特高壓輸電線路繼電保護特殊問題的研究

張旖珊　郭劍飛

摘 要 隨著社會經濟的飛速發展，我國電力能源的消耗量與日俱增，想要滿足當前社會的發展需求，就必須要對輸電能力提出更高的要求。在這樣的背景下，特高壓輸電線路應運而生，其在提升送電能力、保障電力供應方面展現了突出的優勢，但目前在繼電保護工作上還存在一定的問題?；诖?，本文將圍繞特高壓輸電線路的繼電保護特殊問題展開詳細分析，然后在此基礎上提出針對性的解決策略。

關鍵詞 特高壓輸電線路 繼電保護 特殊問題

中圖分類號：TM723 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）07-0004-03

現階段，我國電力系統發展不斷壯大，特高壓輸電線路在越來越多的地區被運用，不僅極大地解決了電力需求供應不足的情況，同時也對當地的經濟提升有著重要的推動作用。另外，特高壓輸電線路已成為我國主要的網架結構，其可以傳輸的距離非常長，而且損耗的電能也非常低，想要使其更好地發揮作用，就必須要重視其在繼電保護方面的一些問題，并積極探尋解決方法，如此方可推動我國電網的發展[1]。

1 特高壓輸電線路繼電保護問題的概況

1.1 特高壓輸電線路的特點分析

通過對特高壓輸電線路的相關調查可以發現，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，而且空間結構也更大，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，分布電容不會對其他線路造成損害，但如果在系統正常運行的過程中，突然發生電壓增大到一定程度的情況時，就極有可能會導致電壓值出現畸變現象，影響電路正常運行。

2.非周期分量，在線路中的電壓發生突變的時候，會產生非周期變量，同時還會形成具有衰減性質的低頻分量，這兩個分量都有可能阻礙電流的正常運行，并導致電流差動保護的可靠性下降。

3.雖然特高壓輸電線路可以提高電能傳輸的經濟性，以及節省線路走廊，但其對環境的影響較大，且穩定性有待加強。

1.2 特高壓輸電線路繼電保護的現狀

就現階段實際情況來看，城市化進程的加快，使得電力系統的運行壓力日漸提升，導致線路運行中出現的問題也逐漸增多，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難以滿足當前時代發展要求，想要更好地為人們提供安全可靠的供電服務，就必須要建立更完善的輸電系統，盡可能地滿足社會發展需要，其中大容量、長距離、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下應運而生[2]。但就目前情況而言，大多數國家的特高壓輸電線路都存在一定的問題，那就是在運行的時候只能以低電壓等級運行，這使得特高壓輸電線路的優勢得不到充分發揮，我國目前在這方面的研究同樣也面臨著一些阻礙，因此持續加強對特高壓輸電線路繼電保護的相關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的原理

對特高壓輸電線路而言，想要更充分地了解其繼電保護的原理，需要從以下兩個方面進行：其一，電流縱聯差動保護原理，該原理在具體的實踐過程中，主要涉及電容電流補償方法，想要實現對特高壓輸電線路的繼電保護，需要采取基爾霍夫電流定律來進行相應的算法，其中向量補償算法和時域補償算法在理論中十分常見，但在具體應用過程中還是存在一定的問題;其二，差動保護新原理，由于上述方法未能起到很好的作用，難以有效應對特高壓輸電線路的繼電保護問題，所以出現了差動保護新原理，在該原理的實際應用過程中，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要求

通過相關調查可以發現，特高壓輸電線路繼電保護的要求，主要包括七個方面：（1）想要更好地保障輸電線路的穩定運行，需要設立兩套完全獨立的主保護和后備保護，這樣一旦出現線路運行故障，且一套主保護退出檢修時，仍然可以確保另外一套線路保護能夠發揮作用;（2）主保護的動作時間應當盡可能地符合限制過電壓的要求;（3）當線路出現過負荷狀態時，為了不影響繼電保護裝置的作用發揮，應當結合相關的計算數據以及絕緣子承受過電壓的能力來重新設置數值;（4）為了限制過電壓，還應當結合電路實際情況，對兩端的快速自動化重合閘進行嚴格的控制，確保其最大時間差符合相關要求;（5）單相故障應采用單相重合閘;（6）斷路器投入或跳開，需要合理控制好時間，確保不超過規定值;（7）加強對并聯電抗器的合理選擇。

2 特高壓輸電線路的繼電保護特殊問題

2.1 過電壓問題

通常情況來說，線路的自動重合閘會對過電壓造成一定影響，這是因為單相故障采用三相重合閘時，在正常的線路運行過程中就有可能會產生一定的過電壓，而如果是單相重合閘則基本上不會發生這類現象。另外，在特高壓輸電線路運行過程中，工頻過電壓也是非常關鍵的一項內容，需要加大對其的重視程度，這是因為在輸電電壓級提高的同時，特高壓線路對過電壓裕度要求更小，因而更有可能導致過電壓問題的產生。

2.2 分相電流差動保護的問題

在故障或其他暫態過程中，通常會有很多的高頻分量生成，造成這一現象的主要原因在于暫態充放電流變化幅度很大，除了會導致上述情況之外，甚至還有可能生成更大的高頻電容電流，進而影響線路安全運行。從某種程度上來說，分相電流差動縱聯是很優秀的保護方式，很少會受到外在條件的限制，一般的系統振蕩和運行方式并不會影響其發揮作用，但由于在特高壓輸電線路中，存在分布電容電流，因而會導致分相電流差動保護受到一定影響。

2.3 暫態過程對線路保護的影響問題

通過相關調查可以發現，暫態過程中的振蕩因子有很多，比如電感和電容的諧振動等等，而穩態過程中的電壓和電流對輸電線路的影響非常大，這使得傳統的距離保護方案難以發揮實際作用。換句話來說，暫態和穩態之間的變化，給超高壓線路帶來了更大的挑戰，尤其是在我國電力需求不斷增加的前提下，當前輸電電網的輸送能力已經無法達到實際要求，想要更好地保障特高壓輸電線路的運行，就必須要加強對線路的有效保護。

2.4 過渡電阻問題

通過對特高壓輸電線路的相關分析可以得知，該線路的過渡電阻為600Ω，在實際的電流運行過程中，由于輸送電距離較長，過渡電阻會影響到原本的電流運行狀態，導致零序電壓大幅度降低。在這個時候，僅僅通過對特高壓線路電壓情況的觀察與分析，是很難掌握當前的具體情形，有可能發生接地故障，也有可能線路未受影響，仍是處于正常運行狀態，因此大大地延長了線路處理的時間，不利于特高壓輸電線路的穩定運行。另外，短路點易發生過渡電阻問題，在沒有對其進行有效處理之前，有可能導致距離保護的測量阻抗發生變化，進而影響其正常的運作，難以實現對特高壓輸電線路的保護。想要躲過過渡電阻的暫態超越，確保線路的正常運行，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距離的特點，也就是說在進行電力傳送時需要經過較長的一段距離，這個時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，又會導致線路中的負荷增加，這對線路的穩定運行也會造成很大影響。一般情況來看，當輸電線路正常輸送電力時，其負荷的波動幅度通常不會太大，基本上是在極限值附近徘徊，如果這個時候將電能傳送線路的大功率保障起來，那么對系統保護工作的要求非常高，目前還難以達到。除此之外，在特高壓輸電線路運行過程中，由于受到外界環境及內部因素的影響，使得輸電線路還極易出現位置問題，導致三相電能傳送線路參數無法保持一致，進而影響特高壓輸電線路的運行。

3 特高壓輸電線路的繼電保護有效策略

3.1 特高壓輸電線繼電保護配置

就現階段實際情況來看，特高壓輸電線路中的繼電保護方式與傳統的高壓線路繼電保護方式有所不同，前者通常是在不對電壓產生任何影響的前提下來保障系統的穩定運行，因此不會對用戶正常用電造成不必要的麻煩，同時也更能夠滿足當前社會的用電需求。具體來說，在特高壓輸電線路運行過程中，由于部分設施設備對電壓的承擔力度比較小，一旦出現故障問題，比如主設備發生電阻過大而導致故障，且沒有立即采取有效控制措施，那么整個系統的運行都將受到影響，給電力企業帶來嚴重的經濟損失。因此，對特高壓輸電線路的繼電保護措施很有必要，必須要安裝符合要求的繼電保護裝置，才能保障電力系統的穩定運行。

3.2 縱聯電流差動保護

通過對縱聯電流差動保護的研究與分析可以得知，該保護方式主要是先對輸電線路兩側中的電流相位進行比較，并通過選擇性的機制來判斷故障是在本線路范圍內還是在線路范圍之外，并以此為依據來決定是否切斷被保護線路。該方法的優勢特征非常明顯，比如靈敏度高、簡單可靠、不受系統運行方式和系統振動的影響以及可以正確判別內部故障和外部故障等等，在當前輸電線路繼電保護中的應用非常廣泛。想要提高縱聯電流差動保護的應用效果，還需要做好如下幾點工作：（1）提高保護定值;（2）降低電流互感器的二次負載;（3）配置抗飽和能力強的繼電保護裝置;（4）進行電容電流的補償。

3.3 縱聯距離保護

所謂的縱聯距離保護，實際上就是通過比較線路兩端配置的阻抗繼電器的動作行為，以此來判斷故障線路與非故障線路的一種繼電保護方式，這種保護的核心元件是方向阻抗繼電器，不僅有方向性，而且還有固定的動作范圍，能夠瞬時切除元件全長的故障。在具體的應用過程中，如果線路故障發生在內部位置，那么縱聯距離保護裝置就可以直接確定故障方向是正方向上的，并及時做出相應的保護動作，保證對線路可靠性的保護。如果是外部發生了故障，也能夠通過縱聯距離保護裝置得知有一個方向發生了反方向變化，并對此進行反應，實現對回路斷線故障的閉鎖效果。需要注意的是，雖然縱聯距離保護能夠快速找到故障位置，并對輸電線路予以保護，但其在具體運行過程中也存在一個缺點，那就是在線路運行區域內出現故障時，有可能會伴隨通道破壞的產生，比如當發生三相接地短路的問題，信號無法傳送過去的時候，就會造成保護拒動。

3.4 行波保護

就現階段實際情況來看，特高壓輸電線路在實際應用過程中，大多是以國家統一電網建設的形式為主，這樣更有助于保障線路穩定，還有一部分則是采用聯合建設的方式。無論是哪一種建設方式，對繼電保護的要求都非常高，尤其是在速度方面，因此必須采取更有效的保護措施，而行波保護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作的特征，能夠在線路發生故障的第一時間就迅速做出反應，從而最大程度保障線路安全。而且，行波保護不受電力系統振蕩的影響，是目前特高壓輸電線路中最為有效的繼電保護措施，但由于行波保護構成復雜，對其的研究工作仍不能放松，只有不斷突破和創新，才能更好地發揮行波保護裝置的作用與價值，并為我國特高壓輸電線路的持續發展提供保障。

3.5 基于Marti模型的繼電保護

想要進一步保障特高壓輸電線路的安全穩定運行，就需要加強對Marti模型繼電保護的合理運用。具體來說，基于Marti模型的繼電保護，簡單來說這就是一種分相形式的保護裝置，其通常是通過對線路兩側電壓電流之間關系的分析與研究，來判斷輸電線路運行狀態，從而更好地采取針對性措施保護線路。如若特高壓輸電線路未發生故障問題，那么基于Marti模型的繼電保護裝置所顯示的計算值和實測值相等;反之，如若特高壓輸電線路發生故障，那么該裝置所顯示的兩側數值差距就會比較大，這個時候裝置會迅速進行保護動作，從而快速切斷故障源，減少對特高壓輸電線路運行的影響。另外，當電路中還設置了并聯電抗器，為了確保繼電保護裝置的作用不受影響，還應當使用新的判斷依據，這樣才能更好地保證系統運行的安全穩定。

4 結語

總而言之，在新時期社會背景下，加強對特高壓輸電線路繼電保護問題的深入探究與分析，對提升我國繼電保護技術、實現電力資源利用最大化有著重要意義。因此，相關技術人員必須要提高重視，充分意識到特高壓輸電線路繼電保護的重要性，并積極采取有效措施來改善當前的繼電保護特殊問題，探尋出一套更有效的保護方式，以此來提高我國的電網輸送能力，促進電力行業的進一步發展。

參考文獻：

[1] 王國瑞，劉軍，王釗.特高壓輸電線路繼電保護問題的研究[J].城市建設理論研究（電子版），2017（24）：11.

[2] 戴星宇，施偉成，趙肖旭，等.特高壓輸電線路繼電保護特殊問題的研究[J].科技與創新，2016 （21）：91.

[3] 姜凱華.特高壓輸電線路繼電保護特殊問題的研究[J].今日科苑，2015（12）：59.