淺論輸電線路電流縱聯(lián)差動保護的優(yōu)缺點及存在問題的解決方法

周美娣

（國網(wǎng)宜昌供電公司，湖北 宜昌 443005）

0 引言

隨著社會的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)在人們生活中所占的地位已經(jīng)越來越重要，因此，維護輸電線路的安全穩(wěn)定運行，就成為了一個對當(dāng)前所以電力從業(yè)人員來說都十分重要的問題。在輸電線路的保護中，距離保護及電流電壓保護只需將其中一端線路的電流電壓引入繼電保護裝置，但是由于多種原因，這種保護裝置可能將區(qū)外故障誤判為區(qū)內(nèi)故障，因此，只有將保護的無時限保護范圍縮短至小于線路的全長。例如，保護I段的定值一般設(shè)定為線路全長的80%到85%，在被保護線路其余部分發(fā)生故障時，都只能由II段來切除。但對于某些重要的線路來說，是不允許出現(xiàn)此類情況的，所以從為了實現(xiàn)能夠無時限切除被保護線路的全長的目標(biāo)出發(fā)，現(xiàn)階段許多輸電線路都采用了縱聯(lián)保護的原理。

1 電流縱聯(lián)差動保護的原理及優(yōu)點

所謂輸電線路的縱聯(lián)保護，就是用某種通信通道將輸電線路兩端的保護裝置縱向聯(lián)結(jié)起來，將各端的電氣量（電流、功率的方向等）傳送到對端，將兩端的電氣量比較，以判斷故障在本線路范圍內(nèi)還是在線路范圍之外，從而決定是否切斷被保護線路。因此，理論上這種縱聯(lián)保護具有絕對的選擇性[1]。

而電流縱聯(lián)差動保護的原理，是基于基爾霍夫電流定律的。其判據(jù)為：

式中∑I為流入差動繼電器的總電流，IZD為保護動作整定值。

圖1-1 輸電線路電流縱聯(lián)差動保護原理圖

在圖1-1中，KD為差動繼電器，設(shè)電流的正方向為母線流向被保護線路的方向。當(dāng)線路內(nèi)部故障時（如k1點短路），流經(jīng)輸電線路兩側(cè)的故障電流均朝正方向，且M+N=k，式中k為 k1 點的短路電流；當(dāng)線路正常運行或被保護線路外部短路時（如k2點短路），輸電線路兩側(cè)的電流大小相等且方向相反，M+N=0。即在內(nèi)部短路時，短路電流很大，差動繼電器動作；而外部短路時，短路電流幾乎為0，差動繼電器不動作。

從上述原理的敘述中，可以看出，電流縱聯(lián)差動保護具有如下諸多優(yōu)點：能正確地判別內(nèi)部故障和外部故障，靈敏度高，簡單可靠，全線速動，流入繼電器的總電流不受系統(tǒng)運行方式、非全相運行和系統(tǒng)振蕩等影響，本身具有選相功能，這些優(yōu)點都是距離保護及電流電壓保護所沒有的，故如今電流差動保護已經(jīng)成為輸電線路主保護的首選原理之一，全國各地長期的運行經(jīng)驗也證明了其優(yōu)越性。

2 電流縱聯(lián)差動保護存在的問題及解決方法

2.1 電流互感器飽和的影響及解決方法

在電流縱聯(lián)差動保護中，電流互感器的飽和是一個不容忽視的問題，尤其是在短距離或超短距離輸電線路的短路電流越來越大，線路故障的大短路電流引起的電流互感器飽和會對差動保護性能產(chǎn)生巨大影響。

短路電流引起的電流互感器飽和會導(dǎo)致互感器二次電流的畸變，同時由于線路各端電流互感器的暫態(tài)響應(yīng)有差異，因此在保護區(qū)外故障時會使差流增大，可能導(dǎo)致差動保護的誤動作[2]。因此，對于電流差動保護的研究應(yīng)注意如下原則：①當(dāng)線路發(fā)生外部故障時，即使電流互感器飽和，也應(yīng)可靠不動作；②當(dāng)線路發(fā)生內(nèi)部故障時，即使電流互感器飽和時也應(yīng)可靠動作。

由此，本文提出了以下4個抗電流互感器飽和的措施：

①提高保護定值和在飽和時閉鎖差動保護；

②比率制動特性對于抑制電流互感器飽和引起的差動保護誤動，可以產(chǎn)生積極的作用，也是目前使用最廣泛的防差動誤動的措施。但是在電流互感器深度飽和時，采用比率制動特性的電流差動保護可能會誤動作；

③降低電流互感器的二次負(fù)載，這種方法需要縮短二次電纜長度以避免電流互感器的飽和，例如將繼電保護裝置就地安裝，但是這種方法在實際中通常難以實現(xiàn)；

④配置抗飽和能力強的繼電保護裝置。

2.2 輸電線路電容電流對縱聯(lián)差動保護的影響及解決方法

輸電線路的電壓等級越高，線路的分布電容就越大，它對縱聯(lián)電流差動保護的影響也就越大。本文以圖2-1中的兩端輸電線路為例，來考慮線路的分布電容對差動保護的影響。

圖2-1 兩端輸電線路

如向量圖2-2所示，當(dāng)發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時（k1點），由于存在電容電流mc和nc， 使得線路電流ml=mc+m和nl=nc+n的相位與幅值均發(fā)生變化。 當(dāng)ml和nl的相位差大于 90°時，差動保護即會發(fā)生拒動作。

圖2-2 區(qū)內(nèi)故障時電流電壓向量圖

如向量圖2-3所示，當(dāng)發(fā)生區(qū)外故障時（k2點），由于存在電容電流mc和nc， 同樣使得線路電流ml=mc+m和nl=nc+n的相位與幅值均發(fā)生變化。 當(dāng)ml和nl的相位差小于 90°時，差動保護即會發(fā)生誤動作。

圖2-3 區(qū)外故障時電流電壓向量圖

對于電容電流造成誤動的情況，本文提出以下幾種防誤動措施：

①提高差動繼電器比率制動特性曲線中的啟動電流定值，以躲過電容電流的影響，如取啟動電流定值為正常運行情況下本線路電容電流值的4到6倍，但是此方法是會降低內(nèi)部短路的靈敏度；

②在保護中增加一個短延時，在經(jīng)過短延時的時間之后，電容電流中的高頻分量已經(jīng)被極大衰減，然后再將啟動電流定值降低，如取正常情況下本線路電容電流值的1.5倍。將措施①和措施②結(jié)合使用，可躲過電容電流的影響，但此措施降低了保護動作的速動性；

③進行電容電流的補償。通常情況下，在超高壓遠(yuǎn)距離輸電線路上分布電容很大，往往在線路上安裝并聯(lián)電抗器，以補償部分電容電流。所以，如果線路上沒有安裝并聯(lián)電抗器的話，需要補償?shù)碾娙蓦娏骶褪潜揪€路的電容電流。但是如果線路上安裝了并聯(lián)電抗器的話，需要補償?shù)碾娙蓦娏鲬?yīng)該是并聯(lián)電抗器補償了部分本線路的電容電流以后剩余的電容電流[3]。

一般來說，常用的有電容電流補償方法有三種：穩(wěn)態(tài)電容電流的補償、基于時域的電容電流補償以及利用貝瑞隆模型構(gòu)成的線路差動保護。其中穩(wěn)態(tài)電容電流的補償無法求得高頻分量的電容電流，故無法補償高頻分量的電容電流，只能求得外部故障時需要補償?shù)谋揪€路穩(wěn)態(tài)電容電流；基于時域的電容電流補償方法可以補償暫態(tài)電容電流；而貝瑞隆模型是基于分布參數(shù)理論的，根據(jù)貝瑞隆方程構(gòu)成的差動保護在原理上不受電容電流的影響。

2.3 在弱饋情況對縱聯(lián)差動保護的影響及解決方法

所謂“弱饋”，指的是線路一側(cè)為弱電源甚至無電源的情況。在弱饋的情況下，如果發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，弱饋端由于三相電流都為零，且無電流的突變，所以啟動元件無法啟動[4]。

針對此情形，可以利用發(fā)生故障后線路電壓降會下降這一特點，在弱饋側(cè)設(shè)置一個低壓差流啟動元件，當(dāng)收到非弱饋側(cè)差動動作的信號，且差流元件動作，同時差流元件的動作相或相間電壓小于0.6倍的額定電壓時，該低壓差流啟動元件便會啟動。這樣，當(dāng)非弱饋側(cè)的保護收到該啟動信號后，就會驅(qū)動電流差動保護出口，從而迅速切除故障。

2.4 兩側(cè)采樣不同步對縱聯(lián)差動保護的影響及解決方法

輸電線路的縱聯(lián)差動保護是由兩端的兩套獨立采樣的裝置共同完成的，若它們的采樣時刻不加以調(diào)整，則一般情況下是不相同的，因此便會產(chǎn)生不平衡電流。為了避免產(chǎn)生不平衡電流，就需要兩端的保護裝置做到同步采樣。同步采樣的方法有：GPS同步法、參考相量同步法和數(shù)據(jù)通道同步法。其中，GPS同步法需要相應(yīng)的硬件支持，且受到外界環(huán)境因素的制約，應(yīng)用并不廣泛；參考相量法由于線路參數(shù)和電氣量測量的誤差，其精度不能得到保證；數(shù)據(jù)通道同步法是基于光纖通道收發(fā)延時相等的“等腰梯形算法”。

目前，國內(nèi)常用的方法是采樣時刻調(diào)整法，它是數(shù)據(jù)通道同步法的中一種，如許繼公司的光纖縱差保護裝置WXH-803。裝置通在電后，從機以主機裝置的相對時鐘為基準(zhǔn)，向主機發(fā)送延時時間和命令碼，主機按自己裝置的相對時鐘為基準(zhǔn)，計算出通道延時。然后，主機再將包括通道延時和采樣調(diào)整開始命令在內(nèi)的信息發(fā)送給從機。從機接收到采樣調(diào)整命令后，首先根據(jù)接到的報文計算兩端采樣時間差，再從下一采樣時刻起，自適應(yīng)設(shè)定調(diào)整步數(shù)，直至將采樣時間差調(diào)整為零。此方法要求通道收發(fā)路由必須一致。

3 結(jié)束語

本文針對輸電線路縱聯(lián)差動保護進行了原理介紹，說明了電流差動保護不受系統(tǒng)運行法師的變化、振蕩及非全相運行的影響，并結(jié)合實際列舉了輸電線路縱聯(lián)差動保護的優(yōu)缺點，且對縱聯(lián)差動保護應(yīng)注意的問題提出了解決方案，解決了一部分實際生產(chǎn)中遇到的問題。

［1］賀家李,宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護原理[M].2版.北京:中國電力出版社,2004,9.

［2］張方軍.基于瞬時采樣值的線路光纖縱聯(lián)差動保護研究[D].河海大學(xué)，2004,3.

［3］張保會，尹項根.電力系統(tǒng)繼電保護[M].北京：中國電力出版社，2005,5.

［4］國家電力調(diào)度中心.國家電網(wǎng)公司繼電保護培訓(xùn)教材[M].北京：中國電力出版社，2009，4.