110kV電網(wǎng)距離保護整定方案設(shè)計

唐玲宏

(廣西電網(wǎng)公司南寧供電局，廣西 南寧 530004)

1 引言

在電力系統(tǒng)中有多種保護裝置，每種保護裝置對于電力系統(tǒng)來說都有其獨特的特點。在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，由于電流保護在選擇性以及靈敏度等方面都會受到電力系統(tǒng)運行方式的影響，所以很難滿足電力系統(tǒng)的速動性、選擇性、可靠性和靈敏性的要求。因為電力系統(tǒng)的運行方式對距離保護的影響小，在當代電網(wǎng)中，由于環(huán)網(wǎng)、平行線的不斷出現(xiàn)，系統(tǒng)的運行方式也隨之不斷的改變，必然的距離保護就成為當代電網(wǎng)應(yīng)用最為之廣泛的保護裝置［1，2］。

目前，在整定計算的領(lǐng)域里，完全的傳統(tǒng)人工算法進行繼電保護整定已經(jīng)淘汰，由于計算機介入輔助整定計算，不但使得整定計算的速度和效率得到了很大的提高，而且還可以處理許多人工所不能處理的復雜數(shù)據(jù)，同時也提高了保護整定計算的準確精度。由于許多主觀性和客觀性條件的限制，還有許多地區(qū)使用人工計算和計算機整定計算相結(jié)合的方法，利用計算機完成數(shù)據(jù)的部分處理，再人工計算結(jié)果或者復核計算機預(yù)算結(jié)果，計算過程仍然十分復雜，計算效率低下。

本文針對某110kV電網(wǎng)進行距離保護進行整定計算［3］，結(jié)合該系統(tǒng)實際運行參數(shù)，具體保護裝置型號參數(shù)和距離保護整定原則，利用繼電保護圖形化自動整定系統(tǒng)(RelayCAC)，根據(jù)《3～110kV電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程》，對某地級電網(wǎng)110kV線路的保護進行設(shè)計并整定計算，形成合理的整定方案，以全面掌握繼電保護整定計算工作，對其他電網(wǎng)繼電保護整定計算工作有工程實際的借鑒意義。

2 距離保護原理級整定原則

距離保護是利用短路發(fā)生時電壓、電流同時變化的特征，測量電壓與電流的比值(短路阻抗)，該比值反映故障點到保護安裝處的距離，如果短路點距離小于整定值則動作的保護。

下面以圖1為例說明距離保護的整定計算原則。

圖1 距離保護示意圖

(1)距離Ⅰ段的整定

距離保護Ⅰ段為無延時的速動段，只反映本線路的故障。整定阻抗應(yīng)躲過本線路末端短路時的測量阻抗，考慮到阻抗繼電器和電流、電壓互感器的誤差，須引入可靠系數(shù)Krel，對斷路器2處的距離保護Ⅰ段定值為:

式(1)中LA－B為被保護線路的長度;z1為被保護線路單位長度的正序阻抗;為可靠系數(shù)，距離保護屬于欠量保護，可靠系數(shù)取0.8～0.85。

(2)距離Ⅱ段的整定

距離保護Ⅰ段只能保護線路全長的80%～85%，與電流保護一樣，需設(shè)置Ⅱ段保護。整定阻抗應(yīng)與相鄰線路或變壓器保護Ⅰ段配合。

①分支系數(shù)對測量阻抗的影響

當相鄰保護之間有分支電路時，保護安裝處測量阻抗將隨著分支電流的變化而變化，因此應(yīng)考慮分支系數(shù)對測量阻抗的影響，如圖線路B－C上k點短路時，斷路器2處得距離保護測量阻抗為

式(2)中，UA、UB為母線A、B 處的測量電壓;ZA－B為線路A－B的正序阻抗;ZK為短路點到母線B處線路的正序阻抗;式(3)的Kb為分支系數(shù);式(4)Kbmin為最小分支系數(shù)。

對于圖1所示網(wǎng)絡(luò)，顯然Kb＞1，此時測量阻抗Zm2大于短路點到保護安裝處之間的線路阻抗ZA－B+ZK，這種使測量阻抗變大的分支系數(shù)稱為助增分支，I3稱為助增電流。若為外汲電流的情況，則Kb＜1，使得相應(yīng)測量阻抗減小。

按照選擇性要求，此時保護不應(yīng)動作，考慮到運行方式的變化影響，分支系數(shù)應(yīng)取最小值Kb.min，引入可靠系數(shù)Ⅱ段的整定阻抗為:

②整定阻抗的計算

若相鄰線路距離保護Ⅰ段保護范圍末端短路時，保護2處的測量阻抗為:

式(6)中，與相鄰線路配合時取0.80～0.85。若與相鄰變壓器配合，整定計算公式為:

式(7)中，與相鄰變壓器配合時取0.70～0.75;ZT為相鄰變壓器阻抗。

距離Ⅱ段的整定阻抗應(yīng)分別按照上述兩種情況進行計算，取其中的較小者作為整定阻抗。

(3)距離保護Ⅲ段的整定

①與相鄰下級距離保護Ⅱ段或Ⅲ段配合:

②與相鄰下級線路或變壓器的電流、電壓保護配合:

式(9)中，Zmin為相鄰元件電流、電壓保護的最小保護范圍對應(yīng)的阻抗值。

③躲過正常運行時的最小負荷阻抗

當線路上負荷最大IL.max且母線電壓最低UL.min時，負荷為:

式(10)中，UN為母線額定電壓。

與過電流保護相同，由于距離Ⅲ段的動作范圍大，需要考慮電動機自啟動時保護的返回問題，采用全阻抗繼電器時，整定阻抗為:

式(11)中，Krel為可靠系數(shù)，一般取1.2～1.25;Kss為電動機自啟動系數(shù)，取1.5～2.5;Kre阻抗測量元件的返回系數(shù)，取1.15～1.25。

若采用全阻抗繼電器保護的靈敏度不能滿足要求，可以采用方向阻抗繼電器，考慮到方向阻抗繼電器的動作阻抗歲阻抗角變化，整定阻抗計算如下:

式(12)中，φset為整定阻抗的阻抗角;φL為負荷阻抗的阻抗角。

按式(10)～(12)三個整定原則計算，取其中較小者為距離保護Ⅲ段的整定阻抗。

3 助增系數(shù)的選擇計算

在進行距離保護整定計算中，助增系數(shù)的正確計算，直接影響到距離保護定值及保護范圍的大小，也就影響了保護各段的相互配合及靈敏度，正確選擇和計算助增系數(shù)，是距離保護計算配合的重要工作內(nèi)容之一。選擇計算助增系數(shù)，要緊密結(jié)合系統(tǒng)的運行方式，要在可能的運行方式下，選取較小的助增系數(shù)。在計算時，允許不考慮分支負荷電流的影響。只有當分支電流較大，對于按負荷電流整定的某些段或者有必要精確計算時，才考慮分支負荷電流的影響。

(1)對于輻射狀結(jié)構(gòu)電網(wǎng)的線路保護配合時。這種系統(tǒng)，其助增系數(shù)與故障點的位置無關(guān)。計算時故障點可取在線路的末端，主電源側(cè)采用大運行方式，分支電源采用小運行方式，如圖2所示。

圖2 輻射狀電網(wǎng)助增系數(shù)的計算圖

(2)環(huán)形電力網(wǎng)中線路保護間助增系數(shù)的計算。這種電力網(wǎng)的助增系數(shù)隨故障點位置的不同而變化。如圖3所示的電網(wǎng)，在計算時，應(yīng)用開環(huán)運行的方式，以求出最小助增系數(shù)。對于保護1來說，應(yīng)將QF斷開，電源M及N一般應(yīng)采用最大運行方式，電源P應(yīng)采用最小運行方式。

圖3 環(huán)狀電網(wǎng)助增系數(shù)的計算圖

(3)單回輻射線路與環(huán)網(wǎng)內(nèi)線路保護相配合時，如圖4所示，線路L1與環(huán)網(wǎng)內(nèi)線路L2之保護相配合時，應(yīng)按環(huán)網(wǎng)為閉環(huán)方式運行，在線路末端故障時計算。電源M采用最大運行方式，電源N采用最小運行方式。當電源N向線路L3送短路電流時，L3應(yīng)按斷開方式計算。

圖4 環(huán)網(wǎng)中助增系數(shù)的計算圖

(4)環(huán)狀電網(wǎng)對外輻射線路保護間相配合時。如圖5所示，環(huán)網(wǎng)內(nèi)線路L1與環(huán)網(wǎng)外線路L2保護配合，助增系數(shù)按開網(wǎng)計算，即QF斷開的方式下計算。電源M及N均采用最大運行方式，電源P采用最小運行方式。

圖5 環(huán)網(wǎng)中助增系數(shù)的計算圖

(5)單回路線路對相鄰雙回線路的保護相配合。如圖6所示電網(wǎng)，進行助增系數(shù)計算時，應(yīng)按雙回線并聯(lián)運行的方式下，故障點可近似去在雙回線路的末端，這樣助增系數(shù)偏小。

圖6 單回線與雙回線配合助增系數(shù)的計算圖

(6)雙回線對單回線保護相配合時。如圖7所示，進行助增系數(shù)計算時:若雙回線上裝設(shè)“分”電流保護，則按雙回線路在單回線運行方式下考慮，而助增系數(shù)按照單回線配合時的情況計算;若雙回線上裝設(shè)“和”電流保護，則按雙回線并列運行的方式下計算，故障點可取在線路末端。

圖7 雙回線與單回線配合助增系數(shù)的計算圖

4 繼電保護圖形化自動整定系統(tǒng)(RelayCAC)簡介

本文所用的輔助整定工具是RelayCAC繼電保護整定計算軟件［4，5］，它可以完成繼電保護裝置原理及和裝置級的全過程整定計算、故障計算。計算過程和結(jié)果不需要人工干預(yù)，只需根據(jù)需要修改相應(yīng)的參數(shù)便可實現(xiàn)保護的整定計算。在功能結(jié)構(gòu)上，系統(tǒng)由四個模塊構(gòu)成:①系統(tǒng)管理模塊;②整定計算模塊;③故障計算模塊;④定值通知單管理模塊，這四個模塊相互之間的聯(lián)系可以用圖8表示。

圖8 RelayCAC功能模塊關(guān)聯(lián)圖

①系統(tǒng)管理模塊:對電網(wǎng)接線圖以及電網(wǎng)中所有一次，二次設(shè)備的固有信息進行管理。

②整定計算模塊:實現(xiàn)大規(guī)模復雜電力系統(tǒng)線路零序電流保護，相間和接地距離保護以及元件保護，包括變壓器保護、母線保護、斷路器失靈保護等的自動整定計算;提供計算中的人工調(diào)整功能，整定人員能夠干預(yù)和監(jiān)控整定的全過程，集成工作人員的工作經(jīng)驗。

③故障計算模塊:既能為保護整定過程提供保護預(yù)備量計算，又能提供獨立的故障計算功能，完成用戶要求的故障計算。此外，該模塊還提供了網(wǎng)絡(luò)等值計算、短路曲線計算以及整定預(yù)備量計算等功能。

④定值通知單管理模塊:主要對定值通知單的審批，執(zhí)行和回執(zhí)處理等整個流程進行管理，可以實現(xiàn)對定值通知單的查詢、修改、批準、執(zhí)行、作廢、刪除、新增和打印等功能。

5 某地級110kV電網(wǎng)距離保護原理級整定

利用RelayCAC的系統(tǒng)管理模塊，結(jié)合某地級電網(wǎng)的原始數(shù)據(jù)，在RealayCAC中繪制某地級電網(wǎng)的系統(tǒng)管理圖，輸入各個元件的參數(shù)，設(shè)置它們在系統(tǒng)不同運行方式下的投運情況。某地級電網(wǎng)的系統(tǒng)管理圖見圖9。

圖9 廣西某地級電網(wǎng)的系統(tǒng)管理圖

圖9中淺色代表電壓等級為110kV，深色代表電壓等級為35kV。根據(jù)原始數(shù)據(jù)及原則，在RelayCAC中設(shè)置，依照距離保護原理級整定步驟進行整定，結(jié)合《3～110kV電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程》以及整定算稿，進行校驗，整定最終結(jié)果見表1。

表1 新山線，江山變110kV側(cè)距離保護整定結(jié)果

表2 新山線，新興變110kVⅠ段距離保護整定結(jié)果

表3 山深線，江山變110kV距離保護整定結(jié)果

廣西某地級電網(wǎng)，在系統(tǒng)大方式運行中，由于深溝支線備用，形成以新興變電站為中心，向周圍輸電的放射狀接線形式，沒有線路構(gòu)成環(huán)網(wǎng)，所以只在110kV線路的電源(新興變電站)側(cè)設(shè)置距離保護，而沒有必要在線路兩端都設(shè)置距離保護。

6 總結(jié)

本文在分析距離保護原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)《3～110kV電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程》分別對某地級電網(wǎng)的10條110kV線路距離保護的原理級整定，形成合理整定方案，以了解大規(guī)模電網(wǎng)繼電保護整定方案設(shè)計的基本原理的方法，為某地級電網(wǎng)穩(wěn)定運行提供了保障。

［1］尹項根，曾克娥.電力系統(tǒng)繼電保護原理與應(yīng)用［M］.華中科技大學出版社，2001.

［2］張保會，尹項根.電力系統(tǒng)繼電保護［M］.中國電力出版社，2009.

［3］張顏華，周雙喜，馬維新，等.110kV電網(wǎng)距離保護整定專家系統(tǒng)［J］.電力自動化備，2001，2(7):7 －11.

［4］韓學軍，朱濤，韓學山，供電網(wǎng)繼電保護可視化整定計算與動作仿真系統(tǒng)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2004，28(14):28 －31.

［5］王星華，石東源，段獻忠，等.基于多層結(jié)構(gòu)和組件技術(shù)的保護裝置整定計算系統(tǒng)研究［J］.繼電器，2007，35(7):6 －10.