电力系统220kV继电保护的相关技术探讨

摘 要：在电力系统的运行中,为了防止或减少故障的发生,必须采用保护装置来检测和监测系统的运行状况,这种保护装置通常由继电器或其附属设备组成,称为继电保护。本文在认识电力系统继电保护重要性的基础上，针对220kv以上电网继电保护进行着重技术分析，主要从自动重合闸保护、纵联保护及零序电流保护三个方面对其进行了阐述，以期为保障电网的安全性、稳定性及正常运行提供借鉴。

关键词：电力系统；220kV；继电保护

中图分类号：F407.61文献标识码：A 文章编号：

一、前言

电气设备的继电保护主要是研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施，是保障电网安全运行最基本、最重要、最有效的技术手段。本文在认识电力系统继电保护重要性的基础上，针对220kV以上电网继电保护进行着重技术分析，主要从自动重合闸保护、纵联保护及零序电流保护三个方面对其进行了阐述，以期为保障电网的安全性、稳定性及正常运行提供借鉴。

二、220kV及以上电网继电保护原则

电力系统继电保护装置是电力系统安全稳定运行和保障电力设备安全的主要装置，是电力系统中不可缺少的重要组成部分。而220kV及以上电网的继电保护，必须满足可靠性、速动性、选择性及灵敏性的基本要求。可靠性由继电保护装置的合理配置、本身的技术性能和质量以及正常的运行维护来保证；速动性由配置的全线速动保护、相间和接地故障的速断段保护以及电流速断保护取得保证；通过继电保护运行整定，实现选择性和灵敏性的要求，并处理运行中对快速切除故障的特殊要求。对于300kV、500kV电网和联系不强的220kV电网，在保证继电保护可靠动作的前提下，重点应防止继电保护装置的非选择性动作；而对于联系紧密的220kV电网，重点应保证继电保护装置的可靠快速动作。

三、220kV及以上电网继电保护的相关技术分析

表1.220KV及以上电网主保护运行情况年统计表

（1）自动重合闸继电保护

自动重合闸装置是当断路器跳开后按需要自动投入的一种自动装置。其正确动作率可达到了99.75%，采用自动重合闸的继电保护可以在提高供电可靠性的基础上，保证电网系统并列运行的稳定性，并纠正断路器的误跳闸，如表2所示。

表2.220KV及以上电网单相接地故障统计

从中可以看出，220kv及以上电网单相接地故障率非常高，针对上表所描述的现象，可以通过自动重合闸继电保护，以提高其准确性。其常用方式有单相自动重合闸和综合重合闸两种。第一，单相自动重合闸，要求在保证选择性的基础上同时拥有足够的灵敏性。在动作时限的选择方面，除应满足三相重合闸时所提出的要求外，还应考虑两侧选相元件与继电保护以不同时限切除故障的可能性和潜供电流对灭弧所产生的影响（图1）。‘

图1. 潜供电流对灭弧所产生的影响

时刻注意：线路电压越高，线路越长，潜供电流就越大，潜供电流持续时间与其大小有关，而且与故障电流的大小、故障切除的时间、弧光的长度以及故障点的风速等因素有关。单相自动重合闸在绝大多数情况下保证对用户的供电，并提高系统并列运行的动态稳定性，但在具体实践中需要有按相操作的断路器。重合闸回路的接线比较复杂，促使了保护的接线、整定计算和调试工作复杂化。为了弥补以上缺点，可以通过综合重合闸方式来解决。第二，综合重合闸是指当发生单相接地故障时，采用单相重合闸方式；而当发生相间短路时，采用三相重合闸方式。实现综合重合闸回路接线时应考虑的以下一些不足：一是单相接地故障时只跳故障相断路器，然后进行单相重合。二是相间故障时跳三相断路器，然后进行三相重合。三是选相元件拒动时，应能跳开三相并进行三相重合。四是对于非全相运行中可能误动的保护，应进行可靠的闭锁；对于在单相接地时可能误动作的相间保护(如距离保护)，应有防止单相接地误跳三相的措施；五是一相跳闸后重合闸拒动时，应能自动断开其它两相；六是两相的分相跳闸继电器动作后，应能跳开三相并进行三相重合；七是无论单相或三相重合闸，在重合不成功后，应能加速切除三相，即实现重合闸后加速；八是在非全相运行过程中又发生另一相或两相的故障，保护应能有选择性予以切除；九是当断路器气压或液压降低至不允许断路器重合时，应将重合闸回路自动闭锁；但如果在重合闸的过程中下降到低于运行值时，则应保证重合闸动作的完成。

(2)纵联保护

随着电力技术的发展，目前220kV 及以上电网纵联保护采用反应两侧电量的输电线路纵联保护方式。通过利用通信通道将两端的保护装置纵向联结起来，将两端的电气量比较，以判断故障在区内还是区外，保证继电保护的选择性(见图2）。

图2. 反应两侧电量的输电线路纵联保护原理

纵联保护一般分为方向比较式纵联保护和纵联电流差动保护两种，从具体方式上来看，主要有纵联差动保护、高频保护、微波保护、光纤差动保护等，在这些方式之中，灵敏度整定要不得小于2.0。由于各种方式的在整定时要求有所不同，在此就高频保护整定稍作概述。在反映不对称故障的起动元件整定时，高定值起动元件应按被保护线路末端两相短路、单相接地及两相短路接地故障有足够的灵敏度整定，最低不得小于2.0。同时要可靠躲过三相不同步时的线路充电电容电流，可靠系数大于2.0。低定值起动元件应按躲过最大负荷电流下的不平衡电流整定，可靠系数取2.5。高、低定值起动元件的配合比值取1.6～2.0。

(3)零序电流保护

零序电流保护一般为四段式。在复杂环网中为简化整定配合，零序电流保护I、II、III、Ⅳ各段均可分别经零序功率方向元件制约。如实际选用的定值，不经过方向元件也能保证选择性时，则经方向元件制约。为了不影响各保护段动作性能，零序方向元件要有足够的灵敏度，在被制约保护段末端故障时，零序电压应不小于方向元件最低动作电压的1.5倍，零序功率应不小于方向元件实际动作功率的2倍。方向零序电流I 段定值和无方向零序电流I段定值，按躲过本线路区外故障最大零序电流整定。若本线路采用单相重合闸方式，尚应按躲过本线路非全相运行最大零序电流整定。零序电流II段定值，若相邻线路配置的纵联保护能保证经常投入运行，可按与相邻线路纵联保护配合整定，躲过相邻线路末端故障。否则，按与相邻线路在非全相运行中不退出运行的零序电流II段配合整定；若无法满足配合关系，则可与相邻线路在非全相运行过程中不退出工作的零序段配合整定。零序电流Ⅲ段定值还应躲过线路对侧变压器的另一侧母线接地故障时流过本线路的零序电流。零序电流Ⅲ段定值，按灵敏性和选择性要求配合整定。应满足灵敏度要求，并与相邻线路在非全相运行中不退出工作的零序电流Ⅲ段定值配合整定，若配合有困难，可与相邻线路零序电流Ⅲ段定值配合整定。零序电流Ⅳ段定值（最后一段)应不大于300A，按与相邻线路在非全相运行中不退出工作的零序电流Ⅲ段或Ⅳ段配合整定。对采用重合闸时间大于1.0s的单相重合闸线路，除考虑正常情况下的选样配合外，还需要考虑非全相运行中健全相故障的选择性配合，此时，零序电流Ⅳ段的动作时间宜大于单相重合闸周期加两个时间级差以上。当本线路进行单相重合闸时。可自动将零序电流Ⅳ段动作时间降为本线路单相重合闸周期加一个级差，以取得在单相重合闸过程中相邻线路的零序电流保护与本线路零序电流Ⅳ段之间的选择性配合，以尽快切除非全相运行中再故障。线路零序电流保护的电流定值和时间定位可参照相关规范进行设定。

四、结语

随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步,继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国内外继电保护技术发展的趋势为:计算机化,网络化,保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化,这对继电保护工作者提出了艰巨的任务,这就要求我们在实践工作中不断在总结和学习新的技术,才能更好地保障电力系统的安全运行。

参考文献

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