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摘要：首先分析了文献[1]中保护方案未被使用的原因，指出目前可行的保护配置方案。发现现行三端保护判据存在的问题，进而引出研究基于全电流判据的重要性。最后，列举了在保护判据方面最新的研究结果，并指出了进一步的研究方向。
关键词：三端线路；差动保护；光纤保护
作者简介：贾劲颂（1983-），男，江苏常州人，常州供电公司检修工区，助理工程师；孙晓峰（1977-），男，江苏常州人，常州供电公司检修工区，助理工程师。（江苏 常州 213000）
中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）12-0110-02
三端线路由于具有节省投资、节约用地、线路使用率高等优点，近年来得到了大量的应用。三端线路有很高的经济效益，但却给线路的继电保护设计和运行带来了很大困难。由于三端线路的特殊性，目前对于三端线路的继电保护研究主要集中在光纤差动保护上。文献[1]作为国内较早对三端线路光纤保护所进行的研究，对我国三端线路继电保护的研究与开发具有重要的指导意义，其分析方法在之后的研究中被广泛借鉴，其部分构想已在产品中得到应用。但文中针对图1所示三端线路的保护思路并未得到应用，本文即从这一思路及之后的相关研究出发，结合对图1线路特点的分析，提出了新的思路，并指出了日后研究的方向。
一、典型三端线路及其保护配置
三端线路由于具有节省投资、节约用地、线路使用率高等优点，近年来得到了大量的应用。三端线路可以节约土地及建设成本，有很高的经济效益，尤其适用于快速建设的高压负荷线路。文献[1]给出了一种典型的三端线路网络结构，如图1所示。与简单的三端线路相比，图中网络包含一条双回线，增加了网络的复杂性及继电保护整定配合的难度。
对于图示线路，原采用的保护配置为双端线路和三端线路采用各自的保护装置，即线路I采用双端纵联保护作为主保护，线路T采用三端纵联（如三端光纤差动）作为主保护。
文献[1]提出的方案为：将三端线路保护和两端线路的保护放在一套装置中，以便通过增加保护的输入信息提高保护的选择性。文中的说明如下：差动保护判据为，且其中差动量，即各侧线路之和的绝对值，当为三端线路时M=3，两端线路时M=2。保护可到五端的电流量iM1，iM2，iN1，iN2和iT。，并且有iM=iM1+iM2，iN=iN1+iN2。文中将M，N，T称为大三端，M2，N2和T称为小三端。差动保护先对大三端进行分相差动，如果是大三端区内故障，再用小三端及双端线路分别进行差动，从而确定故障线路。
iM1，iM2，iN1，iN2和iT相对于分别配置两套保护装置的方案，文献[1]中指出使用一套保护方案的优点：
（1）几乎不受电流流出的影响，选择性好；
（2）相对于在双端线路和三端线路分别装设保护而言，造价低。
从文献来看，这一思路对于保护所述三端线路的优点是突出的，在技术上也是可以实现的，但在实际中并没有得到应用，其原因及缺点主要有以下几点。
（1）在双端线路和三端线路同时故障时只能由后备保护带延时切除故障。这对于高压输电线路来说是难以接受的，也是应当尽量避免的。
（2）并未从根本上解决电流流出问题，其方法仅是将电流流出的一个通道（即双回线路）放到差动保护的保护范围之内。对于其他可能的流出通道，则没有考虑。
（3）只能适应图中特殊的三端线路类型，应用范围小，不便于推广。同时，由于使用范围小而导致生产量小，则保护装置的造价并不会降低，从而无法体现价格优势。
（4）两条线路使用同一套保护装置，不符合现行继电保护运行管理要求。[3]一方面，当其中一条线路退出运行时，现行规定要求将相应保护装置退出运行，使用同套装置将不利于保护的退出，必将存在隐患。运行人员和继电保护人员在操作用，也容易出现误触误碰等情况。例如在对三端线路进行继电保护检验时，双回线的运行状态一般为单回线运行，即三端线路停电，双端线路运行。使用一套保护装置，检验过程极易出现保护装置断电导致运行线路失去保护，或者误操作导致运行线路误跳闸等情况。此外，在两条线路没有同时停电的情况下，也不方便对公用部件（如大三端分相差动）进行检验。另一方面，如果保护装置出现故障，将同时影响两条线路的运行安全。继电保护的根本任务是保证电网的安全稳定运行，尤其是对于光线差动保护一般使用在高电压等级电网，三端线路一般使用在重负荷地区，继电保护自身的安全性显得更为重要。以上两方面无疑降低了继电保护的可维护性和安全可靠性。继电保护管理部门出于运行管理及安全可靠性考虑，会避免使用此种类型的保护装置。
二、目前可行的解决方案及其存在问题
从对文献[1]缺点的分析中可以看出，两端线路与三端线路分别配置各自的保护装置在目前状况下仍然是最适合的方案，因此问题的焦点仍然集中在三端线路的纵联保护上。文献[2]分析指出，作为线路主保护的纵联保护中，对于有电流流出的情况部分保护方案无法使用，只有电流差动和欠范围直接跳闸式和欠范围允许跳闸式可以应用，但还要看线路具体结构和参数能否满足制动特性（对于电流差动）和欠范围距离I段（欠范围跳闸式）整定所必需的条件。
光纤差动保护由于具有保护原理简单，端点间可传输的信息量大，可靠性高的优点，无疑是最好的解决方案。T接点的位置、分支线上有无发电机、发电机运行或停运、助增电流、电动机反馈、电动机自启动、变压器励磁涌流、中性点接地方式、过渡电阻、系统振荡、个别端断路器断开等因素都不会引起电流差动保护的不正确动作。差动保护的差动电流具有天生提取电流中故障分量的特性，不考虑TA因素情况下，区外故障时差流为零，区内故障时为故障点处故障电流，这点对于两端或者三端线路都具有相同的性质。[2]
然而，光纤差动保护在三端线路上应用仍然会有一些缺陷，主要体现在以下两个方面。
1.负荷电流对差动保护灵敏度的影响
目前广泛使用的差动保护全电流判据为标量和制动方式，其判据为：
，其中KRES为制动系数。
对三端线路故障状态进行等效分解，可转化为负荷电流状态和故障分量状态，如图2所示。
如图2分解所示，在不考虑线路电容电流的情况下，恒存在。
故，即差动量有提取故障分量的优点。
然而，制动量却受负荷分量的影响，即有。
差动保护的灵敏度可表示为：KSEN=IG/IRES（7）其中IG为故障电流，IRES为制动电流。
因此，负荷电流的存在会使IRES增大，从而使差动保护的灵敏度降低。
2.内部故障时故障电流流出问题
三端线路的另一个特殊问题是发生内部故障时仍有故障电流流出，所谓电流流出，实际上是电流与参考电压之间的关系问题。以为例，由于线路和负荷阻抗一般是感性的，故若以为参考相量，考虑到电流的参考方向，如果计算出电流落后于的角度在0°～90°之间，即认为是电流流入，如果落后于的角度在180°～270°之间，则为电流流出。有相同的性质，而则正好相反。
由于发生短路故障时，故障电流都是从电源流向故障点，所以故障电流流出的情况一般与T接线路的外部线路有关，即T接线外仍然存在故障点与电源之间的通路。例如对于三端线路中两端与另一线路组成双回线的线路，双回线的存在使故障电流有可能通过另一回线到达故障点。如图3所示，IOUT即为流出电流，文献[1，2]对这种线路进行了详尽的分析，并得出了是否会有电流流出的判据。从根本上说，故障时是否会有电流流出取决于三端电源的强度。
故障电流流出的影响表现在制动电流变小，进而导致灵敏度降低，这与负荷电流的情况相同，不再另行分析。需要指出的是，如图3所示，IOUT可以转化三端线路的内部穿越性电流INM，转化之后，即无需考虑IOUT的流出，而仅需考虑内部的穿越性电流INK。
三、基于全电流的差动判据研究状况
应当说，以上指出的两个问题都是由于全电流判据的制动量选取导致的。在基于故障分量的差动判据中并不存在这种问题。但由于并没有直接手段获得故障分量，所以目前采取的方法是用故障后的电流量减去故障前的电流量，其假设即为故障后与故障前的负荷电流相同。但由于故障发生后系统频率将发生变化，在目前的技术条件下，故障后利用数字技术长时段地正确捕捉故障分量还存在一定困难，一般来说，故障分量保护在工作一段时间后将退出运行，由全电流判据独立承担保护任务。所以，全电流判据和故障分量之间不是相互替代而是相互补充的关系。[2]因此有必要寻找基于全电流且可以消除以上两种问题影响的新判据。
由于制动量不仅取决于标量和，同时还取决于制动系数KRES，因此采用自适应特性的制动量，即自适应调整KRES的判据将有利于解决这一问题。当前对于制动系统的研究较多，如采用具有自适应特性的制动判据，通过理论分析及仿真实验，证明了该判据具有很好的分相动作能力，且在外部故障时，对于故障相，其制动量大大增加，因此，可靠性得到了很大的提高；内部故障时，对于故障相，其制动量大大减小，因此，灵敏度得到了很大的提高。自适应差动保护判据，可以通过KRES的自适应调节达到减弱负荷电流影响的目的。借鉴这一方法，可以建立一种应用于三端线路的自适应判据，将有利于减弱负荷电流对差动保护灵敏度的影响。
四、结论
本文首先分析了文献[1]中保护方案未被使用的原因，发现现行三端保护判据可能存在的问题，进而引出研究基于全电流判据的重要性，并列举了最新的研究结果。应当指出，目前已提出基于全电流的差动判据大都停留在理论研究及软件仿真阶段，新判据能否经受电网复杂情况的考验，以及能否找到更适合三端线路特点的新判据，都是值得进一步深入研究的。
参考文献：
[1]郭征,贺家李.三端线路光纤保护的研究[J].电力系统自动化,2003,27(10).
[2]贺家李,宋从矩.电力系统继电保护(增订版)[M].北京:中国电力出版社,2004.
[3]GB/T 14285-2006 继电保护和安全自动装置技术规程[S].
（责任编辑：沈清）
关键词：三端线路；差动保护；光纤保护
作者简介：贾劲颂（1983-），男，江苏常州人，常州供电公司检修工区，助理工程师；孙晓峰（1977-），男，江苏常州人，常州供电公司检修工区，助理工程师。（江苏 常州 213000）
中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）12-0110-02
三端线路由于具有节省投资、节约用地、线路使用率高等优点，近年来得到了大量的应用。三端线路有很高的经济效益，但却给线路的继电保护设计和运行带来了很大困难。由于三端线路的特殊性，目前对于三端线路的继电保护研究主要集中在光纤差动保护上。文献[1]作为国内较早对三端线路光纤保护所进行的研究，对我国三端线路继电保护的研究与开发具有重要的指导意义，其分析方法在之后的研究中被广泛借鉴，其部分构想已在产品中得到应用。但文中针对图1所示三端线路的保护思路并未得到应用，本文即从这一思路及之后的相关研究出发，结合对图1线路特点的分析，提出了新的思路，并指出了日后研究的方向。
一、典型三端线路及其保护配置
三端线路由于具有节省投资、节约用地、线路使用率高等优点，近年来得到了大量的应用。三端线路可以节约土地及建设成本，有很高的经济效益，尤其适用于快速建设的高压负荷线路。文献[1]给出了一种典型的三端线路网络结构，如图1所示。与简单的三端线路相比，图中网络包含一条双回线，增加了网络的复杂性及继电保护整定配合的难度。
对于图示线路，原采用的保护配置为双端线路和三端线路采用各自的保护装置，即线路I采用双端纵联保护作为主保护，线路T采用三端纵联（如三端光纤差动）作为主保护。
文献[1]提出的方案为：将三端线路保护和两端线路的保护放在一套装置中，以便通过增加保护的输入信息提高保护的选择性。文中的说明如下：差动保护判据为，且其中差动量，即各侧线路之和的绝对值，当为三端线路时M=3，两端线路时M=2。保护可到五端的电流量iM1，iM2，iN1，iN2和iT。，并且有iM=iM1+iM2，iN=iN1+iN2。文中将M，N，T称为大三端，M2，N2和T称为小三端。差动保护先对大三端进行分相差动，如果是大三端区内故障，再用小三端及双端线路分别进行差动，从而确定故障线路。
iM1，iM2，iN1，iN2和iT相对于分别配置两套保护装置的方案，文献[1]中指出使用一套保护方案的优点：
（1）几乎不受电流流出的影响，选择性好；
（2）相对于在双端线路和三端线路分别装设保护而言，造价低。
从文献来看，这一思路对于保护所述三端线路的优点是突出的，在技术上也是可以实现的，但在实际中并没有得到应用，其原因及缺点主要有以下几点。
（1）在双端线路和三端线路同时故障时只能由后备保护带延时切除故障。这对于高压输电线路来说是难以接受的，也是应当尽量避免的。
（2）并未从根本上解决电流流出问题，其方法仅是将电流流出的一个通道（即双回线路）放到差动保护的保护范围之内。对于其他可能的流出通道，则没有考虑。
（3）只能适应图中特殊的三端线路类型，应用范围小，不便于推广。同时，由于使用范围小而导致生产量小，则保护装置的造价并不会降低，从而无法体现价格优势。
（4）两条线路使用同一套保护装置，不符合现行继电保护运行管理要求。[3]一方面，当其中一条线路退出运行时，现行规定要求将相应保护装置退出运行，使用同套装置将不利于保护的退出，必将存在隐患。运行人员和继电保护人员在操作用，也容易出现误触误碰等情况。例如在对三端线路进行继电保护检验时，双回线的运行状态一般为单回线运行，即三端线路停电，双端线路运行。使用一套保护装置，检验过程极易出现保护装置断电导致运行线路失去保护，或者误操作导致运行线路误跳闸等情况。此外，在两条线路没有同时停电的情况下，也不方便对公用部件（如大三端分相差动）进行检验。另一方面，如果保护装置出现故障，将同时影响两条线路的运行安全。继电保护的根本任务是保证电网的安全稳定运行，尤其是对于光线差动保护一般使用在高电压等级电网，三端线路一般使用在重负荷地区，继电保护自身的安全性显得更为重要。以上两方面无疑降低了继电保护的可维护性和安全可靠性。继电保护管理部门出于运行管理及安全可靠性考虑，会避免使用此种类型的保护装置。
二、目前可行的解决方案及其存在问题
从对文献[1]缺点的分析中可以看出，两端线路与三端线路分别配置各自的保护装置在目前状况下仍然是最适合的方案，因此问题的焦点仍然集中在三端线路的纵联保护上。文献[2]分析指出，作为线路主保护的纵联保护中，对于有电流流出的情况部分保护方案无法使用，只有电流差动和欠范围直接跳闸式和欠范围允许跳闸式可以应用，但还要看线路具体结构和参数能否满足制动特性（对于电流差动）和欠范围距离I段（欠范围跳闸式）整定所必需的条件。
光纤差动保护由于具有保护原理简单，端点间可传输的信息量大，可靠性高的优点，无疑是最好的解决方案。T接点的位置、分支线上有无发电机、发电机运行或停运、助增电流、电动机反馈、电动机自启动、变压器励磁涌流、中性点接地方式、过渡电阻、系统振荡、个别端断路器断开等因素都不会引起电流差动保护的不正确动作。差动保护的差动电流具有天生提取电流中故障分量的特性，不考虑TA因素情况下，区外故障时差流为零，区内故障时为故障点处故障电流，这点对于两端或者三端线路都具有相同的性质。[2]
然而，光纤差动保护在三端线路上应用仍然会有一些缺陷，主要体现在以下两个方面。
1.负荷电流对差动保护灵敏度的影响
目前广泛使用的差动保护全电流判据为标量和制动方式，其判据为：
，其中KRES为制动系数。
对三端线路故障状态进行等效分解，可转化为负荷电流状态和故障分量状态，如图2所示。
如图2分解所示，在不考虑线路电容电流的情况下，恒存在。
故，即差动量有提取故障分量的优点。
然而，制动量却受负荷分量的影响，即有。
差动保护的灵敏度可表示为：KSEN=IG/IRES（7）其中IG为故障电流，IRES为制动电流。
因此，负荷电流的存在会使IRES增大，从而使差动保护的灵敏度降低。
2.内部故障时故障电流流出问题
三端线路的另一个特殊问题是发生内部故障时仍有故障电流流出，所谓电流流出，实际上是电流与参考电压之间的关系问题。以为例，由于线路和负荷阻抗一般是感性的，故若以为参考相量，考虑到电流的参考方向，如果计算出电流落后于的角度在0°～90°之间，即认为是电流流入，如果落后于的角度在180°～270°之间，则为电流流出。有相同的性质，而则正好相反。
由于发生短路故障时，故障电流都是从电源流向故障点，所以故障电流流出的情况一般与T接线路的外部线路有关，即T接线外仍然存在故障点与电源之间的通路。例如对于三端线路中两端与另一线路组成双回线的线路，双回线的存在使故障电流有可能通过另一回线到达故障点。如图3所示，IOUT即为流出电流，文献[1，2]对这种线路进行了详尽的分析，并得出了是否会有电流流出的判据。从根本上说，故障时是否会有电流流出取决于三端电源的强度。
故障电流流出的影响表现在制动电流变小，进而导致灵敏度降低，这与负荷电流的情况相同，不再另行分析。需要指出的是，如图3所示，IOUT可以转化三端线路的内部穿越性电流INM，转化之后，即无需考虑IOUT的流出，而仅需考虑内部的穿越性电流INK。
三、基于全电流的差动判据研究状况
应当说，以上指出的两个问题都是由于全电流判据的制动量选取导致的。在基于故障分量的差动判据中并不存在这种问题。但由于并没有直接手段获得故障分量，所以目前采取的方法是用故障后的电流量减去故障前的电流量，其假设即为故障后与故障前的负荷电流相同。但由于故障发生后系统频率将发生变化，在目前的技术条件下，故障后利用数字技术长时段地正确捕捉故障分量还存在一定困难，一般来说，故障分量保护在工作一段时间后将退出运行，由全电流判据独立承担保护任务。所以，全电流判据和故障分量之间不是相互替代而是相互补充的关系。[2]因此有必要寻找基于全电流且可以消除以上两种问题影响的新判据。
由于制动量不仅取决于标量和，同时还取决于制动系数KRES，因此采用自适应特性的制动量，即自适应调整KRES的判据将有利于解决这一问题。当前对于制动系统的研究较多，如采用具有自适应特性的制动判据，通过理论分析及仿真实验，证明了该判据具有很好的分相动作能力，且在外部故障时，对于故障相，其制动量大大增加，因此，可靠性得到了很大的提高；内部故障时，对于故障相，其制动量大大减小，因此，灵敏度得到了很大的提高。自适应差动保护判据，可以通过KRES的自适应调节达到减弱负荷电流影响的目的。借鉴这一方法，可以建立一种应用于三端线路的自适应判据，将有利于减弱负荷电流对差动保护灵敏度的影响。
四、结论
本文首先分析了文献[1]中保护方案未被使用的原因，发现现行三端保护判据可能存在的问题，进而引出研究基于全电流判据的重要性，并列举了最新的研究结果。应当指出，目前已提出基于全电流的差动判据大都停留在理论研究及软件仿真阶段，新判据能否经受电网复杂情况的考验，以及能否找到更适合三端线路特点的新判据，都是值得进一步深入研究的。
参考文献：
[1]郭征,贺家李.三端线路光纤保护的研究[J].电力系统自动化,2003,27(10).
[2]贺家李,宋从矩.电力系统继电保护(增订版)[M].北京:中国电力出版社,2004.
[3]GB/T 14285-2006 继电保护和安全自动装置技术规程[S].
（责任编辑：沈清）