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摘要：本文主要阐述了特高压输电线路继电保护面临的问题，介绍了适用于特高压输电线路的继电保护技术，提出了继电保护配置设计的原则，并在实际工程中提出配置设计的具体应用方案。
关键词：特高压输电线路；继电保护； 配置设计
1 特高压输电线路继电保护面临问题
1.1 受电容电流影响
特高压输电线路因自然功率大，波阻抗小，单位长度电容大，其电容电流将达到或超过100%额定电流，这给差动保护整定带来极大困难，因此在原理上要对电容电流采取补偿措施。同时，由于分布电容影响，故障时波过程使距离继电器测量阻抗与故障距离不再呈现传统的线性关系，而是呈双曲正切函数关系，不能直接使用常规的距离保护。
1.2 受电磁暂态过程影响
特高压输电线路长，故障和操作过程中产生的高频分量幅值大，且为非整次谐波，更接近工频，这给滤除高频分量带来困难。高频分量的存在不仅使稳态电气量测量结果出现偏差，而且对基于工频变化量原理的暂态元件产生影响。因半波算法不能滤除偶次谐波，半波算法受到高频分量影响将比全波算法更为严重。同时特高压输电线路采用并联电抗器导致了短路电流中含有较大成分的非周期分量，并因时间常数大使短路电流的非周期分量衰减缓慢，这将对电流互感器产生较为严重的饱和现象。
1.3 受过电压影响
特高压输电线路发生故障跳开后，由于非故障相线路电压或同塔相邻线上静电感应电压很高，这将延长电弧熄灭时间，甚至可能出现不消弧现象，这将直接影响到重合闸动作成功率。由于线路电容存在，从故障发生到故障切除过程中，两侧开关不同时开断，在一端电源作用下，行波来回折反射导致健全相过电压产生，将严重危害系统安全运行。考虑到绝缘费用，在线路故障后以及随后操作过程如何降低过电压水平，是特高压系统过电压保护需要解决的问题，也是继电保护需要解决的问题。
2 适用于特高压输电线路继电保护技术
2.1 基于贝瑞隆模型原理分相电流差动保护
贝瑞隆模型是一种比较精确的输电线路模型，见图1。它反映了输电线路内部无故障时（包括稳态运行和区外故障）两端电流电压之间的关系，当线路内部故障时，相当于在内部增加一个节点，破坏了原有的平衡关系。基于贝瑞隆模型原理的分相电流差动保护即是利用这一差别区分线路内部和外部故障，构成新的差动保护原理。该保护对故障的判断过程分别在两侧进行，即至按本侧实测量和计算量进行比较。定值按大于外部故障时可能产生的最大不平衡动作量给定，两侧分别按给定的定值判断是否有内部故障。
基于贝瑞隆模型的保护判据与传统的判据相比，主要差别在于前者是比较同侧量，后者是比较异侧量。因为线路分布电容电流的存在，使得异侧量比较受其影响，而使用同侧量比较就避免了电容电流的影响。因此其最大优点是从原理上消除了外部故障时分布电容电流对差动保护影响。
2.2 带低次谐波LR数值运算型距离保护
常规距离保护是采用故障电压和电流的基波分量计算阻抗来判断事故地点，当基波附近含有大量的低次谐波时，导致计算阻抗失真，将造成保护不可靠动作。
采用故障电压和电流的瞬时值直接求解系统的积分方程式，能够高精度地导出故障点的电感L和电阻R值，见图2。该方式即使波形有畸变也能正确计算，其畸变性能取决于方程的积分值，采用4800Hz高速采样数据进行积分计算时结果相当逼真，采用600Hz高速采样数据进行积分计算时结果误差极小，从而可确保测距精确。
2.3 负序距离保护
负序距离保护是采用负序电流作为极化量，在系统发生不对称短路故障时，根据负序电流和故障电压进行阻抗计算，不受长期电容电流和负荷电流的影响，提高了保护的灵敏度。
3 特高压输电线路继电保护配置设计原则
3.1 配置设计基本原则
特高压输电线路继电保护任务首先是保证不产生危及设备和绝缘子的过电压， 其次是保证特高压系统稳定。因此，特高压输电线路继电保护配置的基本原则为：在满足继电保护的"四性"（即速动性、灵敏性、选择性和可靠性）要求下，各种保护配置要有更高的独立性、更大的冗余度，达到快速切除故障、避免发生过电压、系统稳定破坏或设备损坏等事故的目标。
3.2 输电线路主保护
输电线路主保护构成原理很多，但必须选择能够适应特高压输电线路特殊要求的保护。特高压输电线路主保护要求采用两套不同原理或制造厂的保护装置，复用光纤通道构成全线速动保护。特高压输电线路第一套主保护可采用分相电流差动纵联保护和工频变化量方向纵联保护原理，第二套主保护可采用负序方向纵联保护或相电压补偿式方向纵联保护原理。两套主保护采用不同的通道，充分利用通信通道以改善保护性能。
3.3 线路后备保护
特高压输电线路后备保护作为主保护的补充，须保证在两套主保护都退出情况下发生内部故障时，输电线路两端切除故障时间差在允许范围内。后备保护要求配置完整的三段式相间距离和接地距离保护，距离保护的动作特性不应局限于如圆特性、四边形特性、椭圆特性等几种常用特性，可充分利用微机保护优越性，使各距离保护段都具有最优动作特性，提高保护承受过渡电阻的能力，减小系统振荡影响。
3.4 自动重合闸
特高压输电线路自动重合闸方式有单相重合、三相重合和快速重合。特高压输电线路自动重合闸方式主要取决于过电压水平。为了防止操作过电压，在非全相状态下产生的过电压倍数不大于允许值时，可以采用单相重合闸，否则采用三相重合闸。当采用单相重合闸方式时， 线路两端重合顺序和时间间隔，以及若单相重合不成功切除其他两相顺序和时间间隔，均要求限制在允许范围内。快速重合闸也要求在通道配合下从两端同时进行， 以避免一端投入另一端断开的时间超过过电压允许的时间。 自动重合闸应按断路器配置。自动重合闸与各保护之间的配合应协调控制。单相重合闸的合闸时间尽可能根据熄弧情况自适应调整。
3.5 并联电抗器保护
特高压输电线路并联电抗器内部和引线的各种故障应有完善的快速保护和自动控制装置。当线路故障时，在线路保护发出跳闸命令的同时，启动并联电抗器的保护和自动装置，立即将并联电抗器、消弧电抗器投入，以防止过电压和进行消弧。如果切除并联电抗器故障时引起的过电压超过允许值，则要求通过输电线路保护同时跳开两侧断路器。
3.6 断路器失灵保护
失灵保护应采用多种启动原理， 以保证在各种故障类型下的灵敏启动， 例如除故障相电流、电压外可能还需要负序、零序、阻抗等启动量。失灵保护启动元件不需要带方向，在反方向故障时保护不会动作。
4 特高压输电线路继电保护配置设计应用
（1） 1000kV输电线路的两侧均按双重化配置两套保护。每套保护包括能反应各种故障类型的全线速动的主保护，并具有完整的后备保护功能；主保护配置能正确反应同杆并架双回线跨线异名相故障性能较好的分相电流差动保护或采用多通道的距离保护；两套保护分别采用2M复用光纤通道；
（2） 1000kV输电线路双重化配置两套过电压保护及远传就地判别装置。本侧与线路相关两个断路器三相跳开后，若本侧过电压保护动作，则利用线路保护的通道起动远传回路，经线路对侧的远传就地判别装置后，跳开对侧相关断路器。同时也考虑当线路对侧的断路器失灵时，本侧接收对侧发送的远传信号，采用"一取一"方式经本侧的远传就地判别装置检测后再跳闸。
（3） 每段1000kV母线各配置2套独立组柜的母线电流差动保护装置。
（4） 每个断路器各配置1套断路器保护装置和1个分相操作箱，其中的断路器保护包括自动重合闸、断路器失灵保护、三相不一致保护、充电保护、死区保护等功能。
（5） 配置1000kV故障录波器，作为分析电力系统事故及事故过程中保护装置动作情况。
（6） 配置1000kV故障测距装置，采用双端行波测距原理，便于准确定位故障、查找故障点、缩短故障停电时间。
（7） 配置振荡解列装置，其保护范围应包括联网特高压线路和变压器。
5 结语
特高压电网继电保护配置设计应用，最重要的是保护构成原理的选择，其目的首先是应保证在任何运行、操作和故障状态下的过电压不超过允许值，其次是保证系统稳定运行和设备安全。特高压电网传输容量大，在全国电网中的地位特殊，对继电保护的要求十分高，有必要在电流互感器饱和影响、可控串联电容补偿保护和广域保护等方面进一步深入研究，提高特高压继电保护的适应性和可靠性。
参考文献
[1] 李斌，贺家李，杨洪平，等.特高压长线路距离保护算法改进，电力系统自动化，2007，31（1）.
[2] 郭征，贺家李.输电线纵联差动保护的新原理，电力系统自动化，2004，28（11）.
[3] 柳桥健，前田隆文.1000kV高可靠性保护继电器的研究目标[J].OHM，1994，（10）.
[4] 松田高幸.1000kV系统的继电保护方式--电力系统继电保护技术的新动态[J].《电气评论》1995，（6）.
[5] 贺家李，等.特高压输电线继电保护配置方案（二）保护配置方案[J].电力系统自动化，2002，26（24）.
[6] 贺家李，等.特高压输电线继电保护配置方案（一）特高压输电线的结构与运行特点[J].电力系统自动化， 2002，26 （23）.
关键词：特高压输电线路；继电保护； 配置设计
1 特高压输电线路继电保护面临问题
1.1 受电容电流影响
特高压输电线路因自然功率大，波阻抗小，单位长度电容大，其电容电流将达到或超过100%额定电流，这给差动保护整定带来极大困难，因此在原理上要对电容电流采取补偿措施。同时，由于分布电容影响，故障时波过程使距离继电器测量阻抗与故障距离不再呈现传统的线性关系，而是呈双曲正切函数关系，不能直接使用常规的距离保护。
1.2 受电磁暂态过程影响
特高压输电线路长，故障和操作过程中产生的高频分量幅值大，且为非整次谐波，更接近工频，这给滤除高频分量带来困难。高频分量的存在不仅使稳态电气量测量结果出现偏差，而且对基于工频变化量原理的暂态元件产生影响。因半波算法不能滤除偶次谐波，半波算法受到高频分量影响将比全波算法更为严重。同时特高压输电线路采用并联电抗器导致了短路电流中含有较大成分的非周期分量，并因时间常数大使短路电流的非周期分量衰减缓慢，这将对电流互感器产生较为严重的饱和现象。
1.3 受过电压影响
特高压输电线路发生故障跳开后，由于非故障相线路电压或同塔相邻线上静电感应电压很高，这将延长电弧熄灭时间，甚至可能出现不消弧现象，这将直接影响到重合闸动作成功率。由于线路电容存在，从故障发生到故障切除过程中，两侧开关不同时开断，在一端电源作用下，行波来回折反射导致健全相过电压产生，将严重危害系统安全运行。考虑到绝缘费用，在线路故障后以及随后操作过程如何降低过电压水平，是特高压系统过电压保护需要解决的问题，也是继电保护需要解决的问题。
2 适用于特高压输电线路继电保护技术
2.1 基于贝瑞隆模型原理分相电流差动保护
贝瑞隆模型是一种比较精确的输电线路模型，见图1。它反映了输电线路内部无故障时（包括稳态运行和区外故障）两端电流电压之间的关系，当线路内部故障时，相当于在内部增加一个节点，破坏了原有的平衡关系。基于贝瑞隆模型原理的分相电流差动保护即是利用这一差别区分线路内部和外部故障，构成新的差动保护原理。该保护对故障的判断过程分别在两侧进行，即至按本侧实测量和计算量进行比较。定值按大于外部故障时可能产生的最大不平衡动作量给定，两侧分别按给定的定值判断是否有内部故障。
基于贝瑞隆模型的保护判据与传统的判据相比，主要差别在于前者是比较同侧量，后者是比较异侧量。因为线路分布电容电流的存在，使得异侧量比较受其影响，而使用同侧量比较就避免了电容电流的影响。因此其最大优点是从原理上消除了外部故障时分布电容电流对差动保护影响。
2.2 带低次谐波LR数值运算型距离保护
常规距离保护是采用故障电压和电流的基波分量计算阻抗来判断事故地点，当基波附近含有大量的低次谐波时，导致计算阻抗失真，将造成保护不可靠动作。
采用故障电压和电流的瞬时值直接求解系统的积分方程式，能够高精度地导出故障点的电感L和电阻R值，见图2。该方式即使波形有畸变也能正确计算，其畸变性能取决于方程的积分值，采用4800Hz高速采样数据进行积分计算时结果相当逼真，采用600Hz高速采样数据进行积分计算时结果误差极小，从而可确保测距精确。
2.3 负序距离保护
负序距离保护是采用负序电流作为极化量，在系统发生不对称短路故障时，根据负序电流和故障电压进行阻抗计算，不受长期电容电流和负荷电流的影响，提高了保护的灵敏度。
3 特高压输电线路继电保护配置设计原则
3.1 配置设计基本原则
特高压输电线路继电保护任务首先是保证不产生危及设备和绝缘子的过电压， 其次是保证特高压系统稳定。因此，特高压输电线路继电保护配置的基本原则为：在满足继电保护的"四性"（即速动性、灵敏性、选择性和可靠性）要求下，各种保护配置要有更高的独立性、更大的冗余度，达到快速切除故障、避免发生过电压、系统稳定破坏或设备损坏等事故的目标。
3.2 输电线路主保护
输电线路主保护构成原理很多，但必须选择能够适应特高压输电线路特殊要求的保护。特高压输电线路主保护要求采用两套不同原理或制造厂的保护装置，复用光纤通道构成全线速动保护。特高压输电线路第一套主保护可采用分相电流差动纵联保护和工频变化量方向纵联保护原理，第二套主保护可采用负序方向纵联保护或相电压补偿式方向纵联保护原理。两套主保护采用不同的通道，充分利用通信通道以改善保护性能。
3.3 线路后备保护
特高压输电线路后备保护作为主保护的补充，须保证在两套主保护都退出情况下发生内部故障时，输电线路两端切除故障时间差在允许范围内。后备保护要求配置完整的三段式相间距离和接地距离保护，距离保护的动作特性不应局限于如圆特性、四边形特性、椭圆特性等几种常用特性，可充分利用微机保护优越性，使各距离保护段都具有最优动作特性，提高保护承受过渡电阻的能力，减小系统振荡影响。
3.4 自动重合闸
特高压输电线路自动重合闸方式有单相重合、三相重合和快速重合。特高压输电线路自动重合闸方式主要取决于过电压水平。为了防止操作过电压，在非全相状态下产生的过电压倍数不大于允许值时，可以采用单相重合闸，否则采用三相重合闸。当采用单相重合闸方式时， 线路两端重合顺序和时间间隔，以及若单相重合不成功切除其他两相顺序和时间间隔，均要求限制在允许范围内。快速重合闸也要求在通道配合下从两端同时进行， 以避免一端投入另一端断开的时间超过过电压允许的时间。 自动重合闸应按断路器配置。自动重合闸与各保护之间的配合应协调控制。单相重合闸的合闸时间尽可能根据熄弧情况自适应调整。
3.5 并联电抗器保护
特高压输电线路并联电抗器内部和引线的各种故障应有完善的快速保护和自动控制装置。当线路故障时，在线路保护发出跳闸命令的同时，启动并联电抗器的保护和自动装置，立即将并联电抗器、消弧电抗器投入，以防止过电压和进行消弧。如果切除并联电抗器故障时引起的过电压超过允许值，则要求通过输电线路保护同时跳开两侧断路器。
3.6 断路器失灵保护
失灵保护应采用多种启动原理， 以保证在各种故障类型下的灵敏启动， 例如除故障相电流、电压外可能还需要负序、零序、阻抗等启动量。失灵保护启动元件不需要带方向，在反方向故障时保护不会动作。
4 特高压输电线路继电保护配置设计应用
（1） 1000kV输电线路的两侧均按双重化配置两套保护。每套保护包括能反应各种故障类型的全线速动的主保护，并具有完整的后备保护功能；主保护配置能正确反应同杆并架双回线跨线异名相故障性能较好的分相电流差动保护或采用多通道的距离保护；两套保护分别采用2M复用光纤通道；
（2） 1000kV输电线路双重化配置两套过电压保护及远传就地判别装置。本侧与线路相关两个断路器三相跳开后，若本侧过电压保护动作，则利用线路保护的通道起动远传回路，经线路对侧的远传就地判别装置后，跳开对侧相关断路器。同时也考虑当线路对侧的断路器失灵时，本侧接收对侧发送的远传信号，采用"一取一"方式经本侧的远传就地判别装置检测后再跳闸。
（3） 每段1000kV母线各配置2套独立组柜的母线电流差动保护装置。
（4） 每个断路器各配置1套断路器保护装置和1个分相操作箱，其中的断路器保护包括自动重合闸、断路器失灵保护、三相不一致保护、充电保护、死区保护等功能。
（5） 配置1000kV故障录波器，作为分析电力系统事故及事故过程中保护装置动作情况。
（6） 配置1000kV故障测距装置，采用双端行波测距原理，便于准确定位故障、查找故障点、缩短故障停电时间。
（7） 配置振荡解列装置，其保护范围应包括联网特高压线路和变压器。
5 结语
特高压电网继电保护配置设计应用，最重要的是保护构成原理的选择，其目的首先是应保证在任何运行、操作和故障状态下的过电压不超过允许值，其次是保证系统稳定运行和设备安全。特高压电网传输容量大，在全国电网中的地位特殊，对继电保护的要求十分高，有必要在电流互感器饱和影响、可控串联电容补偿保护和广域保护等方面进一步深入研究，提高特高压继电保护的适应性和可靠性。
参考文献
[1] 李斌，贺家李，杨洪平，等.特高压长线路距离保护算法改进，电力系统自动化，2007，31（1）.
[2] 郭征，贺家李.输电线纵联差动保护的新原理，电力系统自动化，2004，28（11）.
[3] 柳桥健，前田隆文.1000kV高可靠性保护继电器的研究目标[J].OHM，1994，（10）.
[4] 松田高幸.1000kV系统的继电保护方式--电力系统继电保护技术的新动态[J].《电气评论》1995，（6）.
[5] 贺家李，等.特高压输电线继电保护配置方案（二）保护配置方案[J].电力系统自动化，2002，26（24）.
[6] 贺家李，等.特高压输电线继电保护配置方案（一）特高压输电线的结构与运行特点[J].电力系统自动化， 2002，26 （23）.