基于高压输电线路继电保护配置的研究

摘要：在电力系统二次设备中，继电保护装置能够可靠保证整个电力系统及其设备的稳定安全运行，因此继电保护装置在电力系统中发挥着举足轻重的作用。在组成电力系统的各部分中，输电线运行条件恶劣，发生事故的几率要比其他设备高得多，它们的继电保护装置更为重要。本文主要针对高压线路继电保护的配置以及几种常见的线路保护展开讨论。

关键词：线路；继电保护；配置

0 引言

电力系统在运行过程中，短路故障是最常见的故障，若短路故障不及时处理，会造成严重后果。为了使其对电力系统的危害降到最小，应当为电力系统装设各种对系统进行测量、监视和控制的二次设备，其中继电保护装置是电力系统最重要的二次设备之一。当电气设备发生短路故障时，安装于系统各个元件上的有着相互配合关系的保护装置判别出发生故障的元件，并迅速将故障元件从系统中隔离出来，使得系统剩余部分能正常运行，这样既能提高电力系统的稳定性，又能提高电力系统及其设备的安全稳定运行能力。尤其对于现代的高压大容量的系统，要求继电保护装置性能更加优越来保证系统的可靠运行。

本文，简单介绍了高压输电线路继电保护的配置，主要介绍了几种常见的保护在高压输电线路中的应用。

1基于高压输电线路继电保护的配置

可靠性、选择性、速动性和灵敏性，即“四性”要求是输电线路继电保护配置必须满足的十分重要的评价指标。对输电线路的整定计算，为了满足上述要求，装设的全线速动的纵联保护、距离保护等要合理选择和配合，这些工作都是不容易的。在高压输电线路配置继电保护装置时，不能孤立考虑某一方面的因素，要综合考虑“四性”要求，统筹兼顾。然而，在很多情况下，“四性”的要求出现矛盾时，不能兼得，应有所侧重。如

果片面强调某一特性的要求，都会产生使保护复杂化，或者影响经济指标，不利于运行维护等弊病[2]。

每套保护的配置方式一般为：

①主保护：能够全线速切的纵联差动或纵联比较式保护、快速跳闸的独立段保护（如工频变化量距离保护等）。

②后备保护：主要有接地距离保护（三段式）、相间距离保护（三段式）以及（方向）零序电流保护（多段式）。

③综合重合闸：综合重合闸有三种运行方式，即综合重合闸、单相重合闸以及三相重合闸。可根据各个系统的特点及电网的具体情况具体分析。

2．线路继电保护中几种常见保护

2.1距离保护

为了满足高压复杂线路的可靠性，应该快速且有选择性地隔离故障元件，此时应该采用性能相对比较完善的保护，如距离保护。距离保护的基本原理就是在被保护元件的一端装设保护装置—阻抗继电器，它是一种相间保护装置，能够反映出从故障点到保护安装处之间阻抗大小，即距离大小，它的动作时间呈阶梯性变化，通过阻抗继电器测量出故障点至保护安装处的距离并将之与保护范围相对应的距离比较，即可判断出故障点位置从而决定动作与否。

对于220kV的高压电网，主保护为全线速动保护时，采用距离保护作为后备保护。距离保护既反映了短路时电流增大，也反映了电压降低，因此其灵敏度比电流、电压保护高。运行方式改变时，距离保护Ⅰ段动作时限固定较短，并不会受到影响。

距离保护会受到各种因素的影响，如系统震荡、过渡电阻和电压回路断线等。在保护装置中需要采取各种防止或降低这些影响因素的措施，比如振荡闭锁等。

2.2零序保护

零序保护的基本原理就是通过零序互感器采集到零序电流，当零序电流超过某一整定值时，接触器吸合从而断开电路，接地短路保护可以采用零序电流保护来实现。

对于中性点直接接地系统，当三相电流平衡时，没有零序电流流通，而不平衡时则产生很大的零序电流分量。在高电压系统中，单相接地短路故障比其它故障发生的概率大，而其它类型的故障，也往往是由单相接地发展起来的。由此可见，采取零序电流保护具有很大的可行性及必要性。

接地电流系统中，采用零序电流保护和零序方向电流保护与采用三相完全星形接线的电流保护和方向电流保护来防御接地短路相比较，零序保护具有更高的灵敏度；延时更小；在保护安装处正向出口短路时，零序功率方向元件没有电压死区；当系统发生如震荡等不正常运行情况时，零序电流保护不会发生误动作。这是都是零序保护的优势。

2.3 采用纵联保护的输电线路研究

上述提到的零序保护和距离保护等都有一定的局限性，它们只能反应输电线路一侧电气量变化特征，而这些保护的速动段只能保护线路一部分，而不能实现全段速动。

对于220kV及以上高电压等级的输电线路，常采用纵联保护，它可以准确区别本线路末端和相邻线路始端的故障，能够瞬时切除全线范围内的故障，还能够反应输电线路两侧电量的综合特征，这样可以提高系统的稳定性，并且同时能够保证系统的母线电压水平。图1所示为基于纵联保护输电线路的结构。

图1 输电线路纵联保护结构框图

纵联保护有很多种，例如纵联差动保护等，构成不同，适用范围也不尽相同，但它们的共性是：纵联保护只能反应保护线路的全段，而不反应被保护线路以外的故障；能反映各种类型的故障；动作速度快，时间短，与快速重合闸配合，能够使系统稳定性得到大大提高。

2.4 自动重合闸

由于架空线路的故障时间很短，为了能够在故障后及时恢复供电，为了能够保证电力网的安全经济稳定运行，提高供电的可靠性和暂态稳定性，常常采用自动重合闸。此外，还可以纠正由于断路器机构不良或运行人员误碰操作机构引起的断路器跳闸，尽快恢复供电并避免了其他设备过负荷。图2和图3所示分别为三相一次重合闸和单相自动重合闸和保护相配合工作原理框图。

图2 三相一次重合闸工作原理框图

图3 单相自动重合闸和保护配合原理框图

220kV及以上电压等级输电线路，为中性点直接接地系统，由于输送功率大、

需要尤其注意稳定问题，采用一般三相重合闸往往不能满足系统要求，因系统单相接地故障最多，所以断路器都装分相操作机构。当发生单相接地故障时，保护动作仅跳开故障相线路两侧断路器，没有故障的相不跳闸，这样可以大大提高系统稳定性；当发生相间故障时，保护装置首先发生动作行为，使两侧三相断路器跳开，最终实现三相重合。这样既考虑单相重合闸又考虑三相重合闸，综合考虑，即综合重合闸。

3总结

近年来，由于用电负荷不断增加，对供电可靠性要求越来越高，因而对继电保护装置的要求越来越严格。继电保护装置是整个电网安全最重要的环节，是整个电网安全的屏障。为保证电力系统可靠运行，合理的配置保护显得越发重要。本文主要探讨了高压输电线路继电保护的主后备保护以及自动重合闸的配置和几种常见线路保护。

参考文献：

[1] 岡村正己，太田宏次．输配电线路继电保护．北京：水利电力出版社，1983

[2] 詹辉铭．浅谈继电保护整定计算需注意的几个问题[J]．广东科技，2010，6（10）：239

[3] 孙建波，廖永红，权宪军，王玲．继电保护的现状与思考[J]．电力系统保护与控制，2010，6(12)：25-26

[4] 方子颉．继电保护整定计算问题的探究[J]．中国新技术新产品，2010，5(20)：12-14

[5] 宋曙光．高压电网继电保护整定计算方法的问题与对策[J]．应用技术，2009，10（20）：16-17

[6] 杨洋，王慧芳，时洪禹．继电保护整定计算中运行方式的选择方法[J]．继电器，2006，10（20）：22

[7] 徐振宇．1000kV特高压输电线路保护的现状及发展[J]．电力设备，2008，4(4)：35-36

[8] 朱晓华，张葆红，曾耿晖．220kV电网的继电保护整定计算探讨[J]．继电器，2005，11（21）：40-41