高压输电线路 [高压输电线路单侧空充主保护分析和研究]

　　摘 要：线路纵联主保护是一种反应线路两侧电气量变化的保护，两侧保护通过通道介质相互交换彼此电气量数据，以便综合比较两侧电气量变化的信息作出是否发跳闸命令的决定，实现全线速动跳闸[1]，但对于单侧空充线路，由于线路故障时，对侧没有故障量，且开关位置又不确定（开关状态为检修合位或检修分位或热备用），此时纵联主保护的动作行为本文作了详细的实际模拟试验和理论分析，为日后调度运行管理提供了必要的依据，减少定值不断更改给设备运行带来的风险和生产维护的工作量。
　　关键词：主保护;单侧空充;开关分位;保护起动;差动动作。
　　引言：随着电网结构不断优化，投运线路的运行状态也随着电网方式不断调整而调整，特别是线路经常由运行状态转化为单侧空充状态或由单侧空充状态转化为运行状态，在运行状态下，目前微机保护都实现了线路区内故障全线速动跳闸，既纵联主保护动作[2]，但单侧空充情况下，由于线路故障时，对侧没有故障量，且开关位置又不确定（或检修合位或检修分位或热备用），所以我们对于保护是否在区内故障全线速动跳闸产生一定的疑虑，目前采取的措施是通过修改保护装置定值项“接地距离II段时间”和“相间距离II段时间”实现区内故障全线速动跳闸，避免空充线路区内（末端）故障跳闸时间过长引起越级跳闸。为此,本文作了详细的实际模拟试验和理论分析。
　　1、高压输电线路主保护介绍[3]
　　电流、电压、零序电流和距离保护都是反应输电线路一侧电气量变化的保护，这种反应一侧电气量变化的保护从原理上讲都区分不开本线路末端和相邻线路始端的短路。例如对于安装在图1 M侧的这类保护它区分不开本线路末端F1 点和相邻线路始端F2 点的短路。正因为这些原因凡是反应一侧电气量变化的保护都做成多段式的保护，它的缺陷是不能瞬时切除本线路全长范围内的短路。
　　反应M侧电气量变化的保护无法区别F1 和 F2点的短路，利用反应N侧电气量变化的保护确实很容易区分1这两点短路的，使用方向继电器，则 F1点位于正方向， F2点位于反方向。由此产生一种高压输电线路的纵联主保护，可以综合反应两侧电气量的变化，快速区分F1 和F2 点的短路，它的一个最大的优点就是可以瞬时切除本线路全长范围内的短路[2]。
　　纵联主保护既然反映线路两侧电气量变化，但由于高压输电线路运行方式调整，单侧空充时，一侧保护并没有故障电气量，本文对此时主保护的动作行为从试验和理论全面阐述。
　　2、理论分析
　　目前我局高压输电线路保护装置配置以南瑞继保公司RCS-900为主，其纵联主保护在线路单侧空充情况下防止拒动的解决方案大体是一致的（不同之处本文相应做出具体说明），所以对于线路单侧空充状态下纵联主保护动作行为存在的疑虑，本文仅以南瑞继保公司产品RCS-931BM为例分别从理论和试验全面阐述讨论。
　　为了方便表述，本文将一直运行侧开关称为本侧，运行方式不断调整的一侧称为对侧。高压输电线路运行主要包括两侧开关运行和单侧空充运行，而单侧空充运行包括三种情形：①、对侧保护无压，开关分位；②、对侧保护无压，开关合位；③、对侧保护有压，开关分位。
　　2.1、对侧保护有压、开关分位
　　即一般线路空充情况，即本侧开关运行，对侧开关热备用，此时对侧保护装置有正常母线电压，开关分位。
　　参考装置的工作原理说明书，如下图2，对侧开关在跳闸位置且无流的情况下，M1元件动作；当本侧故障电流由通道传输到对侧保护装置时，对侧保护计算得出差流，从而引起对侧差动元件（M7、M8或M9）动作，此时综合M1元件动作，M2元件随着动作，M2元件的动作直接导致M3元件动作，即会向本侧发送差动动作允许信号，当本侧收到对侧差动动作允许信号后会立即选择跳闸（M15、M16或M17动作）。
　　对侧由于不具备起动条件，仅是差动元件动作（M7、M8或M9），不足使跳闸出口元件M15、M16或M17动作。
　　图2、RCS-931电流差动动作方框图[2]
　　Figure 2. RCS-931 Current Differential action block diagram [2]
　　以上讨论的是以纵联差动保护为主保护的RCS-931装置，对于以纵联方向保护为主保护的RCS-901/902或RCS-941B装置来说，同样参考装置工作原理说明，当对侧开关在跳闸位置且无流的情况下，对侧始终向本侧发信，允许本侧跳闸。所以只要本侧判断线路正方向故障，本侧开关纵联主保护立即动作跳闸[2] [5]，这与RCS-931保护装置动作结果是一致的。
　　2.2、对侧保护无压、开关合位
　　即当本侧开关运行，对侧开关在检修位置，但在合位，类似情况经常存在，例如线路单侧空充运行，对侧由于开关缺陷，开关在检修，检修人员操作开关至合位。
　　此类情形如同对侧为弱电侧保护动作行为，其原理如下详述：
　　当输电线路一侧背后为小电源或无电源时该侧称为弱电侧[3]，一般情况下，当轻载或空载输电线路发生区内短路故障以后，弱电侧由于三相电流为零、又无电流的突变，故起动元件不起动，弱电源就无法向电源侧发“差动动作”的允许信号，因此造成电源侧的纵差保护因收不到允许信号而无法跳闸。为解决此问题，在纵联差动保护中除了有两相电流差突变量和零序电流起动元件以外可增加一个“低压差流起动元件”。该起动元件的起动条件为：①、差流元件动作。该差流元件就是用作选相用的高灵敏度的稳态量分相差动继电器。②、在TV没有断线的情况下差流元件的动作相或动作相间的电压小于0.6倍的额定电压，或在TV断线的情况下对侧电流大于本侧电流的4倍并延时30ms。③、收到对侧的‘差动动作’的允许信号。同时满足上述三个条件该起动元件起动[3]。
　　由此可见，对侧尽管故障电流为零，但发生线路区内故障时，本侧有短路电流，所以对侧的差流元件可以动作，满足第①个条件。由于对侧开关在检修位置，保护装置没有母线电压（刀闸切换继电器同时不动作），所以第②个条件自然满足。以上两个条件实际上说明线路上发生了短路。本侧由于起动元件和差动继电器都动作了，所以必向对侧发“差动动作”的允许信号，故而对侧第③个条件也能满足。于是对侧的低压差流起动元件起动，起动元件动作后在故障计算程序中检查到差动元件动作，可向本侧发“差动动作”的允许信号。这样本侧的纵联电流差动保护可以发跳闸命令了，对侧此时也满足跳闸条件也可跳闸[4]。