浅谈750kV升压站四角主接线形式的继电保护

李志刚

（宁夏枣泉发电有限责任公司）

0 引言

750kV输电系统的输电能力强、输电损耗小，在长距离、大容量的输电工程中具有较强的经济优势。750kV输电系统的安全保护手段多种多样，有电抗器保护、母线保护、变压器保护等各种各样的手段。在实际应用过程中，为了保证 750kV输电系统的安全性，通常是将这些手段组合起来应用。本文主要对750kV输电系统的四角主接线的继电保护技术进行研究。

1 750kV输电系统特性调研

（1）线路分布电容与电流的关系

某电厂 750kV输电系统采用分裂导线方式，来减少线路感抗和增大电容分布。其电压等级架空线路的电容电流和电抗现场测试值为：电容电流193A、零序容抗3322Ω、正序容抗2242Ω，与电厂的500kV、330kV等系统相比，750kV输电系统的电容电流明显增大，导致两侧的电流幅值、相角变动很大。同时，电厂的 750kV输电系统需要承担大容量远距离的电力输送任务，较长的输送线路大大减小了分布电容等值容抗，使得电容电流进一步增大，导致电流和电压的相位和大小产生严重畸变，严重影响主保护的光纤电流差动保护，分项电流差动保护可能无法满足可靠性和灵敏度的要求。

（2）衰减时间分析

当 750kV输电系统母线附近产生短路时，其故障量衰减时间常数为 65ms，ωL R = 20。故障时缓慢衰减的非周期分量对 750kV输电系统的保护算法造成影响，进而影响系统保护的动作精度，影响系统保护的效果。

（3）线路分布电容和高频震荡的关系

750kV输电系统中的相-相、相-地之间存在分布电容，系统所采用的分裂导线方式增大了分布电容。在暂态过程中，分布电容引起各种高频自由震荡分量；在稳态过程中，输电线路的电压、电流的相位和大小产生严重畸变。尤其是在短路电源和负载电流较小的时候，这种影响更加严重。

按分布参数进行短路计算的公式如式（1）所示：

式中，UN和IN分别表示线路末端的电压和电流；UM和IM分别表示始端电压和电流。

在输电线路发生故障时，高频震荡导致工频分量波形产生畸变，甚至可能会导致在一个周期内波形多次过零，不利于相位比较式保护。因此，必须要考虑如何有效过滤在输电线路故障时，分布电容所引起的高频分量。

2 750kV输电系统继电保护要求

750kV输电系统是电厂最重要的输电系统之一，为了保证系统的可靠性，在发生故障时应该最短时间内予以切除。具体而言，750kV输电系统的继电保护要满足如下的需求。

（1）可靠性需求

是指继电器保护动作的可靠程度，包括在不该动作时的不动作可靠程度和在该动作时的动作可靠程度，可靠性是750kV输电系统最根本的要求。

（2）选择性需求

首先由线路本身和故障设备切除故障，当线路本身或者故障设备无法完成保护动作时，才允许断路器失灵保护、相邻设备保护或线路保护来完成保护动作。

（3）灵敏性需求

在保护范围内发生故障时，应该具备足够的灵敏度来响应该故障，并且可靠地完成保护动作。

（4）速动性需求

快速响应故障，快速执行保护动作，减轻线路或设备的损害程度，提高系统稳定性。

3 750kV输电系统四角主接线形式的继电保护设计

在电厂 750kV输电系统继电保护方案中，有各种各样的继电器来快速响应输电系统的故障和异动以保护输电系统的正常运行。电流差动继电器是方案中最重要的继电器形式之一，通过对输电系统中电流差动监控，来快速响应输电系统的故障和异动。

继电保护方案中的电流差动继电器主要由零序差动继电器、稳态相差动继电器和变化量相差动继电器所组成。

（1）零序差动继电器

零序差动继电器对 750kV输电系统中的电阻接地故障有较高的灵敏度，其动作延时在100ms以内，其动作方程式如式（2）所示：

式中，ICD0表示零序差动电流；Ig0表示零序制动电流；ICDΦ表示稳态差动电流；IgΦ表示稳态制动电流；IL表示差动电流低定值。

（2）稳态相差动继电器

稳态相差动继电器的动作方程如式（3）所示：

式中，ICDΦ表示稳态差动电流；IgΦ表示稳态制动电流；IH表示四倍实测电容电流（差动电流高定值）。

（3）变化量相差动继电器

变化量相差动继电器由稳态差动元件和变化量差动元件构成高灵敏的分相电动继电器。变化量相差动继电器的动作方程式如式（4）所示：

式中，ΔICDΦ表示工频变化量差动电流；ΔIgΦ表示工频变化量制动电流；ICDΦ表示稳态差动电流；IgΦ表示稳态制动电流；IH表示四倍实测电容电流（差动电流高定值）。

4 750kV输电线保护配置现场应用

由于接入的开入开出量和模拟量相对较少，为此继电保护装置采用如图1所示的4U背插式机箱结构。

图1 继电器保护硬件模块图

如图1所示，输入的电流和电压在经过隔离互感器之后，成为小电压信号，通过AD转换，分给CPU（单片机）和DSP（高速数字信号处理芯片）。其中，DSP主要完成单片机独立采样、保护算法和出口逻辑、数字滤波等操作。在一个周期内完成24点采样，并完成全部算法；CPU负责后台通信和人机界面交互；光端机实现纵联相差动保护。

根据电厂电抗器的现场接线方式，确定保护配置设计如图2所示。

如图2所示，750kV输电系统的电抗器保护采用双主、双后备的保护配置原则，将电抗器的非电量保护和电量保护都集成在一套装置中。主保护和后备保护公用一组TA、电量保护的跳闸出口、直流电源与非电量保护的跳闸出口、直流电源相互独立。保护的配置包括16路非电量保护、零序过电流、零序比率差动、差动速断、稳态比率差动、中性点过流等。同时还可以实现TV异常报警、差动回路TA断线、过负荷报警等警告。

图2 电抗器保护配置

5 结束语

随着经济、社会的快速发展，电能的需求越来越多，大电网的需求也越来越多，电压等级也会不断升高，各种线路参数还将不断发生改变，对高压输电线路的保护装置要求也将提高。如何对 750kV高压输电线路进行保护，将是我们必须长期面对的问题，也是我们不懈努力的目标。

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