張 輝錢 怡

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及光纖通信技術(shù)的發(fā)展，縣級(jí)供電企業(yè)110 kV線路保護(hù)的配置也發(fā)生了變化，由原來(lái)的距離保護(hù)和零序保護(hù)的配置逐漸過(guò)渡到以光纖縱聯(lián)保護(hù)為主保護(hù)的發(fā)展階段。本文就110 kV線路保護(hù)配置情況和保護(hù)原理做一些分析。

1 110 kV線路保護(hù)的配置

110 kV線路保護(hù)的配置目前有2種：（1）三段式距離保護(hù)和四段式零序保護(hù)相互配合作為線路的保護(hù)，這2種保護(hù)本身具有主保護(hù)和后備保護(hù)的功能，存在的問(wèn)題是它們瞬時(shí)動(dòng)作的一段不能保護(hù)線路全長(zhǎng)；（2）以光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)，能夠瞬時(shí)動(dòng)作于全線范圍內(nèi)的故障，以三段式距離保護(hù)和四段式零序保護(hù)作為后備保護(hù)，保證了全線范圍內(nèi)的快速性和可靠性。

2 三段式距離保護(hù)

2.1 距離保護(hù)的基本概念

根據(jù)系統(tǒng)短路時(shí)電壓下降、電流增大的特性，可以設(shè)想，如果能使保護(hù)裝置反映電壓和電流的比值（譆/魳）而工作，則它勢(shì)必比單一的電流或電壓保護(hù)有更高的靈敏度，譆/魳是一個(gè)阻抗，系統(tǒng)正常工作時(shí)，保護(hù)裝設(shè)處的電壓為系統(tǒng)的額定電壓譆，輸電線路的電流為負(fù)荷電流魳，比值譆/魳基本上反映了負(fù)荷阻抗（輸電線路的阻抗所占比重很?。?。發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)裝設(shè)處母線的電壓為殘余電壓譆cy，輸電線路中流過(guò)短路電流為魳dl，這時(shí)的譆/魳顯然反映了保護(hù)裝設(shè)處到短路點(diǎn)的線路阻抗。短路點(diǎn)離得愈近，此阻抗愈小；離得愈遠(yuǎn)，則阻抗愈大?？梢?jiàn)故障時(shí)譆/魳實(shí)質(zhì)上反映了短路點(diǎn)到保護(hù)裝設(shè)處之間的距離。

用于測(cè)量故障點(diǎn)至保護(hù)裝設(shè)點(diǎn)之間阻抗（或距離）的繼電器，稱為阻抗繼電器。系統(tǒng)正常工作時(shí)，阻抗繼電器所測(cè)為負(fù)荷阻抗，不應(yīng)動(dòng)作，只有在發(fā)生短路而且短路點(diǎn)離保護(hù)裝設(shè)處又比較近（即在其保護(hù)區(qū)內(nèi)）時(shí)，阻抗繼電器才動(dòng)作。因此，它是一種反應(yīng)參數(shù)降低而動(dòng)作的繼電器。由測(cè)量故障點(diǎn)距離的阻抗繼電器而構(gòu)成的保護(hù)裝置，稱為距離保護(hù)，亦稱阻抗保護(hù)。

2.2 距離保護(hù)的時(shí)限特性

距離保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間t與故障點(diǎn)至保護(hù)裝設(shè)處之間的距離Z（或阻抗Z）之間的關(guān)系，稱為距離保護(hù)的時(shí)限特性。為了滿足選擇性和快速性的要求，目前廣泛采用具有3個(gè)動(dòng)作范圍、3種動(dòng)作時(shí)限的三段式時(shí)限特性。距離保護(hù)的第Ⅰ段作為主保護(hù)，保護(hù)線路的全長(zhǎng)。但實(shí)際上，測(cè)量元件對(duì)本線路的末端故障和下一線路的始端故障是不可能區(qū)別出來(lái)的。如果要求第Ⅰ段的保護(hù)范圍達(dá)到線路的全長(zhǎng)，則在下一線路的始端短路時(shí)，就會(huì)造成無(wú)選擇性動(dòng)作。所以，瞬時(shí)動(dòng)作的第Ⅰ段，不能保護(hù)線路的全長(zhǎng)。考慮到阻抗繼電器和互感器的誤差，其保護(hù)范圍一般只能達(dá)到線路全長(zhǎng)的80%～85%，這是距離保護(hù)的一個(gè)嚴(yán)重缺點(diǎn)。距離保護(hù)的第Ⅱ段主要用來(lái)彌補(bǔ)第Ⅰ段的不足，保護(hù)線路末端15%～20%范圍的故障。按照選擇性的要求，其動(dòng)作時(shí)限應(yīng)比下一條線路距離Ⅰ段的高出一個(gè)Δt，而保護(hù)范圍延伸至下一條線路的部分，應(yīng)小于下一條線路距離Ⅰ段的保護(hù)區(qū)。距離Ⅱ段和下一線路距離Ⅰ段相配合的結(jié)果是其保護(hù)范圍將延伸至下一線路始端的30%～40%處，動(dòng)作時(shí)限為0.5 s。距離保護(hù)的第Ⅲ段一般用作下一條線路的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)的后備保護(hù)，同時(shí)也是本線路距離保護(hù)的第Ⅰ段和第Ⅱ段的后備。距離Ⅲ段的動(dòng)作阻抗按小于正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗來(lái)整定，這樣，在正常運(yùn)行時(shí)是不會(huì)動(dòng)作的。作為后備保護(hù)，在下一條線路末端短路時(shí)，距離Ⅲ段應(yīng)有足夠的靈敏度。因此，它的保護(hù)范圍應(yīng)包括本線路和下一線路的全部甚至更遠(yuǎn)，而它的動(dòng)作時(shí)限則比下一線路距離Ⅲ段的時(shí)限還要高一個(gè)Δt。即Ⅰ段：0 s保護(hù)本線路的80%～85%。Ⅱ段：0.5 s保護(hù)本線路末端15%～20%至下一段線路首端的30%～40%的地方。Ⅲ段：保護(hù)本線路及下一段的全部甚至更遠(yuǎn)。

3 四段式零序保護(hù)

我國(guó)110 kV及以上電壓等級(jí)的電網(wǎng)均采用大接地電流系統(tǒng)，中性點(diǎn)直接接地，發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地相對(duì)地電壓為0，其他兩相對(duì)地電壓不變，三相電壓不平衡，三相電壓相量和不為0，產(chǎn)生了零序電壓；接地相產(chǎn)生很大短路電流，其余兩相為正常負(fù)荷電流（忽略負(fù)荷電流時(shí)為0），三相電流相量和不為0，產(chǎn)生了零序電流。所以產(chǎn)生零序電壓和零序電流是中性點(diǎn)直接接系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)最顯著的特點(diǎn)。通過(guò)獲取接地故障時(shí)產(chǎn)生的零序分量構(gòu)成專門的接地保護(hù)，稱為零序保護(hù)。

零序保護(hù)通常采用四段式保護(hù)，零序Ⅰ段的動(dòng)作電流整定時(shí)應(yīng)考慮如下因素：（1）應(yīng)躲過(guò)被保護(hù)線路末端發(fā)生接地故障時(shí)可能出現(xiàn)的最大不平衡電流；（2）還應(yīng)躲過(guò)由于三相斷路觸頭不同時(shí)合閘所出現(xiàn)的最大零序電流；（3）當(dāng)保護(hù)中采用單相或綜合自動(dòng)重合閘時(shí)，還應(yīng)考慮到非全相運(yùn)行時(shí)電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩情況下產(chǎn)生的巨大零序電流。按條件（1）和（2）確定的零序Ⅰ段為靈敏零序Ⅰ段，按條件（3）確定的零序Ⅰ段為不靈敏的零序Ⅰ段，在自動(dòng)重合閘裝置動(dòng)作時(shí)自動(dòng)閉鎖靈敏零序Ⅰ段，投入不靈敏零序Ⅰ段。零序Ⅰ段只能保護(hù)線路的一部分。

零序Ⅱ段的動(dòng)作電流應(yīng)和相鄰下一線路零序Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作值相配合，動(dòng)作時(shí)限應(yīng)比相鄰下一線路零序Ⅰ段時(shí)限長(zhǎng)一個(gè)時(shí)限級(jí)差，零序Ⅱ段能保護(hù)線路全長(zhǎng)。零序Ⅲ段即零序過(guò)電流保護(hù)與相間短路的過(guò)電流保護(hù)相似，用作本線路接地故障的近后備和相鄰下一線路接地故障的遠(yuǎn)后備。動(dòng)作電流應(yīng)按躲過(guò)相鄰下一線路相間短路時(shí)流過(guò)本保護(hù)的最大不平衡電流來(lái)確定。動(dòng)作時(shí)限也是按階梯形時(shí)限配合原則確定。零序Ⅳ段作為相鄰線路的遠(yuǎn)后備，并且保證在本線路末端經(jīng)特大過(guò)渡電阻接地時(shí)，保護(hù)仍有足夠的靈敏度。

4 光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

4.1 光纖縱聯(lián)保護(hù)的引入

前面分析的距離、零序保護(hù)，其瞬時(shí)動(dòng)作的Ⅰ段都不能保護(hù)線路的全長(zhǎng)，要在全線范圍內(nèi)快速切除故障，必須在首尾兩端發(fā)生聯(lián)系，即縱的方向上發(fā)生聯(lián)系，這樣就構(gòu)成了線路的縱聯(lián)保護(hù)。光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是利用光導(dǎo)纖維作為通信通道來(lái)比較兩側(cè)電流的保護(hù)裝置，兩側(cè)保護(hù)對(duì)本側(cè)的電流進(jìn)行采樣，濾波后轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過(guò)光纖通道送至對(duì)側(cè)，各側(cè)保護(hù)根據(jù)本側(cè)和對(duì)側(cè)電流計(jì)算差動(dòng)電流，根據(jù)結(jié)果判別區(qū)內(nèi)還是區(qū)外故障，區(qū)內(nèi)故障時(shí)瞬時(shí)動(dòng)作，切除故障，區(qū)外故障時(shí)，制動(dòng)保護(hù)。

4.2 光纖通道的特點(diǎn)

光纖縱聯(lián)保護(hù)目前之所以能夠在110 kV線路上得到廣泛應(yīng)用，一方面因?yàn)樗軌蛩矔r(shí)動(dòng)作，并能夠保護(hù)線路全長(zhǎng)，另外其光纖通道具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）通信容量大。一根光纖可同時(shí)傳送150萬(wàn)路電話或幾千路彩色電視信號(hào)。（2）抗干擾能力強(qiáng)。玻璃材料是絕緣介質(zhì)，不受強(qiáng)電場(chǎng)和雷電的干擾。（3）原料資源豐富。二氧化硅在土層中含量約50%。（4）線路架設(shè)方便。質(zhì)量輕、體積小，光纜可以在各種地形條件下敷設(shè)，架設(shè)十分方便，將光纖通信線路與電力線路結(jié)合在一起建設(shè)，更加方便快捷。

4.3 保護(hù)原理

保護(hù)裝置對(duì)電流互感器二次側(cè)的電流經(jīng)交流采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換后，保護(hù)CPU單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理，并將濾波后的電流數(shù)字量傳送給通信CPU單元，同時(shí)保護(hù)CPU單元也將接收通信CPU經(jīng)同步調(diào)整后的對(duì)側(cè)電流數(shù)字量，并與本側(cè)電流數(shù)字量進(jìn)行比較判斷決定是否發(fā)出口命令。通信CPU單元的作用是將本側(cè)的數(shù)字量經(jīng)并/串轉(zhuǎn)換后將信號(hào)傳向?qū)?cè)，并接收對(duì)側(cè)的數(shù)字量，經(jīng)串/并轉(zhuǎn)換，同時(shí)根據(jù)兩側(cè)的信息進(jìn)行電流的同步調(diào)整。其動(dòng)作判據(jù)如式（1）（2），兩式同時(shí)滿足時(shí)即可跳閘。

式（1）為基本判據(jù)，ICD表示線路電容電流或者定值。式（2）為主判據(jù)，具有制動(dòng)特性，制動(dòng)量隨兩側(cè)電流大小、相位而改變。區(qū)內(nèi)故障時(shí)，若Im=In，則制動(dòng)量為0，動(dòng)作最靈敏，區(qū)外故障，Im=-In，制動(dòng)量≥動(dòng)作量，保護(hù)可靠不動(dòng)作。

光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理簡(jiǎn)單，不受系統(tǒng)振蕩、線路串補(bǔ)電容、平行互感、系統(tǒng)非全相運(yùn)行、單側(cè)電源運(yùn)行方式的影響，差動(dòng)保護(hù)本身具有選相能力，保護(hù)動(dòng)作速度快，最適合作為主保護(hù)。

5 結(jié)語(yǔ)

110 kV線路在縣級(jí)供電企業(yè)中已成為主供電網(wǎng)絡(luò)，而其保護(hù)配置分為2種情況，在目前的網(wǎng)絡(luò)中都有應(yīng)用，用戶可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)以及經(jīng)濟(jì)情況進(jìn)行選擇。作為變電運(yùn)行人員和繼電保護(hù)人員一定要掌握其原理和應(yīng)用，在發(fā)生故障時(shí)快速進(jìn)行處理，這樣才能保證電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。

［1］鄭志磊.110 kV線路保護(hù)配置［J］.科技傳播，2010（8）

［2］馬燕.淺談光纖在繼電保護(hù)中的應(yīng)用［J］.神州，2011（29）