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雪狼导读计划·继保篇 第01讲 | 纵 联 保 护 电力系统故障及保护配置 电力系统最常见的故障是各种类型的短路（三相短路、两相短路、两相接地短路、单相接地短路）及各类断线故障。 继电保护装置利用正常与故障状况下电气量的变化来鉴别： ◆电气量增加：过电流保护、过电压保护。 ◆电气量减少：低电压保护。 ◆U/I变化：距离保护。 ◆电气元件两端相位或功率的变化：差动保护。 ◆接地故障不平衡电气量：零序保护。 在电力系统中配置的保护按被保护的对象划分可分为线路保护、变压器保护、母线保护、断路器保护、电容器保护、电抗器保护等。 输电线路按电压等级不同可分为：中低压线路（110kV及以下）保护和高压超高压线路（220kV及以上）保护。中低压线路配置的常见保护类型有纵差保护、过电流保护、电流电压保护、零序电流保护、低周减载；高压超高压线路配置的常见保护类型有纵差保护、距离保护、电流电压保护、零序电流保护。 Part 1：纵联保护基本概述 =Overview= 电流、电压、零序电流和距离保护都是反应线路一端电气量变化的保护，这种反应一端电气量变化的保护从原理上讲都无法区分本线路末端和相邻线路首端的短路，同时不能瞬时切除本线路全长范围内的短路。纵联保护可以有效地解决这样的问题。 输电线路的纵联保护，就是用某种通信通道将线路两端的保护装置纵向连接起来，将各端的电气量（电流、功率的大小和方向等）传送到对端加以比较，以判断故障是在本线路范围内还是范围外，从而决定是否切断被保护线路。  图1 纵联保护构成示意图 Part 2：光纤纵联电流差动保护 =Differential protection= 电流差动保护是较为理想的一种保护原理，曾被誉为有绝对选择性的保护原理。因为其选择性不是靠延时，不是靠定值，而是靠基尔霍夫电流定律；流向一个节点的电流之和等于零。可以说，凡是有条件实现的地方，毫无例外都使用了这种原理的保护。  图2 电流差动保护的工作原理分析系统图 上图所示输电线路，规定电流的正方向都指向被保护线路，即从母线流向线路。当NO线路发生故障时，显然有：  所以可得到   当故障支路电流大于保护装置设定的差动整定值时，判定为区内故障，差动保护动作，跳开线路两侧的开关，切除故障。另外，对于非故障线路MN来说，两侧电流相位差为180°，因此它们的矢量和为零，判定为区外故障，纵联保护不动作。 影响输电线路纵联差动保护性能的主要因素有： (1) 电流互感器的误差和不平衡电流； (2) 输电线路的分布电容电流； (3) 通道传输的误差； (4) 电流互感器的饱和； (5) 电流互感器二次回路断线。 在这些影响因素中，电流互感器的误差和不平衡电流是最重要的。所以根据《国家电网公司十八项反措（修订版）》15.1.10要求，线路各侧或主设备差动保护各侧的电流互感器的相关特性宜一致，避免在遇到较大短路电流时因各侧电流互感器的暂态特性不一致导致保护不正确动作。 《继电保护和安全自动装置技术规程》对主保护定义为“主保护是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护”，毫无疑问，纵联保护属于主保护的定义为范围。《继电保护和安全自动装置技术规程》规定220-500kV线路都应设置两套完整、独立的全线速动主保护，即要求实现主保护双重化。长期运行经验表明，不同原理、不同厂家的双重化配置，有利于电网的稳定运行。根据《国家电网公司十八项反措（修订版）》15.1.4要求，220kV及以上电压等级输变电设备的保护应按双重化配置，相关断路器的选型应与保护双重化配置相适应。 Part 3：继电保护通道 （光纤通道及接口） =Channel= 纵联保护既然是反应两端电气量变化的保护，那就一定要把对端电气量变化的信息告诉本端，同时也应把本端电气量变化的信息告诉对端，以便每侧都能够综合比较两端电气量变化的信息做出是否要发跳闸命令的决定。这涉及到通信的问题，而通信则需要通道作为传输介质。 目前使用的通道类型有以下几种： (1) 电力线载波通道：信号频率在50-400kHz，也称高频通道； (2) 微波通道：信号频率在300MHz-300GHz； (3) 导引线通道：在两个变电站间铺设电缆，用电缆作为通道传送保护信息； (4) 光纤通道：将电信号调制在激光信号上，通过光纤传递保护信息。 根据《国家电网公司十八项反措（修订版）》15.1.6要求，纵联保护应优先采用光纤通道。分相电流差动保护收发通道应采用同一路由，确保往返延时一致。在回路设计和调试过程中应采取有效措施防止双重化配置的线路保护或双回线的线路保护通道交叉使用。 与电缆或微波等通信方式相比，光纤通信有以下几个方面的优势： (1) 抗电磁干扰能力强； (2) 传输容量大； (3) 频带宽； (4) 传输衰耗小。 不过光纤通信同时具有以下缺点： (1) 光纤弯曲半径不能过小，一般不小于30mm； (2) 光纤的切断和连接工艺要求高。 光纤通道的发展虽然起步较晚，但是目前发展速度最快、运用最普遍的一种通道类型。继电保护所用的光纤通道主要有两种方式：一种是为保护敷设的专用光纤通道；另一种是复用已有的数字通信网络。相应的连接方式有专用通道方式和复用通道方式。 专用通道方式优点是不需要附加其他设备，可靠性高且不涉及通信调度，管理比较方便，但由于光发收功率和光纤衰耗的限制，通信距离一般在100km以内。专用方式主要应用于短距离的输电线路保护。  图3 线路光纤电流差动保护装置专用光纤连接示意图 复用通道方式则是利用数字PCM复接技术，利用现有的光纤和微波通道，对信息进行传输。也就是说，复用通道方式除了传输差动保护所需的信息外，还满足了数据通信、宽带多媒体和图像信息的传输。复用通道方式主要用于长距离输电线路保护。该通道方式不但节省了光缆及施工成本，而且利用了同步数字体系（SDH）自愈环高的可靠性，在电力系统中的应用逐渐增多。 以差动保护装置和纵联保护装置在64KPCM复用为例，连接示意图如下所示。线路对侧的差动保护通道连接图与之类似。  图4 64KPCM复用时的差动保护通道连接示意图 在220kV及以上线路保护中，由于采用了双重化保护配置，光纤通道也是双重化配置。一般来说，第一套保护的光纤通道采用专用光纤通道，第二套保护的光纤通道采用复用通道。 只有当线路保护两侧差动保护均投入，且光纤通道完好时，纵差保护的通道才能正常运行，否则保护装置将会显示“通道告警”。在近期某站的巡视中，发现一条220kV线路保护装置“通道告警”灯常亮，经检查发现是由于线路对侧站的保护装置光纤接口未插紧，造成的通道异常。大部分线路保护装置的逻辑是若将差动保护压板退出，则不满足通道正常运行的条件。无论光纤通道是否完好，都不会发“通道告警”信号。这一点是现场在进行通道连调试验时要十分注意的。 Part 4：纵联保护的整定基本要求 =Requirements= 1要求同一条线路两侧定值折算到一次侧是相同的。 2 纵联电流差动保护有高低两个不同的整定值。低定值是按躲过线路电容电流的4倍来整定，高定值是按躲过正常运行时不平衡电流来整定的。一般来说，低定值动作时间比高定值慢20ms。 3 线路两侧纵联差动保护应选用同一厂家的装置。不同厂家的纵联差动保护装置，虽然都采用相同的原理，但是具体计算方法可能不同，在光纤通道中传输的内容相差很远，从理论上来说在线路两端不能互相配合。 |
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