超高压线路纵联保护配置方案

超高压线路纵联保护配置方案

王　颖,王玉东

(东北电力设计院系统处,吉林省长春市130021)

摘要:根据目前电力通信系统状况和线路保护的设备水平,阐明了用于超高压线路纵联保护传输信号的通信方式,例如载波、光纤及微波通道等。针对这些不同的通信方式的保护形式进行选择分析后认为:在考虑220kV 及以上电压等级的线路纵联保护方案时,保护信号传输通道应首选复用数字通信电路,逐渐淘汰载波通道,保护形式应首选分相电流差动保护;允许式方向或距离保护复用通信通道,经R S 2232串行口与通信终端连接,其起止式异步传输方式值得借鉴。关键词:纵联保护;超高压线路;保护信号传输;光纤通信;微波通信中图分类号:TM 773

收稿日期:2002201201;修回日期:2002201230。

0　引言

目前,我国超高压电网中,220kV 及以上电压等级的线路基本上都配置有双套主保护和后备保护。线路主保护一般为纵联保护。纵联保护形式的选择,以前由于受到通信手段的限制,基本上都是采用电力线载波通道的闭锁式或允许式距离、零序或方向保护(相差保护已基本淘汰)。随着计算机和数字通信技术的发展,光纤及微波通信系统在电力系统得到广泛应用,可供继电保护使用的信号传输通道不再单一,而主保护的形式根据通信方式的不同可有不同的选择。

1　保护信号传输通道的选择

目前,在发、输变电工程中,根据不同的电力通信系统可选择的保护信号传输通道方式主要有以下几种:专用载波通道(ON 2O FF )、复用载波机(FSK )、复用微波通道(FSK ,64kb it s );专用光纤通道(64kb it s ,R S 2232串行口)、复用光纤通道(FSK ,64kb it s ,R S 2232串行口)。111　专用载波通道

继电保护装置利用专用收发信机经高频加工设备使用电力线载波通道传输保护信号,是以往电力系统中最常见的,例如高频闭锁距离或方向保护。但是,由于载波通道是由电力线构成,在系统内发生故障或电力设备投入、退出操作时,会对载波通道构成严重干扰,经常出现因收发信机故障、载波通道故障或噪声干扰造成线路保护误动或拒动。此外,使用专用载波通道的纵联保护的年投运率较低,按1994年电力工业部颁布的《电力系统继电保护及安全自动

装置反事故措施要点》规定,年投运率仅为90.4%。

112　复用载波机

复用载波机也是利用电力线载波通道传输保护信号,但保护装置不需设置收发信机,而是利用通信专业的电力线载波机传输保护信号。正常运行时,载波机传输话音信号,当线路发生故障需要传输保护信号时,载波机将切断话音信号,以移频键控的方式传输保护信号。

这种交替式复用载波机的方式与专用载波通道方式相比有两大好处:一是可以充分利用载波机设备本身可靠性较高的优势,而且载波机的年投运率为99%以上;二是不必占用专用频率,可以节省频率资源。

113　复用微波通道

复用微波通道是利用通信的微波通道传输保护信号,在微波通信的终端设备PC M 复接所要传输的保护信号。微波通信不受任何电力设备故障和操作的影响,具有较高的信号传输质量。而且,微波通信是采用数字信号传输技术,不仅能传输音频信号,还能经数据口传输数据信号。为了提高信号传输的可靠性,电力系统微波通信电路通常采用1∶1的主备用方式,当主用频道故障时,进行无损伤切换,使用备用频道的微波信号。

根据《电力系统微波通信工程设计技术规程》规定,数字微波通信电路64kb it s 输出端的误码率(B ER )为:①任何月份0.4%以上时间1m in 平均误码率不大于10-6;②任何月份0.054%以上时间1s 平均误码率不大于10-3,年可用率大于99.7%。其中第2个误码率(10-3)也就是严重误码秒,是微波通道需要进行无损伤切换的门限值。但按保护闭锁率为10-5推算,要求严重误码秒不大于10-4,此无损伤切换门限值应提高到10-4,可在具体工程中

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6第26卷　第22期

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实现。

总之,复用微波通道传输保护信号的优越性是显而易见的。

114　光纤通道

光纤通道因传输容量大、信号传输速度快、安全性及可靠性高而成为电力通信系统传输通道的主要方式。也正因为上述优越性,光纤通道已成为保护信号传输通道的首选方式。目前,在工程中使用光纤通道传输保护信号有3种方式:敷设专用光缆;与通信复用光缆,使用专用纤芯;复用光纤通信电路,即由通信的终端设备PC M复接所要传输的保护信号。

1.4.1　专用光缆

使用专用光缆传输保护信号,需将线路两端的保护设备用一根光缆连接,光缆便成为线路保护的一部分。在设计线路保护的同时,还要考虑如何敷设光缆,其光缆敷设的费用较高,而且,如果不与输电线地线一同敷设(采用复合地线光缆O PG W、地线缠绕式光缆或捆绑式光缆),光缆的可靠性较低。由于光传输衰耗(不设置光中继站),其长度一般不能超过25km。光缆的运行维护也将归入继电保护专业,光缆的户外检修维护会给继电保护人员带来一定的困难。

1.4.2　专用纤芯

专用纤芯是使用通信光缆中的一对纤芯。光缆的敷设及光中继站的设置均由通信专业统一考虑,与专用光缆方式相比,具有光缆可靠性较高、长度没有特别限制等优越性。

但是,在通道设计时,除了保护使用的一对光缆芯外,还要预留一对备用光缆芯,也就是说一套保护要占用两对光缆芯。而保护装置所需的信号传输量与一对光缆芯能达到的传输容量相比是微乎其微,因此,该方式对通信资源来说是一种浪费。这种使用方式对光缆的施工质量及运行维护要求较高。一些地区已发生了几次因施工质量问题和光缆活接头的清洁问题造成保护通道告警现象,影响了保护通道的可靠性。

1.4.3　复用光纤通信电路

复用数字光纤通信电路是指由通信的PC M复接所要传输的保护信号。使用这种方式,只需将保护信号(FSK,64kb it s或R S2232串行口)接入通信的PC M话路、64kb it s数据口或R S2232接口。复用光缆通信电路可充分发挥通信网络优势,一旦某部分电路发生中断,运行维护人员可利用网络在较短时间内实现电路调度,从而迅速恢复中断的信号传输,这是专用光纤或专用光缆等无法提供的。

目前,SDH光纤通信电路在电力系统应用比较普遍,部分地区已实现SDH光纤自愈环[1],电路发生中断或性能劣化到一定程度后,无需人为干预,电路可自动完成切换,切换时间小于50m s。在未实现光纤自愈环的电源网点,部分已实现1路光缆、1路微波。在此情况下,可在光缆通道和微波通道分别配置1台PC M,各传1路主保护信号,利用PC M的64kb it s通道保护功能提高保护信号传输的可靠性。其应用如图1所示

。

图1　保护信号的复接

F ig.1　Protection signa l m ultiplex i ng

一旦A方向2M端口或设备故障,PC M设备可自动将需要保护的信号倒换至B方向传送。从光缆通信电路的设计性能指标来看[2],SDH光缆通信电路设计执行ITU2T G.826建议,该建议采用误块秒比(ESR)、严重误块秒比(SESR)来衡量电路的性能指标。与微波通信相比较,该指标要求更加严格,例如,对于50km中继间隔、传送155M b it s (STM21)信号,为满足严重误块秒(SES)要求,等效于前面所述的B ER无论什么时候都不能超过1.7×10-5,为满足误块秒(ES)指标,等效于前面所述的1m in的B ER不应超过10-12,这项指标远远高于保护对通道质量的要求。

2　保护形式的选择

针对不同类型的信号传输通道以及信号形式的不同,保护形式可以有不同的选择。

211　载波通道

载波通道包括专用和复用载波通道。由于专用载波通道抗干扰能力差、高频加工设备质量问题及运行效果差,影响线路保护的正常运行,建议淘汰专用载波通道方式。

复用通信载波机传输保护信号,大多采用交替式复用方式,保护与载波机之间通过保护信号接口装置连接。我国高频闭锁保护[3～5]的工作原理是线路发生故障时先发闭锁信号,经保护装置判断为被保护线路正方向故障再停信,为了可靠地闭锁保护,保护的启动发信元件整定得非常灵敏,相邻线路故障及正常的系统操作都会引起发信元件动作。允许式保护是在判断被保护线路正方向发生故障时,向线路对侧发出允许信号。

比较两种保护发送信号方式,前者比后者的发信概率要大得多。因此,为了尽量不影响通信通话,复用通信载波机时,保护最好采用允许式方向或距离保护。

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