500 kV線路繼電保護(hù)的應(yīng)用研究

劉 賢

(華能云南滇東能源有限責(zé)任公司滇東電廠，云南曲靖655508)

[摘要] 當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時(shí)，如果不能及時(shí)排除故障，很有可能發(fā)生連鎖反應(yīng)，不僅對(duì)電力系統(tǒng)造成了損害，而且也影響了電力用戶的正常用電。繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)發(fā)生故障后在盡可能短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)將故障從系統(tǒng)中隔離，以減輕或避免受損設(shè)備對(duì)相鄰電力系統(tǒng)的影響，達(dá)到控制損失的效果。因此，探究500 kV線路繼電保護(hù)的應(yīng)用對(duì)于保障電網(wǎng)安全有重要價(jià)值。

關(guān)鍵詞 500kV 線路 繼電保護(hù) 基本原理

中圖分類號(hào) TN914.332

0引言

電力系統(tǒng)的發(fā)展和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜，增加了對(duì)繼電保護(hù)的需求，也迫使繼電保護(hù)技術(shù)必須順應(yīng)市場(chǎng)需求進(jìn)行完善和發(fā)展。從最早的熔斷器開(kāi)始，在20世紀(jì)50～90年代，繼電保護(hù)在應(yīng)用中先后經(jīng)歷了四個(gè)階段的發(fā)展，為保護(hù)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。進(jìn)入21世紀(jì)后，信息技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，繼電保護(hù)也逐漸向信息化、智能化方向發(fā)展。本文以500 kV線路為例，首先概述了繼電保護(hù)的基本原理和發(fā)展趨勢(shì)，隨后就繼電保護(hù)的實(shí)際應(yīng)用展開(kāi)了分析。

1 500 kV線路繼電保護(hù)概述

1.1基本原理

當(dāng)電力系統(tǒng)的局部謾備或線路出現(xiàn)故障后，繼電保護(hù)裝置能夠及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知相關(guān)管理人員及時(shí)鎖定故障源，進(jìn)而通過(guò)故障分析采取有效的維修策略;或是自行切斷故障區(qū)域，以達(dá)到保護(hù)系統(tǒng)安全的目的。具體的工作原理為：當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，繼電保護(hù)裝置首先收集故障信息，并對(duì)故障信息進(jìn)行一個(gè)初步的判斷，然后根據(jù)處理器分析結(jié)果，向距離故障源最近的斷電器下達(dá)指令。斷電器在收到故障處理信號(hào)后，將發(fā)生故障設(shè)備的局部電網(wǎng)切斷，使其脫離電力系統(tǒng)，盡量減少對(duì)其他設(shè)備、元件、線路的損害。現(xiàn)階段一些繼電保護(hù)裝置經(jīng)過(guò)技術(shù)改造后，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況的實(shí)施監(jiān)控，從而起到異常工況的及時(shí)報(bào)警，在一定程度上也發(fā)揮了保護(hù)作用。

1.2繼電保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)

早在19世紀(jì)80年代，作為繼電保護(hù)裝置的熔斷器就已經(jīng)在電力系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。隨著技術(shù)的發(fā)展和研究工作的推進(jìn)，繼電保護(hù)技術(shù)也得到了快速發(fā)展。近年來(lái)，信息技術(shù)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的融合為繼電保護(hù)技術(shù)的革新提供了技術(shù)支持。就目前來(lái)看，繼電保護(hù)主要呈現(xiàn)出以下幾方面的發(fā)展趨勢(shì)：

一是信息化。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜，使得信息管理代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工管理成為了可能。為了與電網(wǎng)運(yùn)行管理相匹配，繼電保櫨也實(shí)現(xiàn)了信息化發(fā)展，例如運(yùn)用通信技術(shù)收集電力系統(tǒng)運(yùn)行上況、利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)完成繼電保護(hù)指令的傳遞等。

二是網(wǎng)絡(luò)化。加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)控制成為新時(shí)期繼電保護(hù)的發(fā)展新趨勢(shì)，利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行信息的實(shí)時(shí)共享，一方面為及時(shí)分析故障信息提供了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，另一方面也實(shí)現(xiàn)了故障信息的存儲(chǔ)，為今后系統(tǒng)故障快速處理提供了保障。

三是智能化。主要是指利用繼電保護(hù)裝置完成電力系統(tǒng)中輸配電等關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)、智能監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)故障信息的自動(dòng)分析和智能處理，減輕了管理工作的壓力。

2 500 kV線路繼電保護(hù)的應(yīng)用

根據(jù)被保護(hù)對(duì)象和保護(hù)動(dòng)作原理的不同，繼電保護(hù)的種類可以分為多種，例如輸電線保護(hù)和主設(shè)備保護(hù)、低電壓保護(hù)和過(guò)電壓保護(hù)等。雖然500 kV線路繼電保護(hù)的形式不同，但是所采用的技術(shù)方法具有一定的共性。總體來(lái)說(shuō)，500 kV線路繼電保護(hù)中常用的技術(shù)有光纖通信保護(hù)、同桿雙回線路繼電保護(hù)和遠(yuǎn)方跳閘保護(hù)幾種。

2.1繼電保護(hù)的光纖復(fù)用通信方式

光纖具有信號(hào)傳輸速度快、保真性好等特點(diǎn)，利用光纖作為信號(hào)傳輸媒介成為現(xiàn)階段電力系統(tǒng)信息化管理的主要形式。除此之外，在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，由于電磁場(chǎng)的存在，傳統(tǒng)的信息通信容易受到電磁于擾，麗光纖具有較強(qiáng)的抗干擾特性，這也為光纖復(fù)用通信方式在繼電保護(hù)中的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)500 kV線路所用的光纖復(fù)用通信多采用2 Mbint]s通道保護(hù)方式，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于提高了信息傳輸速率，為實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的快速動(dòng)作提供了支持。但是這種繼電保護(hù)裝置在實(shí)際應(yīng)用中也存在一定的局限性，例如在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況下可能會(huì)出現(xiàn)一定量的監(jiān)管盲區(qū)，部分故障信息無(wú)法識(shí)別等。此外，在同一個(gè)電力系統(tǒng)中，隨著繼電保護(hù)裝置的增加，其運(yùn)行和維護(hù)成本也會(huì)成倍提升，增加了電力系統(tǒng)的管理負(fù)擔(dān)。

針對(duì)上述問(wèn)題，現(xiàn)階段比較常用的改進(jìn)手段是拓展保護(hù)設(shè)備和通信設(shè)備之間的接口數(shù)量，這樣一方面能夠在不額外增加繼電保護(hù)裝置的前提下，很好地滿足了繼電保護(hù)裝置對(duì)于電網(wǎng)信息收集和指令及時(shí)傳輸?shù)男枨螅粫?huì)造成運(yùn)行和維護(hù)成本的增加;另一方面也能夠顯著提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。需要注意的是，拓展的接口標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)與原通道的速率、編碼格式(2 Mbitls) 一致，以提高接口的兼容性，保證運(yùn)行穩(wěn)定。

2.2同桿雙回線路的繼電保護(hù)

通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，雙回線路無(wú)論是在傳輸功率還是保護(hù)需求上，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的單回線路。近年來(lái)，、500 kV線路中逐漸用雙回線路代替以往的單回線路，這就使得同桿雙回線路的繼電保護(hù)有了更加廣闊的應(yīng)用前景。現(xiàn)階段該種繼電保護(hù)技術(shù)需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題主要有兩點(diǎn)：其一是如何協(xié)調(diào)好輸電效率和投資回報(bào)之間的平衡性關(guān)系;其二是繼電保護(hù)需求和工藝技術(shù)水乎之間的矛盾關(guān)系。

從整體上看，同桿雙回線路的導(dǎo)線數(shù)量較多，并且運(yùn)行操作方式較為復(fù)雜，如果技術(shù)人員在安裝機(jī)電保護(hù)裝置時(shí)沒(méi)有考慮零序互感器和保護(hù)配置方案的影響，很有可能在電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)的問(wèn)題，也就失去了繼電保護(hù)的應(yīng)有價(jià)值。解決此類問(wèn)題的常見(jiàn)方法是在500 kV線路中連接分相電流差動(dòng)保護(hù)，這樣即便是電網(wǎng)線路、設(shè)備出現(xiàn)故障，繼電保護(hù)裝置也能夠跨過(guò)故障區(qū)域，實(shí)現(xiàn)故障源隔離，達(dá)到保護(hù)線路安全的目的。

應(yīng)用同桿雙回線路的繼電保護(hù)，需要注意的事項(xiàng)有兩方面：其一是要求技術(shù)人員必須熟悉同桿雙回綜合重合閘的開(kāi)閉保護(hù)措施，例如在故障檢測(cè)和判定時(shí)要保證重合閘處于斷開(kāi)狀態(tài)，等故障維修結(jié)束后在閉合重合閘。其二是能夠利用分相電流或零序線路完成繼電保護(hù)。

2.3遠(yuǎn)方跳閘線路保護(hù)

根據(jù)高壓線路保護(hù)的配置原則：除具備全相速動(dòng)的縱聯(lián)保護(hù)，還至少具有三段式相間、接地距離保護(hù)，反時(shí)限零序或定時(shí)限零序方向電流保護(hù)的后備保護(hù);應(yīng)能適用于弱電源系統(tǒng);在失壓情況下，應(yīng)能準(zhǔn)確自動(dòng)投入后備保護(hù)功能，允許失去選擇性。所以，500 kV線路繼電保護(hù)的遠(yuǎn)方跳閘功能應(yīng)用起來(lái)很方便可靠。正常情況下采用就地判別裝置構(gòu)成的遠(yuǎn)方跳閘回路，在線路保護(hù)中應(yīng)用也比較廣泛。當(dāng)就地判別裝置出現(xiàn)故障時(shí)或就地判別裝置退出運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)切換至遠(yuǎn)方跳閘回路。其主要是指線路一次故障或異常(過(guò)電壓、高抗故障、開(kāi)關(guān)失靈等)時(shí)，經(jīng)由一定媒介(如高頻通道中的慢速通道、光纖通道)傳輸指令切除對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)的一種保護(hù)功能。

其基本工作原理和方式如下：(1)二取二方式。接火就地判別裝置的兩路通道同時(shí)出現(xiàn)“跳頻出現(xiàn)、監(jiān)頻消失”的現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)一短延時(shí)后，出口跳閘。(2)二取一方式。接入就地判別裝置的兩條通道中，任何一條出現(xiàn)“跳頻出現(xiàn)、監(jiān)頻消失”的現(xiàn)象，就地判別邏輯動(dòng)作，出口跳閘。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)不同的需要選擇不同的方式，在線路繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)跳閘，保護(hù)線路安全可靠運(yùn)行。

需要注意的是，遠(yuǎn)方跳閘增加失靈功能的意義不大，500 kV側(cè)開(kāi)關(guān)失靈后，后備動(dòng)作的結(jié)果是跳開(kāi)相鄰開(kāi)關(guān)，跳開(kāi)相鄰開(kāi)關(guān)的回路并不考慮二次失靈;數(shù)據(jù)判斷存在漏洞，主要是由于信息不準(zhǔn)確而造成更重大的損失，而且測(cè)試不方便。

3結(jié)語(yǔ)

繼電保護(hù)是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而形成的一門技術(shù)。為了保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，保障電力用戶的正常用電需求，繼電保護(hù)也必須緊跟電力行業(yè)的發(fā)展步伐，實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的革新，提高技術(shù)的適用性。500 kV線路在供電系統(tǒng)中占據(jù)著重要地位，加強(qiáng)線路保護(hù)也成為電力部門工作的重要任務(wù)。通過(guò)實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)和繼電保護(hù)技術(shù)的融合，推動(dòng)繼電保護(hù)向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，為保障500 kV線路的安全和高效運(yùn)行提供了技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)

[1]陳寶喜，甄威，唐永紅.四川洪龍500 kV同塔雙回線繼電保護(hù)及自適應(yīng)重合閘裝置RTDS實(shí)時(shí)仿真試驗(yàn)[J].四川電力技術(shù)，2014，27(6)：101-105.

[2]李向賢.東北500千伏線路繼電保護(hù)工程設(shè)計(jì)情況-5100kV線路保護(hù)設(shè)計(jì)介紹之二[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013 (1)：108-117.

[3]閏大振，盧志海，楊靜波，基于智能化變電站的500 kV線路繼電保護(hù)改造及發(fā)展[C]//山東電機(jī)工程學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.2011.

[4]肖異，尹項(xiàng)根，陳德樹(shù).500 kV可控串補(bǔ)裝置中MOV對(duì)繼電保護(hù)的影響[C]//中國(guó)高等學(xué)校電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)術(shù)年會(huì).2015.