基于35kV繼電保護(hù)的配置及整定計算分析

孫付 國網(wǎng)馬爾康市供電公司

電力系統(tǒng)運行期間，很容易產(chǎn)生故障現(xiàn)象，繼電保護(hù)裝置能夠及時地切除故障，所以要落實好繼電保護(hù)工作，運用最佳的繼電保護(hù)整定計算舉措，最大限度減少電力系統(tǒng)故障，維護(hù)電力事業(yè)穩(wěn)定向前發(fā)展。其中，35kV變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)中需配置多種設(shè)備，且各類設(shè)備的保護(hù)對象也存在差別。基于此，本文首先介紹了繼電保護(hù)及整定計算概況，繼而分析繼電保護(hù)整定計算方法中存在的問題，并提出了改善措施。

一、繼電保護(hù)原理概述

電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)的作用性不言而喻，主要是監(jiān)測系統(tǒng)是否存在故障或異常情況并向管理人員自動發(fā)送報警信號，以便能夠及時消除故障。同時也可自動對一些故障點進(jìn)行隔離，以避免其他設(shè)備受損，確保區(qū)域供電的穩(wěn)定性。電流、電壓、測量阻抗等值在系統(tǒng)發(fā)生故障時會出現(xiàn)明顯變化，甚至系統(tǒng)出現(xiàn)不對稱故障時，可根據(jù)功率方向、相序分量等變化情況判定被保護(hù)原件的狀態(tài)。繼電保護(hù)裝置除反映出電氣量的保護(hù)情況外，還可反映出非電量的保護(hù)[1]。如當(dāng)出現(xiàn)鐵芯故障、油面下降、繞組多相短路、開關(guān)接觸不良等情況時，電力線路中的瓦斯保護(hù)裝置、過熱保護(hù)裝置將發(fā)揮作用，確保整個電力線路的穩(wěn)定運行。繼電保護(hù)裝置一般是由測量單元、邏輯單元和執(zhí)行單元三部分組成，確定保護(hù)范圍后就需進(jìn)行設(shè)置，比如根據(jù)所發(fā)生故障的強(qiáng)度設(shè)定對應(yīng)的保護(hù)反應(yīng)。而在執(zhí)行單元中，主要是根據(jù)事先設(shè)定的邏輯執(zhí)行指令確保裝置正常運行。

二、繼電保護(hù)整定計算概述

為了維護(hù)繼電保護(hù)裝置穩(wěn)定運行，設(shè)計人員需要綜合多方面內(nèi)容（繼電保護(hù)裝置的制造程序、機(jī)件設(shè)計、整定計算及運行安全等）考慮，做到科學(xué)設(shè)計，而且最為關(guān)鍵的是繼電保護(hù)整定計算的作用。隨著電網(wǎng)規(guī)模相繼壯大，保護(hù)定值的計算方法也在相繼的變革，運用先進(jìn)的計算機(jī)提升了工作的效率，確保了整定計算工作的準(zhǔn)確度。繼電保護(hù)的整定計算，需要相關(guān)計算人員深入掌握基本原理，分析電力系統(tǒng)的運行結(jié)構(gòu)及相關(guān)的要求標(biāo)準(zhǔn)等，提出科學(xué)的計算策略。通常在電力系統(tǒng)中應(yīng)用較多的整定計算方法包括序分量法、相分量法。另外，計算工作人員要嚴(yán)格按照整定計算的原則，提出具備合理性及實操性的計算舉措[2]。

隨著時代發(fā)展整定計算也隨之發(fā)生改變，逐漸從以往的人工計算向自動化計算方式轉(zhuǎn)變。這種改變在很大程度上推動了行業(yè)與時代接軌，拉近了與大數(shù)據(jù)時代發(fā)展的距離，有效解決了計算精準(zhǔn)度不高、耗時長、工作量大等問題?？傊ㄓ嬎愎こ毯拼?、牽涉多項工作，需相關(guān)人員了解其基本原理，熟悉電力系統(tǒng)運作，掌握電網(wǎng)運行流程。而在實際整定計算過程中，首先要充分了解電力系統(tǒng)運行條件及要求；其次結(jié)合電力系統(tǒng)具體情況，制定科學(xué)、合理的計算方案。通常整定計算主要采取的是有序分量法和相分量法兩種?；谏鲜鲈瓌t可找出最優(yōu)計算方法。譬如以有序分量法和相分量法為依據(jù)得出電氣量，而后確定好設(shè)定值。

三、35kV變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的配置

（一）線路保護(hù)系統(tǒng)

在當(dāng)前的線路保護(hù)系統(tǒng)運行過程中，一方面線路保護(hù)裝置可根據(jù)該系統(tǒng)的本身運行狀態(tài)對實時的工作參數(shù)和設(shè)定的參數(shù)做出比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某項參數(shù)超出了其設(shè)定值時線路保護(hù)裝置作出響應(yīng)，從而在一定范圍內(nèi)切斷被控制的線路，同時其他的線路投入運行。這樣既防止線路運行中出現(xiàn)了超出運行允許值時對各類線路造成的沖擊，同時也可提高下游供配電系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性；另一方面，對于線路的保護(hù)中，在供配電系統(tǒng)中配置了相應(yīng)的測量計量電氣元件，這樣既可把所有的電氣數(shù)據(jù)傳輸給電氣SCADA系統(tǒng)或上級變電站，以便適時發(fā)出控制指令，從而使繼電保護(hù)系統(tǒng)可以做出響應(yīng)，從而保護(hù)各類設(shè)備，確保該系統(tǒng)可以維持高效安全平穩(wěn)運行。

（二）變壓器保護(hù)系統(tǒng)

35kV變電站中的核心設(shè)備是變壓器，變壓器必須要能處于持續(xù)性的可控狀態(tài)，才可以盡可能防止其連續(xù)運行過程中出現(xiàn)故障。關(guān)于對變壓器的保護(hù)配置，一方面要能實現(xiàn)對運行參數(shù)的實時監(jiān)控，另一方面要借助通信裝置把所有獲得的信息傳遞給電氣SCADA系統(tǒng)，而電氣SCADA系統(tǒng)發(fā)出的控制指令可發(fā)送給其它相關(guān)多種電氣設(shè)備，從而使整個供配電系統(tǒng)做出正確的響應(yīng)。在變壓器的保護(hù)裝置配置中，一方面會正確安全地配置各類傳感器或變送器，該傳感器的作用是把所有電氣參數(shù)以電平信號或電磁信號模式發(fā)送，由系統(tǒng)中的通信裝置將所有信號都傳遞到控制中心—電氣SCADA系統(tǒng)，而在各種保護(hù)控制裝置中，要根據(jù)已設(shè)定的運行程序和保護(hù)程序及保護(hù)定值分析所有信號的當(dāng)前作用范圍，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某信號已超出允許運行上限時，則要分析該系統(tǒng)的具體運行過程，系統(tǒng)中本身是否存在的運行故障，還要根據(jù)各類控制信息對可能存在的運行故障做出預(yù)測，之后把這類信號以聲光報警或動作跳閘的形式傳遞給電力調(diào)度或運行值班人員，從而實現(xiàn)并加強(qiáng)了對運行變壓器的日常運行維護(hù)監(jiān)管力度[3]。

（三）母線保護(hù)系統(tǒng)

35kV變電站的母線保護(hù)工作，能夠從根本上決定該變電站能否處于正常運行狀態(tài)，在系統(tǒng)的保護(hù)配置工作中，一方面要通過繼電保護(hù)裝置的配置，分析當(dāng)前母線系統(tǒng)中，是否會在出現(xiàn)了干擾的電子感應(yīng)信號時，該系統(tǒng)中已經(jīng)配置的各類設(shè)施，能夠?qū)⑦@類干擾消除，以免造成誤動。另一方面，在當(dāng)運行的母線出現(xiàn)預(yù)警或跳閘信號時，母線實際已經(jīng)完全出現(xiàn)或者部分出現(xiàn)故障，傳感器要能夠迅速將這類信息傳遞給控制中樞，當(dāng)發(fā)現(xiàn)這類信息存在或出現(xiàn)嚴(yán)重風(fēng)險或故障時，該報警信息應(yīng)能夠立即被電力調(diào)度或運行值班的相關(guān)人員所識別，之后立即投入相應(yīng)的報警復(fù)位或故障排除工作，以避免電氣系統(tǒng)異常運行或?qū)е码姎夤收蠑U(kuò)大。

四、35kV變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的整定計算

（一）主變壓器的整定計算

35kV變電站的主接線通常為單母線分段方式，且會把電源的進(jìn)線配置成A線和B線，與其相對應(yīng)的母線分別稱為A段母線和B段母線，分別由兩段母線上的兩臺變壓器帶所有負(fù)荷，因此在變壓器的整定計算時要綜合考慮所有負(fù)荷線路的電氣參數(shù)，一方面要分析電路的速斷保護(hù)能力，在該過程中需要使用差動速斷電流、故障電流進(jìn)行計算，當(dāng)發(fā)現(xiàn)主變壓器可以規(guī)避外部線路出現(xiàn)故障時，以及變壓器由于本身故障產(chǎn)生的涌流時，則會在變壓器中生成不平衡電流，所以整定計算過程可按照最大的不平衡電流值對整定值進(jìn)行核算。

該過程中必須要能夠科學(xué)估算最大電流值，而依據(jù)是在變壓器中電壓恢復(fù)瞬間產(chǎn)生的勵磁電流，通常該最大電流值為正常參數(shù)的3至5倍，其中小容量的變壓器取值5倍，大容量的變壓器需要取值3倍。之后根據(jù)核算過程的計算公式對于各類參數(shù)做出計算，而在短路故障發(fā)生之時可能會在整個變壓器內(nèi)部產(chǎn)生最大電流參數(shù)，之后在整定計算過程也要考慮該設(shè)備的運行靈敏度，通過對該參數(shù)的測試可找到兩個參數(shù)間的配合關(guān)系，最終求取電流速斷的響應(yīng)參數(shù)延遲時間。另一方面是分析該系統(tǒng)對于電能的保護(hù)能力，該過程中需根據(jù)變壓器的額定電流參數(shù)獲得具體的保護(hù)參數(shù)，通過對相關(guān)公式的使用，再加上一些經(jīng)驗值，就可實現(xiàn)對于各類參數(shù)間的有序配合。

（二）斷路器的整定計算

在復(fù)雜的電氣系統(tǒng)保護(hù)工作中要根據(jù)三個因素進(jìn)行分析，首先是瞬時電流的保護(hù)工作，要根據(jù)該系統(tǒng)運行過程各類故障產(chǎn)生的瞬時電流，分析各個電流方向上的最大電流值，在具體處理過程中還需考慮上級的保護(hù)設(shè)定參數(shù)，通常要求該電流數(shù)值不得低于700A且要分析靈敏度；其次是對于方向限制的電流保護(hù)性能，該過程要能規(guī)避各類線路末端故障對靈敏度的影響；最后是對于不同電能方向的過電流保護(hù)工作，要根據(jù)系統(tǒng)的最大電負(fù)荷值對繼電保護(hù)工作進(jìn)行整定核算，通過具體的分析工作給出相應(yīng)的定值參數(shù)，并確定各類故障的靈敏度參數(shù)。

（三）分支系數(shù)整定計算

繼電保護(hù)的整定計算，需要對分布式電源變化對分支系數(shù)所造成的影響進(jìn)行全面分析，如果分支系數(shù)選擇不合理，會導(dǎo)致整定計算的結(jié)果出現(xiàn)較大誤差。為進(jìn)一步提高分支系數(shù)選擇的合理性，需在分支系數(shù)計算前綜合考慮各方因素。如分布式電源出現(xiàn)變化則需更新數(shù)據(jù)，確保分支系數(shù)準(zhǔn)確，盡可能降低誤差值。

（四）保護(hù)出口整定計算

計算繼電保護(hù)定值非常重要，但在實際工作中卻忽略了保護(hù)出口的整定計算。以往在開展整定計算時，跳分支開關(guān)、解列滅磁、發(fā)變組全停等非常重要，但近年來繼電保護(hù)設(shè)備自動化程度加強(qiáng)，機(jī)組容量越來越大，需要尤其關(guān)注保護(hù)出口中啟動失靈、遠(yuǎn)跳、分支快切等功能的整定，通過保護(hù)出口整定值來提高繼電保護(hù)裝置的功效，確保其正常運行。

五、繼電保護(hù)整定計算方式優(yōu)化

明確電力系統(tǒng)的運行方式，通過阻抗矩陣法預(yù)測系統(tǒng)運行的可行性，如系統(tǒng)存在異常就需針對故障現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)據(jù)分析[4]。當(dāng)電力系統(tǒng)環(huán)路安裝有繼電保護(hù)設(shè)備時，就需將保護(hù)系統(tǒng)的最大電流計算出來，同時考慮斷開節(jié)點位置是否會對系統(tǒng)定值產(chǎn)生影響。以繼電保護(hù)電流單相短路為例，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生金屬性短路，短路處數(shù)值以I=Z=0進(jìn)行表示，受環(huán)路斷開操作的影響，系統(tǒng)運行方式有所改變；當(dāng)系統(tǒng)中任意一個節(jié)點被斷開，其任意節(jié)點故障值的阻抗均發(fā)生改變，那么就可通過對斷開節(jié)點的邊界數(shù)值進(jìn)行計算來找出故障的具體位置。

當(dāng)系統(tǒng)節(jié)點發(fā)生單相短路，通過對抗組參數(shù)進(jìn)行計算可確定具體的運行方式。同時，通過阻抗矩陣描述系統(tǒng)邊界電流的電路情況，從而找出整個系統(tǒng)重要路線的運行方式。對于繼電保護(hù)系統(tǒng)而言，環(huán)路中線路運行方式將會對其電流產(chǎn)生一定的影響，采用傳統(tǒng)運行方式的選擇是無法看到這一影響的，需借助阻抗矩陣法。但在整個電力系統(tǒng)中，不僅是電力系統(tǒng)節(jié)點可采用阻抗矩陣表示，在電力系統(tǒng)運行方式選擇以及環(huán)路上也可采用阻抗矩陣表示。首先在節(jié)點位置將阻抗連支斷開，此時系統(tǒng)壓力分布將發(fā)生改變，但由于整個系統(tǒng)的節(jié)點數(shù)是固定不變的，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)又具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，所以阻抗矩陣變化不明顯，只需要在環(huán)路形式描述中對阻抗矩陣進(jìn)行微調(diào)[5]。

六、結(jié)束語

綜上所述，35kV變電站的繼電保護(hù)工作中，需實現(xiàn)對于母線的保護(hù)、變壓器的繼電保護(hù)、各類線路的繼電保護(hù)等，在繼電保護(hù)工作中需根據(jù)已配置了的自動化系統(tǒng)對所有設(shè)備做出相關(guān)的響應(yīng)動作，同時也要確保所有設(shè)備的建設(shè)質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。在系統(tǒng)建設(shè)過程要分析主變壓器的整定計算和線路的整定計算等，以確保該系統(tǒng)可高質(zhì)量安全運行；在系統(tǒng)運行過程中要不斷總結(jié)、不斷優(yōu)化，才能夠在確保設(shè)備本質(zhì)安全的前提下實現(xiàn)電氣系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)長期運行。