500 kV系统继电保护复用通道的实践
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截止到1997年底，华北地区共建成投产18条500 kV线路，有17条相互连接，构成一个500 kV网络，另1条从河北省的上安电厂到保北500 kV变电站，通过220 kV线路与500 kV系统相连。 18条500 kV线路共需要36条通信通道用作纵联快速继电保护的信号传输。由于线路投产的年代不同、通道与500 kV线路建设的不同步及对不同通信方式的认识水平不同等历史原因，使线路继电保护通道组成存在很大差异。具体情况是：18条500 kV线路中有7条线路均采用2条载波通道，有10条线路采用1条微波(或光纤)通道和1条载波通道，有1条线路采用2条光纤通道。
a.载波频率资源非常有限，再加上华北电网尤其是京津唐电网结构特点，例如220 kV网络结构紧凑，环环相套，中短线居多，载波频谱的安排又必须兼顾500 kV和220 kV两个电压等级网络的要求，使载波频率的安排，即使采取分区分段频谱隔离等措施，仍难满足系统发展的要求。电网的发展迫使我们不得不寻求载波以外的通道构成方式。根据通信发展的具体情况，微波和光纤通信成为解决继电保护通道的重要途径。 b.微波和光纤通道运行的可靠性与载波通道大体相当。微波通道运行中，曾因雷击和电源故障而中断，光纤通道也曾因接头接触不良和一端电源故障使通道不通。而载波通道也发生过因载波机电源故障(烧毁)和高频接头接触不良，以及高频加工设备(如阻波器)故障等使通道中断的现象。不论什么形式的通道，一旦发生中断现象，其对纵联保护的影响是相同的。至于不同通道故障次数的多少，尚缺乏精确的统计。而且因为投运时间不同、通道数量不同，简单的统计数字也不能完全说明问题。 c.500 kV线路与220 kV线路一样，目前都采用宽带阻波器，因阻带宽而使阻抗降低(600 Ω)，当500 kV站内拉合空刀闸时，有时会产生与载波机频率相近的干扰信号穿过阻波器进入本端收信回路，甚至经过输电线传入对端收信回路。如果遇上区外故障，反映故障方向为正的一端保护就可能误动。尤其采用2条载波通道传输跳闸信号的远方跳闸装置，即使采取了“二取二”的安全措施，在一端拉合刀闸时仍然有误动的可能。因为拉合刀闸的干扰频谱很宽，可使多台载波机同时发信和收信。再者，由于500 kV线路载波采用相—相通道，若线路的2套纵联保护均采用载波通道，虽然载波机分开，并且频率间隔大于2个带宽(bandwidth)，但载波信号的传输仍然经过统一的高频加工设备和线路，即传输路径是同一个，其抗干扰能力和安全可靠性均有所下降。若其中一套保护采用微波或光纤通道，则该通道不受站内拉合刀闸或其它干扰源的影响，于是从线路保护整体看，抗干扰水平得到提高。 d.线路2套纵联保护采用了不同的通道，并且远跳回路采用了“二取二”的安全措施，可以防止诸如拉合刀闸引起的干扰误动，但不能防止人为误动。因此远方跳闸回路的就地判别装置仍然需要。 e.纵联保护采用微波或者光纤通道，不一定坚持采用点对点的专网或专线构成微波或光纤通道。例如丰(镇)—沙(岭子)线路纵联方向保护采用的微波通道，为2种制式，且中间经过3次转接。在设计审核时对其安全、可靠性十分担心。但投入运行近5年来，运行情况基本良好。除有一处微波站发生过2次严重的电源故障而使通道较长时间中断外，未曾发生过其它问题。相应地同一条线路的载波保护，曾因载波机内部器件损坏(二极管击穿)，发生过区外故障误动。 华北网内还有1条500 kV线路采用了微波和光纤混合通道，也是通过中间站跨转的，投产多年，运行中未发生过问题。同一条线路的载波保护，却因为线路架空地线一段未接地，多次发生过区外故障干扰误动。 总之，实践证明，微波或光纤通道即使通过中间转接，其安全可靠性也可以满足纵联保护要求。当然专网专线构成的点对点的微波或光纤通道安全可靠性更高，但实现的可能性很小，且经济上投资过高。 f.在有条件限制的情况下，一条线路的双套纵联保护可以同时采用微波或光纤通道。早期建设的500 kV线路，由于保护人员对光纤通道认识不足，坚持一套采取专用光纤通道，另一套采用复用光纤通道。这样安全可靠性固然很高，但投资额增加较多。光纤通信设计为一加一备用，即光端机采用双套，一套运行，一套备用。光纤芯也采用一对运行，一对备用。一旦运行设备或光纤故障能自动切换，其安全可靠性基本能满足纵联保护运行要求。 另外由于规划不周或情况特殊，在设计一条新的超高压线路时，如果一套纵联保护用载波通道，必将导致线路两端系统载波频率改造，不仅经济上投资较大，工程量也很大，而且给系统安全运行造成一定威胁。总之双套纵联保护均采用微波或光纤通道也是可行的。华北电网已有这样的先例。但是一般情况下，最好还是一套采用微波或光纤通道，一套采用载波通道。 在此顺便指出，双回线4套纵联保护均经过1条架空地线复合光纤(OPGW)构成通道的方案是危险的，我们坚持否定这种通道构成方案。  3 存在问题 a.如前述，由于各种历史原因，80年代投产的项目，继电保护、通信、远动等各种信息和数据均靠电力载波一种方式传输，且当时继电保护与通信复用载波机难以推广，引进的电力载波机频率为非标准频谱，在系统频率安排上采用非标准频谱与标准频谱混合插入的方法等，结果造成早期工程占用频率过多，频率安排复杂混乱。现在，104 kHz以下的频谱已被大房双回线占满，使近期在建或将要建的长距离超高压线路无法安排低频段的频率，更不能满足华北超高压电网发展规划的要求。因此500 kV系统载波频率的改造工程势在必行。 b.华北通信网络的建设虽有很大发展，但距干线成环、地区成网的目标要求还有相当大的差距，与发达国家的通信网相比更是相形见绌。在这种条件下，线路纵联保护通道上微波或光纤通信只能采取专网专线的网络组织方式，中间跨转连接较多。这种方式既造成通信电路的浪费，又降低了保护信号传输的可靠性。发展方向应当是逐渐建成综合业务数字通信网，能在网内提供点对点的数字连接。继电保护纵联信号，只是作为一种业务用户，通过一组标准的多用途的用户网络接口接入网络。应当可根据用户重要等级的需要来选择网络功能，即包括信息处理在内的综合网络功能。当然这是一种未来目标，但毕竟是目前已看得到的。这样既能节约通信资源，又能大大提高信号传输的可靠性。 c.目前运行的纵联保护通道，多为64 kbit/s音频转接，使通信设备之间、通信设备和终端设备之间的数字同步问题趋于复杂。同时音频转接接口之间的电平和阻抗匹配也比较复杂。这些问题往往影响保护纵联通道的开通和正常运行。这也是继电保护通道改造中需要解决的问题。 d.由于继电保护在电力系统安全方面的重要性，给通信专业提出了更高的要求和许多新的问题，如全程电路管理、数字电路跨转的同步、保护通道的测试方法及标准、保护与通信人员的分工界限等。总之，在管理上有相当多的工作要做。 e.由于通信设备条件的限制，在通道完成改造后，仍有3对双回线的微波保护通道经同一套数字编码调制(PCM)设备实现，可靠性受到一定限制。 4 500 kV电网纵联保护通道改造 a.华北500 kV系统和京津唐220 kV系统电力线载波采用统一的4 kHz标准频谱。为此，对现有的500 kV电力线载波通道进行调整和改造，撤除部分电力线载波通道，取消非标准频谱载波机。 b.原则上每条500 kV线路只安排一个电力线载波通道，而且要实现电话和保护通道复用，载波机装在通信机房。 c.对于双套纵联保护的另一套保护通道，采用光纤或微波电路。运行不稳定的，要尽快改造，满足继电保护对通道的要求。 d.对于继电保护采用的微波或光纤通道，考虑到保护信号传输的安全可靠性，根据目前通信发展的情况，一律采用(或改用)专用2 Mbit/s通道和2 Mbit/s转接，即占用一个独立话路。同时简化时钟同步和接口匹配问题。 改造完成之后，载波频谱分配更加合理，载波频率资源得到更加合理的利用。预计到2010年，华北500 kV系统的发展不再会遇到载波频率分配的困难，而且500 kV系统中任何线路纵联保护通道均有1条微波或光纤通道，使继电保护远方跳闸(或切机)回路等抗干扰能力进一步加强，整体运行水平得到提高，对电网安全稳定运行将发挥更大的作用。 |
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