配电电网对继电保护的基本要求

配电电网对继电保护的基本要求
娜仁图雅
(包头供电局,内蒙古包头　014030)
摘　要:继电保护整定计算是继电保护工作中的一项重要工作,它以电网故障分析为基础,按照严格而复杂的整定计算原则,进行大量的定值计算、比较和筛选。

一个整定方案由于整定配合方法的不同,会有不同的保护效果。

如何得到一个最优的整定方案,是继电保护能可靠有效发挥作用的关键。

关键词:可靠性;选择性;快速性;灵敏性
中图分类号:T M77 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)23—0047—03
继电保护装置属于二次系统,但它是电力系统中的一个重要组成部分。

它对电力系统的安全稳定地运行起着极为关键的作用。

继电保护整定计算是继电保护工作中的一项重要工作,它以电网故障分析为基础,按照严格而复杂的整定计算原则,进行大量的定值计算、比较和筛选。

一个整定方案由于整定配合方法的不同,会有不同的保护效果。

如何得到一个最优的整定方案,是继电保护能可靠有效发挥作用的关键。

继电保护整定计算既有自身的整定问题,又有继电保护的配置与选型问题,还有电力系统的结构和运行问题。

因此,继电保护整定计算要综合、辨证、统一的应用。

1　配电电网的特点
配网大多数为35kV及以下变电所、线路、用户组成。

主结线为单母线分段及单母线,电压比为35/ 10kV/6kV,主变一般按两台配置。

主变主保护配置速断、差动保护和瓦斯保护,主变后备保护配置过电流保护或复合电压闭锁过流保护。

出线保护配置速断,限时速断,过电流保护,并配置一次重合闸。

线路串接级数多,分支线多,距离长。

负荷率低,负荷变化大,冲击电流大,随机性强,功率因数低。

配电变压器数量多,励磁涌流大。

线路设备质量相对较差,故障率较高。

线路电压等级大都在6～35kV范围。

主变及出线配置的保护型号种类多。

2　配电电网对继电保护的基本要求
2.1　快速性
是指继电保护应以允许的可能最快速度动作于断路器跳闸,以断开故障或中止异常状态发展。

对配电电网来说,快速性的矛盾并不突出,因为快速性主要是为了解决大电网系统的系统稳定问题,配电电网一般处于电网末端,短路电流相对较小,对系统的影响不是非常突出。

反之,配电电网电气距离远离系统振荡中心,主电网都配置有快速保护,系统对配电电网的影响也相对较小,加之配电电网35kV电压级保护动作时间一般在1.5s及以下(根据变压器反措要求,主变后备保护必须在1.5s内切除故障),满足变压器反措要求。

就用户而言,负荷的重要性程度及连续性相对较差,负荷主要是照明、小动力、小型企业、提灌工程等。

在1.5s内切除故障,在一般情况下,不会对用户电气设备造成很大影响。

随着城农网改造工程的实施,微机保护覆盖面进一步扩大,保护时间级差由0.5s减到0.3s,使配电电网整体保护动作时间进一步下降。

在用户端大量采用静态继电器及快速空气断路器、快速熔断器后,提高了用户端的快速性。

总体来讲,保护动作快速性问题随着系统保护动作时间级差压缩,保护动作速度还会进一步加快,向好的方向发展。

2.2　选择性
是指在对系统影响可能最小的处所,实现断路器的控制操作,以终止故障或系统事故的发展。

选择性是衡量继电保护运行质量的一个重要指标。

由于系统上下级保护不配合,造成扩大停电面积的系统事故时有报道,大面积停电事故均属系统事故,对社会造成很大影响,带来很大的经济损失。

因此,选择性是四性的灵魂,关键在于解决越级跳闸问题。

在实际工作中,往往有未核算保护配合问题或在方式安排上只考虑了正常方式的保护配合问题,而未考虑特殊方式下的保护配合问题造成越级跳闸,或者只考虑了相邻两级相同元件的保护配合问题,而忽视了相邻两级在任何运行方式下的真正配合。

配网因串级级数多,按常规后备保护时间逐级配合,在线路末端出现0s保护动作时间,使用户保护无法配合。

在保护灵敏度满足的前提下,可适当在某一级退出后备段,以节省系统时间级差,或采用重合闸补救方法。

采用后者使末级重合闸动作时间较长,如果线路串级级数很大,则应优先采用前者。

如果任选一种方法不能满足要求,可以采用两种方法相结合的方案。

应根据实际情况灵活处理。

2.3　可靠性
是指保护该动作时应动作,不该动作时不动作。

即需要保护动作时必须动作,不能拒动;不需要保护动作时必须不动作,不能误动。

在误动方面存在以下问题:由于整定计算提供负荷不准,或对负荷预测不准,尤其在特殊运行方式下,由过负荷引起保护动
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　2012年第23期 内蒙古石油化工
作;方式安排未考虑保护是否满足配合要求;不用保护或需要说明的注意事项未交代清楚,运行人员误投;微机保护控制字取错。

在拒动方面,一是未进行二次回路的负载校验;二是保护软硬压板投错或漏投。

2.4　灵敏性
是指继电保护对设计规定要求动作的故障及异常状态能够可靠地动作的能力。

即保护装置对故障时状态电气量的反应能力。

配网大都采用固定门槛的判据条件,定时限时间特性。

一般配置由电流、电压元件构成的保护。

该保护受电网运行方式影响很大,往往在小运行方式下校核灵敏度时不能满足要求。

主变保护:在一般常规35kV变电所中,35kV电源侧配置电流速断为主保护,过电流作为后备保护。

如主保护在高压侧校验灵敏度不够,最好改为差动保护。

如过电流保护灵敏度不够,最好改为复合电压或低电压闭锁过电流,闭锁电压取6-10kV电压相对灵敏。

对线路保护:一般配置二段式或三段式保护。

在灵敏度不够及无保护范围或保护范围很小时,可改为电压保护或电压闭锁的电流保护,一般都能满足要求。

由于配网线路导线截面小,线路电阻较大,在计算短路电流时不能忽略,以便准确计算短路电流,确保正确反应灵敏度。

3　配电继电保护的基本原理
3.1　线路三段过流保护
电网正常运行时,输电线路上流过正常的负荷电流,母线电压约为额定电压。

当输电线路发生短路时,故障相电流增大。

根据这一特征,可以构成反应故障时电流增大而动作的电流保护。

根据电网相间短路及单相接地故障的特征,主要介绍单侧电源网络的相间短路保护的三段式电流保护和多侧电源网络相间短路保护的方向电流保护,以及电网单相接地故障的零序电流保护,重点介绍这些保护的工作原理、保护装置的整定计算和接线方式。

对于单侧电源网络的相间短路保护主要采用三段式电流保护:第一段为无时限电流速断保护,第二段为限时电流速断保护,第三段为定时限过电流保护。

其中第一段、第二段共同构成线路的主保护,第三段作为后备保护。

3.2　电流速断保护
在保证选择性和可靠性要求的前提下,根据对继电保护快速性的要求,原则上应装设快速动作的保护装置,使切除故障的时间尽可能短。

反应电流增加,且不带时限(瞬时)动作的电流保护称为无时限电流速断保护,简称电流速断保护。

整定原则: 躲开线路末端故障。

线路有分支时,按照躲开线路最近分支末端故障。

与变压器时限速度配合。

保护范围校验:通过整定原则,可以看出速度按保护的保护范围,只保护线路的一部分。

一般要求最大保护范围≥50%,最小保护范围≥15%。

电流速断保护的灵敏系数通常用保护范围来衡量,保护范围
由于有选择性的电流速断保护不能保护本线路的全长,为快速切除本线路其余部分的短路,应增设第二套保护。

为保证选择性和快速性,该保护应与下一线路的电流速断保护在保护范围和动作时限上相配合,即保护范围不超过下一线路电流速断保护的保护范围,动作时限比下一线路电流速断保护高出一个时限级差t 。

这种带有一定延时的电流速断保护称为限时电流速断保护。

由此确定的t 一般为0.35s～0.5s,实际应用中取t =0.5s(目前微机保护执行0.3s)。

整定原则: 保证对线路末端故障时有足够的灵敏度:50km以下线路,灵敏度K L≥1. 5.50～200km线路,灵敏度K L≥1.4。

200km以上线路,灵敏度K L≥1.3。

躲过下级变压器另一侧故障时的最大短路电流。

与相邻线路速断保护配合保护范围校验:保护线路的全长。

为了能够保护本线路的全长,限时电流速断保护在系统最小运行方式下线路末端发生两相短路时,应具有足够的灵敏性。

3.4　定时限过电流保护
过电流保护通常是指其动作电流按躲过最大负荷电流来整定的保护,它分为两种类型:一种是保护启动后出口的动作时间是固定的整定时间,称为定时限过电流保护;另一种是出口动作时间与过电流的倍数有关,电流越大,出口动作越快,称为反时限过电流保护。

定时限过电流保护(也可简称为过电流保护)在正常运行时,不会动作。

当电网发生短路时,则能反应于电流的增大而动作。

由于短路电流一般比最大负荷电流大得多,所以保护的灵敏性较高,不仅能保护本线路的全长,作本线路的近后备保护,而且还能保护相邻线路全长,作相邻线路的远后备保护。

整定原则: 保证对线路末端故障时有足够的灵敏度:50km以下线路,灵敏度K L≥1.5。

(50～200)km线路,灵敏度K L≥1.4。

200km以上线路,灵敏度K L≥1.3。

躲线路所带最大负荷电流。

对线路所带变压器有1.2的后备灵敏度与相邻线路限时速断保护配合保护范围校验:不仅能保护本线路的全长,作本线路的近后备保护,而且还能保护相邻线路全长,作相邻线路的远后备保护。

过电流保护作本线路近后备保护时,I(2)k・min取最小运行方式下本线路末端两相金属性短路电流来校验,要求KⅢsen≥1.3～1.5;当过电流保护作相邻线路的远后备保护时,I(2)k・min取最小运行方式下相邻线路末端两相金属性短路电流来校验,要求KⅢsen≥1.2。

4　配网线路整定计算实例
下面以包供桥东变电站一条10kV出线为例(用户参数全部忽略),整定说明以上探讨(使用北京中恒博瑞整定计算软件)。

桥东变10kV出线保护配置速断保护,过电流保护,并配置一次重合闸。

4.1　桥东变911桥明线至南排变922线桥东变侧电流/电压保护整定
P T变比为:10000.0/100.0
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4.1.1　电流/电压速断保护
4.1.1.1　按躲线路末端三相故障的最大电流整定
线路末端三相短路最大电流为:3153.6646A Idz ≥Kk ×Idm ax = 1.3000×3153.6646=4099.7640A
大运行方式:在桥东变911桥明线至南排变922
线的末端发生三相相间短路。

桥东变911线阻抗图
4.1.1.2　与上一级变压器过流保护反配合
与上一级线路桥东变#1变电流定值延时电流速断9000.0000A 反配合
Idz ≤n ×Idz'/(Kk ×Kfz')
=(10.5000/10.5000)×9000.0000/(1.1500×1.0000)=7826.0870A
3.按常见方式下保护出口处三相短路有灵敏度整定
Idz ≤Idmin (Ij /Xt .max )/Klm =5498.5740/0.3403/ 1.3=12429.25A
电流速断整定结果:
电流速断定值Idz1=4099.7640A
电流速断二次值Idz 1'=Idz 1/CT =4099.7640/(600.0/ 5.0)=34.1647A
电流速断保护范围=1/Z xl ×(Sqr(3)/2×Ij /Idz -Zxt.max )
=1/ 1.4712×(1.732/2×5498.5740/4099.7640-0.3403)
=55.82%(小方式下两相短路)
电流速断保护范围=1/Zx l ×(Ij /Idz -Zx t.min)
=1/ 1.4712×(5498.5740/4099.7640-0.3073)=70.28%(大方式下三相短路)4.1.2　过流保护
4.1.2.1　按保证线末故障有灵敏度整定
线路末端故障最小短路电流为:2685.0649A Idz ≤Idm in /Klm =2685.0649/ 1.5000=1790.0430A
小运行方式:::在桥东变911桥明线至南排变922线的末端发生两相相间短路Idz ≥Kk ×If hm ax /Kf = 1.2500×500.0000/0.8500=735.2941A
4.1.3.与上一级支路的过流保护反配合4.1.3.1　与上一级变压器过流保护反配合
与上一级线路桥东变#1变电流定值复闭过流3240.0000A 反配合
Idz ≤n ×Idz'/(Kk ×Kf z')
=(10.5000/10.5000)×3240.0000/(1.2000×1.0000)=2700.0000A
动作延时为:0.7000s
(小运行方式:在桥东变911桥明线至南排变922线的末端发生两相相间短路)4.1.3.2　线末故障灵敏度为:3.6517
Klm =Idmin /Idz =2685.0650/735.2941= 3.6517
过电流整定结果:
过流定值Idz3=735.2941A
过流二次值Idz 3'=Idz 3/CT =735.2941/(600.0/ 5.0)= 6.1275A
过流时间定值T 3=0.7000s
过流灵敏度=Idmin /Idz =2685.0650/735.2941= 3.6517
(当小运行方式:::在桥东变911桥明线至南排变922线的末端发生两相相间短路)
4.1.4　重合闸:1S
4.1.5　最大可带负荷:I =7.5×120×0.85/1.25=612A 5　结论
随着电力工业迅速发展,继电保护及自动装置也加快了更新换代的步伐,大量的电磁式继电保护装置被微机保护所取代。

针对多种形式、不同厂家各异的继电保护及自动装置能否正确动作,直接关系到电力系统的安全稳定运行。

有数据表明:电力系统因继电保护引起的电力事故占较大比重,由于定值计算与管理失误造成继电保护“三误”事故也时有发生。

因此,探索新模式下的继电保护定值计算与管理工作显得十分重要。

保护装置为适合现场需要不断更新换代,特别是微机保护装置版本不断升级。

整定计算人员不得不花费大量时间和精力,逐字逐句的学习研究新内容,与保护装置厂家技术人员反复沟通,掌握原理和动作逻辑,在采用新的微机保护装置时很容易出错。

定值计算是决定保护装置正确动作的关键环节。

定值计算人员应具备高度的工作责任心,树立全局观念和整体观念。

整定计算工作应严格遵守整定计算基本原则:局部服从整体;下级服从上级;局部问题自行消化;尽可能的照顾地区电网和下一级电网的需求;保证重要政治用户供电。

满足继电保护和安全自动装置可靠性、选择性、灵敏性、速动性的要求,在不满足时应合理取舍。

[参考文献]
[1]　电力系统继电保护与安全自动装置整定计算
[M ].北京:中国电力出版社,2005.
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