基于单向纵联闭锁原理的多端T接线路保护的研究及测试

汪 萍 胡再超 姚 亮 李 鹏

（1.江苏省电力公司调度控制中心，江苏 南京 210024；2.南京国电南自电网自动化有限公司，江苏 南京 211100；3.江苏省电力公司电力科学研究院，江苏 南京 211103）

由于供电线路走廊日益紧张，使得110kV及以下用户就近T接运行线路越来越多。现有110kV及以下系统继电保护一般采用远后备原则，对于常规线路尚可尽量与用户主变差动保护配合，而对于T接线路来说，则存在继电保护的选择性与速动性之间难以兼顾的问题。

本文针对现有110kV及以下T接线路保护配置方面存在的问题，提出了适用于110kV单电源多馈出系统线路（T接线路）的继电保护配置优化方案，在此基础上研制出保护装置，并开展了基于RTDS系统的闭环仿真试验，最后成功将保护装置应用于生产现场。

1 现状分析

当前110kV及以下线路仅在电源侧配置单套距离零序保护作为主保护，对于稳定要求高的母线及其出线，线路电源侧距离零序保护一般按线路变压器组整定，以满足系统稳定要求。对于无T接线路的专供线路，其选择性为电源侧距离零序保护躲过用户主变中、低压侧故障，尽可能求得与用户主变差动保护配合。而对于T接线路来说，线路电源侧距离零序保护按照本线路末端和T接支路有灵敏度速动整定，即按电气距离最长末端故障有灵敏度速动整定。若供电线路较长，大容量主变用户T接线路距离电源点很近，则电源侧距离零序保护将深入分支变压器中压侧，当T接用户高压侧（母线、高压导引线）发生故障时，电源侧线路保护也将失去选择性。由此引起的常见现象是：当在T接的线路，任一用户的进线开关高压侧故障发生故障时， T接多端用户将一起被切除，用户的供电可靠性急剧下降。若满足T接线路上用户的选择性，由于上下级保护配合关系，将导致T接线路故障切除时间变长，不满足稳定要求。

从理论上说，纵联分相电流差动保护是解决T接线路保护配置比较完善的保护方案，但其需精确的多端同步机制，对于通信的要求比较高，通道设备的投资成本也较高。目前国内已有适用三端T接线路的纵联电流差动保护，但对于四端或者更多端的T接线路，则还没有完善的解决方案。

2 装置研制

表1 系统参数表

表2 线路参数

表3 区内故障保护动作时间

基于对现有保护配置方式存在问题的分析，提出基于单向纵联闭锁原理的多端T接线路保护优化方案，并确定保护装置原理及站间通讯方式。

2.1 优化方案

采用主从方式，在线路电源侧配置主机，在负荷侧配置从机，主、从机皆有完备的线路保护功能。从机设置反向启动元件，若检测到反方向故障（规定由母线流向线路为正方向，反之为反方向），则表明故障在从机安装处TA以下（故障点如图1F1所示），所示此时从机发闭锁信号给主机，闭锁主机距离II段加速段；若从机反向元件未启动，则表明故障在线路上（故障点如图1F2所示），此时从机不发闭锁信号，主机距离II段加速动作。

另外，负荷侧可利用子机采集线路电流电压模拟量，主变高压侧开关、馈线出线开关位置接点，及主变保护动作信号，通过子机反方向元件动作及主变差动保护动作信号来判断故障是否在母线，以此来实现简易母差保护。

2.2 纵联闭锁逻辑

纵联保护以线路两侧判别量的特定关系作为判据，即两侧均将判别量借助通道传送到对侧，然后两侧分别按照对侧与本侧判别量之间的关系来判别区内故障或区外故障

纵联保护通常分为闭锁式和允许式两种。对于T接线来说，只能采用闭锁式纵联保护。如果使用允许式，T 接线区外故障时，就有可能多台保护发允许信号，虽然其中有一套保护能够判定为区外故障，本侧不跳闸，但是没有办法去闭锁其他保护。多端T接纵联保护逻辑图如图2所示。

2.3 站间通讯

基于单向纵联闭锁原理的继电保护装置，应用在多端T接线路上，既要保证全线速动，又要兼顾继电保护选择性，这就使得在多个变电站间实现高速稳定的通信互联显得尤为重要。

本次装置的站间通信采用IEC 61850 第二版中新增加的IEC 61850-90-1，该标准中定义了2种不同的变电站通信方法：网关方法（Gateway）和隧道方法（Tunneling）。其中隧道方式由于采用基于以太网的虚拟局域网（Virtual Local Area Network，VLAN）技术，变电站之间的应用可以直接建立通信连接，适合传输对时间响应要求快速的应用数据。采用基于发布/订阅通信机制，传输状态量采用GOOSE，传输模拟量采用IEEE 802.3 SMV.

3 RTDS动模测试

3.1 系统模型

按照江苏某实际110kV T接系统局部为例进行建模，电网参数采用实际参数，等值系统结构如图2所示，站M与站N间线路1，变电站L经线路2 T接至线路1，变电站L有两台变压器为负荷供电。其中，站M和站N均有电源，建模时按照系统短路容量等值。正常运行时，系统由站M单端供电，线路1站M侧断开时，转由站N供电。

3.2 试验方案及内容

试验中，主机配置在线路1站M侧，线路1站N及站L配置子机，主、子机皆有完备的线路保护功能，如图3所示。其中，线路1站N侧装置具有主机和子机的功能，当系统由站M侧供电时，站N装置为子机，若系统由站N供电时，装置为主机，主机和子机功能间通过切换来实现。

考虑线路区内首末端故障及区外故障，故障点设置如图3所示，F1～F3为线路区内各变电站出口故障，F0为线路T接处故障，F4～F6为区外母线故障，F7为L站#1主变故障。

试验考虑重合闸，T接线路相关断路器的跳合闸均由线路保护控制，开关分合闸固有时间统一按30ms考虑，保护动作出口经延时跳开RTDS的模拟断路器，开关位置由RTDS反馈，试验系统配置如图4所示。为了便于对试验波形进行记录，试验中线路三侧电压电流模拟量同时经功放接入故障录波器。

3.3 动模试验

为了全面考核本文提出的基于单向闭锁原理多端T接线路保护的功能和性能，根据GB/T 26864-2011《电力系统继电保护产品动模试验》要求开展动模试验检测。试验中设置多种区内外故障点和故障类型，包括：区内外金属性故障，发展性故障，区内外经过渡电阻短路，操作实验，系统频率偏移，互感器断线，电流互感器饱和等。

部分试验结果见表3和图5。

线路1发生F1点A相故障时，M侧发生CT饱和时测试波形如图5所示。

3.4 试验结果

试验结果表明：保护装置能正确识别区内、区外各种故障，区内故障时保护可靠动作、区外故障不误动，保护的功能和性能满足相关标准要求。线路发生区内金属性故障时保护跳闸出口整组动作延时不超过70ms。

结语

本文通过对110kV线路保护配置现状的分析，提出了纵联保护的优化方案、装置原理及站间通讯方式，并基于实时数字仿真系统RTDS开展二次系统数字化动模试验，考察二次设备的动态性能，验证了装置性能的优良性与可靠性。

随着110kV及以下用户就近T接运行线路越来越多，本文所介绍的基于单向纵联闭锁原理的保护装置将有着更广泛的应用。目前，装置已成功应用于某县级电网110kV线路，通过对装置现场试运行经验的积累，后续将进一步研究该装置应用于存在类似接线方式与保护配置问题的电铁牵引线路、配网馈线的可行性。

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