特高壓輸電線路故障特性研究及斷路器失靈保護的改進

魏雪梅

摘 要：作為整個電力系統的主動脈，保障高壓輸電線路安全、平穩運行是最重要的。斷路器的失靈保護也是電網中的重要組成部分。但是，如果斷路器失靈保護有拒動或者勿動的現象，就會給整個電網造成嚴重的損失。為了消除拒動、勿動的隱患，就需要改進它。分析了高壓輸電線路故障的原因和類型，對保障電網運行的斷路器失靈保護提出了改進措施，以期為日后的相關工作提供參考。

關鍵詞：輸電線路；故障研究；斷路器；失靈保護

中圖分類號：TM755 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.141

隨著社會經濟的發展，對電力能源的需求不斷提高。高壓輸電線路作為整個電網的主動脈，能夠安全、平穩運行是十分重要的。但是，高壓輸電線路的架設環境復雜多變，往往架設在高山和偏遠地區。電力系統中直接關系到電網平穩運行的還有高壓斷路器，它是連接高壓電網與高壓主設備的重要組成部分。在運行過程中，斷路器會出現缺項運行的三項合閘不成功或者跳閘不成功的情況。

1 高壓輸電線路故障原因統計

隨著我國電力通信和計算機技術的發展，輸電線路中現有的繼電保護措施基本能夠保障線路的正常運行，但是，高壓輸電線路架設在高山和偏遠地區，許多外力因素并不是繼電保護裝置能夠預測的。這就需要工作人員分析外力造成的故障原因，有針對性地找出解決措施。表1是某電力企業分析高壓輸電線路故障原因后的統計結果。

從表1中可以明顯看出，人為外力、設備為題和自然外力是造成高壓輸電線路故障的三大原因。自然外力造成的故障占50%，而在這其中，有95%的故障是雷擊造成的。雖然諸如雷擊對輸電線路造成的破壞并不能控制，但是，可以改進高壓輸電線路，采取有效的防雷措施，減少雷擊外力的破壞。

2 架空線路常見故障類型

2.1 單相接地故障

在輸電線路中，最常見的故障是單相接地故障。因為運行環境惡劣，線路長期處于潮濕的環境中，對線路造成一定程度的腐蝕破壞，進而形成故障。單相接地故障發生后，相電壓會轉變為零，非故障的相線電壓會驟間升高，形成線路過電壓。這樣，電壓值遠遠超過了設備的耐壓水平，導致設備溫度瞬間增高，大大提高了設備燒毀的概率。

2.2 短路故障

如果沒有及時解除單相接地故障，還會導致線路發熱，直至燒壞相間絕緣，引發相間短路的嚴重事故。還有一種情況就是，架空線路外部出現的導體橫跨導線，相間絕緣體被擊穿，導致架空線路發生短路故障。

2.3 導線斷路

導線斷開使得供配電回路不同而引發的故障為斷路故障。這種故障往往表現為線路沒有完全斷開，只出現了輕微的斷裂間隙。然而根據用電的基本原理，導線間隙會形成大電弧，產生較大的熱量。電弧使導線發熱，嚴重的會使供電系統設備被燒壞，甚至爆炸。在實際工作中，雖然在三相電動機缺少一相的情況下系統仍能夠運轉，但這只是暫時的。當單相發生斷路時，為三相電動機提供的電壓會增高，電動機在超過額定電壓的狀態下運行極容易發生燒毀事故。

3 斷路器失靈保護的作用

在高壓輸電線路中，當發生線路故障，繼電保護發出跳閘命令而斷路器并沒有跳閘時，斷路器失靈保護能夠在最短的時間內向同一個電力系統中其他有關的斷路器發出斷路信號，縮小停電范圍，避免整個電網因為一處故障而出現全面故障。斷路器失靈保護已經在現代高壓和特高壓電網中被普遍運用。作為后備保護方式，失靈保護是由電壓閉鎖元件、電流判別裝置構成的，其中，還包括時間元件、跳閘出口回路等。

4 斷路器失靈保護的改進

4.1 改進失靈解閉鎖異常啟動的措施

特高壓輸電線路的系統龐大，故障出現后避免損失擴大是非常有必要的。斷路器失靈保護就起到了這樣的后備保障作用，所以，斷路失靈保護一定要有較強的運行可靠性。設計人員可以在微機母線保護裝置中增加復合電壓閉鎖，進一步提高設備運行的可靠性。這一改進需要考慮到特殊環境的因素。在特殊條件下，電壓閉鎖元件并不能夠正常行駛，無法呈現原設定效果，進而導致失靈保護閉鎖。因為失靈啟動接點誤啟動，解除了復合電壓閉鎖，導致負荷電流加大，高過失靈過流設定值，進而出現失靈保護誤動作出口。

4.2 外部啟動母聯失靈保護的改進

在特高壓輸電線路的實際運行過程中，有些將母線保護中的母聯保護單獨分離出來，設置了獨立的母聯保護裝置。這樣做的主要目的是確保保護功能的獨立性。但是，這一舉措也引發了新的問題，就是獨立的母聯保護怎樣有效啟動母聯失靈保護。經過一系列論證和實驗找出了這一問題的改進方式——將母聯間隔的失靈開入增加到母線保護失靈開入回路中，并準確連接母聯保護的出口接點，這樣就可以從外部啟動母聯保護功能。

4.3 失靈啟動誤開入的改進

對于現場運行過程中失靈開入誤啟動的情況，通過論證已經得到了較好的改進方案，微機母線失靈保護已經有足夠的數據準確判斷相關情況。在這個前提下，即使失靈誤開入，那么，也會有閉鎖本單元的失靈開入。這樣就使得失靈誤開入返回，然后正常使用此單元的失靈功能。

5 結束語

特高壓輸電線路整個系統龐大而復雜，專業性強，覆蓋面廣。當出現線路故障時，如果不能夠及時切斷故障源頭，必將會對用戶及電力企業造成不可估量的經濟損失。經過長時間的專業論證和現場勘查，清楚地分析、判斷出特高壓輸電線路故障，確定了斷路器失靈保護的重要性，并改進了相關設備，從而保障了輸電線路的運行安全。

參考文獻

[1]王偉，余銳，陳愚，等.特高壓輸電線路保護故障測距的應用研究[J].電力系統保護與控制，2013（19）：40-46.

[2]韓昆侖，蔡澤祥，賀智，等.高壓直流輸電線路故障行波傳播特性及其對行波保護的影響[J].電力系統保護與控制，2013（21）：20-25.

〔編輯：白潔〕