摘要：繼電保護系統的作用在于保證電力系統穩定運行和連續供電，在電力系統發(fā)生故障時(shí)通過(guò)遠方保護系統在線(xiàn)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(dòng)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(xiàn)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(shí)現110kV輸電線(xiàn)路的高頻保護的方法，方法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現，且不影響原有保護的動(dòng)作特性。

　　關(guān)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，保證電力系統穩定運行和連續供電在電力系統發(fā)生故障時(shí)需通過(guò)遠方保護系統在線(xiàn)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(dòng)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(xiàn)速動(dòng)性能的輸電線(xiàn)路主保護，能夠快速切除輸電線(xiàn)路故障。

　　目前，縱聯(lián)保護已經(jīng)成為220kV及以上輸電線(xiàn)路的最主要、最基本的重要保護之一，為維護電力系統的安全穩定運行，提高系統的穩定水平發(fā)揮了巨大的作用。為了滿(mǎn)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(zhuān)用載波通道，并使用傳送高頻保護信號的專(zhuān)用相。采用保護專(zhuān)用載波通道，由于需要配置保護專(zhuān)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(zhuān)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(shí)現輸電線(xiàn)路的高頻保護，具有較大的實(shí)際意義。文獻提出對于傳送遠方保護信號的復用電力線(xiàn)載波機通常采用發(fā)送保護信號時(shí)中斷電話(huà)及全部或部分非電話(huà)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(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)，使兩側開(kāi)關(guān)同時(shí)快速跳閘的一種保護裝置，是線(xiàn)路的主保護。有關(guān)文獻提出其基本原理是：以線(xiàn)路兩側判別量的特定關(guān)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(guān)系來(lái)判別區內故障或區外故障。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(xiàn)路兩端各自看到的故障方向，以綜合判斷是線(xiàn)路內部故障還是外部故障。如果以被保護線(xiàn)路內部故障時(shí)看到的故障方向為正方向，則當被保護線(xiàn)路外部故障時(shí)，總有一側看到的是反方向。其特點(diǎn)是：

　�。�1）要求正向判別啟動(dòng)元件對于線(xiàn)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(xiàn)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(guò)通道構成縱聯(lián)距離保護。其特點(diǎn)是：

　�。�1）能足夠靈敏和快速地反應各種對稱(chēng)與不對稱(chēng)故障；

　�。�2）仍保持后備保護的功能；

　�。�3）電壓二次回路斷線(xiàn)時(shí)保護將會(huì )誤動(dòng)，需采取斷線(xiàn)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故障、異常需停用時(shí)，該保護要退出運行。

　　3．相差高頻保護是比較被保護線(xiàn)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(shí)保護被閉鎖，兩側電流相位相反時(shí)保護動(dòng)作跳閘。其特點(diǎn)是：

　�。�1）反應全相狀態(tài)下的各種對稱(chēng)和不對稱(chēng)故障，裝置比較簡(jiǎn)單；

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

　�。�3）不受電壓回路斷線(xiàn)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(shí)，整個(gè)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(méi)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(shù)完成保護信號的傳送。

　�。ㄒ唬└哳l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(gè)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(jīng)具有調度通信通道。由于大多數110kV變電站之間已經(jīng)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(shí)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(huà)音信號及遠動(dòng)信號。當需要傳送保護信號時(shí)，切斷話(huà)音信號及遠動(dòng)信號，提升復用載波機的發(fā)信功率，完成保護信號的短時(shí)傳送。

　　2．110kV變電站之間沒(méi)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(shí)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(méi)有載波通道，因此，保護信號將由調度中心或中心變電站進(jìn)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(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)，完成故障線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)路編號。在轉接裝置完成包含故障線(xiàn)路編號的保護信號的編碼與譯碼工作時(shí)，應滿(mǎn)足復用載波機要求的編碼格式。當保護信號需要進(jìn)行多級轉接時(shí)，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(lèi)，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(lài)性有不同的要求。這里所說(shuō)的安全性，是指遠方保護系統在發(fā)信端未發(fā)命令的情況下，收信端抵御干擾和噪聲，不產(chǎn)生虛假命令的能力�？梢蕾�(lài)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(dòng)作，{P=1}表示本側保護動(dòng)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(shí)，收信端的保護只能由本側保護動(dòng)作，可能會(huì )延遲保護動(dòng)作時(shí)間，因而應具有較高的可依賴(lài)性。這種方式目前只是在500kV系統中得到了應用。

　�。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(dòng)作，{P=1}表示本側保護動(dòng)作。

　　收到高頻信號以后，保護裝置允許跳閘�？梢�(jiàn)，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(dòng)作來(lái)確定。當然，如果收不到高頻信號，滿(mǎn)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(lài)性，即收信端必須不丟失命令。

　�。ㄈ�）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(dòng)作，{P=1}表示本側保護動(dòng)作。

　　不能收到高頻閉鎖信號，而且本側保護動(dòng)作時(shí)，保護裝置跳閘。正常運行時(shí)誤收高頻信號不會(huì )造成保護的誤動(dòng)作，在保護區內故障時(shí)，收不到高頻信號是保護裝置的動(dòng)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(lài)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(lài)性都有高的要求，因此在500kV系統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(lài)性），所受的干擾也�。ㄓ欣�于提高信號傳送的安全性，減小收信的誤碼率）。

　　在220kV系統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(xiàn)路故障時(shí)載波通道可能遭到破壞，高頻信號的衰減還會(huì )進(jìn)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(shí)，收不到高頻信號正是保護跳閘的條件之一，因此，不會(huì )影響保護工作的正確性。

　　四、110kV輸電線(xiàn)路縱聯(lián)保護方式

　　在110kV輸電線(xiàn)路中實(shí)現縱聯(lián)保護時(shí)，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(diǎn)，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(xiàn)路區外故障時(shí)，靠近故障側需要發(fā)出長(cháng)達10s左右的高頻閉鎖信號，這是使用復用載波機時(shí)難以達到的要求。同時(shí)，使用高頻閉鎖方案時(shí)，所有非故障線(xiàn)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(xiàn)路所需的高頻閉鎖信號通道。因此，在110kV輸電線(xiàn)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(shí)，其配合關(guān)系相對較為簡(jiǎn)單。同時(shí)，允許式高頻保護只需要在保護區內故障時(shí)短時(shí)間發(fā)出允許信號，對調度通信通道傳送話(huà)音信號及遠動(dòng)信號的復用載波機影響較小，因而可以選擇“允許方式”實(shí)現110 kV輸電線(xiàn)的縱聯(lián)高頻保護。

　　在使用允許式高頻保護方式時(shí)，可以有幾種選擇：

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

　　2．對于沒(méi)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(shí)，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(dòng)作，直接跳閘；{RELAY（2）=1}表示本側階段式保護二段動(dòng)作；{SZSX=1}表示收到包含正確的故障線(xiàn)路編號的數字信號。當收信動(dòng)作時(shí)，即{SZSX=1}時(shí)，加速階段式保護二段跳閘。

　　110kV輸電線(xiàn)路保護區內故障時(shí)，近故障側距離保護和零序電流保護一段動(dòng)作。在保護裝置跳閘的同時(shí)，啟動(dòng)高頻發(fā)信，短時(shí)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(dòng)作，當收到高頻允許信號時(shí)，載波信號轉接裝置將允許信號經(jīng)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(dòng)作，從而實(shí)現110kV輸電線(xiàn)路全線(xiàn)速斷保護。

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

　　五、結論

　　選擇適當的高頻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(shí)現輸電線(xiàn)路的高頻保護。方法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現，且不影響原有的保護的動(dòng)作特性。利用調度通信網(wǎng)絡(luò )實(shí)現縱聯(lián)保護的高頻信號傳送，由于無(wú)須專(zhuān)用載波通道，因此有可能在110kV及以下電壓輸電線(xiàn)路中得到廣泛的應用，并極大地提高電力系統運行的穩定水平。

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　　作者簡(jiǎn)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(xiàn)載波通信工程。