周美娣

（國(guó)網(wǎng)宜昌供電公司，湖北 宜昌 443005）

0 引言

隨著社會(huì)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(lái)越重要，因此，維護(hù)輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行，就成為了一個(gè)對(duì)當(dāng)前所以電力從業(yè)人員來(lái)說(shuō)都十分重要的問(wèn)題。在輸電線路的保護(hù)中，距離保護(hù)及電流電壓保護(hù)只需將其中一端線路的電流電壓引入繼電保護(hù)裝置，但是由于多種原因，這種保護(hù)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(hù)的無(wú)時(shí)限保護(hù)范圍縮短至小于線路的全長(zhǎng)。例如，保護(hù)I段的定值一般設(shè)定為線路全長(zhǎng)的80%到85%，在被保護(hù)線路其余部分發(fā)生故障時(shí)，都只能由II段來(lái)切除。但對(duì)于某些重要的線路來(lái)說(shuō)，是不允許出現(xiàn)此類情況的，所以從為了實(shí)現(xiàn)能夠無(wú)時(shí)限切除被保護(hù)線路的全長(zhǎng)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(hù)的原理。

1 電流縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的原理及優(yōu)點(diǎn)

所謂輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)，就是用某種通信通道將輸電線路兩端的保護(hù)裝置縱向聯(lián)結(jié)起來(lái)，將各端的電氣量（電流、功率的方向等）傳送到對(duì)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(hù)線路。因此，理論上這種縱聯(lián)保護(hù)具有絕對(duì)的選擇性[1]。

而電流縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)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(dòng)繼電器的總電流，IZD為保護(hù)動(dòng)作整定值。

圖1-1 輸電線路電流縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理圖

在圖1-1中，KD為差動(dòng)繼電器，設(shè)電流的正方向?yàn)槟妇€流向被保護(hù)線路的方向。當(dāng)線路內(nèi)部故障時(shí)（如k1點(diǎn)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(diǎn)的短路電流；當(dāng)線路正常運(yùn)行或被保護(hù)線路外部短路時(shí)（如k2點(diǎn)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(shí)，短路電流很大，差動(dòng)繼電器動(dòng)作；而外部短路時(shí)，短路電流幾乎為0，差動(dòng)繼電器不動(dòng)作。

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

2 電流縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)存在的問(wèn)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(dòng)保護(hù)中，電流互感器的飽和是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題，尤其是在短距離或超短距離輸電線路的短路電流越來(lái)越大，線路故障的大短路電流引起的電流互感器飽和會(huì)對(duì)差動(dòng)保護(hù)性能產(chǎn)生巨大影響。

短路電流引起的電流互感器飽和會(huì)導(dǎo)致互感器二次電流的畸變，同時(shí)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(hù)區(qū)外故障時(shí)會(huì)使差流增大，可能導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)作[2]。因此，對(duì)于電流差動(dòng)保護(hù)的研究應(yīng)注意如下原則：①當(dāng)線路發(fā)生外部故障時(shí)，即使電流互感器飽和，也應(yīng)可靠不動(dòng)作；②當(dāng)線路發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，即使電流互感器飽和時(shí)也應(yīng)可靠動(dòng)作。

由此，本文提出了以下4個(gè)抗電流互感器飽和的措施：

①提高保護(hù)定值和在飽和時(shí)閉鎖差動(dòng)保護(hù)；

②比率制動(dòng)特性對(duì)于抑制電流互感器飽和引起的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，可以產(chǎn)生積極的作用，也是目前使用最廣泛的防差動(dòng)誤動(dòng)的措施。但是在電流互感器深度飽和時(shí)，采用比率制動(dòng)特性的電流差動(dòng)保護(hù)可能會(huì)誤動(dòng)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(zhǎng)度以避免電流互感器的飽和，例如將繼電保護(hù)裝置就地安裝，但是這種方法在實(shí)際中通常難以實(shí)現(xiàn)；

④配置抗飽和能力強(qiáng)的繼電保護(hù)裝置。

2.2 輸電線路電容電流對(duì)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的影響及解決方法

輸電線路的電壓等級(jí)越高，線路的分布電容就越大，它對(duì)縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)的影響也就越大。本文以圖2-1中的兩端輸電線路為例，來(lái)考慮線路的分布電容對(duì)差動(dòng)保護(hù)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(shí)（k1點(diǎn)），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(shí)，差動(dòng)保護(hù)即會(huì)發(fā)生拒動(dòng)作。

圖2-2 區(qū)內(nèi)故障時(shí)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(shí)（k2點(diǎn)），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(shí)，差動(dòng)保護(hù)即會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作。

圖2-3 區(qū)外故障時(shí)電流電壓向量圖

對(duì)于電容電流造成誤動(dòng)的情況，本文提出以下幾種防誤動(dòng)措施：

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

②在保護(hù)中增加一個(gè)短延時(shí)，在經(jīng)過(guò)短延時(shí)的時(shí)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(dòng)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(guò)電容電流的影響，但此措施降低了保護(hù)動(dòng)作的速動(dòng)性；

③進(jìn)行電容電流的補(bǔ)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(bǔ)償部分電容電流。所以，如果線路上沒(méi)有安裝并聯(lián)電抗器的話，需要補(bǔ)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(bǔ)償?shù)碾娙蓦娏鲬?yīng)該是并聯(lián)電抗器補(bǔ)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(lái)說(shuō)，常用的有電容電流補(bǔ)償方法有三種：穩(wěn)態(tài)電容電流的補(bǔ)償、基于時(shí)域的電容電流補(bǔ)償以及利用貝瑞隆模型構(gòu)成的線路差動(dòng)保護(hù)。其中穩(wěn)態(tài)電容電流的補(bǔ)償無(wú)法求得高頻分量的電容電流，故無(wú)法補(bǔ)償高頻分量的電容電流，只能求得外部故障時(shí)需要補(bǔ)償?shù)谋揪€路穩(wěn)態(tài)電容電流；基于時(shí)域的電容電流補(bǔ)償方法可以補(bǔ)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(dòng)保護(hù)在原理上不受電容電流的影響。

2.3 在弱饋情況對(duì)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)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(wú)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(wú)電流的突變，所以啟動(dòng)元件無(wú)法啟動(dòng)[4]。

針對(duì)此情形，可以利用發(fā)生故障后線路電壓降會(huì)下降這一特點(diǎn)，在弱饋側(cè)設(shè)置一個(gè)低壓差流啟動(dòng)元件，當(dāng)收到非弱饋側(cè)差動(dòng)動(dòng)作的信號(hào)，且差流元件動(dòng)作，同時(shí)差流元件的動(dòng)作相或相間電壓小于0.6倍的額定電壓時(shí)，該低壓差流啟動(dòng)元件便會(huì)啟動(dòng)。這樣，當(dāng)非弱饋側(cè)的保護(hù)收到該啟動(dòng)信號(hào)后，就會(huì)驅(qū)動(dòng)電流差動(dòng)保護(hù)出口，從而迅速切除故障。

2.4 兩側(cè)采樣不同步對(duì)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的影響及解決方法

輸電線路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是由兩端的兩套獨(dú)立采樣的裝置共同完成的，若它們的采樣時(shí)刻不加以調(diào)整，則一般情況下是不相同的，因此便會(huì)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(hù)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(cè)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(shí)相等的“等腰梯形算法”。

目前，國(guó)內(nèi)常用的方法是采樣時(shí)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(hù)裝置WXH-803。裝置通在電后，從機(jī)以主機(jī)裝置的相對(duì)時(shí)鐘為基準(zhǔn)，向主機(jī)發(fā)送延時(shí)時(shí)間和命令碼，主機(jī)按自己裝置的相對(duì)時(shí)鐘為基準(zhǔn)，計(jì)算出通道延時(shí)。然后，主機(jī)再將包括通道延時(shí)和采樣調(diào)整開(kāi)始命令在內(nèi)的信息發(fā)送給從機(jī)。從機(jī)接收到采樣調(diào)整命令后，首先根據(jù)接到的報(bào)文計(jì)算兩端采樣時(shí)間差，再?gòu)南乱徊蓸訒r(shí)刻起，自適應(yīng)設(shè)定調(diào)整步數(shù)，直至將采樣時(shí)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(yǔ)

本文針對(duì)輸電線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行了原理介紹，說(shuō)明了電流差動(dòng)保護(hù)不受系統(tǒng)運(yùn)行法師的變化、振蕩及非全相運(yùn)行的影響，并結(jié)合實(shí)際列舉了輸電線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)，且對(duì)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)應(yīng)注意的問(wèn)題提出了解決方案，解決了一部分實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題。

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

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

［3］張保會(huì)，尹項(xiàng)根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005,5.

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