1000kV特高壓線路繼電保護(hù)特殊問題及解決對策

張詩鵬

（國網(wǎng)福建省電力有限公司檢修分公司 福建福州 350001）

1000kV特高壓線路繼電保護(hù)特殊問題及解決對策

張詩鵬

（國網(wǎng)福建省電力有限公司檢修分公司 福建福州 350001）

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展，各方面需求都日益增加。電力作為基礎(chǔ)性能源得到了更大量的需求，所以加快特高壓輸電技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)電網(wǎng)技術(shù)更高層次的發(fā)展對于電力企業(yè)來說是至關(guān)重要的，也是保證社會和諧穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)性保證。相比于500kV輸電線路來說，1000kV的特高壓輸電系統(tǒng)具有容量大、距離長以及損耗低等特點，并且輸電線路導(dǎo)線的直徑相對較大、阻抗較小、具有較大的傳輸功率，這些都會對繼電保護(hù)系統(tǒng)造成較大影響。本文主要闡述了1000kV特高壓線路繼電保護(hù)特殊問題，同時提出了相應(yīng)的解決措施，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人士有所幫助。

特高壓線路；繼電保護(hù)；問題；對策

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國對于電力的需求日益增加。現(xiàn)階段我國的500kV電網(wǎng)輸電能力存在著嚴(yán)重不足的問題，所以單單依靠現(xiàn)有的超高壓輸電技術(shù)很難滿足后期電力方面的需求。因此大力發(fā)展1000kV特高壓輸電技術(shù)對于保證社會電力需求，提升電網(wǎng)質(zhì)量具有非常重要的意義。特高壓輸電最主要的問題就是要確保線路的安全穩(wěn)定運行，而特高壓線路保護(hù)對于線路的安全穩(wěn)定運行是至關(guān)重要的。相比于500kV超高壓線路來說，1000kV特高壓線路在電壓等級和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)方面都是不同的，這就會造成很多的問題。因此，進(jìn)行1000kV特高壓線路保護(hù)問題及解決措施的研究對于保證線路的安全穩(wěn)定具有非常重要的作用以及現(xiàn)實意義。

1 1000kV特高壓線路繼電保護(hù)的基本要求

（1）對于特高壓輸電線路來說，繼電保護(hù)要具有四個方面的基本要求，分別為：靈敏性、可靠性、選擇性以及速動性，同時要提升系統(tǒng)整體的等級，使其符合繼電保護(hù)的基本要求。

（2）相對于高壓以及超高壓的線路來說，特高壓線路的相關(guān)保護(hù)要更加的具有獨立性，并且要具有更大的冗余度。保護(hù)系統(tǒng)要確保在任何狀態(tài)下發(fā)生故障時都能夠進(jìn)行無延時的快速保護(hù)，可以同時切除線路兩端的故障，防止破壞設(shè)備和系統(tǒng)。

（3）特高壓輸電線路的首要保護(hù)內(nèi)容就是防止產(chǎn)生能夠危及設(shè)備以及絕緣子的過電壓。因為此種輸電線路的絕緣子短時間承受過電壓的能力較差，若是造成損壞就需立即更換，由于更換絕緣子而停電造成的經(jīng)濟(jì)損失是非常巨大的，遠(yuǎn)大于穩(wěn)定破壞造成的損失，所以，線路一旦發(fā)生故障就需立即從兩端同時切除故障。

2 1000kV特高壓線路工程簡介

本文以筆者工作中熟悉的浙福特高壓工程為例介紹，浙福特高壓工程1000kV輸電系統(tǒng)如圖1所示。此輸電線路總長為603km，采用的是同桿雙回線方式。此線路采用兩套主保護(hù)方式，主要是由兩套不同廠家的光纖縱聯(lián)差動裝置組成。第一套主保護(hù)采用的是南瑞繼保的電流差動保護(hù)，第二套主保護(hù)采用的是許繼電氣的電流差動保護(hù)，兩條線路通過交叉配套的方式保證雙重化的實現(xiàn)。此線路保護(hù)針對特高壓具有的問題增加了線路保護(hù)聯(lián)跳三相功能，通過零序反時限功能來解決高阻接地故障，通過縱聯(lián)標(biāo)識碼功能增強線路保護(hù)的可靠性。

3 1000kV特高壓線路保護(hù)的特殊問題

3.1 影響1000kV特高壓繼電保護(hù)的相關(guān)因素

3.1.1 電容電流對于線路保護(hù)的相關(guān)影響

相比于500kV高壓輸電線路來說，1000kV特高壓輸電線路導(dǎo)線的等效直徑會增加、阻抗會降低、傳輸?shù)墓β视兴黾樱瑫r線路的電容電流也會有所增加。不同電壓等級的分布電容以及電容電流如表1所示。

圖1 1000kV特高壓輸電線路

表1 不同電壓等級情況下的分布電容以及電容電流情況（每百公里）

對于本文提到的特高壓輸電工程來說，線路全長603km所產(chǎn)生的電容電流達(dá)到了1644A，大約達(dá)到了自然電流的比例為64%（1000kV系統(tǒng)自然電流大約為2564A）。具有并聯(lián)電抗器的補償電容電流為388A（補償度為0.75）。

電容電流會影響線路兩側(cè)電流的相角以及幅值等，同時也會影響到某些差動原理的保護(hù)方面。特別是在負(fù)荷電流比較小的情況下，更會影響到差動保護(hù)的可靠性以及靈敏度，因此要通過使用并聯(lián)電抗器等補償設(shè)備提升差動保護(hù)的可靠性以及靈敏度。

3.1.2 暫態(tài)過程對于線路保護(hù)的相關(guān)影響

相比穩(wěn)態(tài)過程來說，暫態(tài)過程具有比較嚴(yán)重的電感電容諧振以及不同類型的高頻自由振蕩分量。在1000kV的特高壓輸電線路中，線路的阻抗角比較大、線路的感抗比較小，具有較大的衰減時間常數(shù)，所以線路發(fā)生故障時，電流就不能很快的發(fā)生突變，這就造成了較大的衰減直流分量，并且衰減的時間較慢。再加上較大的短路電流就會造成CT暫態(tài)飽和，這就造成了不但要處理CT飽和問題，同時也對差動保護(hù)區(qū)外故障CT飽和提出了更高的要求，因為CT的剩磁會造成本線CT的飽和，差動保護(hù)的整個過程都需要考慮到CT飽和問題。

另外，出于提升傳送自然功率的目的，在1000kV特高壓輸電線路中大多通過分裂導(dǎo)線的方式降低波阻抗，從而降低線路電感并增加電容。這就會造成電感電容的諧振以及高頻分量，最終造成長線末端故障電流中具有很大的高頻分量。

3.1.3 過渡電阻對于線路保護(hù)的相關(guān)影響

1000kV的特高壓輸電線路過渡電阻可以達(dá)到500Ω。因為1000kV特高壓輸電線路距離較遠(yuǎn)，所以線路末端故障經(jīng)過500Ω電阻接地時的零序電壓非常小，這就造成了末端故障經(jīng)過電阻短路時會造成較大的零序電流，但是零序電壓是非常小的，甚至沒有電壓。正是因為零序電壓較低，不能按照電壓情況分辨所處狀態(tài)，這就造成了零序方向保護(hù)不能準(zhǔn)確判斷，零序方向保護(hù)失效。

3.2 縱聯(lián)保護(hù)的特殊問題

（1）在發(fā)生故障后線路兩側(cè)的斷路器同時斷開是非常理想的形式，這就會造成在一端電源作用下會出現(xiàn)行波來回反射的情況，此情況可能造成過電壓的危險，會危及到系統(tǒng)的安全運行。所以需要認(rèn)真研究保護(hù)動作順序?qū)τ谙拗凭€路過電壓的相關(guān)內(nèi)容。

（2）相對低電壓等級線路來說，特高壓輸電線路電容充電電流對于線路具有更大的影響。對于本文的特高壓輸電工程來說，最好的輸入半徑要在1000km以上，此種情況的電容電流就能夠甚至超過100%的額定電流，最大情況下可以達(dá)到1644A左右。所以線路上一定要增設(shè)補償電抗器，從而避免正常情況下發(fā)生保護(hù)誤動的問題。

（3）除了要增設(shè)補償電抗器外，特高壓線路上也要安裝串補電容，這也是為了防止出現(xiàn)方向保護(hù)誤動作的可能。但是在線路上串補電容又會造成另外的問題：

①為了避免短路故障高電壓對串補電容造成的破壞，正常情況下都會在電容器上并聯(lián)空氣氣隙。這樣就可能造成具有串連補償電容器的一側(cè)負(fù)序方向元件出現(xiàn)拒動的情況。

②在被保護(hù)線路內(nèi)出現(xiàn)不對稱高阻故障時，在沒有串補電容的一側(cè)電流會非常小，這樣就會造成該側(cè)的負(fù)序方向高頻保護(hù)拒動的情況。只能是串聯(lián)補償一側(cè)的斷路器發(fā)生動作之后，沒有串連補償側(cè)的負(fù)序電流才能變大，這一側(cè)的保護(hù)才能正確的進(jìn)行動作執(zhí)行，這就很大程度上拖長了故障的切除時間。

4 1000kV特高壓線路保護(hù)相應(yīng)的對策及線路配置

對于1000kV的特高壓輸電線路來說，可以通過采用2種不同的原理對其進(jìn)行保護(hù)，從而能夠確保每條特高壓輸電線路具有2套保護(hù)系統(tǒng)（全線速動主保護(hù)+后備保護(hù)），并且這2套系統(tǒng)是相互獨立的。

（1）第一套保護(hù)為線路縱聯(lián)差動保護(hù)，此種保護(hù)主要是通過光纖縱聯(lián)差動保護(hù)進(jìn)行全線的速動主保護(hù)，主要包括的內(nèi)容為：分相式相電流差動保護(hù)、分相式突變量電流差動保護(hù)以及零序電流差動保護(hù)等。

（2）第二套保護(hù)為線路縱聯(lián)差動保護(hù)，此種保護(hù)主要是以光纖縱聯(lián)差動保護(hù)構(gòu)成全線速動主保護(hù)，主要包括的內(nèi)容為：分相式相電流差動保護(hù)、分相式突變量電流差動保護(hù)以及零序電流差動保護(hù)等。

（3）這兩套保護(hù)方案中都配置了距離I段以及零序I段，都將其當(dāng)成了近端的速動主保護(hù)，同時配置有Ⅱ、Ⅲ段相間以及接地距離保護(hù)，并且將二段式的零序保護(hù)或者是將反時限的零序過電流保護(hù)當(dāng)成后備保護(hù)使用。除了單相的重合閘之外，斷路器的輔助保護(hù)裝置還具有失靈保護(hù)、死區(qū)保護(hù)、充電保護(hù)等方面的作用。同時，為了解決特高壓輸電線路長，線路輕載或空載時線路電流電流大，容易造成線路末端過電壓，因此特高壓每套線路保護(hù)需配置一套遠(yuǎn)跳就地判別裝置，就地判別裝置與過電壓保護(hù)合用。每回線路各側(cè)的就地判別裝置按雙重化、“一取一”的跳閘邏輯配置。

浙福特高壓工程1000kV特高壓輸電線路保護(hù)的功能以及類型如表2所示。

表2 浙福特高壓工程1000kV特高壓輸電線路保護(hù)的類型以及功能

5 結(jié)束語

隨著我國社會各個方面較快的發(fā)展，我國的電力需求日益增加。1000kV特高壓輸電已經(jīng)成為了現(xiàn)階段需要重點研究的技術(shù)內(nèi)容。其中的重點內(nèi)容之一就是繼電保護(hù)的相關(guān)問題，其關(guān)系到線路的可靠性以及穩(wěn)定性。電力企業(yè)要重點分析其所具有的特殊問題，并采取針對性的保護(hù)措施提升其可靠性和穩(wěn)定性，為我國的電力行業(yè)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

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2016-7-1