关于220kV电网继电保护的探讨

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【摘 要】随着对电力技术的发展及对电网继电保护的不断研究，电网继电保护有了新的发展，并逐步走向成熟，作为电网安全稳定运行的第一道防线，继电保护无时不刻都发挥着至关重要的作用。文章在认识电网继电保护重要性的基础上，针对220kv以上电网继电保护进行着重分析，主要从自动重合闸保护、纵联保护及零序电流保护三个方面对其进行阐述，为保障电网安全性、稳定性及正常运行提供借鉴。

【关键词】220kV电网继电保护；自动重合闸；纵联保护；零序电流保护

引 言

继电保护是电力系统在发生故障或出现威胁安全运行状况时，利用继电器来保护发电机变压器输电线路等电力系统元件免受损坏的措施利用它可以在最短时间内，自动从系统中切除故障设备，或者发出信号让工作人员能及时排除故障，从而将损失减少到最小。在文中，所确定的220kV及以上电网继电保护研究范围主要指220kV、330kV、及500kV电网。这三个等级的电网继电保护可以通过线路、母线以及与电网保护配合有关的变压器等电力设备继电保护运行整定。但文章以自动重合闸保护、纵联保护和零序电流保护方法为研究对象，主要是由于这些方法的运用可以保证220kV及以上电网继电保护实施的快速性、正确性及有效性，从表1可以很直观的看出结果。

表1 220kv及以上电网主保护运行情况年统计表

继电保护方法 自动重合闸保护 纵联保护 零序电流保护

动作总次数 4026 7312 2580

正确动作次数 4016 7244 2575

不正确动作次数 误动 3 64 3

拒动 7 4 7

年正确动作率（100%） 99.75 99.07 99.75

1、220kV及以上电网继电保护原则

由于220kV及以上电网继电保护方式较多，所以在确定使何种继电保护方法的同时必须遵守一定的原则，只有在一个统一的规范要求下，才能更有效的体现电网继电保护效果。

220kV及以上电网的继电保护，必须满足可靠性、速动性、选择性及灵敏性的基本要求。可靠性由继电保护装置的合理配置、本身的技术性能和质量以及正常的运行维护来保证：速动性由配置的全线速动保护、相间和接地故障的速断段保护以及电流速断保护取得保证；通过继电保护运行整定，实现选择性和灵敏性的要求，并处理运行中对快速切除故障的特殊要求。对于300～500kV电网和联系不强的220kV电网，在保证继电保护可靠动作的前提下，重点应防止继电保护装置的非选择性动作：而对于联系紧密的220kV电网，重点应保证继电保护装置的可靠快速动作。

2、220kV及以上电网继电保护方式分析

2.1自动重合闸继电保护

自动重合闸装置是当断路器跳开后按需要自动投入的一种自动装置。从上表可以看出其正确动作率达到了99.75％，采用自动重合闸的继保护可以在提高供电的可靠性的基础上，保证电网系统并列运行的稳定性，并纠正断路器的误跳闸。下面来看一组数据，如表2所示。

表2 220kv及以上电网单相接地故障统计

电压等级 220kv 330kv 500kv

单相故障占所有故障的百分比 92.05% 98% 98.87%

从中可以看出，220kv及以上电网单相接地故障率非常高，针对上表所描述的现象，可以通过自动重合闸继电保护，以提高其准确性。常用方式有单相自动重合闸和综合重合闸两种。

(1)单相自动重合闸要求在保证选择性的基础上并拥有足够的灵敏性。在动作时．限的选择方面，除应满足三相重合闸时所提出的要求外，还应考虑：两侧选相元件与继电保护以不同时限切除故障的可能性和潜供电流对灭弧所产生的影响(图1)。时刻注意线路电压越高，线路越长，潜供电流就越大，潜供电流持续时间不仅与其大小有关，而且与故障电流的大小、故障切除的时间、弧光的长度以及故障点的风速等因素有关。单相自动重合闸在绝大多数情况下保证对用户的供电，并提高系统并列运行的动态稳定性。但在具体实践中需要有按相操作的断路器，重合闸回路的接线比较复杂，促使了保护的接线、整定计算和调试工作复杂化。为了弥补以上缺点，可以通过以下介绍的综合重合闸方式来解决。

(2)综合重合闸是指当发生单相接地故障时，采用单相重合闸方式，而当发生相间短路时，采用三相重合闸方式。实现综合重合闸回路接线时应考虑的一些问题：①单相接地故障时只跳故障相断路器，然后进行单相重合。②相间故障时跳三相断路器，然后进行三相重合。③选相元件拒动时，应能跳开三相并进行三相重合。④对于非全相运行中可能误动的保护，应进行可靠的闭锁；对于在单相接地时可能误动作的相间保护(如距离保护)，应有防止单相接地误跳三相的措施。⑤一相跳闸后重合闸拒动时，应能自动断开其它两相。⑥任意两相的分相跳闸继电器动作后，应能跳开三相并进行三相重合。⑦无论单相或三相重合闸，在重合不成功后，应能加速切除三相，即实现重合闸后加速。⑧在非全相运行过程中又发生另一相或两相的故障，保护应能有选择性予以切除。⑨当断路器气压或液压降低至不允许断路器重合时，应将重合闸回路自动闭锁；但如果在重合闸的过程中下降到低于运行值时，则应保证重合闸动作的完成。

2.2纵联保护

随着电力技术的发展，220kV及以上电网纵联保护目前采用反应两侧电量的输电线路纵联保护，其工作原理如图2所示。通过利用通信通道将两端的保护装置纵向联结起来，将两端的电气量比较，以判断故障在区内还是区外，保证继电保护的选择性。

纵联保护一般分为方向比较式纵联保护和纵联电流差动保护两种，在从具体方式上来看主要有纵联差动保护、高频保护、微波保护、光纤差动保护等，在些方式之中，灵敏度整定都要不得小于2.0。由于各种方式的在整定时要求有所不同，在此就高频保护整定稍作概述。

在反映不对称故障的起动元件整定时，高定值起动元件应按被保护线路末端两相短路、单相接地及两相短路接地故障有足够的灵敏度整定，12力争大于4.0，最低不得小于2.0。同时要可靠躲过三相不同步时的线路充电电容电流，可靠系数大于2.0。低定值起动元件应按躲过最大负荷电流下的不平衡电流整定，可靠系数取2．5。高、低定值起动元件的配合比值取1.6～2.0。

2.3零序电流保护

零序电流保护一般为四段式。在复杂环网中为简化整定配合，零序电流保护I、II、III、Ⅳ各段均可分别经零序功率方向元件控制。如实际选用的定值，不经过方向元件也能保证选择性时，则不宜经方向元件控制。为了不影响各保护段动作性能，零序方向元件要有足够的灵敏度，在被控制保护段末端故障时，零序电压应不小于方向元件最低动作电压的1.5倍，零序功率应不小于方向元件实际动作功率的2倍。

方向零序电流I段定值和无方向零序电流I段定值，按躲过本线路区外故障最大零序电流整定。若本线路采用单相重合闸方式，尚应按躲过本线路非全相运行最大零序电流整定。零序电流II段定值，若相邻线路配置的纵联保护能保证经常投入运行，可按与相邻线路纵联保护配合整定，躲过相邻线路末端故障。否则，按与相邻线路在非全相运行中不退出运行的零序电流II段配合整定；若无法满足配合关系，则可与相邻线路在非全相运行过程中不退出工作的零序段配合整定。零序电流II段定值还应躲过线路对侧变压器的另一侧母线接地故障时流过本线路的零序电流。零序电流III段定值，按灵敏性和选择性要求配合整定，应满足灵敏度要求，并与相邻线路在非全相运行中不退出工作的零序电流III段定值配合整定。若配合有困难，可与相邻线路零序电流Ⅲ段定值配合整定。零序电流Ⅳ，段定值(最末一段)应不大于300A，按与相邻线路在非全相运行中不退出工作的零序电流Ⅲ段或Ⅳ段配合整定。对采用重合闸时间大于1.0s的单相重合闸线路，除考虑正常情况下的选择配合外，还需要考虑非全相运行中健全相故障时的选择性配合，此时，零序电流Ⅳ段的动作时间宜大于单相重合闸周期加两个时间级差以上。当本线路进行单相重合闸时，可自动将零序电流Ⅳ段动作时间降为本线路单相重合闸周期加一个级差，以取得在单相重合闸过程中相邻线路的零序电流保护与本线路零序电流Ⅳ段之间的选择性配合，以尽快切除非全相运行中再故障。线路零序电流保护的电流定值和时间定值可参照相关规范进行设定。

3、结束语

继电保护是电力系统安全正常运行的重要保障，目前已经得到了广泛的应用，通过对已知的220kV电网进行继电保护设计，根据继电保护的设计规范完成继电保护装置和自动装置的配置。在整定计算之前对系统结构作了分析并选择保护配置方案，制定了系统的运行方式，计算了系统最大负荷的潮流和短路电流，选择了电流互感器变比，最后对继电保护装置进行整定计算并讨论了光纤差动保护存在的问题。