摘要：繼電保護系統(tǒng)的作用在于保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行和連續(xù)供電，在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時通過遠方保護系統(tǒng)在線路兩端間高速度地傳送繼電保護信息，控制兩端保護裝置有選擇性地快速動作切除故障。文章基于此提出了利用通信調度復用載波機在高壓輸電線路中傳送縱聯(lián)保護高頻信號，闡述了高頻保護信號傳送方式與載波信號轉接，充分論述了高頻縱聯(lián)保護的工作方式。舉例實現(xiàn)110kV輸電線路的高頻保護的方法，方法簡單，容易實現(xiàn)，且不影響原有保護的動作特性。

　　關鍵詞：通信調度；載波機；載波信號；高頻縱聯(lián)保護

　　為保護電力設備安全防止事故擴大，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行和連續(xù)供電在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時需通過遠方保護系統(tǒng)在線路兩端間高速度地傳送繼電保護信息，控制兩端保護裝置有選擇性地快速動作切除故障。高頻方向保護與高頻閉鎖距離保護、相差高頻保護等縱聯(lián)保護，作為具有全線速動性能的輸電線路主保護，能夠快速切除輸電線路故障。

　　目前，縱聯(lián)保護已經成為220kV及以上輸電線路的最主要、最基本的重要保護之一，為維護電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定水平發(fā)揮了巨大的作用。為了滿足縱聯(lián)保護對可靠性的高度要求，通常使用縱聯(lián)保護專用載波通道，并使用傳送高頻保護信號的專用相。采用保護專用載波通道，由于需要配置保護專用高頻收發(fā)信機以及高頻加工設備（阻波器、接合濾波器等），因而投資昂貴，從而其使用范圍受到很大的限制。在不加設專用載波通道的情況下，利用通信調度復用載波機傳送縱聯(lián)保護高頻信號，實現(xiàn)輸電線路的高頻保護，具有較大的實際意義。文獻提出對于傳送遠方保護信號的復用電力線載波機通常采用發(fā)送保護信號時中斷電話及全部或部分非電話信號，并相應提高保護信號電平的方式（交替復用）。

　　一、高頻縱聯(lián)保護基本原理

　　高頻縱聯(lián)保護是當線路發(fā)生故障時，使兩側開關同時快速跳閘的一種保護裝置，是線路的主保護。有關文獻提出其基本原理是：以線路兩側判別量的特定關系作為判據，即兩側均將判別量借助通道傳送到對側，然后兩側分別按照對側與本側判別量之間的關系來判別區(qū)內故障或區(qū)外故障。因此，判別量和通道是縱聯(lián)保護裝置的主要組成部分。

　　高頻縱聯(lián)保護包括：高頻方向保護、高頻閉鎖距離保護、相差高頻保護等。

　　1．高頻方向保護是比較線路兩端各自看到的故障方向，以綜合判斷是線路內部故障還是外部故障。如果以被保護線路內部故障時看到的故障方向為正方向，則當被保護線路外部故障時，總有一側看到的是反方向。其特點是：

　　（1）要求正向判別啟動元件對于線路末端故障有足夠的靈敏度；

　�。�2）必須采用雙頻制收發(fā)信機。

　　2．高頻閉鎖距離保護是以線路上裝有方向性的距離保護裝置作為基本保護，增加相應的發(fā)信與收信設備，通過通道構成縱聯(lián)距離保護。其特點是：

　�。�1）能足夠靈敏和快速地反應各種對稱與不對稱故障；

　�。�2）仍保持后備保護的功能；

　�。�3）電壓二次回路斷線時保護將會誤動，需采取斷線閉鎖措施，使保護退出運行；

　　（4）不是獨立的保護裝置，當距離保護停用或出現(xiàn)故障、異常需停用時，該保護要退出運行。

　　3．相差高頻保護是比較被保護線路兩側工頻電流相位的高頻保護。當兩側故障電流相位相同時保護被閉鎖，兩側電流相位相反時保護動作跳閘。其特點是：

　�。�1）反應全相狀態(tài)下的各種對稱和不對稱故障，裝置比較簡單；

　　（2）不反應系統(tǒng)振蕩。在非全相運行狀態(tài)下和單相重合閘過程中保護能繼續(xù)運行；

　�。�3）不受電壓回路斷線的影響；

　�。�4）對收發(fā)信機及通道要求較高，在運行中兩側保護需要聯(lián)調；

　�。�5）當通道或收發(fā)信機停用時，整個保護要退出運行，因此需要配備單獨的后備保護。

　　二、高頻保護信號傳送方式與載波信號轉接

　　通常220kV至110kV降壓變電站均有完整的220kV電力載波通道，110kV變電站同樣建有用于傳送調度通信信息的載波通道。雖然部分110kV變電站之間沒有載波通道，仍可利用上述220kV載波通道及110kV調度通信通道并采用信號轉接技術完成保護信號的傳送。

　　（一）高頻保護信號傳送方式

　　如圖1所示，調度中心或中心變電站與多個其它變電站之間均有載波通道，而其它變電站之間不一定有載波通道，因此，通�？梢圆捎靡韵聝煞N信號傳送方式：

　　1．110kV變電站之間已經具有調度通信通道。由于大多數(shù)110kV變電站之間已經具有調度通信通道，且調度通信通道使用復用載波機，因此，文獻提出可以使用時分多路共傳方式的復用載波機傳送保護信號。復用載波機在正常情況下傳送話音信號及遠動信號。當需要傳送保護信號時，切斷話音信號及遠動信號，提升復用載波機的發(fā)信功率，完成保護信號的短時傳送。

　　2．110kV變電站之間沒有載波通道，但與調度中心或中心變電站之間均有載波通道，仍然可以利用調度通信通道，使用時分多路共傳方式的復用載波機傳送保護信號。由于110kV變電站之間沒有載波通道，因此，保護信號將由調度中心或中心變電站進行轉接。信號轉接可以是單級轉接，也可以是多級轉接。

　�。ǘ�）載波信號轉接

　　載波信號轉接裝置的主要作用是：在輸電線路發(fā)生故障時，完成故障線路的保護裝置與復用載波機之間的信號轉接。由于多條輸電線路可能利用同一復用載波機傳送保護信號，因此，轉接信號應該包含故障線路編號。在轉接裝置完成包含故障線路編號的保護信號的編碼與譯碼工作時，應滿足復用載波機要求的編碼格式。當保護信號需要進行多級轉接時，載波信號轉接裝置應當具有正確的轉接路由控制，并將所接收到的保護信號傳送到正確的復用載波機。

　　三、縱聯(lián)保護的工作方式

　　對于間接比較方式的縱聯(lián)保護，文獻按高頻信號的作用方式分類，可分別構成閉鎖式高頻保護、允許式高頻保護以及直接跳閘式高頻保護。它們對于載波通道的安全性與可依賴性有不同的要求。這里所說的安全性，是指遠方保護系統(tǒng)在發(fā)信端未發(fā)命令的情況下，收信端抵御干擾和噪聲，不產生虛假命令的能力。可依賴性則是指在發(fā)信端發(fā)出命令的情況下，收信端不丟失命令的能力。

　�。ㄒ唬┲苯犹�閘式高頻保護

　　直接跳閘式高頻保護的跳閘邏輯為：

　　{GPSX=1}OR{P=1}=1

　　其中，{GPSX=1}表示高頻收信動作，{P=1}表示本側保護動作。

　　收到高頻信號以后，保護裝置直接跳閘，要求載波通道有較強的抗干擾能力，即有較高的安全性。當通道故障時，收信端的保護只能由本側保護動作，可能會延遲保護動作時間，因而應具有較高的可依賴性。這種方式目前只是在500kV系統(tǒng)中得到了應用。

　�。ǘ�）允許式高頻保護

　　允許式高頻保護的跳閘邏輯為：

　　{GPSX=1}OR{P=1}=1

　　其中，{GPSX=1}表示高頻收信動作，{P=1}表示本側保護動作。

　　收到高頻信號以后，保護裝置允許跳閘。可見，收到高頻信號是保護裝置跳閘的條件之一，保護裝置能否跳閘還要由本側保護是否動作來確定。當然，如果收不到高頻信號，滿足不了跳閘條件，保護裝置仍然不能跳閘。因此，要求載波通道具有很強的可依賴性，即收信端必須不丟失命令。

　　（三）閉鎖式高頻保護

　　閉鎖式高頻保護的跳閘邏輯為

　　{GPSX=1}OR{P=1}=1

　　其中，{GPSX=1}表示高頻收信不動作，{P=1}表示本側保護動作。

　　不能收到高頻閉鎖信號，而且本側保護動作時，保護裝置跳閘。正常運行時誤收高頻信號不會造成保護的誤動作，在保護區(qū)內故障時，收不到高頻信號是保護裝置的動作條件之一，因此，閉鎖式高頻保護對載波通道的安全性與可依賴性的要求比起直接跳閘式高頻保護和允許式高頻保護要低。

　　直接跳閘式高頻保護和允許式高頻保護在500kV系統(tǒng)中得到了較多的應用。由于它們對載波通道的安全性與可依賴性都有高的要求，因此在500kV系統(tǒng)中載波通道一般都采用“相—相制”。這種方式下，高頻信號的傳輸衰減較�。ㄓ欣�于提高信號傳送的可依賴性），所受的干擾也小（有利于提高信號傳送的安全性，減小收信的誤碼率）。

　　在220kV系統(tǒng)中大量使用了閉鎖式高頻保護。這是因為220 kV載波通道采用了“相—地制”方式，高頻信號的衰減相對較大。當線路故障時載波通道可能遭到破壞，高頻信號的衰減還會進一步增大，以至于可能收不到高頻信號。而采用閉鎖式高頻保護時，收不到高頻信號正是保護跳閘的條件之一，因此，不會影響保護工作的正確性。

　　四、110kV輸電線路縱聯(lián)保護方式

　　在110kV輸電線路中實現(xiàn)縱聯(lián)保護時，需要大量利用110kV復用載波通道，與220kV載波通道一樣，110kV載波通道也采用了“相—地制”方式。根據110kV載波通道特點，應當優(yōu)先選擇高頻閉鎖式保護方案，然而，使用此方案在輸電線路區(qū)外故障時，靠近故障側需要發(fā)出長達10s左右的高頻閉鎖信號，這是使用復用載波機時難以達到的要求。同時，使用高頻閉鎖方案時，所有非故障線路都需要收發(fā)高頻閉鎖信號。顯然，不可能由調度通信通道提供所有非故障線路所需的高頻閉鎖信號通道。因此，在110kV輸電線路縱聯(lián)保護中不能使用閉鎖式高頻保護。

　　復用載波機與允許式高頻保護聯(lián)用時，其配合關系相對較為簡單。同時，允許式高頻保護只需要在保護區(qū)內故障時短時間發(fā)出允許信號，對調度通信通道傳送話音信號及遠動信號的復用載波機影響較小，因而可以選擇“允許方式”實現(xiàn)110 kV輸電線的縱聯(lián)高頻保護。

　　在使用允許式高頻保護方式時，可以有幾種選擇：

　　1．當110 kV輸電線路距離保護和零序電流保護具有“閉鎖/允許式”高頻接口時，直接使用“允許式”高頻接口。

　　2．對于沒有“閉鎖/允許式”高頻接口的距離保護和零序電流保護，可以使用非標準的“允許式”保護方案。

　　這時，非標準的允許式高頻保護的跳閘邏輯為：

　　{RELAY（1）=1}OR{［RELAY（2）=1］&［SZSX=1］}=1

　　其中，{RELAY（1）=1}表示本側階段式保護一段動作，直接跳閘；{RELAY（2）=1}表示本側階段式保護二段動作；{SZSX=1}表示收到包含正確的故障線路編號的數(shù)字信號。當收信動作時，即{SZSX=1}時，加速階段式保護二段跳閘。

　　110kV輸電線路保護區(qū)內故障時，近故障側距離保護和零序電流保護一段動作。在保護裝置跳閘的同時，啟動高頻發(fā)信，短時發(fā)出高頻允許信號。遠故障側距離保護或零序電流保護二段動作，當收到高頻允許信號時，載波信號轉接裝置將允許信號經由重合閘后加速回路輸入距離保護或零序保護裝置，加速距離保護二段和零序電流保護二段動作，從而實現(xiàn)110kV輸電線路全線速斷保護。

　　選擇“允許方式”實現(xiàn)110kV輸電線路全線速斷的縱聯(lián)高頻保護時，由于使用允許跳閘邏輯，因此，當信號通道出現(xiàn)故障時，完全不會對原有繼電保護裝置的工作產生影響。此時，繼電保護設備將按階段特性工作，與沒有載波通道時的動作行為相同。但是，大多數(shù)情況下高頻信號通道工作正常，則可以獲得全線速動的縱聯(lián)保護動作特性。

　　五、結論

　　選擇適當?shù)母哳l信號工作方式及傳送路由，利用通信調度復用載波機傳送縱聯(lián)保護高頻信號，可以方便地實現(xiàn)輸電線路的高頻保護。方法簡單，容易實現(xiàn)，且不影響原有的保護的動作特性。利用調度通信網絡實現(xiàn)縱聯(lián)保護的高頻信號傳送，由于無須專用載波通道，因此有可能在110kV及以下電壓輸電線路中得到廣泛的應用，并極大地提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定水平。

　　參考文獻：

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　　作者簡介：任廣闊（1977－），男，供職于江蘇省黑馬高科技發(fā)展有限責任公司，碩士，研究方向：電力線載波通信工程。