超高压电网的特点及对继电保护的影响分析「高压继电保护有哪几种」

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一、超高压电网的特点及对继电保护的影响

1.分布电容大

超高压输电线路一般采用分裂导线，其分布电容大，500kV线路正序分布电容为0.013μF/km，可见较大的分布电容将给继电保护和综合自动重合闸带来十分不利的影响。

（1）正常运行时，安装于线路两侧的继电保护其测量电流等于负载电流与电容电流之向量和，故不可避免地会产生相位差，致使比较两侧电流相位保护的正确工作受到影响。

（2）线路外部故障时，电容电流不仅使两侧故障分量的相位改变，而且幅值也发生变化，有可能使方向保护和相位比较式保护不正确动作。

（3）线路空载或轻载运行时，电容电流会引起线路末端过电压。通常要采用并联电抗器补偿，也要配置相应的继电保护。

（4）线路发生故障时，分布电容储存的电能沿线路放电，产生高次谐波。因为分布电容的容抗大于线路的感抗，故其谐振频率高于工频。高次谐波的幅值与短路瞬间有关，当故障发生在电容储能最高时，高次谐波的幅值最高;反之，高次谐波的幅值最低。理论上讲，频率越高，幅值越小，衰减也越快。高次谐波的存在，影响了快速保护的工作。

（5）分布电容大会使单相故障切除后，非全相运行过程中潜供电流增大，从而影响故障点的灭弧时间，导致单相重合闸时间加长，成功率降低。

2.L/R比值大

超高压输电线路导线截面加大，电阻下降，L/R的比值比一般线路大。L/R比值大，使得暂态过程延长，可能影响某些保护的正确工作。

因为线路故障时，故障电流除包括稳态基波分量外，还含有衰减的非周期分量。非周期分量的大小与故障瞬间的初相角有关。非周期分量按时间常数为τ1=L/R的指数规律衰减，τ1值越大，衰减越慢。500kV线路的zi值大约为0.05～0.045s。τ1值的大小还与故障点的位置有关，若靠近电源侧的线路出口故障，等效的L值增大，τ1可能达到0.08s。暂态过程拉长，使得故障电流偏移到时间轴一则，会影响保护的正确工作。

3.正常负载大

超高压远距离输电线路，一般都传送重负载，正常时就工作在稳定极限附近，一遇扰动，容易发生系统振荡。保证线路输送大功率，又不至于在外部故障时引起系统振荡的主要手段是快速切除故障。因此，必须使用快速断路器和快速继电保护装置。

4.串联补偿电容

超高压线路串联补偿电容是提高系统稳定和输送容量的有效措施，但也给继电保护带来了一系列问题。举例如下。

（1）串补电容改变了线路阻抗随长度增减的比例关系，致使本线路或相邻线路的阻抗元件、方向元件正确工作受到影响。系统发生振荡时，串补电容可能不对称香穿，相当于纵向不对称故障，故在振荡电流中附加了各序故障分量，也可能使一些保护的正确工作受影响。

（2）在串补电容线路中，其等效电路由R、L、C组成。因此，当线路故障时，故障电流中除含有稳态基波分量外，还有低频衰减分量。低频分量是由系统、线路的电抗与串补电容的容抗谐振产生的。由于线路的补偿度小于1，谐振频率低于工频，故叫作低频分量。

低频分量的存在，一方面使串补电容的容抗增大，产生很高的过电压;另一方面可能产生次同步振荡，致使发电机受损。

5.并联电抗器

超高压线路两端并联电抗器，目的在于补偿线路分布电容，限制过电压，减小单相重合闸过程中的潜供电流。对平衡轻负载时的线路无功功率和并列时控制两侧电压差都是有利的。并联电抗器一般要配置差动保护。

在有并联电抗器的线路上发生故障时，其暂态过程中除受基本直流分量（非周期分量）的影响外，还受电抗器产生的附加直流分量的影响。附加直流分量的大小与短路瞬间电抗器中电流的大小有关。当电压初相角为零度瞬间短路时，附加直流分量最大;电压初相角为90°时短路，附加直流分量最小，电抗器的等值阻抗时间常数很大，因此附加直流分量比基本直流分量衰减得更慢。当并联电抗器接于线路侧时，线路故障切除后，分布电容和电抗器将产生数秒钟振荡衰减放电电流，影响本线路保护和重合闸工作，并对相邻线路产生干扰。

6.线路不换位

由于经济和技术原因，超高压线路常常不换位，致使三相参数不对称。线路正常运行时就有较大的负（零）序电流，某些保护经常处在启动和不正确的工作状态。特别是在平行线路上，若有的线路换位，有的不换位并装有串礼电容时。因其抵消了线路的大部分电抗后，不对称度更加严重。因此，在有串补电容的不换位线路上，负（零）序电流更大，并在并联线路中形成环流，影响各平行线路保护的正确工作。

7.超高压线路的电流互感器对保护的影响

超高压线路短路电流水平高，暂态电流中的直流分量和附加的直流分量衰减很慢，致使电流互感器严重饱和，传变能力变坏。二次电流的相位和幅值误差增大，使反应短路电流幅值和相位的保护都受到影响。

超高压输电系统多采用环形母线和3/2断路器接线方式，断路器和线路不再为一一对应关系。线路内部故障时，要求同时跳开两个或两个以上的相关断路器，故保护装置通常接于两组断路TA的"和电流"上。并联运行的两组TA，若饱和时间不同，外部故障时可能有差电流，影响保护的正确工作。

500kV输电线路继电保护全部"双重化"，每套保护均有独立的TA和出口，两套保护至少要占用4组TA。因此，要十分注意接于同一种保护的两组TA暂态特性的一致性，否则将影响保护的正确工作。另外还要注意，在各种不同运行方式时，线路内部和外部故障情况下，两组TA流出的"和电流"是否能使继电保护正确工作。

8.超高压线路的电压互感器对保护的影响

在超高压线路上，一般采用电容式电压互感器。与电磁式电压互感器相比，此种互感器受暂态过程影响大，不能迅速准确地反应一次电压变化。当线路故障一次电压下降到零时，二次电压需要经过200ms左右的时间方下降到额定电压的10%。影响二次电压误差的原因，主要是电压互感器回路中的电容所致，电容量越大，电压衰减越慢，误差也越大。由此可见，此种互感器的误差是不可忽视的，而对直接反应电压量的快速保护的影响，也是显而易见的。特别是在保护区末端故障时，将导致保护范围的变化。电容式电压互感器暂态特性对继电保护的影响与保护类型、互感器的参数有关。

二、超高压线路继电保护的配置原则

超高压线路的继电保护必须具有很好的可靠性、选择性、快速性和灵敏性，而且比一般线路要求更高。因为超高压线路传输强大的功率，继电保护不正确工作，将造成巨大损失，影响范围很大，后果非常严重。所以，对继电保护要求，必须保证正常运行时不误动、线路故障时不拒绝动。

为了防止继电保护误动作，保护装置本身应选择可靠的工作原理、使用精良的工艺技术、采取有效的抗干扰措施等，还可以在保护装置内部或外部增加必要的监视和闭锁措施。

为了防止保护装置拒绝动作，应采用"双重化"配置原则。一条线路除配置两套不同原理的主要保护外，还应该配置比较完善的后备保护。当被保护线路内部任一点发生任何类型的故障时，主保护均能无延时地快速切除。通常是比较线路两侧电气量的纵联保护。

一条线路配置两套完全独立的主保护，要求从输入回路到出口跳闸回路彼此之间没有任何联系。各自都有独立的交流TA、TV和直流电源，独立的出口及跳闸线圈。这样两套保护并联运行，才能充分发挥"双重化"保护的作用，提高切除故障的可靠性。此种配置方式，还便于一套保护退出检修、维护，而不影响另一套保护工作。

当线路故障时，若两套主保护拒动，由反应线路单侧电气量的后备保护切除故障，通常后备保护也采用"双重化"配置。相间短路后备保护，通常采用三段式相间距离保护；接地短路后备保护，通常采用三段式接地距离保护和三段或四段零序方向电流保护。对于超高压线路后备保护，阶梯时间差△t要尽可能地由0.5s降低到0.2s，以提高整个电网的保护水平。对于距离保护的振荡闭锁装置，当振荡周期在0.15～1.0s时应能可靠工作。

对于超高压系统，要求有足够的静态稳定储备系数，并保证有一定的暂态稳定水平。快速切除故障是保证稳定的重要措施。对于超高压线路，一般要求切除故障的时间约限定在0.04～0.06s，扣除断路器跳闸时间和灭弧时间后，继电保护整组动作时间约在0.02s之内。因此，两套线路主保护的固有动作时间也必须控制在该范围以内。

除了上述后备保护外，超高压系统还必须设置断路器失灵保护，以便当断路器拒动时尽量减小事故停电范围。

为了尽可能地保持系统间的联系，单回线在单相接地短路时，应实行单相切除和单相重合;在多相短路时，跳开三相后是否能三相重合，需进行具体分析。在大多数情况下，由于超高压线路输送功率大，三相跳开后两侧系统电动势间角度迅速增大，三相快速重合闸和非同期重合闸成功的可能性极小，因此，以不实行三相重合为宜，但可以实行检查无电压和检查同期的慢动作三相重合闸，以便在两侧系统趋于稳定时自动恢复正常运行。

双回线可采用单相切除单相重合，三相切除三相重合的综合重合闸方式。对同杆架设的双回线，在发生各种多重故障（如不同回线的相间短路和接地短路）时，为尽可能维持系统间联系，应将各故障相断开，并进行断开相的重合，如重合不成功则仍将故障相断开，保持非故障相继续运行;为此，要求选相元件应在任何故障组合情况下，都能准确地选出故障相。