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1、1 前言 线路分相电流差动保护具有原理简单、工作可靠、选择性好等突出优点,目前在华东电网广泛应用.2008年1月的冰灾中,许多线路覆冰远远超出线路承受的能力,造成大面积断线或倒塔.架设在输电线路上的OPGW光缆和ADSS光缆,也遭到极大的破坏.电网多条线路OPGW光缆分相电流差动保护通道因覆冰严重而断线,500kV线路上的光纤电流差动保护因光纤通道中断而被迫退出运行.对于同时配置两套分相电流差动保护的线路,OPGW光缆断线后,相当于线路两套主保护同时失去.在这种情况下,如主保护通道无法快速迂回,线路极有可能被迫拉停.2 500kV线路保护介绍2.1保护配置要求2.1.1 500kV线路保护配置
2、基本要求对于500kV线路,应装设两套完整、独立的全线速动它保护.线路主保护按原理分三类：方向高频、高频距离和分相电流差动保护.主保护双重化；后备保护配置原则：1、采用近后备 2对相间短路,宜用阶段式距离保护；3对接地短路,应装设接地距离保护并辅以阶段式或反时限零序电流保护.主保护：满足系统稳定和设备安全要求,能以最快速度有选择地切除故障的保护.500kV保护按双重化原则配置.正常运行时,均有两套完全独立的保护装置同时运行.两套保护分别经不同的跳闸线圈跳闸；两套保护的直流电源分别取自两组完全独立的直流电源；后备保护：当主保护或开关拒动时,用以切除故障的保护.分近后备和远后备.近后备：故障元件自
3、身的后备保护动作切除故障失灵保护；远后备：相邻元件的保护动作切除故障. 辅助保护：补充主保护和后备保护性能,或当主保护和后备保护退出时用以切除故障的保护.短线保护、开关临时过流保护2.1.2主保护具体配置目前华东电网主保护的配置情况,按原理的不同分为分相电流差动、高频距离、方向高频.分相电流差动主要有以下型号：ABB : REL561 南京南瑞: RCS-931D；国电南自：PSL603；四方：CSC 103A；例如： REL561线路保护以分相电流差动作为主保护,以三段式接地距离和相间距离保护、反时限零序方向过流保护作为后备保护.保护还有合于故障、振荡闭锁、断线闭锁等功能.线路双方每5毫秒交
4、换一次三相电流信息,并分别进行计算.保护一端连续不断地向另一端发送有时间标记的信号,信号传到远端后,再与远端的就地时钟信息一起传回发送端.分相电流差动保护较其它全线速动保护有两个突出的优点：一是对系统中发生的各种故障,均能全线快速跳闸,不受系统振荡的影响；二是当同杆并架的双回线发生跨线故障时,保护能准确选相和选线,不会误动作. 配置REL561保护的线路,无专门的就地判别装置,电流差动保护原理简单,不受系统振荡、线路串补电容、平行互感、系统非全相运行方式的影响,差动保护本身具有选相能力,保护动作速度快,最适合作为主保护.高频距离主要有以下型号：ABB : REL521,REL531；国电南自：
5、PSL 602；高频距离是方向阻抗继电器.收发信机与距离保护配合构成高频距离：与距离段构成欠范围,与距离段构成超范围.欠范围方式起动发讯范围仅是本线的80%左右：由距离段发信,收到对侧载波机跳闸信号后加速段跳闸.超范围方式起动发讯范围超过本线：由方向元件起动由监频转为跳频发信,当收到对侧载波跳闸信号后加速段跳闸.500kV线路保护一般采用的是超范围允许式高频保护.系统现多用的REL521/531线路保护采用复用载波通道方式.线路保护的两台载波机PLC1和PLC2都有快速、慢速两个通道,采用相相耦合方式,正常通道发送监频信号.远方跳闸采用光纤通道,并经就地判别装置线路保护中含有远传功能,利用光纤
6、通道,将远方跳闸信号传送至对侧,对侧经就地判别装置动作出口跳对应开关.配置远跳就地判别装置REL501,REL501也是微机型保护装置,其距离保护和方向零序电流保护能反映系统各种故障,一般使用超范围距离元件和方向零序电流保护,作为就地故障判别.I/O接口输入载波机慢速通道信号跳频、监频两个空接点,由CPU作逻辑判断后,实现跳闸.方向高频保护主要有以下型号：NARI : RCS-901D,LFP-901D.其方向元件为工频变化量方向元件和零序电流方向元件,保护启动后,立即启动收发信机发闭锁信号,两个方向元件任一个方向判断为反方向时,立即闭锁停信.之后,如果任一个方向元件判断为正方向时,收发信机停
7、信,若此时对侧也停信,保护动作出口.例如：LFP901D保护装置包括以工频变化量方向元件和零序方向元件为主体的快速主保护,由工频变化量距离元件构成的快速段保护、三段式相间和接地距离与二个延时段零序方向过流作为后备的全套后备保护.与LFP901D高频距离保护配套设置的远方跳闸就地判别装置为LFP-925.LFP925装置主要功能为远方跳闸与过电压保护,有保护与管理两块CPU,管理CPU内设总起动元件,动作后开放出口继电器正电源.远方跳闸可实现二取二、二取一与收信直跳等逻辑功能,一般只采用一取一逻辑,故障判别元件有电流变化量、零序电流等多种,一般整定采用低功率作判据.差动保护的优点：解决了高频相差
8、、高频距离、高频方向很难解决的系统振荡、高阻接地、选相、复故障等问题.高频距离的优点：对通道要求不高,不需同步调整,对通道可实时检测.可采用不同原理的原件分命令传输,解决了跨线故障、选相等问题.差动保护的缺点: 对光纤通道的依赖性强,要求通道不中断、误码率要低,需要同步采样,通道延时要求高;不同光纤差动保护需要不同的通道；只能和同型号的光纤差动构成整套主保护,用旁路断路器带线路断路器时不易配合；2.1.3 后备保护具体配置：阶段式后备距离双重化包括三段式相间距离和三段式接地距离；反时限方向零流双重化灵敏度很高.过电压保护.满足条件：原则上,线路长度150kM才考虑配该保护；测量电压1.3UN
9、,延时0.3秒保护动作；过电压保护动作发远跳跳对侧开关,本侧对应开关在分闸状态该保护才投入,仅反应工频过电压.短线保护.满足条件：用于一个半开关接线带出线闸刀的场合；躲正常不平衡电流,尽可能躲负荷电流；本保护只有出线闸刀拉开后方可投跳.远方跳闸.起动远方跳闸的保护是：高压电抗器保护动作、过电压保护动作、断路器失灵保护动作.2.2 高频保护的介绍2.2.1 概念与特点:原理：为了实现输电线路的快速保护,研究了得用输电线路本身作为一个通道,在输电线路传50Hz工频电流的同时,迭加传送一个载波讯号的方法,载波讯号一般采用50-400kHz的高频电流.这样构成的保护就称为高频保护.它的保护范围只限于本
10、线路,故它的动作时限不必与相邻保护相配合而构成全线速动保护.选择性好,灵敏度高.还需装设后备保护.线路高频保护具体原理与特点：线路高频保护是当线路发生故障时,使两侧开关同时快速跳闸的一种保护装置,是线路的主保护.它以线路两侧判别量的特定关系作为判据.即两侧均将判别量借助通道传送到对侧,然后,两侧分别按照对侧与本侧判别量之间的关系来判别区内故障或区外故障.因此,判别量和通道是纵联保护装置的主要组成部分.方向高频保护是比较线路两端各自看到的故障方向,以判断是线路内部故障还是外部故障.如果以被保护线路内部故障时看到的故障方向为正方向,则当被保护线路外部故障时,总有一侧看到的是反方向.相差高频保护是比
11、较被保护线路两侧工频电流相位的高频保护.当两侧故障电流相位相同时保护被闭锁 高频闭锁距离保护是以线路上装有方向性的距离保护装设作为基本保护,增加相应的发信与收信设备,通过通道构成纵联距离保护.2.2.2 高频保护工作原理：目前广泛应用的是高频方向,其基本工作原理是比较两侧功率方向,它的正方向是由母线指向线路,如下图1所示： M K1 N K2图1例证方向K1故障时,保护区内故障,两侧都是正方向,保护动作跳闸.K2故障时,保护区外故障,M侧判为正方向,N侧判为反方向,此时若为允许式保护则N侧不发允许信号,不跳闸；此时若为闭锁式保护则N侧发闭锁信号,不跳闸.高频闭锁距离和另序电流方向保护,动作正方
12、向为故障电流由母线流向线路.系统发生故障时,立即起动发信起动发信元件没有方向性,若故障在本线路,经小延时后,距离和另序电流方向保护动作停信,快速跳闸.若故障在区外,线路一侧为正方向,起动发信后停信,另一侧保护为反方向,起动发信后不停信,该高频信号立即闭锁两侧高频保护而不能跳闸.采用相-地耦合方式的通道设备. 高频允许式保护,收到允许信号是保护跳闸的必要条件之一；允许式高频信号采用移频制键控方式FSK,正常运行时连续送监频信号,监视通道的完好.故障时保护动作立即停发监频信号,满功率提升移频发允许跳频信号.在故障时高频信号绝对不能中断,使用相-相耦合方式,实现通道双重化.允许信号可选用任意段距离保
13、护发信,由距离段发送允许信号称欠范围允许式距离保护；由距离段或段发送允许信号称超范围允许式距离保护.采用相-相耦合方式的通道设备. 2.2.3 高频通道的三种工作方式故障发信：平时不发信,故障时发信,工作时间短,寿命长.长期发信：一直发信,故障时停信,工作量大,寿命短.移频式：正常时发f1监频信号,以监视通道的完好状态,同时也表示载波机工作正常,并起闭锁保护作用,当故障时,移频,发f2跳频信号.盐都变的500kV线路保护就是采用这种发信方式.2.2.4 高频保护相关防误动、防拒动逻辑回路分析主要包括以下几个方面:解除闭锁式UNBLOCKING功能原理；弱馈回授式混合式；功率倒向问题；同杆异名相
14、故障问题.解除闭锁式UNBLOCKING功能原理.普和平1认为：500kV线路保护采用允许式、采用相-相耦合结合设备的载波机,当发生多相故障时,高频通道被破坏,载波机收不到信号跳频、监频全无.此时将允许式保护在短时间内变成闭锁形式,即解除闭锁式功能,则仍可使高频保护经较短延时动作来比较快地切除故障.所以允许式高频保护增加了解除闭锁式UNBLOCKING功能.弱馈回授式混合式.弱馈回授逻辑：在一端处于弱电源的情况下,或者说在单侧电源的情况下,发生区内故障时, 弱电源侧的阻抗元件可能不动作,则通道跳闸允许信号不发出来使对侧不能迅速切除故障.弱电源侧满足如下条件：收到对侧允许信号；本侧正方向元件不动
15、；本侧反方向元件也不动；没有闭锁信号如CVT断线、系统振荡.采取措施：弱电源侧把接收到的允许信号转发回去,一般仅转发200ms,然后停发.功率倒向问题.功率倒向逻辑分析如下图2和图3所示,李小明等人2认为,在平行线路中,为防止由于一回线故障切除后,导致另一回线应功率倒相而误动,装置中设置了功率倒相逻辑.功率倒向逻辑的主要作用是防止这种情况下的保护误动.在检测到电流反向时,功率倒向逻辑给出一个输出去闭锁远端的高频保护发信,并闭锁近端的允许式保护跳闸.闭锁条件保持得足够长以保证在发生电流反向时保护不会误动作.B：1跳闸后,A：2和B：2检测到的故障电流都反向了,此时,要输出去闭锁远端的高频保护发信,并闭锁近端的允许式保护跳闸.请注意：判别为电流反向后,并不是闭锁保护动作,如下图3中如A：1保护拒动或开关拒动,是需要B：2开关保护段或段延时切除故障的.采取措施：由不动到动的一侧,保护延时出口发信和跳本侧开关.2060ms图2 功率倒向逻辑L1L2A:1B:1B:2A:2强电源弱电源ABL1L2A:1B:1A:2强电源弱电源AB图3一回线故障切除后电流分布
