高压输电线路保护配置及调试

110kV线路保护配置及调试

齐齐哈尔电业局继电保护所

二〇一一年七月

110kV线路保护配置及调试

齐齐哈尔电业局继电保护所蒋大伟

摘要：本文对继电保护的发展过程以及继电保护在电力系统中的作用作了简要介绍，对常见类型的线路保护优缺点进行了分析，从纵联保护、距离保护和零序过流保护三个方面对110kV线路保护配置进行了论述，并基于PW系列继电保护试验仪，对北郊变110kV线路保护调试过程进行了分析，为新入继电保护专业的人员对继电保护中高压输电线路保护的设计以及调试具有指导意义。

关键词：继电保护；线路保护；保护配置；试验仪；保护调试

1.引言

电力系统飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电力电子技术、计算机技术与通信技术飞速发展又为继电保护技术发展不断地注入了新的活力，因此，继电保护技术在几十年时间里完成了发展的四个历史阶段：继电保护萌芽期、晶体管继电保护、集成运算放大器的集成电路保护和计算机继电保护。继电保护技术未来发展趋势向计算机化、网络化、智能化发展。

电力系统因覆盖地域广阔、运行环境复杂以及人为因素等，故障发生是不能完全避免的。在电力系统中任何一处发生事故，都有可能对电力系统安全稳定运行产生重大影响。继电保护任务就是在系统运行过程中发生故障（三相短路、两相短路、单相接地等）和出现不正常现象时（过负荷、过电压、低电压、低周波、瓦斯、超温、控制与测量回路断线等），能够自动、迅速、有选择性且可靠的发出跳闸命令将故障切除或发出各种相应信号，减少故障和不正常现象所造成的停电范围和电气设备的损坏程度，保证电力系统安全稳定运行。

2.常见类型线路保护对比分析

继电保护按保护原理不同，可分为电流保护、距离保护及纵联保护等，下面对各保护的优缺点进行对比分析。

电流保护通常由多段组成，一般是四段式，并可根据运行需要增减段数，其主要优点是简单、经济、可靠，在35kV及以下电压等级电网中得到了广泛应用。保护缺点是其保护范围与灵敏度直接受电网接线以及系统运行方式变化影响，例如整定值必须按系统最大运行方式来选择，而灵敏性则必须按系统最小方式来校验，这就使它往往不能满足灵敏系数和保护范围要求，因此难以满足更高电压等级复杂网络要求。

距离保护主要优点，能满足多电源复杂电网对保护动作选择性要求。阻抗继电器是同时反应电压降低和电流增大而动作的，因此距离保护较电流保护有较高灵敏性。其中Ⅰ段距离保护基本不受运行方式影响，Ⅱ、Ⅲ段受系统运行变化影响也较电流保护要小，保护区域比较稳定。主要缺点，一是不能实现全线瞬动，对双侧电网线路，将有全线30%-40%的第Ⅱ段时限跳闸，这对稳定有较高要求超高压远距离输电系统来说是不能接受的；二是阻抗继电器本身较长复杂，还增设了震荡闭锁装置，电压断线闭锁装置，保护装置调试比较麻烦，可靠性也相对低些。

电流保护、距离保护仅利用被保护原件（如线路）一侧的电气量构成保护判据，保护不可能快速区分本线路末端和对侧母线（或相邻线路始端）故障，因而只能采用阶段式的配合关系实现故障元件的选择性切除，导致线路末端故障需要Ⅱ段延时切除，难以满足高电压等级电力系统中稳定性对快速切除故障的要求。

纵联保护利用线路两侧的电气量进行判断，可以快速、可靠地区分本线路内部任何一点短路与外部短路，达到有选择、快速地切除全线路任何一点短路的目的。其中输电线路电流差动保护，不受系统振荡及非全相运行影响，同时也不受线路串补电容影响，本身具有选相能力，易于实现重合闸。缺点是需要通道，增加成本，而且不具备保护相邻线路功能。

在电力系统高压输电线路保护配置过程中，要结合实际电网接线方式和运行方式，综合考虑不同保护类型间的配合，制定和优化保护配置方案，充分发挥继电保护装置在电力系统稳定运行中的作用。

3.110kV线路保护配置方案

110kV级系统主接线形式多种多样，较为常见的有：内桥接线、扩大内桥接线、单母线分段和双母线接线等形式，保护配置一般无近后备双重化要求，断路器通常采用三相操作机构，按断路器配置操作回路，一般不设置失灵保护，按母线装设母差保护。根据《继电保护和安全自动装置技术规程GB/T 14285—200X》，电力系统中的电力设备和线路，应装设短路故障和异常运行的保护装置。电力设备和线路短路故障的保护应有主保护和后备保护，必要时可增设辅助保护。对于110kV～220kV中性点直接接地电力网的线路，单侧电源线路，可装设阶段式相电流和零序电流保护，作为相间和接地故障的保护，如不能满足要求，则装设阶段式相间和接地距离保护，并辅之用于切除经电阻接地故障的一段零序电流保护，双侧电源线路，可装设阶段式相间和接地距离保护，并辅之用于切除经电阻接地故障的一段零序电流保护。

通常110 kV级输电线路一般只要求配置一套主保护距离保护＋零序过流保护的后备保护及重合闸一体化保护装置，一般每面柜布置不超过两回线路保护。对于特别重要线路，可以配置全线速动的纵联距离保护或光纤差动保护，装置自带操作回路，同时支持外接操作回路。针对110kV级输电线路的保护功能需求，常用三种典型线路保护配置技术方案，如图3.1、3.2和3.3所示。

图3.1 110kV级输电线路常规技术方案一

图3.2 110kV级输电线路常规技术方案二

图3.3 110kV级输电线路常规技术方案三

4.110kV线路保护调试

RCS-943系列高压输电线路保护装置为由微机实现的数字式输电线路成套快速保护装置，可用作110输电线路的主保护及后备保护。RCS-943包括以分相电流差动和零序电流差动为主体的快速主保护，由三段相间和接地距离保护、四段零序方向过流保护构成的全套后备保护，装置配有三相一次重合闸功能、过负荷告警功能，装置还带有跳合闸操作回路以及交流电压切换回路。

下面以北郊变110kV北裕线为例，基于PW系列继电保护试验仪，对RCS-943A型高压输电线路保护装置进行调试。装置参数如表3-1所示。

表3-1 装置参数

试验1：光纤纵差保护

1．测试项目：光纤纵差保护定值校验；

2．保护定值：差动电流高定值4.5A；差动电流低定值3A；

3．校验点整定倍数：0.95倍定值保护可靠动作；1.05倍定值保护可靠不动作；4．试验步骤：

(1)在做光纤纵差试验时，先将光端机的接收“RX”和发送“TX”用尾纤短接，构成自发自收方式；

(2)仅投入差动保护压板；

(3)整定保护定值控制字中“投纵联差动保护”、“专用光纤”、“通道自环”、“投重合闸”和“投重合闸不检”均置1；

(4)等保护充电，直至充电灯亮，且TV断线灯不亮；

(5)加故障电流I>1.05×0.5×4.5(差动电流高定值)，装置面板上相应跳闸灯亮，液晶上显示“电流差动保护动作”；

(6)加故障电流I>1.05×0.5×3(差动电流低定值)，装置面板上相应跳闸灯亮，液晶上显示“电流差动保护动作”；

(7)加故障电流I<0.95×0.5×3(差动电流低定值)，装置可靠不动作；

试验2：距离保护

1．测试项目：接地距离和相间距离定值校验及动作时间测试；

2．保护定值：

接地距离：Ⅰ段定值2Ω：Ⅱ段定值4Ω，时间0.5s，Ⅲ段定值6Ω ，时间1s；相间距离：Ⅰ段定值2Ω，Ⅱ段定值4Ω，时间0.5s，Ⅲ段定值6Ω，时间1s；3．校验点整定倍数：0.95倍定值保护可靠动作；1.05倍定值保护可靠不动作；