關(guān)于特高壓輸電線路繼電保護(hù)問(wèn)題的研究

郭建國(guó)

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司 030032）

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展進(jìn)步，能源資源與能源消費(fèi)逆向分布的轉(zhuǎn)點(diǎn)對(duì)電網(wǎng)跨區(qū)域輸電能力提出了新的要求。特高壓輸電的超遠(yuǎn)距離、超大規(guī)模輸電優(yōu)勢(shì)為我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展提供了新的思路，特高壓輸電技術(shù)在我國(guó)具有廣閣的應(yīng)用前景。特高壓交流輸電能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)同步運(yùn)行的特性，使其成為我國(guó)特高壓工程不可或缺的一部分。將高壓輸電工程的特殊性也給繼電保護(hù)帶來(lái)了許多問(wèn)題，而作為將高壓輸電工程的重要環(huán)節(jié)一一輸電線路的繼電保護(hù)也存在許多問(wèn)題，這些問(wèn)題的研究也就對(duì)電網(wǎng)的發(fā)展有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：特高壓；輸電線路；繼電保護(hù)

1.引言

繼電保護(hù)作為電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的保障，在特高壓輸電工程中也具有極其重要的地位。輸電線路作為特高壓輸電工程的主干，是不可或缺的環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)得到繼電保護(hù)必須滿足系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求。由于特高壓輸電線路的特殊性，其繼電保護(hù)也存在許多問(wèn)題。為了更好地利用和發(fā)展特高壓，我們必須對(duì)這些問(wèn)題作出研究，解決這些己經(jīng)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，尋找還未發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。這樣，才能做到磨刀不誤砍柴工，保證人民生活的有序進(jìn)行和國(guó)家經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展。

由于特高壓交流輸電線路一般承擔(dān)著兩大電網(wǎng)同步運(yùn)行的連接任務(wù)，其重要性高于一般電壓等級(jí)的輸電線路，因此為了保證線路的正?？煽窟\(yùn)行，必須配備兩套完全獨(dú)立的維電保護(hù)裝置。但是，每種繼電保護(hù)方法都存在自身特有的缺點(diǎn)，所以必須對(duì)繼電保護(hù)的配置方法進(jìn)行研究，確定其保護(hù)配置的基本原則。

2.特高壓輸電線路繼電保護(hù)要求

（1）要有兩套完全獨(dú)立的主保護(hù)和能快速切除全線路故障的后備保護(hù)。在任何倩況下，例如一套主保護(hù)退出檢修或拒動(dòng)時(shí)，仍有兩套快速保護(hù)。

（2）主保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間和斷路器的滅弧時(shí)間要滿足限制過(guò)電壓的要求。

（3）在負(fù)荷狀態(tài)下或故障時(shí)輸電線從兩端切除的時(shí)間差不能超過(guò)一定值，應(yīng)根據(jù)過(guò)電壓計(jì)算和絕緣子承受過(guò)電壓的能力規(guī)定一個(gè)最大值，這對(duì)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間和斷路器斷開(kāi)時(shí)間提出了嚴(yán)格要求。

（4）為了限制線路過(guò)電壓，兩端的快速自動(dòng)重合巧的最大時(shí)間差要求有規(guī)定值。單相重合閘失敗時(shí)，應(yīng)先切除其他兩相的對(duì)端來(lái)降低過(guò)電壓。

（5）單相故障應(yīng)采用單相重合閘，要經(jīng)過(guò)兩相運(yùn)行狀態(tài)下諧振過(guò)電圧的計(jì)算。如果諧振過(guò)電壓超過(guò)允許值，則不能采用單相重合閘。

（6）斷路器投入/跳開(kāi)要半自動(dòng)化來(lái)保證兩端投入、斷開(kāi)的時(shí)間差不超過(guò)規(guī)定值。

（7）在并聯(lián)電抗器選擇運(yùn)行方式時(shí)，應(yīng)考慮故障切除引起的過(guò)電壓。如果電抗器在輸送大負(fù)荷時(shí)，為了減小無(wú)功損耗而不投入，則在故障時(shí)保護(hù)切除線路的同時(shí)應(yīng)將電抗器投入，并同時(shí)投入中性點(diǎn)消弧電抗器。對(duì)于并聯(lián)電抗器應(yīng)有一投/切的自動(dòng)裝置，由線路保護(hù)啟動(dòng)。并聯(lián)電抗器在發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，由其保護(hù)斷開(kāi)線路開(kāi)關(guān)，并通過(guò)信號(hào)傳輸跳開(kāi)對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)，限制過(guò)電壓的產(chǎn)生和擴(kuò)大。

3.特高壓輸電線路繼電保護(hù)配置原則

3.1不同原理的完全雙重化

特高壓交流輸電線路的保護(hù)配置原則與超高壓線路較為相似，但要求更高。其要求必須保證完全的、百分百的雙重化和近后備，即兩套主保護(hù)必須要有高度的獨(dú)立性，保護(hù)配置必須要有較高的冗余度。兩套主保護(hù)必須從TA、TV交流輸入，端子箱、電纜、直流電源、跳間線圈、保護(hù)屏和通信通道都要徹底分開(kāi)，完全獨(dú)立；兩個(gè)主保護(hù)屏之間要有足夠的距離：信號(hào)傳輸方式也應(yīng)不同，例如一個(gè)用巧鎖式而另一個(gè)用允許式等；后備保護(hù)至少要和一套主保護(hù)完全分開(kāi)。上述條件缺一都不能認(rèn)為是百分百的雙重化和近后備。此外，還需要設(shè)置遠(yuǎn)后備和斷路器失靈保護(hù)，并且要盡可能地保證遠(yuǎn)后備的靈敏度，要采取措施盡量縮小故障時(shí)被切除的范圍，例如采取雙母線分裝運(yùn)行等。

直流電源也需要雙重化，意思是要配備兩套蓄電池或者兩條獨(dú)立的直流母線。與此同時(shí)，兩套主保護(hù)需要各自接于各自的直流母線上來(lái)保證雙重化。并且，當(dāng)某條直流母線/某套蓄電池組發(fā)生故障時(shí)，需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換來(lái)保證持續(xù)供電。必須防止由于單條直流母線故障而引起相關(guān)保護(hù)的拒動(dòng)作或誤動(dòng)作。根據(jù)上所得要求和原則，特高壓交流輸電線的繼電保護(hù)必須配備兩套主保護(hù)，其中一套同時(shí)需要滿足快速切除全線故障并作為相鄰線路遠(yuǎn)后備的功能。此外，在裝有單相自動(dòng)重合闡的斷路器斷開(kāi)后的非全相狀態(tài)下出現(xiàn)非全相震蕩時(shí)，必須至少有一套保護(hù)不誤動(dòng)并可反映健全相故障。

3.2以防誤動(dòng)作為主的保護(hù)

集成電路的保護(hù)系統(tǒng)由于其硬件復(fù)雜程度的提高，各元件數(shù)目的增加，使得保護(hù)裝置的可靠性問(wèn)題主要傾斜到拒動(dòng)的可能性上，而這些拒動(dòng)大多是由接線不良或者元件損壞而引起的。而微機(jī)保護(hù)由于其高度的集成化，電子元件數(shù)目少，損壞概率小，因此拒動(dòng)概率大幅降低，而由于干擾而產(chǎn)生的誤動(dòng)卻較為常見(jiàn)。對(duì)于輸電線路而言，正常運(yùn)行是一個(gè)長(zhǎng)期狀態(tài)，而故障發(fā)生往往歷時(shí)較短，因此保護(hù)誤動(dòng)作（長(zhǎng)期狀態(tài)下）相較于拒動(dòng)（短時(shí)狀態(tài)下）更令人擔(dān)憂。此外，微機(jī)保護(hù)不斷對(duì)大量的數(shù)字代碼進(jìn)行處理和傳送，在處理和傳送中任一代碼的任一位，尤其是高位受外部或內(nèi)部干擾影響而改變時(shí)都講影響保護(hù)的正確動(dòng)作。這也就意味著，必須具有較高的冗余度才能保證繼電保護(hù)裝置的可靠運(yùn)行。

3.3自動(dòng)重合閘與保護(hù)的配合方式

自動(dòng)重合閘是線路正常運(yùn)行保障的重要一環(huán)，其與繼電保護(hù)的配合方式也多種多樣，不同的配合方式對(duì)繼電保護(hù)的性能的影響不同。對(duì)于特高壓交流輸電線路，降低兩側(cè)斷路器切除時(shí)間差能夠限制操作過(guò)電壓，這個(gè)值一般限制在40—50ms以內(nèi)，同樣，自動(dòng)重合閘的最大重合閘時(shí)間差也必須做出規(guī)定。特高壓交流輸電線路的斷路器投入/跳開(kāi)要半自動(dòng)化來(lái)保證兩端投入、斷開(kāi)的時(shí)間差不超過(guò)規(guī)定值。由于跳間順序?qū)^(guò)電壓也有較大影響，所W在故障跳間后的自動(dòng)重合閘和合閘不成功時(shí)的二次跳闡必須按預(yù)定的順序進(jìn)行。

3.4并聯(lián)電抗器的設(shè)置和運(yùn)行方式

特高壓輸電線兩端一般應(yīng)裝設(shè)容量較大的并聯(lián)電抗器來(lái)降低過(guò)電壓的危害。由于特高壓交流輸電線路的超長(zhǎng)距離輸電特性，通常采用線路中點(diǎn)設(shè)置并聯(lián)電抗器的方法來(lái)降低線路中部過(guò)電壓，保證線路運(yùn)行安全性。兩側(cè)電抗器的投切需根據(jù)運(yùn)行情況而選擇決定。但在線路斷路器跳開(kāi)時(shí)必須立即投入并聯(lián)電抗器，防止過(guò)電壓和進(jìn)行消弧。因此，并聯(lián)電抗器和滅弧電抗器必須配置?？诘谋Ｗo(hù)和自動(dòng)控制裝置來(lái)提高其可靠性。線路保護(hù)應(yīng)不斷監(jiān)測(cè)并聯(lián)電抗器和滅弧電抗器是否投入，如果在線路故障時(shí)并聯(lián)電抗器斷路器斷開(kāi)，滅弧電抗器斷路器也斷開(kāi)，則線路保護(hù)必須同時(shí)發(fā)出跳間命令和并聯(lián)電抗器的保護(hù)啟動(dòng)命令，從而實(shí)現(xiàn)并聯(lián)電抗器和滅弧電抗器的快速投入。與此同時(shí)，單相自動(dòng)重合閘必須根據(jù)滅弧電抗器的電流互感器中的電流對(duì)自身下一步動(dòng)作情況進(jìn)行判斷。如果滅弧電抗器斷路器閉合時(shí)，其電流互感器中存在電流，表示滅弧互感器己成功投入，應(yīng)立即縮短自動(dòng)重合閘的合閘時(shí)間。

3.5斷路器失靈保護(hù)

同一般的輸電線路一樣，特高壓輸電線的斷路器也需要配備失靈保護(hù)，主要是為了防止斷路器失靈而設(shè)置的。但由于特高壓交流輸電線路的輸送距離較遠(yuǎn)，往往導(dǎo)致其失靈保護(hù)啟動(dòng)元件的靈敏度不足。尤其是當(dāng)本線路的保護(hù)作為下一級(jí)線路保護(hù)的遠(yuǎn)后備時(shí)，要求在下一級(jí)線路末端發(fā)生任何故障時(shí)，如果該線路拒動(dòng)，本線路開(kāi)關(guān)也拒跳時(shí)，失靈保護(hù)啟動(dòng)元件應(yīng)有足夠的靈敏度。因此，高靈敏度的要求也就決定著失靈保護(hù)應(yīng)采用多種啟動(dòng)原理。

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