关键词：特高压；电网交流线路；信息量；快速保护
1前言
特高压输电系统是指交流１０００ｋＶ、直流±８００ｋＶ及以上电压等级的输电系统。我国持续快速增长的电力需求、能源资源与经济发展逆向分布的基本国情直接推动了特高压输电工程的快速建设。截止目前，己经有８条１０００ｋＶ特高压交流输电线路和１３条±８００ｋＶ特高压直流线路建成并投入运行，初步形成了“强交强直”的特高压输电骨干网架，在建４交２直，待建７交５直。世界上规模最大、运行工况最复杂的特高压交直流混联电网在我国业已形成，对保证电网安全稳定运行第一道防线的继电保护装备提出了更高要求。电压等级越高，故障后电压降低越多，产生的不平衡功率越大；故障切除越快，低电压的持续时间越短，故障产生的不平衡能量就越小。因此，加快故障切除，直接减少了故障对系统的冲击，对于增强互联大电网的暂态稳定性具有重要意义，是提高电网坚强性、安全性的经济、有效的措施。特高压线路提供了超大功率的输电能力，但这种输电能力的可用度尚依赖于继电保护的性能。具有高速乃至超高速动作性能的继电保护己成为特高压电网的现实需要。
2快速保护装置的开发现状
在快速保护装置的实用化开发方面，伴随着２０世纪７０-８０年代暂态量保护原理研究的热潮，陆续推出了一些快速保护装置并获得现场应用，积累了一定的运行经验。瑞典ＡＳＥＡ公司研制出行波极性比较式方向纵联保护装置ＲＡＬＤＡ，在美国和中国先后投入现场运行。日本东京电力公司研制的行波差动保护装置受限于当时的通信和硬件水平，采用微波通信，采样率仅有６００Ｈｚ，Ａ／Ｄ转换精度为１２位。瑞士ＡＢＢ公司研制出了多ＣＰＵ微机型保护装置ＬＲ－９１，其原理是改进的行波判别式方向纵联保护。ＧＥＣ公司研制的保护装置ＬＦＤＣ，采用了行波幅值比较式方向纵联保护原理。由于硬件性能的制约和提取高频暂态行波的数学工具的缺乏，这一阶段研制的快速保护装置性能不稳定，可靠性进入２０世纪９０年代后，随着硬件性能的大幅提升和数字信号处理工具的日益丰富，利用暂态故障信息的各类快速保护装置相继研发出来，如边界保护装置，基于波阻抗方向继电器的行波方向纵联保护装置，行波距离保护装置，仅利用暂态电流的行波方向纵联保护装置，行波极性比较式方向纵联保护装置，部分装置也投入了现场试运行。为了尽快切除故障，快速保护装置需要在故障后短时间内处理大量数据，这对保护平台的软硬件水平提出了很高要求，也造成了其实用化难度要远大于工频量保护装置。同时，电力系统接受暂态量保护原理及使用快速保护装置，也存在一个过程。快速保护装置的开发仍需要进行大量深入细致的工作，使其满足继电保护“四性”的要求，才能真正投入现场运行。
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3全信息量快速保护的总体方案
故障发生的初始阶段（一般在５ｍｓ内），主要为暂态行波过程，暂态故障信息集中体现在故障初始行波及后续若干反射波中。单端和双端的暂态故障信息均可加以利用，通过多种类型暂态故障信息的融合构成完善的暂态量保护方案，包括单端暂态量保护和双端暂态量保护。单端暂态量保护仅利用本地的暂态故障信息，对于被保护线路的大部分故障，能够超高速动作（小于２ｍｓ），类似于传统工频量保护中的“速断保护”。单端暂态量保护由方向元件、故障选相元件和边界元件构成。当方向元件判别为正向故障且选相元件确定故障类型后，由边界元件进行区内外故障的判别，若为区内故障，直接出口跳闸。单端暂态量保护动作速度快，但线路末端故障产生的行波经过远距离传播到达保护安装处时己有较大衰减，会导致单端暂态量保护的灵敏度降低，甚至拒动。
为了解决单端暂态量保护的可靠性问题，快速而有选择地切除全线范围内的故障，需要拓展利用暂态故障信息的空间范围，引入对端的暂态故障信息，构成双端暂态量保护。双端暂态量保护由极性元件、距离元件和方向元件构成。经光纤通信通道得到远方的故障信息（线路对端的极性、初始行波时标和方向），分别由极性元件、距离元件和方向元件根据故障极性、故障距离和故障方向判据进行故障识别。为了提高双端暂态量保护动作的可靠性，借鉴直流系统保护多重化的冗余配置方式，３个判据采用“三取二”的出口逻辑，即２个或３个判据判定为区内故障，才发出跳闸命令。计及两端借助通信手段进行故障信息交换的延时和由于可靠性需要人为增加的延时，双端暂态量保护的动作仍是高速的（小于５ｍｓ）。
从时间上来看，暂态故障信息实现了分时利用，超高速的单端暂态量保护基于单端暂态故障信息，高速的双端暂态量保护则利用了双端暂态故障信息，两者并行不悖。暂态量保护采用“启动＋动作”逻辑，这就需要担负检测故障发生与启动后续保护元件工作任务的暂态启动元件。快速的故障选相元件用于满足特高压交流线路单相重合闸以及与边界元件相配合的要求。在某些故障条件下，特别是受故障初始角和过渡电阻的影响，故障暂态行波可能很小或没有，暂态启动元件难以动作，会导致暂态量保护的拒动。因此，故障切除仅仅依赖暂态量保护是不可靠的。为了解决暂态量保护的可靠性问题，使保护功能覆盖所有故障情形，引入工频量保护。故障初始阶段之后，随着高频暂态分量的衰减，工频量占据优势，工频故障信息凸显且易于利用，此时工频量保护原理能够灵敏可靠的反应故障情形。目前，我国特高压工程使用的工频量保护原理主要有：单端的工频变化量距离保护，中长线近端故障动作时间小于１０ｍｓ；双端的分相电流差动保护、零序电流差动保护和距离纵联保护等，采用光纤通道，全线路动作时间小于２５ｍｓ。由此可知，传统工频量保护实际上通过单端、双端工频故障信息的综合利用，取得了快速性和可靠性的平衡
5结束语
全信息量快速保护中的单端暂态量保护利用特高压电网交流线路特有的边界特性构成新的保护原理，对于绝大多数区内故障可超高速动作（小于２ｍｓ），并以自适应故障类型的整定方法提高单端暂态量保护的灵敏度。
参考文献：
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[3]徐蔚,林勇,周煜智,徐政.区域电网互联对广东电网暂态稳定性的影响分析[J].电力系统自动化,2013,37(21):34-38.
论文作者: 金永来
论文发表刊物:《中国电业》2019年第20期
论文发表时间:2020/4/7
标签：故障论文; 元件论文; 快速论文; 电网论文; 保护装置论文; 特高压论文; 线路论文; 《中国电业》2019年第20期论文;