实现电力设备或线路的远后备保护的主要技术难题,就是如何既能检测到下一变电站变压器低压侧故障,又不使保护在重负荷情况下误动,系统故障时有选择性切除,不能越级跳闸。实质上也就是远后备保护的灵敏度和选择性问题。
我们首先讨论灵敏度问题,过去的线路保护原理及动作特性一般多为圆特性,变压器低压或中压侧故障时,由于变压器阻抗较大,装在上一级的阻抗保护较难区分是故障阻抗还是负荷阻抗,电流保护就更难区分是故障电流还是负荷电流了。微机保护不同,可以用微机实现各种保护特性,包括四边形特性,圆加四边形特性,负荷限制特性等,必要时是否还可以采用抛圆、抛四边形特性、负序阻抗等特性,总之,应可以利用改变继电器特性来区分是负荷还是故障。我想只要我们提出要求,各继电器生产厂家很快就能推出满足要求的产品。
正在运行的继电保护产品在某些方面已经能满足我们的要求,如南京南瑞继保电气有限公司生产的RCS-901, 902系列超高压线路成套保护装置设有负荷限制特性。国电南自生产的PSL-600系列数字线路保护装置的阻抗继电器为四边形特性,电阻分量可独立整定,等等,还有很多厂家及型号的继电器是可以区分故障和负荷的,那么只要继电器能区分出是故障还是负荷,整定计算时阻抗继电器就不用躲负荷阻抗了,灵敏度将会大幅度提高。这样,灵敏度问题是否在大部分的系统就可以解决了。
对于继电器如何区分是故障还是负荷,除了上述通过继电器的阻抗特性来区分外,我想是否还可以利用继电器检测到的阻抗角的不同来区分。因据中华人民共和国能源部《电力系统电压和无功技术导则》中规定:220 kV及以上系统最大负荷时功率因数应在0. 95-1之间,35-110 kV应在0. 9-1之间。对于我们讨论220 kV及发上系统,最小功率因数下负荷阻抗角仅有±18. 2°,而故障时阻抗角应在70-85°之间,考虑一定故障电阻,一般也在500以上。应用这一原则,在微机保护加以区分应是很容易的事情。对于重负荷线路,由于负荷电流的影响,可能使短路阻抗角减小,但也不会小于18. 2°,可以设置一个合理的动作边界加以区分,另外,再配合合理的继电器特性。经过合理的整定,在大部分主网系统应该也是可以实现远后备保护的,起码实现中压系统的远后备保护应没有问题。如继电器能区分短路阻抗和负荷阻抗,检测到变压器低压侧故障应是可能的。对于低压侧故障确实没有灵敏度的特殊系统,远后备保护范围可以考虑只伸到中压侧。总之,目的是尽可能地实现远后备,后备的范围大一点,我们的系统就多一分安全,而不是有条件时才采用远后备。
关于远后备保护选择性问题,由于我们过去的计算手段较落后,分析确定一个较复杂网络的时间配合关系较困难,特别是阻抗三段(四段)伸到变压器低压侧或中压侧后,保护范围很大,整定起来则更困难。全是在计算机上用软件计算,不存在计算问题。另外很多220 kV系统都是开环成区域网运行,需配合的级数不会太多,经计算,网络中其它线路故障时本端测量阻抗没有灵敏度的阻抗三段(四段),时间不需要配合。同时再适当缩小时间级差,实现电力系统的电力设备及线路有选择性的远后备应是可行的 。