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冶金企业短线路保护配置分析
李贵珍
（鞍钢股份鲅鱼圈分公司环境与能源部，辽宁营口114021）
摘要：分析了鞍钢鲅鱼圈电网66 kV系统线路保护配置和几年来的保护运行情况，探讨了冶金企业短线路保护的配置方案，说明了光纤纵差保护在短线路保护中的显著优势。

关键词：线路保护；光纤纵差保护；距离保护
1 前言
冶金企业负荷集中，输送负荷大，供电输电线路大多为短距离、超短距离的高压输电线路。

在保护配置上，传统的电流保护、距离保护在灵敏性和选择性上很难满足要求，纵联差动保护无疑是解决短线路保护的良好办法，特别是微机保护和电信技术的迅猛发展，微机光纤纵差保护的应用为短线路保护发挥了重要作用。

2 线路保护配置
在当前的实际生产运行中，66kV线路主保护主要采用电流速断保护、距离保护、差动保护；后备保护主要采用三段式距离保护、过流保护、过负荷保护、低周保护等。

对于长线路的主保护，距离保护和速断过流保护在实际工程应用比较多，对于短线路，一般配置差动保护。

下面简单分析这些保护的适用性。

2.1 速断、过流保护
速断过流保护可以作为66kV线路保护的主保护，但冶金企业线路负荷大，而且冲击电流大，下级变电所有变压器，还有多级负荷，速断保护将没有选择性，因此不能作为主保护，过流保护可以与下级配合，作为后备保护。

2.2 三段式距离保护
距离保护主要反映测量阻抗值，灵敏度较高，与电流保护相比，受电力系统运行方式变换影响较小，躲负荷能力强。

距离I段保护线路全长80%~85%，动作时间t1为保护装置的固有时间。

距离II段保护范围需与下一线路的保护定值相配合，一般为被保护线路全长及下一线路全长的30%~40%，其动作时间t2与下一线路距离保护第I段的动作时间配合，一般为0.5 s左右。

t2时间应大于下一线路距离保护第I段的动作时限。

第III段为后备保护，其保护范围较长，包括本线路和下一线路的全长甚至更远。

其动作时间t3按阶梯原则整定，一般与与下级线路的II段或III段配合整定。

2.3 纵联差动保护
根据《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》继电保护专业3.7条：推广使用光纤通道作为纵联保护的通道方式。

而且线路距离很短，所以保护装置应使用专用通信光缆进行传送。

2.3.1 工作原理
纵联差动保护（原理见图1）是利用导引线，将被保护线路的一侧电流状况传送到另一侧，通过比较两侧电流，以辨别短路是发生在被保护线路的内部或是外部，以此判断保护是否应该动作。

纵联差动保护在原理上不反映相邻线路上发生的短路故障，不需要在时间上与相邻线路的保护配合，可实现全线速动。

2.3.2 保护整定计算原则
纵联差动保护通常按下列原则整定：（1）按躲过外部短路的最大不平衡电流：
I dz=K k K fzg×K tx×f i I bpmax
式中，K k———可靠系数，取1.3~1.5；
K tx———同型系数，两侧电流互感器同一型号取0.5，不同型号取1；
f i———电流互感器变比误差取0.1；
K fzg———非周期分量系数；
I bpmax———线路最大不平衡电流。

（2）按躲过电流互感器二次回路断线整定：
I dz=K k×I fhmax
式中，K k———可靠系数，取1.2~1.3；
I fhmax———正常运行时线路的最大负荷电流。

根据以上两个条件计算出的结果，选取其中较大的一个数值作为保护的整定值。

3 鲅鱼圈电网线路保护配置分析
鞍钢鲅鱼圈电网目前有220kV变电站1座，66kV变电站8座，220kV输电电路3条，66 kV线路部分为架空线，部分为电缆电路，线路长度最长为3km，最短为400m。

具体线路参数如表1。

3.1 速断、过流保护
由于都为短线路，速断保护失去选择性，不能满足要求。

可采用过流保护作为后备保护。

3.2 三段式距离保护
距离保护主要反映测量阻抗值，灵敏度较高，与电流保护相比，受电力系统运行方式变换影响较小，躲负荷能力强。

距离I段可保护线路全长80%~85%，动作时间t1为保护装置的固有时间。

距离II 段保护范围需与下一线路的保护定值相配合，一般为被保护线路全长及下一线路全长的
30%~40%，其动作时间t2与下一线路距离保护第I段的动作时间配合，一般为0.5s左右。

t2时间应大于下一线路距离保护第I段的动作时限。

第III段为后备保护，其保护范围较长，包括本线路和下一级线路的全长甚至更远。

其动作时间t3按阶梯原则整定，一般与下级线路的II段或III段配合整定。

3.3距离保护整定
当输入电流为In=1 A时，整定范围为0.05~125Ω。

距离元件定值误差<±5%。

距离I段保护整定Zdzj=Kk×Zl式中，Kk———可靠系数，取0.8~0.85；Zl———线路阻抗。

从上表中计算可以看出，可以部分采用距离保护作为线路的主保护。

但距离保护最容易受电压回路影响，而且距离保护的保护范围，会受到过度电阻等因素的影响，在短线路上距离I段的保护区很小，甚至没有保护区。

而考虑66 kV线路保护在鲅鱼圈电网中的重要作用，考虑电网的重要性与运行方式的多样性，采用差动保护作为线路主保护。

经过充分论证，选定了南瑞的RCS- 953系列高压输电线路成套保护装置，以分相电流差动保护为主保护，距离保护和过流保护作为后备保护。

4 鲅鱼圈电网保护运行情况
通过2007年到目前的电网运行情况说明了保护装置的可靠性。

特别是故障滤波分析和打印功能为分析故障提供了强有力的支持。

4.1 运行情况统计
运行情况统计见表2。

线路保护动作总次数为8次，正确动作次数为8次，保护正确动作率100%。

4次为鲅鱼圈分厂投产前期施工吊车将线路刮伤, 1次为一次设备故障，电流互感器的过电压保护器动作，导致电流采集的异常，两侧电流不平衡造成差动保护的动作。

3次为大风雨加雪恶劣天气导致线路结冰，相间绝缘低，造成保护的动作。

4.2 典型故障分析
2011年2月25日1：35营口地区天气恶劣，为大风雨加雪天气，受天气影响，系统波动，原料乙线距离Ⅰ段、差动保护动作跳闸，原料总降停一半、烧结总降10 kV系统停一半。

3：08 钢铁变望铁2#线距离一段，差动保护动作跳闸。

3：10 炼铁总降1#炼铁线（热备用）距离Ⅰ段、过流Ⅰ段保护动作跳闸，分公司生产、设备受到严重影响，事故影响到焦化、原料、烧结、热轧、厚板、高炉、1#TRT、制氧机等。

原因分析：因天气影响，线路结冰，望铁2#线、原料乙线、1#炼铁线绝缘降低，瞬时短路，保护正确动作切闸。

从保护装置的故障录波分析可明确判断出故障类型，故障地点，为处理事故提供了准确的信息。

5 易出问题与解决方法
5.1 冲击负荷造成的电流变化量启动元件频繁启动
如厚板、热轧在生产时，制氧大型同步机、炼铁电动鼓风机的投停、LF炉的生产都会造成电流的突变，线路保护突变量频繁启动、返回，保护连续启动会造成保护装置异常，内
部继电器的经常动作会影响装置的寿命，后台系统的频繁报警干扰运行人员的正常监控。

保护装置要选择适用于冲击负荷的保护装置，通过快速返回来降低经常启动返回的风险。

如鲅鱼圈分公司的66kV保护装置原设计时选用的南瑞保护装置RCS-953A，后改换为RCS-953D。

5.2 距离保护、过流保护的配合问题
66kV线路作为电网中的中枢环节，继电保护的整定不仅要考虑本设备，而且要考虑上下级的配合，特别是联络线，要根据运行方式进行两侧保护的切换。

6 结束语
中、低压短线路是冶金行业供电网络的一大特点，随着光纤数字通信技术的日益发展，光纤纵差保护以其原理简单、性能可靠在短线路保护中得到了广泛的应用，并将得到更加广泛的应用，为冶金企业电网提供可靠的设备和技术保障。