110kV输电线路继电保护设计.pdf

24 EPEM 2023.7 下电网运维Grid Operation110kV输电线路继电保护设计国网宁夏电力有限公司固原供电公司 仇 赟摘要：本文结合不同模式运行下的110kV输电线路的分析与保护原理探讨，对短路故障进行整定计算，保障其对整个输电线路具有一定的保护作用，且针对不同的跳闸情况提出重合闸不同的操作要求。关键词：继电保护；短路电流；整定计算被称为“无声警卫”的继电保护装置只有在发生故障短时间内才会产生相对应的动作，而这一特征也导致继电保护装置中如果出现一些缺陷很难被察觉，造成安全隐患。但随着继电保护与其他相关技术的发展和应用，也在一定的算法整定和设计上逐渐消除这一隐患。本文以110kV 输电线路为研究重点，基于上述背景，着重分析如何去设计这种输电线路的继电保护装置和关键点，且根据110kV 输电线路的保护与距离保护原理分析做好其继电保护的整定计算。1 110kV 线路保护和距离保护的原理分析对于电路系统来讲，线路的保护装置需要保护的是异常运行和短路故障等问题，而对于后者来讲，其必须具备两种基本的保护和备用的机制，以及所需的附属设备。为了保证整个电力系统及装置的正常工作，以及当出现问题时，尽可能迅速地进行有选择性地切除，此时的主保护起到十分重要的作用1。110kV 及以下的电力系统，应尽量采用放射型供电模式，区域供电也应采用辐射线与联络变电站相连接，采用环形或双回线，但应遵守开环或线路互感器组合操作的原则。按照规范的规定，110kV线路保护应包含三段式距离保护，三段接地距离保护，三段零序保护；具有三相一次合闸功能，过负荷报警，跳闸动作等。目前，国内外对三相短路故障的研究包括：单相短路接地故障、双相短路接地故障、三相短路故障。我国110kV 及以上电压等级的电力系统单相短路的概率最高，二相接地短路次之。采用零序电流保护、接地距离保护等方法可达到接地故障的要求。三相短路不接地故障的概率较低，三相短路基本不会接地，而采用相间距离保护能有效地切断故障。输电线路的失效无非是绝缘下降、雷击、外力损坏等2。我国110kV 输电线路由于避雷线的存在，其接地电阻一般都在52以下，而单相高电阻接地多是由于枝条的生长引起的，由于采用零序过流的备用保护，使其在地面上的接地电阻通常较高，从而使其发生故障。远备用保护的重点是绕过负载。利用零序电流进行接地保护，可取得良好的接地效果，而使用阻抗式继电器来解决变压器之间的短路问题。随着机械设备的发展，计算机的应用范围越来越广，其新特点是集后备和主保护于一体，二次配线的简化，通过扩充通讯功能，实现监控、运行保护装置、自检、故障定位、报警等重要功能，进而推动继电器保护的数字化发展。使继电器的安全性得到极大改善，检修周期和项目的延长，使职工的劳动强度大幅度下降，管理水平得到极大的提升。2 110kV 线路保护整定计算2.1 案例简介该设备是由两个四边形相间、接地距离继电器和三相间接地距离继电器组成。介绍采用正序极化法进行、段继电器的故障转换电阻的良好保护；并在此基础上，使阻抗特性发生变化，朝向第一象2023.7 下 EPEM 25电网运维Grid Operation限移动，有利于转换电阻的测定，为避免继电器在发生接地故障时发生跳闸，该继电器具有零序电抗特征。在正序极化电压的变化下，电流通过不同的距离继电器。2.2 短路时母线的残压计算通常情况下，保护器的安装部位为母线，对这里及短路部位的阻抗值进行测量，并与整体阻抗进行对比判断是否工作，这对阻抗的保护同样起着很大的影响，公式为：Zj=Uj/Ij。图1 短路时母线残压计算图如 图1所 示，在 线 路 上 的 所 谓 汇 流 故 障 相位 电 压 下 降，加 上 各 个 故 障 点 位 置 的 相 电 压Uk：U=Uk+I1Z1+I2Z2+I0Z0+I0Z1-I0Z1=Uk+（I+K3I0）Z1，式中的零序电流补偿系数为：K=（Z0-Z1）/3Z1，在传输线失效时，从保护器的位置至短路点的电压下降：U=（I+K3I0）Z1，在母线的位置计算相间故障电压公式为：U=Uk+IZ1，此时 IZ1则表示线路电压降变换后的值，求解本式是按照 U=（I+K3I0）Z1各自获得的失效相位电压，然后再进行相间电压的计算。而作为通用的剩余压力计算公式，可计算任何故障类型、任何相、任意相间的电压。2.3 接地距离继电器本输电线路的接地距离继电器分别在、段。2.3.1段和段的接地距离继电器分析本次从零序电抗和正序电压极化方向的阻抗继电器两个方面进行介绍。零序电抗继电器的极化 电 压 分 别 为 U0P=U-（I+K3I0）ZZD、UP=-I0ZDZZD，其中的 ZZD表示模拟阻抗。比相方程为：如图2所示，其所表示的是直线 A 零序电抗特性，根据 I和 I0属于同向性，A 的倾角是不一样的，而直线 A 在相位上的倾角是 I+K3I0。在这一点上相对于 I0差异进行分析，相反其与 R轴是互相平行的。并且在与过渡电阻电压降相等的情况下，会发生线性 A 及其阻抗彼此平行的情况，所以该特性具有自适应的特点。如果二者都有相位，那么零序电抗的特征倾角就会降低12，此时则会变现为78，也不会出现超越的现象。图2 正向故障时继电器特性图示而后一个工作与极化电压则分别为：U0P=U-（I+K3I0）ZZD、UP=-U1ej11，这是指将偏置角度导入偏置后的极化电压的表征，其功能是增加转换阻抗容错的容量。其工作方式是：在分段线的使用过程中，将导致方向阻抗性的特征偏向于包括30、15和0的理想值。当两个继电器在共同工作时，会启动保护动作保护整个装置的方向，并且在不出现超出的情况下增大测试的转换电阻的容量。2.3.2段接地距离继电器其是由四边形、阻抗圆所组成接地距离继电器，能对长导线两端的变压器起到很好的防护作用，该继电器特点曲线如图3所示。图3 四边形距离继电器特性图其中，圆阻抗和四边形的定值是 ZREC和 ZZD，26 EPEM 2023.7 下电网运维Grid Operation四边形是正方形，其边长度是 ZREC-ZZD/2，而垂直于 ZZD/2的边长度是 ZZD。根据公式分别计算后一继电器的操作电压和极化电压：U0P=U-（I+K3I0）ZZD、UP=-U1其中：UP表示当前正序电压中仅包含几个失效相位，所以在出现接地失效时，正序电流所保持的数据为失效前的数据，而非存储器。因此这类的间隔式继电器的特性与在低电压下自身的瞬时特性一致，从而使得继电器的指导性更好3。2.4 距离保护与零序电流保护整定计算2.4.1距离保护整定计算当前，已知的第一条线 L1相关的最大容量是180MVA，最小容量是120MVA，在 AB 线上最大传输功率是10MW，功率因数是0.85，长度是30km，阻抗是0.40/km，那么对各种方式运行下的阻抗进行计算，取系统的平均电压 U=115kV，可 以 得 到：Zs.max=U2/Smin=1152/120=110.2，由于该方法的敏感性计算与预计的结果不符，故选择0.48kA 的操作电流进行检验，计算灵敏度为如下公式：通过计算得到其数值满足要求，动作时间取值为2s，根据以上的整定计算可以得到满足系统过电流继电保护的要求，在动作期间需要按照阶梯原则处理。2.4.2零序电流保护的整定计算原理。需要注意的是，110kV 输电线路的电压等级为大容量的电力系统，当电力系统发生接地失效时，将产生零序分量，而由零序成分组成的零序保护4。这种方法在某些接地系统中起到了很好的防护作用。整定计算。整定计算输电线路的零序电流保护如下公式：II0.oper=Krel3I0.max=1.232.44=8.078kA其中：I0.max表示流过保护的最大零序电流，Krel表示为可靠系数，本次取值为1.21.3。II0.oper=Krel3I0.ust，其中的取值为1.11.2；I0.ust表示在不同时期重合闸期间的最大零序电流。I0.dz=KK3I0.bt=1.234.6=16.56kA因此本次零序电流的最终整定计算值为16.56kA。优势。使用零序电流保护，其有着高度的可靠性，且工作原理和保护结构构成相对简单，反应灵敏，具有持续工作的特点和比较平稳的防护距离，不受过阻的大影响，能在出现近区域失效时迅速工作。3 自动重合闸的目的与要求自动重合闸的作用是使由于跳闸而在指定的时间内重新合闸，从而可在短期内迅速地恢复电力供应。在断路器跳开、故障消失后，自动合闸能确保电力的可靠性，使故障损失减少到最小，同时由于断路器自身的缺点，使误跳闸现象得到修正。但当合闸后仍有失效时，自动合闸将使系统再次受到电流的冲击，从而缩短其使用寿命。自动重合闸的基本条件：在断路器脱开后，能在较短的时间内自动合闸；当断路器被切断，操作者手动或遥控脱离时，重合闸应该被锁死；在故障排除后，在符合要求的情况下，尽量使重合闸在最短时间内重合，以降低断电所带来的损失。当单一的电力系统中存在重合闸时，通常采取三相一次重合闸，即当线路中出现短路时，保护机构跳过三相断路器，使三相开关在规定的时间内合闸5。若失效已消除，系统仍能正常工作，即为重合闸，若仍有故障，三相断路器将再次跳闸，并停止动作。采用重合闸装置时，必须符合下列条件：在电路发生故障时，线路两端的保护极有可能在不同的时限内触发断路器的两端防护；在一些案例中，断路器的两端会因为线路的故障而被切断，并且电源两端的电源也会不同步。参考文献1 刘春.110kV输电线路继电保护设计 J.电工材料,2021,2.2戴鹏.110kV智能变电站的继电保护策略分析 J.集成电路应用,2022,11.3陈东升.110kV智能变电站的继电保护分析 J.电子技术,2021,9.4 姚雄,刘伟浩.220kV智能变电站继电保护及自动化分析 J.电子技术与软件工程,2021,9.5蒋陈根,李爱晨.谈高压直流输电线路继电保护技术研究 J.科技资讯,2022,20.