110kV電網距離保護整定方案設計

唐玲宏

(廣西電網公司南寧供電局，廣西 南寧 530004)

1 引言

在電力系統中有多種保護裝置，每種保護裝置對于電力系統來說都有其獨特的特點。在現代電力系統中，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運行方式的影響，所以很難滿足電力系統的速動性、選擇性、可靠性和靈敏性的要求。因為電力系統的運行方式對距離保護的影響小，在當代電網中，由于環網、平行線的不斷出現，系統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應用最為之廣泛的保護裝置［1，2］。

目前，在整定計算的領域里，完全的傳統人工算法進行繼電保護整定已經淘汰，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據，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，還有許多地區使用人工計算和計算機整定計算相結合的方法，利用計算機完成數據的部分處理，再人工計算結果或者復核計算機預算結果，計算過程仍然十分復雜，計算效率低下。

本文針對某110kV電網進行距離保護進行整定計算［3］，結合該系統實際運行參數，具體保護裝置型號參數和距離保護整定原則，利用繼電保護圖形化自動整定系統(RelayCAC)，根據《3～110kV電網繼電保護裝置運行整定規程》，對某地級電網110kV線路的保護進行設計并整定計算，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，距離保護屬于欠量保護，可靠系數取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，需設置Ⅱ段保護。整定阻抗應與相鄰線路或變壓器保護Ⅰ段配合。

①分支系數對測量阻抗的影響

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，因此應考慮分支系數對測量阻抗的影響，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;式(4)Kbmin為最小分支系數。

對于圖1所示網絡，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，使得相應測量阻抗減小。

按照選擇性要求，此時保護不應動作，考慮到運行方式的變化影響，分支系數應取最小值Kb.min，引入可靠系數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，一般取1.2～1.25;Kss為電動機自啟動系數，取1.5～2.5;Kre阻抗測量元件的返回系數，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 助增系數的選擇計算

在進行距離保護整定計算中，助增系數的正確計算，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，是距離保護計算配合的重要工作內容之一。選擇計算助增系數，要緊密結合系統的運行方式，要在可能的運行方式下，選取較小的助增系數。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)對于輻射狀結構電網的線路保護配合時。這種系統，其助增系數與故障點的位置無關。計算時故障點可取在線路的末端，主電源側采用大運行方式，分支電源采用小運行方式，如圖2所示。

圖2 輻射狀電網助增系數的計算圖

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

圖3 環狀電網助增系數的計算圖

(3)單回輻射線路與環網內線路保護相配合時，如圖4所示，線路L1與環網內線路L2之保護相配合時，應按環網為閉環方式運行，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應按斷開方式計算。

圖4 環網中助增系數的計算圖

(4)環狀電網對外輻射線路保護間相配合時。如圖5所示，環網內線路L1與環網外線路L2保護配合，助增系數按開網計算，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 環網中助增系數的計算圖

(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，進行助增系數計算時，應按雙回線并聯運行的方式下，故障點可近似去在雙回線路的末端，這樣助增系數偏小。

圖6 單回線與雙回線配合助增系數的計算圖

(6)雙回線對單回線保護相配合時。如圖7所示，進行助增系數計算時:若雙回線上裝設“分”電流保護，則按雙回線路在單回線運行方式下考慮，而助增系數按照單回線配合時的情況計算;若雙回線上裝設“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的計算圖

4 繼電保護圖形化自動整定系統(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。計算過程和結果不需要人工干預，只需根據需要修改相應的參數便可實現保護的整定計算。在功能結構上，系統由四個模塊構成:①系統管理模塊;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系可以用圖8表示。

圖8 RelayCAC功能模塊關聯圖

①系統管理模塊:對電網接線圖以及電網中所有一次，二次設備的固有信息進行管理。

②整定計算模塊:實現大規模復雜電力系統線路零序電流保護，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整功能，整定人員能夠干預和監控整定的全過程，集成工作人員的工作經驗。

③故障計算模塊:既能為保護整定過程提供保護預備量計算，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，該模塊還提供了網絡等值計算、短路曲線計算以及整定預備量計算等功能。

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

5 某地級110kV電網距離保護原理級整定

利用RelayCAC的系統管理模塊，結合某地級電網的原始數據，在RealayCAC中繪制某地級電網的系統管理圖，輸入各個元件的參數，設置它們在系統不同運行方式下的投運情況。某地級電網的系統管理圖見圖9。

圖9 廣西某地級電網的系統管理圖

圖9中淺色代表電壓等級為110kV，深色代表電壓等級為35kV。根據原始數據及原則，在RelayCAC中設置，依照距離保護原理級整定步驟進行整定，結合《3～110kV電網繼電保護裝置運行整定規程》以及整定算稿，進行校驗，整定最終結果見表1。

表1 新山線，江山變110kV側距離保護整定結果

表2 新山線，新興變110kVⅠ段距離保護整定結果

表3 山深線，江山變110kV距離保護整定結果

廣西某地級電網，在系統大方式運行中，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，沒有線路構成環網，所以只在110kV線路的電源(新興變電站)側設置距離保護，而沒有必要在線路兩端都設置距離保護。

6 總結

本文在分析距離保護原理的基礎上，根據《3～110kV電網繼電保護裝置運行整定規程》分別對某地級電網的10條110kV線路距離保護的原理級整定，形成合理整定方案，以了解大規模電網繼電保護整定方案設計的基本原理的方法，為某地級電網穩定運行提供了保障。

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

［2］張保會，尹項根.電力系統繼電保護［M］.中國電力出版社，2009.

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

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

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