关于继电保护整定计算的探讨

关于继电保护整定计算的探讨

李富涛

(国华徐州发电有限公司,江苏徐州221166)

摘　要:主要从三个方面对继电保护整定计算工作进行简化:取消零序Ⅰ段、简化零序Ⅳ段计算、统一相间距离保护和接地距离保护。

关键词:继电保护;零序;接地距离

中图分类号:TM773　　文献标识码:A　　文章编号:100329171(2010)0420021204

DiscussiononSettingValueCalculationofRelayProtection

LiFu2tao

(GuohuaXuzhouPowerGenerationCo.Ltd.,Xuzhou221166,China)

Abstract:Thispapersimplifiedthesettingvaluecalculationofrelayprotectioninthefollowingthreeaspects:cancelzerosequencezoneI,simplifycalculationofzerosequencezoneIVandunifyphasedistanceprotectionwithgrounddistanceprotection.

Keywords:relayprotection;zerosequence;grounddistance　　近几年来,电网的发展十分迅速。随着电网的不断扩大,继电保护整定计算的任务也越来越繁重。这促使我们进行深入思考,能不能在不违背规程的条件下对整定计算进行一些简化。

在一些功能上,接地距离保护和零序保护类似;在整定计算上,接地距离和相间距离相近。根据接地距离保护的这些特点,可以对继电保护整定计算进行一些有益的简化。绝缘间隙击穿时和不击穿时呈现不同的数值。

虽然下发了有关文件,要求基建时必须提供线路的实测参数,但是由于种种原因,实测参数往往不能及时得到。而且大部分老线路没有实测数据,不可能把这些线路停下来进行参数测试。对于500kV线路,由于在试验时线路中流过的电流不足以把地线绝缘间隙击穿,因此获取相关的零序参数难度更大。

目前的短路计算程序在对零序互感的处理上,不可避免地都存在着忽略和简化。

这些因素造成零序电流的计算存在较大的误差,这种误差对零序后备保护的影响相对要小一些,因为零序Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段带有延时。而零序Ⅰ段是瞬动的,一旦越级,肯定误动。为了防止零序Ⅰ段误动,现在有些省采用增大可靠系数的办法,但是可靠系数取多少没有统一的标准。而且,如果可靠系数取得过高,对于一些不是很长的线路来讲,零序Ⅰ段在出口故障也无灵敏度,这样就从根本上失去了保护的作用。

[2]

接地距离保护用的是IA+K×3I0,零序参数对它的影响体现在补偿系数K上,K=(Z0-Z1)/(3Z1)

[2]

1　取消零序Ⅰ段

111　线路参数对零序保护和接地距离保护的

影响

在接地距离保护没有得到普遍应用时,对接地故障,零序保护有其不可替代的作用。但线路零序参数的不准确会给零序保护的计算增加一些不确定因素,因为零序Ⅰ段的动作是不带延时的,这些不确定因素的影响很可能会导致零序Ⅰ段的误动。通过多年来的对比,只要提供的线路长度、杆塔结构和线路型号误差不大,计算的线路正序参数与实测参数的误差较小(基本上不超过10%),而计算的零序参数与实测参数的误差较大。

计算的线路零序参数误差较大的主要原因在于不同地质条件对零序参数的影响无法在零序参数的计算中得到精确的反映。另外,500kV线路地线采用的分段绝缘设计会造成零序参数在地线

,因此零序参数的误差对接地距离

保护的影响要小得多。112　零序Ⅰ段和接地距离Ⅰ段的保护范围

零序Ⅰ段保护的范围不固定,当系统方式变

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化较大时,保护范围变化也较大。在计算零序Ⅰ段的方式下,零序Ⅰ段保护范围可以达到全线的70%～80%。但在常见方式下,零序Ⅰ段保护范

围要远远小于70%,甚至只有不到10%,最严重的时候,在保护出口故障,故障零序电流也达不到零序Ⅰ段的动作值。

接地距离Ⅰ段可以保护线路的70%,这个范围比较稳定,基本不受系统方式变化的影响。

微机线路保护对接地距离保护有特殊考虑,有的采用四边形特性,有的在R方向上有一定的补偿。因此在Ⅰ段范围内发生经过渡电阻的接地故障,接地距离在R方向上的动作范围要明显大于仅反映电流的零序电流保护,所以接地距离Ⅰ段的抗过渡电阻性能比零序Ⅰ段好。113　主保护对各种故障的反映

Ⅰ段的取消没有给电网带来任何影响。相反,取

消零序Ⅰ段给电网运行带来了一些便利:(1)杜绝了因零序参数误差过大引起的零序Ⅰ段误动。(2)基建项目投运过程中,减少了周边地区的发电厂或变电站改定值的压力。基建项目的投运时间往往比较紧张,当网络变化大时,周边地区的发电厂或变电站零序Ⅰ段定值的改动量就比较大,在短时间内大量改定值,给运行方式的安排带来很大的压力。取消零序Ⅰ段后,不用考虑零序Ⅰ段的越级问题,由于接地距离Ⅰ段和相间距离Ⅰ段与运行方式变化无关,零序和距离后备段保护因为由时间配合把关,只要系统主保护能够投入运行,这些后备保护不会越级,因此保护定值可以逐步安排更改,大大减轻了新设备投运前改定值的工作量,从而减小了电网运行的事故隐患。在实际操作中,根据各种型号保护的特点,如果保护的零序Ⅰ段可以用控制字或压板进行投退,就采用人为硬性退出零序Ⅰ段的办法;如果保护的零序Ⅰ段不能用控制字或压板进行投退,就取其最大刻度。

常用的线路主保护包括高频保护、零序Ⅰ段、相间距离Ⅰ段,表1是各种主保护对保护范围内的各种简单故障的反映情况。

表1　主保护对各种故障的反映

故障类型单相接地故障两相接地故障两相故障三相故障

高频保护零序Ⅰ段相间距离Ⅰ段接地距离Ⅰ段正确反映正确反映正确反映正确反映正确反映正确反映不能反映不能反映

不能反映正确反映正确反映正确反映

正确反映正确反映不能反映不能反映

2　零序Ⅳ段的简化计算

在参考文献[1]开始实行以前,零序Ⅳ段的整定方法为:与相邻零序保护的Ⅲ段或Ⅳ段配合整定,要求在相邻线末灵敏度不小于1.2。

而参考文献[1]只对零序Ⅲ段的灵敏度提出了明确的要求,对零序Ⅳ段的要求是:

“5.6.4接地故障保护最末一段(例如零序电流Ⅳ段),应以适应下述短路点接地电阻值的接地故障为整定条件:220kV线路,100Ω;330kV线路,150Ω;500kV线路,300Ω;750kV线路,400Ω。对应于上述条件,零序电流保护最末一段的动作电流定值应不大于300A,对不满足精确工作电流要求的情况,可适当抬高定值。”

“7.2.1.14零序电流Ⅳ段定值(最末一段)和反时限零序电流的启动值一般应不大于300A,按与相邻线路在非全相运行中不退出工作的零序电流Ⅲ段或Ⅳ段配合整定。”

依照参考文献[1],本文对零序Ⅳ段的计算进行了简化:如果零序Ⅲ段大于300A,零序Ⅳ段电流定值直接取300A,时间与相邻线路的零序Ⅲ段配;如果零序Ⅲ段不大于300A,零序Ⅳ段的电流定值和时间都与相邻线路的零序Ⅲ段或Ⅳ段配。

由于绝大多数线路的零序Ⅲ段都是大于300

　　从表1可以看出,零序保护能反映的故障,接地距离都可以正确反映。114　主保护的动作时间

目前江苏省内用的最多的220kV线路保护是11型和901A型,表2是厂家提供的各种保护的动作时间。

表2　主保护动作出口时间

ms

故障类型高频保护零序Ⅰ段相间距离Ⅰ段接地距离Ⅰ段

11C型901A型

<30<25

<1818左右

<3020左右

2020

　　可以看出,零序Ⅰ段和接地距离Ⅰ段动作时间基本上一样,对接地故障都能正确反映,而接地距离Ⅰ段的保护范围稳定,抗过渡电阻能力强,受零序参数误差影响小。因此取消零序Ⅰ段保护对系统保护的整体性能没有影响。

国内许多专家对取消零序Ⅰ段也持肯定态度。LFP系列微机保护原来在设计上根本就没有考虑零序Ⅰ段保护,在推广初期,由于当时接地距离保护没有得到普遍应用,根据运行单位的要求才加上了零序Ⅰ段。从实际运行情况来看,零序

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A的,因此这种计算方法节省了大量的零序Ⅳ段[1]第“7121318”条要求“相间距离Ⅱ段定值,按

电流定值的配合计算时间。

3　接地距离和相间距离计算的统一

参考文献[4]从保护机理的角度得出结论:在相同计算条件下,接地距离定值一定小于或等于相间距离定值。本文再从规程对接地距离和相间距离的要求出发,进一步讨论接地距离和相间距离整定计算统一的可行性。311　接地距离Ⅰ段和相间距离Ⅰ段参考文献[1]中躲线路末端短路故障的相间距离Ⅰ段和接地距离Ⅰ段的计算公式是一样的,只是接地距离Ⅰ段的可靠系数比相间距离Ⅰ段要小一些。Ⅰ段保护躲线路末端短路的目的主要是为了防止区外故障的超越,如果按接地距离Ⅰ段的可靠系数对相间距离Ⅰ段进行计算,相间距离Ⅰ段就能更可靠地防止超越。

单回线带单台变压器时,无论是线路故障还是变压器内部故障,都会造成该变压器停运,对用户和电网的影响都是一样的,因此允许Ⅰ段保护深入变压器,这种情况下采用参考文献[1]表3中计算接地距离Ⅰ段的第2个公式或是表4中计算相间距离Ⅰ段的第2个公式都是一样的。

因此,接地距离Ⅰ段和相间距离Ⅰ段的计算可以完全统一起来。

312　接地距离Ⅱ段和相间距离Ⅱ段

本线路末端发生金属性相间短路故障有足够灵敏

度整定,并与相邻线路相间距离Ⅰ段或纵联保护配合,动作时间取0.5s左右”,这就是说相间距离Ⅱ段可以与相邻线路的纵联保护配合,只不过时间不是接地距离Ⅱ段的1s。因此,可以看出,计算相间距离Ⅱ段的各种方法和公式都包含在接地距离Ⅱ段的计算方法中。

计算接地距离Ⅱ段的第4个公式是接地距离和零序保护配合时用的。不同原理的保护之间进行定值的配合计算非常困难,因为零序电流保护的范围在不同的电网方式下是不一样的。因此,其保护范围末端所对应的正序阻抗也是不一样的,这个对应阻抗的计算十分困难。所以,在接地距离保护的计算时,基本上不用该公式进行阻抗计算。实在不好配的情况下,不同原理之间的保护一般只考虑时间上的配合。接地距离Ⅱ段的第7个配合公式是根据接地距离保护的特点,要求其躲过变压器其它侧母线单相接地和两相接地故障,与相间距离Ⅱ段相比,这是更苛刻的要求。

从以上分析可以知道,同样的电网结构下,采用同样的配合方式,接地距离Ⅱ段的阻抗定值要比相间距离Ⅱ段要小,时间要长。而且,接地距离Ⅱ段和相间距离Ⅱ段的灵敏度要求是一致的。因此,相间距离Ⅱ段采用接地距离Ⅱ段的定值后,对定值间的配合关系和灵敏度完全没有影响。313　接地距离Ⅲ段和相间距离Ⅲ段

参考文献[1]对相间距离Ⅲ段的灵敏度没有具体要求,但根据参考交献[1]表4中的配合公式得出的Ⅲ段阻抗定值不会小于相间距离Ⅱ段的阻抗定值,因此相间距离Ⅲ段的灵敏度不会小于相间距离Ⅱ段。在参考文献[1]表3中对接地距离Ⅲ段的灵敏度给出了明确的要求,即:接地距离Ⅲ段是本线路正序阻抗的113～310倍。实际上,该要求对中长线路来讲是较难满足的,另外该要求所强调的灵敏度实际上可以由零序电流Ⅳ段来完成。因此,参考文献[1]的“7.2.2.7”条规定:“接地距离Ⅲ段,按与相邻线路接地距离Ⅱ段配合整定。若配合有困难,可与相邻线路接地距离Ⅲ段配合整定。当本线路设有阶段式零序电流保护作为接地故障的基本保护时,接地距离Ⅲ段可退出运行。”在河南,所有线路保护都配有阶段式零序保护,而且根据参考文献[1]的要求,零序电

参考文献[1]上对接地距离Ⅱ段和相间距离Ⅱ段的灵敏度要求是完全一样的,即:50km以下线路,不小于1.5;50～200km线路,不小于1.4;200km以上线路,不小于1.3。这也是参考文献[1]表3中接地距离Ⅱ段的第1个公式和表4中相间距离Ⅱ段第2个公式的具体内容。

参考文献[1]表4中相间距离Ⅱ段计算的第1、第3、第4个公式分别与表3中接地距离Ⅱ段的第2、第6、第5个公式一一对应。在阻抗定值计算时,相间距离用的可靠系数比接地距离计算的略大。在时间上,与相邻线路Ⅱ段配时,相间距离Ⅱ段和接地距离Ⅱ段的时间计算公式是一样的;与相邻线路Ⅰ段配时,接地距离Ⅱ段的起始时间直接用1s,而相间距离Ⅱ段用的起始时间是一个时间级差Δt,这个时间级差习惯上取0.5s。在参考文献[1]表3中,接地距离Ⅱ段的第3个公式是和相邻线路的纵联保护配合的计算公式,这个公式实际上对相间距离也是适用的。参考文献

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流Ⅳ段的电流定值都不大于300A。因此,在河

南电网中按参考文献[1]规定,接地距离Ⅲ段是可以退出运行的。既然可以退出运行,接地距离Ⅲ段保护就不必再考虑一定要满足113～310的灵敏度要求。

从参考文献[1]的表3和表4中可以看出,与Ⅱ段保护类似,相间距离Ⅲ段的第1、第3个配合计算公式与接地距离Ⅲ段的第2、第3个配合计算公式一一对应,只是可靠系数不一样。因此配合出来的定值,接地距离Ⅲ段不会大于相间距离Ⅲ段。相间距离Ⅲ段的第2个计算公式主要是考虑到相间距离Ⅲ段和相邻变压器的后备保护进行配合,由于公式中的“电网运行最低线电压”和“系统背侧系统等价电抗”的确定比较困难,实际的做法通常是,校核相间距离Ⅲ段是否伸出到变压器的110kV母线。没有超过110kV母线,认为相间距离Ⅲ段可以和变压器的差动保护进行配合;如果超过110kV母线,则对变压器相间后备保护的动作时间提出限制或对110kV侧的母差和出线保护提出限制。相间距离Ⅲ段的第四个公式对躲负荷阻抗提出了要求,接地距离保护对负荷阻抗同样可以正确测量,因此躲负荷的要求同样对接地距离Ⅲ段适用。通过以上分析,可以采用接地距离Ⅲ段的配合公式计算相间距离Ⅲ(上接第9页)

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段,同时要考虑接地距离Ⅲ段躲负荷阻抗,以及校

核接地距离Ⅲ段与变压器保护的配合问题。

4　结论

本文提出的继电保护整定计算的简化方法,完全满足整定计算规程的要求。继电保护整定计算的简化可以提高工作效率,对运行方式的安排也提高了灵活性。

采用简化方法后,零序计算减少了零序Ⅳ段的配合和灵敏度计算工作,可以减少1/5的工作量;距离保护减少了相间距离的配合工作,可以减少1/3的工作量。参考文献

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(本文编辑　刘生仁)

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(本文编辑　杜秋平)