杨朝波
广西鸿泰勘察设计有限公司 广西玉林 537000
摘要：经济的发展，社会的进步带动了我国各个行业的发展水平的提升，同时也给电力的发展带来机遇，目前，世界上规模最大、电压等级最高的交直流混联电网已在我国形成。纵联差动保护作为交流输电线路的主保护之一，具有灵敏度高、可靠性强的优点。基于此，本文主要对220kV线路保护纵联通道改造方法及应用做论述。
关键词：220kV；线路；保护；纵联；通道；改造方法；应用
引言
220kV线路输送功率大、输送距离远，保护如果不能够快速、准确动作，有可能导致电网稳定性破坏，甚至导致较大面积停电事故的发生。而随着通信技术的发展，用光纤通道传输输电线路保护两端信息的方式，在线路保护中得到了广泛应用，但是若光纤通道发生故障，线路保护将退出运行，会严重影响线路安全稳定运行。
1基于解析模型的继电保护装置故障定位方法
首先是继电保护信号规则解析。继电保护装置的动作信号遵循一定的逻辑和规则。在保护装置和断路器动作原理的基础上，用逻辑表达式的形式表达该模型，确定其动作期望。以配置纵联差动保护与三段距离保护的线路保护为例进行分析，如图1所示，将一段线路分为3段，分别标记为Pn1、Pn2和Pn3。其中Pn1表示线路的前20%，Pn2表示线路中间的60%，Pn3表示线路末尾的20%。纵联差动保护保护线路全长，距离Ⅰ段保护的范围为本端80%。断路器由QF1、QF2、QF3、QF4、QF5、QF6表示。母线由B1、B2、B3、B4表示。①线路纵联差动保护动作期望在如图1所示的线路中，纵联差动保护是线路的主保护。当线路发生故障时，纵联差动保护装置最先进行动作发出指令让首端和末端两侧的断路器跳闸切除故障线路。定义
图 1 线路继电保护范围示意图
纵联差动保护的动作期望矩阵RLv如式（1）所示：
RLv=[RL1+RL2+RL3]（1）
式（1）中，RL1、RL2、RL3表示可能发生故障的线路集合。②线路距离Ⅰ段保护动作期望线路距离Ⅰ段保护的范围是线路的80%，即图1中的Pn1+Pn2或者Pn2+Pn3。规定双端供电系统左侧一端距离Ⅰ段保护动作期望的集合为RLx=（RL1x,RL2x,…,RLNx），线路右侧一端的距离Ⅰ段保护动作期望的集合为R'Lx=（R'L1x,R'L2x,…,R'LNx）。其中，N表示线路发生故障的范围内可能发生故障的线路的数量。
2基于故障分量的纵联差动保护动作性能分析
交直流混联系统同时包含直流系统和交流系统，两系统相互影响，故障特征是各部分叠加的结果。图2为交直流混联系统示意图，直流系统电压为±800kV，送端和受端系统为220kV，换流站为双十二脉动结构。设置在1s时f点发生持续时间0.3s的单相金属性接地故障。
图2交直流混联系统示意图
图3为故障相电流频率分布图，可以看出，故障电流频率偏移的情况较明显，且存在低频分量。传统傅式算法是针对提取到的工频量进行处理，对该故障特征下的数据处理效果并不理想。纵联电流差动保护是交流线路常用的主保护之一，具有灵敏度高、动作迅速及选择性强的独特优势。
图3故障A相电流的频率分布
当直流系统发生换相失败时，交流系统受直流系统注入的等值工频电流影响，交流短路电流呈现出幅值减小、相角波动范围大等故障特征。对差动保护而言，直流系统接入，使得基于故障分量的保护判据出现动作量减少、制动量增加的情况，降低保护的灵敏度，保护不能可靠动作。发生换相失败时，有故障点落在动作区，部分故障点落在保护动作边界，无法保证保护正常动作。
3行波保护
根据通道的存在，现有输电线路行波保护可分为通道保护和非通道保护，主要包括行波距离保护、行波差动保护和行波方向保护等。首先是行波距离保护。行波距离保护基于行波理论，利用行波特性，通过比较行波测距得到的故障距离和被保护线路长度来判断故障发生在区内还是区外，从而判断保护是否动作。行波距离保护只用单端量且不需要通信，可以通过单终端信息来实现，实现简单，动作速度极快，具有保护和测距双重功能。但其原理受母线结构的影响较大，无法对线路全长进行保护;对硬件要求高，无方向性，保护算法不完善，保护不易整定，常出现误动;第二波浪涌是故障点还是对端母线的反射波不易区分。基于故障点初始电压行波、故障点电压反射波和母线电压反射波，推导了一种不受波速影响的输电线路单端故障行波定位方法，提高了距离保护的抗干扰能力和故障定位性能。其次是行波差动保护。行波差动保护原理基于贝瑞隆模型，采用工频相量保护判据，其主要思想是将输电线路两端行波的波形信息或极性信息相互传递，然后对输电线路两端行波的极性信息进行比较，确定故障是发生在输电线路上还是发生在输电线路外。行波差动保护能在暂态和稳态条件下正确动作，空载合闸时保护不会误动作。但由于双端电量和发射波形的要求，对通信信道和两端同步时间的要求较高，占用频带较宽，受初始相位的影响较大。且保护中没有考虑行波衰减特性，雷电波的干扰及母线接线的影响有待进一步研究。最后是行波方向保护。行波方向保护依靠方向继电器判断故障发生在输电线路区内或区外。其基本原理是比较电压、电流行波的极性或幅值，根据比较结果判断故障位置是否位于保护装置的正方向。如果将线路两端的保护装置判断为正向故障，则最终确定直流输电线路存在故障，否则认为故障不在直流线路上。规定行波电流的正方向为由母线指向线路。当线路内部发生故障时，故障行波从故障点F向线路两端传播，保护安装处测得的反向电压行波为故障行波的入射波，正向电压行波为故障行波在母线上反射后的反射波。
4线路保护设计
此部分的设计目的在于提高主保护装置的实际价值，并合理简化后备装置。借助提高主装置的实际价值，有助于提升保护动作的高效性，针对各项异常情况可在极短时间内完成切除动作。目前此级别线路采取分相操作，要求相应的保护设备拥有选相的能力。若线路中的单相接地问题不超过100欧，应在条件允许的情况下选用效果更佳的规范作业动作。经过合理简化的后备装置，使主装置双重化且与之相连的各主装置应具备多项功能，接地距离控制、零序电流把控等，以确保保护动作的有效性，同时无需配备其他的后备装置。整个线路中需配有两个全线速动保护装置。电网运行过程中，即使仅有其中一套速动保护也可确保电网的正常运行。另外，二者应相互独立并都具备及时准确切除异常情况的能力。为达到上述保护效果，各保护装置都应具备选相的能力，各自作用在短路装置中的某一跳闸构件，并可各自实现远程传输数据信息。对于接地问题而言，应设有合理的接地距离以及相应的零序电流。若接地故障产生的电阻小于100欧，需确保全面准确切除。而相间短路的后备设备需控制具体的装置。若光纤线路采取全线速动保护，需应用电流差动达到保护的效果，同时与后备装置相互配合。
结语
总之，由于继电保护装置和断路器在实际情况中可能出现各种误动或拒动等故障，因此，最优解只能作为诊断继电保护装置故障的参考，具体状况需要保护人员在现场进一步进行核实。
参考文献
［1］董新洲，葛耀中，贺家李．波阻抗方向继电器的算法研究［J］．电力系统自动化，2001，25(10):14-17．
［2］董新洲，罗澍忻，施慎行，等．基于极化电流行波方向继电器的行波方向比较式纵联保护技术及其在750kV线路上的应用［J］．电力自动化设备，2015，35(9):1-5．