特高压输电线路继电保护的原理与技术

摘要：随着我国国民经济的快速增长，电力供应需求也与日俱增，超高压输电线路已经难以满足当下的社会电力供应需求。在这种情况下，特高压输电技术得到快速发展，特高压输电线路的应用将使现有的电网技术得到质的提升。本文将对特高压输电线路进行简单介绍，在此基础上，对其继电保护原理和技术进行分析。

关键词：特高压；输电线路；继电保护；原理；技术

特高压输电技术的发展与应用是保障电力系统与社会经济协调发展的关键，特高压输电线路正逐渐成为我国电网的骨干网架。特高压输电线路具有距离长、损耗低等特点。与超高压输电线路相比，特高压线路的导线直径、阻抗角、传输功率、相间电容、线路电容电流都有所增大，阻抗有所下降，这都对继电保护产生较大影响，因此，有必要对特高压输电线路的继电保护原理和技术进行专门研究。

一、特高压输电线路简介

近二十年来，随着社会经济的快速发增长，电力需求也不断增长，超高压输电技术已经难以满足未来的电力供应需求，因此特高压输电技术是我国电力系统发展的必然趋势。特高压输电技术的应用不仅能够满足电力增长需求，还能够降低电网投资，优化资源配置，减少线路损耗，提高电网运行的稳定性。特高压输电线路的优点是能够进行远距离、大容量的电力传输，具有较好的经济性，能够节省线路走廊。但在特高压输电线路的建设过程中，系统的稳定性问题不容易解决。继电保护技术是保证特高压输电线路稳定运行的关键技术，因此对其进行研究是发展特高压输电技术的关键。只有研究出更先进的特高压继电保护技术，才能为特高压输电线路的稳定运行提供保障[1]。

二、继电保护原理与技术

（一）纵联保护技术

纵联保护的原理是发生线路故障时，使线路两侧发生纵向联系，进行信息交换，作为故障排查的判断依据，并有选择的快速切出全线故障的继电保护技术。其中，判断依据是线路两侧判别量的特定关系，通过判别量的交换和与本侧判别量的对照分析，对故障发生位置进行判断，区分区内故障和区外故障。纵联保护的主要方式包括锁闭式、允许式纵联距离保护和纵联电流差动保护等[2]。

（二）纵联距离保护技术

纵联距离保护根据方向判别元件动作情况对线路两侧的故障方向进行比较，判断线路故障的发生位置。如果是内部故障，则线路两侧的故障方向都是正方向。如果是外部故障，则必定有一侧的故障方向是反方向。纵联距离保护发挥作用的基本条件是具有明确的方向性，能够对各种对称和不对称故障作出快速反应，能够对本线路全长进行可靠保护，并且能够对系统振动或二次回路断线采取闭锁措施。这种保护方式不受系统运行方式的变化所影响，并且能够根据不同的线路情况采用相应的动作特性。

（三）纵联电流差动保护技术

纵联差动保护技术通过对线路两侧电流相位进行比较，选择保护行为。若故障线路两侧电流的相位相同，则保护被闭锁，若相反，则保护动作跳闸。纵联差动保护技术的优势特点是装置简单，对全相状态中的对称故障和不对称故障都能作出反应，而且不受系统振荡、回路断线影响，能够在非全相状态和单相重合闸过程中继续提供继电保护。但是该保护技术对信道有较高要求，需要实现两侧保护的联跳。若信道停止使用，该保护会退出运行，所以需要采取后备保护措施[3]。

（四）分相电流差动纵联保护技术

分相差动纵联保护技术的优势在于该保护技术拥有绝对选择性，在一般输电线路中，是一种较为理想的保护方式。其保护原理以基尔霍夫电流定律為基础，不受系统振荡、运行方式影响，过渡电阻对其影响也较小，且本身具备选相功能。但是在特高压输电线路中，发生区外故障时，两端电流受分布电容电流的影响较大，会影响其正常工作，所以需要采取补偿措施，尤其是补偿暂态电容电流算法。如果没有补偿措施，该保护技术不适合在特高压输电线路中使用。

（五）负序方向纵联保护技术

由于负序分量存在于故障的全过程中，可以对不对称故障发生的全过程进行可靠反应，不受系统振荡的影响。但该继电保护技术的灵敏度受系统运行方式和线路换位情况影响，不能对三相短路故障进行可靠反应。可以为负序功率方向元件加配正序故障分量方向元件，或相电流电压突变量方向元件，对三相短路进行专门反应。如此一来就是一种较为完善的纵联保护，这种继电保护技术的理论和实践较为成熟，但是不能作为特高压输电线路的主保护[4]。

（六）工频变化量纵联保护技术

工频变化量纵联保护能够对全相和非全相状态的各种线路故障作出反应，而且动作速度快，不受系统振荡、负荷电流的影响。该继电保护技术在220kV和500kV的输电线路中的应用取得了较好效果。但是只能在故障发生的初瞬间做出反应，不能在故障全过程中进行反应。而且其灵敏度受系统运行方式影响，具有不确定性。

（七）工频故障分量距离保护技术

工频故障分量距离保护技术的测量信号是电力故障引起的分量电流和电压信号，动作性能不受非故障状态影响，无需加振荡闭锁。工频故障分量距离保护不能反映系统振荡和故障前负荷量。其阻抗继电器只反映故障分量的工频稳态量，不反映暂态分量，性能较稳定。该继电保护技术具有较快的反应速度，阻抗继电器本身具备选相能力。

三、结语

总而言之，继电保护技术是保证特高压输电线路能够稳定运行的关键技术，本文主要介绍了纵联距离保护技术、负序方向纵联保护技术等多种继电保护技术，这些继电保护技术在以往的使用过程中都取得了一定效果，但在特高压输电线路中的使用还要根据特高压线路特点进行改进。

参考文献：

[1]申志成.特高压输电线路继电保护问题的研究[D].华北电力大学（北京），2016.

[2]杨帅雄.基于故障暂态分量的高压输电线路继电保护方法研究[D].湖南大学，2011.

[3]薛炳磊.1000kV特高压线路继电保护特殊问题的分析与研究[D].山东大学，2009.

[4]刘浩芳.特高压输电线路保护新原理及自适应重合闸技术的研究[D].华北电力大学（河北），2007.

作者简介：陈俊（1992），男，汉族，江苏江都人，本科，助理工程师，研究方向：江苏特高压电网。