特高压输电线保护方案配置及主保护选择

特高压输电线路保护方案配置及主保护选择 1

特高压输电线保护方案配置及主保护选择

摘要：根据特高压输电线结构与运行的特点，讨论了对其继电保护装置和保护配置的基本要求，并分析了各种纵联保护原理的优缺点，最后提出了对特高压输电线主保护方式选择的建议。 关键词：特高压输电线；保护配置；主保护选择

0引言

特高压输电线的继电保护也是建立在继电保护基本原理之上，是由高压和超高压输电线继电保护技术发展起来的。但是，由于特高压输电线是联合系统或全国统一电网的骨架，其安全可靠运行对于全系统的安全可靠运行起着决定性的作用，故对其继电保护的性能和可靠性要求极高[1]。因此，应采取各种可能的措施，提高其动作速度、灵敏度、选择性和可靠性(包括可依赖性和安全性)。本文对我国特高压输电线继电保护配置方案进行探讨，并提出了初步建议和应该研究解决的问题。

1 特高压输电线继电保护配置方案

对特高压输电线继电保护配置的基本要求是：在所采用的各个继电保护装置满足“四性”(速动性，灵敏性，选择性，可靠性)要求的基础上，能够实现性能互补、动作协调，使整个保护系统在整体上和更高的水平上满足“四性”要求[2]。与一般高压和超高压线路相比，各种保护作用要有更高的独立性、更大的冗余度。保护配置应能保证在任何运行状态(包括两套主保护都退出)下被保护线路上发生任何故障时，都有一套无延时的快速保护，能从线路两端同时快速切除故障，避免发生过电压、系统稳定破坏或设备损坏等事故。

与一般高压输电线不同，特高压输电线继电保护的任务，首先是保证不产生危及设备和绝缘子的过电压，其次是保证系统稳定。

为了保证过电压不超过允许值，特高压输电线允许一端投入、另一端断开的时间远小于两端保护相继动作切除故障的时间。因此，特高压输电线上发生任何故障时必须以最短时间从两端同时切除故障，不能允许两端保护相继动作切除故障[3]。同时，要求有两套不同原理的能快速切除各种故障的主保护，另有一套能通过通道传送跳闸信号或允许跳闸信号的后备保护，以保证在任何故障情况下两

端切断的时间差约为40 ms~50 ms[4]。两套主保护必须从电流互感器、电压互感器交流输入、直流电源、保护屏到跳闸线圈完全独立。否则，如果在线路故障期间同时发生电流互感器、电压互感器、直流电源、保护屏或跳闸线圈任一故障，将使线路一端完全失去主保护，不能快速切除故障，只能依靠后备保护[5]，而使两端切除故障的时间差大于允许值而产生不允许的过电压。

在微机保护中可以同时实现多种保护原理，因此对于微机保护也可采用两套硬件相同而软件原理不同的装置[6]。横差保护是平行双回线简单有效的保护原理，因此对于平行双回线可以考虑附加装设横差保护，以增加保护的冗余度。对于微机横差保护[7]，不必将双回线的电流回路交叉连接以取得差电流并检查其方向，而可直接比较双回线保护的功率方向标志。当双回线外部短路时，两端双回线的功率方向总是一致的，当双回线之一内部短路时总有一端双回线的功率方向不一致，由此可判断有内部故障并可选出故障线路而动作切除，同时，通过通道送跳闸信号跳开对端故障线路开关。

特高压输电线在两相运行状态下可能产生较高的过电压。如果经过电压计算在非全相状态下产生的过电压倍数大于一定值时，不允许采用单相重合闸，只能是三跳三合。对于允许采用单相重合闸的线路，两端重合的顺序和时间间隔要预先通过过电压计算来确定。对于单相重合不成功时，切除其他两相的顺序和时间间隔也要预先通过过电压计算来确定[8]。事实证明，充分利用通信通道可以改善保护的性能，这在应用光纤通道时将更容易实现，我国应加强这方面的研究。

以上是对我国特高压输电线继电保护配置方案提出的一些见解。对于具体工程还应结合每条线路的具体情况深入研究，制订具体的配置方案。

2 特高压输电线主保护原理的选择

在我国目前比较成熟的、有运行经验的、可以

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作为主保护的纵联保护原理主要有以下几种：工频变化量方向保护、负序方向保护、分相电流差动保护、高频闭锁距离保护和相电压补偿式方向保护等。这几种原理各有一些优点，也都存在一定的缺点，下面对其优缺点作简单分析。 2.1 工频变化量方向保护

工频变化量方向纵联保护可以反应全相和非全相状态下的各种故障，不受负荷电流、系统振荡等的影响且动作速度很快，已在我国500kV和220kV输电线路上取得成功的运行经验。其主要缺点与所有利用故障分量的保护一样，只能反应故障的初瞬间，不能反应故障的全过程。其次，其灵敏度与系统运行方式有关，有一定程度的不确定性，但是作为方向元件，灵敏度总是能够保证的。故，这种保护原理可以作为特高压输电线的主保护。 2.2 负序方向保护

负序方向纵联保护具有丰富的运行经验。负序分量存在于故障的全过程，因此，负序方向纵联保护可以可靠地反应不对称故障的全过程，不受振荡的影响，不受平行线零序互感的影响。

但其灵敏度也与系统运行方式和线路换位情况有关。另外，其主要缺点是被认为“不能可靠反应三相短路”。由于三相短路的初瞬间出现的不对称和负序过滤器电路有一定的滤除高频分量的能力等原因，负序方向保护也可反应三相短路。由于有负序功率方向继电器把握方向，故阻抗继电器采用向反方向偏移的圆特性而不需要记忆回路，而且不必设振荡闭锁[9]。但是负序功率方向(辅以零序功率方向)配以正序突变量方向或相电流电压突变量方向的纵联保护在理论上和实践上都是比较成熟的，应是特高压输电线主保护待选方案之一。 2.3 分相电流差动保护

分相电流差动纵联保护从原理上是最理想的保护方式，具有绝对的选择性，不受系统振荡的影响，不受运行方式的影响，受过渡电阻的影响小，本身具有选相功能。但是，用于长距离特高压输电线路时，要考虑线路分布电容电流的影响，尤其是在暂态状态下电压中有很多高频分量，电容电流与频率成正比，将会产生更大的高频电容电流，这将使线路区外故障时两端电流的波形、幅值和相位都发生严重畸变，影响电流差动的正确工作。因此，欲采用分相电流差动保护原理时，应采取补偿电容

电流的措施。对于微机保护，可研究补偿电容电流的算法，尤其是补偿暂态电容电流的算法。 2.4 高频闭锁距离保护

距离纵联保护有很多优点和丰富的运行经验。主要优点是可以兼作主保护和下一级线路的远后备，保护范围基本固定且不受运行方式的影响，根据需要可以欠范围或超范围整定，以实现闭锁式、跳闸式、允许式等各种纵联保护方式[10]，还可以根据线路情况和保护目标采用不同的动作特性。但其缺点也是严重的，首先是受系统振荡影响很大，必须采用复杂的影响保护动作可靠性的振荡闭锁措施；受过渡电阻影响，保护范围可能缩短或伸长；方向性特性不能可靠反应保护安装处的故障；线路有串补电容时快速段动作范围大大缩短；电压回路断线可能造成立即误动作，必须采用高速的电压回路断线闭锁措施等。此外，用于特高压输电线时必须按分布参数整定，使得保护定值不能直接反应故障点距离。按照距离保护的以上特点，可配以远方跳闸信号，作为特高压输电线的独立后备保护。 2.5 相电压补偿式方向保护

相电压补偿式方向纵联保护原理具有一系列优点，在我国500kV线路上也有长期的运行经验。其主要优点是：可反应全相状态下各种故障和非全相状态下除两相接地外的其他各种故障的全过程，在合理整定条件下不受全相状态和非全相状态下系统振荡的影响，在反方向的各种故障包括经各种过渡电阻故障的情况下有很强的方向性；也可按照多相补偿的原理作为下一级线路的后备保护。其缺点是：与多相补偿阻抗继电器相似，在单相接地时允许过渡电阻的能力较差；另外，动作时间需要约23ms。这种保护原理可作为第2主保护，或作为非全相状态下的保护，专门用以反应单相重合闸周期中的故障[11]。

5 结论

综上所述，通过对几种主要的保护原理的分析和其运行的优缺点的分析，建议作为特高压输电线的第1主保护采用工频变化量方向纵联保护原理。作为第2主保护可采用负序方向、零序方向和相电压电流突变量方向相结合的纵联保护或相电压补偿式方向纵联保护[12]。作为非全相状态下的保护，可采用相电压补偿式纵联保护。对于200 km以下

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的特高压输电线，可采用分相电流差动保护作为第2主保护。两套主保护要用不同的通道：一个用载波，另一个用光纤或微波。允许信号和跳闸信号用光纤或微波通道，闭锁信号用载波通道传送。在没有条件用光纤或微波通道情况下，至少也要用两个独立的“相—地”载波通道。

对于以上各种保护，都要深入研究特高压输电线分布电容电流和并联电抗的影响。要研究保护与通道的紧密配合和充分发挥通道作用，以满足特高压输电线防止过电压和保证保护“四性”的要求。

参考文献

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[10] 贺家李，李永丽，郭征等．特高压输电线继电保护配

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重合闸动作的研究．电力系统自动化，2004，28(13) [12] 刘振亚．特高压电网．北京：中国经济出版社，2006