电力系统输电线路距离保护装置分析

杨雨熹

摘要：随着国民经济的不断提升及现代化电网系统的不断升级，人们对供电可靠性和供电质量提出了更高的要求，而距离保护装置作为电网线路中最基础、最重要的保护设施对于确保整个电力系统的正常运行具有至关重要的作用，因此，对电力系统输电线路距离保护装置的研究不可或缺。本文首先介绍了距离保护装置的组成部分及原理，然后详细分析了其构成原则及性能特点，并就在具体应用中可能影响距离保护发挥作用的因素进行分析，以期为今后的电力系统输电线路距离保护装置研究工作提供参考。

Abstract： With the continuous improvement of the national economy and the continuous upgrading of the modern power grid system， people have put forward higher requirements for power supply reliability and power quality， and distance protection devices as the most basic and important protection facilities in power grid lines play a vital role in ensuring the normal operation of the entire power system. Therefore， the study of distance protection devices for transmission lines of power systems is indispensable. This paper first introduces the components and principles of the distance protection device， then analyzes its constituent principles and performance characteristics in detail， and analyzes the factors that may affect the distance protection function in a specific application， in order to provide reference for the future power transmission line distance protection device research work.

关键词：距离保护装置；输电线路；发展史

Key words： distance protection device；transmission line；history of development

中图分类号：TM621.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）21-0221-02

0 引言

近年来，随着现代化电网系统不断升级和扩建，电力系统电网覆盖对输电线路的要求也发生了一定变化，未来具有超高电压、超大容量及超远传输距离特性的输电线路更容易受到青睐，但与此同时无疑对当前电力系统的安全性和稳定性提出了更高的要求。因此，为确保现代电网的稳定，研究电力系统输电线路距离保护装置至关重要。而继电保护原理是保证装置出现的基础，对继电保护原理的研究同样具有重要的现实意义。现阶段，继电保护原理已经发生了巨大变化，过去是简单的电流保护，现已发展成了复杂的距离保护和高频保护，正因为如此，可反映突变量原理的距离保护装置得到了市场的广泛认可和应用。

1 电路距离保护装置的组成部分及原理

与先进国家相比，我国关于微机保护方面的研究起步较晚，但经过数代继电保护工作者的不懈努力，我国在微机保护方面的研究取得了不错的成绩，至今计算机继电保护已被大量应用，具有良好的市场应用前景。

1.1 电路距离保护装置组成部分

距离保护是反应故障点至保护安装地点之间的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。一般情况下，距离保护装置由六部分组成，即测量部分、启动部分、振荡闭锁部分、二次电压回路断线失压闭锁部分、逻辑部分、出口部分。保护装置的各个组成部分职责清晰，分工明确，各自负责距离保护装置不同的功能，且各个组成部分之间相互协作，共同配合，如此方能确保距离保护装置的动作安全可靠[1]。

1.2 电路距离保护装置原理

对于结构复杂、运行方式多变的电力系统而言，为确保其正常安全运行，应使用性能完善的继电保护装置，实时控制和检测电力系统，距离保护便是其中最为常用的形式。

通过分析距离保护，可知保护安装点与故障点之间的阻抗，而阻抗的大小又决定了距离保护装置动作反应的时间。对于距离保护而言，阻抗继电器的存在不可或缺，只有具备阻抗继电器，才能在已知端子上的电压和电流测量保护到短路点间的阻抗值的基础下，可判断出故障点的实际方向，不仅如此，还能够依据阻抗值的实际大小，计算出保护安装处和故障点间的实际距离[2]。距离保护原理图详见图1。

2 影响距离保护装置在输电线路中应用的主要因素

在电力系统输电线路中距离保护装置的重要性已不言而喻，其对于保持电力系统输电线路的安全性和稳定性具有至关重要的作用，因此准确、及时、高效的应用距离保护成为了当前电力系统的当务之急，然而在实际的电力系统输电线路应用中诸多因素都可能会影响到距离保护装置发挥作用，比如分支電流、短路点过渡电阻、系统振荡等，具体内容如下：

2.1 短路点过渡电阻对阻抗继电器的影响

在分析阻抗继电器的测量阻抗时，通常只考虑金属性短路，但实际上过渡电阻不可避免的存在于短路点，过渡电阻主要为电弧电阻。而过渡电阻的存在会增大继电器的测量阻抗，缩小保护范围，且降低保护装置的灵敏度，甚至会影响到保护装置的正确判断，使其做出错误的动作操作。过渡电阻的影响主要体现在以下方面：一是过渡电阻对不同安装地点保护的影响。随着距离保护装置安装地点的变化，过渡电阻对其的影响也存在一定变化，甚至有时保护装置会零反应，不做出任何动作。通过分析发现，过渡电阻和距离保护装置与短路点之间间隔呈正比关系，两者之间间隔越近，过渡电阻的影响越大；二是过渡电阻对不同特性阻抗继电器的影响。过渡电阻对不同动作特性的阻抗继电器存在不同程度的影响，有高有低，具体来说全阻抗继电器受影响程度最小，偏移特性阻抗继电器中间，方向阻抗继电器最容易受到影响[3]。

2.2 分支电流对测量阻抗的影响

当保护装设点与短路点间存在分支电源时，保护装设处的电流会小于短路点的故障电流，究其原因是因为分支电源也会供出一部分故障电流。在这种情况下，故障电流处的故障电流除了保护装设处的电流，还包括分支电源供出的故障电流，故障电流处的故障电流增大，变成了两者之和，称为助增，而助增的存在客观上增大了测量值的阻抗，从而缩小保护装置的保护范围，将保护装置的灵敏度降低[4]。

2.3 系统振荡对距离保护的影响

由于诸多因素的影响，比如系统电压过低、输送功率过大、故障切除时间过长等，这些因素的存在很容易使得电力系统在运行中出现振荡。而电力系统在振荡的同时会使电势间的相位差不断变化，而随着不断变化的电势间的相位差，系统各处的电压和电流也会出现不同程度的变化，从而影响到系统内阻抗继电器的测量阻抗，进而引发距离保护的失误，做出错误判断及动作。但需要注意的是系统振荡虽然是一种异常的运行状态，但该现象并不意味着系统就出现了故障，继电保护无需在该现象出现时做出动作。基于此，为避免在系统振荡时继电保护做出错误反应，应安装振荡闭锁装置，具体作用是当出现系统振荡时，振荡闭锁装置将保护装置闭锁起来，避免其做出误动作。

3 电路距离保护装置的构成原则及性能特点分析

上文中分析了电路距离保护装置的六个组成部分及影响距离保护装置在输电线路中应用的主要因素，综合上述分析，结合当前电路距离保护装置的实际情况，分析电路距离保护装置的构成原则及性能特点，综合考虑这些共性的基本问题，对保护装置有的放矢地采取措施。

3.1 保护装置由三段式相间距离保护和三段式接地距离保护组成，少数采用的是I、II段之间利用无触点切换定值方式，几乎采取的都是三段完全独立工作，不切换定值的方式[5]。

3.2 在接地距离保护中，常用的各类距离元件多是以点抗型继电器为基础组成的，其作用是提高反应接地点过渡电阻的能力。不同的继电器及距离元件适用于不同的路段，在实际选用时应综合各项因素择优选用，如此才能让距离元件真正的发挥作用。

3.3 保护装置具有选相功能。在单相接地短路时，由接地距离保护选相跳闸，同时启动重合闸，有效保证了电力系统的正常运行。另外，在保护安装处正向出口附近单相接地短路时，相间距离保护可能出现误操作，使其做出错误判断，为避免出现此问题，可采取增加极化量、制动量或闭锁回路等措施。

3.4 当被保护线路非全相运行时，与断开相有关的接地距离元件有可能会受到影响做出错误判断，最好此时退出工作，保留健全相上的距离元件继续运行。为解决上述问题，可采用按相的低电流闭锁，不仅可以解决上述问题，同时还能够保护装置在无交流电压、电流输入情况下的正常高效运行。

3.5 保护装置配置有性能完善的振荡闭锁回路，系统振荡对距离保护性能的发挥存在直接影响，因为系统振荡很容易引发距离保护误动作，为避免该问题，配置性能完善的振荡闭锁回路至关重要，不仅保证了距离保证装置在系统振荡期间不受影响，还能够确保电力系统在振荡期间依然能够正常工作。

3.6 保护装置中距离I段的动作时间最好不超过30ms，有时为了能够快速切除保护安装近处的故障，有的在保护中提供了快速距离段，其定值按线路阻抗的30%-50%整定，允许较大的暂态超越，动作时间小于15ms；有的则在补偿电压回路中或比相回路中采取附加措施来加快动作速度。

3.7 为避免在元器件损坏、电压回路断线等异常情况下电力系统无法正常运行，保护装置内部均设有防止元器件损坏、电压回路断线等所引起误动作的闭锁回路，并且为了防止不必要的闭锁回路跳闸，还在电力系统中设置了独立的启动元件去闭锁出口跳闸回路，只有在必要情况下才会启动保护装置的闭锁回路，使其跳闸。

4 结语

总而言之，在维护电力系统稳定安全运行的过程中距离保护装置具有不可磨灭的作用，从电路板继电保护装置的应用特性和原理上来看，其应用的前景是十分广泛的，但在生产实践中，能够使集成电线路距离保护装置充分发挥其性能和作用并不容易，诸多因素都可能会影响到正常运行。因此，还需要对保护装置进行更多的理论研究和实践探索，如此才能使其价值最大化，充分发挥出自身的性能。

参考文献：

[1]顾丹珍，艾芊，陈陈，付慧，李长益.基于ATP-EMTP的大型电力系统暂态稳定仿真[J].电力系统自动化，2006（21）.

[2]刘向军，李明，文亚凤，林立.基于DSP的继电保护装置硬件平台的研究与实现[J].高压电器，2007（01）.

[3]Continuous iterated density estima- tion evolutionary algorithms within the IDEA framework. Bosman P，，Thierens D. Proc.the Optimization by Building and Using Probabilistic Models O B U P M Workshop at G ECCO-2000 . 2000

[4]陳允平，龚庆武，马宁，康健.基于人工神经网络的智能型自适应保护──（Ⅰ）原理和模型结构[J].武汉水利电力大学学报，1998（02）.

[5]詹奕，李岩，胡玉峰，陈德树，张哲.基于EMTP稳态计算的距离继电器静态动作特性分析方法[J].电力系统自动化，2003（06）.