浅谈输电线路纵联保护的弱电源侧问题

浅谈输电线路纵联保护的弱电源侧问题

谌雪松白潇潇李怀春操强

国网安徽省电力公司阜阳供电公司安徽阜阳236000

摘要：纵联保护是输电线路的主保护，正常运行情况下，输电线路两侧均是强电源侧。在一些特殊的运行方式下，输电线路的某一端将变成弱电源侧。输电线路在弱电源侧的情况下发生区内故障，由于弱电源侧系统不能提供足够的短路电流而不能启动保护，导致两侧保护不能快速跳闸甚至拒动。本文分结合输电线路中纵联保护原理，分析了输电线路一端出现弱电源侧时的基本情况以及解决纵联保护弱电源侧问题的基本方法，对各专业理解纵联保护的弱电源侧问题有一定的参考价值。

关键词：输电线路纵联保护弱电源侧

一般运行状态下，输电线路两侧均为强电源，一些特殊情况下，其中一侧可能为弱电源。当一侧为弱电源侧情况下线路发生故障时，由于弱电源侧故障电流较小甚至为零，线路保护动作的可靠性受到很大影响。纵联保护是电网输电线路保护中运用最广泛的一种主保护，电力人员要对纵联保护的弱电源问题具有明确认识，并对该问题予以解决，以保障电网的良好运行。

1输电线路纵联保护原理

输电线路纵联保护，是指通过交换线路两侧判别量作为判据判别区内区外故障，从而跳开两端开关实现快速切除全线故障的保护。纵联保护两侧均借助通道将本侧判别量信息传输到对侧，使线路两侧保护装置互为联系。作为线路保护的主保护，纵联保护能够实现输电线路的全线速动，从而在最短时间内对被保护线路故障进行选择性切除。借助纵联保护，能够为电力系统提供一个安全稳定的运行环境，最大限度地控制故障造成的影响。

纵联保护按照保护原理可分为方向或距离纵联保护和纵联差动保护两大类。前者通过两侧的方向或者距离元件来判断是否正方向故障，若本侧元件动作，则向对侧发送允许信号（以允许式保护为例），若本侧元件动作并且收到对侧的允许信号，开关才能动作跳闸。因此，只有具备了两侧保护元件同时动作，才能实现两端同时跳闸，从而对区内故障和区外故障进行明确区分。纵联差动保护则借助通道实现两侧电流信号的实时交换，两侧均通过计算本侧和对侧电流的矢量从而得出差动电流，若差动电流大于制动电流，则保护动作并向对侧发信。当线路正常运行或者存在区外故障时，它两侧电流相位的状态是相反的，此时保护装置无差流。线路出现区内故障时，其两侧装置均计算出有差流，满足电流差动保护动作特性方程，保护装置及时动作切除故障。深圳电网110kV输电线路采用的纵联保护主要为南京南瑞继保公司生产的RCS-941系列纵联距离和零序方向元件为主体的成套保护装置和RCS-943系列以分相电流差动和零序电流差动为主体的成套保护装置。

2输电线路纵联保护的弱电源侧问题

正常运行状态下，输电线路两侧都是强电源侧，才能实现电力系统供电的可靠性。但是，特定运行状态下，输电线路也会存在弱电源侧情况，这种线路出现区内故障时，弱电源侧系统的短路电流不足，使得纵联保护很难进行正确判定（如图1所示）。

假设输电线路MN之间存在故障。故障点k的短路电流，主要依靠作为强电源侧的M提供，故M侧保护元件可动作并发信。而N侧作为负荷侧或弱电源侧，没有充足的短路电流补给，该侧保护元件难以动作，甚至在极端情况下可能出现保护不起动的问题，造成两边开关均无法快速切除故障，从而对电力系统造成较大损害。

3输电线路纵联保护的弱电源侧问题解决措施

3.1纵联距离保护

以深圳电网110kV线路中普遍采用的南瑞继保公司生产的RCS-941系列高压输电线路成套保护装置（允许式）为例，为应对弱电源侧保护可能由于故障电流低而不动作的问题，该保护装置增加一个反方向距离继电器，此继电器仅在“弱电源侧”控制字置“1”时才投入。若一侧为弱电侧线路发生故障时，保护投入纵联反方向距离元件，当故障相或相间电压低于30V，且反方向元件不动作，则判断为正方向发生故障，从而动作并向对侧发送允许信号。

极端情况下，若弱电源侧为完全无电源，短路前线路负荷也很轻甚至空载，又没用中性点接地的变压器时，由于流过保护的电流在短路前后都接近为零，零序电流亦为零，这时保护起动元件不动作，装置不起动。此种情况下，当弱电源侧保护判断任一相电压低于34.6V或相间电压低于60V，且收到对侧信号后，立即给对侧发100ms允许信号，保证在线路轻负荷保护不起动的情况下，可由对侧保护快速切除故障。另外，若本侧TWJ动作，且收到对侧信号，则给对侧发100ms允许信号，确保对侧切除故障，此为空充线路短路时的应对措施。

3.2纵联差动保护

纵联差动保护同样会遇到既无电源又无中性点接地的变压器的单侧电源线路在轻载或空载情况下发生区内短路的问题。发生短路故障后，由于弱电源侧保护可能不起动，该侧保护不会进入故障计算程序，更不会向对侧发送允许信号，故会引两侧电流差动保护均拒动。针对此问题，当前主流纵联差动保护装置中，均加入“低压差流起动元件”作为解决方案，该元件起动条件为：（1）差流元件动作；（2）差流元件的动作相或动作相之间的电压小于0.6倍的额定电压；（3）接收到对侧保护发送的允许信号。同时满足上述3个条件时该起动元件动作，保护起动后，虽然弱电源侧故障电流小，但是强电源侧故障电流较大，保护可以计算出差动电流，两侧差流元件均可以动作并发信，从而达到跳闸切除故障的目的。

特殊情况下，若一侧开关在分闸位置，即线路空充运行时，为解决该情况下可能造成的拒动，一般在保护中增加以下逻辑：若本侧三相TWJ均动作，且差流元件动作，则向对侧发送允许信号，于是对侧保护可以顺利跳闸切除故障。

3.3闭锁式纵联保护

闭锁式纵联保护的闭锁信号含义是：本侧保护启动，收不到对侧的信号，则保护动作出口。在弱电源侧，由于没有提供足够的短路电流，弱电源侧保护不会启动，因此它将根据远方起动发信的元件，当接收到对侧信号后，则立即发信，将闭锁两侧保护，两侧保护均不动作。因此在输电线路存在弱电源继续运行时，闭锁式纵联保护的解决办法是将保护定值清单中的弱电源侧由0改为1。投入纵联反方向距离元件，当故障电压低于30V，且反向元件不动作，则判为正方向停止发信。

3.4允许式纵联保护

允许式纵联保护的允许信号含义是：本侧保护启动，收到对侧的信号，则保护动作出口。在弱电源侧，由于没有提供足够的短路电流，弱电源侧保护不会启动，因此它不会发出允许信号，两侧保护均不动作。因此在输电线路存在弱电源继续运行时，允许式纵联保护的解决办法是将保护定值清单中的弱电源侧由0改为1。投入纵联反方向距离元件，当故障电压低于30V，且反向元件不动作，则判为正方向发允许信号。

3.4实际运行中的其他应对措施

以深圳电网为例，实际运行中，若出现输电线路一侧为弱电源系统或者线路空充运行的接线方式时，通常会将保护装置后备保护中的接地距离Ⅱ段、Ⅲ段和相间距离Ⅱ段、Ⅲ段以及零序过流Ⅱ段、Ⅲ段的时间定值改小，一般可将Ⅱ段时间定值改至0.05s，从而确保即使主保护未能可靠动作的情况下，后备保护也能尽快动作以减小故障对电网系统造成的影响。

4结语

通过对输电线路纵联保护弱电源侧问题几种常见类型和基本解决方法的分析，加深各专业人员对输电线路纵联保护弱电源侧问题的认识。特别是在薄弱的电网结构中，涉及弱电源侧运行的运行方式时，及时修改闭锁式纵联保护和允许式纵联保护的弱电源侧保护控制字，保证输电线路纵联保护的安全稳定运行。

参考文献

[1]关俊杰，张亮如.输电线路纵联保护的弱电源侧问题探析[J].中国新技术新产品，2010（12）：132.

[2]南瑞继保电气有限公司.RCS-941A（B、D）型高压输电线路成套保护装置技术说明书[M].南京：南瑞继保电气有限公司，2002：8-24.