输电线路纵联保护的弱电源侧问题探析

关俊杰 张亮如

（山西省临汾供电分公司，山西 临汾 041000）

1 输电线路纵联保护的基本原理

在输电线路的保护配置中，仅反应线路一侧的电气量不可能区分本线末端和对侧母线（相邻线路始端）故障，只有反应线路两侧的电气量才能区分上述两点故障，达到有选择性地快速切除全线故障的目的。为此需要将线路一侧的电气量信息传输到另一侧去，在线路两侧之间发生纵向的联系。这种保护就是输电线路的纵联保护。输电线路中的纵联保护是线路保护的主保护，由于纵联保护在电网中可以实现全线速动，因此它能以最快的速度有选择地切除被保护线路的故障。因此它是保证电力系统稳定并列运行和缩小故障的损坏程度的主要保护。

纵联保护中为了交换信息，需要利用各种通道，构成各种保护。但是通道只是交换信息的手段，纵联保护中最为关键的还是保护动作的原理。按照保护动作的原理，纵联保护可以分为两类：一种是方向纵联保护与距离纵联保护。另外一种是差动纵联保护。方向纵联保护与距离纵联保护的主要原理是根据两侧保护继电器反应本侧的电气量，利用通道将继电器对故障方向判断的结果传送到对侧，每侧保护根据两侧保护继电器的动作经过逻辑判断区分是区内还是区外故障。这种原理的保护是间接比较两侧的电气量，在通道中传送逻辑信号。按照保护判别方向所用的继电器分为方向纵联保护与距离纵联保护。差动纵联保护是利用通道将本侧电流的波形或者代表电流相位的信号传送到对侧，每侧保护根据对两侧电流幅值和相位比较的结果区分是区外故障还是区内故障。这种原理的保护是直接比较两侧的电气量。称之为差动纵联保护。由此可见，根据纵联保护的原理，纵联保护的核心内容就是必须两侧都有电流量，否则方向无法判断，幅值和相位无法比较。

2 输电线路纵联保护的弱电源侧问题

根据电力系统供电可靠性的要求，输电线路在正常的运行方式下，线路的两侧均是强电源侧，但是在某些特定的运行方式下，由于输电线路或者变电站设备的运行维护的需要，将会出现输电线路存在弱电源侧的问题。假如输电线路存在弱电源侧的情况下发生区内故障，由于弱电源侧系统不能提供足够的短路电流，而引起纵联保护不能正确判断，导致两侧保护不能快速跳闸甚至拒动。（如图1所示）

图1

如图1所示，当输电线路MN之间发生故障（红色箭头），M侧是强电源侧，可以向故障点提供短路电流，但是由于N侧是负荷侧或者弱电源侧，不能提供足够的短路电流，影响输电线路纵联保护的正确判断。

3 输电线路纵联保护弱电源侧问题的常见类型和基本解决方法。

输电线路常用的纵联保护配置有：闭锁式纵联保护、允许式纵联保护、光纤电流差动等。

3.1 闭锁式纵联保护

闭锁式纵联保护的闭锁信号含义是：本侧保护启动，收不到对侧的信号，则保护动作出口。在弱电源侧，由于没有提供足够的短路电流，弱电源侧保护不会启动，因此它将根据远方起动发信的元件，当接收到对侧信号后，则立即发信，将闭锁两侧保护，两侧保护均不动作。因此在输电线路存在弱电源继续运行时，闭锁式纵联保护的解决办法是将保护定值清单中的弱电源侧由0改为1。投入纵联反方向距离元件，当故障电压低于30V，且反向元件不动作，则判为正方向停止发信。它将根据图2的逻辑方框图进行判断，保证纵联保护的正确动作。

图2

如图2红色框所示，用于弱电源侧时，判断任一相电压或相间电压低于30V时，M9或门置1，结合弱电源侧由0改为1，则M8与门置1，同时M7或门置1，M5与门置1，M3与门置 0，停止发信，（备注：延时100ms后，M5与门置0，M3与门置1发信），保证在线路轻负荷，起动元件不动作的情况下，由对侧保护快速切除故障。

3.2 允许式纵联保护

允许式纵联保护的允许信号含义是：本侧保护启动，收到对侧的信号，则保护动作出口。在弱电源侧，由于没有提供足够的短路电流，弱电源侧保护不会启动，因此它不会发出允许信号，两侧保护均不动作。因此在输电线路存在弱电源继续运行时，允许式纵联保护的解决办法是将保护定值清单中的弱电源侧由0改为1。投入纵联反方向距离元件，当故障电压低于30V，且反向元件不动作，则判为正方向发允许信号。它将根据图3的逻辑方框图进行判断，保证纵联保护的正确动作。

如图3所示，用于弱电源侧时，判断任一相电压或相间电压低于30V时，M2或门置1，结合弱电源侧由0改为1，则M3与门置1，同时M4或门置1，结合收信，则M5、M6与门置1给对侧发100ms允许信号，保证在线路轻负荷，起动元件不动作的情况下，由对侧保护快速切除故障。

图3

3.3 差动纵联保护

差动纵联保护即是光纤电流差动保护，它是借助于线路光纤通道，实时地向对侧传递采样数据，同时接收对侧的采样数据，各侧保护利用本侧和对侧电流数据按相进行差动电流计算。当线路在正常运行或发生区外故障时，线路两侧电流相位是反向的，此时线路两侧的差电流为零；当线路发生区内故障时，线路两侧电流的差电流不再为零，其满足电流差动保护的动作特性方程时，保护装置发出跳闸令快速将故障相切除。

当有一侧是弱电源侧或无电源侧，在线路内部短路时，无电源侧起动元件可能不起动。例如无电源侧变压器中性点不接地，短路前线路空载，短路后由于既无电流突变量又无零序电流，起动元件不动作。起动元件不动作，程序在正常运行程序。此时无电源侧差动继电器没有进行计算，不会向对侧发允许信号。导致电源侧电流纵差保护拒动。

基本的解决办法：除两相电流差突变量起动元件、零序电流起动元件和不对应起动元件外，光纤电流差动保护再增加一个低压差流起动元件，起动判据如下：差流元件动作；差流元件的动作相或动作相间电压≤60%UN；收到对侧的允许信号。

这样弱电源侧保护起动，两侧保护都可以跳闸，光纤电流差动能很好地解决弱馈线路存在的问题，尤其光纤电流差动用两侧电压信息能彻底解决弱馈线路存在的问题。

4 结论

通过对输电线路纵联保护弱电源侧问题几种常见类型和基本解决方法的分析，加深各专业人员对输电线路纵联保护弱电源侧问题的认识。特别是在薄弱的电网结构中，涉及弱电源侧运行的运行方式时，及时修改闭锁式纵联保护和允许式纵联保护的弱电源侧保护控制字，保证输电线路纵联保护的安全稳定运行。

[1]国家电力调度中心编.电力系统继电保护实用技术问答（第二版）.中国电力出版社.

[2]南京南瑞继电保护RCS-900系列高压微机线路保护装置培训教材.