220KV光差縱聯(lián)線路保護在珠海電網(wǎng)中的運行淺析

廣東電網(wǎng)公司珠海供電局 王志華

一、引言

隨著我國電網(wǎng)技術快速發(fā)展，目前我局的電壓等級110KV、220KV、330KV電網(wǎng)框架，發(fā)展為500KV、750KV的超高壓電網(wǎng)系統(tǒng)。省區(qū)以及區(qū)域型大電網(wǎng)已經(jīng)形成規(guī)模，將來還要實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越強，不同地區(qū)之間的聯(lián)系越來越緊密。在當前這種形勢下，對220KV超高壓線路繼電保護的要求也就越來越高，況且側(cè)重于動作的可信賴性。要求系統(tǒng)發(fā)生故障時，必須快速切除，決不能發(fā)生繼電保護拒動的事故。這樣全線速動的光纖電流縱差保護對超高壓電網(wǎng)的穩(wěn)定運行起到尤為重要的作用，也是保證高壓電網(wǎng)穩(wěn)定安全運行的一道重要防線。

超高壓線路電流縱差保護裝置主要是依賴于光纖通道，使超高壓系統(tǒng)線路兩側(cè)的保護裝置進行故障信息的交換，進而判別出是本線故障，還是區(qū)外故障。從而使兩側(cè)超高壓線路保護裝置：在區(qū)外故障時，保證可靠不動作；在區(qū)內(nèi)故障時，要求快速動作，切除故障。在珠海220KV高壓電網(wǎng)運行的縱差保護裝置根據(jù)使用信號的方式，主要分為下面幾類：(1)閉鎖式保護；(2)允許式保護；(3)遠方跳閘保護；(4)電流差動保護。

以上保護的通道類型主要有：專用C相載波（專用收發(fā)信機）、復用B相載波、專用光纖、復用光纖等方式。其中，專用C相高頻保護運行情況不是很理想，反映在以下幾點：①通道由于天氣狀況、電暈的影響，使通道衰耗增大，收發(fā)信機的收信靈敏度下降；②高頻保護抗誤動能力較差，過去在運行中多次發(fā)生因收信間斷而造成的保護誤動事故；③復用高頻（載波）保護運行情況同樣不是很好，收發(fā)信機與載波機存在較大的分流衰耗，通道衰耗增大，收發(fā)信機收信電平降低，也就是收信靈敏度降低，同樣也存在抗干擾能力差的問題；④由于珠海電網(wǎng)處于沿海地區(qū)，藕合電容器與結(jié)合濾波器之間的連接部分經(jīng)常由于雨水腐蝕，使得連接部分與接地端形成水銹，使得高頻收發(fā)信機的信號中斷。

目前，隨著通信技術的發(fā)展，在縱聯(lián)保護通道的使用上，，已經(jīng)由原來的單一的高頻通道變?yōu)楝F(xiàn)在的光纖通道方式。由于光纖通道所具有的先天優(yōu)勢，使它與繼電保護的結(jié)合，在電網(wǎng)中會得到越來越廣泛的應用。在近幾年中珠海地區(qū)220KV高壓電網(wǎng)中，高壓線路電流縱聯(lián)保護裝置采用了光纖專用電流縱差保護裝置，尤其是220KV系統(tǒng)高壓線路保護。最大的特點是：一次系統(tǒng)的故障與光纖通信通道發(fā)生故障兩者之間幾乎沒有相關性，在系統(tǒng)故障時，這就為高壓電網(wǎng)繼電保護提供了良好的通道條件。但光纖通道也存在一些問題，如：易發(fā)生衰落，造成通道中斷。中間轉(zhuǎn)接環(huán)節(jié)多，若中繼站有問題，則要停保護，而且有可能要停數(shù)條線路的保護。

二、運用光纖通道作為縱聯(lián)保護通道的優(yōu)勢

光纖通道首先在通信技術中得到廣泛的應用，它是基于用光導纖維作為傳輸介質(zhì)的一種通信手段。光纖通道相對于其他傳統(tǒng)通道（如：電纜、微波等）具有如下特點：

(1)傳輸質(zhì)量高，誤碼率低，一般在10-10以下。這種特點使得光纖通道很容易滿足繼電保護對通道所要求的“透明度”。即發(fā)端保護裝置發(fā)送的信息，經(jīng)通道傳輸后到達收端，使收端保護裝置所看到的信息與發(fā)端原始發(fā)送信息完全一致，沒有增加或減少任何細節(jié)。

(2)光的頻率高，所以頻帶寬，傳輸?shù)男畔⒘看?。這樣可以使線路兩端保護裝置盡可能多的交換信息，從而可以大大加強繼電保護動作的正確性和可靠性。

(3)抗干擾能力強。由于光信號的特點，可以有效的防止雷電、系統(tǒng)故障時產(chǎn)生的電磁方面的干擾，因此，光纖通道最適合應用于繼電保護通道。

以上光纖通道的三個特點，是繼電保護所采用的常規(guī)通道形式所無法比擬的。在通道選擇上應為首選。但是由于光纜的特點，抗外力破壞能力較差，當采用直埋或空中架設時，易于受到外力破壞，造成機械損傷。若采用OPGW，則可以有效的防止類似事件的發(fā)生。

三、光纖通道與保護配合的幾種方式

目前，縱聯(lián)保護采用光纖通道的方式，得到了越來越廣泛的應用，在現(xiàn)場運行設備中，主要有以下幾種方式：

(1)專用光差保護

光差與縱聯(lián)保護（如：RCS-931、CSC-101A、CSL-101A）配合構(gòu)成專用電流光纖縱差保護。采用允許式，在光纖通道上傳輸允許信號和直跳信號。此種方式，需要專用光纖接口使用單獨的專用光芯。優(yōu)點是：避免了與其他裝置的聯(lián)系包括通信專業(yè)的設備，減少了信號的傳輸環(huán)節(jié)，增加了使用的可靠性。缺點是：光芯利用率降低（與復用比較），保護人員維護通道設備沒有優(yōu)勢。而且，在帶路操作時，需進行本路保護與帶路保護光芯的切換，操作不便，而且光接頭經(jīng)多次的拔插，易造成損壞。

(2)復用光纖保護

光纖與縱聯(lián)保護(如：RCS-902、CSC-103A、CSL-103A保護)配合構(gòu)成復用光纖縱聯(lián)保護。采用允許式，保護裝置發(fā)出的允許信號和直跳信號需要經(jīng)音頻接口傳送給復用設備，然后經(jīng)復用設備上光纖通道。優(yōu)點是：接線簡單，利于運行維護。帶路進行電信號切換，利于實施。提高了光芯的利用率。缺點是：中間環(huán)節(jié)增加，而且?guī)非袚Q設備在通信室，不利于運行人員巡視檢查，通信設備有問題要影響保護裝置的運行。

(3)光纖縱聯(lián)電流差動保護

光纖通道的大容量、較高的抗干擾能力，為縱聯(lián)電流差動的應用提供了可能。首先得到應用的是模擬式的光纖縱聯(lián)電流差動，當前已很少采用。隨著大規(guī)模集成電路的應用，數(shù)字式電流差動廣泛應用開來。目前，在珠海220KV電網(wǎng)運行的縱聯(lián)電流差動保護有：RCS-931、CSC-103A、CSL-103A等保護裝置。采用的通道方式有復用光纖方式和專用光纖方式。

因?qū)Ｓ?或復用)光纖保護主要的區(qū)別就是通道形式不一樣，但構(gòu)成縱聯(lián)的原理與常規(guī)保護沒有區(qū)別，所以，不再進一步分析。鑒于光纖縱聯(lián)電流差動保護原理簡單，應用前景廣泛，對通道依賴性強，下面主要對縱聯(lián)電流差動保護的應用進行分析、討論。

四、光纖縱聯(lián)差動保護實際應用中應注意的幾個問題

電流差動原理的保護是較為簡單的，也是最為有效的保護方式。通過計算線路兩側(cè)電流的差值的有無，從而判別區(qū)內(nèi)或區(qū)外故障。區(qū)外故障時：故障電流為穿越性電流，兩側(cè)電流的差值為零。區(qū)內(nèi)故障時：故障電流由線路兩側(cè)向故障點流，兩側(cè)電流差值為兩側(cè)故障電流的和。在珠海220KV電網(wǎng)實際應用中，220KV以上系統(tǒng)高壓線路保護，無論是南瑞保護公司產(chǎn)的RCS-931保護裝置還是北京四方電氣公司的CSC-103A或者是CSL-103A的電流縱聯(lián)差動保護裝置，一般都是采用分相電流差動保護方式，它是把本側(cè)的三相電流采樣值傳送到對側(cè)，進行同步比較，從而計算出電流差值，經(jīng)一定邏輯后，做出跳閘與否的選擇。在動作特性上，均采用比例制動原理，只是各家的制動特性不一樣，有兩段式，也有三段式。各廠家在內(nèi)部算法上也各有千秋，在此不做詳細的分析，本文從運行角度對實際運行中存在的一些問題進行分析。

1.保護之間的連接問題：光纖縱聯(lián)電流差動保護裝置與通信設備的連接有自身的特點，與常規(guī)保護不一樣。常規(guī)保護傳輸?shù)脑试S信號、直跳信號可以說是傳輸?shù)氖敲?，是開關量(或0或1)。而光纖縱聯(lián)電流差動保護裝置傳輸?shù)闹饕菙?shù)字量(也含開關量)，它是把本側(cè)的三相電流采樣值(分相式電流差動)傳送到對側(cè)，進行同步比較，從而計算出電流差值，經(jīng)一定邏輯運算后，做出跳閘與否的選擇。針對這個特點，光纖縱聯(lián)電流差動保護必須采用特殊的連接方式與設備，才能達到目的。通常，有以下幾種連接方式：

(1)直接相連方式

A.保護裝置具有光接口，保護與保護之間通過光纖直接相連。此種方式可靠性高。當采用850nm波長的光纖設備與多模光纖配合使用時，具有經(jīng)濟性好，且易于實現(xiàn)的特點。但由于光纖衰耗偏大（相對1300nm波長），傳輸距離一般不超過10KM，所以在幾公里的短線路上經(jīng)常采用。

B.在保護裝置之間，通過雙絞線或同軸電纜，依照G703同向接口協(xié)議，進行電接口直接相連的方式。要求保護具有電接口，但這種方式抗干擾能力差，而且數(shù)字量不宜進行長距離的傳輸。所以，一般不使用這種方式。

(2)復用方式

A.保護裝置電接口通過雙絞線或同軸電纜，與通信PCM設備64kbps接口直接相連，然后上通道進行傳輸。在現(xiàn)場，通常保護室與通信室較遠，而且數(shù)字信號直接在電纜中傳輸極易受干擾，所以，這種方式很少采用。

B.保護裝置光接口通過光纖與光電轉(zhuǎn)換設備相連，然后光電轉(zhuǎn)換設備與通信PCM復用設備64kbps接口依照G703協(xié)議，進行連接。由于光信號抗干擾能力強，可以用于變電站內(nèi)保護室和通信室之間的連接。而且?guī)窌r可以很方便的進行電信號的切換。所以，這種方式被廣泛的采用。

2.同步問題：在復用接口與通信設備連接時，大部分接口均支持G703同向方式（也有些設備要求提供反向接口）。為了滿足64kbps數(shù)據(jù)通道收發(fā)數(shù)據(jù)同步復接的要求，必須采用主從時鐘方式。否則，將因時鐘不同步，造成滑碼的出現(xiàn)，保護裝置反映出的就是CRC校驗碼告警。在某些保護裝置中，對接口沒有做出要求，但時鐘必須設為主從方式，因為兩端保護裝置在計算差流時，必須保證同步，否則，對差流的計算就會造成誤差。

有一些縱聯(lián)電流差動保護內(nèi)部，有多種通道連接方式選擇，如：光纖直聯(lián)方式、經(jīng)光電轉(zhuǎn)換進64kbps接口等方式。這些方式均需采用跳線進行切換，否則，也會造成兩側(cè)保護計算差流的不同步。在實際運行中，曾發(fā)生過這種情況：維護人員更換備用插件時，由于未對跳線進行核對，造成保護裝置CRC校驗誤碼增加，有時達到告警定值。這也是由于數(shù)據(jù)不同步造成的。

縱聯(lián)電流差動保護涉及通道設備、通信方式較多，現(xiàn)在運行中的有專用光纖保護、復用光纖保護、復用微波保護，這些保護與通常的只傳輸命令信號的允許式復用、專用保護要求不一樣。它要對通道的方式做出一些要求，比如：要對光纖直聯(lián)還是經(jīng)光電轉(zhuǎn)換連接上光纖或微波、通信主設備的同步方式、誤碼率等指標進行規(guī)定。正是由于在通道上的技術環(huán)節(jié)較多，造成保護裝置通道告警后（有時是瞬時的），不容易分辨是保護的問題，還是通信的問題。所以，對現(xiàn)場維護人員來說，要把繼電保護工作做好，就要加強保護專業(yè)與通信專業(yè)之間的溝通。

3.CT飽和問題：在差動保護設計中，CT飽和問題是必須考慮的一個問題。對于通常的220KV雙母線系統(tǒng)，在發(fā)生區(qū)外故障時，由于線路兩端CT特性不一致，有可能在保護裝置內(nèi)部產(chǎn)生差流，由于整定值小于額定電流，有可能造成保護誤動。這個問題在一般的保護裝置中靠比例制動原理已經(jīng)得到解決。但是在500KV系統(tǒng)，一次系統(tǒng)多采用一個半接線（如圖1），當K1點發(fā)生短路時，流過5012的電流有兩部分，一部分為1母線通過5011開關提供的IA，另一部分為對側(cè)通過線路提供的IB。此時，在IA和IB的作用下，5012CT有可能嚴重飽和，一般的電流輸入方式下，是5011CT與5012CT合并后進入A端保護裝置，此時，將使輸入到A端保護中的電流與一次值有較大誤差，在兩側(cè)保護裝置中形成差流。而且A側(cè)保護中制動電流是|IA-IB|，此值可能不是很大，造成制動電流不夠，極有可能使差動保護誤動出口。

針對CT飽和，不同的廠家采用不同應對策略。有采用CT飽和檢測器以提高制動特性的的、有采用自適應制動特性的等各種方法，但這些方法均影響了保護動作的靈敏度。較為有效的方法就是線路每側(cè)采用兩組CT繞組，進入保護裝置進行制動（用最大電流進行制動）。這樣可以在不影響原保護靈敏度的前提下，提高保護在區(qū)外故障且CT飽和時，保護抗誤動的能力。

4.CT斷線的判別：對于電流縱差保護來說，CT斷線的判別是很重要的一個功能，若處理不當，就有可能造成保護誤動?，F(xiàn)運行的所有縱差保護中，有如下幾種方式：一種是引入另一個CT或同一CT的不同繞組，與本身CT進行比較（如：零序電流），若不一致則為CT斷線，閉鎖保護；若一致則為系統(tǒng)故障，開放保護。另一種是利用通道，交換線路兩側(cè)的零序電流情況，判別方法同上。還有利用檢測電壓變化率或零序電壓來閉鎖保護的。以上幾種方式，我們感覺利用通道比較兩端的零序電流的方式比較好，它充分利用了光纖通道的優(yōu)勢，又減少了外部的接線，簡化了裝置。對于采用電壓變化量來閉鎖、開放保護的方式，我們認為不可取，因為造成電壓波動的因素太多，如：大系統(tǒng)投切電抗器、電容器，發(fā)電機調(diào)整無功等，而且高阻接地時，電壓的變化量并不是很大，最大問題是躲過渡電阻能力大大下降。所以，國產(chǎn)保護中，還沒有用電壓變化量來開放保護的方式。

5.電容電流補償問題：當前，在珠海220KV高壓電網(wǎng)中，光纖縱差電流差動保護應用比較廣泛。針對高壓電網(wǎng)長距離輸電線路，電容電流的影響不能不考慮進去。現(xiàn)在國產(chǎn)保護普遍的做法是在定值項中，對電容值（或充電電流）進行設定。但是作為限制一次過電壓的一種手段，220KV線路普遍裝設了高壓電抗器對線路電容進行一定的補償。但是，當電抗器因故退出運行時，此時保護內(nèi)預設的充電電流值，就失去了意義，并且影響了保護的動作性能。現(xiàn)場必須重新進行定值的整定，給運行帶來不便。是否可以采用一個開入量（如：高壓電抗器的刀閘輔助接點），來控制此項定值的切換。這樣，運行方式切換起來就較為方便。

6.光纜與保護配合問題：根據(jù)廣東電網(wǎng)珠海供電局電網(wǎng)調(diào)度規(guī)程：線路不允許無縱聯(lián)保護運行。即：當兩套縱聯(lián)保護因故退出時，要把線路拉開。因此，在光纖與縱聯(lián)保護的配合上，不允許同一線路的兩套縱聯(lián)保護使用一條光纜。防止因光纜出現(xiàn)問題，造成運行線路停運。對于雙回線路，允許每條線路的其中一套可以共用一條光纜，而另一套則必須走其他光纜或通道。

圖1

目前，在光纖保護的應用中存在的主要問題是：(1)光纖設備及光纜造價較高，這成為制約光纖保護應用的主要障礙。但隨著光纜的廣泛應用及制造廠家規(guī)模的擴大，成本必然會逐漸降低。(2)目前，超高壓縱聯(lián)電流差動保護國產(chǎn)化程度正在普及，運行的穩(wěn)定性基本成熟，制造廠家主要是，如：南瑞保護公司、北京四方公司、南京電力自動化設備總廠、許昌繼電器總廠。特別是南瑞保護公司以及四方公司生產(chǎn)超高壓線路電流縱差保護在我局220電網(wǎng)運行業(yè)績較好。西門子縱聯(lián)保護在我局220KV線路拱河線、220KV線路珠河甲、乙線由于現(xiàn)場測試未達到規(guī)定要求而被停運（現(xiàn)在線路兩側(cè)采用南瑞RCS-931電流縱差保護裝置）。在我局220KV電網(wǎng)中，目前采用的光纖電流縱差保護裝置為RCS-931以及CSC-103A以及CSL-103A，隨著國產(chǎn)保護制造業(yè)的運行成熟和技術進步，國產(chǎn)光纖縱聯(lián)電流差動保護會得到越來越廣泛的應用。

五、結(jié)束語

當前，我國通信信息技術的發(fā)展，220KV高壓電網(wǎng)繼電保護選擇的通道類型越來越多。而對于光纖網(wǎng)絡的形成，就為超高壓電網(wǎng)繼電保護采用高性能的通道提供了比較好的硬件基礎。今后如何有效的利用它為電網(wǎng)繼電保護服務，是擺在我們從事高壓電網(wǎng)繼電保護工作者面前的重要課題，也不是很容易做到的。這就需要各專業(yè)間的溝通和協(xié)調(diào)(如工程設計、運行、通信、保護各專業(yè))?？傊饫w通道在以后超高壓電網(wǎng)繼電保護中的應用會越來越廣泛，還會有許多新問題有待于我們?nèi)ダ^續(xù)研究解決。