電力系統輸電線路距離保護裝置分析

楊雨熹

摘要：隨著國民經濟的不斷提升及現代化電網系統的不斷升級，人們對供電可靠性和供電質量提出了更高的要求，而距離保護裝置作為電網線路中最基礎、最重要的保護設施對于確保整個電力系統的正常運行具有至關重要的作用，因此，對電力系統輸電線路距離保護裝置的研究不可或缺。本文首先介紹了距離保護裝置的組成部分及原理，然后詳細分析了其構成原則及性能特點，并就在具體應用中可能影響距離保護發揮作用的因素進行分析，以期為今后的電力系統輸電線路距離保護裝置研究工作提供參考。

Abstract： With the continuous improvement of the national economy and the continuous upgrading of the modern power grid system， people have put forward higher requirements for power supply reliability and power quality， and distance protection devices as the most basic and important protection facilities in power grid lines play a vital role in ensuring the normal operation of the entire power system. Therefore， the study of distance protection devices for transmission lines of power systems is indispensable. This paper first introduces the components and principles of the distance protection device， then analyzes its constituent principles and performance characteristics in detail， and analyzes the factors that may affect the distance protection function in a specific application， in order to provide reference for the future power transmission line distance protection device research work.

關鍵詞：距離保護裝置；輸電線路；發展史

Key words： distance protection device；transmission line；history of development

中圖分類號：TM621.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）21-0221-02

0 引言

近年來，隨著現代化電網系統不斷升級和擴建，電力系統電網覆蓋對輸電線路的要求也發生了一定變化，未來具有超高電壓、超大容量及超遠傳輸距離特性的輸電線路更容易受到青睞，但與此同時無疑對當前電力系統的安全性和穩定性提出了更高的要求。因此，為確保現代電網的穩定，研究電力系統輸電線路距離保護裝置至關重要。而繼電保護原理是保證裝置出現的基礎，對繼電保護原理的研究同樣具有重要的現實意義。現階段，繼電保護原理已經發生了巨大變化，過去是簡單的電流保護，現已發展成了復雜的距離保護和高頻保護，正因為如此，可反映突變量原理的距離保護裝置得到了市場的廣泛認可和應用。

1 電路距離保護裝置的組成部分及原理

與先進國家相比，我國關于微機保護方面的研究起步較晚，但經過數代繼電保護工作者的不懈努力，我國在微機保護方面的研究取得了不錯的成績，至今計算機繼電保護已被大量應用，具有良好的市場應用前景。

1.1 電路距離保護裝置組成部分

距離保護是反應故障點至保護安裝地點之間的距離（或阻抗），并根據距離的遠近而確定動作時間的一種保護裝置。一般情況下，距離保護裝置由六部分組成，即測量部分、啟動部分、振蕩閉鎖部分、二次電壓回路斷線失壓閉鎖部分、邏輯部分、出口部分。保護裝置的各個組成部分職責清晰，分工明確，各自負責距離保護裝置不同的功能，且各個組成部分之間相互協作，共同配合，如此方能確保距離保護裝置的動作安全可靠[1]。

1.2 電路距離保護裝置原理

對于結構復雜、運行方式多變的電力系統而言，為確保其正常安全運行，應使用性能完善的繼電保護裝置，實時控制和檢測電力系統，距離保護便是其中最為常用的形式。

通過分析距離保護，可知保護安裝點與故障點之間的阻抗，而阻抗的大小又決定了距離保護裝置動作反應的時間。對于距離保護而言，阻抗繼電器的存在不可或缺，只有具備阻抗繼電器，才能在已知端子上的電壓和電流測量保護到短路點間的阻抗值的基礎下，可判斷出故障點的實際方向，不僅如此，還能夠依據阻抗值的實際大小，計算出保護安裝處和故障點間的實際距離[2]。距離保護原理圖詳見圖1。

2 影響距離保護裝置在輸電線路中應用的主要因素

在電力系統輸電線路中距離保護裝置的重要性已不言而喻，其對于保持電力系統輸電線路的安全性和穩定性具有至關重要的作用，因此準確、及時、高效的應用距離保護成為了當前電力系統的當務之急，然而在實際的電力系統輸電線路應用中諸多因素都可能會影響到距離保護裝置發揮作用，比如分支電流、短路點過渡電阻、系統振蕩等，具體內容如下：

2.1 短路點過渡電阻對阻抗繼電器的影響

在分析阻抗繼電器的測量阻抗時，通常只考慮金屬性短路，但實際上過渡電阻不可避免的存在于短路點，過渡電阻主要為電弧電阻。而過渡電阻的存在會增大繼電器的測量阻抗，縮小保護范圍，且降低保護裝置的靈敏度，甚至會影響到保護裝置的正確判斷，使其做出錯誤的動作操作。過渡電阻的影響主要體現在以下方面：一是過渡電阻對不同安裝地點保護的影響。隨著距離保護裝置安裝地點的變化，過渡電阻對其的影響也存在一定變化，甚至有時保護裝置會零反應，不做出任何動作。通過分析發現，過渡電阻和距離保護裝置與短路點之間間隔呈正比關系，兩者之間間隔越近，過渡電阻的影響越大；二是過渡電阻對不同特性阻抗繼電器的影響。過渡電阻對不同動作特性的阻抗繼電器存在不同程度的影響，有高有低，具體來說全阻抗繼電器受影響程度最小，偏移特性阻抗繼電器中間，方向阻抗繼電器最容易受到影響[3]。

2.2 分支電流對測量阻抗的影響

當保護裝設點與短路點間存在分支電源時，保護裝設處的電流會小于短路點的故障電流，究其原因是因為分支電源也會供出一部分故障電流。在這種情況下，故障電流處的故障電流除了保護裝設處的電流，還包括分支電源供出的故障電流，故障電流處的故障電流增大，變成了兩者之和，稱為助增，而助增的存在客觀上增大了測量值的阻抗，從而縮小保護裝置的保護范圍，將保護裝置的靈敏度降低[4]。

2.3 系統振蕩對距離保護的影響

由于諸多因素的影響，比如系統電壓過低、輸送功率過大、故障切除時間過長等，這些因素的存在很容易使得電力系統在運行中出現振蕩。而電力系統在振蕩的同時會使電勢間的相位差不斷變化，而隨著不斷變化的電勢間的相位差，系統各處的電壓和電流也會出現不同程度的變化，從而影響到系統內阻抗繼電器的測量阻抗，進而引發距離保護的失誤，做出錯誤判斷及動作。但需要注意的是系統振蕩雖然是一種異常的運行狀態，但該現象并不意味著系統就出現了故障，繼電保護無需在該現象出現時做出動作。基于此，為避免在系統振蕩時繼電保護做出錯誤反應，應安裝振蕩閉鎖裝置，具體作用是當出現系統振蕩時，振蕩閉鎖裝置將保護裝置閉鎖起來，避免其做出誤動作。

3 電路距離保護裝置的構成原則及性能特點分析

上文中分析了電路距離保護裝置的六個組成部分及影響距離保護裝置在輸電線路中應用的主要因素，綜合上述分析，結合當前電路距離保護裝置的實際情況，分析電路距離保護裝置的構成原則及性能特點，綜合考慮這些共性的基本問題，對保護裝置有的放矢地采取措施。

3.1 保護裝置由三段式相間距離保護和三段式接地距離保護組成，少數采用的是I、II段之間利用無觸點切換定值方式，幾乎采取的都是三段完全獨立工作，不切換定值的方式[5]。

3.2 在接地距離保護中，常用的各類距離元件多是以點抗型繼電器為基礎組成的，其作用是提高反應接地點過渡電阻的能力。不同的繼電器及距離元件適用于不同的路段，在實際選用時應綜合各項因素擇優選用，如此才能讓距離元件真正的發揮作用。

3.3 保護裝置具有選相功能。在單相接地短路時，由接地距離保護選相跳閘，同時啟動重合閘，有效保證了電力系統的正常運行。另外，在保護安裝處正向出口附近單相接地短路時，相間距離保護可能出現誤操作，使其做出錯誤判斷，為避免出現此問題，可采取增加極化量、制動量或閉鎖回路等措施。

3.4 當被保護線路非全相運行時，與斷開相有關的接地距離元件有可能會受到影響做出錯誤判斷，最好此時退出工作，保留健全相上的距離元件繼續運行。為解決上述問題，可采用按相的低電流閉鎖，不僅可以解決上述問題，同時還能夠保護裝置在無交流電壓、電流輸入情況下的正常高效運行。

3.5 保護裝置配置有性能完善的振蕩閉鎖回路，系統振蕩對距離保護性能的發揮存在直接影響，因為系統振蕩很容易引發距離保護誤動作，為避免該問題，配置性能完善的振蕩閉鎖回路至關重要，不僅保證了距離保證裝置在系統振蕩期間不受影響，還能夠確保電力系統在振蕩期間依然能夠正常工作。

3.6 保護裝置中距離I段的動作時間最好不超過30ms，有時為了能夠快速切除保護安裝近處的故障，有的在保護中提供了快速距離段，其定值按線路阻抗的30%-50%整定，允許較大的暫態超越，動作時間小于15ms；有的則在補償電壓回路中或比相回路中采取附加措施來加快動作速度。

3.7 為避免在元器件損壞、電壓回路斷線等異常情況下電力系統無法正常運行，保護裝置內部均設有防止元器件損壞、電壓回路斷線等所引起誤動作的閉鎖回路，并且為了防止不必要的閉鎖回路跳閘，還在電力系統中設置了獨立的啟動元件去閉鎖出口跳閘回路，只有在必要情況下才會啟動保護裝置的閉鎖回路，使其跳閘。

4 結語

總而言之，在維護電力系統穩定安全運行的過程中距離保護裝置具有不可磨滅的作用，從電路板繼電保護裝置的應用特性和原理上來看，其應用的前景是十分廣泛的，但在生產實踐中，能夠使集成電線路距離保護裝置充分發揮其性能和作用并不容易，諸多因素都可能會影響到正常運行。因此，還需要對保護裝置進行更多的理論研究和實踐探索，如此才能使其價值最大化，充分發揮出自身的性能。

參考文獻：

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