750kV輸電線路繼電保護原理綜述

1、750kV輸電線路繼電保護原理綜述第1期(總第137期)2007年2月山西電力SHANXIEI,FTRICP()WERNO.1(Scr.137)Feb.2OO7750kV輸電線路繼電保護原理綜述秦文萍,肖(1-太原理工大學電氣與動力工程學院.山西太原瑩.,王晉川030024;2.山西電力科學研究院,山西太原030001)摘要:介紹了750kV輸電線路的特點及其對繼電保護的影響.討論了特高壓輸電線路主保護的工作原理,通過對各種原理的比較分析.闡明了各自的優(yōu)缺點和適用性,并對未來研究的發(fā)展方向進行了探討.關鍵詞:750kV輸電線路;繼電保護;原理中圖分類號:TM773文獻標識碼:A文章編號:167

2、10320(2007)010009030引言1750kV輸電線路的特點輸電線的輸送能力與其額定電壓的平方成正比,與波阻抗成反比.只從電壓方面考慮,750kV輸電線的自然功率就比500kV輸電線大1倍多,不同電壓等級下的自然輸送功率見表1再考慮到750kV輸電線的波阻抗小于500kV輸電線的波阻抗,其自然功率將更高.但從建沒投資看,750kV輸電線的投資比500kV輸電線投資的增長不到半倍,故有顯著的經濟效益和技術優(yōu)勢.我國地域遼闊,人口眾多,資源豐富,但人L】和能源分布極不平衡.要充分利用西部能源和東部的工業(yè)基礎有效,快速地發(fā)展經濟,特高壓輸電線是不可或缺的.我國目前正在進行特高壓輸電系統(tǒng)的研

3、究和建設,于2005年9月在西北建成的官亭至蘭州東14O.708km長的750kV輸電線路即是其中的一部分.與500kV超高壓輸電線路相比,750kV輸電線路的輸送容量更大,線路距離更長,系統(tǒng)短路容量更大,因而對線路繼電保護的要求也就更高.表l不同電壓等級下的自然輸送功率電壓等級/kv自然功率/MW22033050O75()12036o9002300收稿日期:20060830.修回日期:2006一l2一l5作者簡介:秦文萍(1972),女,山兩新絳人,l995年畢業(yè)于太原lT業(yè)大學電力系統(tǒng)及自動化專業(yè),講師;肖瑩(1973),女,蕈慶人,1995年畢業(yè)于太原業(yè)大學電力系統(tǒng)及自動化業(yè).高級工程師

4、;晉川(I()64一).四川南克人.1985q-牛,l于太麒業(yè)大學電力分院電力系統(tǒng)及自動化簟業(yè),高級r程師1.1線路過電壓750kV有關技術標準按額定電壓750kV,晟高運行電壓800kV,_廠頻過電壓水平按母線,線路側分別為1.3,1.4倍的最高工作相電壓考慮.在電網接線完整的情況下,7,50kV線路開斷點線路側工頻過電壓不超過1.3倍,母線側不超過1.2倍.與一般高壓輸電線不同,特高壓輸電線繼電保護的任務首先是保證產生不能允許的過電壓,其次是保證系統(tǒng)穩(wěn)定.因為特高壓輸電線絕緣子短時間能承受過電壓的裕度較小,當過電壓使線路絕緣子擊穿時,更換絕緣子停電造成的經濟損失遠大于系統(tǒng)穩(wěn)定破壞造成的損失

5、.為了保證過電壓不超過允許值,特高壓輸電線路允許一端投入另一端斷開的時間遠小于兩端保護相繼動作切除故障的時間.所以,特高壓輸電線上發(fā)生任何故障時必須以最短時間從兩端同時切除故障,不能允許兩端保護相繼動作切除故障.因此,對于特高壓輸電線要求有兩套不同原理的能快速切除各種故障的主保護,另有一套能通過通道傳送跳閘信號或允許跳閘信號的后備保護,以保證在負荷狀態(tài)和任何故障情況下從兩端三相切除的時間差不大于4O50ms(準確數(shù)字應通過過電壓計算確定).其中考慮兩端保護動作的時問差約20ms以及兩端斷路器斷開時間之差約20ms.兩套主保護必須從T人,TV交流輸入,直流電源到跳閘線圈完全獨立.此同酬,自動重合

6、閘與保護的配合方式對保護配置的整體性能有很大影響.對于特高壓輸電?9|.|_2007年第1期線,為r防止操作過電壓,心將兩端斷路器切除的時問差限制任4O50HIS以下,而重合也要有一定的時間差(具體數(shù)值直根據過電壓箅確定).輸電線的投入和切除都應該是半自動的.例如投入時從一端(應預先經過過電計算,先投入產生過電壓小的一端)手動投入,同時通過通道自動啟動對端的蚓期并列裝置進行同期投入.在手動切除時也是從一端手動切除,同時通過通道傳送跳閘信號切除另一端.在故障跳閘后的自動重合閘和重合閘不成功時的二次跳閘,電應按一定的順序進行特高壓輸電線在兩相運行狀態(tài)下也可能產生較高的過電壓.如果經過過電壓計算在非

7、仝相狀態(tài)下產生的過電壓倍數(shù)(考慮到故障相切除時的暫態(tài)過電壓)大于一定值時則不允許采用單相重合閘,只能是三跳二合.對于允許采用單相重合閘的線路,兩端重合的順序和時間間隔要預先通過過電壓計算來確定.對于單相重合,f成功時切除其它兩相的順序和時問問隔也要預先通過過電壓計算來確定.1.2線路的分布電容為r使750kV線路達到最佳運行狀態(tài)和提高傳輸能力,需盡可能減少輸電線路單位乏度的電阻和電感,減少漏電導.增大電容.為此,750kV輸電線路通常采用6分裂導線.與500kV輸電線路相比,導線的等效直徑增大,阻抗下降,阻抗角增大,傳輸功率增大,相對相以及相對地之間的分布電容增大,線路的電容電流也增大對于50

8、0kV輸電線路,線路電容電流約為11O人/100km,而對于750kV輸電線路,電容電流町達(190200八)門00km,而傳送自然功率時電流約為1700A.由于分布電容電流的影響,線路兩側電流的幅值,相角都會有很大改變.電容電流的存在,對某止匕差動原理的保護有嚴重影響.在負荷電流較小時,直接影響差動保護的靈敏度和可靠性,在經大過渡電阻接地時更容易造成保護拒動,所以需要采用并聯(lián)電抗器等電容電流補償措施來提高這些差動保護的可靠性和靈敏性.此外,分布電容在暫態(tài)過程中還將引起電感,電容的諧振和各種高頻自由振蕩分量,在穩(wěn)態(tài)過程中將引起電壓電流相位和幅值嚴重畸變,諧波含量最大可達50.當線路負荷比較小,

9、發(fā)生接地短路且過渡電阻較大時,波形畸變就更嚴重.由于等值容抗大小與頻率成反比,在高頻分量作用下使相應等值容抗變小.在長線末端故障電流中含有的高頻分量很大,經分析其高頻諧波分量主要為2到4次諧波和11到13次諧波.諧波的存在對距離保護?1o的精確計算影響很大,易造成距離保護穩(wěn)態(tài)超越,尤其是2到4次諧波,與基波頻率接近,應采取專門的帶阻濾波器來濾除.1.3故障時衰減緩慢的非周期分量在750kV特高壓輸電線路中,由于線路感抗小,阻抗角大,衰減時間常數(shù)大且線路中一般接有并聯(lián)電抗器,導致線路發(fā)生故障時,電流在短路瞬間不能突變而產生很大的衰減非周期分量,且衰減非常緩慢,在大容量發(fā)電機出口短路時衰減時間常數(shù)

10、可達15O200H1S.長時間的衰減非周期分量,容易造成距離I段暫態(tài)超越,也會造成95距離l段動作時間過長.同時,由于短路電流大而易引起rrA暫態(tài)飽和.不僅在首次區(qū)外故障時易造成TA飽和,在區(qū)外永久性故障,下級線路重合到故障時,由于TA帶有剩磁,更容易引起本線T人飽和.這就要求線路保護裝置采用的T人在大短路電流下能正確傳變,不能出現(xiàn)暫態(tài)飽和及穩(wěn)態(tài)飽和,同時保護裝置對小電流(0.1J)及大電流均應能正確反應.1._過渡電阻L5在750kV特高壓輸電線路中,允許過渡電阻高達4000.由于750kV特高壓輸電線路一般較長,在線路末端故障經400n電阻接地時,零序電壓很小,就會出現(xiàn)在末端故障經大電阻短

11、路時,零序電流較大,而零序電壓很小甚至為零的情況.由于零序電壓很低,無法根據電壓區(qū)分正常狀態(tài)還是接地故障,此時零序方向保護無法進行準確判別,從而使零序方向保護距動.縱聯(lián)方向,縱聯(lián)距離原理為主保護的線路保護對高阻接地故障采用縱聯(lián)零序原理時,應考慮長線末端故障經400Q大過渡電阻短路時零序電壓很小,不能判別方向的情況.2750kV輸電線路的主保護工作原理目前比較成熟的,在我國有運行經驗的,可以作為主保護的縱聯(lián)保護原理有:工頻變化量方向保護,負序方向保護,分相電流差動保護,距離方向保護和相電壓補償式方向保護等.這幾種原理各有優(yōu)缺點,現(xiàn)分析如下.2.1工頻變化量方向縱聯(lián)保護工頻變化量方向縱聯(lián)保護可反應

12、全相和非全相狀態(tài)下的各種故障,不受負荷電流,系統(tǒng)振蕩等因素的影響且動作速度很快,已在我國500kV和220kV輸電線路上取得成功的運行經驗其主要缺點與所有利用故障分量的保護一樣,是只能反應故障的初始瞬間,不能反應故障的全過程.其次,其靈敏度與系統(tǒng)運行方式(保護背后系統(tǒng)阻抗)有2007年2月秦史萍.等:750kV輸電線路繼電保護原理綜述滔謄埝|關,有一定程度的不確定性,但是作為方向元件,靈敏度總是能夠保證的.因此,這種保護原理作為特高壓輸電線的主保護沒有問題.2.2負序方向縱聯(lián)保護負序方向縱聯(lián)保護具有悠久的歷史和豐富的運行經驗.負序分量存在于故障的全過程,因此負序方向縱聯(lián)保護可以可靠地反應不對稱

13、故障的全過程,不受振蕩的影響.但其主要缺點是被認為不能可靠反應三相短路.在集成電路式和非微機保護中,負序分量用模擬電路(負序過濾器)提取,由于三相短路初始瞬間出現(xiàn)的不對稱和負序過濾器電路有一定的濾除高頻分量的能力等原因,負序方向保護也可反應三相對稱短路.對于如三相地線未拆除等固定的三相短路則靠后備距離保護反應.但這個方法町能不適合于微機保護因為微機保護中的數(shù)字負序過濾器很難在三相短路初始瞬間數(shù)個毫秒的不對稱期間內正確地濾出負序分量,因而很難捕捉到三相短路初始瞬間的不對稱短路但如果給負序功率方向元件配以正序故障分量方向元件或相電流相電壓突變量方向元件門反應三相短路,可以構成一種完善的縱聯(lián)保護.負

14、序方向縱聯(lián)保護的另一缺點是在非全相狀態(tài)下再故障時不能可靠動作.綜上所述,負序功率方向(也可輔以零序功率方向)配以正序突變量方向或相電流電壓突變量方向的縱聯(lián)保護在理論上和實踐上都是比較成熟的,應是特高壓輸電線主保護的待選方案之一.2.3分相電流差動縱聯(lián)保護分相電流差動縱聯(lián)保護從原理上是最理想的保護方式,具有絕對的選擇性,不受系統(tǒng)振蕩的影響,不受運行方式的影響,受過渡電阻的影響小,本身具有選相功能.但由于特高壓線路分布電容電流的影響,將使線路區(qū)外故障時兩端電流的波形,幅值和相位都發(fā)生嚴重畸變,影響電流差動的正常工作.因此欲采用分相電流差動保護原理時,應采取補償電容電流的措施.對于微機保護可研究補償

15、電容電流的算法,尤其是補償暫態(tài)電容電流的算法.在不采取電容電流補償措施的情況下,分相電流差動保護可能只能用在200km以下的線路,其電容電流可達到自然功率電流的2O左右,外部故障時所產生的不平衡電流還可用定值躲過.2.4距離縱聯(lián)保護7距離縱聯(lián)保護優(yōu)點很多,有豐富的運行經驗.其主要優(yōu)點是可以兼作主保護和下一級線路的遠后備保護,保護范圍基本固定(若不考慮過渡電阻影響),不受系統(tǒng)運行方式變化影響,根據線路情況和保護目標可以采用各種不同的動作特性等.但其缺點是受系統(tǒng)振蕩影響很大.必須采用復雜的影響保護動作可靠性的振蕩閉鎖措施;受過渡電阻影響保護范圍可能縮短或伸長;另外,方向性特性(動作特性通過原點)不

16、能可靠反應保護安裝處的故障;受線路串補電容影響可能使動作范圍大大縮短;電壓回路斷線可能造成立即誤動作,必須采用高速的電壓同路斷線閉鎖措施等.此外,用于特高壓輸電線時必須按分布參數(shù)整定.使得保護定值不能直接反應保護范圍的長度,保護整定復雜,精度降低,線路保護I段的動作范圍要留有較大的裕度.按照距離保護的以上特點,可配以遠方跳閘信號,作為特高壓輸電線的獨立后備保護較好.2.5相電壓補償式方向縱聯(lián)保護I相電壓補償式方向縱聯(lián)保護主要優(yōu)點是可反應全相狀態(tài)下各種故障和非全相狀態(tài)下除兩卡日接地外的其他各種故障的全過程,在合理整定條件下不受傘相狀態(tài)和非全相狀態(tài)下系統(tǒng)振蕩的影響.在反方向的各種故障包括經各種過渡

17、電阻故障的情況下有很強的方向忡.也可按照多相補償?shù)脑碜鳛橄乱患壘€路的后備保護.其缺點是在單相接地時允許過渡電阻的能力較差,其次是動作時問需要23nqs左右.這種保護原理可作為第二主保護,或作為非傘相狀態(tài)下的保護,專門用以反應單相重合閘周期中的故障此外,目前還出現(xiàn)了完全不受電容電流影響的基于貝瑞隆模型的差動保護,包括分相電流差動和相位差動的原理.綜上所述,建議作為特高壓輸電線路的第一主保護采用工頻變化量方向縱聯(lián)保護原理,作為第二主保護可采用負序方向和零序方向結合的縱聯(lián)保護或相電壓補償式縱聯(lián)保護原理,作為非全相狀態(tài)下的保護可采用相電壓補償式縱聯(lián)保護.對于220km以下的特高壓輸電線可采用分相電流

18、差動保護作為第二主保護.對于以上各種保護都要深入研究特高壓輸電線路電容電流的影響和通道(載波,光纖通道)的緊密配合,充分發(fā)揮通道作用,以滿足特高壓輸電線路防止過電壓和保證保護靈敏性,選擇性,可靠性等問題.作為特高壓輸電線路的后備保護可采用距離保護.要根據實際情況選擇不同的動作特性,并充分利用微機保護容易實現(xiàn)任何特性的優(yōu)點,使得距離保護各不同功能的保護段都具有最優(yōu)的動作特性,充分發(fā)揮其功能.(下轉第3O頁)UI西電力2007年第1期個深井,加1個142m深的舊機井,在不連架空接地線的情況下,接地電阻值為0.313n,滿足電算值水平接地網加24根6Om斜接地極夏季接地電阻0.332Q的要求.6結論

19、a)在高土壤電阻率及不能用常規(guī)方法埋設接地裝置的地區(qū),采用深井接地與主接地網并聯(lián)是一種有效降低接地電阻的方法.尤其在有地下含水層的地方,接地體可深入穿透水層,這時降阻效果將更好.將接地系統(tǒng)向縱深方向發(fā)展是提高高土壤電阻率地區(qū)及城區(qū)地網安全性的熏要措施.1)增加垂直接地極能有效地降低發(fā)變電站接地系統(tǒng)的接地電阻,但布置的垂直接地極根數(shù)達到一定數(shù)量時,降阻效果將趨于飽和【l.c)增設垂直接地極對于降低接觸電位蔗和跨步電位差具有非常著的作用.垂直極的引入,降低了地電位升(GPR),而接觸及跨步電位差均與GPR有著直接的關系l1】.d)接地系統(tǒng)總的接地電阻并不是垂直極與水平網的接地電阻的簡并聯(lián),存在一個

20、屏蔽系統(tǒng).垂直極的根數(shù)越多,屏蔽系數(shù)越大.e)深井接地不受氣候,季節(jié)條件的影響;深井接地除了降阻以外,還可以克服場地窄小的缺點.參考文獻:I曾嶸,f-金良.離延慶,孫為.J井幼萍.:垂直接地檄刈接地系統(tǒng)Ue性能的影響rJ.清華大:報(F然科學版).2001.41(3).25.27.31.ResearchonEarthScreenDesignofXinzhou500kVSubstationGUOTian-lan.WANGHong-feng,YANGXiao-guang(ShanxiElectricExplorationandDesignInstitute,Taiyuan,Shanxi030001

21、,China)Abstract:Xinzhou500kVsubstationisbuihonthegroundwiththeshingleandgneissicgranite.Thegeologicalconditionisworse,andthesoilresistanceishigh.ItisthefirsttimetodothegroundsystemdesignofthesuperhighvoltagesubslattuntindersuchgeologicalconditioninShanxiprovince.InordertomakethedesignIiiorereasonabl

22、e.thispaperdiscussesandanalysesthemethodofburyingearthpolesinthedeepwellt()re(ucethegroumIresistance.touchpotentialdifferenceandsteppotentialdifference.Keywords:groundingdevice;grotlndresistance;touchpotentialdifference;steppolentiaIdifference(上接第11頁)3結論本文結合電力工業(yè)與國民經濟的發(fā)展趨勢.綜合闡述r750kV特高壓輸電線路的特點和主保護的工作原理,使得讀者能更全面的理解這一領域的相關問題,為進一步深入研究奠定基礎.參考文獻:rI賀家李.李水麗.郭征,李斌.特商E輸l乜線繼【乜保護配置方案的探討J.天津電力技術.2003(2/3含1J):3l一一19.2蕞新洲.蘇斌,薄志廉,家李.特高壓輸電線路繼電保護3r4567特殊問題的究rlJ1.1J系統(tǒng)f動化.200,I,28(22):t922.沈曉J,L.襞小華.用存霞.750kV輸電線路對繼電f5I5=l的膨響J.電力沒箭.2(306.7(1):l8l9.攣幾虎.鄭Ii平.陳松林.李力.沈嗣榮.750kV系統(tǒng)繼電保護研究J_.-II電力,2