特高壓輸電線路繼電保護(hù)問題研究

馬光成

【摘 要】為了滿足未來持續(xù)增長(zhǎng)的電力需求，提高我國能源開發(fā)和利用效率，國家電網(wǎng)公司提出了加快建設(shè)由百萬伏級(jí)交流和正負(fù)800千伏級(jí)直流系統(tǒng)構(gòu)成的特高壓電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)。特高壓長(zhǎng)距離輸電線路具有輸送功率大、波阻抗小、分布電容大等特點(diǎn)，線路上的分布電容電流會(huì)達(dá)到很高的水平，這將導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置在某些情況下拒動(dòng)、靈敏度下降等問題。本文就特高壓輸電線路繼電保護(hù)問題進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】特高壓 輸電線路 繼電保護(hù)

為了提高輸電的經(jīng)濟(jì)性能，滿足大容量、遠(yuǎn)距離輸電的需求，電網(wǎng)的電壓等級(jí)不斷提高，建立長(zhǎng)距離、大容量、低損耗的輸電系統(tǒng)已經(jīng)成為世界各國電網(wǎng)發(fā)展的必然。分相電流差動(dòng)保護(hù)、工頻變化量方向保護(hù)、負(fù)序方向保護(hù)等等這些應(yīng)用于超高壓線路的傳統(tǒng)保護(hù)原理先進(jìn)、性能優(yōu)良，工作人員積累了豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。但是應(yīng)用到lOOOkV特高壓長(zhǎng)線路上，這些保護(hù)原理會(huì)出現(xiàn)什么樣的問題、性能是否能夠滿足要求都需要詳細(xì)論證并加以改進(jìn)

1特高壓輸電線路繼電保護(hù)原理

隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，用電需求不斷加大，國家提出了由百萬伏級(jí)的交流電電網(wǎng)向千萬伏級(jí)的直流電電網(wǎng)發(fā)展的目標(biāo)。在零九年初，我國的第一條千萬伏工程建成，這是我國的一個(gè)重大突破，對(duì)保障電力供應(yīng)有著十分深遠(yuǎn)的意義。

為了使用戶得到更好的體驗(yàn)，提高輸電的經(jīng)濟(jì)適用性，建立新型輸電系統(tǒng)，已經(jīng)成電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。特高壓電輸電容量大、距離長(zhǎng)、損耗低、投資省，可以充分發(fā)揮電網(wǎng)的市場(chǎng)功能，滿足能源需求。

特高壓交流輸電線路的保護(hù)原理是保護(hù)兩端電流，可以提取內(nèi)部故障信息不受系統(tǒng)震蕩。電容電流補(bǔ)償方法分為半補(bǔ)償與全補(bǔ)償，半補(bǔ)償指兩端各補(bǔ)償一半，全補(bǔ)償指一邊補(bǔ)償全部，補(bǔ)償方法有相應(yīng)補(bǔ)償算法與時(shí)域補(bǔ)償算法兩種。采用差動(dòng)保護(hù)新原理，通過計(jì)算值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較以形成保護(hù)動(dòng)作量。特高壓交流輸電線保護(hù)原理包括距離保護(hù)、行波保護(hù)等。同桿交流雙回輸電項(xiàng)目繼電保護(hù)包括縱聯(lián)距離保護(hù)、橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、縱聯(lián)零序保護(hù)、基于六序分量的保護(hù)等。

2特高壓輸電線路參數(shù)計(jì)算

計(jì)算線路首先要根據(jù)工程條件算出原始參數(shù)矩陣，之后分裂導(dǎo)線合并進(jìn)而求出參數(shù)矩陣。在進(jìn)行線路的參數(shù)計(jì)算時(shí)，首先要算出導(dǎo)線的阻抗，一個(gè)是導(dǎo)線的自阻抗，一個(gè)是以大地為回路的導(dǎo)線的互阻抗。之后要算出導(dǎo)線的電容，然后求出導(dǎo)線的參數(shù)矩陣。在進(jìn)行線路的分布電容以及電流電阻電容的計(jì)算時(shí)，要注意加裝補(bǔ)償度的計(jì)算。

線路的參數(shù)計(jì)算中的內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：第一，導(dǎo)線的阻抗。計(jì)算線路的阻抗要用到兩個(gè)基本參數(shù)：一個(gè)是導(dǎo)線的自阻抗，表示單相導(dǎo)線-大地回路電磁感應(yīng)關(guān)系的阻抗；另一個(gè)是兩根導(dǎo)線均以大地為回路參數(shù)的互阻抗。第二，導(dǎo)線的電容。第三，導(dǎo)線的參數(shù)矩陣。對(duì)于采用分裂導(dǎo)線的特高壓輸電線路，實(shí)際上成為26條導(dǎo)線組成的多導(dǎo)線系統(tǒng)，如果線路參數(shù)用（26X26）矩陣將帶來極大的不便，因此需要將各相中的每根分裂導(dǎo)線逐一合并得到一個(gè)等效的相參數(shù)。同時(shí)因?yàn)榧芸盏鼐€與大地相連具有確定的運(yùn)行狀態(tài)——對(duì)地電位為零，所以也可將地線消去，使參數(shù)矩陣降階，最終得到經(jīng)過化簡(jiǎn)后的三相參數(shù)矩陣。第四，線路的分布電容及電容電流計(jì)算。在實(shí)際線路運(yùn)行時(shí)，特高壓線路往往裝設(shè)并聯(lián)電抗器來補(bǔ)償分布電容的影響。

根據(jù)我國特高壓試驗(yàn)示范工程的原始條件精確地計(jì)算線路參數(shù)，對(duì)各種暫態(tài)分量特性進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明，暫態(tài)電流中的高頻分量幅值較大，最大幅值的諧波分量離基波較近；非周期分量和低頻分量的衰減時(shí)間常數(shù)較之超高壓線路有很大的增加；區(qū)外故障時(shí)，傳統(tǒng)的電流差動(dòng)保護(hù)由于線路兩端存在較大的差流而誤動(dòng)作；高阻接地時(shí)零序分量很小，零序保護(hù)的可靠性降低。

3特高壓輸電線路電流差動(dòng)保護(hù)方法

分相電流差動(dòng)保護(hù)具有天然的選相能力，是線路保護(hù)的理想模式。由于趨伏效應(yīng)加上土壤的影響，電流變化頻率在地模量中表現(xiàn)明顯。特性阻抗的等值網(wǎng)絡(luò)如果用有利函數(shù)來表達(dá)，那么就是通過其元件來表現(xiàn)的，其中傳輸函數(shù)是一個(gè)等值。對(duì)于高壓三相輸電線路來說，首先要通過保護(hù)裝置采樣，得到三相電壓和電流值，利用相模變換得到模分量，并將模分量轉(zhuǎn)化為相分量，對(duì)六個(gè)電流計(jì)算值進(jìn)行濾波，將計(jì)算值與實(shí)測(cè)值比較，形成保護(hù)的制動(dòng)量。電流差動(dòng)裝置采用分相形式，要明確在線路內(nèi)部無故障時(shí)，實(shí)測(cè)值應(yīng)當(dāng)與計(jì)算值相等。根據(jù)分析可知，在線路內(nèi)部出現(xiàn)問題時(shí)，不等式左邊會(huì)出現(xiàn)動(dòng)作量，大體分為三種故障類型：一點(diǎn)相接地短路、兩點(diǎn)相接地短路、三項(xiàng)短路。在裝設(shè)并聯(lián)電抗器的線路中，要計(jì)算電抗器的穩(wěn)定電流，形成傳統(tǒng)的電流差動(dòng)保護(hù)判據(jù)。三相并聯(lián)電抗器時(shí)，電阻可忽略不計(jì)。如果采用隱式梯形積分法，就要用到故障前的電壓，但是由于故障前電壓變化較大，且無法通過電壓互感器反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生數(shù)值震蕩。所以應(yīng)該與后退歐拉法結(jié)合進(jìn)行處理。不過在計(jì)算過程中需要用到對(duì)側(cè)電壓值進(jìn)行通信。這種方法可以使區(qū)內(nèi)故障時(shí)能夠正常運(yùn)作。

4結(jié)語

特高壓電網(wǎng)的電壓等級(jí)高、覆蓋范圍大，一旦發(fā)生自然或人為故障，若不能及時(shí)有效控制，就會(huì)失去穩(wěn)定運(yùn)行，使電網(wǎng)瓦解，將釀成大面積停電，給社會(huì)帶來災(zāi)難性的后果。因此，如何保證特高壓電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行就成為電力工作者需要重視的首要問題。隨著我國電力需求的激增，發(fā)展特高壓輸電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)晉級(jí)式飛躍，是保障電力發(fā)展的必要舉措，特高壓輸電線路將會(huì)成為骨干性電力網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，可以實(shí)現(xiàn)資源配置均衡，有利于可再生能源的集約化開發(fā)，可以優(yōu)化配置，所以研究特高壓輸電線路繼電保護(hù)問題是我國電網(wǎng)改造必由之路，應(yīng)加強(qiáng)其實(shí)踐力度。

參考文獻(xiàn)：

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