特高壓輸電線路繼電保護(hù)特殊問題的研究

張旖珊　郭劍飛

摘 要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)電力能源的消耗量與日俱增，想要滿足當(dāng)前社會(huì)的發(fā)展需求，就必須要對(duì)輸電能力提出更高的要求。在這樣的背景下，特高壓輸電線路應(yīng)運(yùn)而生，其在提升送電能力、保障電力供應(yīng)方面展現(xiàn)了突出的優(yōu)勢(shì)，但目前在繼電保護(hù)工作上還存在一定的問題?；诖耍疚膶@特高壓輸電線路的繼電保護(hù)特殊問題展開詳細(xì)分析，然后在此基礎(chǔ)上提出針對(duì)性的解決策略。

關(guān)鍵詞 特高壓輸電線路 繼電保護(hù) 特殊問題

中圖分類號(hào)：TM723 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2022）07-0004-03

現(xiàn)階段，我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展不斷壯大，特高壓輸電線路在越來越多的地區(qū)被運(yùn)用，不僅極大地解決了電力需求供應(yīng)不足的情況，同時(shí)也對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)提升有著重要的推動(dòng)作用。另外，特高壓輸電線路已成為我國(guó)主要的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其可以傳輸?shù)木嚯x非常長(zhǎng)，而且損耗的電能也非常低，想要使其更好地發(fā)揮作用，就必須要重視其在繼電保護(hù)方面的一些問題，并積極探尋解決方法，如此方可推動(dòng)我國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展[1]。

1 特高壓輸電線路繼電保護(hù)問題的概況

1.1 特高壓輸電線路的特點(diǎn)分析

通過對(duì)特高壓輸電線路的相關(guān)調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，其有非常顯著的特征，與一般輸電線路有很大的不同，不僅線路方式存在較大差異，而且空間結(jié)構(gòu)也更大，能夠最大程度地提升輸電線路的分布電容，并降低電路表面損失。具體來說，特高壓輸電線路特征如下：

1.分布電容電流，這是其最為突出的特征之一，通常情況來看，分布電容不會(huì)對(duì)其他線路造成損害，但如果在系統(tǒng)正常運(yùn)行的過程中，突然發(fā)生電壓增大到一定程度的情況時(shí)，就極有可能會(huì)導(dǎo)致電壓值出現(xiàn)畸變現(xiàn)象，影響電路正常運(yùn)行。

2.非周期分量，在線路中的電壓發(fā)生突變的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生非周期變量，同時(shí)還會(huì)形成具有衰減性質(zhì)的低頻分量，這兩個(gè)分量都有可能阻礙電流的正常運(yùn)行，并導(dǎo)致電流差動(dòng)保護(hù)的可靠性下降。

3.雖然特高壓輸電線路可以提高電能傳輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性，以及節(jié)省線路走廊，但其對(duì)環(huán)境的影響較大，且穩(wěn)定性有待加強(qiáng)。

1.2 特高壓輸電線路繼電保護(hù)的現(xiàn)狀

就現(xiàn)階段實(shí)際情況來看，城市化進(jìn)程的加快，使得電力系統(tǒng)的運(yùn)行壓力日漸提升，導(dǎo)致線路運(yùn)行中出現(xiàn)的問題也逐漸增多，給人們的正常供電帶來了極大的影響。以往的輸電線路已經(jīng)難以滿足當(dāng)前時(shí)代發(fā)展要求，想要更好地為人們提供安全可靠的供電服務(wù)，就必須要建立更完善的輸電系統(tǒng)，盡可能地滿足社會(huì)發(fā)展需要，其中大容量、長(zhǎng)距離、低損耗是主要的研究方向，特高壓輸電線路就是在這樣的形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生[2]。但就目前情況而言，大多數(shù)國(guó)家的特高壓輸電線路都存在一定的問題，那就是在運(yùn)行的時(shí)候只能以低電壓等級(jí)運(yùn)行，這使得特高壓輸電線路的優(yōu)勢(shì)得不到充分發(fā)揮，我國(guó)目前在這方面的研究同樣也面臨著一些阻礙，因此持續(xù)加強(qiáng)對(duì)特高壓輸電線路繼電保護(hù)的相關(guān)研究有著十分重要的意義[3]。

1.3 特高壓輸電線路繼電保護(hù)的原理

對(duì)特高壓輸電線路而言，想要更充分地了解其繼電保護(hù)的原理，需要從以下兩個(gè)方面進(jìn)行：其一，電流縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理，該原理在具體的實(shí)踐過程中，主要涉及電容電流補(bǔ)償方法，想要實(shí)現(xiàn)對(duì)特高壓輸電線路的繼電保護(hù)，需要采取基爾霍夫電流定律來進(jìn)行相應(yīng)的算法，其中向量補(bǔ)償算法和時(shí)域補(bǔ)償算法在理論中十分常見，但在具體應(yīng)用過程中還是存在一定的問題;其二，差動(dòng)保護(hù)新原理，由于上述方法未能起到很好的作用，難以有效應(yīng)對(duì)特高壓輸電線路的繼電保護(hù)問題，所以出現(xiàn)了差動(dòng)保護(hù)新原理，在該原理的實(shí)際應(yīng)用過程中，建立貝瑞隆模型，不僅不受電容電流影響，而且還帶有求解速度快和精度高的特征。

1.4 特高壓輸電線路繼電保護(hù)要求

通過相關(guān)調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，特高壓輸電線路繼電保護(hù)的要求，主要包括七個(gè)方面：（1）想要更好地保障輸電線路的穩(wěn)定運(yùn)行，需要設(shè)立兩套完全獨(dú)立的主保護(hù)和后備保護(hù)，這樣一旦出現(xiàn)線路運(yùn)行故障，且一套主保護(hù)退出檢修時(shí)，仍然可以確保另外一套線路保護(hù)能夠發(fā)揮作用;（2）主保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)當(dāng)盡可能地符合限制過電壓的要求;（3）當(dāng)線路出現(xiàn)過負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，為了不影響繼電保護(hù)裝置的作用發(fā)揮，應(yīng)當(dāng)結(jié)合相關(guān)的計(jì)算數(shù)據(jù)以及絕緣子承受過電壓的能力來重新設(shè)置數(shù)值;（4）為了限制過電壓，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合電路實(shí)際情況，對(duì)兩端的快速自動(dòng)化重合閘進(jìn)行嚴(yán)格的控制，確保其最大時(shí)間差符合相關(guān)要求;（5）單相故障應(yīng)采用單相重合閘;（6）斷路器投入或跳開，需要合理控制好時(shí)間，確保不超過規(guī)定值;（7）加強(qiáng)對(duì)并聯(lián)電抗器的合理選擇。

2 特高壓輸電線路的繼電保護(hù)特殊問題

2.1 過電壓?jiǎn)栴}

通常情況來說，線路的自動(dòng)重合閘會(huì)對(duì)過電壓造成一定影響，這是因?yàn)閱蜗喙收喜捎萌嘀睾祥l時(shí)，在正常的線路運(yùn)行過程中就有可能會(huì)產(chǎn)生一定的過電壓，而如果是單相重合閘則基本上不會(huì)發(fā)生這類現(xiàn)象。另外，在特高壓輸電線路運(yùn)行過程中，工頻過電壓也是非常關(guān)鍵的一項(xiàng)內(nèi)容，需要加大對(duì)其的重視程度，這是因?yàn)樵谳旊婋妷杭?jí)提高的同時(shí)，特高壓線路對(duì)過電壓裕度要求更小，因而更有可能導(dǎo)致過電壓?jiǎn)栴}的產(chǎn)生。

2.2 分相電流差動(dòng)保護(hù)的問題

在故障或其他暫態(tài)過程中，通常會(huì)有很多的高頻分量生成，造成這一現(xiàn)象的主要原因在于暫態(tài)充放電流變化幅度很大，除了會(huì)導(dǎo)致上述情況之外，甚至還有可能生成更大的高頻電容電流，進(jìn)而影響線路安全運(yùn)行。從某種程度上來說，分相電流差動(dòng)縱聯(lián)是很優(yōu)秀的保護(hù)方式，很少會(huì)受到外在條件的限制，一般的系統(tǒng)振蕩和運(yùn)行方式并不會(huì)影響其發(fā)揮作用，但由于在特高壓輸電線路中，存在分布電容電流，因而會(huì)導(dǎo)致分相電流差動(dòng)保護(hù)受到一定影響。

2.3 暫態(tài)過程對(duì)線路保護(hù)的影響問題

通過相關(guān)調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，暫態(tài)過程中的振蕩因子有很多，比如電感和電容的諧振動(dòng)等等，而穩(wěn)態(tài)過程中的電壓和電流對(duì)輸電線路的影響非常大，這使得傳統(tǒng)的距離保護(hù)方案難以發(fā)揮實(shí)際作用。換句話來說，暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)之間的變化，給超高壓線路帶來了更大的挑戰(zhàn)，尤其是在我國(guó)電力需求不斷增加的前提下，當(dāng)前輸電電網(wǎng)的輸送能力已經(jīng)無法達(dá)到實(shí)際要求，想要更好地保障特高壓輸電線路的運(yùn)行，就必須要加強(qiáng)對(duì)線路的有效保護(hù)。

2.4 過渡電阻問題

通過對(duì)特高壓輸電線路的相關(guān)分析可以得知，該線路的過渡電阻為600Ω，在實(shí)際的電流運(yùn)行過程中，由于輸送電距離較長(zhǎng)，過渡電阻會(huì)影響到原本的電流運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致零序電壓大幅度降低。在這個(gè)時(shí)候，僅僅通過對(duì)特高壓線路電壓情況的觀察與分析，是很難掌握當(dāng)前的具體情形，有可能發(fā)生接地故障，也有可能線路未受影響，仍是處于正常運(yùn)行狀態(tài)，因此大大地延長(zhǎng)了線路處理的時(shí)間，不利于特高壓輸電線路的穩(wěn)定運(yùn)行。另外，短路點(diǎn)易發(fā)生過渡電阻問題，在沒有對(duì)其進(jìn)行有效處理之前，有可能導(dǎo)致距離保護(hù)的測(cè)量阻抗發(fā)生變化，進(jìn)而影響其正常的運(yùn)作，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)特高壓輸電線路的保護(hù)。想要躲過過渡電阻的暫態(tài)超越，確保線路的正常運(yùn)行，可以采用各種濾波手段來加以控制。

2.5 位置問題

由前文所述，特高壓輸電線路具有長(zhǎng)距離的特點(diǎn)，也就是說在進(jìn)行電力傳送時(shí)需要經(jīng)過較長(zhǎng)的一段距離，這個(gè)時(shí)候如果沒有大功率支持，是很難保證電流的正常輸送，而如果加大功率，又會(huì)導(dǎo)致線路中的負(fù)荷增加，這對(duì)線路的穩(wěn)定運(yùn)行也會(huì)造成很大影響。一般情況來看，當(dāng)輸電線路正常輸送電力時(shí)，其負(fù)荷的波動(dòng)幅度通常不會(huì)太大，基本上是在極限值附近徘徊，如果這個(gè)時(shí)候?qū)㈦娔軅魉途€路的大功率保障起來，那么對(duì)系統(tǒng)保護(hù)工作的要求非常高，目前還難以達(dá)到。除此之外，在特高壓輸電線路運(yùn)行過程中，由于受到外界環(huán)境及內(nèi)部因素的影響，使得輸電線路還極易出現(xiàn)位置問題，導(dǎo)致三相電能傳送線路參數(shù)無法保持一致，進(jìn)而影響特高壓輸電線路的運(yùn)行。

3 特高壓輸電線路的繼電保護(hù)有效策略

3.1 特高壓輸電線繼電保護(hù)配置

就現(xiàn)階段實(shí)際情況來看，特高壓輸電線路中的繼電保護(hù)方式與傳統(tǒng)的高壓線路繼電保護(hù)方式有所不同，前者通常是在不對(duì)電壓產(chǎn)生任何影響的前提下來保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，因此不會(huì)對(duì)用戶正常用電造成不必要的麻煩，同時(shí)也更能夠滿足當(dāng)前社會(huì)的用電需求。具體來說，在特高壓輸電線路運(yùn)行過程中，由于部分設(shè)施設(shè)備對(duì)電壓的承擔(dān)力度比較小，一旦出現(xiàn)故障問題，比如主設(shè)備發(fā)生電阻過大而導(dǎo)致故障，且沒有立即采取有效控制措施，那么整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行都將受到影響，給電力企業(yè)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)特高壓輸電線路的繼電保護(hù)措施很有必要，必須要安裝符合要求的繼電保護(hù)裝置，才能保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)

通過對(duì)縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)的研究與分析可以得知，該保護(hù)方式主要是先對(duì)輸電線路兩側(cè)中的電流相位進(jìn)行比較，并通過選擇性的機(jī)制來判斷故障是在本線路范圍內(nèi)還是在線路范圍之外，并以此為依據(jù)來決定是否切斷被保護(hù)線路。該方法的優(yōu)勢(shì)特征非常明顯，比如靈敏度高、簡(jiǎn)單可靠、不受系統(tǒng)運(yùn)行方式和系統(tǒng)振動(dòng)的影響以及可以正確判別內(nèi)部故障和外部故障等等，在當(dāng)前輸電線路繼電保護(hù)中的應(yīng)用非常廣泛。想要提高縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)的應(yīng)用效果，還需要做好如下幾點(diǎn)工作：（1）提高保護(hù)定值;（2）降低電流互感器的二次負(fù)載;（3）配置抗飽和能力強(qiáng)的繼電保護(hù)裝置;（4）進(jìn)行電容電流的補(bǔ)償。

3.3 縱聯(lián)距離保護(hù)

所謂的縱聯(lián)距離保護(hù)，實(shí)際上就是通過比較線路兩端配置的阻抗繼電器的動(dòng)作行為，以此來判斷故障線路與非故障線路的一種繼電保護(hù)方式，這種保護(hù)的核心元件是方向阻抗繼電器，不僅有方向性，而且還有固定的動(dòng)作范圍，能夠瞬時(shí)切除元件全長(zhǎng)的故障。在具體的應(yīng)用過程中，如果線路故障發(fā)生在內(nèi)部位置，那么縱聯(lián)距離保護(hù)裝置就可以直接確定故障方向是正方向上的，并及時(shí)做出相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作，保證對(duì)線路可靠性的保護(hù)。如果是外部發(fā)生了故障，也能夠通過縱聯(lián)距離保護(hù)裝置得知有一個(gè)方向發(fā)生了反方向變化，并對(duì)此進(jìn)行反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)回路斷線故障的閉鎖效果。需要注意的是，雖然縱聯(lián)距離保護(hù)能夠快速找到故障位置，并對(duì)輸電線路予以保護(hù)，但其在具體運(yùn)行過程中也存在一個(gè)缺點(diǎn)，那就是在線路運(yùn)行區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)故障時(shí)，有可能會(huì)伴隨通道破壞的產(chǎn)生，比如當(dāng)發(fā)生三相接地短路的問題，信號(hào)無法傳送過去的時(shí)候，就會(huì)造成保護(hù)拒動(dòng)。

3.4 行波保護(hù)

就現(xiàn)階段實(shí)際情況來看，特高壓輸電線路在實(shí)際應(yīng)用過程中，大多是以國(guó)家統(tǒng)一電網(wǎng)建設(shè)的形式為主，這樣更有助于保障線路穩(wěn)定，還有一部分則是采用聯(lián)合建設(shè)的方式。無論是哪一種建設(shè)方式，對(duì)繼電保護(hù)的要求都非常高，尤其是在速度方面，因此必須采取更有效的保護(hù)措施，而行波保護(hù)就是其中十分有效的手段，其不僅可以解決線路故障問題，更主要的是其具有快速動(dòng)作的特征，能夠在線路發(fā)生故障的第一時(shí)間就迅速做出反應(yīng)，從而最大程度保障線路安全。而且，行波保護(hù)不受電力系統(tǒng)振蕩的影響，是目前特高壓輸電線路中最為有效的繼電保護(hù)措施，但由于行波保護(hù)構(gòu)成復(fù)雜，對(duì)其的研究工作仍不能放松，只有不斷突破和創(chuàng)新，才能更好地發(fā)揮行波保護(hù)裝置的作用與價(jià)值，并為我國(guó)特高壓輸電線路的持續(xù)發(fā)展提供保障。

3.5 基于Marti模型的繼電保護(hù)

想要進(jìn)一步保障特高壓輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行，就需要加強(qiáng)對(duì)Marti模型繼電保護(hù)的合理運(yùn)用。具體來說，基于Marti模型的繼電保護(hù)，簡(jiǎn)單來說這就是一種分相形式的保護(hù)裝置，其通常是通過對(duì)線路兩側(cè)電壓電流之間關(guān)系的分析與研究，來判斷輸電線路運(yùn)行狀態(tài)，從而更好地采取針對(duì)性措施保護(hù)線路。如若特高壓輸電線路未發(fā)生故障問題，那么基于Marti模型的繼電保護(hù)裝置所顯示的計(jì)算值和實(shí)測(cè)值相等;反之，如若特高壓輸電線路發(fā)生故障，那么該裝置所顯示的兩側(cè)數(shù)值差距就會(huì)比較大，這個(gè)時(shí)候裝置會(huì)迅速進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作，從而快速切斷故障源，減少對(duì)特高壓輸電線路運(yùn)行的影響。另外，當(dāng)電路中還設(shè)置了并聯(lián)電抗器，為了確保繼電保護(hù)裝置的作用不受影響，還應(yīng)當(dāng)使用新的判斷依據(jù)，這樣才能更好地保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在新時(shí)期社會(huì)背景下，加強(qiáng)對(duì)特高壓輸電線路繼電保護(hù)問題的深入探究與分析，對(duì)提升我國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)、實(shí)現(xiàn)電力資源利用最大化有著重要意義。因此，相關(guān)技術(shù)人員必須要提高重視，充分意識(shí)到特高壓輸電線路繼電保護(hù)的重要性，并積極采取有效措施來改善當(dāng)前的繼電保護(hù)特殊問題，探尋出一套更有效的保護(hù)方式，以此來提高我國(guó)的電網(wǎng)輸送能力，促進(jìn)電力行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

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