一種110kV數(shù)字式線路保護測控裝置

哈電集團·阿城繼電器股份有限公司 陳艷河

1.引言

近年來，微機保護發(fā)展的非常快，在我國電力系統(tǒng)中，高低壓設(shè)備都大量采用微機保護，微機保護在保護電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行方面起到了不可磨滅的貢獻。我公司自主研制開發(fā)生產(chǎn)的微機式線路保護測控裝置適用于11OkV電壓等級的大電流接地系統(tǒng)中的輸電線路，在原理上采用高頻縱聯(lián)保護作為主保護，距離保護作為后備保護，在發(fā)生大電阻接地故障，距離保護靈敏度不足時，采用零序保護作為后備保護，充分考慮了大電流接地系統(tǒng)中能夠發(fā)生的各種故障。裝置功能還包括三相一次重合閘，PT斷線后兩段過流保護，過負荷，低頻減載等其他的輔助功能。

2.保護原理

2.1 高頻縱聯(lián)保護

高頻縱聯(lián)保護，可以使保護線路區(qū)內(nèi)任何一點發(fā)生故障時，都能達到全線速動。高頻縱聯(lián)保護可以分為允許式高頻縱聯(lián)保護和閉鎖式高頻縱聯(lián)保護。本系列保護裝置兩者都能實現(xiàn)，并且都采用距離方向元件和零序方向元件，保證動作的快速性，選擇性。

2.2 距離保護

距離保護作為高頻縱聯(lián)保護的后備保護，分為相間距離和接地距離。本系列裝置設(shè)有六個阻抗元件，阻抗特性采用在多邊形動作特性的基礎(chǔ)上疊加一個小矩形區(qū)域，多邊形特性的阻抗元件可以有效的抑制暫態(tài)超越。在發(fā)生區(qū)內(nèi)遠距離故障時，測量阻抗能正確代表故障方向，不需要另行判別方向，而在近距離故障，當測量阻抗進入小矩形區(qū)域時，測量阻抗不能正確代表故障方向，投入方向元件判斷方向。在系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，本系列裝置設(shè)有靜穩(wěn)破壞檢測元件，能保證距離保護不會發(fā)生誤動，而在振蕩中發(fā)生故障時，本裝置還設(shè)有振蕩中故障判別元件，又能使保護再次開放，使振蕩中的故障盡可能快速解除。本系列裝置除了設(shè)有正常的階段式距離保護外，還有不對稱故障相繼速動，和雙回線相繼速動保護功能。

2.3 零序保護

在發(fā)生大電阻單相接地時，距離保護的靈敏度不足時，零序保護能夠起到后備保護功能。零序保護由零序功率方向和零序過電流構(gòu)成零序電流方向保護。零序電流方向保護采用統(tǒng)一的零序功率方向元件，其電壓正常時采用自產(chǎn)3UO，當檢測到PT失壓后，可以選擇或取消方向控制，或自動改用PT開口三角側(cè)的零序電壓作為方向元件的電壓量，或閉鎖零序電流方向保護。這樣即利用了自產(chǎn)3UO保證接線正確的優(yōu)點，又利用了開口三角電壓不受PT斷線影響的優(yōu)點。

3.仿真分析

3.1 仿真模型

單回線運行系統(tǒng)仿真模型，包括一臺發(fā)電機、一條輸電線路和一個無窮大系統(tǒng)。用來仿真11OkV線路上所發(fā)生的各種區(qū)內(nèi)區(qū)外故障，以考察本保護裝置的可靠性。線路全長15Okm，距離保護I段整定范圍為1OOkm。模擬故障點有4處：反向出口處（F1），正向出口處（F2），O.95倍整定值處（F3），1.O5倍整定值處（F4）。故障類型包括1O種：A相接地，B相接地，C相接地，AB相間短路，BC相間短路，CA相間短路，AB相接地，BC相接地，CA相接地，ABC相間短路。每種故障次數(shù)5次。

3.2 試驗項目

以距離保護中的距離I段保護為主要測試對象。

3.2.1 暫態(tài)超越（阻抗保護）

在F3和F4 1O種類型的故障，實驗結(jié)果如下：（注意動作時間包含其斷路器的動作時間）

F3故障動作時間在115ms左右，F(xiàn)4故障距離I段保護可靠不動作。

3.2.2 簡單區(qū)內(nèi)外故障

在F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，發(fā)生1O種類型金屬性故障，實驗結(jié)果如下：

a）F1故障，保護可靠不動作；b）F2故障，距離I段動作時間3Oms左右；c）F3故障，距離I段動作時間115ms左右；d）F4故障，距離I段可靠不動作。

3.2.3 帶過渡電阻故障

在F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，發(fā)生各種類型的非金屬性故障（單相接地故障的接地過渡電阻為25Ω，相間短路的過渡電阻為1OΩ）。實驗結(jié)果如下：

a）F1故障，保護可靠不動作；b）F2故障，距離I段動作時間32ms左右；c）F3處故障，距離I段動作時間115ms左右；d）F4故障，距離I段可靠不動作。

3.2.4 發(fā)展性和轉(zhuǎn)換性故障

在F2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，發(fā)生單相故障發(fā)展成為兩相或三相故障，故障轉(zhuǎn)換時間在5～24Oms。在F1處，F(xiàn)2處，發(fā)生區(qū)內(nèi)外各種轉(zhuǎn)換性故障，故障轉(zhuǎn)換時間在5～1OOms。實驗結(jié)果如下：

a）F2發(fā)生單相故障發(fā)展成為兩相或三相故障，距離I段動作時間3Oms左右；b）F3發(fā)生單相故障發(fā)展成為兩相或三相故障，距離I段動作時間115ms左右；c）F4發(fā)生單相故障發(fā)展成為兩相或三相故障，距離I段可靠不動作；d）F1發(fā)生區(qū)外轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)故障，距離I段可靠動作；e）F2發(fā)生區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)區(qū)外故障，距離I段可靠不動作（轉(zhuǎn)換時間小于3Oms）。

3.3 試驗結(jié)論

由以上試驗可以得出結(jié)論，本裝置的暫態(tài)超越誤差在5%以內(nèi)，短路阻抗在整定阻抗的O.95倍時，可靠動作，1.O5倍時可靠不動作。在線路上發(fā)生區(qū)外各種金屬性故障時，保護可靠不動作。發(fā)生區(qū)內(nèi)各種金屬性故障時，保護可靠動作，且在近距離故障時，保護能在3Oms左右快速切除故障，在遠距離處也能夠在12Oms內(nèi)切除各種故障。在線路上發(fā)生區(qū)外各種非金屬性故障時，保護可靠不動作。在發(fā)生發(fā)生區(qū)內(nèi)各種非金屬性故障時，保護能可靠動作。在線路上發(fā)生同一點發(fā)展性故障時，保護可靠正確動作，不同點的區(qū)內(nèi)外轉(zhuǎn)換時，保護可靠正確動作。

4.現(xiàn)場運行

11OkV數(shù)字式線路保護測控裝置，已經(jīng)在幾十個11OkV變電站中投入運行，其中包括：重慶乜敖11OkV變電站、四川鹽邊箐河11OkV變電站等，裝置功能和可靠性得到很好的驗證，得到了用戶的廣泛好評。

5.結(jié)語

本公司開發(fā)研制生產(chǎn)的數(shù)字式線路保護測控裝置，在原理上達到國內(nèi)先進水平，并經(jīng)過大量的大量仿真動態(tài)模擬仿真實驗，數(shù)字模擬仿真實驗，證明此種數(shù)字式線路保護測控裝置對11OkV電壓等級的線路上發(fā)生的各種故障都有很高的靈敏度，并通過了國家繼電保護及自動化設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的檢測。經(jīng)過長期的現(xiàn)場實際運行，充分證明裝置的可靠性和安全性。

[1]朱聲石.高壓電網(wǎng)繼電保護原理與技術(shù)(第三版)[M].中國電力出版社,2005,4.

[2]許正亞.輸電線路新型距離保護[M].中國水利水電出版社,2002,6.

[3]毛錦慶.電力系統(tǒng)繼電保護實用技術(shù)問答(第二版)[M].國家電力調(diào)度通信中心,2006,9.

[4]電力行業(yè)標準.3～110kV電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程[S].電力工業(yè)部,1996.