基于500 k V線路繼電保護配置整定的仿真計算

唐瑞佳

（上海市電力公司市區供電公司運維檢修部，上海 200080）

0 引言

繼電保護是電網安全運行不可分割的重要部分，它的作用是當電力系統發生故障時，迅速有選擇地將故障設備從電力系統中切除，保證系統的其余電氣設備快速恢復正常運行；當設備發生異常工作時，迅速發出報警信號，由運行人員手工切除那些繼續運行會引起故障的設備。因此，合理地配置繼電保護設備，提高整定和校核工作的快速性和準確性，對于電力系統安全、穩定運行，有著十分重要的意義。

本文使用仿真軟件對超高壓輸電線路進行短路計算，并根據電網配置好的各種繼電保護裝置，按電力系統的具體參數和運行要求，計算和給出所需的各項整定值，運用該方法來提高整定計算的準確性以及減少整定時間。

1 保護理論基礎［1］

1.1 光纖電流縱差保護

電流縱差保護是較為理想的一種保護原理，曾被譽為有絕對選擇性的保護原理。其原理核心不是延時、方向、定值，而是基爾霍夫電流定律，即流向一個節點的電流之和等于零。它具有良好的選擇性，能靈敏、快速地切除保護區內的故障，一般用于高電壓等級線路的主保護，由于靈敏度高等特點大多應用于雙側電源網絡。雙側電源網絡如圖1所示［1］。

圖1 雙側電源網絡

1.2 工頻變化量距離保護

比較工作電壓△U′OP電源的電動勢幅值大小就能夠區分區內外的故障。故障附加狀態下的電源電動勢大小，等于故障前短路點電壓的大小，即比較工作電壓與非故障狀態下短路點電壓的大小，就能區分區內外故障。假定故障前為空載，短路點電壓的大小等于保護安裝處母線電壓的大小，通過記憶的方式很容易得到，工頻故障分量距離元件的動作判據表達式［1］：

滿足該式判定為區內故障，保護動作；不滿足該式，判定為區外故障，保護不動。

2 短路電流計算

電力瞬時分析軟件（ETAP PowerStation）是個單線圖設計工具，采用虛擬實境仿真，具有極高的兼容性，十分容易使用。該分析軟件主要有短路電流、負載潮流、電動機啟動、瞬時穩定分析、諧波分析、接地系統設計、最佳化電力路徑、直流系統分析等功能。仿真計算的系統由2個容量為150 k VA的無窮大電網，2臺12 k W的發電機，1臺容量為30／30／30／k VA變壓器，變比為500／220／35，短路電壓百分比Vs為12.5%，若干條架空線構成，其中51XL長400 km，Z1＝Z2＝60.66Ω，Z0＝141.1Ω；52XL，53XL長200 km，Z1＝Z2＝30.33Ω，Z0＝70.5Ω。系統網絡有關接線示意圖，如圖2所示。

本文仿真所整定的線路為51XL，此處以QF51的保護配置為例。500 k V側由52XL、53XL與51XL并聯構成，220 k V側由21XL、22XL、23XL三條線路構成環網系統，此處不予討論。

通過仿真得到：在01G、02G、22W全停，52XL、53XL、23XL切除時，51XL的最大負荷電流為4.8 A。用于計算分支系數的短路電流［1］：QF51處距離Ⅱ段的分支系數的短路電流為0.04 k A；QF51處的零序Ⅰ段短路電流為0.11 k A。

3 線路保護配置

3.1 線路保護

線路保護QF51、QF52采用南瑞線路保護裝置RCS-931。由文獻［2］得到相關配置：

1）主保護為光纖電流縱差保護、工頻變化量接地距離保護、相間距離Ⅰ段，控制字配置為“工頻變化量阻抗”、“投縱聯差動保護”置“1”。

2）后備保護為三段式相間和接地距離保護、多個零序方向過流保護，控制字配置為“投Ⅰ段接地距離”、“投Ⅱ段接地距離”、“投Ⅲ段接地距離”均置“0”。“投Ⅰ段相間距離”、“投Ⅱ段相間距離”、“投Ⅲ段相間距離”置“1”。

3）自動重合閘方式為單相重合閘，控制字配置為“投重合閘”置“1”。“投多相故障閉重”、“投三相故障閉重”，采用多相故障閉鎖重合閘投入控制字“1”。

3.2 線路保護整定計算［3－5］

根據上述繼電保護配置及短路電流計算，進行相應的整定配置。

1）工頻變化量阻抗 全線路阻抗Z51XL為60.66Ω，整定系數選0.85，工頻變化量阻抗Zset51為51.561Ω。

2）差動電流高定值 51XL線路的兩組對地電容：C1為3.75μF，C2為7.5μF；線路正序容抗整定值｜Xc｜為2.97 kΩ；差動電流高定值IH為1.35 A。

3）差動電流低定值 差動電流低定值IM為0.5 A。

4）距離Ⅰ段定值 躲過本線路末端短路的測量阻抗Zset51為51.561Ω，靈敏度Ksen為85%；保護時限為0 s。

5）距離Ⅱ段定值 與下級線路53XL（QF42I段）配合。分支系數Kb為9時，仿真結果：距離Ⅰ段定值為25.78Ω；距離Ⅱ段定值為234.14Ω。

圖2 系統網絡有關接線圖

與相鄰變壓器（06T）快速保護配合。當分支系數Kb為8.5時，通過仿真計算，得到結果：變壓器阻抗Zt為15Ω。兩者取小，距離Ⅱ段定值為131.712Ω。靈敏度Ksen為2.17，大于1.25；保護時限為0.5 s。

近后備：靈敏度Ksen為1.58，大于1.5，滿足靈敏度校驗。

遠后備：當相鄰線路53XL末端短路、分支系數Kb為8時，靈敏度Ksen為0.32，小于1，不滿足，53XL應添加其他后備保護。當相鄰變壓器06T末端短路、分支系數Kb為8.5時，靈敏度Ksen為0.5，小于1，不滿足，變壓器應添加其他后備保護。保護時限為1 s。

8）零序過流Ⅱ段定值、時間與變壓器配合靈敏度校驗：分支系數Kb為8時，靈敏度Ksen為3.26，大于1.25，滿足靈敏度校驗。保護時限為0.5 s。

9）零序過流Ⅲ段定值和時間 躲過下級線路出口處出現的最大不平衡電流。當＝9.375 A，分支系數Kb為8時，靈敏度Ksen為11.37，大于1.25，滿足靈敏度校驗。保護時限為0.5 s。

10）單相重合閘時間 單相重合閘時間為0.8 s。

4 結語

通過對動模實驗500 k V線路進行保護配置與整定，模擬了基于南瑞RCS-931的系列超高壓線路成套保護裝置。

通過使用ETAP Powerst-ation仿真軟件，采用動模試驗對真實系統做了系統仿真，完成了相應的短路計算，并進行了整定的配置，通過該方法能夠較好地代替傳統繁瑣的手算，從而提高了工作效率和可靠性。

［1］ Stephen，Philip，Tubbs.Skm，Etap，＆Edsa Power System Analysis Tutorials［M］.USA，2009.

［2］ 南瑞繼保電氣有限公司.RCS-931超高壓線路成套保護裝置［M］.南京.南京南瑞繼保電氣公司版權，2004.

［3］ 李瑞生.光纖電流差動保護與通道試驗技術［M］.北京.中國電力出版社，2006.

［4］ 張保會，尹項根.電力系統繼電保護［M］.北京.中國電力出版社，2005.

［5］ 高亮.電力系統微機繼電保護［M］.北京.中國電力出版社，2007.