國產(chǎn)公里級(jí)高溫超導(dǎo)線路保護(hù)優(yōu)化方案

余洪，梁臣，吳通華,3，孫良凱，李延新，謝偉

(1.智能電網(wǎng)保護(hù)和控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211106；2.南瑞集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 211106；3.河海大學(xué) 能源與電氣學(xué)院，江蘇 南京 210098；4.國網(wǎng)上海市電力有限公司，上海 200122)

隨著技術(shù)的發(fā)展，超導(dǎo)材料被越來越廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，典型應(yīng)用是作為故障限流器[1-2]，利用超導(dǎo)帶材的失超特性有效抑制故障電流大小。隨著高溫超導(dǎo)(high temperature superconducting，HTS)輸電技術(shù)的突破，其更具前景的應(yīng)用是作為輸電線纜。高溫超導(dǎo)電纜相比于常規(guī)電纜具有傳輸能量大、線路損耗低、環(huán)境污染小、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，傳輸同等容量時(shí)，超導(dǎo)線路可以降低1～2個(gè)電壓等級(jí)，適合在大城市及城市密集區(qū)使用[3]。世界上第1組并網(wǎng)運(yùn)行的高溫超導(dǎo)電纜是由美國南線公司研制的30 m、30 kV、1 250 A高溫超導(dǎo)電纜，于1999年底并網(wǎng)運(yùn)行[4]；2004年7月10日，我國第1組長度為33.5 m的高溫超導(dǎo)電纜系統(tǒng)在云南昆明普吉變電站投入運(yùn)行[5]。隨著高溫超導(dǎo)電纜研制技術(shù)的發(fā)展，長距離的超導(dǎo)輸電項(xiàng)目相繼出現(xiàn)：德國Essen市2013年完成了Ampactiy三相同軸高溫超導(dǎo)電纜項(xiàng)目[6]，該項(xiàng)目是世界首條公里級(jí)的超導(dǎo)輸電電纜，線路于2014年4月開始正式供電；文獻(xiàn)[7]介紹了阿姆斯特丹計(jì)劃建設(shè)的超導(dǎo)工程項(xiàng)目，高溫超導(dǎo)電纜長度達(dá)到6 km；我國在2019年啟動(dòng)了公里級(jí)高溫超導(dǎo)電纜示范工程的建設(shè)[8]，未來長距離高溫超導(dǎo)電纜輸電研究成為趨勢。

在超導(dǎo)線路繼電保護(hù)的研究方面：文獻(xiàn)[5]介紹了一種基于不同電流水平的三層保護(hù)方案，此方案以電流保護(hù)為主保護(hù)，對(duì)于長距離高溫超導(dǎo)電纜，無法實(shí)現(xiàn)電纜全長范圍區(qū)內(nèi)故障的快速切除；文獻(xiàn)[9]介紹了韓國濟(jì)州島1 km、154 kV、2 250 A高溫超導(dǎo)電纜示范工程的情況，項(xiàng)目配置了傳統(tǒng)的差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)，未討論超導(dǎo)線路后備保護(hù)的配置方案。從已有文獻(xiàn)來看，目前關(guān)于超導(dǎo)線路保護(hù)特別是電氣量保護(hù)方面的研究較少，并且沒有完整的主保護(hù)、后備保護(hù)及故障恢復(fù)方案介紹。因此有必要研究公里級(jí)乃至更長距離超導(dǎo)線路電氣特性，以便確定完整的繼電保護(hù)配置方案。

本文從高溫超導(dǎo)電纜電氣特性入手，分析傳統(tǒng)線路保護(hù)方案應(yīng)用于超導(dǎo)線路保護(hù)的適應(yīng)性，針對(duì)存在的問題，提出公里級(jí)高溫超導(dǎo)線路的保護(hù)優(yōu)化方案；并結(jié)合示范工程的實(shí)際情況，提出一種基于網(wǎng)絡(luò)信息交互的超導(dǎo)線路與備用常規(guī)線路的切換方案。

1 高溫超導(dǎo)電纜特性及保護(hù)適應(yīng)性

1.1 示范工程簡介

上海公里級(jí)高溫超導(dǎo)電纜示范應(yīng)用場景選擇長春站—漕溪站線路，一次系統(tǒng)如圖1所示。鑒于高溫超導(dǎo)電纜體積小、重量輕、損耗低和傳輸容量大的優(yōu)點(diǎn)，嘗試用超導(dǎo)線路替代常規(guī)線路。新建1條220 kV長春站至220 kV漕溪站的35 kV超導(dǎo)線路，最大輸送電流2 200 A，由長春站35 kV四段母線供漕溪站35 kV五段母線及35 kV六段母線，原有長春站至漕溪站的常規(guī)線路春漕833甲線、春漕833乙線改為備用線路。

圖1 公里級(jí)高溫超導(dǎo)電纜示范工程接線

公里級(jí)高溫超導(dǎo)電纜系統(tǒng)主要由超導(dǎo)電纜本體、中間接頭、終端和制冷系統(tǒng)4個(gè)部分組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。超導(dǎo)電纜采用三相統(tǒng)包型冷絕緣方式。電纜終端作為電纜端頭，是超導(dǎo)電纜與外部電氣設(shè)備之間以及冷卻介質(zhì)和制冷設(shè)備之間的連接通道。公里級(jí)長度超導(dǎo)線路會(huì)有中間接頭來連接電纜，達(dá)到長距離輸電的目的。

圖2 公里級(jí)高溫超導(dǎo)電纜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2 高溫超導(dǎo)電纜電氣特性

超導(dǎo)體運(yùn)行在超導(dǎo)態(tài)時(shí)有3個(gè)臨界值：臨界溫度Tc、臨界磁場Hc和臨界電流Ic。研究表明，超導(dǎo)體在運(yùn)行過程中上述3個(gè)基本參量中的任一個(gè)超過臨界值，超導(dǎo)體的超導(dǎo)性就會(huì)消失，部分進(jìn)入“正常態(tài)”。

高溫超導(dǎo)電纜的電氣參數(shù)取決于超導(dǎo)電纜所用的材料和幾何尺寸，圖3為三相統(tǒng)包超導(dǎo)電纜典型結(jié)構(gòu)，由內(nèi)到外依次為銅支撐體、超導(dǎo)導(dǎo)體層、絕緣層、超導(dǎo)屏蔽層、銅屏蔽層、液氮層和鎧裝層。與同電壓等級(jí)的常規(guī)電力電纜相比，高溫超導(dǎo)電纜電氣參數(shù)有如下特點(diǎn)：超導(dǎo)電纜在超導(dǎo)態(tài)的時(shí)候電阻基本為零；超導(dǎo)電纜的電感近似與三相間的距離的對(duì)數(shù)成正比；超導(dǎo)電纜的電容大于常規(guī)電纜的電容，這是因?yàn)閮烧呓^緣層厚度基本一致，由于超導(dǎo)電纜中具有冷卻通道導(dǎo)致導(dǎo)電線芯等效半徑增大，從而使電容增大。

圖3 三相超導(dǎo)電纜典型結(jié)構(gòu)

1.3 對(duì)保護(hù)的要求

高溫超導(dǎo)電纜系統(tǒng)為重要的電力設(shè)備，其故障類型可分為超導(dǎo)帶材本體故障和制冷、循環(huán)等系統(tǒng)故障。前者主要是電流短路故障，通過保護(hù)裝置檢測；后者主要是非電氣量故障，由失超故障識(shí)別單元檢測。超導(dǎo)電纜系統(tǒng)發(fā)生故障后如果不能及時(shí)可靠地退出運(yùn)行，可能會(huì)燒壞超導(dǎo)線材，也可導(dǎo)致液氮體積急增，甚至損壞電纜系統(tǒng)。

超導(dǎo)電纜在超導(dǎo)態(tài)時(shí)電氣特性與常規(guī)電纜線路相比差異較大，現(xiàn)有低壓線路保護(hù)配置的距離保護(hù)、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、過流保護(hù)、重合閘的保護(hù)原理用在公里級(jí)超導(dǎo)線路上不能完全適用。

針對(duì)傳統(tǒng)的距離保護(hù)，超導(dǎo)電纜在電流升高到一定值后，會(huì)出現(xiàn)明顯的電阻特性，即導(dǎo)體的電阻與通過導(dǎo)體的電流相關(guān)，故基于R-L模型原理的距離保護(hù)不再適用。

差動(dòng)保護(hù)基于基爾霍夫定律，理論上具有絕對(duì)的選擇性，適用于超導(dǎo)線路。由于超導(dǎo)電纜分布電容較常規(guī)電纜大[10]，需考慮長距離超導(dǎo)電纜的分布電容對(duì)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作行為的影響。

超導(dǎo)電纜本體上一般安裝有傳感器，失超故障識(shí)別單元通過傳感器采集導(dǎo)體溫度、壓力等非電氣量信息[10-11]并進(jìn)行判斷。線路保護(hù)需要定義接口來接收失超故障識(shí)別單元的信號(hào)，根據(jù)信號(hào)等級(jí)制訂不同的響應(yīng)策略。

對(duì)于過流保護(hù)，由于超導(dǎo)電纜的特性，定時(shí)限過流的整定存在難度。

超導(dǎo)電纜發(fā)生故障一般都是永久性故障，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，恢復(fù)供電的時(shí)間比較長，一般都會(huì)配置備用線路。超導(dǎo)線路傳輸容量大，為減少線路退出時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，提高輸電的連續(xù)性，某些情況下可考慮先轉(zhuǎn)移負(fù)荷再退超導(dǎo)線路，因此需要研究超導(dǎo)線路各種故障或異常情況下與備用線路的切換方案。

2 公里級(jí)高溫超導(dǎo)線路保護(hù)配置方案

根據(jù)“加強(qiáng)主保護(hù)，簡化后備保護(hù)”的原則，對(duì)于公里級(jí)高溫超導(dǎo)線路，配置反映導(dǎo)體短路故障的差動(dòng)保護(hù)、反映導(dǎo)體內(nèi)部故障的失超保護(hù)作為主保護(hù)，配置過流保護(hù)作為后備保護(hù)[12]。一般認(rèn)為，電纜線路中的故障幾乎都是永久性的，因此不采用重合閘方式[13]。保護(hù)功能配置見表1，本節(jié)分別討論差動(dòng)保護(hù)、失超保護(hù)、過流保護(hù)的配置方案。

表1 超導(dǎo)線路保護(hù)功能配置

2.1 差動(dòng)保護(hù)

35 kV架空線路分布電容小，電纜線路分布電容能達(dá)到架空線路的數(shù)十倍，超導(dǎo)電纜線路由于自身特征，其分布電容又比常規(guī)電纜線路要大，特別是發(fā)生區(qū)外故障切除、線路空載合閘等情況時(shí)，產(chǎn)生的線路暫態(tài)電容電流可能達(dá)到穩(wěn)態(tài)電流的若干倍?；赑SCAD建立仿真系統(tǒng)模型，仿真參數(shù)按照本示范項(xiàng)目三相統(tǒng)包型冷絕緣高溫超導(dǎo)電纜參數(shù)測算，見表2。

表2 超導(dǎo)電纜與常規(guī)電纜參數(shù)對(duì)照

正常運(yùn)行時(shí)(如圖4所示)，超導(dǎo)線路電容電流約為常規(guī)電纜線路的2.4倍。線路空載合閘時(shí)，其暫態(tài)電流較大(如圖5所示)，故高溫超導(dǎo)線路的差動(dòng)保護(hù)可考慮增加電容電流補(bǔ)償功能，以提高相電流差動(dòng)保護(hù)反映區(qū)內(nèi)故障的靈敏度。圖4、5中，iC為電容電流瞬時(shí)值，t為時(shí)間。

圖4 常規(guī)電纜線路與超導(dǎo)線路電容電流

圖5 超導(dǎo)線路空載合閘時(shí)的電容電流

電容電流的補(bǔ)償方法主要有相量補(bǔ)償法、基于貝瑞隆模型補(bǔ)償法、時(shí)域補(bǔ)償法等[14-15]。相量補(bǔ)償法難以補(bǔ)償暫態(tài)電容電流；貝瑞隆模型對(duì)裝置采樣率要求較高且計(jì)算量大；時(shí)域補(bǔ)償法可以補(bǔ)償各種頻率下的電容電流，對(duì)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)電容電流都有較好的補(bǔ)償效果。

采用時(shí)域補(bǔ)償法，電容電流與電壓之間的關(guān)系為

(1)

式中u為電壓瞬時(shí)值。

圖6為超導(dǎo)線路的π型等效電路，其中：Cpg為高溫超導(dǎo)電纜對(duì)地電容，iCpg為對(duì)應(yīng)的電容電流；Cpp為相間電容，iCpp為對(duì)應(yīng)的電容電流。

圖6 超導(dǎo)線路的π型等效電路

(2)

其中，

(3)

式(2)、(3)中：上標(biāo)“a”表示A相(電壓/電流)量，上標(biāo)“ab、ac”表示相間(電壓)量，下標(biāo)“m、n”表示m側(cè)和n側(cè)；C0、C1分別為線路零序電容和正序電容。

保護(hù)裝置采集相電壓，通過離散采樣點(diǎn)近似求導(dǎo)可知：

(4)

式中Δt為采樣間隔時(shí)間。

(5)

式中i(t)為采樣電流瞬時(shí)值。

超導(dǎo)線路空載合閘時(shí),補(bǔ)償前后差動(dòng)電流波形如圖7所示，可以看出時(shí)域補(bǔ)償法對(duì)超導(dǎo)線路電容電流有良好的補(bǔ)償效果。

圖7 超導(dǎo)線路空載合閘時(shí)，補(bǔ)償前后差動(dòng)電流波形

2.2 失超保護(hù)

高溫超導(dǎo)電纜的溫度、液氮壓力、液氮流量能夠直觀地反映超導(dǎo)電纜狀態(tài)，所以常規(guī)的失超保護(hù)一般由對(duì)上述非電氣量的監(jiān)測和判斷構(gòu)成。失超檢測方法有溫升檢測、壓力檢測、流速檢測、超聲波檢測、電壓檢測等。綜合考慮傳感器安裝技術(shù)及電纜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)際只有超導(dǎo)線路的端口處適合安裝傳感器。設(shè)置獨(dú)立的失超故障識(shí)別單元，實(shí)時(shí)接收來自高溫超導(dǎo)電纜傳感器采集的非電量信息，分析動(dòng)態(tài)特征并進(jìn)行失超故障識(shí)別，通過預(yù)置程序向繼電保護(hù)系統(tǒng)發(fā)送失超信號(hào)。當(dāng)監(jiān)視的溫度、壓力、流速等數(shù)據(jù)異常時(shí)，故障識(shí)別單元向保護(hù)裝置發(fā)信號(hào)，信號(hào)等級(jí)分為4類，對(duì)應(yīng)不同處理方案。保護(hù)信號(hào)分級(jí)：①重大故障：紅色警告，繼續(xù)使用將引發(fā)更嚴(yán)重故障，須立即斷開電纜線路；②嚴(yán)重故障：橙色警告，較嚴(yán)重故障，系統(tǒng)需要修理維護(hù)，需切換線路；③一般故障：黃色警告警告，高溫超導(dǎo)電纜系統(tǒng)異常，不影響繼續(xù)供電；④系統(tǒng)正常：綠色信號(hào)，高溫超導(dǎo)電纜系統(tǒng)一切正常。

失超故障識(shí)別單元與保護(hù)裝置之間的信息傳遞可通過面向通用對(duì)象的變電站事件(generic object oriented substation event，GOOSE )方式，也可直接通過電纜接線實(shí)現(xiàn)。失超保護(hù)系統(tǒng)如圖8所示。

圖8 失超保護(hù)系統(tǒng)

2.3 過流保護(hù)

2.3.1 定時(shí)限過流保護(hù)

高溫超導(dǎo)電纜在超導(dǎo)態(tài)時(shí)，阻抗減小，相當(dāng)于減小了輸電線路的電氣距離，而且高溫超導(dǎo)電纜的耐受大電流能力受限于高溫超導(dǎo)電纜的設(shè)計(jì)參數(shù)，這些都增加了高溫超導(dǎo)電纜定時(shí)限過流保護(hù)上下級(jí)配合的整定難度。因此，對(duì)定時(shí)限過流保護(hù)提出以下整定原則：①需配置完整的定時(shí)限快速段和遠(yuǎn)后備保護(hù)；②設(shè)計(jì)階段需對(duì)高溫超導(dǎo)電纜耐受電流時(shí)間曲線提出要求，保證在高溫超導(dǎo)電纜保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，其上一級(jí)定時(shí)限過流保護(hù)延時(shí)動(dòng)作時(shí)，高溫超導(dǎo)電纜不損毀。

以圖1示范工程參數(shù)建立仿真模型如圖9所示，計(jì)算得出高溫超導(dǎo)電纜內(nèi)部故障及35 kV母線故障時(shí)的三相故障電流分別為17.75 kA和18.34 kA(見表3)，同時(shí)高溫超導(dǎo)電纜在承受25 kA短路電流時(shí)，可運(yùn)行3 s。因此，高溫超導(dǎo)電纜定時(shí)限過流I段按照15 kA、0 s整定，其上一級(jí)過流II段按照15 kA、2.5 s整定，可滿足上述定時(shí)限過流保護(hù)整定原則要求。

表3 示范工程三相故障電流

圖9 示范工程參數(shù)模型

2.3.2 反時(shí)限過流保護(hù)

高溫超導(dǎo)電纜發(fā)生短路后，除了考慮定時(shí)限過流保護(hù)的配合關(guān)系外，還需考慮電流導(dǎo)致的溫升會(huì)不會(huì)對(duì)本體造成損壞。故障電流越大，導(dǎo)體溫升越快，切除時(shí)間應(yīng)越短，反時(shí)限過流保護(hù)對(duì)于保護(hù)超導(dǎo)體本身來講更具適用性。

當(dāng)高溫超導(dǎo)電纜中的電流超過其臨界電流Ic，導(dǎo)體就會(huì)由超導(dǎo)態(tài)變?yōu)檎B(tài)，電阻增大，故障電流將從銅基流過，產(chǎn)生熱量，累積到一定程度會(huì)燒壞高溫超導(dǎo)電纜。目前國內(nèi)外對(duì)于超導(dǎo)電纜溫升主要采用絕熱計(jì)算法[16]，即不考慮液氮散熱，熱平衡過程對(duì)應(yīng)的微分方程為：

(dCuSCucCu(T)+dHTSSHTScHTS(T))dT,

(6)

(7)

式中：T為電纜本體溫度；ρCu為銅的電阻率；dCu、dHTS為銅和超導(dǎo)線材的密度；SCu、SHTS為電纜中銅和超導(dǎo)線材的截面積；cCu、cHTS為銅和超導(dǎo)線材的比熱容。發(fā)生故障時(shí)，由于故障時(shí)間極短，暫不考慮銅芯與超導(dǎo)體的熱傳遞，即產(chǎn)生的焦耳熱全部被銅芯吸收，則式(7)簡化為

(8)

銅在不同溫度下的電阻率、比熱容見表4、表5。

表4 銅在不同溫度下的電阻率

表5 低溫下銅的比熱容

冷卻管道最小壓強(qiáng)(0.6 MPa)下液氮沸點(diǎn)溫度約為96 K，本示范工程設(shè)定的溫度上限為92.354 K，將超導(dǎo)材料參數(shù)代入后計(jì)算得到溫升的結(jié)果。表6為超導(dǎo)電纜耐受電流與理論切除故障時(shí)間關(guān)系，體現(xiàn)了反時(shí)限特征。

表6 耐受電流與理論切除故障時(shí)間

目前國內(nèi)外常用的反時(shí)限保護(hù)通用數(shù)學(xué)模型基本形式為

(9)

式中：tcalc為反時(shí)限保護(hù)動(dòng)作時(shí)間；MC為反時(shí)限特性常數(shù)，取值通常在0～2；IB為基準(zhǔn)電流；IT為動(dòng)作電流；k為反時(shí)限常數(shù)。MC值的選取與反時(shí)限的應(yīng)用場景相關(guān)，極端反時(shí)限的特性常數(shù)為2，常用于反映設(shè)備過熱狀況，適用于超導(dǎo)線路。

反時(shí)限過流特性如圖10所示。可以看出，極端反時(shí)限動(dòng)作曲線與高溫超導(dǎo)電纜耐受電流-時(shí)間(I-t)曲線基本吻合，運(yùn)用極端反時(shí)限公式取一定的裕度，可作為高溫超導(dǎo)電纜反時(shí)限過流動(dòng)作方程。當(dāng)故障電流較小時(shí)，可按定時(shí)限延時(shí)動(dòng)作；當(dāng)故障電流過大時(shí)，反時(shí)限過流可按極端反時(shí)限曲線加速動(dòng)作。

圖10 反時(shí)限過流特性

3 線路切換方案

本示范工程的高溫超導(dǎo)電纜對(duì)2條常規(guī)線路進(jìn)行傳輸替代，2條常規(guī)線路則作為備用線路。在超導(dǎo)線路退出時(shí)，為了提高供電可靠性，考慮在條件允許的情況下先投常規(guī)備用線路，再退超導(dǎo)線路，確保供電不間斷。線路切換一般是通過兩站的備自投裝置實(shí)現(xiàn)，兩側(cè)備自投裝置之間普遍是通過光纖通道或通信接口裝置傳遞信息[17-18]，其裝置接線、信息交互和邏輯配合較復(fù)雜。本文提出一種通過線路保護(hù)之間的信息交互完成線路切換的方式，不需要依賴專門的備自投裝置。

如圖1所示，長春站35 kV四段母線通過高溫超導(dǎo)線路帶漕溪站35 kV五段、六段母線，常規(guī)線路春漕甲線、春漕乙線轉(zhuǎn)為備用，春漕甲線、春漕乙線及超導(dǎo)線路分別配置一套光纖縱差保護(hù)。裝置的通信方面，目前智能變電站普遍采用“三層兩網(wǎng)”的系統(tǒng)架構(gòu)[19]，隨著低壓保護(hù)裝置標(biāo)準(zhǔn)化的推進(jìn)，35 kV及以下電壓等級(jí)開關(guān)柜保護(hù)裝置采用制造報(bào)文規(guī)范(manufacturing message specification，MMS)與過程層GOOSE網(wǎng)二合一的組網(wǎng)方案，超導(dǎo)線路及2條備用線路的線路保護(hù)通過兩站網(wǎng)絡(luò)及光纖直聯(lián)通道形成整體保護(hù)形態(tài)，在跳合閘邏輯上方便實(shí)現(xiàn)相互之間的配合。本文以超導(dǎo)線路與春漕甲線的切換為例說明切換原理。超導(dǎo)電纜輸電系統(tǒng)如圖11所示。

圖11 高溫超導(dǎo)電纜輸電系統(tǒng)

3.1 線路切換整體流程

正常情況下漕溪站五段、六段母線由超導(dǎo)線路供電，春漕甲線處于熱備用狀態(tài)。超導(dǎo)體發(fā)生下述2種故障需先退出運(yùn)行再合備用線路(稱為方式一)：①區(qū)內(nèi)短路故障，保護(hù)裝置通過電氣量判別動(dòng)作跳閘；②超導(dǎo)體本體重大故障，任一側(cè)超導(dǎo)線路保護(hù)裝置接收失超故障識(shí)別單元的跳閘信號(hào)，動(dòng)作跳本側(cè)開關(guān)并遠(yuǎn)跳線路對(duì)側(cè)開關(guān)。若收到故障識(shí)別單元發(fā)出的超導(dǎo)體發(fā)生本體嚴(yán)重故障的信號(hào)，保護(hù)裝置先合備用線路再退超導(dǎo)線路(稱為方式二)。超導(dǎo)線路跳/合閘流程如圖12所示。

圖12 高溫超導(dǎo)電纜跳/合閘流程

3.2 線路切換實(shí)現(xiàn)過程

線路切換邏輯集成在超導(dǎo)線路保護(hù)3、4中，保護(hù)3通過站內(nèi)GOOSE網(wǎng)絡(luò)從保護(hù)1獲取備用線路開關(guān)位置、電壓狀態(tài)，從春漕站故障識(shí)別單元訂閱失超信息，保護(hù)4同樣可以獲取保護(hù)2和漕溪站故障識(shí)別單元的信息。保護(hù)3、4借助縱聯(lián)光纖通道交互信息。保護(hù)裝置之間的信號(hào)關(guān)系如圖13所示。

圖13 保護(hù)裝置之間的信號(hào)關(guān)系

線路切換是基于備用電源自投的思想，為防止裝置重復(fù)動(dòng)作，設(shè)置了充/放電條件。方式一、方式二的充/放電條件相同，啟動(dòng)條件和動(dòng)作過程不同。

3.2.1 線路切換充/放電條件

充電條件(邏輯與)：開關(guān)3合位；開關(guān)4合位；開關(guān)1分位；開關(guān)2分位；電源側(cè)備用線有壓。

放電條件(邏輯或)：開關(guān)3分位；開關(guān)4分位；開關(guān)1合位；保護(hù)1無壓；有閉鎖信號(hào)開入。

3.2.2 線路切換方式一邏輯

啟動(dòng)條件(邏輯或)：區(qū)內(nèi)故障，保護(hù)3、4動(dòng)作；保護(hù)3接收到重大故障信號(hào)；保護(hù)4接收到重大故障信號(hào)。動(dòng)作邏輯如圖14所示。

圖14 方式一動(dòng)作邏輯

若因區(qū)內(nèi)故障而啟動(dòng)，保護(hù)3、保護(hù)4分別跳開各自開關(guān)；若因收到重大故障信號(hào)而啟動(dòng)，收到信號(hào)的一側(cè)同時(shí)遠(yuǎn)跳對(duì)側(cè)，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)跳閘。開關(guān)3、4跳開后：保護(hù)3向保護(hù)1發(fā)GOOSE合閘信號(hào)，合開關(guān)1；保護(hù)4向保護(hù)2發(fā)GOOSE合閘信號(hào)，合開關(guān)2。兩側(cè)合閘延時(shí)可分別整定，合閘方式可設(shè)置為不檢、檢無壓、檢同期方式，以確定合閘先后次序，完成春漕甲線的投入。發(fā)合閘令后未收到相應(yīng)開關(guān)的合位信號(hào)，則說明合閘不成功，經(jīng)短延時(shí)報(bào)合閘失靈。

3.2.3 線路切換方式二邏輯

啟動(dòng)條件(邏輯或)：保護(hù)3接收到嚴(yán)重故障信號(hào)；保護(hù)4接收到嚴(yán)重故障信號(hào)。動(dòng)作邏輯如圖15所示。

圖15 方式二動(dòng)作邏輯

收到嚴(yán)重故障信號(hào)并將此信號(hào)遠(yuǎn)傳至對(duì)側(cè)，保護(hù)3向保護(hù)1發(fā)GOOSE合閘信號(hào)，合開關(guān)1；保護(hù)4接收到對(duì)側(cè)的嚴(yán)重故障信號(hào)，向保護(hù)2發(fā)GOOSE合閘信號(hào)，合開關(guān)2，兩側(cè)合閘延時(shí)可分別整定，合閘方式可設(shè)置為不檢、檢無壓、檢同期方式。確認(rèn)開關(guān)1和2合位后，跳開關(guān)3、4。發(fā)合閘令后未收到相應(yīng)線路的合位信號(hào)，則說明合閘不成功，經(jīng)短延時(shí)報(bào)合閘失靈。合閘失靈不影響開關(guān)3、4的跳閘邏輯，開關(guān)3、4未成功跳開則報(bào)對(duì)應(yīng)開關(guān)跳閘失靈。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)國產(chǎn)公里級(jí)高溫超導(dǎo)電纜示范工程的需求，基于低壓線路保護(hù)功能進(jìn)行優(yōu)化，提出長距離超導(dǎo)線路保護(hù)功能配置方案，以縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和非電量(失超)保護(hù)作為主保護(hù)，以定時(shí)限過流和反時(shí)限過流作為后備保護(hù)，為提高保護(hù)的可靠性，上述保護(hù)可雙重化配置。提出一種通過線路保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)信息交互實(shí)現(xiàn)線路切換的方法，不依賴專門的備自投裝置，提高了供電可靠性。本方案可為公里級(jí)高溫超導(dǎo)電纜示范工程的保護(hù)裝置配置和推廣應(yīng)用提供參考，其實(shí)用性有待結(jié)合實(shí)際工程的具體實(shí)施進(jìn)一步驗(yàn)證。未來隨著工程的推進(jìn)，在取得高溫超導(dǎo)電纜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，將進(jìn)一步研究優(yōu)化超導(dǎo)線路的保護(hù)配置方案。