三峽電力職業(yè)學(xué)院 韓宏亮

2 2 0 k V輸電線路繼電保護(hù)設(shè)計(jì)探討

三峽電力職業(yè)學(xué)院 韓宏亮

輸電線路的繼電保護(hù)是輸電線路運(yùn)行維護(hù)必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，擔(dān)負(fù)著保證供電的可靠性、保證良好的電能質(zhì)量的重要職責(zé)。本文主要探討220kV輸電線路的繼電保護(hù)，分析和總結(jié)輸電線路繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)原則和配置方式。

輸電線路；繼電保護(hù)；探討

0 引言

輸電線路的繼電保護(hù)是輸電線路運(yùn)行維護(hù)必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為實(shí)現(xiàn)保證供電的可靠性和保證良好的電能質(zhì)量的發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。輸電線路的繼電保護(hù)能否可靠動(dòng)作、快速切除故障以保證非故障線路的正常運(yùn)行，是電力系統(tǒng)能否可靠工作的基本保障。繼電保護(hù)新技術(shù)技術(shù)運(yùn)用與發(fā)展、繼電保護(hù)自動(dòng)裝置的新設(shè)備的合理配置和應(yīng)用以及繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)原則和配置方式對輸電線路的安全可靠、經(jīng)濟(jì)有效運(yùn)行意義非凡。

1 輸電線路繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)原則

（1）輸電線路的繼電保護(hù)必須設(shè)置主保護(hù)和后備保護(hù)，視情況在必要時(shí)增加輔助保護(hù)。輸電線路的主保護(hù)主要考慮輸電線路的安全可靠運(yùn)行，維護(hù)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定；后備保護(hù)主要是考慮主保護(hù)失效或線路斷路器拒動(dòng)時(shí)，能迅速識別故障，快速切除故障；輔助保護(hù)是在主保護(hù)退出時(shí)作為補(bǔ)充防護(hù)，也作為對主保護(hù)和后備保護(hù)保護(hù)性能的補(bǔ)充防護(hù)；

（2）輸電線路繼電保護(hù)之間或輸電線路的繼電保護(hù)與設(shè)備的繼電保護(hù)之間應(yīng)在可靠性、靈敏性、選擇性和速動(dòng)性上滿足保護(hù)的需求，也要相互配合，相互補(bǔ)充，以保證電力系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行；

（3）輸電線路所有可能的故障或異常運(yùn)行方式都應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的繼電保護(hù)自動(dòng)保護(hù)裝置，滿足任何情況下，故障能快速動(dòng)作于跳閘、異常運(yùn)行能可靠動(dòng)作于信號。

2 220kV輸電線路繼電保護(hù)整定原則

（1）220kV輸電線路作為主要的高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，其線路聯(lián)系密切，發(fā)生故障后，繼電保護(hù)自動(dòng)裝置如果不能快速切除故障線路，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定將受到嚴(yán)重的影響。一般情況下，220kV輸電線路的繼電保護(hù)應(yīng)按“加強(qiáng)主保護(hù)、簡化后被保護(hù)”的基本原則配置和整定。

（2）220kV輸電線路的主保護(hù)設(shè)置原則是：輸電線路故障的主保護(hù)保護(hù)方式選擇三段式相間距離保護(hù)；輸電線路接地短路的保護(hù)方式采用階段式零序電流保護(hù)。對于極個(gè)別非常短的線路，在必要時(shí)主保護(hù)也可以采用縱差保護(hù)。

（3）220KV輸電線路的后備保護(hù)設(shè)置原則是：后備保護(hù)采用近后備保護(hù)方式。

（4）220kV輸電線路一般應(yīng)裝設(shè)兩套全線速動(dòng)保護(hù)，對于帶旁路母線的接線方式，在旁路斷路器取代線路主斷路器運(yùn)行時(shí)，至少應(yīng)保留一套全線速動(dòng)保護(hù)運(yùn)行。

（5）220kV輸電線路線路設(shè)置全線速動(dòng)保護(hù)時(shí)，主保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間整定對于近端故障＜20ms;對于遠(yuǎn)端故障＜30ms。

3 220kV輸電線路繼電保護(hù)配置

3.1 縱聯(lián)保護(hù)

220kV高壓輸電線路上，通常需要配置全線速動(dòng)保護(hù)。全線速動(dòng)保護(hù)即縱聯(lián)保護(hù)。

縱聯(lián)保護(hù)要求繼電保護(hù)無時(shí)限（＜100ms）地切除線路上任一點(diǎn)發(fā)生的各種類型故障。縱聯(lián)保護(hù)從原理上分線路內(nèi)故障和線路外故障，通常不需要保護(hù)整定值的配合，也就是說縱聯(lián)保護(hù)具有“絕對選擇性”?？v聯(lián)保護(hù)設(shè)置時(shí)不作用于本線路以外的故障，不能用于相鄰元件后備保護(hù)；縱聯(lián)保護(hù)應(yīng)用雙側(cè)測量原理，縱聯(lián)保護(hù)必須兩側(cè)同時(shí)投入，不能一側(cè)工作。輸電線路縱聯(lián)方向保護(hù)時(shí)，對于正常運(yùn)行或外部故障，總有一側(cè)故障判別為反向故障；兩側(cè)保護(hù)均作用判別為正向故障。

輸電線路縱聯(lián)保護(hù)通道包括導(dǎo)引線通道和載波通道。導(dǎo)引線通道是用二次電纜將輸電線路兩側(cè)保護(hù)的電流回路連接起來。導(dǎo)引線通道的長度與輸電線路的距離相當(dāng)，不但造成運(yùn)行中檢測、維護(hù)通道困難，還導(dǎo)致導(dǎo)引線較長時(shí)電流互感器二次阻抗過大引起誤差增大；當(dāng)通道發(fā)生斷線、短路時(shí)會(huì)導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。載波通道是以載波通道構(gòu)成的線路縱聯(lián)保護(hù)，這種保護(hù)也稱為高頻保護(hù)。

3.2 距離保護(hù)整定

輸電線路的距離保護(hù)指的是在線路的一端裝設(shè)繼電保護(hù)，測量出故障點(diǎn)至繼電保護(hù)安裝處的距離，并與保護(hù)范圍對應(yīng)的距離比較，從而判斷出故障點(diǎn)的位置，決定繼電保護(hù)自動(dòng)裝置動(dòng)作原理，這樣構(gòu)成的保護(hù)就是距離保護(hù)。

距離保護(hù)不受電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和輸電線路接線方式的影響。對于系統(tǒng)運(yùn)行方式多變、輸電線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，距離保護(hù)可有選擇性的、快速地切除輸電線路相間短路故障。對于輸電線路的兩相接地短路故障，距離保護(hù)與零序電流保護(hù)能同時(shí)動(dòng)作，快速切除故障。對于輸電線路的單相接地短路故障，距離保護(hù)在某些情況下也能可靠動(dòng)作。

輸電線路的相間距離保護(hù)多采用三段式階梯型時(shí)限特性的距離保護(hù)：即相間距離保護(hù)Ⅰ段、相間距離保護(hù)Ⅱ段、相間距離保護(hù)Ⅲ段。通常情況下由距離保護(hù)Ⅰ段、距離保護(hù)Ⅱ段構(gòu)成輸電線路的主保護(hù)。距離保護(hù)Ⅲ段構(gòu)成后備保護(hù)。距離保護(hù)Ⅰ段的靈敏度為0.8～0.85，即相間距離保護(hù)第Ⅰ段的保護(hù)范圍為可以保護(hù)全線路的80%～85%；距離保護(hù)Ⅰ段的動(dòng)作時(shí)間整定為0s。距離保護(hù)Ⅱ段的靈敏度一般大于1.25，動(dòng)作時(shí)間整定為為0.5s，對于輸電線路全線路范圍內(nèi)的故障都能夠靈敏、快速地切除。距離保護(hù)Ⅲ段作為近后備保護(hù)時(shí)，靈敏度一般大于1. 5；作為近后備保護(hù)時(shí)，靈敏度一般大于1.2。距離保護(hù)Ⅲ段的動(dòng)作時(shí)間一般整定為3s。

3.3 零序電流保護(hù)設(shè)置

220kV輸電線路一般采用中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地短路故障時(shí)，系統(tǒng)中將產(chǎn)生很大的零序電流分量，因此其繼電保護(hù)設(shè)置專門的零序電流保護(hù)就必不可少了。

零序電流保護(hù)設(shè)置是按零序電流保護(hù)Ⅰ段、零序電流保護(hù)Ⅱ段、零序電流保護(hù)Ⅲ段分別整定的。零序電流保護(hù)I段動(dòng)作電流的整定按躲開本線路末端接地短路的最大零序電流整定，可靠系數(shù)，一般取1.2～1.3；靈敏度的校驗(yàn)是按滿足保護(hù)15%處短路時(shí)流過保護(hù)的最小零序電流值應(yīng)大于整定值進(jìn)行校驗(yàn)，即最小保護(hù)范圍要求不小于本保護(hù)線長度的15%；動(dòng)作時(shí)間整定為延時(shí)0 S。零序電流保護(hù)Ⅱ段的整定動(dòng)作電流的整定值與相鄰下一線路的零序第Ⅰ段配合；靈敏度的校驗(yàn)按被保護(hù)線路末端接地故障時(shí)流過保護(hù)的最小3倍零序電流來校驗(yàn)；動(dòng)作時(shí)間整定為1.0s。零序電流保護(hù)Ⅲ段的整定按躲過下一級線路末端短路時(shí)可能出現(xiàn)的最大不平衡電流整定；動(dòng)作時(shí)間整定為1.5s。

對于中性點(diǎn)有效接地的220kV系統(tǒng)，零序電流保護(hù)比采用三相完全星形接線的電流保護(hù)和方向電流保護(hù)對于接地短路的防護(hù)更為有效，具有靈敏度高、延時(shí)小、無電壓死區(qū)、保護(hù)范圍大、保護(hù)性能穩(wěn)定等較為突出的優(yōu)點(diǎn)。

但零序電流保護(hù)作為電流保護(hù)，同時(shí)也具有電流保護(hù)的局限性，也存在電流保護(hù)的某些弱點(diǎn)，當(dāng)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化多樣時(shí)，其保護(hù)性能受到的影響較大，靈敏度也降低；尤其對于短距離的輸電線路和復(fù)雜的環(huán)網(wǎng)接線，由于電流速斷保護(hù)段的保護(hù)范圍太小，使零序電流保護(hù)各段的保護(hù)性能受到嚴(yán)重影響，導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作時(shí)間很長，靈敏度非常低。

4 結(jié)束語

輸電線路電壓等級的不斷提高、輸電距離的持續(xù)增大、智能電網(wǎng)的大力發(fā)展、電力用戶對供電的安全可靠性、電能質(zhì)量的要求不斷增高，輸電線路繼電保護(hù)的作用也就日趨重要。輸電線路繼電保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)的不斷革新、電力系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置和自動(dòng)操作裝置的不斷更新，對輸電線路的可靠運(yùn)行、安全輸電具有至關(guān)重要的作用。

韓宏亮（1984— ）男，三峽電力職業(yè)學(xué)院講師，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。