特高壓輸電線路繼電保護特殊問題的研究

張旖珊 郭劍飛

（國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司內(nèi)蒙古超特高壓分公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

現(xiàn)階段，我國電力系統(tǒng)發(fā)展不斷壯大，特高壓輸電線路在越來越多的地區(qū)被運用，不僅極大地解決了電力需求供應不足的情況，同時也對當?shù)氐慕?jīng)濟提升有著重要的推動作用。另外，特高壓輸電線路已成為我國主要的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其可以傳輸?shù)木嚯x非常長，而且損耗的電能也非常低，想要使其更好地發(fā)揮作用，就必須要重視其在繼電保護方面的一些問題，并積極探尋解決方法，如此方可推動我國電網(wǎng)的發(fā)展[1]。

1 特高壓輸電線路繼電保護問題的概況

1.1 特高壓輸電線路的特點分析

通過對特高壓輸電線路的相關(guān)調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，其有非常顯著的特征，與一般輸電線路有很大的不同，不僅線路方式存在較大差異，而且空間結(jié)構(gòu)也更大，能夠最大程度地提升輸電線路的分布電容，并降低電路表面損失。具體來說，特高壓輸電線路特征如下：

1.分布電容電流，這是其最為突出的特征之一，通常情況來看，分布電容不會對其他線路造成損害，但如果在系統(tǒng)正常運行的過程中，突然發(fā)生電壓增大到一定程度的情況時，就極有可能會導致電壓值出現(xiàn)畸變現(xiàn)象，影響電路正常運行。

2.非周期分量，在線路中的電壓發(fā)生突變的時候，會產(chǎn)生非周期變量，同時還會形成具有衰減性質(zhì)的低頻分量，這兩個分量都有可能阻礙電流的正常運行，并導致電流差動保護的可靠性下降。

3.雖然特高壓輸電線路可以提高電能傳輸?shù)慕?jīng)濟性，以及節(jié)省線路走廊，但其對環(huán)境的影響較大，且穩(wěn)定性有待加強。

1.2 特高壓輸電線路繼電保護的現(xiàn)狀

就現(xiàn)階段實際情況來看，城市化進程的加快，使得電力系統(tǒng)的運行壓力日漸提升，導致線路運行中出現(xiàn)的問題也逐漸增多，給人們的正常供電帶來了極大的影響。以往的輸電線路已經(jīng)難以滿足當前時代發(fā)展要求，想要更好地為人們提供安全可靠的供電服務，就必須要建立更完善的輸電系統(tǒng)，盡可能地滿足社會發(fā)展需要，其中大容量、長距離、低損耗是主要的研究方向，特高壓輸電線路就是在這樣的形勢下應運而生[2]。但就目前情況而言，大多數(shù)國家的特高壓輸電線路都存在一定的問題，那就是在運行的時候只能以低電壓等級運行，這使得特高壓輸電線路的優(yōu)勢得不到充分發(fā)揮，我國目前在這方面的研究同樣也面臨著一些阻礙，因此持續(xù)加強對特高壓輸電線路繼電保護的相關(guān)研究有著十分重要的意義[3]。

1.3 特高壓輸電線路繼電保護的原理

對特高壓輸電線路而言，想要更充分地了解其繼電保護的原理，需要從以下兩個方面進行：其一，電流縱聯(lián)差動保護原理，該原理在具體的實踐過程中，主要涉及電容電流補償方法，想要實現(xiàn)對特高壓輸電線路的繼電保護，需要采取基爾霍夫電流定律來進行相應的算法，其中向量補償算法和時域補償算法在理論中十分常見，但在具體應用過程中還是存在一定的問題；其二，差動保護新原理，由于上述方法未能起到很好的作用，難以有效應對特高壓輸電線路的繼電保護問題，所以出現(xiàn)了差動保護新原理，在該原理的實際應用過程中，建立貝瑞隆模型，不僅不受電容電流影響，而且還帶有求解速度快和精度高的特征。

1.4 特高壓輸電線路繼電保護要求

通過相關(guān)調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，特高壓輸電線路繼電保護的要求，主要包括七個方面：（1）想要更好地保障輸電線路的穩(wěn)定運行，需要設立兩套完全獨立的主保護和后備保護，這樣一旦出現(xiàn)線路運行故障，且一套主保護退出檢修時，仍然可以確保另外一套線路保護能夠發(fā)揮作用；（2）主保護的動作時間應當盡可能地符合限制過電壓的要求；（3）當線路出現(xiàn)過負荷狀態(tài)時，為了不影響繼電保護裝置的作用發(fā)揮，應當結(jié)合相關(guān)的計算數(shù)據(jù)以及絕緣子承受過電壓的能力來重新設置數(shù)值；（4）為了限制過電壓，還應當結(jié)合電路實際情況，對兩端的快速自動化重合閘進行嚴格的控制，確保其最大時間差符合相關(guān)要求；（5）單相故障應采用單相重合閘；（6）斷路器投入或跳開，需要合理控制好時間，確保不超過規(guī)定值；（7）加強對并聯(lián)電抗器的合理選擇。

2 特高壓輸電線路的繼電保護特殊問題

2.1 過電壓問題

通常情況來說，線路的自動重合閘會對過電壓造成一定影響，這是因為單相故障采用三相重合閘時，在正常的線路運行過程中就有可能會產(chǎn)生一定的過電壓，而如果是單相重合閘則基本上不會發(fā)生這類現(xiàn)象。另外，在特高壓輸電線路運行過程中，工頻過電壓也是非常關(guān)鍵的一項內(nèi)容，需要加大對其的重視程度，這是因為在輸電電壓級提高的同時，特高壓線路對過電壓裕度要求更小，因而更有可能導致過電壓問題的產(chǎn)生。

2.2 分相電流差動保護的問題

在故障或其他暫態(tài)過程中，通常會有很多的高頻分量生成，造成這一現(xiàn)象的主要原因在于暫態(tài)充放電流變化幅度很大，除了會導致上述情況之外，甚至還有可能生成更大的高頻電容電流，進而影響線路安全運行。從某種程度上來說，分相電流差動縱聯(lián)是很優(yōu)秀的保護方式，很少會受到外在條件的限制，一般的系統(tǒng)振蕩和運行方式并不會影響其發(fā)揮作用，但由于在特高壓輸電線路中，存在分布電容電流，因而會導致分相電流差動保護受到一定影響。

2.3 暫態(tài)過程對線路保護的影響問題

通過相關(guān)調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，暫態(tài)過程中的振蕩因子有很多，比如電感和電容的諧振動等等，而穩(wěn)態(tài)過程中的電壓和電流對輸電線路的影響非常大，這使得傳統(tǒng)的距離保護方案難以發(fā)揮實際作用。換句話來說，暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)之間的變化，給超高壓線路帶來了更大的挑戰(zhàn)，尤其是在我國電力需求不斷增加的前提下，當前輸電電網(wǎng)的輸送能力已經(jīng)無法達到實際要求，想要更好地保障特高壓輸電線路的運行，就必須要加強對線路的有效保護。

2.4 過渡電阻問題

通過對特高壓輸電線路的相關(guān)分析可以得知，該線路的過渡電阻為600Ω，在實際的電流運行過程中，由于輸送電距離較長，過渡電阻會影響到原本的電流運行狀態(tài)，導致零序電壓大幅度降低。在這個時候，僅僅通過對特高壓線路電壓情況的觀察與分析，是很難掌握當前的具體情形，有可能發(fā)生接地故障，也有可能線路未受影響，仍是處于正常運行狀態(tài)，因此大大地延長了線路處理的時間，不利于特高壓輸電線路的穩(wěn)定運行。另外，短路點易發(fā)生過渡電阻問題，在沒有對其進行有效處理之前，有可能導致距離保護的測量阻抗發(fā)生變化，進而影響其正常的運作，難以實現(xiàn)對特高壓輸電線路的保護。想要躲過過渡電阻的暫態(tài)超越，確保線路的正常運行，可以采用各種濾波手段來加以控制。

2.5 位置問題

由前文所述，特高壓輸電線路具有長距離的特點，也就是說在進行電力傳送時需要經(jīng)過較長的一段距離，這個時候如果沒有大功率支持，是很難保證電流的正常輸送，而如果加大功率，又會導致線路中的負荷增加，這對線路的穩(wěn)定運行也會造成很大影響。一般情況來看，當輸電線路正常輸送電力時，其負荷的波動幅度通常不會太大，基本上是在極限值附近徘徊，如果這個時候?qū)㈦娔軅魉途€路的大功率保障起來，那么對系統(tǒng)保護工作的要求非常高，目前還難以達到。除此之外，在特高壓輸電線路運行過程中，由于受到外界環(huán)境及內(nèi)部因素的影響，使得輸電線路還極易出現(xiàn)位置問題，導致三相電能傳送線路參數(shù)無法保持一致，進而影響特高壓輸電線路的運行。

3 特高壓輸電線路的繼電保護有效策略

3.1 特高壓輸電線繼電保護配置

就現(xiàn)階段實際情況來看，特高壓輸電線路中的繼電保護方式與傳統(tǒng)的高壓線路繼電保護方式有所不同，前者通常是在不對電壓產(chǎn)生任何影響的前提下來保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，因此不會對用戶正常用電造成不必要的麻煩，同時也更能夠滿足當前社會的用電需求。具體來說，在特高壓輸電線路運行過程中，由于部分設施設備對電壓的承擔力度比較小，一旦出現(xiàn)故障問題，比如主設備發(fā)生電阻過大而導致故障，且沒有立即采取有效控制措施，那么整個系統(tǒng)的運行都將受到影響，給電力企業(yè)帶來嚴重的經(jīng)濟損失。因此，對特高壓輸電線路的繼電保護措施很有必要，必須要安裝符合要求的繼電保護裝置，才能保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

3.2 縱聯(lián)電流差動保護

通過對縱聯(lián)電流差動保護的研究與分析可以得知，該保護方式主要是先對輸電線路兩側(cè)中的電流相位進行比較，并通過選擇性的機制來判斷故障是在本線路范圍內(nèi)還是在線路范圍之外，并以此為依據(jù)來決定是否切斷被保護線路。該方法的優(yōu)勢特征非常明顯，比如靈敏度高、簡單可靠、不受系統(tǒng)運行方式和系統(tǒng)振動的影響以及可以正確判別內(nèi)部故障和外部故障等等，在當前輸電線路繼電保護中的應用非常廣泛。想要提高縱聯(lián)電流差動保護的應用效果，還需要做好如下幾點工作：（1）提高保護定值；（2）降低電流互感器的二次負載；（3）配置抗飽和能力強的繼電保護裝置；（4）進行電容電流的補償。

3.3 縱聯(lián)距離保護

所謂的縱聯(lián)距離保護，實際上就是通過比較線路兩端配置的阻抗繼電器的動作行為，以此來判斷故障線路與非故障線路的一種繼電保護方式，這種保護的核心元件是方向阻抗繼電器，不僅有方向性，而且還有固定的動作范圍，能夠瞬時切除元件全長的故障。在具體的應用過程中，如果線路故障發(fā)生在內(nèi)部位置，那么縱聯(lián)距離保護裝置就可以直接確定故障方向是正方向上的，并及時做出相應的保護動作，保證對線路可靠性的保護。如果是外部發(fā)生了故障，也能夠通過縱聯(lián)距離保護裝置得知有一個方向發(fā)生了反方向變化，并對此進行反應，實現(xiàn)對回路斷線故障的閉鎖效果。需要注意的是，雖然縱聯(lián)距離保護能夠快速找到故障位置，并對輸電線路予以保護，但其在具體運行過程中也存在一個缺點，那就是在線路運行區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)故障時，有可能會伴隨通道破壞的產(chǎn)生，比如當發(fā)生三相接地短路的問題，信號無法傳送過去的時候，就會造成保護拒動。

3.4 行波保護

就現(xiàn)階段實際情況來看，特高壓輸電線路在實際應用過程中，大多是以國家統(tǒng)一電網(wǎng)建設的形式為主，這樣更有助于保障線路穩(wěn)定，還有一部分則是采用聯(lián)合建設的方式。無論是哪一種建設方式，對繼電保護的要求都非常高，尤其是在速度方面，因此必須采取更有效的保護措施，而行波保護就是其中十分有效的手段，其不僅可以解決線路故障問題，更主要的是其具有快速動作的特征，能夠在線路發(fā)生故障的第一時間就迅速做出反應，從而最大程度保障線路安全。而且，行波保護不受電力系統(tǒng)振蕩的影響，是目前特高壓輸電線路中最為有效的繼電保護措施，但由于行波保護構(gòu)成復雜，對其的研究工作仍不能放松，只有不斷突破和創(chuàng)新，才能更好地發(fā)揮行波保護裝置的作用與價值，并為我國特高壓輸電線路的持續(xù)發(fā)展提供保障。

3.5 基于Marti 模型的繼電保護

想要進一步保障特高壓輸電線路的安全穩(wěn)定運行，就需要加強對Marti 模型繼電保護的合理運用。具體來說，基于Marti 模型的繼電保護，簡單來說這就是一種分相形式的保護裝置，其通常是通過對線路兩側(cè)電壓電流之間關(guān)系的分析與研究，來判斷輸電線路運行狀態(tài)，從而更好地采取針對性措施保護線路。如若特高壓輸電線路未發(fā)生故障問題，那么基于Marti 模型的繼電保護裝置所顯示的計算值和實測值相等；反之，如若特高壓輸電線路發(fā)生故障，那么該裝置所顯示的兩側(cè)數(shù)值差距就會比較大，這個時候裝置會迅速進行保護動作，從而快速切斷故障源，減少對特高壓輸電線路運行的影響。另外，當電路中還設置了并聯(lián)電抗器，為了確保繼電保護裝置的作用不受影響，還應當使用新的判斷依據(jù)，這樣才能更好地保證系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定。

4 結(jié)語

總而言之，在新時期社會背景下，加強對特高壓輸電線路繼電保護問題的深入探究與分析，對提升我國繼電保護技術(shù)、實現(xiàn)電力資源利用最大化有著重要意義。因此，相關(guān)技術(shù)人員必須要提高重視，充分意識到特高壓輸電線路繼電保護的重要性，并積極采取有效措施來改善當前的繼電保護特殊問題，探尋出一套更有效的保護方式，以此來提高我國的電網(wǎng)輸送能力，促進電力行業(yè)的進一步發(fā)展。