輸電線路縱聯保護的弱電源側問題探析

關俊杰 張亮如

（山西省臨汾供電分公司，山西 臨汾 041000）

1 輸電線路縱聯保護的基本原理

在輸電線路的保護配置中，僅反應線路一側的電氣量不可能區分本線末端和對側母線（相鄰線路始端）故障，只有反應線路兩側的電氣量才能區分上述兩點故障，達到有選擇性地快速切除全線故障的目的。為此需要將線路一側的電氣量信息傳輸到另一側去，在線路兩側之間發生縱向的聯系。這種保護就是輸電線路的縱聯保護。輸電線路中的縱聯保護是線路保護的主保護，由于縱聯保護在電網中可以實現全線速動，因此它能以最快的速度有選擇地切除被保護線路的故障。因此它是保證電力系統穩定并列運行和縮小故障的損壞程度的主要保護。

縱聯保護中為了交換信息，需要利用各種通道，構成各種保護。但是通道只是交換信息的手段，縱聯保護中最為關鍵的還是保護動作的原理。按照保護動作的原理，縱聯保護可以分為兩類：一種是方向縱聯保護與距離縱聯保護。另外一種是差動縱聯保護。方向縱聯保護與距離縱聯保護的主要原理是根據兩側保護繼電器反應本側的電氣量，利用通道將繼電器對故障方向判斷的結果傳送到對側，每側保護根據兩側保護繼電器的動作經過邏輯判斷區分是區內還是區外故障。這種原理的保護是間接比較兩側的電氣量，在通道中傳送邏輯信號。按照保護判別方向所用的繼電器分為方向縱聯保護與距離縱聯保護。差動縱聯保護是利用通道將本側電流的波形或者代表電流相位的信號傳送到對側，每側保護根據對兩側電流幅值和相位比較的結果區分是區外故障還是區內故障。這種原理的保護是直接比較兩側的電氣量。稱之為差動縱聯保護。由此可見，根據縱聯保護的原理，縱聯保護的核心內容就是必須兩側都有電流量，否則方向無法判斷，幅值和相位無法比較。

2 輸電線路縱聯保護的弱電源側問題

根據電力系統供電可靠性的要求，輸電線路在正常的運行方式下，線路的兩側均是強電源側，但是在某些特定的運行方式下，由于輸電線路或者變電站設備的運行維護的需要，將會出現輸電線路存在弱電源側的問題。假如輸電線路存在弱電源側的情況下發生區內故障，由于弱電源側系統不能提供足夠的短路電流，而引起縱聯保護不能正確判斷，導致兩側保護不能快速跳閘甚至拒動。（如圖1所示）

圖1

如圖1所示，當輸電線路MN之間發生故障（紅色箭頭），M側是強電源側，可以向故障點提供短路電流，但是由于N側是負荷側或者弱電源側，不能提供足夠的短路電流，影響輸電線路縱聯保護的正確判斷。

3 輸電線路縱聯保護弱電源側問題的常見類型和基本解決方法。

輸電線路常用的縱聯保護配置有：閉鎖式縱聯保護、允許式縱聯保護、光纖電流差動等。

3.1 閉鎖式縱聯保護

閉鎖式縱聯保護的閉鎖信號含義是：本側保護啟動，收不到對側的信號，則保護動作出口。在弱電源側，由于沒有提供足夠的短路電流，弱電源側保護不會啟動，因此它將根據遠方起動發信的元件，當接收到對側信號后，則立即發信，將閉鎖兩側保護，兩側保護均不動作。因此在輸電線路存在弱電源繼續運行時，閉鎖式縱聯保護的解決辦法是將保護定值清單中的弱電源側由0改為1。投入縱聯反方向距離元件，當故障電壓低于30V，且反向元件不動作，則判為正方向停止發信。它將根據圖2的邏輯方框圖進行判斷，保證縱聯保護的正確動作。

圖2

如圖2紅色框所示，用于弱電源側時，判斷任一相電壓或相間電壓低于30V時，M9或門置1，結合弱電源側由0改為1，則M8與門置1，同時M7或門置1，M5與門置1，M3與門置 0，停止發信，（備注：延時100ms后，M5與門置0，M3與門置1發信），保證在線路輕負荷，起動元件不動作的情況下，由對側保護快速切除故障。

3.2 允許式縱聯保護

允許式縱聯保護的允許信號含義是：本側保護啟動，收到對側的信號，則保護動作出口。在弱電源側，由于沒有提供足夠的短路電流，弱電源側保護不會啟動，因此它不會發出允許信號，兩側保護均不動作。因此在輸電線路存在弱電源繼續運行時，允許式縱聯保護的解決辦法是將保護定值清單中的弱電源側由0改為1。投入縱聯反方向距離元件，當故障電壓低于30V，且反向元件不動作，則判為正方向發允許信號。它將根據圖3的邏輯方框圖進行判斷，保證縱聯保護的正確動作。

如圖3所示，用于弱電源側時，判斷任一相電壓或相間電壓低于30V時，M2或門置1，結合弱電源側由0改為1，則M3與門置1，同時M4或門置1，結合收信，則M5、M6與門置1給對側發100ms允許信號，保證在線路輕負荷，起動元件不動作的情況下，由對側保護快速切除故障。

圖3

3.3 差動縱聯保護

差動縱聯保護即是光纖電流差動保護，它是借助于線路光纖通道，實時地向對側傳遞采樣數據，同時接收對側的采樣數據，各側保護利用本側和對側電流數據按相進行差動電流計算。當線路在正常運行或發生區外故障時，線路兩側電流相位是反向的，此時線路兩側的差電流為零；當線路發生區內故障時，線路兩側電流的差電流不再為零，其滿足電流差動保護的動作特性方程時，保護裝置發出跳閘令快速將故障相切除。

當有一側是弱電源側或無電源側，在線路內部短路時，無電源側起動元件可能不起動。例如無電源側變壓器中性點不接地，短路前線路空載，短路后由于既無電流突變量又無零序電流，起動元件不動作。起動元件不動作，程序在正常運行程序。此時無電源側差動繼電器沒有進行計算，不會向對側發允許信號。導致電源側電流縱差保護拒動。

基本的解決辦法：除兩相電流差突變量起動元件、零序電流起動元件和不對應起動元件外，光纖電流差動保護再增加一個低壓差流起動元件，起動判據如下：差流元件動作；差流元件的動作相或動作相間電壓≤60%UN；收到對側的允許信號。

這樣弱電源側保護起動，兩側保護都可以跳閘，光纖電流差動能很好地解決弱饋線路存在的問題，尤其光纖電流差動用兩側電壓信息能徹底解決弱饋線路存在的問題。

4 結論

通過對輸電線路縱聯保護弱電源側問題幾種常見類型和基本解決方法的分析，加深各專業人員對輸電線路縱聯保護弱電源側問題的認識。特別是在薄弱的電網結構中，涉及弱電源側運行的運行方式時，及時修改閉鎖式縱聯保護和允許式縱聯保護的弱電源側保護控制字，保證輸電線路縱聯保護的安全穩定運行。

[1]國家電力調度中心編.電力系統繼電保護實用技術問答（第二版）.中國電力出版社.

[2]南京南瑞繼電保護RCS-900系列高壓微機線路保護裝置培訓教材.