750kV输电线路继电保护原理综述_秦文萍

第1期(总第137期)

2007年2月

山　西　电　力

SHANXI EL ECTRIC POWER

No 11(Ser 1137)

Feb 12007

750kV 输电线路继电保护原理综述

秦文萍1,肖　莹2,王晋川2

(11太原理工大学电气与动力工程学院,山西太原　030024;21山西电力科学研究院,山西太原　030001)

摘要:介绍了750kV 输电线路的特点及其对继电保护的影响,讨论了特高压输电线路主保护的

工作原理,通过对各种原理的比较分析,阐明了各自的优缺点和适用性,并对未来研究的发展方向进行了探讨。

关键词:750kV 输电线路;继电保护;原理中图分类号:TM773 文献标识码:A 文章编号:167120320(2007)0120009203

收稿日期:2006208230,修回日期:2006212215

作者简介:秦文萍(19722),女,山西新绛人,1995年毕业于太

原工业大学电力系统及自动化专业,讲师;肖　莹(19732),女,重庆人,1995年毕业于太原工业大学电力系统及自动化专业,高级工程师;

王晋川(19642),男,四川南充人,1985年毕业于太原工业大学电力分院电力系统及自动化专业,高级工程师。

0　引言

输电线的输送能力与其额定电压的平方成正比,与波阻抗成反比。只从电压方面考虑,750kV 输电线的自然功率就比500kV 输电线大1倍多,不同电压等级下的自然输送功率见表1。再考虑到750kV 输电线的波阻抗小于500kV 输电线的波阻抗,其自然功率将更高。但从建设投资看,750kV 输电线的投资比500kV 输电线投资的增长

不到半倍,故有显著的经济效益和技术优势[1]。我

国地域辽阔、人口众多、资源丰富,但人口和能源分布极不平衡。要充分利用西部能源和东部的工业基础有效、快速地发展经济,特高压输电线是不可或缺的。我国目前正在进行特高压输电系统的研究和建设,于2005年9月在西北建成的官亭至兰州东1401708km 长的750kV 输电线路即是其中的一部分。与500kV 超高压输电线路相比,750kV 输电线路的输送容量更大、线路距离更长、系统短路容量更大,因而对线路继电保护的要求也就更高。

表1　不同电压等级下的自然输送功率

电压等级/kV

自然功率/MW

220120330360500900750

2300　

1　750kV 输电线路的特点

111　线路过电压[2]

750kV 有关技术标准按额定电压750kV ,最

高运行电压800kV ,工频过电压水平按母线、线路侧分别为113,114倍的最高工作相电压考虑。在电网接线完整的情况下,750kV 线路开断点线路侧工频过电压不超过113倍,母线侧不超过112倍。

与一般高压输电线不同,特高压输电线继电保护的任务首先是保证不产生不能允许的过电压,其次是保证系统稳定。因为特高压输电线绝缘子短时间能承受过电压的裕度较小,当过电压使线路绝缘子击穿时,更换绝缘子停电造成的经济损失远大于系统稳定破坏造成的损失。为了保证过电压不超过允许值,特高压输电线路允许一端投入另一端断开的时间远小于两端保护相继动作切除故障的时间。所以,特高压输电线上发生任何故障时必须以最短时间从两端同时切除故障,不能允许两端保护相继动作切除故障。因此,对于特高压输电线要求有两套不同原理的能快速切除各种故障的主保护,另有一套能通过通道传送跳闸信号或允许跳闸信号的后备保护,以保证在负荷状态和任何故障情况下从两

端三相切除的时间差不大于40～50ms (准确数字应通过过电压计算确定)。其中考虑两端保护动作的时间差约20ms 以及两端断路器断开时间之差约20ms 。两套主保护必须从TA ,TV 交流输入、直

流电源到跳闸线圈完全独立。

与此同时,自动重合闸与保护的配合方式对保护配置的整体性能有很大影响。对于特高压输电

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9・

综述与专论

线,为了防止操作过电压,应将两端断路器切除的

时间差限制在40～50ms 以下,而重合也要有一定的时间差(具体数值应根据过电压计算确定)。输电线的投入和切除都应该是半自动的。例如投入时从一端(应预先经过过电压计算,先投入产生过电压小的一端)手动投入,同时通过通道自动启动对端的同期并列装置进行同期投入。在手动切除时也是从一端手动切除,同时通过通道传送跳闸信号切除另一端。在故障跳闸后的自动重合闸和重合闸不成功时的二次跳闸,也应按一定的顺序进行。

特高压输电线在两相运行状态下也可能产生较高的过电压。如果经过过电压计算在非全相状态下产生的过电压倍数(考虑到故障相切除时的暂态过电压)大于一定值时则不允许采用单相重合闸,只能是三跳三合。对于允许采用单相重合闸的线路,两端重合的顺序和时间间隔要预先通过过电压计算来确定。对于单相重合不成功时切除其它两相的顺序和时间间隔也要预先通过过电压计算来确定。112　线路的分布电容[3]为了使750kV 线路达到最佳运行状态和提高传输能力,需尽可能减少输电线路单位长度的电阻和电感,减少漏电导,增大电容。为此,750kV 输电线路通常采用6分裂导线。与500kV 输电线路相比,导线的等效直径增大、阻抗下降、阻抗角增大、传输功率增大、相对相以及相对地之间的分布电容增大、线路的电容电流也增大。对于500kV 输电线路,线路电容电流约为110A/100km ,而对于750kV 输电线路,电容电流可达(190～200A )/100km ,而传送自然功率时电流约为1700A 。

由于分布电容电流的影响,线路两侧电流的幅值、相角都会有很大改变。电容电流的存在,对某些差动原理的保护有严重影响。在负荷电流较小时,直接影响差动保护的灵敏度和可靠性,在经大过渡电阻接地时更容易造成保护拒动,所以需要采用并联电抗器等电容电流补偿措施来提高这些差动保护的可靠性和灵敏性。

此外,分布电容在暂态过程中还将引起电感、电容的谐振和各种高频自由振荡分量,在稳态过程中将引起电压电流相位和幅值严重畸变,谐波含量最大可达50%。当线路负荷比较小、发生接地短路且过渡电阻较大时,波形畸变就更严重。由于等值容抗大小与频率成反比,在高频分量作用下使相应等值容抗变小。在长线末端故障电流中含有的高频分量很大,经分析其高频谐波分量主要为2到4次谐波和11到13次谐波。谐波的存在对距离保护的精确计算影响很大,易造成距离保护稳态超越,尤其是2到4次谐波,与基波频率接近,应采取专门的带阻滤波器来滤除。113　故障时衰减缓慢的非周期分量[4]在750kV 特高压输电线路中,由于线路感抗小、阻抗角大,衰减时间常数大且线路中一般接有并联电抗器,导致线路发生故障时,电流在短路瞬间不能突变而产生很大的衰减非周期分量,且衰减非常缓慢,在大容量发电机出口短路时衰减时间常数可达150～200ms 。长时间的衰减非周期分量,容易造成距离Ⅰ段暂态超越,也会造成95%距离Ⅰ段动作时间过长。同时,由于短路电流大而易引起TA 暂态饱和。不仅在首次区外故障时易造成TA 饱和,在区外永久性故障,下级线路重合到故障时,由于TA 带有剩磁,更容易引起本线TA 饱和。这就要求线路保护装置采用的TA 在大短路电流下能正确传变,不能出现暂态饱和及稳态饱和,同时保护装置对小电流(011I n )及大电流均应能正确反应。114　过渡电阻[5]

在750kV 特高压输电线路中,允许过渡电阻高达400Ω。由于750kV 特高压输电线路一般较长,在线路末端故障经400Ω电阻接地时,零序电压很小,就会出现在末端故障经大电阻短路时,零序电流较大,而零序电压很小甚至为零的情况。由于零序电压很低,无法根据电压区分正常状态还是接地故障,此时零序方向保护无法进行准确判别,从而使零序方向保护距动。纵联方向、纵联距离原理为主保护的线路保护对高阻接地故障采用纵联零序原理时,应考虑长线末端故障经400Ω大过渡电阻短路时零序电压很小,不能判别方向的情况。

2　750kV 输电线路的主保护工作原理

目前比较成熟的、在我国有运行经验的、可以作为主保护的纵联保护原理有:工频变化量方向保护、负序方向保护、分相电流差动保护、距离方向保护和相电压补偿式方向保护等。这几种原理各有优缺点,现分析如下。211　工频变化量方向纵联保护[6]

工频变化量方向纵联保护可反应全相和非全相状态下的各种故障,不受负荷电流、系统振荡等因素的影响且动作速度很快,已在我国500kV 和220kV 输电线路上取得成功的运行经验。其主要缺点与所有利用故障分量的保护一样,是只能反应故障的初始瞬间,不能反应故障的全过程。其次,其灵敏度与系统运行方式(保护背后系统阻抗)有

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