單側(cè)電源供電線路光纖縱聯(lián)差動保護

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)程要求的繼電保護裝置。光纖縱聯(lián)差動保護裝置常用于110kV及以下電壓等級的輸電線路保護中，作為輸電線路的主保護，線路出現(xiàn)故障時，該裝置能夠迅速切斷故障電流，以免燒壞設(shè)備、造成事故，進而確保供電系統(tǒng)安全可靠。

1. 縱聯(lián)差動保護原理

縱聯(lián)差動保護是比較被保護設(shè)備兩側(cè)電流的大小和相位而構(gòu)成的一種保護裝置，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)正常運行和外部短路時，流入繼電器的電流I˙J為：

如果忽略被保護線路的電容電流，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，繼電器不動作。

當(dāng)被保護線路內(nèi)部短路時，如圖2，兩側(cè)電源分別向短路點供給短路電流 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大于繼電器的動作電流時，繼電器動作，將故障元件自兩側(cè)同時切除。

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

上述情況為理想狀態(tài)。實際上，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，正常運行和外部短路時流過線路兩側(cè)的電流并不相等，差動繼電器的動作電流需要按照躲過外部短路時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，保護裝置的靈敏度越低。為了進一步降低差動保護動作電流，提高裝置的靈敏度，實際的差動保護裝置均具有比率制動特性。

2. 具有比率制動特性縱聯(lián)差動保護原理

圖1 差動保護外部短路原理接線圖

圖2 差動保護內(nèi)部短路原理接線圖

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

假設(shè)對應(yīng)于最大外部短路的最大不平衡電流為DB，對于沒有制動作用的差動繼電器，其動作電流至少應(yīng)大于DB。當(dāng)繼電器具有制動特性GEA時，OG表示對應(yīng)于某一制動特性的最小動作電流Idz0（Idz0通常取2.5倍線路電容電流）。在正常負荷電流下，電流繼電器的誤差很小，不平衡電流很小，Idz0＞Ibp，即使沒有制動作用，繼電器也不會誤動。當(dāng)外部短路時，Ibp隨短路電流的增大而增大，Izd也隨之增大，因而使繼電器動作的動作電流也必須增大，故不管外部短路電流多大，繼電器總不會誤動作。在內(nèi)部故障時，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 比率式差動繼電器接線原理

圖4 比率式差動繼電器制動特性

3. 差動保護靈敏度

在制造廠提供的比率制動特性曲線的制動軸上取一點對應(yīng)于Izd=Id.min（即線路內(nèi)部短路時的最小短路電流）的T′點，再從動作軸上取一點相應(yīng)于Id.min值的點，即可求得R點（參見圖4）。連接RT與所選用的制動特性曲線 （例如GEA）交于S點，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)差動保護裝置的應(yīng)用

過去，差動保護裝置廣泛地應(yīng)用于發(fā)電機、變壓器等設(shè)備繼電保護中，在輸電線路上只用在小于4km的短線路上，原因是差動保護用于線路保護需要很長的輔助導(dǎo)線來傳送兩側(cè)電流等信息，造價較高，同時線路較長時，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，差動保護裝置越來越多地應(yīng)用于線路保護中，并利用傳輸距離長的光纜作為輔助導(dǎo)線，傳送信息。尤其是110kV電壓等級的單側(cè)電源鏈?zhǔn)捷旊娋W(wǎng)絡(luò)，利用常用的電流電壓保護，無法滿足供電可靠性和繼電保護動作選擇性的要求，而利用光纖縱聯(lián)差動保護可以較好地滿足各方面的要求。

5. 單側(cè)電源光纖縱聯(lián)差動保護

由上述介紹可知，縱聯(lián)差動保護裝置用于雙側(cè)電源線路有很高的靈敏度，且不會誤動作。然而，對于單側(cè)電源鏈?zhǔn)焦╇娋€路，由于繼電保護動作選擇性和可靠性的要求，采用一般的電流電壓保護很難滿足要求，需要采用光纖縱聯(lián)差動保護裝置，此時，上述情況將發(fā)生較大的變化。對于外部短路和正常運行時，短路電流、負荷電流的流向和制動作用，與雙側(cè)電源供電時沒有區(qū)別；而線路內(nèi)部短路時，Icd和Izd都是電源側(cè)供給的同一個短路電流，裝置的制動作用很大，此時，如果比率制動系數(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系數(shù)。

目前，各生產(chǎn)廠光纖縱聯(lián)縱差保護裝置主要是針對雙側(cè)電源線路開發(fā)的，其給出的比率制動系數(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)計單位必須與生產(chǎn)廠充分溝通協(xié)商，在保證裝置不會誤動的情況下，盡量降低比率制動系數(shù)，以滿足裝置用于單側(cè)電源線路的靈敏度要求，可靠保護線路和用電設(shè)備安全。

6. 光纖縱聯(lián)差動保護設(shè)計注意事項

一是單側(cè)電源線路縱聯(lián)差動保護裝置的制動系數(shù)必須按照單側(cè)電源供電線路的特點選擇，不能按照現(xiàn)狀廠家給定值整定，以滿足保護裝置靈敏度要求。二是雖然現(xiàn)在的差動保護裝置均為微機型，對于線路兩側(cè)電流互感器變比不同引起的不平衡電流有補償作用，但是單側(cè)電源線路由于線路內(nèi)部短路時，只有一側(cè)提供短路電流，需要選用較小的制動系數(shù)來滿足靈敏度要求，因而區(qū)外故障時更容易誤動，所以對數(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)確級的電流互感器。尤其是線路較長，線路兩側(cè)為不同設(shè)計單位設(shè)計時，更應(yīng)注意協(xié)調(diào)一致。三是線路長度超過裝置廠家給出的光纖傳輸距離時，應(yīng)在設(shè)備訂貨或采購時提出特殊要求，以確保數(shù)據(jù)和信息傳輸距離滿足工程實際情況。