制造企業(yè)110kV變電站繼電保護設(shè)計

高月珍　戰(zhàn)金玉　張廣波

摘 要：繼電保護系統(tǒng)在變電站安全穩(wěn)定運行方面起到關(guān)鍵性作用。針對某制造企業(yè)110kV變電站工程，對其繼電保護系統(tǒng)和安全進行研究、設(shè)計與實施。根據(jù)繼電保護的設(shè)計要求計算保護定值，確定變電站繼電保護的設(shè)計方案；根據(jù)短路電流的計算結(jié)果，進行變壓器和饋出線繼電保護設(shè)計。變電站投入運行后，繼電保護系統(tǒng)響應(yīng)時間快，保護動作準確，達到預期設(shè)計效果，具有較高的安全性和可行性。

關(guān)鍵詞：繼電保護；系統(tǒng)設(shè)計；定值設(shè)定

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.162

0 引言

電力系統(tǒng)的快速發(fā)展相應(yīng)帶動了繼電保護的快速發(fā)展。繼電保護是變電站保證供電設(shè)備正常運行的重要措施。雖然現(xiàn)在我國繼電保護的體系已經(jīng)基本形成，但是隨著供用電安全系數(shù)的提高，行業(yè)內(nèi)對繼電保護技術(shù)和設(shè)計水準提出更高要求[1]。某制造企業(yè)110kV變電站110kV的4母線接有1#主變高壓側(cè)、鍛造Ⅰ線；5母線接有2#主變高壓側(cè)、鍛造Ⅱ線，110kV母聯(lián)1145斷路器運行；10kV的4段母線接有1#主變低壓側(cè)、1#接地變、1#無功定補、1#無功動補及所屬線路，5A段母線接有2#主變低壓側(cè)、2#接地變、2#無功動補及所屬線路，5B段母線接有2#無功靜補及所屬線路；10kV的1#分段245斷路器自投熱備用，2#分段255斷路器運行。為保證變電站設(shè)備正常運行，需要對其安裝繼電保護裝置，需要對變電站電力系統(tǒng)繼電保護設(shè)計，根據(jù)實際運行負荷進行保護定值計算，對實際情況設(shè)定不同的保護，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)電源回路和電力設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

1 繼電保護的要求

繼電保護有四個基本要求：可靠性、速動性、選擇性、靈敏性。只有在滿足四個性質(zhì)的基礎(chǔ)上進行設(shè)計，才能保證繼電保護的真正價值[2]。

（1）可靠性是其中一個重要條件之一，當出現(xiàn)故障狀態(tài)時能夠及時發(fā)現(xiàn)問題并能動作于斷路器。

（2）選擇性是線路出線故障時，以最小區(qū)間內(nèi)將故障解除，且保證非故障設(shè)備能夠繼續(xù)正常運行。

（3）速動性是動作于跳閘的快慢程度，這是保證設(shè)備安全穩(wěn)定的重要條件。

（4）敏性突出的就是在線路出現(xiàn)故障情況下能不能及時反應(yīng)出問題，當線路出現(xiàn)短路故障時能及時反應(yīng)，體現(xiàn)靈敏性的重要依據(jù)就是用靈敏系數(shù)來衡量，增大靈敏系數(shù)可以保證動作的及時性，一般的靈敏系數(shù)為1.0～1.2之間。

所述的四個性質(zhì)，既要相互配合，也有產(chǎn)生沖突，這就要視具體情況來確定四個基本要求的具體應(yīng)用，只有找到合適的切入點才可以保證線路和設(shè)備的正常運行。

2 變電站設(shè)計主保護

110kV變電站主要涉及到五段復合電壓閉鎖過流保護，一二三段過流保護，接地零序保護三段過流保護，在正常運行狀態(tài)下由于采用不接地保護，零序電流保護不投入。PT斷線監(jiān)測投入、過流加速保護、過負荷保護，同時設(shè)定相應(yīng)的保護時間。保護裝置主要是采用由南瑞繼保公司生產(chǎn)設(shè)計的保護裝置，其中涵蓋了控制字、硬壓板投入、保護定值計算。

110kV變電站1#、2#主變均設(shè)有PRCK96-724兩卷變壓器保護測控柜，裝有RCS-9671C變壓器差動保護裝置，RCS-9681C后備保護及測控裝置，RCS9661C非電量保護裝置。本保護裝置作為主變的差動主保護，包括差動速斷保護、比率差動保護、中、低側(cè)過流保護、CT斷線判別[3]。

2.1 繼電保護設(shè)計條件說明

（1）電壓一次額定值和電流一次額定值都是指的線路中的線電壓。

（2）電流二次額定值都是按照標準。

（3）線路總長度采用千米計算方式。

（4）線路正序阻抗角指的是線路正序阻抗值。

（5）線路正序電阻、線路正序電抗用的是線路的二次值。

（6）零序啟動電流定值必須采取按躲過最大零序不平衡電流整定。

2.2 繼電保護裝置設(shè)計及說明

對于10kV一次系統(tǒng)圖中必須包括母線、斷路器、避雷器、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器等元器件組成[4]。而本設(shè)計主要是對于二次進行設(shè)計能完成有效的電路保護，采用三相四線制接線方式，其中2、5、8三個接線端子連接電壓互感器的二次側(cè)用于測量電壓，要注意的就是電流互感器的二次側(cè)接地。這是為了防止電流互感器二次側(cè)開路造成大的電壓，影響設(shè)備及人身安全。如圖1所示，電能表主要是用于電壓、電流、功率等因數(shù)的記錄，通過抄電能表的參數(shù)可以觀察設(shè)備是不是能夠正常運行的一種方式。

變電站高壓開關(guān)柜壓板投送電前必須保證壓板投送正確無誤，包括裝置檢修在分位、遙控跳閘和遙控合閘、閉鎖重合閘、五防鎖，這些壓板投送的選擇是保證設(shè)備正常運行的前提。因此在送電以后必須保證這些裝置能夠正常工作，一旦出現(xiàn)故障，利用保護裝置方面參數(shù)計算和整定，能夠有效動作，使故障點斷電。其中包括繼保裝置和顯示裝置在內(nèi)共同組成繼電保護的基本結(jié)構(gòu)，任何一個模塊出現(xiàn)問題都有可能影響繼電保護的可靠性。

變電站控制斷路器跳合閘時，通過小母線接入控母合閘電源正負極，手動或者遙控切換回路、控制壓板。繼電保護跳閘靈敏程度直接影響設(shè)備安全。軟硬壓板的投送也是保證安全運行的一個重要條件，在送電之前必須保證壓板投送正確[5]。

3 整定說明

3.1 計算說明

主要根據(jù)110kV變電站內(nèi)部兩臺容量為63000kVA的雙繞組降壓變壓器以及47條10kV出線柜，包括相間短路電流計算，阻抗參數(shù)計算。

（1）110kV系統(tǒng)參數(shù)采用中調(diào)提供的系統(tǒng)阻抗。

（2）1#、2#主變參數(shù)，采用設(shè)備銘牌參數(shù)。

（3）短路電流計算標么值的基準容量Sj=100MVA，等效電動勢的標么值為1.0。

3.2 計算中所需要的參數(shù)

根據(jù)變電站內(nèi)部實際情況和所帶負荷情況，首先要了解相關(guān)參數(shù)說明，根據(jù)參數(shù)的大小來進行整定計算，以下為計算所需要的參數(shù)。

根據(jù)現(xiàn)場布置可以知道高壓電纜： YJV -8.7/10kV；三相3（1X300）；距離為2km（ 估算值）；單位長度電阻值0.0986Ω/km。主變阻抗參數(shù)為0.2241，電纜阻抗參數(shù)為0.1789。

4 繼電保護主要參數(shù)整定測試

設(shè)計完成后，對繼電保護的整定電流和整定時間進行部分測試，測試結(jié)果如表1所示。

5 結(jié)語

通過對某制造企業(yè)110kV變電站的實際接線計算，設(shè)計變電站的繼電保護及安全運行系統(tǒng)。通過驗證理論基礎(chǔ)和相關(guān)設(shè)計說明，進行定值計算，同時設(shè)計出線路圖。通過線路保護內(nèi)容、變壓器保護、以及硬件設(shè)施布置等，從滿足變電站安全的角度分析輸電線路的保護類型，最終通過計算，利用繼電保護裝置來達到變電站安全運行目的。

所設(shè)計的110kV變電站繼電保護系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試并投入運行后，計算定值所保護對象得到良好的保護效果，能及時動作于故障，滿足快速性、靈敏性、可靠性、選擇性要求。運行結(jié)果表明所設(shè)計變電站的繼電保護系統(tǒng)可靠性和變電站綜合自動化技術(shù)水平得到提高，達到了最終設(shè)計目的。

參考文獻：

[1]孔海波.我國電力系統(tǒng)繼電保護現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢探討[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（24）：215+211.

[2]喬金增.淺談煤礦供電系統(tǒng)繼保裝置的優(yōu)化改進[J].電子世界，2014（18）：90.

[3]邱愛兵.35kV變電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實踐[J].電氣時代，2012（06）：78-80.

[4]李宗.220kV變電站綜合自動化系統(tǒng)改造工程[D].合肥：合肥工業(yè)大學，2008.

[5]吳琴，洪浪.變電站二次繼電保護設(shè)計方法及問題研究[J].中小企業(yè)管理與科技，2018（04）：169-170.

基金項目：山東省高等學校科技計劃項目資助（J16LN88）；山東省本科高校教學改革研究項目資助（2016）

作者簡介：高月珍（1971-），女，助理工程師，研究方向：檢測技術(shù)與自動化裝置。