晋东南_荆门特高压线路保护浅析

宋述勇，张群英，阴崇智，马振国，杨超颖

(山西电科院，山西 太原 030001)

摘要：介绍了晋东南—南阳-荆门特高压交流1000kV试验示范工程的线路、变压器、电抗器、断路器等保护的配置情况，重点分析了特高压线路保护联跳三相新功能的技术要求和厂家实现该功能的保护逻辑，论述了采用纵联标识码后光纤差动保护和光纤纵联距离保护在通道自环、同步采样、通讯时钟等通讯方式的设定方法，简要介绍了特高压经高阻接地故障的新特点，并对比分析了南瑞继保和四方线路保护实现上述功能的异同和有别于超高压线路保护的特点。

关键词: 特高压; 联跳三相; 纵联标识码; 光纤差动; 高阻接地

UHV line protection analysis on Jindongnan-Jingmen

SONG Shu-yong, ZHANG Qun-ying, YIN Chong-zhi, MA Zhen-guo,YANG Chao-ying

(Shanxi Electric Science Institue ,Taiyuan 030001,China)

Abstract: This paper introduces protection configuration of line,transformer,reactor, and breaker on Jindongnan-Nanyang-Jingmen 1000 kV UHV AC demonstration project, analyses mostly technical request and protection logic of UHV line protection following three-phase trip，and discusses the communication mode set method on self-loop, synchronization sampling, communication clock of optical current differential protection and optical pilot distance protection adopting pilot sign code. It introduces characteristic on UHV grounding fault with high resistance, and contrasts the difference and characteristic compared with EHV of NARI and Sifang line protection.

Key words: UHV; following three phase trip; pilot sign code; optical current differential; grounding with high resistance

中图分类号：TM77 文献标识码：B 文章编号： 1674-3415(2008)21-0024-05

0 引言

我国第一条特高压交流1000 kV输电线路，晋东南—南阳—荆门交流1000 kV试验示范工程包括三站两线，线路全长约5 km，晋东南站、南阳站及荆门站均为3/2断路器接线，本期为不完整串，双断路器。论文介绍了特高压试验示范工程三站两线的保护厂家、保护型号。由于特高压输电线路的晋东南-南阳线路和荆门-南阳线路共用南阳开关站的两个开关，因此在光纤差动和光纤纵联距离保护中增加了联跳三相功能，不同于超高压线路中的远跳。纵联标识码为电网中的地址唯一性标志，采用纵联标识码后，光纤差动和光纤纵联距离保护中的通讯方式定值设定将不同于超高压线路保护的通讯方式定值设定。特高压输电线路经高阻接地故障电流较小，因此将线路保护反应高阻接地的能力降低到800 A，并且增加了零序反时限保护。

1 特高压试验示范工程保护配置

晋东南—南阳—荆门特高压交流1000 kV试验示范工程一次系统结构和保护配置如图1所示。

本期1000 kV工程为双断路器加跨条接线，南阳变电站1000 kV母线在两侧线路保护的保护范围之中，晋东南和荆门母线在线路和变压器保护范围之中，故不设母线保护。南阳为开关站，没有变压器保护装置，晋东南和荆门变电站设有变压器。线路采用高压电抗器补偿方式。继电保护具体配置详见表1所示。

晋东南-南阳和南阳-荆门的线路保护采用南瑞继保、四方的光纤差动和光纤距离保护装置构成双重化保护，第一套采用分相电流差动保护，第二套采用光纤距离保护，两条线路交叉配套实现双重化。每套主保护配置两个2 Mbit/s的通信接口，每套主保护装置的每个2 M光通信接口能收、发一个联跳（用于实现联跳三相功能，不经就地判别）命令和一个远跳命令（用于实现过电压保护、失灵保护和电抗器保护动作后，经对侧线路保护的远方跳闸就地判别装置跳闸的功能）；变压器保护采用南瑞继保和国电南自的变压器保护装置，晋东南站采用南瑞继保变压器保护（含非电量保护）作为第一套保护，

宋述勇，等 晋东南-荆门特高压线路保护浅析 - 25 -

荆门站采用国电南自变压器保护（含非电量保护）作为第一套保护；三个站的电抗器保护全部采用许继的电抗器保护（含非电量保护）作为第一套保护，深南瑞的电抗器保护（不含非电量保护）作为第二

套保护。断路器保护都采用南瑞继保的断路器保护装置。过电压及远跳判别装置采用南瑞继保和四方的保护装置。

图1 特高压试验示范工程一次系统和保护配置图

Fig.1 Primary system and protection configuration diagram on test and demonstration project of UHV

表1 特高压试验示范工程保护配置

Tab.1 Protection configuration on test and demonstration project of UHV

保护名称

晋东南变电站 南阳开关站

荆门变电站

光纤差动

南瑞继保RCS-931G-U

南瑞继保RCS-931G-U 四方 CSC-103A 四方 CSC-103A 线路保护

纵联距离

四方CSC-101AS 四方 CSC-101AS

南瑞继保RCS-902CF-U

南瑞继保RCS-902CF-U 断路器保护 / 南瑞继保RCS-921A 南瑞继保RCS-921A 南瑞继保RCS-921A 过电压及远跳判别装置 / 南瑞继保RCS-925A 四方CSC-125 南瑞继保RCS-925A 四方CSC-125

南瑞继保RCS-925A 四方CSC-125

第一套 南瑞继保RCS-978HB/ RCS-978C3/RCS-974FG / 国电南自SGT756/ SGT756T/

FST-BT500

变压器保护

第二套 国电南自SGT756/ SGT756T

/ 南瑞继保RCS-978HB/ RCS-978C3

第一套

(全部) 许继WKB-801A WKB-802A 许继WKB-801A WKB-802A 许继WKB-801A WKB-802A 电抗器保护

第二套（不含非

电量）

深圳南瑞PRS-747 深圳南瑞PRS-747

深圳南瑞PRS-747

2 特高压试验示范工程线路保护的特点

2.1联跳三相功能

由于特高压输电线路的晋东南-南阳线路和荆门-南阳线路共用南阳开关站的两个开关，在两条线路上发生异名相转换性故障时将可能出现单相运行或三相跳开的情况，为此，增加了保护联跳三相功能，将晋东南和荆门侧开关跳开。当线路上发生故障，导致一侧保护动作跳开三相时，保护装置向对侧发远方三相跳闸信号，对侧收到远跳信号后，直接跳三相。具体要求如以下三点[1]：

（1）保护动作且开关跳三相，向对侧发联跳三相信号。

（2）收到联跳三相信号，中止发送联跳三相

信号。

（3）收到联跳三相信号且本侧保护动作后，强制性三跳。

上述技术条件的第（2）条是为防止联跳三相信号循环收发而作的规定，第（3）条加了本侧保护动作条件是为防止误收联跳三相信号而误动。联跳三相功能不同于远跳功能，远跳功能是过电压保护、失灵保护和电抗器保护动作后，经线路保护通道远传至对侧，经对侧远方跳闸就地判别装置跳闸。保护联跳三相功能是特高压输电线路特殊的要求，由线路保护实现。

南瑞继保和四方的光纤差动和光纤纵联距离保护联跳三相功能实现方法不尽相同。

三相跳闸

图2 南瑞线路保护联跳三相逻辑图

Fig.2 NARI’s logic diagram on following three phase trip of

line protection

图2中表示了南瑞继保线路保护联跳三相功能所要求的三点。第（1）点技术要求实现时采用保护跳闸加上断路器跳开两相即向对侧发送联跳信号，比技术要求条件要宽。

线路保护向对侧发送联跳信号，本侧线路保护不一定三跳，是否三跳取决于故障转换时间，也就是故障和TWJ第二次动作开入的先后顺序。如果第一次单相故障时，两相TWJ还没有开入，则线路保护只会发送联跳信号，本侧不会三跳。如果保护单相跳闸时，两相TWJ已经开入，则本侧线路保护进入非全相程序经短延时三相跳闸，同时发送联跳信号。如表2所示（中国电科院动模试验数据），K11点为图1中晋东南-南阳线路的南阳出口，K1点为图1中南阳-荆门线路的南阳出口。当异名相故障经20 ms延时转换时，南阳侧（晋东南-南阳和荆门-南阳）光纤差动和光纤纵联距离保护只发联跳三相信号，而不三跳，晋东南和荆门侧光纤差动和光纤纵联距离保护收到南阳侧对应的线路保护发送的联跳三相信号动作于三跳。当异名相故障经60 ms、200 ms延时转换时，晋东南-南阳侧光纤差动和光纤纵联距离保护先单相跳闸，故障转换时，南阳侧（荆门-南阳）光纤差动和光纤纵联距离保护在三相跳闸的同时向荆门侧发联跳三相信号，同时南阳侧（晋东南-南阳）光纤差动和光纤纵联距离保护在收到三相跳闸位置开入后向晋东南侧发送联跳三相信号，晋东南侧和荆门侧光纤差动和光纤纵联距离保护收到南阳侧对应的线路保护发送的联跳三相信号后动作于三跳。

表2异名相经不同延时故障转换的线路保护动作情况

Tab.2 Line protection action on different phase transition fault through different time delay 地点 晋东南 南阳 南阳 荆门 故障类型 K11点A相故障延时20ms转K1点C相故障

南瑞继保RCS-931差动保护 13.07ms跳A

166.4ms三跳 11.4ms跳A

---------- ------------

四方CSC-101S 纵联距离保护 18.07ms跳A

136.6ms三跳 23.6ms跳A

---------- ------------

四方CSC-103差动保护

---------- ------------ 13.2ms跳C 14.60ms跳C

116.6ms三跳

南瑞继保RCS-902纵联距离保护

---------- ------------ 27.2ms跳C 54.00ms跳C

146.6ms三跳

故障类型 K11点B相故障延时60ms转K1点A相故障

南瑞继保RCS-931差动保护 11.20ms跳B

231.2ms三跳 11.2ms跳B

---------- ------------

四方CSC-101S 纵联距离保护 14.87ms跳B

202.8ms三跳 19.2ms跳B

---------- ------------

四方CSC-103差动保护

---------- ------------ 15.6ms三跳 16.40ms跳A

28.4ms三跳

南瑞继保RCS-902纵联距离保护

---------- ------------ 40.8ms三跳 45.60ms跳A

88.0ms三跳

故障类型 K11点C相故障延时200ms转K1点A相故障

南瑞继保RCS-931差动保护 16.40ms跳C

358.8ms三跳 16.4ms跳C

---------- ------------

四方CSC-101S 纵联距离保护 23.20ms跳C

327.4ms三跳 23.8ms跳C

---------- ------------

四方CSC-103差动保护

---------- ------------ 12.6ms三跳 13.00ms跳A

25.4ms三跳

南瑞继保RCS-902纵联距离保护

---------- ------------ 36.8ms三跳 41.60ms跳A

84.0ms三跳

如果晋东南-南阳-荆门线路异名相经短延时（20 ms）转换故障时，将出现线路单相运行的情况。此时断路器实现三相跳闸按照动作时序共有以下几种动作途径：一是断路器保护通过两种方法实现三跳，一是两相跟跳三相，另外一种是两相跳令开入使重合闸放电，沟通三跳或勾三接点实现三跳；二宋述勇，等晋东南-荆门特高压线路保护浅析- 27 -

是南瑞线路保护单相运行200 ms三跳（四方线路保

护无此功能），三是断路器非全相动作于三跳。

四方光纤差动和光纤纵联距离保护实现联跳

三相的方法略有不同。在实现第（2）点技术条件时，

四方线路保护在收到对侧三相联跳信号后还要判断

对侧开关是否三相跳开或保护三跳。跟跳对侧三跳

控制字只控制跟跳不控制发信。如图3所示。

图3 四方线路保护联跳三相功能逻辑图

Fig.3 Sifang’s logic diagram on following three phase trip of

line protection

南瑞继保和四方线路保护的联跳三相功能实

现方式上不尽相同，如表3所示。

表3 南瑞和四方线路保护联跳三相功能对比表

Tab. 3 Contrast table on following three phase trip of NARI’s

and Sifang’s line protection

特点 发联跳三

相信号

跟跳三相

终止发联

跳信号

联跳三相

控制字功

能

其他

南瑞线路保护 保护跳闸

加上断路

器跳开两

相，受联跳

三相控制

字控制

本侧保护

动作且收

对侧联跳

三相信号

收对侧联

跳三相信

号

控制发联

跳信号和

跟跳功能

开关三跳

后不再三

跳

四方线路保护 保护跳闸

加上断路

器跳开两

相，不受联

跳三相控

制字控制

本侧保护

动作且收

对侧联跳

三相信号

收对侧联

跳三相信

号且对侧

已三相跳

开

控制跟跳

功能

开关三跳

后不再三

跳

备

注

不同 相同 不同 不同 相同 2.2通讯方式控制字

为提高数字式通道线路保护装置的可靠性，防止出现一条线路的两套保护装置通道交叉情况，特高压输电线路差动和纵联距离保护都采用了纵联标识码功能。南瑞继保线路保护V3.0及以上版本的保护装置才提供纵联标识码功能，四方的纵联标识码功能在超高压保护配置中还不是标配。线路差动保护存在同步采样和时钟同步问题，而光纤纵联距离保护只有时钟同步问题。两个保护厂家的纵联标识码功能不完全相同。南瑞线路差动保护增加了两个定值项：“本侧纵联码”“对侧纵联码”；减少了两个保护控制字：“主机方式”、“通道自环试验”，同时将原来的“专用光纤”改名为“内部时钟”。四方差动保护增加了“本侧纵联保护地址”和“对侧纵联保护地址”定值项。由于特高压光纤纵联距离保护装置采用光电接口内置方式，因此增加了内外时钟方式控制字，通过纵联标识码定值设定通道自环，没有采样同步问题。

“纵联标识码功能”是保证全网运行的保护设备具有唯一性，即正常运行时，本侧纵联码与对侧纵联码应不同，且与本线的另一套保护的纵联码不同，也应该和其它线路保护装置的纵联码不同。南瑞和四方线路保护对该功能的叫法略有差异，如上所述。功能也不尽相同。

南瑞线路保护的本侧纵联码和对侧纵联码在定值项中整定，范围均为0～65535，线路差动保护装置根据本装置定值中本侧纵联码和对侧纵联码定值决定本装置的主从机方式，同时决定是否为通道自环试验方式。若本侧纵联码和对侧纵联码整定一样，表示为通道自环试验方式，若本侧纵联码大于等于对侧纵联码，表示本侧为主机，反之为从机[2]。光纤纵联距离保护装置则根据定值中本侧纵联码和对侧纵联码定值决定本装置是否为通道自环试验方式，内/外时钟定值决定时钟同步问题[3]。

表4 不同通道方式的南瑞电流差动保护定值设定

Tab.4 Setting on NARI’s current differential protection of

different channel mode

通道方式不采用纵联标识码 采用纵联标识码

------ 主机方式通道自

环试验

专

用

光

纤

纵联标识码

（本侧、对

侧）

内部

时钟

自环方式 1 1 1 两侧相同 1

专用光纤一侧为主

一侧为从

0 1 标识码大为

主，小为从

1

k复用

PCM

一侧为主

一侧为从

0 0 标识码大为

主，小为从

2M复用SDH

（SDH重定

时功能开）

一侧为主

一侧为从

0 0 标识码大为

主，小为从

2M复用SDH

（SDH重定

时功能关）

一侧为主

一侧为从

0 1 标识码大为

主，小为从

1- 28 - 电力系统保护与控制

由于纵联标识码功能还不是线路保护装置的

标准配置，下面对比分析南瑞继保差动保护有纵联

标识码与没有纵联标识码时的通讯方式定值设定的

异同。如表4所示。

而四方差动保护通过定值“本侧纵联保护地

址”、“对侧纵联保护地址”来设定装置地址（唯一

作用），不决定主从机方式和通道自环试验。通道自

环试验通过“通道环回实验”控制字实现，此时地

址识别码不起作用。“主机方式”控制字决定采样同

步方式，“通道选择外时钟”控制字决定时钟同步问

题[4]。而光纤纵联距离保护装置通过“本侧纵联保

护地址”等于“对侧纵联保护地址”来设定通道自

环方式，“通道选择外时钟”控制字决定时钟同步问

题。如表5所示[5]。

表5 不同通道方式的四方电流差动保护定值设定

Tab.5 Setting on Sifang’s current differential protection of

different channel mode

通道方式 主机方式 通道环回

试验 通道选择

外时钟

纵联保护

地址（本

侧、对侧）

自环方式 1 1 0 不起作用专用光纤 一侧为主

一侧为从

0 0 两侧不同

k复用PCM 一侧为主

一侧为从

0 1 两侧不同

2M复用SDH （SDH重定时功能开） 一侧为主

一侧为从

0 1 两侧不同

2M复用SDH （SDH重定时功能关） 一侧为主

一侧为从

0 0 两侧不同

此外，线路保护是采用 k还是2 M传输速率,南瑞继保线路保护在光纤接口插件中由跳线选择，而四方线路保护通过定值来整定。

线路保护装置将本侧的纵联码定值包含在向对侧发送的数据帧中传送给对侧保护装置，当对侧接收到的纵联码与定值整定的对侧纵联码不一致时，保护装置将报警。

2.3高阻接地故障

规程规定，500 kV系统经300 Ω接地时，线路保护应可靠动作。因此，特高压工程开始规定1000 kV 系统经600 Ω接地时，保护应可靠动作。但在特高压线路保护动模试验时，最小运行方式下经600 Ω（1000 A）高阻接地时电气量二次数值较小，零序保护的灵敏度受到一定影响。所以特高压二次技术条件定为“系统发生经高过渡电阻单相接地故障时，当故障点电流大于800 A时，保护应能切除故障，分相差动保护应能选相动作”[1]。同时增加了零序反时限保护，提高高阻接地故障时保护的灵敏度。

3 结束语

晋东南—南阳—荆门特高压交流1000 kV试验示范工程由于一次结构及参数的新特点，造成了二次保护配置及功能上的一些变化。线路保护针对特高压的新问题，增加了线路保护联跳三相功能，用零序反时限功能应对高阻接地故障，纵联标识码功能增加了线路保护的可靠性。双重化的保护厂家在实现特高压二次技术条件的过程中虽然不完全相同，但结果都满足技术条件的要求。论文通过对比分析，使大家清晰地认识了特高压与超高压线路保护、南瑞继保和四方线路保护之间的相同和不同点，对特高压试验示范工程的保护性能有了比较清晰的认识和理解。

参考文献

[1]晋东阳－南阳－荆门1000kV特高压交流试验示范工

程二次系统技术条件(第二版)[Z].

[2] RCS-931G-U 特高压线路成套保护装置技术和使用说

明书[Z].

[3] RCS-902CF-U 特高压线路成套保护装置技术和使用

说明书[Z].

[4] CSC-103 数字式线路保护装置说明书[Z].

[5] CSC-101S 数字式线路保护装置说明书[Z].

收稿日期：2008-06-30

作者简介：

宋述勇（1971-），男，研究生，高级工程师，主任工程师，从事继电保护工作；E-mail:songsy@sina.com 张群英（19-），男，大专，工程师，从事继电保护工作；

阴崇智（1969-）,男, 研究生，高级工程师，从事继电保护工作。