一種110kV數字式線路保護測控裝置

哈電集團·阿城繼電器股份有限公司 陳艷河

1.引言

近年來，微機保護發展的非常快，在我國電力系統中，高低壓設備都大量采用微機保護，微機保護在保護電力系統安全穩定運行方面起到了不可磨滅的貢獻。我公司自主研制開發生產的微機式線路保護測控裝置適用于11OkV電壓等級的大電流接地系統中的輸電線路，在原理上采用高頻縱聯保護作為主保護，距離保護作為后備保護，在發生大電阻接地故障，距離保護靈敏度不足時，采用零序保護作為后備保護，充分考慮了大電流接地系統中能夠發生的各種故障。裝置功能還包括三相一次重合閘，PT斷線后兩段過流保護，過負荷，低頻減載等其他的輔助功能。

2.保護原理

2.1 高頻縱聯保護

高頻縱聯保護，可以使保護線路區內任何一點發生故障時，都能達到全線速動。高頻縱聯保護可以分為允許式高頻縱聯保護和閉鎖式高頻縱聯保護。本系列保護裝置兩者都能實現，并且都采用距離方向元件和零序方向元件，保證動作的快速性，選擇性。

2.2 距離保護

距離保護作為高頻縱聯保護的后備保護，分為相間距離和接地距離。本系列裝置設有六個阻抗元件，阻抗特性采用在多邊形動作特性的基礎上疊加一個小矩形區域，多邊形特性的阻抗元件可以有效的抑制暫態超越。在發生區內遠距離故障時，測量阻抗能正確代表故障方向，不需要另行判別方向，而在近距離故障，當測量阻抗進入小矩形區域時，測量阻抗不能正確代表故障方向，投入方向元件判斷方向。在系統發生振蕩時，本系列裝置設有靜穩破壞檢測元件，能保證距離保護不會發生誤動，而在振蕩中發生故障時，本裝置還設有振蕩中故障判別元件，又能使保護再次開放，使振蕩中的故障盡可能快速解除。本系列裝置除了設有正常的階段式距離保護外，還有不對稱故障相繼速動，和雙回線相繼速動保護功能。

2.3 零序保護

在發生大電阻單相接地時，距離保護的靈敏度不足時，零序保護能夠起到后備保護功能。零序保護由零序功率方向和零序過電流構成零序電流方向保護。零序電流方向保護采用統一的零序功率方向元件，其電壓正常時采用自產3UO，當檢測到PT失壓后，可以選擇或取消方向控制，或自動改用PT開口三角側的零序電壓作為方向元件的電壓量，或閉鎖零序電流方向保護。這樣即利用了自產3UO保證接線正確的優點，又利用了開口三角電壓不受PT斷線影響的優點。

3.仿真分析

3.1 仿真模型

單回線運行系統仿真模型，包括一臺發電機、一條輸電線路和一個無窮大系統。用來仿真11OkV線路上所發生的各種區內區外故障，以考察本保護裝置的可靠性。線路全長15Okm，距離保護I段整定范圍為1OOkm。模擬故障點有4處：反向出口處（F1），正向出口處（F2），O.95倍整定值處（F3），1.O5倍整定值處（F4）。故障類型包括1O種：A相接地，B相接地，C相接地，AB相間短路，BC相間短路，CA相間短路，AB相接地，BC相接地，CA相接地，ABC相間短路。每種故障次數5次。

3.2 試驗項目

以距離保護中的距離I段保護為主要測試對象。

3.2.1 暫態超越（阻抗保護）

在F3和F4 1O種類型的故障，實驗結果如下：（注意動作時間包含其斷路器的動作時間）

F3故障動作時間在115ms左右，F4故障距離I段保護可靠不動作。

3.2.2 簡單區內外故障

在F1，F2，F3，F4，發生1O種類型金屬性故障，實驗結果如下：

a）F1故障，保護可靠不動作；b）F2故障，距離I段動作時間3Oms左右；c）F3故障，距離I段動作時間115ms左右；d）F4故障，距離I段可靠不動作。

3.2.3 帶過渡電阻故障

在F1，F2，F3，F4，發生各種類型的非金屬性故障（單相接地故障的接地過渡電阻為25Ω，相間短路的過渡電阻為1OΩ）。實驗結果如下：

a）F1故障，保護可靠不動作；b）F2故障，距離I段動作時間32ms左右；c）F3處故障，距離I段動作時間115ms左右；d）F4故障，距離I段可靠不動作。

3.2.4 發展性和轉換性故障

在F2，F3，F4，發生單相故障發展成為兩相或三相故障，故障轉換時間在5～24Oms。在F1處，F2處，發生區內外各種轉換性故障，故障轉換時間在5～1OOms。實驗結果如下：

a）F2發生單相故障發展成為兩相或三相故障，距離I段動作時間3Oms左右；b）F3發生單相故障發展成為兩相或三相故障，距離I段動作時間115ms左右；c）F4發生單相故障發展成為兩相或三相故障，距離I段可靠不動作；d）F1發生區外轉區內故障，距離I段可靠動作；e）F2發生區內轉區外故障，距離I段可靠不動作（轉換時間小于3Oms）。

3.3 試驗結論

由以上試驗可以得出結論，本裝置的暫態超越誤差在5%以內，短路阻抗在整定阻抗的O.95倍時，可靠動作，1.O5倍時可靠不動作。在線路上發生區外各種金屬性故障時，保護可靠不動作。發生區內各種金屬性故障時，保護可靠動作，且在近距離故障時，保護能在3Oms左右快速切除故障，在遠距離處也能夠在12Oms內切除各種故障。在線路上發生區外各種非金屬性故障時，保護可靠不動作。在發生發生區內各種非金屬性故障時，保護能可靠動作。在線路上發生同一點發展性故障時，保護可靠正確動作，不同點的區內外轉換時，保護可靠正確動作。

4.現場運行

11OkV數字式線路保護測控裝置，已經在幾十個11OkV變電站中投入運行，其中包括：重慶乜敖11OkV變電站、四川鹽邊箐河11OkV變電站等，裝置功能和可靠性得到很好的驗證，得到了用戶的廣泛好評。

5.結語

本公司開發研制生產的數字式線路保護測控裝置，在原理上達到國內先進水平，并經過大量的大量仿真動態模擬仿真實驗，數字模擬仿真實驗，證明此種數字式線路保護測控裝置對11OkV電壓等級的線路上發生的各種故障都有很高的靈敏度，并通過了國家繼電保護及自動化設備質量監督檢驗中心的檢測。經過長期的現場實際運行，充分證明裝置的可靠性和安全性。

[1]朱聲石.高壓電網繼電保護原理與技術(第三版)[M].中國電力出版社,2005,4.

[2]許正亞.輸電線路新型距離保護[M].中國水利水電出版社,2002,6.

[3]毛錦慶.電力系統繼電保護實用技術問答(第二版)[M].國家電力調度通信中心,2006,9.

[4]電力行業標準.3～110kV電網繼電保護裝置運行整定規程[S].電力工業部,1996.