500千伏线路保护介绍讲解学习

1 前言
线路分相电流差动保护具有原理简单、工作可靠、选择性好等突出优点，目前在华东电网广泛应用。

2008年1月的冰灾中，许多线路覆冰远远超出线路承受的能力，造成大面积断线或倒塔。

架设在输电线路上的OPGW光缆和ADSS光缆，也遭到极大的破坏。

电网多条线路OPGW光缆（分相电流差动保护通道）因覆冰严重而断线，500kV线路上的光纤电流差动保护因光纤通道中断而被迫退出运行。

对于同时配置两套分相电流差动保护的线路，OPGW光缆断线后，相当于线路两套主保护同时失去。

在这种情况下，如主保护通道无法快速迂回，线路极有可能被迫拉停。

2 500kV线路保护介绍
2.1保护配置要求
2.1.1 500kV线路保护配置基本要求
对于500kV线路，应装设两套完整、独立的全线速动它保护。

线路主保护按原理分三类：方向高频、高频距离和分相电流差动保护。

主保护双重化；后备保护配置原则：1）、采用近后备 2）对相间短路，宜用阶段式距离保护；3）对接地短路，应装设接地距离保护并辅以阶段式或反时限零序电流保护。

(1)主保护：满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除故障的保护。

500kV保护按双重化原则配置。

正常运行时，均有两套完全独立的保护装置同时运行。

两套保护分别经不同的跳闸线圈跳闸；两套保护的直流电源分别取自两组完全独立的直流电源；
(2)后备保护：当主保护或开关拒动时，用以切除故障的保护。

分近后备和远后备。

近后备：故障元件自身的后备保护动作切除故障（失灵保护）；远后备：相邻元件的保护动作切除故障。

(3)辅助保护：补充主保护和后备保护性能，或当主保护和后备保护退出时用以切除故障的保护。

（短线保护、开关临时过流保护）
2.1.2主保护具体配置
目前华东电网主保护的配置情况，按原理的不同分为分相电流差动、高频距离、方向高频。

(1)分相电流差动主要有以下型号：ABB : REL561 南京南瑞: RCS-931D(M)；国电南自：PSL603；四方：CSC 103A；例如： REL561线路保护以分相电流差动作为主保护，以三段式接地距离和相间距离保护、反时限零序方向过流保护作为后备保护。

保护还有合于故障、振荡闭锁、断线闭锁等功能。

线路双方每5毫秒交换一次三相电流信息,并分别进行计算。

保护一端连续不断地向另一端发送有时间标记的信号,信号传到远端后,再与远端的就地时钟信息一起传回发送端。

分相电流差动保护较其它全线速动保护有两个突出的优点：一是对系统中发生的各种故障，均能全线快速跳闸，不受系统振荡的影响；二是当同杆并架的双回线发生跨线故障时，保护能准确选相和选线，不会误动作。

配置REL561保护的线路，无专门的就地判别装置，电流差动保护原理简单，不受系统振荡、线路串补电容、平行互感、系统非全相运行方式的影响，差动保护本身具有选相能力，保护动作速度快，最适合作为主保护。

(2)高频距离主要有以下型号：ABB : REL521，REL531；国电南自：PSL 602；高频距离是方向阻抗继电器。

收发信机与距离保护配合构成高频距离：与距离Ⅰ段构成欠范围，与距离Ⅱ段构成超范围。

欠范围方式（起动发讯范围仅是本线的80%左右）：由距离Ⅰ段发信，收到对侧载波机跳闸信号后加速Ⅱ段跳闸。

超范围方式（起动发讯范围超过本线）：由方向元件起动由监频转为跳频发信，当收到对侧载波跳闸信号后加速Ⅱ段跳闸。

500kV线路保护一般采用的是超范围允许式高频保护。

系统现多用的REL521/531线路保护采用复用载波通道方式。

线路保护的两台载波机PLC1和PLC2都有快速、慢速两个通道，采用相—相耦合方式，正常通道发送监频信号。

远方跳闸采用光纤通道，并经就地判别装置线路保护中含有远传功能,利用光纤通道，将远方跳闸信号传送至对侧，对侧经就地判别装置动作出口跳对应开关。

配置远跳就地判别装置（REL501），REL501也是微机型保护装置，其距离保护和方向零序电流保护能反映系统各种故障，一般使用超范围距离元件和方向零序电流保护，作为就地故障判别。

I/O接口输入载波机慢速通道信号（跳频、监频两个空接点），由CPU作逻辑判断后，实现跳闸。

(3)方向高频保护主要有以下型号：NARI : RCS-901D，LFP-901D。

其方向元件为工频变化量方向元件和零序电流方向元件，保护启动后，立即启动收发信机发闭锁信号，两个方向元件任一个方向判断为反方向时，立即闭锁停信。

之后，如果任一个方向元件判断为正方向时，收发信机停信，若此时对侧也停信，保护动作出口。

例如：LFP－901D保护装置包括以工频变化量方向元件和零序方向元件为主体的快速主保护，由工频变化量距离元件构成的快速Ⅰ段保护、三段式相间和接地距离及二个延时段零序方向过流作为后备的全套后备保护。

与LFP－901D高频距离保护配套设置的远方跳闸就地判别装置为LFP-925。

LFP－925装置主要功能为远方跳闸及过电压保护，有保护及管理两块CPU，管理CPU内设总起动元件，动作后开放出口继电器正电源。

远方跳闸可实现“二取二、二取一及收信直跳”等逻辑功能，一般只采用“一取一”逻辑，故障判别元件有电流变化量、零序电流等多种，一般整定采用低功率作判据。

(4)差动保护的优点：解决了高频相差、高频距离、高频方向很难解决的系统振荡、高阻接地、选相、复故障等问题。

高频距离的优点：对通道要求不高，不需同步调整，对通道可实时检测。

可采用不同原理的原件分命令传输，解决了跨线故障、选相等问题。

差动保护的缺点: 对光纤通道的依赖性强,要求通道不中断、误码率要低，需要同步采样，通道延时要求高;不同光纤差动保护需要不同的通道；只能和同型号的光纤差动构成整套主保护,用旁路断路器带线路断路器时不易配合；
2.1.3 后备保护具体配置：
(1)阶段式后备距离双重化（包括三段式相间距离和三段式接地距离）；反时限方向零流双重化(高阻接地、灵敏度高、延时较长)灵敏度很高。

(2)过电压保护。

满足条件：原则上，线路长度≥150kM才考虑配该保护；测量电压≥1.3UN ,延时0.3秒保护动作；过电压保护动作发远跳跳对侧开关，本侧对应开关在分闸状态该保护才投入，仅反应工频过电压。

(3)短线保护。

满足条件：用于一个半开关接线带出线闸刀的场合；躲正常不平衡电流，尽可能躲负荷电流；本保护只有出线闸刀拉开后方可投跳。

(4)远方跳闸。

起动远方跳闸的保护是：高压电抗器保护动作、过电压保护动作、断路器失灵保护动作。

2.2 高频保护的介绍
2.2.1 概念及特点:
原理：为了实现输电线路的快速保护，研究了得用输电线路本身作为一个通道，在输电线路传50Hz工频电流的同时，迭加传送一个载波讯号的方法，载波讯号一般采用50-400kHz的高频电流。

这样构成的保护就称为高频保护。

它的保护范围只限于本线路，故它的动作时限不必与相邻保护相配合而构成全线速动保护。

选择性好，灵敏度高。

还需装设后备保护。

线路高频保护具体原理及特点：线路高频保护是当线路发生故障时，使两侧开关同时快速跳闸的一种保护装置，是线路的主保护。

它以线路两侧判别量的特定关系作为判据。

即两侧均将判别量借助通道传送到对侧，然后，两侧分别按照对侧与本侧判别量之间的关系来判别区内故障或区外故障。

因此，判别量和通道是纵联保护装置的主要组成部分。

(1)方向高频保护是比较线路两端各自看到的故障方向，以判断是线路内部故障还是外部故障。

如果以被保护线路内部故障时看到的故障方向为正方向，则当被保护线路外部故障时，总有一侧看到的是反方向。

(2)相差高频保护是比较被保护线路两侧工频电流相位的高频保护。

当两侧故障电流相位相同时保护被闭锁 (3)高频闭锁距离保护是以线路上装有方向性的距离保护装设作为基本保护，增加相应的发信与收信设备，通过通道构成纵联距离保护。

2.2.2 高频保护工作原理：
目前广泛应用的是高频方向，其基本工作原理是比较两侧功率方向，它的正方向是由母线指向线路，如下图1所示：
M K1 N K2
图1例证方向
K1故障时，保护区内故障，两侧都是正方向，保护动作跳闸。

K2故障时，保护区外故障，M侧判为正方向，N侧判为反方向，此时若为允许式保护则N侧不发允许信号，不跳闸；此时若为闭锁式保护则N侧发闭锁信号，不跳闸。

高频闭锁距离和另序电流方向保护，动作正方向为故障电流由母线流向线路。

系统发生故障时，立即起动发信（起动发信元件没有方向性），若故障在本线路，
经小延时后，距离和另序电流方向保护动作停信，快速跳闸。

若故障在区外，线路一侧为正方向，起动发信后停信，另一侧保护为反方向，起动发信后不停信，该高频信号立即闭锁两侧高频保护而不能跳闸。

采用相-地耦合方式的通道设备。

高频允许式保护，收到允许信号是保护跳闸的必要条件之一；允许式高频信号采用移频制键控方式（FSK），正常运行时连续送监频信号，监视通道的完好。

故障时保护动作立即停发监频信号，满功率提升移频发允许跳频信号。

在故障时高频信号绝对不能中断，使用相-相耦合方式，实现通道双重化。

允许信号可选用任意段距离保护发信，由距离Ⅰ段发送允许信号称欠范围允许式距离保护；由距离Ⅱ段或Ⅲ段发送允许信号称超范围允许式距离保护。

采用相-相耦合方式的通道设备。

2.2.3 高频通道的三种工作方式
(1)故障发信：平时不发信，故障时发信，工作时间短，寿命长。

(2)长期发信：一直发信，故障时停信，工作量大，寿命短。

(3)移频式：正常时发f1监频信号，以监视通道的完好状态，同时也表示载波机工作正常，并起闭锁保护作用，当故障时，移频，发f2跳频信号。

盐都变的500kV线路保护就是采用这种发信方式。

2.2.4 高频保护相关防误动、防拒动逻辑回路分析
主要包括以下几个方面:解除闭锁式（UNBLOCKING）功能原理；弱馈回授式（混合式）；功率倒向问题；同杆异名相故障问题。

(1)解除闭锁式（UNBLOCKING）功能原理。

普和平[1]认为：500kV线路保护采用允许式、采用相-相耦合结合设备的载波机，当发生多相故障时，高频通道被破坏，载波机收不到信号（跳频、监频全无）。

此时将允许式保护在短时间内变成闭锁形式，即解除闭锁式功能，则仍可使高频保护经较短延时动作来比较快地切除故障。

所以允许式高频保护增加了解除闭锁式（UNBLOCKING）功能。

(2)弱馈回授式（混合式）。

弱馈回授逻辑：在一端处于弱电源的情况下,或者说在单侧电源的情况下,发生区内故障时, 弱电源侧的阻抗元件可能不动作,则通道跳闸允许信号不发出来使对侧不能迅速切除故障.弱电源侧满足如下条件：收到对侧允许信号；本侧正方向元件不动；本侧反方向元件也不动；没有闭锁信号（如CVT断线、系统振荡）。

采取措施：弱电源侧把接收到的允许信号转发回去，一般仅转发200ms，然后停发。

(3)功率倒向问题。

功率倒向逻辑分析如下图2和图3所示，李小明等人[2]认
为，在平行线路中,为防止由于一回线故障切除后,导致另一回线应功率倒相而误动,装置中设置了功率倒相逻辑。

功率倒向逻辑的主要作用是防止这种情况下的保护误动。

在检测到电流反向时，功率倒向逻辑给出一个输出去闭锁远端的高频保护发信，并闭锁近端的允许式保护跳闸。

闭锁条件保持得足够长以保证在发生电流反向时保护不会误动作。

B ：1跳闸后，A ：2和B ：2检测到的故障电流都反向了，此时，要输出去闭锁远端的高频保护发信，并闭锁近端的允许式保护跳闸。

请注意：判别为电流反向后，并不是闭锁保护动作，如下图3中如A ：1保护拒动或开关拒动，是需要B ：2开关保护Ⅱ段或Ⅲ段延时切除故障的。

采取措施：由不动到动的一侧，保护延时出口发信和跳本侧开关。

（20～60ms ）
(4)同杆异名相故障问题。

采取措施：采用四通道方式。

2.2.5 500kV 全线速动保护通道方式类型及相关特点:
主要类型有：复用载波通道（高频保护）；光纤通道（分相电流差动、高频保护），微波通道（分相电流差动）。

光纤通道的特点:不怕超高压、雷电的电磁干扰，对电场绝缘，频带宽，衰耗低的通道得到广泛使用，大多采用复合地线式光缆（OPGW ）。

光纤的架设方式有两种：OPGW ――地线复合光缆；ADSS ――支撑式光缆。

适用范围：专用光纤芯（线路长度<50km ）；专用光纤芯＋放大器（线路长度50km~100km ）；复用PCM:PCM 是脉冲编码技术，将 64k 的电信号转换成2M 的电信号。

复用2M:高频保护复用PCM 。

图2 功率倒向逻辑(初始条件) L 1 L 2 A:1 B:1 B:2
A:2 强电源 弱电源 A B L 1 L 2 A:1 B:1 A:2
强电源 弱电源 A B 图3一回线故障切除后电流分布
2.2.6 远方跳闸
定义：远方跳闸是指线路故障或异常（过电压、高抗故障、开关失灵）时，经由一定的媒介传输切除对侧开关的一种保护功能。

远方跳闸保护必须分装在线路两侧，由一侧的发信和另一侧的收信配对，组成单发单收通信网络，远方跳闸信号是通过两个接口装置，对应两台载波机将跳闸信号复用在话频上，或通过光纤直接传输。

正常时两个接口装置送出的监频信号来监护通道的完好状态。

正常运行时远方跳闸方式采用二取二方式，即两个接口都同时将监频转为跳频，保护经短延时跳闸；当两个接口在传递跳闸信号时，有一台工作不正常（即监频消失，又无跳频信号），另一台监频消失，出现跳频，保护将经一长延时跳闸；当出现一台载波机检修时，只有一台运行，监频消失，跳频出现保护经一较长延时跳闸。

远方跳闸是一种直接跳闸命令，容易受开扰误动，所以加装就地判别元件（REL501），来提高动作的可靠性。

若远方跳闸信号通过保护装置(如分相电流差动)以数字编码的方式(带检验)传输到通讯设备，并通过数字通道传至对侧，则远方跳闸回路可不装设远方跳闸就地判别装置；若远方跳闸信号以接点方式直接接至通讯设备，则远方跳闸回路应装设远方跳闸就地判别装置。

现华东系统中分相电流差动正在准备技改加就地判别装置，保证可靠不误动。

目前华东500kV远方跳闸装置的配置大致有以下几种方式：
(1）没有远方跳闸就地判别装置，直接由两路慢速通道构成远方跳闸逻辑（RTL）远跳回路。

(2）远方跳闸就地判别装置双重化配置，每一套装置对应一个通讯接口，两套装置的交直流、跳闸回路完全独立，可与线路主保护一起组屏。

(3）由两路慢速通道构成的远方跳闸逻辑（RTL）+一套就地判别装置构成的远跳回路
(4) 远方跳闸采用光纤通道，没有（RTL）+就地判别装置。

分相电流差动保护走光纤通道，没有RTL和就地判别装置，线路保护中含有远方跳闸功能，利用光纤通道，（延时20ms）直接传送远方跳闸信号至对侧。

（数字信号）
盐都变田都5216线采用远方跳闸逻辑＋就地判别装置REL501,远方跳闸就地判别装置采用低功率，低阻抗和过电流三种判别方式。

任一条件满足加收信出口。

远方跳闸使用的慢速通道，正常两侧都发送监频信号，本侧保护动作启动远方跳闸装置，使通道中监频信号消失，改发送跳频信号，对侧接到远方跳闸信号（跳频），经REL501就地判别装置判别后，跳开相应开关
图4 远方跳闸就地判别装置双重化配置
3 500kV 线路保护运行说明
3.1线路保护正常运行状态说明
全线速动保护状态：跳闸、无通道跳闸、信号、停用。

跳闸：保护装置交、直流回路正常运行；保护通道正常运行；保护出口回路（跳闸、起动失灵和重合闸等）正常运行。

无通道跳闸：保护装置交、直流回路正常运行；保护出口回路（跳闸、起动失灵和重合闸等）正常运行；保护装置的分相电流差动功能停用或通道停用。

信号：保护装置交、直流回路正常运行；保护通道正常运行；保护出口回路（跳闸、起动失灵和重合闸等）停用。

停用：保护装置交、直流回路停用；保护出口回路（跳闸、起动失灵和重合闸等）停用。

后备保护主要包括3种状态：跳闸、信号、停用。

跳闸：保护装置交、直流回路正常运行；保护出口回路（跳闸、起动失灵和重合闸等）正常运行。

信号：保护装置交、直流回路正常运行；保护出口回路（跳闸、起动失灵和重合闸等）停用。

停用：保护装置交、直流回路停用；保护出口回路（跳闸、起动失灵和重合闸等）停用。

远方跳闸慢速通道有2种状态：跳闸和停用。

3.2 500kV 线路保护停役注意点
(1)高频保护或差动保护一侧改信号，线路对侧的相应保护也要求同时改信号；
(2)华东500kV 线路均配置两套全线速动保护，原则上要求任何时候至少有一套全线速动保护投运，以便快速切除故障。

如有特殊情况，需将两套全线速动保护停役时，须经华东网调相关领导批准。

应采取必要措施有[3]：
（a ）线路两套全线快速保护停役时，后备距离Ⅱ段时间应调整为0.4秒，如距离就地判别装置1 远方跳闸信号1 远方跳闸信号2 就地判别装置2 就地判别装置2远方跳闸出口 远方跳闸出口
就地判别装置1远方跳闸出口
Ⅱ段不能和相邻线路距离Ⅰ段配合，则距离Ⅱ段时间放0.6秒。

如果保护屏上配有定值切换开关，现场运行人员可以通过该开关定值切换开关切换；
（b）本线主保护全停时，要求相邻线路具有全线快速保护，不允许相邻线路的全线快速保护同时全停，否则可能会出现无选择型故障跳闸
（c）、全线快速保护停役时，要求停用本线路重合闸；
(3)线路停役，一侧开关合环运行：(a）停用线路两侧远方跳闸；(b）方向高频改无通道跳闸；(c）分相电流差动保护改信号。

(d)将短线保护启用。

(4)当线路主保护改为信号时，其对应的后备保护也改为信号状态，后备保护调度不单独发令；若后备距离（或方向零流）发生装置故障或其他特殊情况下，需停役处理时，在现场和网调当班调度确认后，由网调调度发令将对应主保护改为信号（对应的后备距离、方向零流亦改为信号状态）。

如遇有特殊情况，需经网调同意后，另作处理。

(5)两路慢速通道全停时，该线路不能继续运行。

若两路慢速通道全停时，当线路两侧失灵保护，高抗及过电压保护动作后不能实现远方跳闸，以尽快切除故障，而造成延时无选择性越级跳闸，扩大故障范围并延长切除故障时间，对电网的稳定运行造成严重危害。

(6)纵联保护(如高频相差保护、高频闭锁方向保护等)的任一侧需要停用或停直流电源时(例如为了寻找直流电源接地等)，必须先报调度，请求两侧都停用，然后才答应作业，作业完后，两侧保护按规定进行检查，并按规定程序恢复运行。

(7)500kV单一开关检修时，正常要做以下安全措施：如仅是单一开关检修，线路运行，线路相邻另一开关运行。

a）要考虑各保护误跳检修开关。

具体指：将线路保护跳该开关的跳闸出口断开：本开关保护屏上所有跳闸出口压板退出（包括跳本身开关，边开关、失灵启动母差、失灵启动远跳及重合闸）将母差保护屏上跳该开关的插孔插入插销。

b）要将线路保护屏上开关检修切换开关切至相应位置。

将线路保护中该开关电流输入端子拆除，CT侧短接，将该开关至500kV母差保护中电流端子拆除，CT侧短接。

如线路同时检修，则将该开关至500kV母差保护中电流端子拆除，CT侧短接。

要将线路保护屏上开关检修切换开关切至相应位置,将母差保护屏上跳该开关的插孔插入插销。

4 500kV线路保护的相关技术问题讨论
光纤电流差动具有能够可靠地反映其灵敏度高、动作简单可靠快速、能适应电力系统震荡、非全相运行原理简单、保护之间配合少，不受串补等装置投运的影响，不受功率倒向的限制等优点，是高压线路保护装置的首选原理，尤其适用于串补以及相邻线路、同杆并架线路以及直流输电系统逆变站出线。

然而，2008年1月以来的冰灾，南方电网主网架上多条500kV线路的光纤通道出现问题，迫使多套光纤电流差动保护退出运行。

4.1 暴露出的主要问题：保护光纤通道不够健壮
本次冰灾期间，部分通信光缆受损断裂，光纤通道中断，影响保护保护的正常运行，暴露出光纤通信网络不够健壮、通信方式单一的问题，如有些500kV光纤通道中断后，光缆也中断无法开通迂回路由，而电信路由因为技术条件限制无法应用于差动保护，从而导致保护较长时间仅有载波通道，差动保护无法投入运行，保护运行可靠性下降。

4.2 保护应对措施和需改进要点
4.2.1继续强化保护通道配置
双通道的推广与实施。

每套装置的两个通道采用不同路由或不同传输方式，当其中的一个通道故障时，保护装置仍然具备通道。

冰灾期间没有发生因保护通道原因导致线路停运的事件。

“双通道”不仅保证了主保护的可靠运行，也为各种紧急预案的实施争取了时间
建议在增强光缆本身强度的同时，继续加强光纤通信网络的建设，为保护提供多个迂回路由，提高可靠性。

在重覆冰地区考虑适当增加载波通信方式。

短期内新建扩建500kV线路宜开通保护载波通道。

在仅具备一路光纤通道的情况下，均要求开通载波通道，实现不同路由传输。

事实证明，多条OPGW光缆被冰雪压断，导致继电保护装置所有光纤通道中断，保护装置通过载波通道快速切除故障，保证了系统的稳定。

为了提高电力通信应对低温雨雪灾害的能力，赵曼勇认为[4]：一方面要强化电力光纤通信网在电力通信专网中的主力军作用，进一步提高电力光纤网抗灾能力，另一方面要充分利用公用通信网资源增强电力通信抗灾能力，构建电网应急通信网。

公用通信网主要采用地埋光缆技术。

这种光缆抗人为破坏、洪水冲击等自然灾害的能力较弱，但抗台风、冰灾等自然灾害的能力较强。

因此，电力通信光缆可与公用通信网地埋光缆在抗击不同灾害时形成互补。

正常运行时，保护装置使用电力通信网，仅在灾害天气等应急情况下使用公网通道，因此不应降低保护装。