一种110kV数字式线路保护测控装置

哈电集团·阿城继电器股份有限公司 陈艳河

1.引言

近年来，微机保护发展的非常快，在我国电力系统中，高低压设备都大量采用微机保护，微机保护在保护电力系统安全稳定运行方面起到了不可磨灭的贡献。我公司自主研制开发生产的微机式线路保护测控装置适用于11OkV电压等级的大电流接地系统中的输电线路，在原理上采用高频纵联保护作为主保护，距离保护作为后备保护，在发生大电阻接地故障，距离保护灵敏度不足时，采用零序保护作为后备保护，充分考虑了大电流接地系统中能够发生的各种故障。装置功能还包括三相一次重合闸，PT断线后两段过流保护，过负荷，低频减载等其他的辅助功能。

2.保护原理

2.1 高频纵联保护

高频纵联保护，可以使保护线路区内任何一点发生故障时，都能达到全线速动。高频纵联保护可以分为允许式高频纵联保护和闭锁式高频纵联保护。本系列保护装置两者都能实现，并且都采用距离方向元件和零序方向元件，保证动作的快速性，选择性。

2.2 距离保护

距离保护作为高频纵联保护的后备保护，分为相间距离和接地距离。本系列装置设有六个阻抗元件，阻抗特性采用在多边形动作特性的基础上叠加一个小矩形区域，多边形特性的阻抗元件可以有效的抑制暂态超越。在发生区内远距离故障时，测量阻抗能正确代表故障方向，不需要另行判别方向，而在近距离故障，当测量阻抗进入小矩形区域时，测量阻抗不能正确代表故障方向，投入方向元件判断方向。在系统发生振荡时，本系列装置设有静稳破坏检测元件，能保证距离保护不会发生误动，而在振荡中发生故障时，本装置还设有振荡中故障判别元件，又能使保护再次开放，使振荡中的故障尽可能快速解除。本系列装置除了设有正常的阶段式距离保护外，还有不对称故障相继速动，和双回线相继速动保护功能。

2.3 零序保护

在发生大电阻单相接地时，距离保护的灵敏度不足时，零序保护能够起到后备保护功能。零序保护由零序功率方向和零序过电流构成零序电流方向保护。零序电流方向保护采用统一的零序功率方向元件，其电压正常时采用自产3UO，当检测到PT失压后，可以选择或取消方向控制，或自动改用PT开口三角侧的零序电压作为方向元件的电压量，或闭锁零序电流方向保护。这样即利用了自产3UO保证接线正确的优点，又利用了开口三角电压不受PT断线影响的优点。

3.仿真分析

3.1 仿真模型

单回线运行系统仿真模型，包括一台发电机、一条输电线路和一个无穷大系统。用来仿真11OkV线路上所发生的各种区内区外故障，以考察本保护装置的可靠性。线路全长15Okm，距离保护I段整定范围为1OOkm。模拟故障点有4处：反向出口处（F1），正向出口处（F2），O.95倍整定值处（F3），1.O5倍整定值处（F4）。故障类型包括1O种：A相接地，B相接地，C相接地，AB相间短路，BC相间短路，CA相间短路，AB相接地，BC相接地，CA相接地，ABC相间短路。每种故障次数5次。

3.2 试验项目

以距离保护中的距离I段保护为主要测试对象。

3.2.1 暂态超越（阻抗保护）

在F3和F4 1O种类型的故障，实验结果如下：（注意动作时间包含其断路器的动作时间）

F3故障动作时间在115ms左右，F4故障距离I段保护可靠不动作。

3.2.2 简单区内外故障

在F1，F2，F3，F4，发生1O种类型金属性故障，实验结果如下：

a）F1故障，保护可靠不动作；b）F2故障，距离I段动作时间3Oms左右；c）F3故障，距离I段动作时间115ms左右；d）F4故障，距离I段可靠不动作。

3.2.3 带过渡电阻故障

在F1，F2，F3，F4，发生各种类型的非金属性故障（单相接地故障的接地过渡电阻为25Ω，相间短路的过渡电阻为1OΩ）。实验结果如下：

a）F1故障，保护可靠不动作；b）F2故障，距离I段动作时间32ms左右；c）F3处故障，距离I段动作时间115ms左右；d）F4故障，距离I段可靠不动作。

3.2.4 发展性和转换性故障

在F2，F3，F4，发生单相故障发展成为两相或三相故障，故障转换时间在5～24Oms。在F1处，F2处，发生区内外各种转换性故障，故障转换时间在5～1OOms。实验结果如下：

a）F2发生单相故障发展成为两相或三相故障，距离I段动作时间3Oms左右；b）F3发生单相故障发展成为两相或三相故障，距离I段动作时间115ms左右；c）F4发生单相故障发展成为两相或三相故障，距离I段可靠不动作；d）F1发生区外转区内故障，距离I段可靠动作；e）F2发生区内转区外故障，距离I段可靠不动作（转换时间小于3Oms）。

3.3 试验结论

由以上试验可以得出结论，本装置的暂态超越误差在5%以内，短路阻抗在整定阻抗的O.95倍时，可靠动作，1.O5倍时可靠不动作。在线路上发生区外各种金属性故障时，保护可靠不动作。发生区内各种金属性故障时，保护可靠动作，且在近距离故障时，保护能在3Oms左右快速切除故障，在远距离处也能够在12Oms内切除各种故障。在线路上发生区外各种非金属性故障时，保护可靠不动作。在发生发生区内各种非金属性故障时，保护能可靠动作。在线路上发生同一点发展性故障时，保护可靠正确动作，不同点的区内外转换时，保护可靠正确动作。

4.现场运行

11OkV数字式线路保护测控装置，已经在几十个11OkV变电站中投入运行，其中包括：重庆乜敖11OkV变电站、四川盐边箐河11OkV变电站等，装置功能和可靠性得到很好的验证，得到了用户的广泛好评。

5.结语

本公司开发研制生产的数字式线路保护测控装置，在原理上达到国内先进水平，并经过大量的大量仿真动态模拟仿真实验，数字模拟仿真实验，证明此种数字式线路保护测控装置对11OkV电压等级的线路上发生的各种故障都有很高的灵敏度，并通过了国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心的检测。经过长期的现场实际运行，充分证明装置的可靠性和安全性。

[1]朱声石.高压电网继电保护原理与技术(第三版)[M].中国电力出版社,2005,4.

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