电力系统黑启动过程中线路继电保护配置及整定措施分析

摘要：文章根据电力系统黑启动过程的相关要求，介绍了其继电保护配置基本原则，并在此基础上提出了线路保护配置方案，基于零序故障电流的特点，分析并提出了在不同运行的方式下，关于零序电流保护整定的方法。

关键词：电力系统；黑启动；线路继电保护装置；零序电流保护

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：

在发生大型停电事故后，电力系统的黑启动是一项非常重要且有效的电力恢复措施，电力系统的黑启动过程所涉及到很多内容，在这些内容中，如何合理配置和整定继电保护所受到的影响是目前电力系统黑启动过程中急需解决的问题之一。下面文章就电力系统在黑启动过程中其运行的特殊性，系统研究了继电保护装置配置原则以及定值的整定方法，结合其在黑启动过程中存在的问题，制定了相关的线路配置方案，并分析了在黑启动过程中，在采取单电源运行的方式下，其零序故障电流自身的特点，并基于此提出了零序电流保护的整定算法以及原则。

1黑启动过程中线路保护所受到的影响

所谓黑启动就是指系统由于故障停止运行以后，在不借助于外部网络的帮助下，利用系统中自身所具备的自启动能力机组来启动电源，以此来带动没有自启动能力的这些机组，并逐渐扩大系统的恢复范围，实现整个系统的恢复。黑启动在恢复初期的这一过程中，电力系统主要经历了以下三种运行方式：第一种为黑启动电源给空载串联线路进行充电，其中黑启动电源主要为水电机组；第二种为单电源通过长线路的串联来运行；第三种为黑启动机组与被启动机组利用路径并列双电源的启动来运行。

由于在黑启动过程中，系统自身运行方式的特殊性在一定程度上会影响线路继电保护装置正确动作。因此在超过220k电压等级的线路上，通常会设置两套不同纵联保护来作为线路的主保护，同时零序电流保护与距离保护还应作为其后备保护，当其运行到单侧电源的辐射线路上时，其纵联差动保护就会自动且合理地设置定值并正常的工作。由于在黑启动过程中，这些单电源运行方式均为临时性，一般不适宜把弱馈功能投入到其中。此外，由于在黑启动过程中其短路的水平和正常运行时存在着很大的区别，对此，应该把零序电流保护与距离保护当作其单电源方式下线路的主保护，同时还应该重新进行保护装置整定值的计算。

2在电力系统黑启动过程中其继电保护配置原则与方案

2.1继电保护配置原则

电力系统黑启动过程中，其系统网架结构较为薄弱，不能确保系统在发生故障以后仍旧可保持稳定的运行。对此，在制定满足黑启动过程中线路继电保护运行方案时，应该以减轻或者避免故障对于电力设备所可能会造成的损坏作为其根本原则，依据这个原则来配置和整定线路以及原件，从而确保电力系统黑启动的正常实施。另外，为了防止重合于故障和减轻故障对系统所造成的无功功率损害，在进行黑启动时，必须要停用线路中重合闸。

基于上述的原则，当黑启动过程中产生故障以后，可根据以下的方法来进行处理：第一，如果发生故障时，其系统是单电源运行方式，则在故障以后三相跳闸，并重新进行黑启动方案的制定；第二，如果故障时，被启动机组和启动机组已为并列运行，则在故障以后三相跳闸，同时这两个机组应该分别带电负荷运行，以此等待重新并列。

2.2线路保护配置方案

零序电流保护与距离保护的配置方案主要有以下两种：第一，把启动路径上某几条串联的输电线路看作为一条线路，如图1所示，可通过断路器QF处的保护装置来保护整条启动的线路。第二，根据常规方法，通过本线路保护装置来启动路径上的这些线路。

由于零序电流保护受到系统运行方式改变的影响较大，在采取第二种方案时，启动路径上这些线路自身的零序电流保护定值均需修改，而采用第一种方案时，只需对启动路径首端定值进行修改即可。

相对于零序电流保护而言，系统运行方式的改变对于距离保护的影响较小，在采取第二种方案时，可不用进行定值的修改，只需将正常时定值投入到其运行即可；若采取第一种方案，则需要对启动路径首端保护定值进行修改，但是如果其他线路距离保护定值仍旧为正常时定值，在发生故障的时候，启动路径以及该线路的首端距离保护就可能会发生动作跳闸。

基于上述内容的分析，在黑启动过程中，在临时单电源的运行方式下，其零序电流和距离保护的配置方案应该采用一种综合性方案，即零序电流采取第一种方案，距离保护采取第二种方案。通过这种综合性方案，只需对启动路径首端的保护定值进行修改就可完成其配置工作。

3零序电流保护整定方式

在220kV-500kV的线路上，其零序电流保护通常为四段式，由于在本文研究中，是将启动路径作为一条线路来进行保护配置的，因此可以不用考虑其他线路后备作用，只需设三段零序电流保护，其主要如下：零序第一段为速动段，瞬时将保护区内接地故障切断；零序第二段为当启动路径末端发生金属性接地故障的时候，可确保其具备较强的灵敏度；零序第三段为当末端在发生高电阻接地故障的时候，可确保其能够可靠动作。这三段整定的方式主要如下：

3.1零序第一段整定方式

在上述的第二种运行方式下，当启动末端发生接地短路的时候，流过保护装置的零序电流最大为：，在该公式中，是在第二种运行方式下启动路径的末端故障的最大零序电流，是可靠系数，且≥1.3。

之所以要根据第二种运行方式来进行零序电流的整定，主要是因为在第二种运行方式下在发生故障时，其零序电流较小，基于此来即进行的整定可增大零序一段保护范围。此外，由于在黑启动过程中发生故障时会出现三相跳闸，对此不用考虑在非全相运行下所产生的最大零序电流。

3.2零序二段的整定方式

即，在该公式中，是指在第二种运行方式下启动路径末端的金属性接地故障的时候，流过保护装置最小的零序电流；是灵敏系数，且必须要满足下列要求：

3.3零序三段的整定方式

第一，保证启动路径末端在发生高电阻接地故障的时候其动作可靠的可靠性，即，要注意其动作电流的定值不可超过300A，同时还应该以满足下述这些短路点的接地电阻值作为其整定条件：500kV线路是300Ω，220kV线路是100Ω以及330kV线路是150Ω。此外，为1.3。

第二，因变压器的励磁涌流的衰减时间比较长，因此零序三段动作时间应大于3s。而没有进行启备变空载投入的这些励磁涌流，其值应该超过变压器的额定电流0.5倍。

3.4零序电流保护的整定算例与评价

根据图1所示的这一黑启动系统来整定计算QF位置的零序电流保护，基于该整定结果来评价保护配置方案。按照上述的这些整定方将零序电流保护的各段定值计算出来，从计算所得到的零序电流保护范围情况来看，采取上述的这一配置综合方案，便于快速进行黑启动，同时其产生的工作量也比较小。在实际应用过程中，电厂可在电力系统黑启动过程中，将这一方案的定值存放于其定值区间内，在需要的时候，对定值直接进行切换即可。另外，在上述的这一综合方案中，因距离保护配置是根据自身线路保护装置来实施保护的，再加上其受系统的运行方式变化影响比较小，因此只需按照原定值投入就可。而纵联保护定值则可以根据文章所述的第三种运行方式来进行整定，为了快速进行黑启动，修改纵联保护定值可与电力系统黑启动一同实施。

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