继电保护技术在220kV以上电网中的应用

继电保护技术在220kV以上电网中的应用 摘要：随着我国电力技术的发展和进步，电网继电保护装置不断更新，因此电网技术逐步走向成熟。文章结合继电保护在电网运行中的作用，对220kV以上电网继电保护进行分析，为保障电网安全、稳定运行提出了措施和建议。

关键词：220kV电网；继电保护；纵联保护；零序电流保护； 0 前 言 电力及电力传输系统过程中的产生的故障非正常运行会导致电力传输系统或其中部分子系统不能正常工作，因此，用电终端不能正常工作、配电系统功能损坏或供电质量下降，甚至造成电网和用户终端设备损坏和财产损失等。继电保护是保证电力系统安全可靠运行的重要技术保障措施，继电保护的不正确动作将直接导致事故和系统稳定的破坏。

1 继电保护组成及工作原理 电力系统及电力传输系统供电过程中出现异常故障，由于故障的不可预见性会引起电流的徒增或者电压的陡降，同时电流电压间的相位角也会发生变化，依据上述电流电压量的变化情况，继电保护根据不同的功能和原理出现不同原理和类型的继电保护器。

1.1继电保护器分类 按组成和功能分:(1)机电型继电器:包括感应式、电磁式、极化式继电器等;(2)整流型继电器;(3)静态型继电器:包括晶体管、集成电路继电器等。另外，按输人的电气量变化特点还有量度继电器等:这些继电器直接敏感于被保护设备电气量的变化。包括电流电压继电器、正序负序零序继电器、频率阻抗差动继电器等。

1 .2继电器组成及原理 继电保护的种类很多，但其组成一般都是由测量模块、逻辑模块、执行模块组成，其组成原理如图1。

图1 一般继电器组成原理 输人信号指来自电力传输系统保护对象的信号，测量模块采集来自被保护对象相关运行的特征信号，获得的测量信号需要与给定的整定值对比，将比较结果 送至逻辑模块。逻辑模块根据测量模块输出比较值的大小、性质及产生的次序或上述多种参数的组合，进行逻辑运算，得到的逻辑值是决定是否动作的主要依据。当逻辑值为真，即为1时，激励动作信号至执行模块，此刻，由执行模块立即响应或在规定的延时时刻执行掉电或者警报命令。

2 220kV及以上电网继电保护原则 继电保护作为电网安全稳定运行的第一道防线，时刻发挥着至关重要的作用。继电保护可以通过线路、母线以及与电网保护配合有关的变压器等电力设备继电保护运行整定。

由于220kV及以上电网继电保护方式较多，所以在确定使何种继电保护方法的同时必须遵守一定的原则，只有在一个统一的规范要求下，才能更有效的体现电网继电保护效果。

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300～500kV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。

3 220kV及以上电网继电保护方式分析 3．1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。采用自动重合闸的继保护可以在提高供电的可靠性的基础上，保证电网系统并列运行的稳定性，并纠正断路器的误跳闸。下面来看一组数据，如表1所示。

表1 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。常用方式有单相自动重合闸和综合重合闸两种。

(1)单相自动重合闸要求在保证选择性的基础上并拥有足够的灵敏性。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2)。时刻注意线路电压越高，线路越长，潜供电流就越大，潜供电流持续时间不仅与其大小有关，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。

图2潜供电流对灭弧所产生的影响 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，可以通过以下介绍的综合重合闸方式来解决。

(2)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一些问题：

①单相接地故障时只跳故障相断路器，然后进行单相重合； ②相间故障时跳三相断路器，然后进行三相重合； ③选相元件拒动时，应能跳开三相并进行三相重合； ④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；

⑤一相跳闸后重合闸拒动时，应能自动断开其它两相； ⑥任意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； ⑦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；

⑧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；

⑨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。

3．2纵联保护 随着电力技术的发展，220kV及以上电网纵联保护目前采用反应两侧电量的输电线路纵联保护，其工作原理如图3所示。

图3 反应两侧电量的输电线路纵联保护原理 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。

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，在从具体方式上来看主要有高频保护、微波保护、光纤差动保护等，在些方式之中，灵敏度整定都要不得小于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，I2力争大于4．0，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。

3.3零序电流保护 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控制。如实际选用的定值，不经过方向元件也能保证选择性时，则不宜经方向元件控制。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，在被控制保护段末端故障时，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I段配合整定。零序电流II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(最末一段)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择配合外，还需要考虑非全相运行中健全相故障时的选择性配合，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值可参照相关规范进行设定。

4 继电保护的发展展望 (1)信息化。随着计算机等现代通讯技术的迅猛发展.基于CPU核实现的硬件保护也在不断发展。自动化芯片控制的电路保护硬件已经历了的发展阶段为:从16位单CPU结构的微机保护发展到32位多CPU结构，后又发展到总线结构，性能和响应速度大大提高，目前开始得到广泛应用。

(2)网络化。计算机网络在信息处理和数据通信过程中已成为当今国家能源和国民经济建设作用，网络化带来的便利，近年来也逐渐开始应用到电力传输与配电系统中来。

(3)智能化。近年来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、模糊算法和自适应算法等在电力系统自动化相关领域都得到了广泛应用，在继电保护领域应用的研究和应用也逐渐兴起。在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，使保护、控制、测量、数据通信一体化，并逐渐实现继电保护的智能化，是当今乃至今后电力及电力传输系统继电保护技术发展的主要方向。

5 结束语 综上所述，在电力系统中人工无法实现的情况下，需要继电保护装置来完成瞬间切断，以保证电网的正常、稳定运行。因此，继电器是构成继电保护装置的核心元件，是当采集量的变化满足上限要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定阶跃变化的一种自动器件。

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