0引言
　　
　　目前，我國(guó)超高壓電網(wǎng)中，220kV及以上電壓等級(jí)的線路基本上都配置有雙套主保護(hù)和后備保護(hù)。線路主保護(hù)一般為縱聯(lián)保護(hù)。縱聯(lián)保護(hù)形式的選擇，以前由于受到通信手段的限制，基本上都是采用電力線載波通道的閉鎖式或允許式距離、零序或方向保護(hù)（相差保護(hù)已基本淘汰）。隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，光纖及微波通信系統(tǒng)在電力系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，可供繼電保護(hù)使用的信號(hào)傳輸通道不再單一，而主保護(hù)的形式根據(jù)通信方式的不同可有不同的選擇。
　　
　　1保護(hù)信號(hào)傳輸通道的選擇
　　
　　目前，在發(fā)、輸變電工程中，根據(jù)不同的電力通信系統(tǒng)可選擇的保護(hù)信號(hào)傳輸通道方式主要有以下幾種：載波通道（ON-OFF）、復(fù)用載波機(jī)（FSK）、復(fù)用微波通道（FSK，64kbit／s）；光纖通道（64kbit／s，RS-232串行口）、復(fù)用光纖通道（FSK，64kbit／s，RS-232串行口）。
　　
　　1．1載波通道
　　
　　繼電保護(hù)裝置利用收發(fā)信機(jī)經(jīng)高頻加工設(shè)備使用電力線載波通道傳輸保護(hù)信號(hào)，是以往電力系統(tǒng)中zui常見的，例如高頻閉鎖距離或方向保護(hù)。但是，由于載波通道是由電力線構(gòu)成，在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生故障或電力設(shè)備投入、退出操作時(shí)，會(huì)對(duì)載波通道構(gòu)成嚴(yán)重干擾，經(jīng)常出現(xiàn)因收發(fā)信機(jī)故障、載波通道故障或噪聲干擾造成線路保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)。此外，使用載波通道的縱聯(lián)保護(hù)的年投運(yùn)率較低，按1994年電力工業(yè)部頒布的《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置反事故措施要點(diǎn)》規(guī)定，年投運(yùn)率僅為90．4％。
　　
　　1．2復(fù)用載波機(jī)
　　
　　復(fù)用載波機(jī)也是利用電力線載波通道傳輸保護(hù)信號(hào)，但保護(hù)裝置不需設(shè)置收發(fā)信機(jī)，而是利用通信專業(yè)的電力線載波機(jī)傳輸保護(hù)信號(hào)。正常運(yùn)行時(shí)，載波機(jī)傳輸話音信號(hào)，當(dāng)線路發(fā)生故障需要傳輸保護(hù)信號(hào)時(shí)，載波機(jī)將切斷話音信號(hào)，以移頻鍵控的方式傳輸保護(hù)信號(hào)。
　　
　　這種交替式復(fù)用載波機(jī)的方式與載波通道方式相比有兩大好處：一是可以充分利用載波機(jī)設(shè)備本身可靠性較高的優(yōu)勢(shì)，而且載波機(jī)的年投運(yùn)率為99％以上；二是不必占用頻率，可以節(jié)省頻率資源。
　　
　　L3復(fù)用微波通道
　　
　　復(fù)用微波通道是利用通信的微波通道傳輸保護(hù)信號(hào)，在微波通信的終端設(shè)備PCM復(fù)接所要傳輸?shù)谋Ｗo(hù)信號(hào)。微波通信不受任何電力設(shè)備故障和操作的影響，具有較高的信號(hào)傳輸質(zhì)量。而且，微波通信是采用數(shù)字信號(hào)傳輸技術(shù)，不僅能傳輸音頻信號(hào)，還能經(jīng)數(shù)據(jù)口傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)。為了提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃裕娏ο到y(tǒng)微波通信電路通常采用1：l的主備用方式，當(dāng)主用頻道故障時(shí)，進(jìn)行無(wú)損傷切換，使用備用頻道的微波信號(hào)。
　　
　　根據(jù)《電力系統(tǒng)微波通信工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，數(shù)字微波通信電路64kbit／s輸出端的誤碼率（BER）為：①任何月份0．4％以上時(shí)間1min平均誤碼率不大于10-6；②任何月份0．054％以上時(shí)間1s平均誤碼率不大于10-3，年可用率大于99．7％。其中第2個(gè)誤碼率（10-3）也就是嚴(yán)重誤碼秒，是微波通道需要進(jìn)行無(wú)損傷切換的門限值。但按保護(hù)閉鎖率為10-5推算，要求嚴(yán)重誤碼秒不大于10-4，此無(wú)損傷切換門限值應(yīng)提高到10-4，可在具體工程中實(shí)現(xiàn)。
　　
　　總之，復(fù)用微波通道傳輸保護(hù)信號(hào)的*性是顯而易見的。
　　
　　1．4光纖通道
　　
　　光纖通道因傳輸容量大、信號(hào)傳輸速度快、安全性及可靠性高而成為電力通信系統(tǒng)傳輸通道的主要方式。也正因?yàn)樯鲜?性，光纖通道已成為保護(hù)信號(hào)傳輸通道的方式。目前，在工程中使用光纖通道傳輸保護(hù)信號(hào)有3種方式：敷設(shè)光纜；與通信復(fù)用光纜，使用纖芯；復(fù)用光纖通信電路，即由通信的終端設(shè)備PCM復(fù)接所要傳輸?shù)谋Ｗo(hù)信號(hào)。
　　
　　1．4．1光纜
　　
　　使用光纜傳輸保護(hù)信號(hào)，需將線路兩端的保護(hù)設(shè)備用一根光纜連接，光纜便成為線路保護(hù)的一部分。在設(shè)計(jì)線路保護(hù)的同時(shí)，還要考慮如何敷設(shè)光纜，其光纜敷設(shè)的費(fèi)用較高，而且，如果不與輸電線地線一同敷設(shè)（采用復(fù)合地線光纜OPGW、地線纏繞式光纜或捆綁式光纜），光纜的可靠性較低。由于光傳輸衰耗（不設(shè)置光中繼站），其長(zhǎng)度一般不能超過25km。光纜的運(yùn)行維護(hù)也將歸入繼電保護(hù)專業(yè)，光纜的戶外檢修維護(hù)會(huì)給繼電保護(hù)人員帶來(lái)一定的困難。
　　
　　1．4．2纖芯
　　
　　纖芯是使用通信光纜中的一對(duì)纖芯。光纜的敷設(shè)及光中繼站的設(shè)置均由通信專業(yè)統(tǒng)一考慮，與光纜方式相比，具有光纜可靠性較高、長(zhǎng)度沒有特別限制等*性。
　　
　　但是，在通道設(shè)計(jì)時(shí)，除了保護(hù)使用的一對(duì)光纜芯外，還要預(yù)留一對(duì)備用光纜芯，也就是說(shuō)一套保護(hù)要占用兩對(duì)光纜芯。而保護(hù)裝置所需的信號(hào)傳輸量與一對(duì)光纜芯能達(dá)到的傳輸容量相比是微乎其微，因此，該方式對(duì)通信資源來(lái)說(shuō)是一種浪費(fèi)。這種使用方式對(duì)光纜的施工質(zhì)量及運(yùn)行維護(hù)要求較高。一些地區(qū)已發(fā)生了幾次因施工質(zhì)量問題和光纜活接頭的清潔問題造成保，護(hù)通道告警現(xiàn)象，影響了保護(hù)通道的可靠性。
　　
　　1．4．3復(fù)用光纖通信電路
　　
　　復(fù)用數(shù)字光纖通信電路是指由通信的PCM復(fù)接所要傳輸?shù)谋Ｗo(hù)信號(hào)。使用這種方式，只需將保護(hù)信號(hào)（FSK，64kbit／s或RS-232串行口）接人通信的PCM話路、64kbit／s數(shù)據(jù)口或RS-232接口。復(fù)用光纜通信電路可充分發(fā)揮通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，一旦某部分電路發(fā)生中斷，運(yùn)行維護(hù)人員可利用網(wǎng)絡(luò)在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)電路調(diào)度，從而迅速恢復(fù)中斷的信號(hào)傳輸，這是光纖或光纜等無(wú)法提供的。
　　
　　目前，SDH光纖通信電路在電力系統(tǒng)應(yīng)用比較普遍，部分地區(qū)已實(shí)現(xiàn)SDH光纖自愈環(huán)[1]，當(dāng)傳輸電路發(fā)生中斷或性能劣化到一定程度后，無(wú)需人為干預(yù)，電路可自動(dòng)完成切換，切換時(shí)間小于50ms。在未實(shí)現(xiàn)光纖自愈環(huán)的電源網(wǎng)點(diǎn)，部分已實(shí)現(xiàn)1路光纜、1路微波。在此情況下，可在光纜通道和微波通道分別配置1臺(tái)PCM，各傳1路主保護(hù)信號(hào)，利用PCM的64kbit／s通道保護(hù)功能提高保護(hù)信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴Ｆ鋺?yīng)用如圖1所示。　　一日，A方向2M端口或設(shè)備故障，PCM設(shè)備可自動(dòng)將需要保護(hù)的信號(hào)倒換至B方向傳送。從光纜通信電路的設(shè)計(jì)性能指標(biāo)來(lái)看[2]，SDH光纜通信電路設(shè)計(jì)執(zhí)行ITU-TG．826建議，該建議采用誤塊秒比（ESR）、嚴(yán)重誤塊秒比（SESR）來(lái)衡量電路的性能指標(biāo)。與微波通信相比較，該指標(biāo)要求更加嚴(yán)格，例如，對(duì)于50km中繼間隔、傳送155Mbit／s（STM-1）信號(hào)，為滿足嚴(yán)重誤塊秒（SES）要求，等效于前面所述的BER無(wú)論什么時(shí)候都不能超過1．7x10-5，為滿足誤塊秒（ES）指標(biāo)，等效于前面所述的1min的BER不應(yīng)超過10-12，這項(xiàng)指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于保護(hù)對(duì)通道質(zhì)量的要求。
　　
　　2保護(hù)形式的選擇
　　
　　針對(duì)不同類型的信號(hào)傳輸通道以及信號(hào)形式的不同，保護(hù)形式可以有不同的選擇。
　　
　　2．1載波通道
　　
　　載波通道包括和復(fù)用載波通道。由于載波通道抗*力差、高頻加工設(shè)備質(zhì)量問題及運(yùn)行效果差，影響線路保護(hù)的正常運(yùn)行，建議淘汰載波通道方式。
　　
　　復(fù)用通信載波機(jī)傳輸保護(hù)信號(hào)，大多采用交替式復(fù)用方式，保護(hù)與載波機(jī)之間通過保護(hù)信號(hào)接口裝置連接。我國(guó)高頻閉鎖保護(hù)[3~5]的工作原理是線路發(fā)生故障時(shí)先發(fā)閉鎖信號(hào)，經(jīng)保護(hù)裝置判斷為被保護(hù)線路正方向故障再停信，為了可靠地閉鎖保護(hù)，保護(hù)的啟動(dòng)發(fā)信元件整定得非常靈敏，相鄰線路故障及正常的系統(tǒng)操作都會(huì)引起發(fā)信元件動(dòng)作。允許式保護(hù)是在判斷被保護(hù)線路正方向發(fā)生故障時(shí)，向線路對(duì)側(cè)發(fā)出允許信號(hào)。
　　
　　比較兩種保護(hù)發(fā)送信號(hào)方式，前者比后者的發(fā)信概率要大得多。因此，為了盡量不影響通信通話，復(fù)用通信載波機(jī)時(shí)，保護(hù)采用允許式方向或距離保護(hù)。
　　
　　2．2光纖及微波通道[6,7]
　　
　　數(shù)字光纖或微波通道所傳輸?shù)男盘?hào)均為數(shù)字信號(hào)，音頻信號(hào)將經(jīng)過光纖及微波通信PCM終端設(shè)備的調(diào)制變換成數(shù)字信號(hào)傳輸。復(fù)用光纖或微波通道傳輸保護(hù)信號(hào)既可以是數(shù)據(jù)信號(hào)，也可以是命令信號(hào)。
　　
　　國(guó)內(nèi)常使用的縱聯(lián)保護(hù)有閉鎖式方向或距離、允許式方向或距離保護(hù)和分相電流差動(dòng)保護(hù)。閉鎖式方向或距離保護(hù)的優(yōu)勢(shì)在于：當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，載波通道可能被阻塞，但并不影響閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)的正確動(dòng)作，而允許式保護(hù)和分相電流差動(dòng)保護(hù)是在被保護(hù)線路發(fā)生故障時(shí)，需要向線路對(duì)側(cè)傳送允許信號(hào)和數(shù)據(jù)。如果復(fù)用光纖或微波通道，閉鎖式保護(hù)不再具有優(yōu)勢(shì)，因此，復(fù)用光纖或微波通道不選用閉鎖式保護(hù)，而選用允許式方向或距離保護(hù)和分相電流差動(dòng)保護(hù)方式。
　　
　　目前，我國(guó)電力系統(tǒng)中運(yùn)行的分相電流差動(dòng)保護(hù)（復(fù)用光纖或微波通道）均使用64kbit／s數(shù)字接口與光纖或微波通信的PCM連接。允許式方向或距離保護(hù)多數(shù)是經(jīng)信號(hào)傳輸裝置FSK與光纖或微波通信終端設(shè)備的音頻口連接，傳輸音頻信號(hào)（允許跳閘命令）。
　　
　　近兩年，在東北500kV遼長(zhǎng)吉哈輸變電工程中引進(jìn)了美國(guó)SEL公司的允許式距離線路保護(hù)設(shè)備[8，9]，該允許式距離保護(hù)經(jīng)RS-232串行口與光纖通信終端設(shè)備的靈活數(shù)據(jù)接人板（滿足ITU-TX．50建議）連接（見美國(guó)SEL公司的《PhaseandGroundDistanceRelaylnstructionManual》），以起止式異步傳輸?shù)姆绞絺鬏敱Ｗo(hù)狀態(tài)量，其傳輸速度為9．6kbit／s。這種保護(hù)裝置是將數(shù)字保護(hù)內(nèi)相關(guān)元件動(dòng)作的邏輯狀態(tài)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)在內(nèi)設(shè)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，并實(shí)時(shí)地將特定的元件狀態(tài)量傳送至線路對(duì)側(cè)，兩側(cè)的保護(hù)根據(jù)本側(cè)保護(hù)元件動(dòng)作狀態(tài)及對(duì)側(cè)保護(hù)的狀態(tài)信息，判別被保護(hù)線路是否發(fā)生區(qū)內(nèi)故障。
　　
　　根據(jù)目前我國(guó)電力系統(tǒng)通信設(shè)備的狀況，新建的光纖通信系統(tǒng)均為SDH，其終端設(shè)備均可配置靈活數(shù)據(jù)接人板。我國(guó)允許式距離保護(hù)可以借鑒利用RS-232串行口傳輸保護(hù)信息的方式，將允許跳閘命令作為狀態(tài)數(shù)據(jù)量傳輸。這樣，可避免采用把保護(hù)的允許跳閘命令經(jīng)信號(hào)傳輸裝置移頻鍵控調(diào)制成音頻信號(hào)、再經(jīng)光纖及微波通信PCM的終端設(shè)備調(diào)制變換成數(shù)字信號(hào)及反調(diào)制成命令信號(hào)的環(huán)節(jié)，大大簡(jiǎn)化了保護(hù)系統(tǒng)的信號(hào)傳輸設(shè)備，提高了信號(hào)傳輸?shù)目煽啃裕⑻岣吡诵盘?hào)傳輸速度。建議我國(guó)線路保護(hù)設(shè)備廠家能在這方面做一些工作。
　　
　　新建工程中，在設(shè)備允許的條件下，允許式方向或距離保護(hù)復(fù)用光纖通道，采用經(jīng)RS-232串行口與光纖通信終端設(shè)備連接的方式。
　　
　　3雙重主保護(hù)配置方案的研究
　　
　　根據(jù)《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》，220kV及以上電壓等級(jí)的輸電線路需配置雙重主保護(hù)。線路主保護(hù)一般為縱聯(lián)保護(hù)。針對(duì)電力通信系統(tǒng)狀況以及具體的工程情況，雙重縱聯(lián)保護(hù)的配置方案會(huì)有所不同。
　　
　　3．1通道方式
　　
　　根據(jù)現(xiàn)行有關(guān)電力系統(tǒng)通信規(guī)程的規(guī)定，重要變電所及發(fā)電廠與電力調(diào)度之間都具有至少兩種通信方式。從目前看來(lái)，除了電網(wǎng)末端變電所，一般都采用光纖和微波通信作為電力通信的主備用通信方式，或者采用由不同路由構(gòu)成的光纖通信方式。對(duì)于電網(wǎng)末端變電所，有可能采用光纖或微波通信作為電力通信的主用通信方式，載波通信作為備用通信方式。那么，雙重主保護(hù)可根據(jù)不同通信方式所構(gòu)成的通信網(wǎng)絡(luò)選擇信號(hào)傳輸通道的方式，不外乎有以下幾種情況：一路復(fù)用光纖通道，一路復(fù)用微波通道；兩路復(fù)用不同路由的光纖通道；一路復(fù)用光纖或微波通道，使用不同的PCM終端；一路復(fù)用光纖或微波通道，一路復(fù)用載波通道。
　　
　　對(duì)于一些特殊的線路，例如超短線路、兩端無(wú)其他通信方式的線路，可采用光纖通道或載波通道。
　　
　　3．2保護(hù)方式
　　
　　根據(jù)前面的分析，縱聯(lián)保護(hù)的信號(hào)傳輸一般應(yīng)采用復(fù)用光纖或微波通道和復(fù)用載波通道的方式。在第2節(jié)中已闡述，使用這些信號(hào)傳輸通道方式可選擇的保護(hù)形式有分相電流差動(dòng)保護(hù)、允許式方向或距離保護(hù)。
　　
　　分相電流差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作原理是測(cè)量被保護(hù)線路各端電流相量，計(jì)算各端電流相量和，稱其為差動(dòng)電流Id。理論上，當(dāng)被保護(hù)線路發(fā)生故障時(shí)，差動(dòng)電流就等于故障電流If，即Id＝If；當(dāng)發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，Id＝0。通過Id的大小來(lái)判斷線路是否故障。為保證保護(hù)動(dòng)作的安全性，防止穿越故障時(shí)誤動(dòng)，保護(hù)裝置還設(shè)置了制動(dòng)特性，整組動(dòng)作判據(jù)由動(dòng)作量和制動(dòng)量組成。動(dòng)作量為線路各端電流相量和的值，制動(dòng)量各設(shè)備廠家取值不同，這里就不列出具體的動(dòng)作方程了。由于分相電流差動(dòng)保護(hù)所需傳輸信息量比較大，信號(hào)傳輸通道必須是數(shù)字傳輸通道。
　　
　　可以看出，分相電流差動(dòng)保護(hù)具有原理簡(jiǎn)單、不受系統(tǒng)振蕩及重負(fù)荷的影響、對(duì)全相和非全相運(yùn)行中的故障均能正確選相跳閘及適用面廣等優(yōu)點(diǎn)，特別是對(duì)同桿并架雙回線發(fā)生跨線故障時(shí)能實(shí)現(xiàn)故障相跳閘。因此，在有信號(hào)傳輸通道的條件下，應(yīng)分相電流差動(dòng)保護(hù)。
　　
　　允許式方向或距離保護(hù)的動(dòng)作原理是通過功率方向或距離元件來(lái)判別線路故障的方向，向線路對(duì)側(cè)發(fā)送允許信號(hào)（FSK或RS-232）。當(dāng)被保護(hù)線路發(fā)生故障時(shí)，線路兩側(cè)保護(hù)故障判別元件動(dòng)作又收到對(duì)側(cè)的允許信號(hào)，則保護(hù)整組動(dòng)作發(fā)出跳閘命令。當(dāng)被保護(hù)線路區(qū)外（被保護(hù)線路背后）發(fā)生故障時(shí)，遠(yuǎn)故障端的保護(hù)的功率方向或距離元件動(dòng)作，判別為正方向故障，并發(fā)送允許信號(hào)，但近故障端的保護(hù)的功率方向或距離元件判別為反方向故障，不發(fā)送允許信號(hào)，兩側(cè)保護(hù)均不滿足動(dòng)作條件，不會(huì)誤動(dòng)作。這種保護(hù)在我國(guó)應(yīng)用較為廣泛，具有適應(yīng)各種信號(hào)傳輸通道的優(yōu)點(diǎn)，既可使用載波通道，也可復(fù)用光纖或微波通道，而且還具有通道故障瞬間短時(shí)開放保護(hù)（unblocking）的功能。unblocking的功能在線路和通道同時(shí)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)仍能動(dòng)作。如果保護(hù)信號(hào)傳輸是復(fù)用光纖通道的線路，當(dāng)光纖電路自愈環(huán)切換或光纖與載波電路間切換時(shí)（小于50ms），如被保護(hù)線路發(fā)生故障，該保護(hù)能快速動(dòng)作切除故障。當(dāng)然，此時(shí)發(fā)生區(qū)外故障，遠(yuǎn)故障端的保護(hù)也有誤動(dòng)的可能性。
　　
　　根據(jù)上面的分析，縱聯(lián)保護(hù)的配置方案如下：
　　
　　a．對(duì)于具有兩路數(shù)字通道的超高壓線路，即一路復(fù)用光纖通道和一路復(fù)用微波通道或兩路復(fù)用不同路由的光纖通道，其保護(hù)配置建議采用兩套分相電流差動(dòng)保護(hù)，尤其是同桿并架雙回線。兩路通道同時(shí)故障的概率很小，即使一路通道故障或通道在切換中，還有一套保護(hù)能正常運(yùn)行，也可配置一套分相電流差動(dòng)保護(hù)和一套允許式方向或距離保護(hù)。當(dāng)允許式保護(hù)復(fù)用的通道故障切換時(shí)，該保護(hù)可不退出運(yùn)行。
　　
　　b．對(duì)于具有一個(gè)數(shù)字通道和一個(gè)載波通道的超高壓線路，鑒于這種線路一般都位于電網(wǎng)的末端，如果是光纖數(shù)字通道，建議采用一套分相電流差動(dòng)保護(hù)和一套允許式方向或距離保護(hù)，均復(fù)用數(shù)字通道，分別使用不同的PCM終端設(shè)備。數(shù)字通道的可靠性和可用性較高，一般不會(huì)影響保護(hù)的投入率，除非發(fā)生光纖斷纜，但這畢竟屬于罕見事件。對(duì)于微波數(shù)字通道或系統(tǒng)安全穩(wěn)定對(duì)線路故障切除時(shí)間有要求的線路，可采用一套分相電流差動(dòng)保護(hù)和一套復(fù)用載波通道的允許式方向或距離保護(hù)。
　　
　　c．對(duì)于超短線路及電纜短線路，可考慮使用光纜的兩套分相電流差動(dòng)保護(hù)。
　　
　　4結(jié)語(yǔ)
　　
　　根據(jù)目前我國(guó)電力系統(tǒng)及電力通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)和線路保護(hù)的設(shè)備水平，在考慮220kV及以上電壓等級(jí)的線路縱聯(lián)保護(hù)方案時(shí)，保護(hù)信號(hào)傳輸通道應(yīng)復(fù)用數(shù)字通信電路，逐漸淘汰使用載波通道的方式。保護(hù)形式應(yīng)分相電流差動(dòng)保護(hù)。允許式方向或距離保護(hù)復(fù)用數(shù)字通信電路，經(jīng)RS-232串行口與通信終端設(shè)備連接，采用起止式異步傳輸?shù)姆绞街档媒梃b。