基于單向縱聯(lián)閉鎖原理的多端T接線路保護的研究及測試

汪 萍 胡再超 姚 亮 李 鵬

（1.江蘇省電力公司調(diào)度控制中心，江蘇 南京 210024；2.南京國電南自電網(wǎng)自動化有限公司，江蘇 南京 211100；3.江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇 南京 211103）

由于供電線路走廊日益緊張，使得110kV及以下用戶就近T接運行線路越來越多。現(xiàn)有110kV及以下系統(tǒng)繼電保護一般采用遠后備原則，對于常規(guī)線路尚可盡量與用戶主變差動保護配合，而對于T接線路來說，則存在繼電保護的選擇性與速動性之間難以兼顧的問題。

本文針對現(xiàn)有110kV及以下T接線路保護配置方面存在的問題，提出了適用于110kV單電源多饋出系統(tǒng)線路（T接線路）的繼電保護配置優(yōu)化方案，在此基礎(chǔ)上研制出保護裝置，并開展了基于RTDS系統(tǒng)的閉環(huán)仿真試驗，最后成功將保護裝置應用于生產(chǎn)現(xiàn)場。

1 現(xiàn)狀分析

當前110kV及以下線路僅在電源側(cè)配置單套距離零序保護作為主保護，對于穩(wěn)定要求高的母線及其出線，線路電源側(cè)距離零序保護一般按線路變壓器組整定，以滿足系統(tǒng)穩(wěn)定要求。對于無T接線路的專供線路，其選擇性為電源側(cè)距離零序保護躲過用戶主變中、低壓側(cè)故障，盡可能求得與用戶主變差動保護配合。而對于T接線路來說，線路電源側(cè)距離零序保護按照本線路末端和T接支路有靈敏度速動整定，即按電氣距離最長末端故障有靈敏度速動整定。若供電線路較長，大容量主變用戶T接線路距離電源點很近，則電源側(cè)距離零序保護將深入分支變壓器中壓側(cè)，當T接用戶高壓側(cè)（母線、高壓導引線）發(fā)生故障時，電源側(cè)線路保護也將失去選擇性。由此引起的常見現(xiàn)象是：當在T接的線路，任一用戶的進線開關(guān)高壓側(cè)故障發(fā)生故障時， T接多端用戶將一起被切除，用戶的供電可靠性急劇下降。若滿足T接線路上用戶的選擇性，由于上下級保護配合關(guān)系，將導致T接線路故障切除時間變長，不滿足穩(wěn)定要求。

從理論上說，縱聯(lián)分相電流差動保護是解決T接線路保護配置比較完善的保護方案，但其需精確的多端同步機制，對于通信的要求比較高，通道設備的投資成本也較高。目前國內(nèi)已有適用三端T接線路的縱聯(lián)電流差動保護，但對于四端或者更多端的T接線路，則還沒有完善的解決方案。

2 裝置研制

表1 系統(tǒng)參數(shù)表

表2 線路參數(shù)

表3 區(qū)內(nèi)故障保護動作時間

基于對現(xiàn)有保護配置方式存在問題的分析，提出基于單向縱聯(lián)閉鎖原理的多端T接線路保護優(yōu)化方案，并確定保護裝置原理及站間通訊方式。

2.1 優(yōu)化方案

采用主從方式，在線路電源側(cè)配置主機，在負荷側(cè)配置從機，主、從機皆有完備的線路保護功能。從機設置反向啟動元件，若檢測到反方向故障（規(guī)定由母線流向線路為正方向，反之為反方向），則表明故障在從機安裝處TA以下（故障點如圖1F1所示），所示此時從機發(fā)閉鎖信號給主機，閉鎖主機距離II段加速段；若從機反向元件未啟動，則表明故障在線路上（故障點如圖1F2所示），此時從機不發(fā)閉鎖信號，主機距離II段加速動作。

另外，負荷側(cè)可利用子機采集線路電流電壓模擬量，主變高壓側(cè)開關(guān)、饋線出線開關(guān)位置接點，及主變保護動作信號，通過子機反方向元件動作及主變差動保護動作信號來判斷故障是否在母線，以此來實現(xiàn)簡易母差保護。

2.2 縱聯(lián)閉鎖邏輯

縱聯(lián)保護以線路兩側(cè)判別量的特定關(guān)系作為判據(jù)，即兩側(cè)均將判別量借助通道傳送到對側(cè)，然后兩側(cè)分別按照對側(cè)與本側(cè)判別量之間的關(guān)系來判別區(qū)內(nèi)故障或區(qū)外故障

縱聯(lián)保護通常分為閉鎖式和允許式兩種。對于T接線來說，只能采用閉鎖式縱聯(lián)保護。如果使用允許式，T 接線區(qū)外故障時，就有可能多臺保護發(fā)允許信號，雖然其中有一套保護能夠判定為區(qū)外故障，本側(cè)不跳閘，但是沒有辦法去閉鎖其他保護。多端T接縱聯(lián)保護邏輯圖如圖2所示。

2.3 站間通訊

基于單向縱聯(lián)閉鎖原理的繼電保護裝置，應用在多端T接線路上，既要保證全線速動，又要兼顧繼電保護選擇性，這就使得在多個變電站間實現(xiàn)高速穩(wěn)定的通信互聯(lián)顯得尤為重要。

本次裝置的站間通信采用IEC 61850 第二版中新增加的IEC 61850-90-1，該標準中定義了2種不同的變電站通信方法：網(wǎng)關(guān)方法（Gateway）和隧道方法（Tunneling）。其中隧道方式由于采用基于以太網(wǎng)的虛擬局域網(wǎng)（Virtual Local Area Network，VLAN）技術(shù)，變電站之間的應用可以直接建立通信連接，適合傳輸對時間響應要求快速的應用數(shù)據(jù)。采用基于發(fā)布/訂閱通信機制，傳輸狀態(tài)量采用GOOSE，傳輸模擬量采用IEEE 802.3 SMV.

3 RTDS動模測試

3.1 系統(tǒng)模型

按照江蘇某實際110kV T接系統(tǒng)局部為例進行建模，電網(wǎng)參數(shù)采用實際參數(shù)，等值系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，站M與站N間線路1，變電站L經(jīng)線路2 T接至線路1，變電站L有兩臺變壓器為負荷供電。其中，站M和站N均有電源，建模時按照系統(tǒng)短路容量等值。正常運行時，系統(tǒng)由站M單端供電，線路1站M側(cè)斷開時，轉(zhuǎn)由站N供電。

3.2 試驗方案及內(nèi)容

試驗中，主機配置在線路1站M側(cè)，線路1站N及站L配置子機，主、子機皆有完備的線路保護功能，如圖3所示。其中，線路1站N側(cè)裝置具有主機和子機的功能，當系統(tǒng)由站M側(cè)供電時，站N裝置為子機，若系統(tǒng)由站N供電時，裝置為主機，主機和子機功能間通過切換來實現(xiàn)。

考慮線路區(qū)內(nèi)首末端故障及區(qū)外故障，故障點設置如圖3所示，F(xiàn)1～F3為線路區(qū)內(nèi)各變電站出口故障，F(xiàn)0為線路T接處故障，F(xiàn)4～F6為區(qū)外母線故障，F(xiàn)7為L站#1主變故障。

試驗考慮重合閘，T接線路相關(guān)斷路器的跳合閘均由線路保護控制，開關(guān)分合閘固有時間統(tǒng)一按30ms考慮，保護動作出口經(jīng)延時跳開RTDS的模擬斷路器，開關(guān)位置由RTDS反饋，試驗系統(tǒng)配置如圖4所示。為了便于對試驗波形進行記錄，試驗中線路三側(cè)電壓電流模擬量同時經(jīng)功放接入故障錄波器。

3.3 動模試驗

為了全面考核本文提出的基于單向閉鎖原理多端T接線路保護的功能和性能，根據(jù)GB/T 26864-2011《電力系統(tǒng)繼電保護產(chǎn)品動模試驗》要求開展動模試驗檢測。試驗中設置多種區(qū)內(nèi)外故障點和故障類型，包括：區(qū)內(nèi)外金屬性故障，發(fā)展性故障，區(qū)內(nèi)外經(jīng)過渡電阻短路，操作實驗，系統(tǒng)頻率偏移，互感器斷線，電流互感器飽和等。

部分試驗結(jié)果見表3和圖5。

線路1發(fā)生F1點A相故障時，M側(cè)發(fā)生CT飽和時測試波形如圖5所示。

3.4 試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明：保護裝置能正確識別區(qū)內(nèi)、區(qū)外各種故障，區(qū)內(nèi)故障時保護可靠動作、區(qū)外故障不誤動，保護的功能和性能滿足相關(guān)標準要求。線路發(fā)生區(qū)內(nèi)金屬性故障時保護跳閘出口整組動作延時不超過70ms。

結(jié)語

本文通過對110kV線路保護配置現(xiàn)狀的分析，提出了縱聯(lián)保護的優(yōu)化方案、裝置原理及站間通訊方式，并基于實時數(shù)字仿真系統(tǒng)RTDS開展二次系統(tǒng)數(shù)字化動模試驗，考察二次設備的動態(tài)性能，驗證了裝置性能的優(yōu)良性與可靠性。

隨著110kV及以下用戶就近T接運行線路越來越多，本文所介紹的基于單向縱聯(lián)閉鎖原理的保護裝置將有著更廣泛的應用。目前，裝置已成功應用于某縣級電網(wǎng)110kV線路，通過對裝置現(xiàn)場試運行經(jīng)驗的積累，后續(xù)將進一步研究該裝置應用于存在類似接線方式與保護配置問題的電鐵牽引線路、配網(wǎng)饋線的可行性。

[1]王莉，蘇忠陽.提高110kV 線路后備保護適應能力的探討[J].電力設備，2005，6（02）：51-54.

[2]李鐵仲，胡葉賓，鄧茂軍，等.T 接線光纖差動保護的實用通信方案[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2011，39（01）：135-138.

[3]袁榮湘，陳德樹，文明皓，等.T 接線路縱聯(lián)保護中方向元件配合的討論[J].繼電器，1999，27（03）：4-6.

[4]許鐵峰，徐習東.高可用性無縫環(huán)網(wǎng)在數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡的應用[J].電力自動化設備，2011，31（10）：121-125.

[5]李保福，李營，王芝茗，等.RTDS 應用于線路保護裝置的動模試驗[J].電力系統(tǒng)自動化，2000（08）：69-70.