1 220kV 變電站及線路繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

繼電保護(hù)概述。繼電保護(hù)是整個(gè)電網(wǎng)中極為關(guān)鍵的組成部分，在電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中一旦出現(xiàn)異常情況該設(shè)備會(huì)在第一時(shí)間發(fā)出信號(hào)，并根據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)定的程序，將出現(xiàn)故障情況的位置實(shí)施隔離處理以控制故障干擾的范圍，避免影響到整個(gè)電網(wǎng)的正常供電。該保護(hù)裝置包括主設(shè)備以及系統(tǒng)設(shè)備，其中前者主要負(fù)責(zé)變壓裝置、發(fā)電裝置等元件問(wèn)題，而后者是對(duì)線路的故障實(shí)施處理，同時(shí)二者間也需互相配合。

設(shè)計(jì)要求。近年國(guó)內(nèi)出現(xiàn)大量220kV 變電站，對(duì)其保護(hù)設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程中需保證基本的可靠、靈敏等特征。借助有效的保護(hù)設(shè)備實(shí)現(xiàn)保護(hù)設(shè)備價(jià)值最大化，確保其能為電網(wǎng)運(yùn)行提供一項(xiàng)基礎(chǔ)保障。簡(jiǎn)單而言，若此級(jí)別的變電站和連接電路較為緊密，需達(dá)到可靠及速動(dòng)性的標(biāo)準(zhǔn)；若二者的關(guān)聯(lián)性較差則需在確保滿(mǎn)足上述兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，提高變電站與線路的選擇性。

各裝置配置。在整個(gè)電網(wǎng)中，主保護(hù)裝置可確保整體的穩(wěn)定性及設(shè)施的安全指數(shù)，并在較短時(shí)間內(nèi)及時(shí)準(zhǔn)確地切除異常情況的保護(hù)設(shè)備。若在故障影響范圍較廣或較為嚴(yán)重時(shí)需進(jìn)行全線的切除工序，需選擇性地保護(hù)。如：縱聯(lián)保護(hù)屬于絕對(duì)保護(hù)裝置，若該設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作無(wú)法完成時(shí)后備保護(hù)裝置便會(huì)發(fā)揮作用，由此可知其屬于相對(duì)選擇的范疇中。后備保護(hù)裝置包括遠(yuǎn)及近兩種，在此級(jí)別的變電站中通常會(huì)使用后者，借助各變電站自身達(dá)到確保后備裝置的使用性能。輔助裝置屬于一項(xiàng)替補(bǔ)環(huán)節(jié)，同時(shí)對(duì)于問(wèn)題較為簡(jiǎn)單、嚴(yán)重程度較低的故障具有一定的保護(hù)作用。

線路保護(hù)設(shè)計(jì)。此部分的設(shè)計(jì)目的在于提高主保護(hù)裝置的實(shí)際價(jià)值，并合理簡(jiǎn)化后備裝置。借助提高主裝置的實(shí)際價(jià)值，有助于提升保護(hù)動(dòng)作的高效性，針對(duì)各項(xiàng)異常情況可在極短時(shí)間內(nèi)完成切除動(dòng)作。目前此級(jí)別線路采取分相操作，要求相應(yīng)的保護(hù)設(shè)備擁有選相的能力。若線路中的單相接地問(wèn)題不超過(guò)100歐，應(yīng)在條件允許的情況下選用效果更佳的規(guī)范作業(yè)動(dòng)作。經(jīng)過(guò)合理簡(jiǎn)化的后備裝置，使主裝置雙重化且與之相連的各主裝置應(yīng)具備多項(xiàng)功能，接地距離控制、零序電流把控等，以確保保護(hù)動(dòng)作的有效性，同時(shí)無(wú)需配備其他的后備裝置。整個(gè)線路中需配有兩個(gè)全線速動(dòng)保護(hù)裝置。電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，即使僅有其中一套速動(dòng)保護(hù)也可確保電網(wǎng)的正常運(yùn)行。另外，二者應(yīng)相互獨(dú)立并都具備及時(shí)準(zhǔn)確切除異常情況的能力。為達(dá)到上述保護(hù)效果，各保護(hù)裝置都應(yīng)具備選相的能力，各自作用在短路裝置中的某一跳閘構(gòu)件，并可各自實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)信息。對(duì)于接地問(wèn)題而言，應(yīng)設(shè)有合理的接地距離以及相應(yīng)的零序電流。若接地故障產(chǎn)生的電阻小于100歐，需確保全面準(zhǔn)確切除。而相間短路的后備設(shè)備需控制具體的裝置。若光纖線路采取全線速動(dòng)保護(hù)，需應(yīng)用電流差動(dòng)達(dá)到保護(hù)的效果，同時(shí)與后備裝置相互配合[1]。

母線保護(hù)設(shè)計(jì)。母線屬于整個(gè)電網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)構(gòu)件，220kV 變電站應(yīng)安設(shè)兩套專(zhuān)項(xiàng)保護(hù)設(shè)備，以免在倒閘切換期間出現(xiàn)問(wèn)題，在此種情況下切實(shí)提高母線切除動(dòng)作的靈活性。對(duì)于雙套接線母線需裝有相應(yīng)的電壓閉鎖，該種母線保護(hù)裝置在縱聯(lián)保護(hù)系統(tǒng)中可借助合理的措施使斷路裝置能夠及時(shí)跳閘，以保護(hù)整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

斷路器保護(hù)設(shè)計(jì)。該裝置的異常情況通常被劃分至近后備設(shè)備，出現(xiàn)異常情況時(shí)會(huì)進(jìn)行故障切除。另外，該裝置和互感裝置之間出現(xiàn)的異常問(wèn)題能夠借助失靈保護(hù)實(shí)現(xiàn)切除。在220kV 變電站及線路中斷路裝置屬于分相作業(yè)，而失靈保護(hù)僅能對(duì)單相發(fā)揮出應(yīng)有的作用。

2 220kV 變電站及線路繼電保護(hù)整定計(jì)算

2.1 主要裝置的整定計(jì)算

計(jì)算變壓裝置的各端在一百千伏安中的二次電流量以及相應(yīng)的互感裝置選用的變比。具體計(jì)算為：定額電壓220kV 的情況下，相應(yīng)的電流為A；電流互感裝置的變比為600/5；二次電流為A；短路電流的計(jì)算。220kV 系統(tǒng)中提供的短路電流值為，相應(yīng)的受其分量有效值是千安培；電流的最值是千安培（由于與發(fā)電位置較遠(yuǎn)，因此K 取2.55）[2]。

差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)門(mén)檻為躲過(guò)線路合閘期間的最大電流值，并躲過(guò)區(qū)外異常情況的最大不平衡電流。一般情況下，用電容電流與相應(yīng)的系數(shù)相乘，在補(bǔ)償期間相應(yīng)的系數(shù)值會(huì)偏低選取，反之亦反；對(duì)于制動(dòng)系數(shù)的計(jì)算，目前該項(xiàng)系數(shù)的取值范圍在0.5～0.8。經(jīng)過(guò)整定后通常整定范圍在0.1～0.2。若各側(cè)的電壓互感變比有所差異，其整定便可改為0.3；經(jīng)過(guò)整體的設(shè)計(jì)后應(yīng)對(duì)最終呈現(xiàn)的靈敏度進(jìn)行檢測(cè)，出現(xiàn)短路情況的電流等于A，由此可推演出后續(xù)的AN。

2.2 相間距離保護(hù)的整定計(jì)算

2.2.1 相間距離保護(hù)的特點(diǎn)

該種保護(hù)屬于對(duì)線路中母線電壓和被保護(hù)構(gòu)件電流之間比的一項(xiàng)抵抗阻。電網(wǎng)正常工作過(guò)程中該部分內(nèi)的測(cè)量元件是負(fù)荷阻抗，若被保護(hù)構(gòu)件出現(xiàn)短路問(wèn)題相應(yīng)的阻抗便是保護(hù)裝置與異常位置之間的距離。若故障位置與該裝置較近時(shí)則測(cè)量的阻抗相對(duì)更小，且保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間較短；在二者相距較遠(yuǎn)的情況下，相應(yīng)的阻抗以及持續(xù)時(shí)間也會(huì)隨之提高，達(dá)到選擇性的特點(diǎn)。距離與時(shí)間的關(guān)系是t=∫(I),其中t 表示動(dòng)作持續(xù)的時(shí)長(zhǎng)，I 是指二者間的距離。為確保繼電裝置達(dá)到既定的工作標(biāo)準(zhǔn)，需使用三段距離保護(hù)。其中第一段負(fù)責(zé)整個(gè)線路的83%左右，第二段則涉及到全程，第三部分屬于后備裝置[3]。

該裝置表示阻抗值，和常規(guī)的電流保護(hù)相較該項(xiàng)保護(hù)裝置的穩(wěn)定性相對(duì)較高，不易受到電網(wǎng)變化的干擾且具有較好的躲負(fù)荷水平。若出現(xiàn)短路問(wèn)題，該裝置中第一段的負(fù)責(zé)范圍不會(huì)因電網(wǎng)工作模式的變化出現(xiàn)影響。若異常情況發(fā)生在相鄰線路位置，該裝置的第二及第三段工作范圍會(huì)根據(jù)電網(wǎng)工作的方式有所改變；該設(shè)備的啟動(dòng)構(gòu)件主要負(fù)責(zé)在出現(xiàn)異常情況時(shí)能及時(shí)啟動(dòng)該設(shè)備的各保護(hù)段，其中前兩段開(kāi)啟的時(shí)間較短且相應(yīng)負(fù)責(zé)的范圍以及工作時(shí)間較短，僅需處理好本段負(fù)責(zé)的內(nèi)容，而最后一段則需在全部故障處理完成后方可關(guān)閉。

2.2.2 距離保護(hù)計(jì)算

第一段的整定計(jì)算需按公式計(jì)算：Zdz-1=KK×Zxl，其中的KK為對(duì)應(yīng)的系數(shù)，在此處為0.85。在第二段的整定計(jì)算中，根據(jù)有關(guān)計(jì)算公式分析可得，若動(dòng)作區(qū)域的長(zhǎng)度達(dá)到50km 時(shí)呈現(xiàn)的靈敏度達(dá)到1.5；而若區(qū)域長(zhǎng)度處于50～200km 之間則靈敏度超過(guò)1.4；長(zhǎng)度超過(guò)200km 靈敏度則超過(guò)1.3。隨著長(zhǎng)度增加相應(yīng)的靈敏度會(huì)有所下降，其中第三段的計(jì)算為：與第二段相互配合Zdz-3=KK×Zxl+Kfzmin×Zdz-2，最小負(fù)荷值計(jì)算，動(dòng)作時(shí)間為t3=t2+Δt。

該裝置第三段的動(dòng)作持續(xù)時(shí)長(zhǎng)計(jì)算：首先，電網(wǎng)中常規(guī)的振蕩時(shí)間是1.1～1.5秒，其第三段的保護(hù)持續(xù)保護(hù)時(shí)長(zhǎng)至少要達(dá)到2秒甚至要高于該數(shù)值。若與之相鄰的線出現(xiàn)閉鎖控制，為確保相應(yīng)基本的保護(hù)效果，可將該段的動(dòng)作時(shí)間延長(zhǎng)至3.5秒以上；其次，在環(huán)狀電力系統(tǒng)中應(yīng)根據(jù)階梯式的特點(diǎn)實(shí)施相應(yīng)的配合，但若全部采取配合的方式極易出現(xiàn)循環(huán)配合的問(wèn)題。對(duì)此應(yīng)選取電網(wǎng)某條線路中的該段和與之相鄰的第二段相互配合，通過(guò)多項(xiàng)措施確保該裝置中第三段保持較高的靈敏度，且合理縮短動(dòng)作運(yùn)行的時(shí)長(zhǎng)。

2.2.3 分支系數(shù)

若保護(hù)裝置點(diǎn)與發(fā)生故障的位置之間存在分支系數(shù)，會(huì)使測(cè)量阻抗與相應(yīng)電路中的阻抗總量值不符，若存在電源分支則Kfz大于1，若存在負(fù)荷分支則小于1。電源分支會(huì)造成測(cè)量距離超過(guò)線路中的實(shí)際長(zhǎng)度，而負(fù)荷分支會(huì)出現(xiàn)短于實(shí)際長(zhǎng)度的情況。在電網(wǎng)運(yùn)行期間，其投切以及具體運(yùn)行模式有所改變，最終呈現(xiàn)的短路電流配置情況也會(huì)出現(xiàn)改變，導(dǎo)致相應(yīng)的分支系數(shù)也有所波動(dòng)。在該裝置的整定計(jì)算中，為確保區(qū)外出現(xiàn)異常情況時(shí)能保持較好的穩(wěn)定性，要求整定值低于區(qū)外測(cè)量距離的最小值，由此應(yīng)計(jì)算分值系數(shù)的最小值。在進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)期間，需確保該裝置的整定值超過(guò)區(qū)內(nèi)在異常情況下呈現(xiàn)的最大測(cè)量距離，由此要求應(yīng)用分支系數(shù)的最大值[4]。

以某電力企業(yè)發(fā)電裝置為例，其中包含兩個(gè)系統(tǒng)A 和B，在計(jì)算分支系數(shù)小值時(shí)，系統(tǒng)A 為最小工作模式，系統(tǒng)B 為最大工作模式，采取雙機(jī)工作方式，公式為：，在計(jì)算分支系數(shù)最大值時(shí)，系統(tǒng)A 為最大工作模式，系統(tǒng)B 為最小工作模式，采取單機(jī)工作形式，公式為：。

2.2.4 整定計(jì)算

第一段計(jì)算假設(shè)度過(guò)該線路中末端異常，計(jì)算公式為：Zdz-1=KK×Z=0.85×40=34（歐）；第二段計(jì)算，首先假設(shè)與之相鄰線路相互配合，計(jì)算公式為：Zdz-2=KK×Z+KK×Kfzmin×Zdz-1=34+0.8×2.879×0.85×25.28=83.49；其次，該線路中故障的靈敏程度可等于大于1.5，相應(yīng)的動(dòng)作時(shí)長(zhǎng)計(jì)算為：t2=t1+Δt=0.5（秒）；第三段計(jì)算，該段與相鄰線路相互配合，計(jì)算結(jié)果為：Zdz-3=34+0.8×2.879×148.29=375.54；負(fù)荷距離最小時(shí)計(jì)算結(jié)果為：；該段的靈敏度為：。

3 結(jié)語(yǔ)

繼電保護(hù)裝置在國(guó)內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)較好的發(fā)展，對(duì)其的整體設(shè)計(jì)以及整定計(jì)算都具有較高的實(shí)際價(jià)值。近年供電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)覆蓋范圍日趨擴(kuò)大，相對(duì)應(yīng)用的整體結(jié)構(gòu)也更為繁雜，導(dǎo)致整定計(jì)算量愈發(fā)加重，同時(shí)對(duì)于其最終結(jié)果的可靠性提出更高的標(biāo)準(zhǔn)，因此需強(qiáng)化對(duì)該方面的研究和探索。