110kV电网距离保护整定方案设计

唐玲宏

(广西电网公司南宁供电局，广西 南宁 530004)

1 引言

在电力系统中有多种保护装置，每种保护装置对于电力系统来说都有其独特的特点。在现代电力系统中，由于电流保护在选择性以及灵敏度等方面都会受到电力系统运行方式的影响，所以很难满足电力系统的速动性、选择性、可靠性和灵敏性的要求。因为电力系统的运行方式对距离保护的影响小，在当代电网中，由于环网、平行线的不断出现，系统的运行方式也随之不断的改变，必然的距离保护就成为当代电网应用最为之广泛的保护装置［1，2］。

目前，在整定计算的领域里，完全的传统人工算法进行继电保护整定已经淘汰，由于计算机介入辅助整定计算，不但使得整定计算的速度和效率得到了很大的提高，而且还可以处理许多人工所不能处理的复杂数据，同时也提高了保护整定计算的准确精度。由于许多主观性和客观性条件的限制，还有许多地区使用人工计算和计算机整定计算相结合的方法，利用计算机完成数据的部分处理，再人工计算结果或者复核计算机预算结果，计算过程仍然十分复杂，计算效率低下。

本文针对某110kV电网进行距离保护进行整定计算［3］，结合该系统实际运行参数，具体保护装置型号参数和距离保护整定原则，利用继电保护图形化自动整定系统(RelayCAC)，根据《3～110kV电网继电保护装置运行整定规程》，对某地级电网110kV线路的保护进行设计并整定计算，形成合理的整定方案，以全面掌握继电保护整定计算工作，对其他电网继电保护整定计算工作有工程实际的借鉴意义。

2 距离保护原理级整定原则

距离保护是利用短路发生时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值(短路阻抗)，该比值反映故障点到保护安装处的距离，如果短路点距离小于整定值则动作的保护。

下面以图1为例说明距离保护的整定计算原则。

图1 距离保护示意图

(1)距离Ⅰ段的整定

距离保护Ⅰ段为无延时的速动段，只反映本线路的故障。整定阻抗应躲过本线路末端短路时的测量阻抗，考虑到阻抗继电器和电流、电压互感器的误差，须引入可靠系数Krel，对断路器2处的距离保护Ⅰ段定值为:

式(1)中LA－B为被保护线路的长度;z1为被保护线路单位长度的正序阻抗;为可靠系数，距离保护属于欠量保护，可靠系数取0.8～0.85。

(2)距离Ⅱ段的整定

距离保护Ⅰ段只能保护线路全长的80%～85%，与电流保护一样，需设置Ⅱ段保护。整定阻抗应与相邻线路或变压器保护Ⅰ段配合。

①分支系数对测量阻抗的影响

当相邻保护之间有分支电路时，保护安装处测量阻抗将随着分支电流的变化而变化，因此应考虑分支系数对测量阻抗的影响，如图线路B－C上k点短路时，断路器2处得距离保护测量阻抗为

式(2)中，UA、UB为母线A、B 处的测量电压;ZA－B为线路A－B的正序阻抗;ZK为短路点到母线B处线路的正序阻抗;式(3)的Kb为分支系数;式(4)Kbmin为最小分支系数。

对于图1所示网络，显然Kb＞1，此时测量阻抗Zm2大于短路点到保护安装处之间的线路阻抗ZA－B+ZK，这种使测量阻抗变大的分支系数称为助增分支，I3称为助增电流。若为外汲电流的情况，则Kb＜1，使得相应测量阻抗减小。

按照选择性要求，此时保护不应动作，考虑到运行方式的变化影响，分支系数应取最小值Kb.min，引入可靠系数Ⅱ段的整定阻抗为:

②整定阻抗的计算

若相邻线路距离保护Ⅰ段保护范围末端短路时，保护2处的测量阻抗为:

式(6)中，与相邻线路配合时取0.80～0.85。若与相邻变压器配合，整定计算公式为:

式(7)中，与相邻变压器配合时取0.70～0.75;ZT为相邻变压器阻抗。

距离Ⅱ段的整定阻抗应分别按照上述两种情况进行计算，取其中的较小者作为整定阻抗。

(3)距离保护Ⅲ段的整定

①与相邻下级距离保护Ⅱ段或Ⅲ段配合:

②与相邻下级线路或变压器的电流、电压保护配合:

式(9)中，Zmin为相邻元件电流、电压保护的最小保护范围对应的阻抗值。

③躲过正常运行时的最小负荷阻抗

当线路上负荷最大IL.max且母线电压最低UL.min时，负荷为:

式(10)中，UN为母线额定电压。

与过电流保护相同，由于距离Ⅲ段的动作范围大，需要考虑电动机自启动时保护的返回问题，采用全阻抗继电器时，整定阻抗为:

式(11)中，Krel为可靠系数，一般取1.2～1.25;Kss为电动机自启动系数，取1.5～2.5;Kre阻抗测量元件的返回系数，取1.15～1.25。

若采用全阻抗继电器保护的灵敏度不能满足要求，可以采用方向阻抗继电器，考虑到方向阻抗继电器的动作阻抗岁阻抗角变化，整定阻抗计算如下:

式(12)中，φset为整定阻抗的阻抗角;φL为负荷阻抗的阻抗角。

按式(10)～(12)三个整定原则计算，取其中较小者为距离保护Ⅲ段的整定阻抗。

3 助增系数的选择计算

在进行距离保护整定计算中，助增系数的正确计算，直接影响到距离保护定值及保护范围的大小，也就影响了保护各段的相互配合及灵敏度，正确选择和计算助增系数，是距离保护计算配合的重要工作内容之一。选择计算助增系数，要紧密结合系统的运行方式，要在可能的运行方式下，选取较小的助增系数。在计算时，允许不考虑分支负荷电流的影响。只有当分支电流较大，对于按负荷电流整定的某些段或者有必要精确计算时，才考虑分支负荷电流的影响。

(1)对于辐射状结构电网的线路保护配合时。这种系统，其助增系数与故障点的位置无关。计算时故障点可取在线路的末端，主电源侧采用大运行方式，分支电源采用小运行方式，如图2所示。

图2 辐射状电网助增系数的计算图

(2)环形电力网中线路保护间助增系数的计算。这种电力网的助增系数随故障点位置的不同而变化。如图3所示的电网，在计算时，应用开环运行的方式，以求出最小助增系数。对于保护1来说，应将QF断开，电源M及N一般应采用最大运行方式，电源P应采用最小运行方式。

图3 环状电网助增系数的计算图

(3)单回辐射线路与环网内线路保护相配合时，如图4所示，线路L1与环网内线路L2之保护相配合时，应按环网为闭环方式运行，在线路末端故障时计算。电源M采用最大运行方式，电源N采用最小运行方式。当电源N向线路L3送短路电流时，L3应按断开方式计算。

图4 环网中助增系数的计算图

(4)环状电网对外辐射线路保护间相配合时。如图5所示，环网内线路L1与环网外线路L2保护配合，助增系数按开网计算，即QF断开的方式下计算。电源M及N均采用最大运行方式，电源P采用最小运行方式。

图5 环网中助增系数的计算图

(5)单回路线路对相邻双回线路的保护相配合。如图6所示电网，进行助增系数计算时，应按双回线并联运行的方式下，故障点可近似去在双回线路的末端，这样助增系数偏小。

图6 单回线与双回线配合助增系数的计算图

(6)双回线对单回线保护相配合时。如图7所示，进行助增系数计算时:若双回线上装设“分”电流保护，则按双回线路在单回线运行方式下考虑，而助增系数按照单回线配合时的情况计算;若双回线上装设“和”电流保护，则按双回线并列运行的方式下计算，故障点可取在线路末端。

图7 双回线与单回线配合助增系数的计算图

4 继电保护图形化自动整定系统(RelayCAC)简介

本文所用的辅助整定工具是RelayCAC继电保护整定计算软件［4，5］，它可以完成继电保护装置原理及和装置级的全过程整定计算、故障计算。计算过程和结果不需要人工干预，只需根据需要修改相应的参数便可实现保护的整定计算。在功能结构上，系统由四个模块构成:①系统管理模块;②整定计算模块;③故障计算模块;④定值通知单管理模块，这四个模块相互之间的联系可以用图8表示。

图8 RelayCAC功能模块关联图

①系统管理模块:对电网接线图以及电网中所有一次，二次设备的固有信息进行管理。

②整定计算模块:实现大规模复杂电力系统线路零序电流保护，相间和接地距离保护以及元件保护，包括变压器保护、母线保护、断路器失灵保护等的自动整定计算;提供计算中的人工调整功能，整定人员能够干预和监控整定的全过程，集成工作人员的工作经验。

③故障计算模块:既能为保护整定过程提供保护预备量计算，又能提供独立的故障计算功能，完成用户要求的故障计算。此外，该模块还提供了网络等值计算、短路曲线计算以及整定预备量计算等功能。

④定值通知单管理模块:主要对定值通知单的审批，执行和回执处理等整个流程进行管理，可以实现对定值通知单的查询、修改、批准、执行、作废、删除、新增和打印等功能。

5 某地级110kV电网距离保护原理级整定

利用RelayCAC的系统管理模块，结合某地级电网的原始数据，在RealayCAC中绘制某地级电网的系统管理图，输入各个元件的参数，设置它们在系统不同运行方式下的投运情况。某地级电网的系统管理图见图9。

图9 广西某地级电网的系统管理图

图9中浅色代表电压等级为110kV，深色代表电压等级为35kV。根据原始数据及原则，在RelayCAC中设置，依照距离保护原理级整定步骤进行整定，结合《3～110kV电网继电保护装置运行整定规程》以及整定算稿，进行校验，整定最终结果见表1。

表1 新山线，江山变110kV侧距离保护整定结果

表2 新山线，新兴变110kVⅠ段距离保护整定结果

表3 山深线，江山变110kV距离保护整定结果

广西某地级电网，在系统大方式运行中，由于深沟支线备用，形成以新兴变电站为中心，向周围输电的放射状接线形式，没有线路构成环网，所以只在110kV线路的电源(新兴变电站)侧设置距离保护，而没有必要在线路两端都设置距离保护。

6 总结

本文在分析距离保护原理的基础上，根据《3～110kV电网继电保护装置运行整定规程》分别对某地级电网的10条110kV线路距离保护的原理级整定，形成合理整定方案，以了解大规模电网继电保护整定方案设计的基本原理的方法，为某地级电网稳定运行提供了保障。

［1］尹项根，曾克娥.电力系统继电保护原理与应用［M］.华中科技大学出版社，2001.

［2］张保会，尹项根.电力系统继电保护［M］.中国电力出版社，2009.

［3］张颜华，周双喜，马维新，等.110kV电网距离保护整定专家系统［J］.电力自动化备，2001，2(7):7 －11.

［4］韩学军，朱涛，韩学山，供电网继电保护可视化整定计算与动作仿真系统［J］.电网技术，2004，28(14):28 －31.

［5］王星华，石东源，段献忠，等.基于多层结构和组件技术的保护装置整定计算系统研究［J］.继电器，2007，35(7):6 －10.