特高压长线路继电保护与重合闸

天津大学继电保护实验室
对继电保护和重合闸的具体要求如下：
1、线路两端跳闸的时间之差不能大于一定值， 大约2周波，因此，一端跳闸时，要联跳对端；
2、单跳后单相重合闸时间除了要等潜供电弧 熄灭，还要检测断开相上的电压或断路器触头 两端的电压差不能大于允许值；
3、两套主保护和一套后备保护都要能快速切 除线路上任一点故障，保证在任何时候都要有 两套独立的快速保护；
方法1：保护装置采集双回线两侧各条线 路的电压电流，采用六维模变换矩阵；
方法2：保护装置采集被保护的一回线路 两侧的电压、电流和另一回线路两侧的 零序电压、电流，并采用四维模变换矩 阵；
天津大学继电保护实验室
9、对该保护原理的评价
从原理上消除了外部故障时分布电容电 流对差动保护的影响
被比较的是同一点的电流，有相似的特 性，因此对滤波算法要求不高
按照750kV输电线一般允许的过电压条件，线 路绝缘只能承受不足0.05s的时间。
天津大学继电保护实验室
750kV输电线路两端断路器切除故障的时间差 应该尽量短，一般要小于0.04～0.05s，以避免 过电压造成绝缘损坏。
按照保护动作时间的离散值不应大于± （0.01～0.0125）秒，断路器跳闸时间离散值 也不应大于±（0.01～0.0125）秒考虑，就要 求保护动作时间小于0.02～0.025秒。亦即两端 断路器跳闸时间最大差0.02秒，两端保护动作 时间差也不大于0.02秒，两者加起来就是两端 断路器切除故障的时间差不大于0.04～0.05秒。
天津大学继电保护实验室
4、两套主保护最好用不同原理的保护和 通道
5、手动跳、合闸要半自动化，即一端手 动，另一端通过通道远方控制；
6、单相重合不成功时，先切那端，后切 那端决定于过电压计算，预先规定好， 一般应先切除系统容量小的一端；
7、要加强保护的滤波性能。因特高压线 路故障时电流电压中有较强的非工频分 量；
13、并联电抗器在因内部故障而跳闸时，如果可能 引起不允许的过电压，则应跳开本端线路断路器，并 发信号跳对端线路断路器。根据过电压计算，确定正 常运行或线路故障时，两端并联电控器的投切是否要 通过通道同步进行。
天津大学继电保护实验室
14、根据过电压计算确定线路保护动作跳闸 时是否要同时投入加速放电（放电电压较低） 的避雷器，防止过电压和加速断开相放电以缩 短自动重合闸延时。 15、在多段特高压线路串联的情况下，一段 线路故障被切除，根据过电压计算确定是否对 非故障线路要采取防止过电压措施。同时，要 计算发电机带长线空载运行对发电机是否有危 险，如果有，也要采取措施，例如在非故障线 路末端投入适当整定的放电的避雷器。
天津大学继电保护实验室
8、加强电容电流的补偿。 考虑到暂态电 容电流的影响，应随着线路运行状态的 改变自动改变补偿度。例如在单端空投 或单端重合时要补偿1.4倍的线路全部电 容电流。两端合上后自动改为补偿线路 全长电容电流的一半；
9、要提高保护的可靠性。特高压输电线 作为大区系统间的联络线或大功率输电 线，线路回路数不会很多，其保护应以 防护误动（安全性）为主。发跳闸命令 前要经过双重判断，即采用双跳闸通道， “与”门输出；
在理论研究与EMTP仿真的基础上，对750kV线 路两端继电保护跳闸时间的配合、三相重合闸的 操作顺序、时间配合提出了具体的方案。
天津大学继电保护实验室
1.空载长线的电容效应与计划性跳合闸操作
系统带空载长线运行时，线路末端电压U2与 电源电压 E的关系为：
U2 K P E

天津大学继电保护实验室
3．合闸引起的过电压
线路残压的极性和大小对合闸过电压幅值影响很 大，在线路残压与电源电压极性相反时刻合闸将 产生最严重的合闸过电压。
线路上发生单相故障情况下，断路器三相跳闸后 健全相留有很高的残压，继之以三相重合时易产 生很高的过电压。
因此在单相故障时采用单相重合可以大大限制操 作过电压，其前提是避免采用单相重合闸造成故 障断开相出现危险的谐振过电压。
天津大学继电保护实验室
3、贝瑞隆模型简介
im (t) um (t) Z Imn (t )
in (t) un (t) Z Inm (t )
I
mn
(t


)
1Biblioteka 2hum
(t Z

)

him
(t


)

1
2
h
un
(t Z

)

hin
(t

F1 F2
F2 F1
F2 F2


Ifa Ifb

dIc F2 F2 F1 Ifc
F1 F2 都为实数，与故障
点到参考点之间的距离以及
线路参数有关
天津大学继电保护实验室
参考点选择为线路中点时不同 故障点所对应的 F1
天津大学继电保护实验室
天津大学继电保护实验室
合闸过电压是工频分量与多个谐波分量的叠加， 其自由分量呈衰减趋势。
根据典型的EHV－UHV输电线路参数，可近似 计算出自由基频分量的衰减时间常数如下表：
参考点选择为线路中点时不同 故障点所对应的 F2
7、保护判据
天津大学继电保护实验室
dI a K max dIb , dIc I s dIb K max dIc , dI a I s dIc K max dI a , dIb I s
8、扩展后的原理在天津大学继电保护实验室 双回线路上的应用


)
I
nm
(t

)


1
2
h

un
(t Z

)

hin
(t


)

1
2
h
um
(t Z
)

him
(t

)
天津大学继电保护实验室
4、计算方法和保护判据
m 侧 dIma Ima IJma 定值 dImb Imb IJmb 定值 dImc Imc IJmc 定值 n 侧 dIna Ina IJna 定值 dInb Inb IJnb 定值 dInc Inc IJnc 定值
在一端区内故障保护动作而断路器拒跳时， 发信号跳对端断路器。在一端重合闸动作而断 路器拒合时发信号闭锁对端快速重合闸。
天津大学继电保护实验室
11、通信通道要有连续的监视以防干扰。为实现连 续监视，对于载波通道可采用移频解除比锁式；
12、线路保护要控制并联电抗器的投、切。为了减 少无功功率消耗，在输送额定功率时，并联电抗器可 以不投入，但在线路故障时线路保护跳闸时应起动并 联电控器的自动装置，立即投入两端的并联电控器和 消孤电控器。
四、特高压长线路分相 电流差动保护新原理
1、研究背景
天津大学继电保护实验室
特高压长线路的特点
传统差动保护用在特高压长线路易受分 布电容电流的影响，目前没有很好的解 决办法
天津大学继电保护实验室
2、新原理的理论基础
贝瑞隆模型是一种比较精确的输电线路 模型，它反映了输电线路内部无故障时 （包括稳态运行和区外故障）两端电压 电流之间的关系，而线路内部故障时， 这种关系被破坏。本原理即是利用这一 差别区分线路内部和外部故障，构成两 种新的差动保护原理。这两种新的保护 原理自动地考虑了电容电流的影响，不 再需要进行电容电流的补偿。
输电线的自然功率与电压的平方成正比， 与波阻抗成反比，下表中给出500kV、 750kV和1150kV输电线典型的杆塔尺寸， 线路参数、波阻抗和自然功率数据。
天津大学继电保护实验室
超高压和特高压输电线的主要参数对比
天津大学继电保护实验室
750kV线路的投资比500kV的投资最 大多50%，但传输功率可大一倍多， 因此具有巨大的经济效益。如果从三 峡向华中、华东、华南采用750kV输 电，三峡交流出线回数可少一半，投 资 可 大 大 节 约 ， 而 750kV 输 电 技 术 ， 早在上世纪七十年代都已成熟。
天津大学继电保护实验室
1000k V以上交流输电只有俄罗斯 有运行经验，日本线路的距离短，一 直降压运行，我们要建1000kV等级的 输电线，前期研究工作可能赶不上电 力发展的需要，而建设750kV电网有 很多国家的经验，要容易的多。
三、交流特高压输电线对继电 保护和重合闸的要求
由于特高压输电线分布电容大，线路长，绝 缘子和设备耐过电压的裕度小，而过电压使绝缘 子和设备损坏造成的停电和经济损失比系统失去 稳定的经济损失要大得多，因而对继电保护和重 合闸的要求首先是抑制由于故障切除、单相或三 相重合闸造成的不能允许的过电压。各国对特高 压线路过电压允许倍数和时间都有明确的规定。 继电保护和重合闸的动作时间和对并联电抗器的 控制应能保证过电压不超过规定的范围和时间。
天津大学继电保护实验室
10、要充分利用通信通道提高保护和重合闸 动作的可靠性。例如保护动作带延时时发信号 闭锁对端快速重合闸。一端欠范围保护（距离 一段、相电流速断、零序电流速断）动作时发 远方跳闸信号或允许信号加速对端保护。而当 一端开关偷跳或保护误动（例如一套保护发跳 闸令而其它两套未起动）时，发信号闭锁对端 保护。
天津大学继电保护实验室
2.线路两端保护跳闸时间差的要求
750kV输电线能承受的稳态过电压倍数和允许 时间决定了线路单端断开状态的允许历时长短。
俄罗斯规定750kV输电线允许的过电压为：1.3 倍允许0.1s；1.4倍允许0.05s。
当线路上发生不对称短路故障时，短路电流的 互感会使健全相出现工频电压升高。