输电线路继电保护极简史
电线路是电力系统的重要组成部分,由于线路间隔的设备数量远大于其它设备,因此输电线路继电保护装置在二次系统中占有非常重要的地位。
本文即未作严谨的思考,也没有深入的研究,仅是随笔几句,不妥的地方,各位海涵。
熔断器
电流变大、电压变小,是电力系统故障的基本现象,这是刚接触继电保护就被要求掌握的基础知识。
针对故障时电流增大的特点,熔断器是最早被应用于输电线路的继电保护形式。
熔断器串联在线路中,依靠电流产生热量使熔体熔断。
熔断器的基本特性是安秒特性,电流大熔断时间短、电流小熔断时间长,类似于反时限特性。
熔断器最大的优点是简单,但在选择性、灵敏性方面存在不足,在环网中应用可能存在不适应性。
当前在线路保护中,熔断器已基本上看不到了,但在类似配电变压器设备上还有很多的应用场景。
电流保护
电流保护也是以电力系统故障电流会增大这一现象为基础。设定电流定值,当电流大于定值时,继电保护动作。为了实现继电保护的速动性、选择性、灵敏性等要求,一般电流保护会以多段式的形式出现。最典型的就是三段式过流保护。
逻辑是故障点离继电保护安装位置越近,故障电流越大,保护动作的时间越小。
电流保护有两个问题,一是受系统运行方式影响比较大,二是只针对于相间故障。
零序电流保护是电流保护的衍生形式,主要针对于接地故障,弥补电流保护的不足。
距离保护
距离保护分为相间距离保护和接地距离保护。相对于电流保护,距离保护引入了电压量,通过故障电流和故障电压的计算,得到阻抗值。对于输电线路,阻抗可以对应于故障点与继电保护安装位置间的距离,这也是距离保护的由来。
距离保护原理上不再受电网运行方式的影响,这是一个优点。
但距离保护也存在无法实现全线速动、电压二次回路异常容易误动等缺点。
纵联保护
随着电力系统规模的扩大和稳定性要求的提高,要求故障要快速切除,特别是220kV以上要求全线速动,因此出现了纵联保护,包括闭锁式纵联保护、允许式纵联保护和电流差动保护。
纵联保护的基本原理就是综合线路两端的保护信息,确认故障是否在本线路上。如果继电保护装置判断在本线路上,向对侧保护发允许信号或解除闭锁信号。这样对于发生在线路上的故障,线路两侧继电保护装置均可以实现快速动作。
然而,这两种纵联保护向对侧传递信号,需要附加的通信装置,比如收发信机或者电力载波装置。一是回路复杂,二是经常因为通信回路异常造成继电保护误动或拒动
电流纵联差动保护的基本原理是基尔霍夫电流定律。故障发生在被保护线路上,两侧电流相加为故障电流;故障发生在被保护线路以外,流入流出电流相等,两侧电流相加电流为零。
因为电流纵差保护采用了光纤为通信载体,可靠性足够高,性能显著优秀。随着技术的发展,现在电流纵联差动保护已经成为线路保护的主体。