浅谈110 k V线路保护的基本配置

王 擘

（锡林郭勒电力勘察设计院，内蒙古 锡林浩特026000）

0 引言

随着我国电网电压等级的不断提高，电网传送的功率不断增大，但是110 k V线路依然属于骨干网架，在供电中发挥着巨大作用，对110 k V线路的保护也尤为重要。由于电网的运行环境情况多变，系统运行方式改变频繁，因此110 k V线路的保护对维护电力系统的稳定运行具有重要作用。

输电线路的故障有单相接地故障、两相接地故障、相间故障等多种类型。对于110 k V输电线路来说，单相接地以及两相接地故障发生概率最大，最多能占到总故障量的90%以上，110 k V保护装置的差动保护、零序电流保护以及接地距离保护是必须配置的。而相间距离保护则可以应对两相不接地故障。因此，对于110 k V线路保护，通常采用电流差动保护作为线路的快速主保护，三段相间以及接地距离保护、四段零序方向过流保护作为线路的后备保护，并同时具备重合闸以及过负荷告警功能。本文将对线路的相关保护配置进行深入说明，并对若干问题进行研究。

1 110 k V线路保护的基本配置

1.1 电流差动保护

根据继电保护原理，作为110 k V线路后备保护的距离保护以及零序过流保护，其能瞬时动作的为第Ⅰ段，不能将线路的全长纳入保护范围。如果要整条线路内做到最快速度隔离故障，则需要令两侧的保护之间实现通信，采取纵联差动保护。装置可以采用专用光纤或复用通道实现通信连接。光纤以其传送信息量大、不被干扰、重量小等优势，取得了越来越多的应用。通常在纤芯数量以及信号传送距离允许的范围内，则采用专用光纤作为线路两侧保护的信号传输通道。若信号传送的功率不能满足通信需求的话，则采用复用通道。光纤纵联保护在110 k V线路保护中取得广泛应用，其主要原因在于这种保护方式能够实现线路全线的速动保护。线路两侧的保护装置对各侧的电流进行采样，利用通信通道将电流值传输到对侧，保护装置将本侧以及对侧的电流值进行处理，得到差动电流的大小后，综合考虑到跳闸位置、TA断线或饱和等因素后，对线路是否发生故障进行判定。如果判断发生了区内故障，保护装置将立即动作将故障切除；若判断为区外故障，则保护不动作并进行制动。

此保护需要考虑到TA的特殊状况。若TA发生断线，线路断线侧的元件会启动。但是由于对侧的TA正常，因此启动元件不动作，不会将差动保护动作的信号发送给本侧，所以线路电流差动保护不会误动作。如果TA断线时线路出现接地，则需要判断保护装置是否使用TA断线闭锁差动功能。如果该功能被使用，则即使出现故障或干扰，电流差动保护都将被闭锁出口，保护不动作。若该功能退出，则TA断线差流大于TA断线差流整定值时，保护装置将开放差动保护。除此之外，如果发生区外故障，TA很可能会出现饱和状态，此时保护装置将采用较大的自动系数以及浮动自动门槛，保障TA饱和的情况下保护装置不会误动。

由此可见，电流差动保护的原理较为简单，不受电力系统振荡的影响，保护原理能够实现选相，保护出口时间短，满足作为主保护的要求［1－2］。

1.2 距离保护

根据距离保护的原理，当线路发生故障后，保护装置测量到的电压为残余电压，测量到的电流为线路的短路电流，电压与电流的比值接近于电流互感器到故障点的线路阻抗［3－4］。距离保护相比于单纯采用电流保护灵敏度大大提高，并且能够通过阻抗值反映出故障点距保护安装处的距离。阻抗距离继电器在电力系统处于正常状态时，测量到的阻抗值为负荷阻抗，因此不动作。当电力系统在距离保护范围内出现短路故障后，阻抗继电器动作。

距离保护根据不同的保护范围启动时间不同，其启动时间和保护距离之间的关系即为距离保护的动作特性。对于110 k V线路的距离保护，通常采用三段式的动作特性，以达到继电保护的选择性和快速性。动作时间最短的是第Ⅰ段保护，由于装置不能将本线路末端的故障与相邻线路始端的故障相区分，为了保证继电保护的选择性，距离保护的第Ⅰ段不能保护到线路的全长。将继电器以及互感器干扰因素计算进去后，第Ⅰ段距离保护通常只能达到全长的80%～85%。距离保护设置第Ⅱ段，能够保护到Ⅰ段没有覆盖的本段线路。距离Ⅱ段动作的时间应当比相邻线路的距离Ⅰ段动作时间长一些，同时距离Ⅱ段的覆盖范围需要延伸到相邻线路，并小于相邻线路距离Ⅰ段的覆盖范围。最终的结果是距离Ⅱ段的保护范围将延伸到相邻线路侧30%～40%的范围，其动作时间为0.5 s左右。距离Ⅲ段保护则作为相邻线路以及断路器拒动的后备保护，通常距离Ⅲ段的定值是按照躲过电力系统无故障运行时最小负荷阻抗来确定，在正常情况下，距离Ⅲ段保护不会动作。其保护范围应当覆盖本线路以及下一条线路的全范围，其动作时间要大于相邻线路的所有保护动作时间。

综上所述，距离Ⅰ段保护的动作时间为瞬时动作，能够保护本条线路80%～85%的范围。距离Ⅱ段保护动作时间为0.5 s左右，能够保护本条线路余下的范围以及相邻线路始端30%～40%的范围。距离Ⅲ段保护动作时间最长，保护范围最大。

1.3 零序过流保护

在110 k V电压等级的电网中，中性点一般直接接地，当出现单相接地后，三相电压不平衡产生零序电压，故障相流过短路电流，另外两相电流正常，产生零序电流［5－6］。110 k V线路出现故障时将产生较大的零序电流和零序电压，故零序过流保护可以通过测量线路故障时的零序分量构成保护原理。

零序过流保护一般设置4个带延时的零序方向过流保护，最新的110 k V线路保护装置的各段零序保护可以选择方向元件。当出现TV断线的状况后，零序Ⅰ段保护可以选择投入或退出。零序电流保护的启动由过流元件控制，因此零序保护动作定值必须大于启动值。

零序保护的Ⅰ段保护定值设置时，应当能够躲过本线路末端出现故障时的最大不平衡电流，以及断路器合闸时由于不同时动作所产生的最大零序电流。零序Ⅱ段保护能够保护本线路的全长，其电流整定值应当与相邻线路的零序Ⅰ段动作值相配合，动作时间也应当比相邻线路零序Ⅰ段动作时间长。零序Ⅲ段保护整定值是躲过相邻线路故障时本线路最大不平衡电流值，作为本线路的近后备保护以及相邻线路的远后备保护。零序Ⅳ段保护是相邻线路的后备保护，能够反映本线路末端经较大过渡电阻接地的故障类型。

1.4 重合闸

在电网中，很大一部分故障是由于风导致线路之间、线路与树木之间等暂时性的情况所引起，此类故障在断路器断开后，电压为0，使电弧熄灭，线路的绝缘水平得到恢复，输电线路实际上能够开始正常供电。因此，110 k V线路保护装置中应配置自动重合闸功能。通过配置自动重合闸功能，能够大大提高输电线路供电的可靠性。在保护装置出现误动作或断路器偷跳的情况下，也能通过重合闸得以修正。

重合闸通常要求动作时间短，基本上能够满足断路器灭弧以及断路器操作机构做好合闸的准备时间后，就应当尽快重合闸。当重合闸动作一次后，若出现合闸在永久性故障后，应当能够加速断开故障，并不再重合闸。若是由相关人员进行手动跳闸后，也不应当启动重合闸。若是手动合闸后出现断路器合闸在故障线路，保护动作后重合闸也不应启动。

110 k V线路保护的重合闸一般设置为三相一次重合闸方式，通常有检线路无压重合闸、检母线无压重合闸、同期重合闸以及直接重合闸几种情况。检无压时，保护装置检测到电压值应当小于30 V，检同期时，电压应当大于40 V，线路电压与母线电压的相位差也应当在规定范围内。

2 110 k V线路保护中若干问题的研究

2.1 不对称相继速动保护

在出现不对称故障时，110 k V线路保护通常利用经故障侧将故障隔离后电流降为0的原理，实现不对称故障后能够相继速动跳闸，其动作原理图如图1所示。

若线路的末端出现故障，则N侧由于距离较近，其保护动作时间较短，能够快速将故障隔离。与此同时，三相断路器跳开后，正常相的电流也降为0。而M侧的继电保护装置检测到任意相电流为0，并且保护启动后不返回，则不经过保护的延时而直接跳开M侧的断路器，将故障隔离开。

图1 不对称故障保护动作示意图

2.2 双回线相继速动保护

双回线相继速动保护是通过采取双回线路上各自的距离继电器进行相互闭锁，进而实现相继速动功能。保护原理简单，效果很好，既能应对不对称故障，也能应对对称故障，能够实现线路的加速，其原理图如图2所示。

图2 双回线保护动作示意图

两条并行的线路中，若双回线相继速动投入，Ⅱ段距离保护元件动作或者是其他装置使断路器跳闸，装置将输出FXJ信号，去讲另一回线的Ⅱ段距离相继速跳元件闭锁。

距离Ⅱ段继电器动作后，如果接收到相邻线路发过来的FXJ信号，并且之后FXJ信号又取消了，则距离Ⅱ段继电器在短时间的延时后将断路器断开。

3 结语

110 k V线路作为县级电网的骨干网络，其保护配置的合理性至关重要。本文根据最新的保护装置性能，对110 k V线路保护的基本配置及其动作原理进行了研究。这对运行人员以及继保人员深入理解110 k V线路保护原理，提高事故处理能力，保障设备和电网的安全具有重要意义。

［1］杨奇逊，黄少锋.微型机继电保护基础［M］.北京：中国电力出版社，2007

［2］王世勇.基于DSP的110 k V微机线路保护装置的研制［D］.合肥工业大学，2007

［3］马燕.浅谈光纤在继电保护中的应用［J］.神州，2011（29）

［4］郑志磊.110 k V 线路保护配置［J］.科技传播，2010（8）

［5］DL／T584—2007 3 k V～110 k V电网继电保护装置运行整定规程［S］

［6］GB／T14285—2006 继电保护及安全自动装置技术规程［S］