摘要：距离保护和电流保护无法满足重要的输电线路无时限的全线路范围保护，采用纵联保护实现对线路全长进行保护。文章根据传输通道的不同对纵联保护进行分类，阐述了给累纵联保护的动作原理。分析了输电线纵联保护海南电网南部片区高压线路的运用情况。介绍了继电保护未来的发展方向。
关键词：无时限；纵联保护；电流差动保护
引言
输电线路中比较常见的主保护有电流保护、距离保护和纵联保护。其中，无时限的电流I段保护和距离I段保护的保护范围仅为线路全长的80%，需通过II段的定时限保护线路末端的20%长度。对重要的输电线路，无法保证无时限的全长保护，从系统故障后的稳定运行角度来说，这是不允许的。而纵联保护则可以确保线路全长范围内的故障能够瞬时切除。
纵联保护即使用通信通道将输电线各端的保护装置纵向连接起来，将各端的电气量（电流、功率方向等）传送至对侧，并与各侧电气量进行比较，判断故障点在保护区内或区外。根据传输通道的不同，纵联保护可分为导引线纵联差动保护、相位比较式纵联保护、分相电流差动纵联保护和纵联距离保护。
1.各类纵联保护原理
A导引线纵联差动保护
导引线纵联差动保护是用金属导线作为通信通道的输电线纵联电流差动保护，基于基尔霍夫电流定律形成的保护方式，通过导引线连接输电线两端的电流互感器二次侧，形成电流回路，并将两侧电流接入一个比较器。
导引线纵联保护有两种接线原理，一种是当正常运行及外部故障时，两端电流大小相等，方向相反，在导引线中形成环流，称为环流式接线。理想的正常运行以及保护区外故障下，两侧电流互感器通过的电流相位相反、大小相等，在电流比较器中形成的电流向量和为0（即两侧差流为0），继电器不动；而在保护区内发生短路故障时，假设两端有电源，则两侧电流均从母线侧流入保护线路，电流相位相同，流入继电器回路中的差流IK=IM+IN>IKact（继电器动作值），两侧继电器动作启动跳闸线圈，切除故障点。
另一种称为均压式接线，比较导引线两端的电压，改变两侧辅助电流互感器的接线方式，使正常运行和外部故障环境下导引线两侧电压相等，相位相反，导引线中电流IK=0，保护不动作。在内部故障时，导引线两侧电压大小不等，但同相位，将在导引线中产生故障电流，该电流通过电流互感器耦合到一次侧，使两侧继电器动作。
导引线纵联差动保护正确工作的影响因素：
（1）电流互感器的误差和不平衡电流。由于不同电流互感器的制作工艺、工作环境等因素影响下，存在不同的传变误差。即使正常运行或外部短路的情况下，两侧的CT的二次侧电流也不完全相等、相位差不为180°，形成的差流可能导致保护进入动作区，引起保护误动。由此形成的差流称为不平衡电流。
为了保证保护的可靠性，差动继电器在整定值须躲开可能的最大不平衡电流；同时，投入导引线纵联差动保护的线路两侧应采用同型号、磁化特性相同、贴心截面大的高精度电流互感器。
（2）导引线阻抗和分布电容的影响。当保护线路较长时，导引线阻抗较大，增大隔离变压器的二次负载，增大其传遍误差。若提高隔离变压器变比以减小二次负载则会增大导引线的分布电容电流和漏电流，同样增大了隔离变压器的传变误差。工程上，基于技术以及经济上的考虑，导引线纵差保护一般应用于15km以下且重要的输电线路。
（3）导引线故障及感应过电压对保护的影响。导引线通常和输电线路平行敷设，对于环流式接线，导引线如果断线将引起保护误动，而短路则使得保护区内故障时保护拒动；对于均压式接线的线路则相反。
输电线短路时，短路电流在导引线回路中感应产生过电压，同样，雷电也可能在导引线中产生感应过电压，并进入保护回路，损坏保护装置中的元件。
B相位比较式纵联保护
高频载波通道是早期的长距离输电线路主保护的通信通道，在将电流模拟量调幅进行长距离传送的过程中，受外界干扰，信号能量衰耗大，致被传送电流幅度变小。因此，高频载波通道只比较输电线路两侧电流的相位，通过将正弦电流转化为方波，控制高频发信机的启、停，分别向对侧和本侧发出半周期的高频信号，形成两侧电流相位比较，称为相位比较式差动保护，简称相差高频保护。
1）相位比较式纵联保护原理
同样以母线流入线路为正方向，理想状况下，当正常运行和发生区外短路故障时，M、N两侧电流相位相差180°，在时间轴上形成连续的正半周期；而保护区内故障时，两侧电流同相位，在时间轴上正负半周相间出现。如图2-1示。根据此特征，检测电流在正半周期时，操作高频发信机发出闭锁信号，负半周则不发闭锁信号。如此，正常运行和区外故障情况下，高频发信机持续发出闭锁信号，保护可靠不动作；区内故障时，电流信号正负半周交替出现，在负半周时发信机不发闭锁信号，收信机检波后输出正电位，保护动作，跳开两侧开关。
图2-1相位比较式纵联保护两侧电流信号
2）相差高频保护的优、缺点
a.相差高频保护是一种传送闭锁信号的保护，需要两个灵敏度不同的起动元件，灵敏度高的起动发信机发出闭锁信号，灵敏度低的起动跳闸回路，以保证外部故障时远离故障点一侧在起动跳闸回路之前收到对侧（近故障点侧）的闭锁信号，防止误动作。
b.通道出现故障或失效，当外部故障时，远离故障点侧收不到闭锁信号，引起误动作。
c.相差高频保护动作响应慢。传统相差高频保护只在正半周发出高频电流，一周期内只一次比相。若区内故障发生在两侧电流进入负半周后，需在一个半周后才判断出故障性质。
d.三相电流经过复合过滤器时，操作电压可能发生畸变，外部短路时可能因波形畸变而无法得到连续的正半周高频电流信号而误动；区内短路时，两侧操作电压正半周可能变宽，使高频脉冲间隙变窄，保护不能快速动作。
e.不能判别故障相，需结合专门的选相元件完成单相故障切除、重合闸功能。
相差高频保护的优点在于：a.当通道出现故障或失效，伴随区内故障，两侧收不到闭锁信号，保护可靠动作；b.在线路非全相状态下可以正确工作，不受非全相状态下系统振荡产生的负序、零序分量影响。
C分相电流差动纵联保护
数字通信的发展，利用光纤通道通信容量大的特点，同时传送多个电流瞬时值，从而实现分相电流比较，形成分相电流差动保护。其中，光纤通道因其投资小、可靠性高的特点广泛运用于现在长距离输电线路保护中。与导引线纵联差动保护一样，光纤纵联差动保护同样是基于基尔霍夫电流定律，采集两侧电流量进行比较，正常运行和区外故障时，差动电流为0，保护不动作；区内故障时，差动电流不为0，当差动电流IK>IKact 时，保护跳闸出口。
但光纤纵联差动保护线路各侧保护装置各自完成电流采用，无法确保所比较的电流值是同一时刻的。需要对各侧电流采用数据进行同步化处理，我局普遍采用的是基于GPS的同步法。线路两端的保护装置中由高稳定性晶振构成的采样时钟每隔1s被1PPS信号同步一次，可保证线路两端采样时钟给出的采样脉冲之间具有不超过2µs的相对误差，实现了两端采样的严格同步。
D纵联距离保护
纵联距离保护结合带方向比较式的纵联保护以及阶梯式距离保护优点的一种全线速度的保护形式，既可作为线路的主保护，也可作为母线和下级线路的后备保护。当线路内部故障时能够瞬时动作，而在外部故障时具有不同的时限特性，起到后备保护的作用。
由于纵联距离保护将主保护和后备保护的接线相连，导致后备保护定检时需将主保护退出运行，灵活性较差。因此，作为220kV线路主保护，通常多配置一套光纤纵联差动保护配合使用，形成主保护双重化。
2.各种纵联保护在南部电网的运用情况
随着技术发展，经过多次技术改造之后，现今电力系统110kV输电线路多数以纵联光纤差动保护为主保护，配以三段式距离保护和零序保护作为后备保护。我局辖区内110kV高压输电线路通常配置光纤纵联差动保护，以保证区内无时限切除故障，如110kV鸭天凤线等。220kV输电线路则配以两套主保护，必有一套为纵联光纤差动保护，第二套主保护有纵联距离保护或者纵联光纤差动保护，220kV文大Ⅱ线、红文Ⅱ线均配置两套纵联光纤差动保护，而220kV文大Ⅰ线、红文Ⅰ线、茅鸭线等则同时配有纵联距离保护和纵联光纤差动保护作为主保护。
3.继电保护的发展
随着科学技术以及大电网系统化的发展，电网结构越来越复杂，传统形式的变电站形式将慢慢被数字化变电站取而代之。与此同时，继电保护通道也将告别模拟量传输形式，形成以光纤为主要通信通道，网络化的保护形式，将数字化变电站内的一次设备电气信息上传至一共享平台，由该平台对大量的数据进行分析处理，对全网系统进行协调保护。
论文作者:杜炜
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/10/9
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