摘要：输电线路会受到自然因素、人为因素等影响，导致线路损坏。本文从线路故障原因出发，探讨电气工程中如何进行继电保护设计，分析各种继电保护技术的特点。通过研究，帮助解决继电保护设计问题，提升输电线路的稳定性。

关键词：电气工程;输电线路;继电保护;设计

1 输电线路故障原因分析

1.1 雷击造成故障

由于我国面积辽阔，山地较多，所以输电网络建设时需要跨越很多复杂的环境。一些空旷地区，输电线路往往会成为当地的最高点，很容易受到雷击，进入雷雨季节，山区也容易出现雷击。如果架空线路出现雷电感应，或者集中避雷线、输电线路，将会造成输电线路过电压，如果线路的绝缘水平比较低，或者线路所使用的防雷保护措施比较差，就会导致输电线路过电压后出现跳闸故障[1]。雷击线路时，如果输电线路的布置存在缺陷，由于问题可能会造成更为严重的雷击事故。如果输电线路所处的位置有十分强烈的雷击活动，则输电线路很可能遭遇雷电的反复打击，输电线路若存在线路布置问题，同样会很难抵抗雷击的影响。如果输电线路的绝缘水平很低，雷击对输电线路的破坏会更加严重。

1.2 外力破坏

输电线路可能会受到违章施工、违章建筑的影响，超高树木的生长也会给输电线路带来损坏[2]。有些工程施工队伍缺少有效的规章制度，施工过程中并没有保护输电线路，也容易造成输电杆塔损坏，给电力系统带来损失。人为因素也是一个关键因素，可能会不发分子偷窃输电线路，会对输电线路造成严重破坏。

1.3 操作人员影响

输电线路的操作管理人员如果出现操作失误也容易出现线路故障，会严重影响电力系统安全性和稳定性，甚至会导致电力系统大面积失控。虽然目前大量采取自动化控制，但是人力依然在电力系统中不可缺少。为了实现安全运行，必须遵守相关规程，避免出现违章操作。

2 输电线路继电保护工作原理

2.1 工频变化方向的纵联保护

工频方向纵联保护可以能对电路处于反应全相和非全相的状态进行控制，并且电流系统震荡等因素并不会影响保护动作的触发，在电路出现故障时能快速反应，该技术在高压输电线上的应用较多，获得了比较好的保护效果。该方法的缺点在于，进行输电线路保护仅仅能在故障出现的最初瞬间发挥作用，难以故障全过程发挥控制作用[3]。同时，由于后备保护系统阻抗的存在，线路灵敏度和系统运行方式有关，因此纵联保护会有一定的不确定性。实际使用中，作为方向元件，可以很大程度确保灵敏度符合要求。因此使用改方法进行特高压输电线路的而保护可以获得较好效果。

2.2 负序方向纵联保护

负序方向纵联保护是一个很早出现并且应用比较成熟的技术，该技术能够覆盖故障全过程，所以负序方向纵联保护具有较高的可靠性，能应对故障的全过程，而且不会受到系统震荡的作用。但是该技术稳定性存在不足，所以应用存在一定局限[4]。保护继承电路和微机时，保护设备能通过模拟电路获得负序通量，运行过程中由于三相电流会有不对称点，负序过滤器必须具备过滤高频分量的功能，发挥控制三相对称短路的作用。如果三相电阻未拆接地线，或者存在三相短路问题，一般都是后备保护系统反应进行保护工作，但是由于微机保护很难在三相短路出现的瞬间完成对不对称负序分量的过滤，单纯使用总序方向纵联保护并不能和微机保护有效配合，会影响保护效果。

2.3 分相电流差动纵联保护

该保护方法是目前效果最好的保护方式，因为该保护方法保证了继电保护绝对选择性，系统震荡等作用并不会影响继电保护的正常运行，而且该保护方式也能适应各种不同的系统运行方式，过渡电阻对继电保护的实际效果影响也不大，而且该保护方法还能进行选相。在特高压线路中，电容会影响电路的分布，出现故障时电流的波形等会出现变化，电流造成比较严重的畸变，影响正常的电流差动[5]。所以使用分相电流差动保护技术时，必须补偿电容电流，比如可以引入微机保护技术，设计专门的电容电流补偿算法，保证在暂态电动电流的保护。通过配合电容电流补偿措施，配合分线电流差动保护一般能保护200公里以内的电路，确保电容电流在自然功率的20%左右，但是如果由于故障导致不平衡，可能会难以做出反应。

2.4 距离纵联保护

纵联保护技术的优点很多，而且使用经验也比较多。该技术的应用比较广泛，可以作为线路的主保护，也能作为后备保护，在不考虑过渡电阻的理论状态下，保护效果并不会受运行方式限制，结合线路情况和保护的目标，也能选择保护动作[6]。但是如果系统出现振动，使用该技术时的保护效果就会出现问题，为此该技术必须专门设置一套震荡屏蔽装置，确保能正常运行。如果考虑到过渡电阻的作用，线路的保护范围有可能缩短，也有可能增加，线路的补偿电容将会造成保护动作缩短。电压回路短线容易导致该技术出现误动作，必须使用段线路闭锁措施缩短电路。

2.5 相电压补偿方向纵联保护

相电压补偿方向纵联保护可以对全相状态下的故障作出反应，对于非全相状态，可以控制由于相接地所导致的故障，确保整定条件合理，全相状态和非全相状态的故障并不会影响系统发挥作用，并且，如果电路在反方向出现障碍，比如过渡电阻出现故障，系统在保护时也具有方向性，从而确保保护效果。该技术也可以作为后备保护技术，但需要按照多相补偿原理设置[7]。但是该技术对单点接地的线路保护时，如果过渡电阻较高则很难发挥快速保护的作用，动作反应时间很长。因此，该方法一般都是作为后备保护在线路中出现，或者作为非全相状态下的保护，可以解决重合闸单相重合周期故障。

2.6 电流保护

电流保护并不能在故障出现的全过程发挥作用，使用限时电流速断技术作为后备技术也很难完全保护设备的安全性。为了获得快速切断故障的效果，目前都会建立三段式电流保护提升保护效果，同时利用电流速断等技术配合，确保电路安全，达到保证电路稳定的目的[8]。如果输电线路出现故障或者存在异常，继电保护可以利用有时限和无时限等动作保护线路的安全，并在短时间内根据线路反应信号做出跳闸动作，确保输电线路安全运行。电流保护的结构比较简单，而且设置也比较容易，而且运行时的精确性很高，因此具有较高的可靠性，在使用上，电流保护的接线、调试、整定计算也相对容易，在保护电路时也不容易出错。

3 输电线路继电保护原则

3.1 输电线路继电保护设计原则

为提升继电保护的可靠性，输电线路应该同时设置主保护和后备保护，如果当地雷击较多，或者输电线路的压力比较大容易出现故障，也要使用辅助保护方法，维持输电线路的稳定运行。利用后备保护可以在主保护出现问题或者退出时发挥作用，可以识别线路故障，并在故障出现后快速反应将故障线路切除[9]。 辅助保护的存在，可以在主保护没有发挥作用或者退出后作为电路的保护机制。输电线路保护之间或者输电线路继电保护要保证足够的灵敏性和可靠性，并结合线路的情况做出正确选择，以及在出现故障时可以迅速做出反应，满足保护需求。利用不同继电保护技术能在性能上实现补充，确保能对各类问题都做出反应，保证电力系统运行的安全性、可靠性和稳定性。设置输电线路保护时应该对线路所有可能出现的故障、异常都设置继电保护装置，保证一旦出现故障可以快速跳闸。

3.2 输电线路继电保护整定原则

目前很多高压输电线路的各条线路关联十分密切，一旦出现故障，继电保护装置可能会出现难以快速切断故障线路的问题，故障扩散会对电力系统造成严重威胁。所以输电线路继电保护必须加强著保护的效果，简化后备保护，确保线路的稳定运行。在220kV输电线路中，使用三段式相间短距离保护作为主保护系统，对输电线路的接地保护必须采用阶段式零序电流保护的方法。如果线路比较短，可以使用纵差保护方法作为主保护。设置后备保护方式时，可以使用专门的后备保护技术，但是对于高压线路，必须使用近后备保护的方式进行后备保护。对书店线路应该设置两套速动保护设备，如果是旁路母线接地方式，可以设置旁路断路器取代主断路器运行，以及设置一套全线速动保护运行。

4 输电线路继电保护设计方法

4.1 输电线路主保护是设计

输电电路主保护的原理很多，但必须选择可以适应输电线路特殊要求保护方式。比如特高压输电线路中，为了确保保护效果，线路的两套主保护就必须用两套不同原理或者不同配置的保护方式。线路的第一套著保护可以使用分相电流差动纵联保护和贡品变化量方向纵联保护;第二套主保护可以使用负序方向总联保护或者相电压纵联保护。确保两套主保护使用不同的通道，并充分利用通道信道改善保护的性能[10]。

4.2 输电线路后备保护

输电线路的后备保护是主保护的补充，如果主保护设备由于故障不能正常工作，后备保护就能在允许范围内切除电路的故障。后备保护中，必须配置完整的三段式相间距离和接地距离保护，可以选择的距离保护特性包括四边形、圆形、椭圆形等常见特性，发挥微机保护的优越性，保证各距离保护的最优动作，并确保对过渡电阻的承受能力，降低系统震荡对保护的影响。

4.3 自动重合闸设计

目前输电线路最常用的重合闸包括单相重合闸、三相重合闸和快速重合闸，选择重合闸时，主要因素取决于过压水平。必须避免线路操作过压，控制非全相状态下产生电压，避免起超过允许值时，一般使用单相重合闸，如果单相重合闸不能满足需求，则使用三相重合闸。采用单相重合闸方式时，线路两端重合顺序以及时间间隔需要满足要求，如果单相重合不能满足要求，则切除其他两向的顺序和时间间隔都要符合要求。利用快速合闸功能时，应该确保在通道配合下两端同时合闸，避免出现一端合闸另一端没有合闸的情况，影响电路系统的安全。断路器需要具备自动合闸的功能，各个保护之间需要保证协调控制，并保证对熄弧时间的控制，确保单相重合闸的合理调整。

4.4 并联电抗保护气

特高压输电线路的并联电抗内部阴险和各种故障都需要有完善的快步保护装置和自动保护装置，如果电路出现故障，线路保护装置需要同时发出跳闸指令和启动自动保护装置，保证并电抗器可以发挥作用，以及满足消弧需求，避免出现过压的情况，并满足消弧要求。如果切除并联电抗器出现故障导致电压高出允许值，需要进行输电线路保护的同时，也跳开输电线路两侧的断路器。

4.5 断路器失灵保护

失灵保护利用了多种启动原理，能保证在很多不同类型故障同时发生的情况下仍然迅速启动继电保护。在目前的保护动作中，除了故障相的电流和电压，还要进行启动也和负序、阻抗、零序有关，使用失灵保护能在不带有方向的情况下动作。

结束语：进行输电线路继电保护装置设计时，应该了解不同保护技术的原理，保证适应不同类型故障的保护需求，避免电压超出允许值，保证系统的稳定运行和确保设备的安全。随着电网的建设，目前输电线路的容量在逐渐增加，必须继续深入研究各种类型的保护技术，分析输电线路的继电保护需求，并在设计时充分研究电路所处环境，选择合适的继电保护技术。

参考文献

[1]黄纯熙.继电保护技术标准化的创新实践[J].电子技术，2021，50（11）：272-273.

[2]李小伟，陶毅刚，黎敏，陈楚，李镕耀.配电网多级继电保护系统故障运行状态预警研究[J].电子设计工程，2021，29（22）：97-101.

[3]王奇，张庆伟.电力系统继电保护隐性故障分析[J].技术与市场，2021，28（11）：117-118.