特高压交流系统断路器继电保护配置与整定

特高压交流系统断路器继电保护配置与整定

Configuration and setting of circuit breaker relay protection for UHV AC system

张一 贺路航

国网河南省电力公司直流运检分公司 河南郑州 450000

摘要：特高压输电技术是伴随科学技术发挥而来的新型电能输送技术，该技术在实际应用过程中有效实现长距离电能输送，且损耗极低，对资源大范围优化配置具有重要意义，同时也为我国社会经济协调、可持续发展奠定坚实基础。在特高压输电系统中，断路器设备作为其中重要组成部分，在实际运行过程中对保证系统运行可靠性以及安全性具有重要意义。基于此，本文将针对特高压交流系统中继电保护配置及整定问题进行研究，希望对相关工作人员提供参考意见。

关键词：特高压交流系统；断路器设备；继电保护

Abstract: UHV power transmission technology is a new type of power transmission technology that accompanies the development of science and technology. This technology effectively realizes long-distance power transmission in the actual application process, and has very low loss. It is of great significance to the optimization of large-scale resource allocation. Lay a solid foundation for the coordinated and sustainable development of my country's social economy. In the UHV power transmission system, circuit breaker equipment is an important part of it, and it is of great significance to ensure the reliability and safety of the system in the actual operation process. Based on this, this article will study the configuration and setting of relay protection for UHV AC systems, hoping to provide reference for relevant staff.

Keywords: UHV AC system; circuit breaker equipment; relay protection

引言：在当前时代背景下，社会经济建设以及民众日常生活对电力资源的依赖性已经达到前所未有的高度，同时世界范围内也逐渐形成以电力资源为核心、资源配置全球化的格局，这就对电网输送能力、资源优化配置能力以及经济性方面提出明确要求，同时也使得未来能源革新过程中电网技术的关键地位进一步显现。特高压输电技术在实际应用过程中呈现出明显的大容量、低损耗、长距离等优势，这也使得其成为正在构建中的全球能源互联网将该技术作为骨架。但是需要认识到的一点是，该技术在实际应用过程中也对电网运行安全性及稳定性提出明确要求，由此，断路器设备已经成为当前特高压输电系统研究重要内容。

一、特高压输电系统断路器设备保护特征

断路器设备在高压开关设备运行过程中呈现出及其关键的地位特征，在承担对正常电流进行关合、承载等操作职能外，还需要对过载电流进行相应处理，进而实现提升电网系统运行可靠性的目的，受此特性影响，断路器被广泛应用于发电厂、变电站等区域，发挥控制及保护双重职能。特高压断路器通常具备断路器功能，同时受工作环境要求，还需要最大限度地降低系统开合过程中产生的过电压，进而实现降低输电线路、变电站设备绝缘性能及造价成本的目的^[1]。针对此目标，可以通过在相关布设分、合闸电阻的方式落实，在实际操作过程中，可以在分闸时首先对断路器主触头进行过断开处理，随后将分闸电阻接入到回路之中，以串联方式连接在电阻侧的辅助触头应在接入30ms后进行断开处理，合闸操作与之相反。

设备在实际运行过程中，分合闸电阻及辅助触头在实际运行过程中涉及的工作参数应与已经系统及线路状况进行计算，通常情况下，合闸及分闸参数应分别选择较小阻值及较大阻值。考虑到结构简化要求及电压水平限制要求，系统运行过程中通常采用合闸电阻，同时针对过电压操作主要利用避雷器限制分闸实现。

二、特高压输电系统断路器保护配置

考虑到特高压输电系统在实际运行过程中呈现电压等级较高、电气特性及其复杂的特征，使得针对系统的保护配置难度大幅上升。通常情况下1000kV断路器保护主要采用独立断路器保护装置，其中涵盖多种功能，包括且不限于重合闸、失灵保护的功能。通过对保护配置进行详细研究可知，特高压系统保护配置中失灵保护与高压工程保护特点差异较小，断路器保护中同样包含线路重合闸功能。单相一次重合闸是特高压工程中重合闸布设的主要形式^[2]。系统保护配置中针对充电过流保护主要利用硬压板投退中两段式相过流保护实现，在跳闸功能设置中具备顺时及延时两种形式。

断路器设备中三相不一致保护中主要采用设备本体三相不一致保护，在实际应用过程中针对设备内部三相不一致保护应进行停用处理。设备中零负序电流闭锁是保护装置中三相不一致保护实现的主要渠道。在系统运行初期，若三项不一致运行状态在电流较小的情况下出现，此时零负序电流仍处于较小状态，难以满足保护装置内保护系统启动条件，因此，保护体系内部必须装设三相不一致保护，以实现提升故障处理效率目的。

三、特高压输电系统断路器原理

考虑到特高压系统运行过程中，断路器设备在实际应用过程中发挥着重要作用，通过与系统内其他元件相配合共同实现对特高压交流系统进行保护。从当前实际技术发展实际情况分析，应用较为广泛的电气主接线方式主要有三种，分别双母线双分段方式、双断路器方式以及3/2断路器接线方式^[3]。三种模式对比如表1所示。

表1 三种主接线方式对比

通过分析表1中信息，从可靠性层面分析，双断路器接线方式的可靠性最好，任一断路器陷入瘫痪状态不会对供电系统运行造成负面影响；3/2断路器接线方式在实际运行过程中，完整串中断路器出现运行故障的几率相对较高，且维修成本较大，使得该方式可靠性大幅降低。从经济层面考量，3/2断路器接线方式在实际应用过程中所需设备数量较少，使得成本投入较低，满足特高压交流系统中经济性要求。3/2断路器接线保护在实际设计过程中应注意依照断路器单元进行独立配置，隔断器均需配置保护屏装置。

失灵保护是特高压系统中断路器保护中针对正常动作未能执行而设定的功能。边断路器进入失灵状态后，母线部分断路器及中断路器均会产生断开动作，同时远跳功能及边断路器所连接线路在实际运行过程中会控制侧短路器执行跳开动作。中断路器陷入失灵状态后，会自动启动远跳功能，断开与边断路器的连接。

系统设计中还包括自动重合闸功能。该功能是3/2断路器接线方式的必要配置。重合闸在实际运行过程中，需要首先对先合断路器进行合闸处理，此时若故障已经排除，则系统在延时后会自动将另一断路器合上。若设备故障为永久性损伤，短时间内难以排除，则先合断路器合闸失败，线路执行保护动作，同时，系统会向将三相跳闸指令传输给与设备相连接的2台断路器，后合断路器不重合。

保护配置过程中需要对过流保护进行相应设计。通常情况下，需要对电流定值进行设计，一旦电流超过标准值则自动进行断开动作，确保设备运行可靠性以及安全性，从本质层面分析，过流保护是系统应急保护的主要形式^[4]。

系统三相不一致保护设计是主要基于设备性能及操作等原因进行设计，执行分相动作的断路器设备在实际运行过程中可能会产生其中某相偷跳或偷合情况，同时也可能在系统发出保护三相跳闸指令后因动作差异或延迟导致设备进入非全相异常状态的情况。断路器设备在执行单相跳开动作后，若此时重合闸部分产生动作，而断路器设备在运行过程中受压力、机械等因素影响未能成功执行重合动作条件下，必须在2.5s内执行三相跳开动作且不进行后续重合动作，最大限度地避免系统运行长期处于两项状态下，进而导致变压器后备保护跳闸机制启动。

四．特高压输电系统断路器保护整定

（一）失灵保护

特高压系统在实际运行过程中需要针对失灵保护问题进行充分考量。通常情况下，针对此问题的设计需要从线路、主变等方面进行单独设计。线路方面需要针对两侧1台断路器单相拒动问题进行考量，而主变部分则需要对高、中、低三侧1台断路器单相拒动情况进行考量

^[5]。

线路断路器失灵保护功能在实际运行过程中需要利用负序或零序电流、相电流作为功能启动的主要判据。该功能在实际应用过程中涉及的延时跳开动作执行过程中需要考量的与相邻断路器设备之间的时间整定需要将断路器可靠跳闸时间及保护返回时间之和作为主要依据，同时针对结果做出一定整定后取0.2s。具体分析主要涵盖以下几方面：第一，相电流在实际进行整定过程中需要依照系统运行小方式下线路末端短路情况，在以及灵敏度实际情况进行，在实际执行操作过程中需要尽可能地规避负荷电流，灵敏系数应控制1.3以上；第二，线路中零序电流定值在实际设定过程中应注意依照最大零序不平衡电流进行，通过针对保护范围末端故障发生时，应具备足够的灵敏度满足整定操作实际需求；第三，失灵保护在实际发挥作用时，其负序电流定值应注意规避最大不平衡负序电流，且针对保护范围末端故障发生时应具备足够的灵敏度满足整定操作。

系统主变部分断路器失灵保护功能在实际执行过程中需要依据的主要判据为负序或零序电流。通常情况，针对线路负序电流定值设计应保证在变压器低压侧陷入故障状态时应具有充足的灵敏度进行处理操作，灵敏系数设定应控制在1.3以上。失灵保护功能在实际落实过程中涉及的相邻断路器时间整定操作应注意以设备可靠跳闸时间及保护返回时间之和作为主要依据，同时在充分考量裕度整定的条件下，应取0.2s。

（二）断路器重合闸保护

工作人员在实际进行断路器重合闸整定工作过程中应注意将线路重合闸整定时间应注意充分依据电网系统运行可靠性方面的要求，同时对设备自身及潜供电流影响进行充分考量，在实际运行过程中应注意利用专业系统提供相应功能^[6]。针对相邻断路器设备重合闸设备运行过程中，需要对时间条件进行充分考量，最大限度地保障重合闸设备在实际运行过程中依照规定顺序进行合闸操作。基于设备配置，针对一般边断路器及中断路器重合及合闸时间设定应分别设为1.0s及1.3s。

总结：综上所述，在当前时代背景下，特高压输电技术的应用广泛性不断提升，针对该系统的断路器保护配置及整定研究的重要意义也不断提升。本文研究中针对设备配置及整定相关要点做出一定研究希望对工作人员提供参考。

参考文献：

[1]杨婷.电网继电保护配置及整定计算[J].通信电源技术,2019(6):281-282.

[2]蔡雅贞.优化配网继电保护配置及整定计算研究[J].科技创新导报,2019,500(32):49-50.

[3]王阿达.优化配网继电保护配置及整定计算研究[J].电子元器件与信息技术,2020,40(10):88-89.

[4]黄兆.特高压输电线路继电保护特殊问题的研究核心要点构架[J].电力系统装备,2019,(024):19-20.

[5]None.特高压直流保护系统现场测试装置完成首次试点应用[J].云南电力技术,2020(1):24-24.

[6]史栋栋.直流特高压线路继电保护研究[J].电力系统装备,2020,(006):37-38.

作者简介：张一，1993.02，大学本科，河南省漯河，工程师,研究方向：电工电能新技术