崔亞瓊

根據(jù)規(guī)程規(guī)定，輸電線路必須設(shè)置滿足規(guī)程要求的繼電保護(hù)裝置。光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)裝置常用于110kV及以下電壓等級(jí)的輸電線路保護(hù)中，作為輸電線路的主保護(hù)，線路出現(xiàn)故障時(shí)，該裝置能夠迅速切斷故障電流，以免燒壞設(shè)備、造成事故，進(jìn)而確保供電系統(tǒng)安全可靠。

1. 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理

縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是比較被保護(hù)設(shè)備兩側(cè)電流的大小和相位而構(gòu)成的一種保護(hù)裝置，圖1顯示了其接線原理。在線路兩側(cè)均裝有電流互感器，電流繼電器接在差流回路內(nèi)。當(dāng)正常運(yùn)行和外部短路時(shí)，流入繼電器的電流I˙J為：

如果忽略被保護(hù)線路的電容電流，則流經(jīng)線路兩側(cè)的一次電流相等，即I˙1.1=I˙II.1，于是 I˙1.2=I˙II.2，故流入繼電器的電流I˙J=0，繼電器不動(dòng)作。

當(dāng)被保護(hù)線路內(nèi)部短路時(shí)，如圖2，兩側(cè)電源分別向短路點(diǎn)供給短路電流 I˙1.1和 I˙II.1， 流入繼電器的電流為

當(dāng)流入繼電器的電流I˙J大于繼電器的動(dòng)作電流時(shí)，繼電器動(dòng)作，將故障元件自兩側(cè)同時(shí)切除。

縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)范圍，就是兩側(cè)電流互感器所包含的范圍。在保護(hù)范圍外故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)裝置不動(dòng)作。因此，此保護(hù)裝置不需要與相鄰元件保護(hù)相配合，故可構(gòu)成瞬動(dòng)保護(hù)。

上述情況為理想狀態(tài)。實(shí)際上，輸電線路存在電容電流、線路兩側(cè)電流互感器誤差等等，所以，正常運(yùn)行和外部短路時(shí)流過線路兩側(cè)的電流并不相等，差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流需要按照躲過外部短路時(shí)的最大不平衡電流整定，外部短路電流越大，此不平衡電流越大，保護(hù)裝置的靈敏度越低。為了進(jìn)一步降低差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流，提高裝置的靈敏度，實(shí)際的差動(dòng)保護(hù)裝置均具有比率制動(dòng)特性。

2. 具有比率制動(dòng)特性縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理

圖1 差動(dòng)保護(hù)外部短路原理接線圖

圖2 差動(dòng)保護(hù)內(nèi)部短路原理接線圖

具有比率制動(dòng)特性差動(dòng)保護(hù)裝置的接線原理見圖3。繼電器以線路兩側(cè)電流差值作為動(dòng)作量，同時(shí)引入外部短路電流作為制動(dòng)量，此制動(dòng)電流隨著外部短路電流的增大而加強(qiáng)制動(dòng)作用，使得繼電器的動(dòng)作電流相應(yīng)增大。圖4是比率制動(dòng)差動(dòng)繼電器的制動(dòng)特性，其中Izd為制動(dòng)電流，與外部短路電流成比率；Icd為差動(dòng)電流，即繼電器的動(dòng)作電流；Ibp為正常負(fù)荷下的不平衡電流，并隨外部短路時(shí)電流互感器誤差的增大而增大。

假設(shè)對(duì)應(yīng)于最大外部短路的最大不平衡電流為DB，對(duì)于沒有制動(dòng)作用的差動(dòng)繼電器，其動(dòng)作電流至少應(yīng)大于DB。當(dāng)繼電器具有制動(dòng)特性GEA時(shí)，OG表示對(duì)應(yīng)于某一制動(dòng)特性的最小動(dòng)作電流Idz0（Idz0通常取2.5倍線路電容電流）。在正常負(fù)荷電流下，電流繼電器的誤差很小，不平衡電流很小，Idz0＞Ibp，即使沒有制動(dòng)作用，繼電器也不會(huì)誤動(dòng)。當(dāng)外部短路時(shí)，Ibp隨短路電流的增大而增大，Izd也隨之增大，因而使繼電器動(dòng)作的動(dòng)作電流也必須增大，故不管外部短路電流多大，繼電器總不會(huì)誤動(dòng)作。在內(nèi)部故障時(shí)，Icd為兩側(cè)電流之和，而Izd為兩側(cè)電流之差，Icd＞＞Izd，因此繼電器具有很高的靈敏性。

圖3 比率式差動(dòng)繼電器接線原理

圖4 比率式差動(dòng)繼電器制動(dòng)特性

3. 差動(dòng)保護(hù)靈敏度

在制造廠提供的比率制動(dòng)特性曲線的制動(dòng)軸上取一點(diǎn)對(duì)應(yīng)于Izd=Id.min（即線路內(nèi)部短路時(shí)的最小短路電流）的T′點(diǎn)，再?gòu)膭?dòng)作軸上取一點(diǎn)相應(yīng)于Id.min值的點(diǎn)，即可求得R點(diǎn)（參見圖4）。連接RT與所選用的制動(dòng)特性曲線 （例如GEA）交于S點(diǎn)，則靈敏度Km=Id.min/Idz=RT/ST。

根據(jù)規(guī)程要求，靈敏度要求大于2。

4. 光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)裝置的應(yīng)用

過去，差動(dòng)保護(hù)裝置廣泛地應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變壓器等設(shè)備繼電保護(hù)中，在輸電線路上只用在小于4km的短線路上，原因是差動(dòng)保護(hù)用于線路保護(hù)需要很長(zhǎng)的輔助導(dǎo)線來傳送兩側(cè)電流等信息，造價(jià)較高，同時(shí)線路較長(zhǎng)時(shí)，信息削弱較多，誤差增大。近年來，隨著信息傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，差動(dòng)保護(hù)裝置越來越多地應(yīng)用于線路保護(hù)中，并利用傳輸距離長(zhǎng)的光纜作為輔助導(dǎo)線，傳送信息。尤其是110kV電壓等級(jí)的單側(cè)電源鏈?zhǔn)捷旊娋W(wǎng)絡(luò)，利用常用的電流電壓保護(hù)，無法滿足供電可靠性和繼電保護(hù)動(dòng)作選擇性的要求，而利用光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)可以較好地滿足各方面的要求。

5. 單側(cè)電源光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

由上述介紹可知，縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)裝置用于雙側(cè)電源線路有很高的靈敏度，且不會(huì)誤動(dòng)作。然而，對(duì)于單側(cè)電源鏈?zhǔn)焦╇娋€路，由于繼電保護(hù)動(dòng)作選擇性和可靠性的要求，采用一般的電流電壓保護(hù)很難滿足要求，需要采用光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)裝置，此時(shí)，上述情況將發(fā)生較大的變化。對(duì)于外部短路和正常運(yùn)行時(shí)，短路電流、負(fù)荷電流的流向和制動(dòng)作用，與雙側(cè)電源供電時(shí)沒有區(qū)別；而線路內(nèi)部短路時(shí)，Icd和Izd都是電源側(cè)供給的同一個(gè)短路電流，裝置的制動(dòng)作用很大，此時(shí)，如果比率制動(dòng)系數(shù)取值較大，RT與ST則相差較小，不滿足靈敏度要求，所以要求必須選用較小的制動(dòng)系數(shù)。

目前，各生產(chǎn)廠光纖縱聯(lián)縱差保護(hù)裝置主要是針對(duì)雙側(cè)電源線路開發(fā)的，其給出的比率制動(dòng)系數(shù)均較大，一般為0.6~0.8，顯然不滿足靈敏度要求，因此，設(shè)計(jì)單位必須與生產(chǎn)廠充分溝通協(xié)商，在保證裝置不會(huì)誤動(dòng)的情況下，盡量降低比率制動(dòng)系數(shù)，以滿足裝置用于單側(cè)電源線路的靈敏度要求，可靠保護(hù)線路和用電設(shè)備安全。

6. 光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

一是單側(cè)電源線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)裝置的制動(dòng)系數(shù)必須按照單側(cè)電源供電線路的特點(diǎn)選擇，不能按照現(xiàn)狀廠家給定值整定，以滿足保護(hù)裝置靈敏度要求。二是雖然現(xiàn)在的差動(dòng)保護(hù)裝置均為微機(jī)型，對(duì)于線路兩側(cè)電流互感器變比不同引起的不平衡電流有補(bǔ)償作用，但是單側(cè)電源線路由于線路內(nèi)部短路時(shí)，只有一側(cè)提供短路電流，需要選用較小的制動(dòng)系數(shù)來滿足靈敏度要求，因而區(qū)外故障時(shí)更容易誤動(dòng)，所以對(duì)數(shù)據(jù)的精確性要求更加嚴(yán)格，因此，建議線路兩側(cè)選用同類型、同變比、同準(zhǔn)確級(jí)的電流互感器。尤其是線路較長(zhǎng)，線路兩側(cè)為不同設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)時(shí)，更應(yīng)注意協(xié)調(diào)一致。三是線路長(zhǎng)度超過裝置廠家給出的光纖傳輸距離時(shí)，應(yīng)在設(shè)備訂貨或采購(gòu)時(shí)提出特殊要求，以確保數(shù)據(jù)和信息傳輸距離滿足工程實(shí)際情況。