輸電線路縱聯保護的弱電源側問題分析

摘 要：現代電力系統日趨龐大和復雜，電網運行中的一些特殊情況很大程度上加大了繼電保護工作的難度，電力企業必須結合實際情況有效解決這些難題。該文結合廣東深圳地區電網實際運行情況，分析輸電線路縱聯保護的弱電源側問題，并提出具體解決措施，實現電力系統安全穩定運行。

關鍵詞：輸電線路 縱聯保護 弱電源側

中圖分類號：TM773 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）08（a）-0022-02

一般運行狀態下，輸電線路兩側均為強電源，一些特殊情況下，其中一側可能為弱電源。當一側為弱電源側情況下線路發生故障時，由于弱電源側故障電流較小甚至為零，線路保護動作的可靠性受到很大影響。縱聯保護是電網輸電線路保護中運用最廣泛的一種主保護，電力人員要對縱聯保護的弱電源問題具有明確認識，并對該問題予以解決，以保障電網的良好運行。

1 輸電線路縱聯保護原理

輸電線路縱聯保護，是指通過交換線路兩側判別量作為判據判別區內區外故障，從而跳開兩端開關實現快速切除全線故障的保護。縱聯保護兩側均借助通道將本側判別量信息傳輸到對側，使線路兩側保護裝置互為聯系。作為線路保護的主保護，縱聯保護能夠實現輸電線路的全線速動，從而在最短時間內對被保護線路故障進行選擇性切除。借助縱聯保護，能夠為電力系統提供一個安全穩定的運行環境，最大限度地控制故障造成的影響。

縱聯保護按照保護原理可分為方向或距離縱聯保護和縱聯差動保護兩大類。前者通過兩側的方向或者距離元件來判斷是否正方向故障，若本側元件動作，則向對側發送允許信號（以允許式保護為例），若本側元件動作并且收到對側的允許信號，開關才能動作跳閘。因此，只有具備了兩側保護元件同時動作，才能實現兩端同時跳閘，從而對區內故障和區外故障進行明確區分。縱聯差動保護則借助通道實現兩側電流信號的實時交換，兩側均通過計算本側和對側電流的矢量從而得出差動電流，若差動電流大于制動電流，則保護動作并向對側發信。當線路正常運行或者存在區外故障時，它兩側電流相位的狀態是相反的，此時保護裝置無差流。線路出現區內故障時，其兩側裝置均計算出有差流，滿足電流差動保護動作特性方程，保護裝置及時動作切除故障。深圳電網110 kV輸電線路采用的縱聯保護主要為南京南瑞繼保公司生產的RCS-941系列縱聯距離和零序方向元件為主體的成套保護裝置和RCS-943系列以分相電流差動和零序電流差動為主體的成套保護裝置。

2 輸電線路縱聯保護的弱電源側問題

正常運行狀態下，輸電線路兩側都是強電源側，才能實現電力系統供電的可靠性。但是，特定運行狀態下，輸電線路也會存在弱電源側情況，這種線路出現區內故障時，弱電源側系統的短路電流不足，使得縱聯保護很難進行正確判定（如圖1所示）。

假設輸電線路MN之間存在故障。故障點k的短路電流，主要依靠作為強電源側的M提供，故M側保護元件可動作并發信。而N側作為負荷側或弱電源側，沒有充足的短路電流補給，該側保護元件難以動作，甚至在極端情況下可能出現保護不起動的問題，造成兩邊開關均無法快速切除故障，從而對電力系統造成較大損害。

3 輸電線路縱聯保護的弱電源側問題解決措施

3.1 縱聯距離保護

以深圳電網110 kV線路中普遍采用的南瑞繼保公司生產的RCS-941系列高壓輸電線路成套保護裝置（允許式）為例，為應對弱電源側保護可能由于故障電流低而不動作的問題，該保護裝置增加一個反方向距離繼電器，此繼電器僅在“弱電源側”控制字置“1”時才投入。若一側為弱電側線路發生故障時，保護投入縱聯反方向距離元件，當故障相或相間電壓低于30 V，且反方向元件不動作，則判斷為正方向發生故障，從而動作并向對側發送允許信號。

極端情況下，若弱電源側為完全無電源，短路前線路負荷也很輕甚至空載，又沒用中性點接地的變壓器時，由于流過保護的電流在短路前后都接近為零，零序電流亦為零，這時保護起動元件不動作，裝置不起動。此種情況下，當弱電源側保護判斷任一相電壓低于34.6 V或相間電壓低于60 V，且收到對側信號后，立即給對側發100 ms允許信號，保證在線路輕負荷保護不起動的情況下，可由對側保護快速切除故障。另外，若本側TWJ動作，且收到對側信號，則給對側發100 ms允許信號，確保對側切除故障，此為空充線路短路時的應對措施。

3.2 縱聯差動保護

縱聯差動保護同樣會遇到既無電源又無中性點接地的變壓器的單側電源線路在輕載或空載情況下發生區內短路的問題。發生短路故障后，由于弱電源側保護可能不起動，該側保護不會進入故障計算程序，更不會向對側發送允許信號，故會引兩側電流差動保護均拒動。針對此問題，當前主流縱聯差動保護裝置中，均加入“低壓差流起動元件”作為解決方案，該元件起動條件為：（1）差流元件動作；（2）差流元件的動作相或動作相之間的電壓小于0.6倍的額定電壓；（3）接收到對側保護發送的允許信號。同時滿足上述3個條件時該起動元件動作，保護起動后，雖然弱電源側故障電流小，但是強電源側故障電流較大，保護可以計算出差動電流，兩側差流元件均可以動作并發信，從而達到跳閘切除故障的目的。

特殊情況下，若一側開關在分閘位置，即線路空充運行時，為解決該情況下可能造成的拒動，一般在保護中增加以下邏輯：若本側三相TWJ均動作，且差流元件動作，則向對側發送允許信號，于是對側保護可以順利跳閘切除故障。

3.3 實際運行中的其他應對措施

以深圳電網為例，實際運行中，若出現輸電線路一側為弱電源系統或者線路空充運行的接線方式時，通常會將保護裝置后備保護中的接地距離Ⅱ段、Ⅲ段和相間距離Ⅱ段、Ⅲ段以及零序過流Ⅱ段、Ⅲ段的時間定值改小，一般可將Ⅱ段時間定值改至0.05 s，從而確保即使主保護未能可靠動作的情況下，后備保護也能盡快動作以減小故障對電網系統造成的影響。

4 結語

該文分析了常見的輸電線路縱聯保護的弱電源側問題，并總結出了實際運用中的具體解決措施，為電網運行人員的日常工作提供了理論借鑒。電力人員可以對縱聯距離保護的弱電源側保護控制前進行更改或者通過后備保護時間定值的更改等方法解決電網結構中的弱電源側運行問題，為輸電線路縱聯保護營造一個安全穩定的運行環境。

參考文獻

[1]關俊杰，張亮如.輸電線路縱聯保護的弱電源側問題探析[J].中國新技術新產品，2010（12）：132.

[2]南瑞繼保電氣有限公司.RCS-941A（B、D）型高壓輸電線路成套保護裝置技術說明書[M].南京：南瑞繼保電氣有限公司，2002：8-24.