输电线路继电保护问题研究

摘 要：输电线路担负着传送电能、联系系统和用户的重要任务，是电力系统的重要元件，但是在组成电力系统的各部分中，它的运行条件最为恶劣，发生事故的概率也比其他设备高得多，经常发生暂时性故障，它们的继电保护尤其重要。文章主要针对输电线路故障产生原因、输电线路常用继电保护方式和输电线路继电保护的新进展进行了研究。

关键词：输电线路；故障原因；继电保护；发展趋势

中图分类号：TM773 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）21-0081-02

继电保护是维护电力系统的重要手段之一，对于保障电力系统的正常运行有着非常重要的作用。随着对电力技术的发展及对电网继电保护的不断研究，电网继电保护有了新的发展，并逐步走向成熟。作为电网安全稳定运行的第一道防线，继电保护时刻都发挥着至关重要的作用。

1 输电线路故障原因分析

凡是需要电能的地方就要架设输电线路，输电线路所经路段地形复杂多样，而且覆盖的地域广阔会受到各种因素的影响。受自然条件、设备及人为因素影响，输电线路可能会发生各种各样的故障，主要有雷击跳闸故障、线路覆冰、风偏闪络故障、鸟害故障等自然故障，外力破坏造成的导线的断股、损伤和闪络烧伤故障和员工误操作产生的故障等。

1.1 雷击跳闸故障

输电线路覆盖区域广阔、运行情况复杂、数量众多，而且一般地处旷野，在这些空旷的区域，输电塔和输电线一般是最高的建筑，极有可能遭受雷击。在雷雨季节，无论是架空线上受到雷电感应或是雷电直接击中避雷线、输电线路都将在输电线路上产生雷击过电压。若线路的绝缘水平太低或防雷保护措施不力，就会发生各种形式的雷击跳闸故障。

雷击事故虽然与雷击线路原因有较大关系，但设备的缺陷、线路的布置也极有可能加剧雷击事故的危害。导致输电线路雷击跳闸故障的具体原因有以下几点：①线路位于雷击活动强烈区。雷电是雷击事故的最直接原因，如果线路处于雷击活动强烈区，可能会使输电线路遭受雷电的重复打击。②线路绝缘水平低。线路绝缘是雷击时的第一层保障，绝缘水平不够将直接增加线路受雷电打击时发生故障的概率。③线路布置不合理。避雷线布置不当，保护角偏大时，会发生避雷线失效，让雷直接击到导线上。此外，当输电线路互相交叉或跨越电压较低线路时，如果不能保证上下两根导线的垂直距离也可能由于两根线路的电势差而发生交叉点闪络现象。

1.2 外力破坏跳闸故障

近年来，随着电网的不断发展，输电线路所经区域扩大，安全运行也面临着更多的问题。除了前面提到的雷击等自然原因外，外力破坏也严重威胁着输电线路的安全运行。

输电线路外力破坏主要来源有以下几种：①违章施工作业。施工企业的管理还不健全，为了追求快速完成工程，施工企业对输电线路的保护不会也不可能面面俱到，导致挖断电缆、撞断杆塔的事故时有发生，不仅对电力部门造成了损失，也埋下了施工安全隐患。②违章建筑、超高树木。违章建筑和树障威胁着电力线路的安全运行。一些单位和个人违反国家法律法规，擅自在电力设施保护区内违章建房，违章种树。当输电线和房屋、树木之间的距离达不到安全距离要求时，输电线路就会放电造成跳闸故障，给电力系统可靠性带来了很大的不确定因素，并对周围的建筑、设备或人员构成危害。

1.3 人为原因故障

虽然目前电力系统的自动化水平越来越高，但为了确保其稳定性，工作人员仍然具有手动控制电网部分线路的权限。如果发生误判断而导致错误操作时也将可能给电力系统造成很大危害。

2 常用输电线路继电保护及其评价

2.1 电流保护

由于电流速断不能保护线路全长，限时电流速断不能作为相邻设备的后备保护，为了保证迅速有选择的切除故障，常将电流速断、限时电流速断和过电流保护组合在一起，构成三段式电流保护，这里所说的电流保护就是三段式电流保护。实际应用中，可以只采用速断加过电流保护，或限时速断加过电流保护，也可以三种保护同时使用。

2.1.1 电流保护动作过程

如图1所示是一个典型的单电源电路，线路中保护1，2，3，4相互配合构成三段式电流保护。每段线路的Ⅱ段电流保护都和下一段线路的Ⅰ断电流保护相互配合，并有0.5 s左右的延时。Ⅲ段电流保护和下一段电路的Ⅲ段电流保护配合，延时0.5～1 s。

当电路发生故障或者出现过负荷等异常、危急用电用户生命财产安全情况时，继电保护是通过有时限和无时限等动作来进行输电线路安全保护的，在极短的时间内做出根据线路反映的信号做出相应的跳闸动作，以保证用户用电的安全。例如，电路中CD段发生故障时，应首先由保护2动作，如果保护2失灵或断路器拒动则应延时0.5 s或1 s启动保护3，这样就能保证保护2正常工作时，保护3不会发生误动。

2.1.2 电流保护评价

阶段式电流保护装置简单，保护接线、调试和整定计算都因其较简单而不易出错，因此可靠性比较高。无限时电波速断保护的选择性靠动作电流来保证，带时限电流速断保护和过电流保护的选择性则由动作时限来保证。由这3种电流保护组合成阶段式电流保护用于单侧电源电网能保证选择性，而在多电源网络或单电源环网，一般很难满足选择性的要求。

此外，电流保护也存在其他问题，如无时限电流速断不能保护线路全长，其保护范围和带时限电流速断保护的灵敏度受系统运行方式的影响较大。当系统运行方式变化很大时，往往不能满足灵敏度要求。过电流保护作为本线路的后备保护，一般情况下能满足要求，但在长重负荷线路上，因线路最大负荷电流与线路末端最小短路电流接近，也往往难以保证灵敏度要求。

2.2 横纵联差动继电保护

在现代的高压（220 kV及以上）输电系统中，为了保证系统运行的稳定性，在很多情况下都要求保护能无延时地切除被保护线路任何点的故障。前面介绍的电流保护并不能满足这个要求，为了解决这一问题就必须采用新的保护原理――差动保护。

2.2.1 差动保护原理

差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，当输电线路正常工作或区外故障时，则流入输电线路的电流和流出电流相等，差动继电器不动作。当本级输电线路内部故障时，两侧（或三侧）向故障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流和的正比于故障点电流，差动继电器动作。

如图2所示，如果内部发生故障，流入继电器的电流等于短路点的总电流。即：Ij=I2'-I2"，当流入继电器的电流大于动作电流，保护动作断路器跳闸。发生外部故障或正常运行时，I2'=I2"，流入继电器的电流为0，差动保护不动作。

2.2.2 横纵联差动保护评价

按照接线方式的不同，差动保护又可以分成纵联差动保护和横联差动保护两大类。下面对它们的主要特点进行具体分析。

①纵联差动保护评价。纵联差动保护是通过比较线路两端电流的大小和相位来判断区内或区外故障，因此该保护比起单从装设保护的一侧观察故障现象的电流保护和距离保护来说，在选择性、灵敏性以及快速性上都具有后者无可比拟的性能。在原理上保证了纵联差动保护在外部发生故障时不会动作，具有明确的选择性。在采用措施减少不平衡电流对纵联差动保护的影响下，使保护的灵敏度大大提高。纵联差动保护能做到全线速动。但是，纵联差动保护的投资成本相对较高，不适合应用于长距离的输电线路中，只有在输电线路上其他保护不能满足要求时，线路长度不超过允许范围情况下，才考虑采用纵联差动保护。

②横联差动保护评价。在双回线路中，使用横联继电保护能对发生故障的线路进行及时、快速地切断，保证输电线路的安全性，而且接线的工序也比较简洁，技术要求比较低，优势十分明显，但是缺点也十分突出，横联差动保护是均存在相继动作区，如在相继动作区将横联差动保护运用在单回线路中的主保护或双回线的后备保护，除了双回线原本配置的继电保护外，还要在此基础上配置一套三段式的电流或距离保护，这样一来，安全保护的成本也会增多，不利于提高电力企业的生产效率。

3 输电线路继电保护新进展

3.1 网络化

利用站内和电网信息共享，实现站内主保护和后备保护的统一协调配置，解决单元保护由于信息不完备及电压灵敏度不足带来主保护误动和拒动的问题，同时提高后备保护的动作性能。取消后备保护的定值，实现后备保护的在线整定以及网络化。

3.2 智能化

通过参数识别和电网信息共享，及时跟踪系统的工作状态，多种保护原理配合工作，通过保护原理自适应、保护动作特性自适应，使继电保护始终工作在性能最佳的状态。

3.3 保护、控制、测量、通信一体化

智能电网为继电保护的发展提供良好的硬件环境，继电保护将向着保护、控制、测量以及通信一体化方向发展。

4 结 语

对规模越来越大的输电网络和输电线路来说，如何保证其在输电的过程中电力运行的安全以及个人、企业的安全、放心用电是值得我们重视的。继电保护是确保输电线路安全可靠运行的重要保障，因此研究人员还需进一步加强对继电保护的研究。

参考文献：

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[3] 胡毅.输电线路运行故障分析与防治[M].北京：中国电力出版社，2007.

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