摘要：输电线路是电力系统构成中不可或缺的组成部分，承担着为用户传送电能的重任。由于其所处的复杂运行环境条件，其相对容易发生事故的概率，所以强化输电线路继电保护是一项非常关键而重要的举措。本文先对输电线路继电保护的基本原理进行了阐述，然后重点对常见的继电保护方法及应用进行了探讨。
关键词：输电线路；继电保护；原理；方法
在输电线路运行维护中，继电保护是一种非常关键的保护装置，其是确保输电线路可以持久稳定输送电能的重要保障。一旦输电线路发生故障时，继电保护系统无法及时切除故障线路或电力设备，那么就无法起到保护输电线路乃至整个电力系统的作用，所以必须要强化输电线路继电保护。因此，选择科学、合理的继电保护装置设备对于保护输电线路运行稳定性具有重要意义。
一、输电线路继电保护的基本原理
输电线路继电保护实际上就是在输电线路上安装相应的继电保护装置，在输电线路中的电气设备出现不正常运行状态或者发生短路、断路等事故后可以使断路器产生跳闸动作或发送异常信号，可以及时切除输电线路中的异常电力设备，保证其他非故障电力设备可以保持正常运行，尽可能地缩小输电线路故障的范围。常见的继电保护装置的组成简图如图1所示，通过对输入信号进行处理，即可实现自动判断后续需要执行的保护动作。
图1 继电保护装置组成简图
二、输电线路继电保护的常用方法
2.1 电流保护法
考虑到电流速断无法对输电线路全长进行保护，无法将限时电流速断当作相邻电力设备的后备保护，所以为了可以对故障进行准确、快速切除，常常采用三段式电流保护的方式，即将过电流保护、限时电流速断以及常规电流速断这三种电流保护形式组合在一起。如图2所示的为一个单电源输电线路，其中的保护1，2，3，4互相配合实际上就组成了三段式电流保护。其中每段输电线路的Ⅱ段电流保护都可以配合后一段输电线路的Ⅰ断电流保护，且会有0.5s左右的延时时间。Ⅲ段电流保护配合下一段输电线路的Ⅲ段电流进行保护，相应的动作延时时间控制在0.5~1s。
图2 三段式电流保护示意图
继电保护在保护输电线路可以采用有时限和无时限两种动作方式，在最短时间内结合输电线路所反馈出的输电信号做出跳闸选择，如此来确保输电线路的安全性。例如，在图2中，假定输电线路中的CD段出现了故障，那么由继电保护2执行相应动作，一旦其无法进行动作，那么在延时0.5s～1s时继电保护3执行相应动作，这样可以确保继电保护2保持正常工作状态，继电保护3不会出现误动情况。三段式电流保护这种继电保护装置的接线比较简单，可靠性相对较高，实际应用过程中需要靠动作电流进行无限时点波速断保护的选择性，同时由动作时限确保过电流保护和带时限电流速断保护。然而，在单电源环网或多电源网络状态下，常常很难满足三段式电流保护实际应用过程中的选择性要求。此外，由于无时限电流速断无法对输电线路全长进行有效保护，相应的保护范围以及灵敏度均会受到电力系统运行方式的影响。又或者在输电线路长度比较大且负荷量比较大的时候，输电线路末尾部位处的最小短路电流基本上和最大负荷电流之间比较接近，这时候继续应用三段式电流保护会无法确保其灵敏度满足规定要求。
2.2 差动保护法
为了确保输电线路运行的可靠性与稳定性，需要确保在无延时状态下将所保护输电线路上的各个故障点切除，如果采用电流保护法则无法满足相应的要求，但是可以采用差动保护法这种机电保护法确保输电线路运行的可靠性。差动保护法实际上就是借助基尔霍夫电流定理，当输电线路处于正常工作状态下或在区外故障条件下，如果输电线路流出和流入的数值保持一致，那么所设置的输电线路差动继电器不会发生动作。但是当本级输电线路内部出现故障后，两侧或三侧向输电线路故障点需要提供短路电流，差动保护感受到的二次电流和的正比于故障点电流，这时差动继电保护器则会发生动作。如图3，如果输电线路中出现异常问题，那么流入所设置的差动保护继电器中的电流就会和短路部位处的总电流值保持一致，即：
，当流入所设置的差动保护继电器中的电流比动作电流值大的时候，就是使线路中所设置断路器出现跳闸。如果在输电线路外部出现异常情况的时候，
，那么这时候流入所设置的差动保护继电器中的电流值为零，不会发生差动保护动作。
图3 差动保护示意图
根据接线方式的差异性，可以将差动保护划分为横联和纵联两种差动保护方式，具体特征如下：其一，纵联形式的差动保护，主要是通过对线路两端电流的相位和大小进行比较，进行判断区域外或内是否存在故障。相较于观察装设保护一侧的电流保护距离而言，该种保护方式在快速性、灵敏性以及选择性等方面的作用尤为显著，尤其是可以避免输电线路外部故障后不会出现动作，具有很显著的选择性，力求可以做到全线速动，增强保护的灵敏度。但是该种类型的差动保护投资比较大，且不适宜远距离输电线路的继电保护。横联差动保护则可以及时、快速地切断出现故障问题的输电线路，确保输电线路的安全性，同时该种保护的接线工序非常简便，优势非常显著。但是为了确保使用效果，需要在原本配置的继电保护条件基础上，再配置一套距离保护和三段式电流保护。此外，为了确保电流差动保护方案设计的质量，增强分量信号处理的效果，可以选择零序电流来当成继电保护系统的后备保护方式，以和全电流联系在一起减少不同继电保护方式应用的各种缺点。
2.3 电力信号处理法
输电线路继电保护常常将其和相关暂态信号联系起来，这些信号具有不稳定、非线性等特征，所以在输电线路继电保护之前，需要借助傅里叶等数学法来对暂态信号进行处理，但是这种处理法却存在一定缺陷，就是信号处理变换方式的精确度不够。针对这种情况，为了进一步增强输电线路继电保护工作的效果，可以在继电保护系统中引入和应用HHT，借此来对相应的暂态信号进行妥善处理。通过大量实践研究可知，通过HHT法在继电保护系统中的应用，除了可以增强输电线路故障信号判断能力外，也有助于消除异常噪音，确保工作人员可以及时明确输电线路故障位置所在，确保故障处理的及时性和有效性。
2.4 自适应电流保护法
用电设施和输电线路具有很强的联系性，其中等效阻抗相对较小，一旦电动势保持恒定状态，输电线路同点负荷电流值就会增加，为了对电力运行方式及类型进行有效掌握，更好地对输电线路电流进行检测，需要做好输电线路的电流保护工作。在自适应电流保护过程中，需要对输电线路故障类型进行明确，对前后基波进行对比确保电流幅值的准确性。一旦出现单相短路故障，那么就可能会增加输电线路的电流值，但是不会使余下相的电流值出现变化。当两相出现短路故障后，相应的输电线路电流值提升，增加其故障范围，其他部分则不会发生改变。此外，在明确输电线路故障类型后，继电保护装置内部所流过的故障电流方向会存在反差，所以为了更好进行继电保护，就需要对其方向进行控制。
三、结语
总之，继电保护是确保输电线路运行稳定性和安全性的重要保障，一旦其出现失常情况，就会对输电线路乃至整个电力系统产生影响。为了更好地对输电线路进行继电保护，就需要结合实际的需求，灵活选择电流保护法、差动保护法、电力信号处理法和自适应电流保护法，确保输电线路运行的稳定性。
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论文作者:章松
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/17
标签：电流论文; 线路论文; 继电保护论文; 故障论文; 差动论文; 动作论文; 输电线论文; 《电力设备》2018年第17期论文;