王 擘

（錫林郭勒電力勘察設(shè)計(jì)院，內(nèi)蒙古 錫林浩特026000）

0 引言

隨著我國(guó)電網(wǎng)電壓等級(jí)的不斷提高，電網(wǎng)傳送的功率不斷增大，但是110 k V線路依然屬于骨干網(wǎng)架，在供電中發(fā)揮著巨大作用，對(duì)110 k V線路的保護(hù)也尤為重要。由于電網(wǎng)的運(yùn)行環(huán)境情況多變，系統(tǒng)運(yùn)行方式改變頻繁，因此110 k V線路的保護(hù)對(duì)維護(hù)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用。

輸電線路的故障有單相接地故障、兩相接地故障、相間故障等多種類型。對(duì)于110 k V輸電線路來說，單相接地以及兩相接地故障發(fā)生概率最大，最多能占到總故障量的90%以上，110 k V保護(hù)裝置的差動(dòng)保護(hù)、零序電流保護(hù)以及接地距離保護(hù)是必須配置的。而相間距離保護(hù)則可以應(yīng)對(duì)兩相不接地故障。因此，對(duì)于110 k V線路保護(hù)，通常采用電流差動(dòng)保護(hù)作為線路的快速主保護(hù)，三段相間以及接地距離保護(hù)、四段零序方向過流保護(hù)作為線路的后備保護(hù)，并同時(shí)具備重合閘以及過負(fù)荷告警功能。本文將對(duì)線路的相關(guān)保護(hù)配置進(jìn)行深入說明，并對(duì)若干問題進(jìn)行研究。

1 110 k V線路保護(hù)的基本配置

1.1 電流差動(dòng)保護(hù)

根據(jù)繼電保護(hù)原理，作為110 k V線路后備保護(hù)的距離保護(hù)以及零序過流保護(hù)，其能瞬時(shí)動(dòng)作的為第Ⅰ段，不能將線路的全長(zhǎng)納入保護(hù)范圍。如果要整條線路內(nèi)做到最快速度隔離故障，則需要令兩側(cè)的保護(hù)之間實(shí)現(xiàn)通信，采取縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。裝置可以采用專用光纖或復(fù)用通道實(shí)現(xiàn)通信連接。光纖以其傳送信息量大、不被干擾、重量小等優(yōu)勢(shì)，取得了越來越多的應(yīng)用。通常在纖芯數(shù)量以及信號(hào)傳送距離允許的范圍內(nèi)，則采用專用光纖作為線路兩側(cè)保護(hù)的信號(hào)傳輸通道。若信號(hào)傳送的功率不能滿足通信需求的話，則采用復(fù)用通道。光纖縱聯(lián)保護(hù)在110 k V線路保護(hù)中取得廣泛應(yīng)用，其主要原因在于這種保護(hù)方式能夠?qū)崿F(xiàn)線路全線的速動(dòng)保護(hù)。線路兩側(cè)的保護(hù)裝置對(duì)各側(cè)的電流進(jìn)行采樣，利用通信通道將電流值傳輸?shù)綄?duì)側(cè)，保護(hù)裝置將本側(cè)以及對(duì)側(cè)的電流值進(jìn)行處理，得到差動(dòng)電流的大小后，綜合考慮到跳閘位置、TA斷線或飽和等因素后，對(duì)線路是否發(fā)生故障進(jìn)行判定。如果判斷發(fā)生了區(qū)內(nèi)故障，保護(hù)裝置將立即動(dòng)作將故障切除；若判斷為區(qū)外故障，則保護(hù)不動(dòng)作并進(jìn)行制動(dòng)。

此保護(hù)需要考慮到TA的特殊狀況。若TA發(fā)生斷線，線路斷線側(cè)的元件會(huì)啟動(dòng)。但是由于對(duì)側(cè)的TA正常，因此啟動(dòng)元件不動(dòng)作，不會(huì)將差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的信號(hào)發(fā)送給本側(cè)，所以線路電流差動(dòng)保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)作。如果TA斷線時(shí)線路出現(xiàn)接地，則需要判斷保護(hù)裝置是否使用TA斷線閉鎖差動(dòng)功能。如果該功能被使用，則即使出現(xiàn)故障或干擾，電流差動(dòng)保護(hù)都將被閉鎖出口，保護(hù)不動(dòng)作。若該功能退出，則TA斷線差流大于TA斷線差流整定值時(shí)，保護(hù)裝置將開放差動(dòng)保護(hù)。除此之外，如果發(fā)生區(qū)外故障，TA很可能會(huì)出現(xiàn)飽和狀態(tài)，此時(shí)保護(hù)裝置將采用較大的自動(dòng)系數(shù)以及浮動(dòng)自動(dòng)門檻，保障TA飽和的情況下保護(hù)裝置不會(huì)誤動(dòng)。

由此可見，電流差動(dòng)保護(hù)的原理較為簡(jiǎn)單，不受電力系統(tǒng)振蕩的影響，保護(hù)原理能夠?qū)崿F(xiàn)選相，保護(hù)出口時(shí)間短，滿足作為主保護(hù)的要求［1－2］。

1.2 距離保護(hù)

根據(jù)距離保護(hù)的原理，當(dāng)線路發(fā)生故障后，保護(hù)裝置測(cè)量到的電壓為殘余電壓，測(cè)量到的電流為線路的短路電流，電壓與電流的比值接近于電流互感器到故障點(diǎn)的線路阻抗［3－4］。距離保護(hù)相比于單純采用電流保護(hù)靈敏度大大提高，并且能夠通過阻抗值反映出故障點(diǎn)距保護(hù)安裝處的距離。阻抗距離繼電器在電力系統(tǒng)處于正常狀態(tài)時(shí)，測(cè)量到的阻抗值為負(fù)荷阻抗，因此不動(dòng)作。當(dāng)電力系統(tǒng)在距離保護(hù)范圍內(nèi)出現(xiàn)短路故障后，阻抗繼電器動(dòng)作。

距離保護(hù)根據(jù)不同的保護(hù)范圍啟動(dòng)時(shí)間不同，其啟動(dòng)時(shí)間和保護(hù)距離之間的關(guān)系即為距離保護(hù)的動(dòng)作特性。對(duì)于110 k V線路的距離保護(hù)，通常采用三段式的動(dòng)作特性，以達(dá)到繼電保護(hù)的選擇性和快速性。動(dòng)作時(shí)間最短的是第Ⅰ段保護(hù)，由于裝置不能將本線路末端的故障與相鄰線路始端的故障相區(qū)分，為了保證繼電保護(hù)的選擇性，距離保護(hù)的第Ⅰ段不能保護(hù)到線路的全長(zhǎng)。將繼電器以及互感器干擾因素計(jì)算進(jìn)去后，第Ⅰ段距離保護(hù)通常只能達(dá)到全長(zhǎng)的80%～85%。距離保護(hù)設(shè)置第Ⅱ段，能夠保護(hù)到Ⅰ段沒有覆蓋的本段線路。距離Ⅱ段動(dòng)作的時(shí)間應(yīng)當(dāng)比相鄰線路的距離Ⅰ段動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)一些，同時(shí)距離Ⅱ段的覆蓋范圍需要延伸到相鄰線路，并小于相鄰線路距離Ⅰ段的覆蓋范圍。最終的結(jié)果是距離Ⅱ段的保護(hù)范圍將延伸到相鄰線路側(cè)30%～40%的范圍，其動(dòng)作時(shí)間為0.5 s左右。距離Ⅲ段保護(hù)則作為相鄰線路以及斷路器拒動(dòng)的后備保護(hù)，通常距離Ⅲ段的定值是按照躲過電力系統(tǒng)無故障運(yùn)行時(shí)最小負(fù)荷阻抗來確定，在正常情況下，距離Ⅲ段保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。其保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)覆蓋本線路以及下一條線路的全范圍，其動(dòng)作時(shí)間要大于相鄰線路的所有保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。

綜上所述，距離Ⅰ段保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為瞬時(shí)動(dòng)作，能夠保護(hù)本條線路80%～85%的范圍。距離Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為0.5 s左右，能夠保護(hù)本條線路余下的范圍以及相鄰線路始端30%～40%的范圍。距離Ⅲ段保護(hù)動(dòng)作時(shí)間最長(zhǎng)，保護(hù)范圍最大。

1.3 零序過流保護(hù)

在110 k V電壓等級(jí)的電網(wǎng)中，中性點(diǎn)一般直接接地，當(dāng)出現(xiàn)單相接地后，三相電壓不平衡產(chǎn)生零序電壓，故障相流過短路電流，另外兩相電流正常，產(chǎn)生零序電流［5－6］。110 k V線路出現(xiàn)故障時(shí)將產(chǎn)生較大的零序電流和零序電壓，故零序過流保護(hù)可以通過測(cè)量線路故障時(shí)的零序分量構(gòu)成保護(hù)原理。

零序過流保護(hù)一般設(shè)置4個(gè)帶延時(shí)的零序方向過流保護(hù)，最新的110 k V線路保護(hù)裝置的各段零序保護(hù)可以選擇方向元件。當(dāng)出現(xiàn)TV斷線的狀況后，零序Ⅰ段保護(hù)可以選擇投入或退出。零序電流保護(hù)的啟動(dòng)由過流元件控制，因此零序保護(hù)動(dòng)作定值必須大于啟動(dòng)值。

零序保護(hù)的Ⅰ段保護(hù)定值設(shè)置時(shí)，應(yīng)當(dāng)能夠躲過本線路末端出現(xiàn)故障時(shí)的最大不平衡電流，以及斷路器合閘時(shí)由于不同時(shí)動(dòng)作所產(chǎn)生的最大零序電流。零序Ⅱ段保護(hù)能夠保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，其電流整定值應(yīng)當(dāng)與相鄰線路的零序Ⅰ段動(dòng)作值相配合，動(dòng)作時(shí)間也應(yīng)當(dāng)比相鄰線路零序Ⅰ段動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)。零序Ⅲ段保護(hù)整定值是躲過相鄰線路故障時(shí)本線路最大不平衡電流值，作為本線路的近后備保護(hù)以及相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)。零序Ⅳ段保護(hù)是相鄰線路的后備保護(hù)，能夠反映本線路末端經(jīng)較大過渡電阻接地的故障類型。

1.4 重合閘

在電網(wǎng)中，很大一部分故障是由于風(fēng)導(dǎo)致線路之間、線路與樹木之間等暫時(shí)性的情況所引起，此類故障在斷路器斷開后，電壓為0，使電弧熄滅，線路的絕緣水平得到恢復(fù)，輸電線路實(shí)際上能夠開始正常供電。因此，110 k V線路保護(hù)裝置中應(yīng)配置自動(dòng)重合閘功能。通過配置自動(dòng)重合閘功能，能夠大大提高輸電線路供電的可靠性。在保護(hù)裝置出現(xiàn)誤動(dòng)作或斷路器偷跳的情況下，也能通過重合閘得以修正。

重合閘通常要求動(dòng)作時(shí)間短，基本上能夠滿足斷路器滅弧以及斷路器操作機(jī)構(gòu)做好合閘的準(zhǔn)備時(shí)間后，就應(yīng)當(dāng)盡快重合閘。當(dāng)重合閘動(dòng)作一次后，若出現(xiàn)合閘在永久性故障后，應(yīng)當(dāng)能夠加速斷開故障，并不再重合閘。若是由相關(guān)人員進(jìn)行手動(dòng)跳閘后，也不應(yīng)當(dāng)啟動(dòng)重合閘。若是手動(dòng)合閘后出現(xiàn)斷路器合閘在故障線路，保護(hù)動(dòng)作后重合閘也不應(yīng)啟動(dòng)。

110 k V線路保護(hù)的重合閘一般設(shè)置為三相一次重合閘方式，通常有檢線路無壓重合閘、檢母線無壓重合閘、同期重合閘以及直接重合閘幾種情況。檢無壓時(shí)，保護(hù)裝置檢測(cè)到電壓值應(yīng)當(dāng)小于30 V，檢同期時(shí)，電壓應(yīng)當(dāng)大于40 V，線路電壓與母線電壓的相位差也應(yīng)當(dāng)在規(guī)定范圍內(nèi)。

2 110 k V線路保護(hù)中若干問題的研究

2.1 不對(duì)稱相繼速動(dòng)保護(hù)

在出現(xiàn)不對(duì)稱故障時(shí)，110 k V線路保護(hù)通常利用經(jīng)故障側(cè)將故障隔離后電流降為0的原理，實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱故障后能夠相繼速動(dòng)跳閘，其動(dòng)作原理圖如圖1所示。

若線路的末端出現(xiàn)故障，則N側(cè)由于距離較近，其保護(hù)動(dòng)作時(shí)間較短，能夠快速將故障隔離。與此同時(shí)，三相斷路器跳開后，正常相的電流也降為0。而M側(cè)的繼電保護(hù)裝置檢測(cè)到任意相電流為0，并且保護(hù)啟動(dòng)后不返回，則不經(jīng)過保護(hù)的延時(shí)而直接跳開M側(cè)的斷路器，將故障隔離開。

圖1 不對(duì)稱故障保護(hù)動(dòng)作示意圖

2.2 雙回線相繼速動(dòng)保護(hù)

雙回線相繼速動(dòng)保護(hù)是通過采取雙回線路上各自的距離繼電器進(jìn)行相互閉鎖，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相繼速動(dòng)功能。保護(hù)原理簡(jiǎn)單，效果很好，既能應(yīng)對(duì)不對(duì)稱故障，也能應(yīng)對(duì)對(duì)稱故障，能夠?qū)崿F(xiàn)線路的加速，其原理圖如圖2所示。

圖2 雙回線保護(hù)動(dòng)作示意圖

兩條并行的線路中，若雙回線相繼速動(dòng)投入，Ⅱ段距離保護(hù)元件動(dòng)作或者是其他裝置使斷路器跳閘，裝置將輸出FXJ信號(hào)，去講另一回線的Ⅱ段距離相繼速跳元件閉鎖。

距離Ⅱ段繼電器動(dòng)作后，如果接收到相鄰線路發(fā)過來的FXJ信號(hào)，并且之后FXJ信號(hào)又取消了，則距離Ⅱ段繼電器在短時(shí)間的延時(shí)后將斷路器斷開。

3 結(jié)語

110 k V線路作為縣級(jí)電網(wǎng)的骨干網(wǎng)絡(luò)，其保護(hù)配置的合理性至關(guān)重要。本文根據(jù)最新的保護(hù)裝置性能，對(duì)110 k V線路保護(hù)的基本配置及其動(dòng)作原理進(jìn)行了研究。這對(duì)運(yùn)行人員以及繼保人員深入理解110 k V線路保護(hù)原理，提高事故處理能力，保障設(shè)備和電網(wǎng)的安全具有重要意義。

［1］楊奇遜，黃少鋒.微型機(jī)繼電保護(hù)基礎(chǔ)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2007

［2］王世勇.基于DSP的110 k V微機(jī)線路保護(hù)裝置的研制［D］.合肥工業(yè)大學(xué)，2007

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

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

［5］DL／T584—2007 3 k V～110 k V電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程［S］

［6］GB／T14285—2006 繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程［S］