湯大海 ，戴網(wǎng)虎 ，趙海林 ，曹 斌 ，陳永明 ，黃 治 ，祁 明

（1.鎮(zhèn)江供電公司，江蘇鎮(zhèn)江212001；2.揚中供電公司，江蘇揚中212200）

220 kV線路保護廣泛采用2套縱聯(lián)保護作為快速切除線路故障的主保護，來保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行[1，2]。目前，220 kV線路縱聯(lián)保護常用的有載波通道高頻閉鎖方向保護、高頻閉鎖距離零序電流保護（上述2保護可簡稱高頻保護）、光纖通道的縱聯(lián)允許方向保護（簡稱光纖高頻保護）和光纖通道的分相電流差動保護。隨著光纖通道大量的運用和光纖分相電流差動保護具有天然的選相性能，光纖分相電流差動保護已在220 kV電網(wǎng)得到廣泛運用。上述保護在單電源環(huán)網(wǎng)和單電源供電線路中，由于性能各不相同，因此，在單電源環(huán)網(wǎng)和單電源供電線路上的運行效果各不相同。2009年，鎮(zhèn)江供電公司2條220 kV線路保護裝置在更換選型時，原配置方案為2套載波通道的高頻閉鎖方向保護，由于高頻保護載波通道在單電源環(huán)網(wǎng)中存在一系列問題[3-5]，同時載波通道干擾致使高頻保護區(qū)外故障誤動等等，保護更換時希望配置光纖通道的分相電流差動保護或光纖通道的高頻保護。雖然沒有光纖通道，但利用了附近線路的OPGW光纖迂回通道[6]并結(jié)合該線路近期改造計劃，每條線路配置了至少1套光纖分相電流差動保護，實現(xiàn)線路保護的最佳配置，從而提高電網(wǎng)的運行性能。

1 單電源環(huán)網(wǎng)的形成

1.1 220 kV電網(wǎng)分層分區(qū)形成單電源環(huán)網(wǎng)

隨著江蘇省500 kV電網(wǎng)的增強，為限制短路電流，防止500 kV電網(wǎng)與220 kV電網(wǎng)電磁環(huán)網(wǎng)造成對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響，江蘇省220 kV電網(wǎng)已分成若干個“分區(qū)”運行[7]。2005年始鎮(zhèn)江220 kV電網(wǎng)分為東部電網(wǎng)和西部電網(wǎng)運行。220 kV電網(wǎng)“分區(qū)”運行后，造成了許多單電源環(huán)網(wǎng)或單電源供電線路。

1.2 電廠檢修局部電網(wǎng)形成單電源環(huán)網(wǎng)

鎮(zhèn)江西部局部220 kV電網(wǎng)見圖1。其中D變電所為內(nèi)橋接線，故為單電源供電變電所。2009年初，某電廠發(fā)電設(shè)備檢修，機組全部停運，使得圖1中局部電網(wǎng)由多電源環(huán)網(wǎng)運行變?yōu)閱坞娫喘h(huán)網(wǎng)運行。

圖1 鎮(zhèn)江西部局部電網(wǎng)

2 單電源環(huán)網(wǎng)線路縱聯(lián)保護運行性能分析

2.1 高頻保護

單電源環(huán)網(wǎng)時，若線路采用高頻保護，當在電源線路的首端附近故障，由于線路另一側(cè)保護沒有故障電流或故障電流很小而無法啟動，致使該高頻保護拒動，如圖2所示?？梢圆捎酶哳l保護弱饋功能使弱電源側(cè)高頻保護啟動，但一方面電網(wǎng)中高頻保護弱饋功能不能自動適應(yīng)。以圖1中某電廠停電檢修，該局部電網(wǎng)變?yōu)閱坞娫喘h(huán)網(wǎng)為例，B變電所2570保護若采用高頻保護，在環(huán)網(wǎng)運行時，本高頻保護“弱饋功能控制字”必須設(shè)為“電源側(cè)”；當運行方式變化時，比如在A變電所母線斷開時（比如設(shè)備檢修），本高頻保護“弱饋功能控制字”設(shè)為“電源側(cè)”；而在C變電所母線斷開時本高頻保護“弱饋功能控制字”又要設(shè)為“弱饋側(cè)”或“弱電源側(cè)”，高頻保護的“弱饋功能控制字”要么設(shè)定為“電源側(cè)”，要么設(shè)定“弱饋側(cè)”，因此，高頻保護的弱饋功能不能自動適應(yīng)，需要在運行過程中根據(jù)運行方式通過更改保護定值來實現(xiàn)，因而不能適用220 kV電網(wǎng)穩(wěn)定運行的要求。另一方面，高頻保護弱饋功能不完善，因此，高頻保護在單電源環(huán)網(wǎng)中使用有一定的局限性[3-5]。

圖2 雙回線單電源環(huán)網(wǎng)

2.2 光纖分相電流差動保護

以國內(nèi)幾家制造廠家（國電南自、南瑞繼保、北京四方、深圳南瑞）光纖分相電流差動保護裝置為例，分析雙回線單電源環(huán)網(wǎng)方式下保護弱饋判據(jù)啟動線路兩側(cè)光纖分相電流差動保護性能，其弱饋判據(jù)分析比較如表1所示（表1中Un為本側(cè)TV的相或相間額定電壓），即除了表1中常規(guī)的判據(jù)1和判據(jù)2外，還具有差流啟動判據(jù)+判據(jù)3或差流啟動判據(jù)+判據(jù)4。

表1 國內(nèi)主要光纖分相電流差動保護弱饋啟動判據(jù)性能分析比較

雙回線單電源環(huán)網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò)如圖2所示，阻抗參數(shù)如圖3所示。按其中一條線路各處經(jīng)過過渡電阻為0 Ω或100 Ω的情況下發(fā)生短路故障，分析線路兩側(cè)分別配置上述制造廠家的光纖分相電流差動保護裝置在線路故障時保護的啟動性能，具體如表2、表3所示（其中表3中的0～46%等系指線路故障點離系統(tǒng)電源變電所距離的百分比）。

圖3 雙回線單電源環(huán)網(wǎng)方式下系統(tǒng)參數(shù)

表2 過渡電阻為Rg=0 Ω時保護啟動計算結(jié)果

表3 過渡電阻為Rg=100 Ω時保護啟動計算結(jié)果

由上述分析可見，在該單電源環(huán)網(wǎng)中，若采用光纖分相電流差動保護，在無過渡電阻短路時或經(jīng)較小過渡電阻短路 （按圖3系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)計算表明，能使保護啟動的臨界過渡電阻≤83 Ω）時，均能可靠啟動，而在經(jīng)過約83～100 Ω高阻接地，在靠近電源側(cè)一定的范圍內(nèi)存在拒動的可能。分析表明，光纖分相電流差動保護還具有在運行過程中不需要更改保護定值、弱電源側(cè)自動適應(yīng)功能，以及天然的選相功能。由于光纖分相電流差動保護比高頻保護有較多的優(yōu)點，所以，江蘇省電網(wǎng)220 kV線路保護在有專用光纖通道時，盡量采用2套分相電流差動保護作為線路的主保護的配置方案。

3 2條線路保護更換時保護配置

2008年下半年，由于某電廠機組全部停電檢修，使得鎮(zhèn)江市區(qū)局部220 kV電網(wǎng)（見圖1）形成了單電源環(huán)網(wǎng)，一些線路由于采用載波通道的高頻閉鎖方向保護，使得單電源環(huán)網(wǎng)解環(huán)變成單電源多級供電線路，該鎮(zhèn)江城區(qū)局部電網(wǎng)運行性能變差，威脅鎮(zhèn)江市區(qū)的供電。2935和2936線路保護原配置為2套載波通道的高頻保護：LFP-901A保護裝置、WXB-11C保護裝置已運行10年多了，2009年原計劃準備更換為載波通道的高頻保護。由于上述供電可靠性等原因，2935和2936線路兩側(cè)保護裝置更換時，希望配置光纖通道的分相電流差動保護或光纖通道的高頻保護，為此對光纖通道進行了調(diào)查。

3.1 光纖通道調(diào)查

2936線路架設(shè)24芯的ADSS光纜，為省公司通信主干網(wǎng)通道，24芯光纖已全部用完；但相鄰近的迂回線路2Y54和2Y55線路 （同桿架設(shè)）、2570和2Y55線路 （前段線路同桿架設(shè)）、2569和2Y60線路（前段線路同桿架設(shè)）上均架設(shè)OPGW光纜，上述線路中最少有6芯備用光纖可用，2569線路長度6.21 km，2Y54和2Y55線路長度15.12 km，2570線路長度4.59 km，迂回線路總長度僅為25.92 km，沒有超過光纖保護一般要求光纜長度≤50 km的基本要求。

3.2 2條線路改造情況調(diào)查

2935和2936線路為1980年前投運的線路，已有30多年，由于京滬高鐵在C變電所南面經(jīng)過，2008年2935，2936線路（總長 7.5 km，7.88 km，不同桿）已改造了1 km多線路（同桿），已在1 km多線路上架設(shè)OPGW光纜。通過向公司生產(chǎn)技術(shù)部咨詢得知，2012年前后，2935和2936線路將要進行全線改造，屆時全線將架設(shè)OPGW光纜。

3.3 2條線路保護配置分析

由于增加了迂回光纖通道的選擇及近期線路改造的可能，2935和2936線路保護的配置有以下幾個方案可供選擇：

（1）2套載波通道的高頻保護。采用2套載波通道的高頻保護，在上述電廠機組全部檢修時，鎮(zhèn)江市區(qū)局部電網(wǎng)形成單電源環(huán)網(wǎng)時，該保護在線路故障是可能會拒動[3，4]而失去主保護作用。500 kV變電所、C變電所均設(shè)有旁路母線，高頻保護切旁路開關(guān)保護比較容易實現(xiàn)。

（2）2套光纖分相電流差動保護。采用2套光纖分相電流差動保護，一是占用了較多的通信光纖通道，而迂回光纖通道上最少只有6芯備用光纖，還差2芯備用光纖，若全部占用，通信無備用光纖；二是由于采用了迂回光纖通道，2Y54和2Y55線路、2570和2Y55線路、2570和2Y60線路中任一條線路檢修，可能會由于光纖通道中斷而影響2套光纖分相電流差動保護的運行，主保護將失去。另外江蘇省電網(wǎng)不采用光纖分相電流差動保護切旁路開關(guān)保護方案 （因為比高頻保護實現(xiàn)切旁路開關(guān)保護的方案復(fù)雜）。

（3）1套光纖分相電流差動保護和1套光纖高頻保護。缺點同方案（2），但光纖高頻保護可以切旁路運行。

（4）1套光纖分相電流差動保護和1套高頻保護。采用1套光纖分相電流差動保護和1套載波通道的高頻保護，一是占用通信光纖備用通道不多，只用了迂回光纖通道上4芯備用光纖，還有最少2芯通信備用光纖；二是由于采用了迂回光纖通道，2Y54和 2Y55線路、2570和 2Y55線路、2569和2Y60線路中任一條線路檢修，可能會由于光纖通道中斷光纖影響了分相電流差動保護的運行，但不會影響載波通道的高頻保護的運行，仍有以1套主保護能夠運行。同時，高頻保護切旁路開關(guān)保護比較容易實現(xiàn)。

3.4 2條線路保護配置方案

比較幾套配置方案的優(yōu)缺點，并考慮了電網(wǎng)遠期發(fā)展，采用了方案（4），即采用1套光纖分相電流差動保護和1套載波通道的高頻保護的方案。采用這一配置方案，有下列優(yōu)點：

（1）充分利用目前通信備用的OPGW光纖通道，節(jié)約了由于保護及通信要求的2009～2012年2935和2936線路ADSS光纜的改造費用；

（2）由于其中的1套線路保護采用了光纖分相電流差動保護，節(jié)省了各一相高頻通道設(shè)備的投資；

（3）采用迂回OPGW光纖通道，可與2012年前后線路改造很好的銜接起來，可一舉多得；

（4）采用1套光纖分相電流差動保護和1套高頻保護，既可防止由于某電廠機組全部停電，造成A，B，C等變電所變?yōu)轲伖┳冸娝?，供電可靠性大大下降；又可防止采用迂回OPGW光纖通道，上述線路檢修或其他原因造成光纖通道中斷，影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，因為仍然有1套高頻保護可繼續(xù)運行。

總之，采用上述配置，既節(jié)約了投資，又有利于鎮(zhèn)江西部電網(wǎng)系統(tǒng)安全運行。通過省公司招標，采用了RCS931A保護裝置和PSL602線路保護裝置的配置。

3.5 利用迂回備用光纖通道構(gòu)成分相電流差動保護

2010年3月，2935線路、2936線路分別停電，按上述方案（4）進行保護更換，其中RCS931A光纖分相電流差動保護裝置采用了迂回光纖通道（500 kV變電所—A變電所—B變電所—C變電所），2Y54和2Y55線路OPGW光纖與2570和2Y55線路OPGW光纖的尾纖在A變電所內(nèi)通信機房的光配線架上融接，2570和2Y55線路OPGW光纖與2569和2Y60線路OPGW光纖的尾纖在B變電所內(nèi)通信機房的光配線架上融接，形成了迂回光纖通道。經(jīng)過幾個月的運行，除2010年5月2569和2Y60線路檢修（桿塔遷移）造成迂回光纖通道中斷，造成了2935和2936線路兩側(cè)的光纖分相電流差動保護光纖中斷而被迫退出運行外，2條線路保護運行狀況良好[6]。

4 改造光纖通道形成后保護配置方案

2012年前后，2935和2936線路將要進行線路改造，架設(shè)OPGW光纜，屆時，只要將本線路的專用光纖接入本線路的光纖分相電流差動保護裝置上，2935線路和2936線路光纖分相電流差動保護專用光纖通道形成，原迂回光纖通道還給通信作為備用。另一套線路保護有3個配置方案可選：（1）維持原高頻通道的高頻保護裝置；（2）將2935和2936線路的高頻保護的高頻收發(fā)信機改成光收發(fā)信機，即可由載波通道的高頻保護裝置變成光纖通道的高頻保護裝置，光纖通道接本線路專用光纖通道；（3）將PSL602保護裝置更換部分插件和改屏后部分屏內(nèi)接線即可改變?yōu)镻SL603光纖分相電流差動保護裝置，接專用光纖通道后又形成了另一套光纖分相電流差動保護裝置；另外，2935和2936線路的原PSL602保護高頻通道為新的，高頻收發(fā)信機可給旁路開關(guān)使用，在線路保護檢修時，仍保證有一套高頻保護運行。綜合上述方案，該線路保護建議采用方案（3）或方案（2），優(yōu)先采用方案（3）。

5 線路主保護的運行

以圖 1 電網(wǎng)為例。 2921，2922，2Y54，2Y55 線路均配置了雙套光纖分相電流差動保護，2569，2570線路均配置了1套光纖分相電流差動保護+1套光纖高頻保護，2Y55，2Y60線路均配置了單套光纖分相電流差動保護，2557，2558雙套載波通道的高頻保護。

5.1 多電源環(huán)網(wǎng)運行

2935 線 路 和 2936 線 路 及 2921，2922，2Y54，2Y55，2557，2558兩側(cè)的2套縱聯(lián)保護均投入運行。2Y55和2Y60線路為單電源供電線路，其電源側(cè)光纖分相電流差動保護投跳閘、負荷側(cè)光纖分相電流差動保護功能壓板投運行而跳閘壓板退出運行 （調(diào)度術(shù)語為“弱電應(yīng)答”）。

5.2 單電源環(huán)網(wǎng)保護配置和要求

按江蘇省電力公司單電源環(huán)網(wǎng)保護配置和要求，2條線路形成長期單電源環(huán)網(wǎng)運行，則2條線路主保護需配置2套光纖分相電流差動保護[8]；檢修或臨時方式下2條線路形成單電源環(huán)網(wǎng)運行，則2條線路主保護至少需配置單套光纖分相電流差動保護。滿足上述要求時，可將靠近電源的第一級線路按單電源環(huán)網(wǎng)運行。

5.3 單電源環(huán)網(wǎng)保護運行

圖1電網(wǎng)中，當某電廠全部機組因檢修形成單電源環(huán)網(wǎng)時，由于2Y54和2Y55線路均配置了雙套光纖分相電流差動保護，2935線路、2936線路也配置單套光纖分相電流差動保護或雙套光纖分相電流差動保護，可將2Y54和2Y55線路在A變電所合環(huán)運行，2Y54和2Y55線路兩側(cè)保護光纖分相電流差動保護均投跳閘，A變電所其他出線按單電源供電線路運行；同樣也可將2935線路、2936線路在C變電所合環(huán)運行，2935和2936線路兩側(cè)保護光纖分相電流差動保護均投跳閘，C變電所其他出線按單電源供電線路運行；2Y55和2Y60線路為單電源供電線路，其主保護的運行見第5.1節(jié)中2Y55和2Y60線路主保護的運行；B變電所分別由A變電所2570線路和C變電所2569線路單電源供電，線路兩側(cè)光纖高頻保護停用，光纖分相電流差動保護的運行同2Y55和2Y60線路；2921和2922分別由A變電所單電源供電，2921和2922線路光纖分相電流差動保護保護的運行同2Y55和2Y60線路。2557和2558按單電源供電線路運行，線路兩側(cè)高頻保護停用。

5.4 運行效果分析

在圖1電網(wǎng)中，由于某電廠全部機組檢修，使得多電源環(huán)網(wǎng)變成單電源環(huán)網(wǎng)，由于各縱聯(lián)保護在單電源環(huán)網(wǎng)的性能不同，若按高頻保護配置，使得電網(wǎng)中出現(xiàn)兩級單電源供電線路出現(xiàn)，即：500 kV變電所—C變電所—D變電所或500 kV變電所—C變電所—B變電所；若至少配置1套光纖分相電流差動保護，則在C變電所可將2935和2936線路合環(huán)運行，減少了一級單電源供電線路，供電可靠性較兩級單電源供電線路得到提高。

6 結(jié)束語

由于光纖分相電流差動保護有比高頻保護較優(yōu)良的性能而越來越得到廣泛運用，特別是在單電源環(huán)網(wǎng)電網(wǎng)和單電源供電的線路，越來越多的采用配置光纖分相電流差動保護作為該線路的主保護。因此，線路保護技術(shù)改造時應(yīng)結(jié)合電網(wǎng)的近遠期發(fā)展計劃及電網(wǎng)的實際情況酌情配置和選擇，使線路保護的運行性能達到最佳。上述2935線路、2936線路保護技術(shù)改造的配置實例，在線路全線改造前，先采用了1套光纖分相電流差動保護和1套高頻保護配置方案；在線路全線改造后，有了專用光纖通道后可采用2套光纖分相電流差動保護配置方案或采用1

套光纖分相電流差動保護和1套光纖高頻保護 （將高頻收發(fā)信機改成光收發(fā)信機）的配置方案，可優(yōu)先采用2套光纖分相電流差動保護配置方案。該配置實例，優(yōu)化了電網(wǎng)保護的運行性能，可供類似技術(shù)改造工程參考和借鑒；也可運用在電網(wǎng)中的一些特別情況下，如線路出現(xiàn)運行中的2套光纖分相電流差動保護專用光纖通道全部中斷時，可臨時采用附近線路的備用光纖構(gòu)成迂回光纖通道進行救急，然后再搶險專用光纖通道。

[1]GB/T 14285—2006，繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程[S].

[2]DL/T 559—2007，220～500 kV電網(wǎng)繼電保護運行整定規(guī)程[S].

[3]常風然，張 洪，周紀錄，等.單電源線路保護問題分析及對策[J].繼電器，2007，35(10)：9-12.

[4]李洪書.單電源220 kV線路繼電保護的運行分析[J].華北電力，2005(S)：24-27，108.

[5]湯大海，嚴國平.單電源220 kV多級供電線路繼電保護整定策略[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2009，37(20)：139-144.

[6]毛秀偉.光纖迂回通道可靠傳輸繼電保護業(yè)務(wù)的應(yīng)用研究[J].電力系統(tǒng)通信，2005，26（7）：57-61.

[7]胡 偉.2004～2005年江蘇電網(wǎng)分層分區(qū)運行分析[J].華東電力，2003，31(8)：14-17.

[8]黃 堅，王 亮，尤承佳.雙線并饋運行方式的實踐[J].江蘇電機工程，2007，27(3)：37-39.