淺談110 k V線路保護的基本配置

王 擘

（錫林郭勒電力勘察設計院，內蒙古 錫林浩特026000）

0 引言

隨著我國電網電壓等級的不斷提高，電網傳送的功率不斷增大，但是110 k V線路依然屬于骨干網架，在供電中發(fā)揮著巨大作用，對110 k V線路的保護也尤為重要。由于電網的運行環(huán)境情況多變，系統(tǒng)運行方式改變頻繁，因此110 k V線路的保護對維護電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有重要作用。

輸電線路的故障有單相接地故障、兩相接地故障、相間故障等多種類型。對于110 k V輸電線路來說，單相接地以及兩相接地故障發(fā)生概率最大，最多能占到總故障量的90%以上，110 k V保護裝置的差動保護、零序電流保護以及接地距離保護是必須配置的。而相間距離保護則可以應對兩相不接地故障。因此，對于110 k V線路保護，通常采用電流差動保護作為線路的快速主保護，三段相間以及接地距離保護、四段零序方向過流保護作為線路的后備保護，并同時具備重合閘以及過負荷告警功能。本文將對線路的相關保護配置進行深入說明，并對若干問題進行研究。

1 110 k V線路保護的基本配置

1.1 電流差動保護

根據繼電保護原理，作為110 k V線路后備保護的距離保護以及零序過流保護，其能瞬時動作的為第Ⅰ段，不能將線路的全長納入保護范圍。如果要整條線路內做到最快速度隔離故障，則需要令兩側的保護之間實現通信，采取縱聯(lián)差動保護。裝置可以采用專用光纖或復用通道實現通信連接。光纖以其傳送信息量大、不被干擾、重量小等優(yōu)勢，取得了越來越多的應用。通常在纖芯數量以及信號傳送距離允許的范圍內，則采用專用光纖作為線路兩側保護的信號傳輸通道。若信號傳送的功率不能滿足通信需求的話，則采用復用通道。光纖縱聯(lián)保護在110 k V線路保護中取得廣泛應用，其主要原因在于這種保護方式能夠實現線路全線的速動保護。線路兩側的保護裝置對各側的電流進行采樣，利用通信通道將電流值傳輸到對側，保護裝置將本側以及對側的電流值進行處理，得到差動電流的大小后，綜合考慮到跳閘位置、TA斷線或飽和等因素后，對線路是否發(fā)生故障進行判定。如果判斷發(fā)生了區(qū)內故障，保護裝置將立即動作將故障切除；若判斷為區(qū)外故障，則保護不動作并進行制動。

此保護需要考慮到TA的特殊狀況。若TA發(fā)生斷線，線路斷線側的元件會啟動。但是由于對側的TA正常，因此啟動元件不動作，不會將差動保護動作的信號發(fā)送給本側，所以線路電流差動保護不會誤動作。如果TA斷線時線路出現接地，則需要判斷保護裝置是否使用TA斷線閉鎖差動功能。如果該功能被使用，則即使出現故障或干擾，電流差動保護都將被閉鎖出口，保護不動作。若該功能退出，則TA斷線差流大于TA斷線差流整定值時，保護裝置將開放差動保護。除此之外，如果發(fā)生區(qū)外故障，TA很可能會出現飽和狀態(tài)，此時保護裝置將采用較大的自動系數以及浮動自動門檻，保障TA飽和的情況下保護裝置不會誤動。

由此可見，電流差動保護的原理較為簡單，不受電力系統(tǒng)振蕩的影響，保護原理能夠實現選相，保護出口時間短，滿足作為主保護的要求［1－2］。

1.2 距離保護

根據距離保護的原理，當線路發(fā)生故障后，保護裝置測量到的電壓為殘余電壓，測量到的電流為線路的短路電流，電壓與電流的比值接近于電流互感器到故障點的線路阻抗［3－4］。距離保護相比于單純采用電流保護靈敏度大大提高，并且能夠通過阻抗值反映出故障點距保護安裝處的距離。阻抗距離繼電器在電力系統(tǒng)處于正常狀態(tài)時，測量到的阻抗值為負荷阻抗，因此不動作。當電力系統(tǒng)在距離保護范圍內出現短路故障后，阻抗繼電器動作。

距離保護根據不同的保護范圍啟動時間不同，其啟動時間和保護距離之間的關系即為距離保護的動作特性。對于110 k V線路的距離保護，通常采用三段式的動作特性，以達到繼電保護的選擇性和快速性。動作時間最短的是第Ⅰ段保護，由于裝置不能將本線路末端的故障與相鄰線路始端的故障相區(qū)分，為了保證繼電保護的選擇性，距離保護的第Ⅰ段不能保護到線路的全長。將繼電器以及互感器干擾因素計算進去后，第Ⅰ段距離保護通常只能達到全長的80%～85%。距離保護設置第Ⅱ段，能夠保護到Ⅰ段沒有覆蓋的本段線路。距離Ⅱ段動作的時間應當比相鄰線路的距離Ⅰ段動作時間長一些，同時距離Ⅱ段的覆蓋范圍需要延伸到相鄰線路，并小于相鄰線路距離Ⅰ段的覆蓋范圍。最終的結果是距離Ⅱ段的保護范圍將延伸到相鄰線路側30%～40%的范圍，其動作時間為0.5 s左右。距離Ⅲ段保護則作為相鄰線路以及斷路器拒動的后備保護，通常距離Ⅲ段的定值是按照躲過電力系統(tǒng)無故障運行時最小負荷阻抗來確定，在正常情況下，距離Ⅲ段保護不會動作。其保護范圍應當覆蓋本線路以及下一條線路的全范圍，其動作時間要大于相鄰線路的所有保護動作時間。

綜上所述，距離Ⅰ段保護的動作時間為瞬時動作，能夠保護本條線路80%～85%的范圍。距離Ⅱ段保護動作時間為0.5 s左右，能夠保護本條線路余下的范圍以及相鄰線路始端30%～40%的范圍。距離Ⅲ段保護動作時間最長，保護范圍最大。

1.3 零序過流保護

在110 k V電壓等級的電網中，中性點一般直接接地，當出現單相接地后，三相電壓不平衡產生零序電壓，故障相流過短路電流，另外兩相電流正常，產生零序電流［5－6］。110 k V線路出現故障時將產生較大的零序電流和零序電壓，故零序過流保護可以通過測量線路故障時的零序分量構成保護原理。

零序過流保護一般設置4個帶延時的零序方向過流保護，最新的110 k V線路保護裝置的各段零序保護可以選擇方向元件。當出現TV斷線的狀況后，零序Ⅰ段保護可以選擇投入或退出。零序電流保護的啟動由過流元件控制，因此零序保護動作定值必須大于啟動值。

零序保護的Ⅰ段保護定值設置時，應當能夠躲過本線路末端出現故障時的最大不平衡電流，以及斷路器合閘時由于不同時動作所產生的最大零序電流。零序Ⅱ段保護能夠保護本線路的全長，其電流整定值應當與相鄰線路的零序Ⅰ段動作值相配合，動作時間也應當比相鄰線路零序Ⅰ段動作時間長。零序Ⅲ段保護整定值是躲過相鄰線路故障時本線路最大不平衡電流值，作為本線路的近后備保護以及相鄰線路的遠后備保護。零序Ⅳ段保護是相鄰線路的后備保護，能夠反映本線路末端經較大過渡電阻接地的故障類型。

1.4 重合閘

在電網中，很大一部分故障是由于風導致線路之間、線路與樹木之間等暫時性的情況所引起，此類故障在斷路器斷開后，電壓為0，使電弧熄滅，線路的絕緣水平得到恢復，輸電線路實際上能夠開始正常供電。因此，110 k V線路保護裝置中應配置自動重合閘功能。通過配置自動重合閘功能，能夠大大提高輸電線路供電的可靠性。在保護裝置出現誤動作或斷路器偷跳的情況下，也能通過重合閘得以修正。

重合閘通常要求動作時間短，基本上能夠滿足斷路器滅弧以及斷路器操作機構做好合閘的準備時間后，就應當盡快重合閘。當重合閘動作一次后，若出現合閘在永久性故障后，應當能夠加速斷開故障，并不再重合閘。若是由相關人員進行手動跳閘后，也不應當啟動重合閘。若是手動合閘后出現斷路器合閘在故障線路，保護動作后重合閘也不應啟動。

110 k V線路保護的重合閘一般設置為三相一次重合閘方式，通常有檢線路無壓重合閘、檢母線無壓重合閘、同期重合閘以及直接重合閘幾種情況。檢無壓時，保護裝置檢測到電壓值應當小于30 V，檢同期時，電壓應當大于40 V，線路電壓與母線電壓的相位差也應當在規(guī)定范圍內。

2 110 k V線路保護中若干問題的研究

2.1 不對稱相繼速動保護

在出現不對稱故障時，110 k V線路保護通常利用經故障側將故障隔離后電流降為0的原理，實現不對稱故障后能夠相繼速動跳閘，其動作原理圖如圖1所示。

若線路的末端出現故障，則N側由于距離較近，其保護動作時間較短，能夠快速將故障隔離。與此同時，三相斷路器跳開后，正常相的電流也降為0。而M側的繼電保護裝置檢測到任意相電流為0，并且保護啟動后不返回，則不經過保護的延時而直接跳開M側的斷路器，將故障隔離開。

圖1 不對稱故障保護動作示意圖

2.2 雙回線相繼速動保護

雙回線相繼速動保護是通過采取雙回線路上各自的距離繼電器進行相互閉鎖，進而實現相繼速動功能。保護原理簡單，效果很好，既能應對不對稱故障，也能應對對稱故障，能夠實現線路的加速，其原理圖如圖2所示。

圖2 雙回線保護動作示意圖

兩條并行的線路中，若雙回線相繼速動投入，Ⅱ段距離保護元件動作或者是其他裝置使斷路器跳閘，裝置將輸出FXJ信號，去講另一回線的Ⅱ段距離相繼速跳元件閉鎖。

距離Ⅱ段繼電器動作后，如果接收到相鄰線路發(fā)過來的FXJ信號，并且之后FXJ信號又取消了，則距離Ⅱ段繼電器在短時間的延時后將斷路器斷開。

3 結語

110 k V線路作為縣級電網的骨干網絡，其保護配置的合理性至關重要。本文根據最新的保護裝置性能，對110 k V線路保護的基本配置及其動作原理進行了研究。這對運行人員以及繼保人員深入理解110 k V線路保護原理，提高事故處理能力，保障設備和電網的安全具有重要意義。

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