电网的220 kV纵联保护配置分析

陆路

(泰州供电公司，江苏泰州225300)

近年来，随着泰州地区220 kV电网日益扩大，微机纵联保护高速发展。在设备日常运行中，传统的高频保护逐渐暴露出一些不足。泰州地区的纵联保护主要有光纤差动、光纤距离和高频保护，其中光纤保护占80%以上。而光纤保护中以PSL602和RCS931配置为主，部分线路实现双套分相差动保护。目前在跨市联络线及老线路上，高频保护使用较多，采用PSL602和RCS901的配置模式，跨市的昭秦线和白大线仍采用WXB11与LFP901型号的老式高频保护，隐患较多。

1 高频通道的构成部分

1.1 高频通道构成元件

高频通道由架空线、阻波器、耦合电容器、结合滤波器、高频电缆、收发信机（或载波机）构成。任一设备故障都会影响到高频通道的畅通，影响高频信号传输，容易造成高频保护不正确动作。而气候变化和风、霜、雪、雷电也会造成高频载波通道传输高频信号衰耗增大，如果衰耗达到一定数值，会造成收发信机灵敏启动电平不能正常启动，也会影响高频保护正确动作。

目前泰州地区的输电线路高频保护所用的载波通道有相地式和相相式。其中220 kV高频保护采用相地式，保护原理采用闭锁式。500 kV高频保护采用相相式，其构成如图1所示，它包括阻波器、耦合电容器、结合滤波器、高频电缆和载波机，由于220 kV及以上输电线路上的故障有80%是单向接地短路，对于相-相耦合的高频通道，即使在线路上有单向接地短路，高频电流还是能够经过短路点传送。所以使用允许式信号时，一般采用相-相耦合的高频通道。

1.2 高频阻波器

图1 相-相式高频通道的构成原理

高频阻波器最主要元件是1个电感线圈和一个可变电容器。如图2所示。强流线圈LN是通过强大的工频电流，并作为主电感使用。调谐元件TD是用来进行回路调谐，和主电感强流线圈配合，得到所需要的阻抗曲线。保护元件（即避雷器）LA用于保护线路阻波器在经受瞬时过电压时不被损坏。电力线路上的开关操作、短路、断线等故障及雷击均会引起前沿陡峭的过电压波，并作用到阻波器上，可能会引起强流线圈的匝间电弧闪络、调谐电容器的击穿等故障。

图2 高频阻波器示意图

宽带阻波器使用于阻塞2个以上的频率 （或频带）的信号，按宽带滤波器原理构成的阻波器，由于阻塞频带宽，阻抗平稳，所以在高频通道频率比较拥挤的电网，得到了广泛的应用，目前国内广泛使用的也是宽频阻波器，图2为双回路接线的宽频阻波器结构（其他还有单回路、三回路、四回路接线方式）。

2 高频保护存在的问题及对策

2.1 高频通道问题

影响高频通道正常工作的原因有多种。

(1)高频通道由于气候原因、元件性能下降或外力破坏，造成传输衰耗增大或通道中断，此外在短线路中，负荷的变化也会引起较大衰耗。当发生区外故障时如果闭锁信号不能正确传输，将引起高频闭锁式保护误动；同样道理，当发生区内故障时，如果允许信号不能正确传输，将引起高频允许式保护拒动。这样的事故在电网中时有发生，高频通道衰耗增大原因查找也比较复杂，必须对通道中各个环节进行检测，在确认高频收发信机、高频电缆和连接滤波器的特性良好前提下，再对高频阻波器进行检测，因高频阻波器与输电线路相连，且线路两侧都挂有阻波器，检查起来难度更大、时间更长。

(2)高频阻波器不正常运行。高频阻波器串联在电力线路始末两端和分支线的分支点上，具有如下作用：

①减少变电站或分支线对高频信号的分流，减少信号衰耗；

②在不影响工频电流通过，保证工频能量传输的前提下，防止高频信号的外溢；

③隔离变电站开关操作引起的高频暂态分量，防止他们对高频保护系统形成干扰。

对于多回路的宽带阻波器来说，它们所有谐振回路的谐振频率都调谐于f0，回路数越多，其频带就越宽。但是调谐回路越多，阻波器的故障形式越是复杂，故障的可能性也就越多。

阻波器出现故障后，因为母线高频阻抗受运行条件或接线方式的影响，分流损耗随母线工况而改变，而且阻波器后边(保护区外)相邻线路或母线上发生短路故障的瞬间，母线分流损耗会剧烈上升[1]。阻波器故障系统短路时高频电流的流通路径如图3所示。以图3中d1点短路为例，接地故障发生在其他线路出口的近端，几乎相当于将母线的高频等效阻抗短路。于是阻波器损坏后的残余阻抗将决定母线对高频通道产生的分流损耗，随着阻抗的突然降低将导致母线的介入衰耗上升。即在阻波器的反方向出现区外短路故障时，本端向对端发送的闭锁信号经由损坏的阻波器流向母线，流入短路点，这便形成了区外短路情况下高频保护装置误动的可能性。同理，对于允许式高频保护、区内故障时，由于允许跳闸信号的损耗，将造成一侧保护拒动的情况，严重时会扩大事故范围。

图3 阻波器故障系统短路时高频电流的流通路径

2.2 对策

采用光纤作为继电保护的通道介质具有以下的优点：

（1）抗超高压与雷电电磁干扰能力强；

（2）对电场绝缘；

（3）频带宽和衰耗低。

随着电力光纤网络的逐步完善，光纤保护将在继电保护领域中得到广泛的应用。光纤保护以稳定可靠的光纤通道代替高频通道，从而提高保护动作的可靠性。光纤通道采用每帧数据进行CRC校验，错误帧数达到一定值时，报通道失效。此外，PSL602高频闭锁改光纤允许式相对方便，允许式纵联保护改造很方便，在完成光纤通道的敷设后，更换光纤信号传输装置，即可接入目前使用的高频保护。

目前泰州电网使用WXB-11，LPF901保护作为昭秦4959线 （泰州昭阳变至扬州秦邮变）及白大4659线（泰州白马变至扬州大桥变）线路纵联保护。

2.3 弱馈问题

泰州电网的局部环节如图4所示。220 kV兴观4962线、兴盛2H54线、兴徐4655/4656线、昭思2H51线改造前采用WXB-11，LPF901老式高频保护作纵联保护。徐洋2694线现采用PSL602，LFP901型号相配合。

图4 泰州电网的局部环节示意图

（1）操作一。徐洋2694线路停役，徐庄变2610母联改热备用。不难看出此操作对于洋思变，形成昭阳变经昭思2H51馈供方式；对于徐庄变，形成泰兴变双线馈供方式。调度需要解开2个环，分别为兴徐4655/4656经过母联2610形成的小环，及来自扬州电网的电源经昭阳变、洋思变、徐庄变与500 kV泰兴变形成的大环。所以涉及操作步骤较多。首先需要将兴徐4655/4656线路及昭思2H51线路两侧开关的重合闸停用，高频主保护由跳闸改接信号。然后拉开徐庄变的2610开关及2694开关，解开2个环。之后要将上述线路电源侧（泰兴变及昭阳变）相应开关的WXB-11保护的距离、方向零序保护由正常定值改为临时定值，将线路受电侧（洋思变及徐庄变）相应开关的WXB-11，LPF901保护距离、方向零序保护停用，最后才可以将徐洋2694线路改为检修。

（2）操作二。观盛4961线停役。兴观线、兴盛线会形成弱馈形式，此时由于观五变、盛泰变背后没有电源点，类似上述情况调度需要先将形成馈供方式的线路两侧开关保护改馈供定值，之后才能调整一次设备运行方式。

（3）闭锁式高频保护线路故障示意如图5所示。对于闭锁式高频保护，启动元件分为高定值启动元件和低定值启动元件。高定值启动元件启动后进入故障程序开始计算，满足：

①F+动作；

②F-不动作；

③曾有连续8 ms闭锁信号（进入停信，保证对侧能出口）；

④收不到对侧闭锁信号。

图5 闭锁式高频保护线路故障示意

正常情况下，M侧同时满足上面①，②，③，④条件后，M侧可以出口跳闸 （其中F+为正方向元件F-为反方向元件）。

（4）当系统因线路检修或线路跳闸而出现弱馈情况时，设M侧为弱电端。此时故障点1短路，两侧低定值启动元件启动后立即向对侧发信8 ms。

①若M侧高低定值启动元件不能正常启动，导致不能向N侧发信，此时N侧向M侧发信并为M侧的远方启动发信功能提供了条件。结果是M侧向N侧发10 s的闭锁信号，导致N侧拒动。

②若M侧高定值不能启动，低定值可以启动发信，但由于此时故障程序计算时不能正常判断为停信，同样可以闭锁N侧，造成N侧拒动。

③若M侧高定值启动了，此时低定值一定也会启动。由于M侧的F+，F-元件不能正确动作，同样不能经过故障程序判断为停信，一样造成N侧的拒动。

当一侧为弱馈时，正方向元件灵敏度难以满足要求，仅靠反方向元件实现相关功能，其误动可能性较大，在江苏地区弱馈端的高频保护往往停用[2]。

2.4 对策

截止2011年3月，220 kV兴观4962线、兴盛2H54线、兴徐4655/4656线改造后采用PSL603，RCS931双套分相差动保护作纵联保护。昭思2H51线现采用PSL602，RCS931型号保护相配合。

针对操作一，由于昭思2H51采用单套分相差动保护及兴徐4655/4656采用双分相差动保护，可以对弱馈方式自适应，所以调度可以发令分别将2H51，4655，4656线路各侧重合闸停用，即可满足新的运行方式要求。

针对操作二，当观盛线检修时，由于采用双套分相差动保护，可以对弱馈方式自适应，调度只需发令将兴观4962线、兴盛2H54线两侧单相重合闸停用即可，大大减少了操作步骤。

综上所述，使用分相差动保护对于单电源线路的意义十分重大。特别是在线路因为事故跳闸而形成弱馈方式时，分相差动具有很强的适应能力，可以简化处理事故的步骤。

3 结束语

近几年，泰州电网逐渐完善了电力光纤网络的建设工作。由于光纤通道传输质量高、误码率低、传输的信息量大、抗干扰能力强、运维管理方便，因此光纤通道最适合应用于继电保护通道。随着泰州电网电力光纤网络建设的完成，为线路之间的纵联保护接入架空地线复合光缆（OPGW）通道及对分相差动保护的使用创造了条件，对保证泰州乃至整个江苏电网的安全稳定运行具有重要的意义。

[1]江苏电力公司.继电保护原理及实用技术[M].北京：中国电力出版社，2006.

[2]国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材[M].北京：中国电力出版社，2009.