2H51饋供方式；對于徐莊變，形成泰興變雙線饋供方式。調(diào)度需要解開2個環(huán)，分別為興徐4655/4656經(jīng)過母聯(lián)2610形成的小環(huán)，及來自揚州電網(wǎng)的電源經(jīng)昭陽變、洋思變、徐莊變與500 kV泰興變形成的大環(huán)。所以涉及操作步驟較多。首先需要將興徐4655/4656線路及昭思2H51線路兩側(cè)開關的重合閘停用，高頻主保護由跳閘改接信號。然后拉開徐莊變的2610開關及2694開關，解開2個環(huán)。之后要將上述線路電源側(cè)（泰興變及昭陽變）相應開關的WXB-11保護的距離、方向零序保護由正常定值改為臨時定值，將線路受電側(cè)（洋思變及徐莊變）相應開關的WXB-11，LPF901保護距離、方向零序保護停用，最后才可以將徐洋2694線路改為檢修。

（2）操作二。觀盛4961線停役。興觀線、興盛線會形成弱饋形式，此時由于觀五變、盛泰變背后沒有電源點，類似上述情況調(diào)度需要先將形成饋供方式的線路兩側(cè)開關保護改饋供定值，之后才能調(diào)整一次設備運行方式。

（3）閉鎖式高頻保護線路故障示意如圖5所示。對于閉鎖式高頻保護，啟動元件分為高定值啟動元件和低定值啟動元件。高定值啟動元件啟動后進入故障程序開始計算，滿足：

①F+動作；

②F-不動作；

③曾有連續(xù)8 ms閉鎖信號（進入停信，保證對側(cè)能出口）；

④收不到對側(cè)閉鎖信號。

圖5 閉鎖式高頻保護線路故障示意

正常情況下，M側(cè)同時滿足上面①，②，③，④條件后，M側(cè)可以出口跳閘 （其中F+為正方向元件F-為反方向元件）。

（4）當系統(tǒng)因線路檢修或線路跳閘而出現(xiàn)弱饋情況時，設M側(cè)為弱電端。此時故障點1短路，兩側(cè)低定值啟動元件啟動后立即向?qū)?cè)發(fā)信8 ms。

①若M側(cè)高低定值啟動元件不能正常啟動，導致不能向N側(cè)發(fā)信，此時N側(cè)向M側(cè)發(fā)信并為M側(cè)的遠方啟動發(fā)信功能提供了條件。結(jié)果是M側(cè)向N側(cè)發(fā)10 s的閉鎖信號，導致N側(cè)拒動。

②若M側(cè)高定值不能啟動，低定值可以啟動發(fā)信，但由于此時故障程序計算時不能正常判斷為停信，同樣可以閉鎖N側(cè)，造成N側(cè)拒動。

③若M側(cè)高定值啟動了，此時低定值一定也會啟動。由于M側(cè)的F+，F(xiàn)-元件不能正確動作，同樣不能經(jīng)過故障程序判斷為停信，一樣造成N側(cè)的拒動。

當一側(cè)為弱饋時，正方向元件靈敏度難以滿足要求，僅靠反方向元件實現(xiàn)相關功能，其誤動可能性較大，在江蘇地區(qū)弱饋端的高頻保護往往停用[2]。

2.4 對策

截止2011年3月，220 kV興觀4962線、興盛2H54線、興徐4655/4656線改造后采用PSL603，RCS931雙套分相差動保護作縱聯(lián)保護。昭思2H51線現(xiàn)采用PSL602，RCS931型號保護相配合。

針對操作一，由于昭思2H51采用單套分相差動保護及興徐4655/4656采用雙分相差動保護，可以對弱饋方式自適應，所以調(diào)度可以發(fā)令分別將2H51，4655，4656線路各側(cè)重合閘停用，即可滿足新的運行方式要求。

針對操作二，當觀盛線檢修時，由于采用雙套分相差動保護，可以對弱饋方式自適應，調(diào)度只需發(fā)令將興觀4962線、興盛2H54線兩側(cè)單相重合閘停用即可，大大減少了操作步驟。

綜上所述，使用分相差動保護對于單電源線路的意義十分重大。特別是在線路因為事故跳閘而形成弱饋方式時，分相差動具有很強的適應能力，可以簡化處理事故的步驟。

3 結(jié)束語

近幾年，泰州電網(wǎng)逐漸完善了電力光纖網(wǎng)絡的建設工作。由于光纖通道傳輸質(zhì)量高、誤碼率低、傳輸?shù)男畔⒘看蟆⒖垢蓴_能力強、運維管理方便，因此光纖通道最適合應用于繼電保護通道。隨著泰州電網(wǎng)電力光纖網(wǎng)絡建設的完成，為線路之間的縱聯(lián)保護接入架空地線復合光纜（OPGW）通道及對分相差動保護的使用創(chuàng)造了條件，對保證泰州乃至整個江蘇電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有重要的意義。

[1]江蘇電力公司.繼電保護原理及實用技術[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2]國家電力調(diào)度通信中心.國家電網(wǎng)公司繼電保護培訓教材[M].北京：中國電力出版社，2009.