張東旭+李松雪+劉春亮

摘要：以某220 kV變電所為例，根據(jù)保護(hù)配置要求提出變壓器、輸電線路、母線保護(hù)的配置原則，分析變電所運(yùn)行方式，論述各個(gè)保護(hù)方案的原理、接線、保護(hù)動(dòng)作，提出變電所保護(hù)配置方案，確定合理的電網(wǎng)繼電保護(hù)整定值，為充分發(fā)揮繼電保護(hù)裝置的效能提供參考。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；整定值；變壓器護(hù)；配置原則

中圖分類號(hào)：TM727 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2017）09-0053-03

電力系統(tǒng)元件數(shù)量多，結(jié)構(gòu)各異，運(yùn)行復(fù)雜，常發(fā)生故障和出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)。沒(méi)有切除故障的保護(hù)裝置，電網(wǎng)無(wú)法安全、穩(wěn)定運(yùn)行。繼電保護(hù)裝置是能反映電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置，是保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)，在發(fā)電、供電和用電中處于極為重要的地位。

電力系統(tǒng)的快速發(fā)展對(duì)繼電保護(hù)提出新的要求。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置應(yīng)有選擇地動(dòng)作，跳開距離故障點(diǎn)最近的開關(guān)。為實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性，充分發(fā)揮繼電保護(hù)裝置的效能，必須合理選擇保護(hù)定值，以使各保護(hù)之間相互配合，確保供電質(zhì)量及用電設(shè)備安全。

1 繼電保護(hù)原理

繼電保護(hù)裝置能反映電氣設(shè)備的故障和不正常工作狀態(tài)，并自動(dòng)、迅速、有選擇性地動(dòng)作于斷路器，將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，把事故限制在最小范圍，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

繼電保護(hù)動(dòng)作的依據(jù)是電力系統(tǒng)中元件發(fā)生異常情況或短路時(shí)的電氣量變化，例如變壓器油箱發(fā)生故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量瓦斯，油流速度增大或油壓強(qiáng)度增高。電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，常導(dǎo)致電流增加和電壓降低，以及電流與電壓間的相位變化。

原則上說(shuō)，只要找出正常運(yùn)行與故障時(shí)系統(tǒng)中電氣量（或非電氣量）的變化特征（差別），就可形成某種判據(jù)，從而構(gòu)成某種原理的保護(hù)，且差別越明顯，保護(hù)性能越好。繼電保護(hù)原理見圖1。

繼電保護(hù)裝置由三大部分組成：1） 測(cè)量部分，用來(lái)測(cè)量被保護(hù)設(shè)備輸入的有關(guān)信號(hào)（電流、電壓等級(jí)），并與給定的整定值（動(dòng)作電流、電壓等）進(jìn)行比較判斷。2） 邏輯部分，根據(jù)測(cè)量部分各輸出量的大小、性質(zhì)、組合、輸出順序，使保護(hù)按照一定的邏輯程序工作，并將信號(hào)傳輸給執(zhí)行部分。3） 執(zhí)行部分，根據(jù)邏輯部分傳輸?shù)男盘?hào)，給出跳閘或異常脈沖信號(hào)，完成保護(hù)功能。

2 繼電保護(hù)配置原則

2.1 變壓器保護(hù)原則

電力變壓器的故障和不正常運(yùn)行方式主要有以下8種：1） 中性點(diǎn)直接接地電力網(wǎng)中，外部接地點(diǎn)引起的過(guò)電流及中性點(diǎn)過(guò)電壓；2） 外部相間短路引起的過(guò)電流；3） 繞組的匝間短路；4） 繞組及其引出線的相間短路和在中性點(diǎn)直接接地側(cè)的單相短路；5）過(guò)負(fù)荷；6） 過(guò)勵(lì)磁；7） 油面降低；8） 變壓器溫度及油箱壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障。

電力變壓器出現(xiàn)上述故障和不正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)按規(guī)定裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置。1）和2）的保護(hù)裝置應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作于跳閘；3）和4）的保護(hù)裝置應(yīng)帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘；5）和6）的保護(hù)裝置一般作用于信號(hào)；8）應(yīng)按現(xiàn)行變壓器的標(biāo)準(zhǔn)裝設(shè)信號(hào)裝置。

2.1.1 變壓器后備保護(hù)設(shè)計(jì)原則

1） 應(yīng)作為相鄰元件和變壓器本身主保護(hù)的后備。當(dāng)接線太復(fù)雜時(shí)，允許縮短對(duì)臨線路的后備保護(hù)范圍。

2） 對(duì)各側(cè)母線上的三相短路應(yīng)具有必要的靈敏系數(shù)。

3） 盡可能獨(dú)立，不用發(fā)電機(jī)的后備保護(hù)代替。

4） 能保護(hù)斷路器和電流互感器之間的故障范圍。

2.1.2 外部相間短路保護(hù)安裝位置

1） 雙繞組變壓器應(yīng)裝于主電源側(cè)。

2） 三繞組變壓器及自耦變壓器一般裝設(shè)于主電源側(cè)及另一側(cè)，主電源側(cè)的保護(hù)應(yīng)帶2段時(shí)限，以較小的時(shí)限斷開未裝保護(hù)側(cè)的斷路器。當(dāng)上述方式不符合靈敏度時(shí)，可在所有側(cè)裝設(shè)保護(hù)裝置。各側(cè)保護(hù)裝置應(yīng)有選擇性地裝設(shè)方向元件。

3） 供電分開運(yùn)行母線段的降壓變壓器，除在電源側(cè)裝設(shè)保護(hù)外，還應(yīng)在每個(gè)供電支路裝設(shè)保護(hù)裝置。

4） 雙繞組及三繞組變壓器的保護(hù)裝置應(yīng)接于中性點(diǎn)引出線上的電流互感器。

2.1.3 其他原則 對(duì)于變壓器高壓側(cè)未裝設(shè)斷路器的線路變壓器組，為使瓦斯或差動(dòng)保護(hù)能切除變壓器內(nèi)部故障，可采用下列措施：在變壓器高壓側(cè)不裝設(shè)帶副管及操動(dòng)機(jī)構(gòu)的高壓熔斷器；利用遠(yuǎn)方跳閘裝置斷開線路對(duì)側(cè)斷路器，或采用包括整個(gè)線路變壓器的共用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)；在變壓器高壓側(cè)裝設(shè)接地開關(guān)或短路開關(guān)，即中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)可裝設(shè)單相接地開關(guān)，中性點(diǎn)非直接接地電力網(wǎng)可裝設(shè)兩相短路開關(guān)。

2.2 線路保護(hù)原則

220 kV線路保護(hù)應(yīng)按加強(qiáng)主保護(hù)、簡(jiǎn)化后備保護(hù)的基本原則配置和整定。加強(qiáng)主保護(hù)是指全線速動(dòng)保護(hù)雙重化配置，要求每套全線速動(dòng)保護(hù)功能完整，且能快速切除線路內(nèi)發(fā)生的各種故障。對(duì)于要求實(shí)現(xiàn)單相重合閘的線路，每套全線速動(dòng)保護(hù)應(yīng)具有選相功能。

2.3 母線保護(hù)原則

變電站母線連接變壓器等重要電氣設(shè)備，因此影響全系統(tǒng)的供電質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定。母線保護(hù)要求如下：動(dòng)作迅速，靈敏度高；性能良好，無(wú)死區(qū)；有防止誤動(dòng)作的可靠措施；運(yùn)行方式靈活，雙母線上的各元件能任意切換。

2.4 斷路器失靈保護(hù)要求

為提高動(dòng)作可靠性，斷路器失靈保護(hù)應(yīng)同時(shí)滿足下列條件：1） 故障線路或設(shè)備的保護(hù)裝置出口繼電器動(dòng)作后不返回；2） 被保護(hù)范圍內(nèi)仍存在故障（當(dāng)母線連接的回路較多時(shí)，一般采用檢查母線故障電壓的方式）。

斷路器失靈保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)大于故障線路（或設(shè)備）的斷路器時(shí)間及保護(hù)裝置返回時(shí)間之和。斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作后，僅斷開與拒動(dòng)斷路器（或故障點(diǎn)）相鄰的對(duì)側(cè)有電源斷路器。

3 變電所保護(hù)方案設(shè)計(jì)

3.1 變電所基本情況endprint

本次繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的對(duì)象為220 kV變電所，電壓等級(jí)220 kV，安裝90 MVA變壓器2臺(tái)。220 kV側(cè)的主接線形式為雙母線接線，60 kV側(cè)的主接線形式為雙母線接線，并通過(guò)2條平行雙回線路與地方電廠連接。60 kV側(cè)由一條平行雙回線向負(fù)荷供電。變電所的主接線如圖2所示。

3.2 變電所電氣運(yùn)行方式分析

電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化直接影響保護(hù)性能。在設(shè)計(jì)之初，應(yīng)先分析變電站的運(yùn)行方式，為后續(xù)計(jì)算和整定工作奠定基礎(chǔ)。也可以有針對(duì)性地設(shè)立短路點(diǎn)，簡(jiǎn)化計(jì)算工作，提高設(shè)計(jì)效率。

保護(hù)運(yùn)行方式是通過(guò)保護(hù)裝置的短路電流大小來(lái)區(qū)分的，有最大運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式2種情況。最大運(yùn)行方式是在被保護(hù)線路末端發(fā)生短路時(shí)系統(tǒng)等值阻抗最小，而通過(guò)保護(hù)裝置的短路電流最大。最小運(yùn)行方式是在同樣短路條件下，系統(tǒng)等值阻抗最大而通過(guò)保護(hù)裝置的短路電流最小。系統(tǒng)等值阻抗的大小與投入運(yùn)行的電氣設(shè)備及線路多少有關(guān)。

3.3 變電所保護(hù)方案

根據(jù)保護(hù)原則和繼電保護(hù)規(guī)程要求，擬配置于220 kV變電所的繼電保護(hù)方案見表1。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)220 kV變電所實(shí)際情況，設(shè)計(jì)繼電保護(hù)方案及相關(guān)配置，主要包括變壓器保護(hù)和輸電線路保護(hù)。利用繼電保護(hù)知識(shí)分析變電所運(yùn)行方式，根據(jù)保護(hù)配置要求提出變壓器、輸電線路、母線保護(hù)的配置原則，制定變電所保護(hù)配置方案，并對(duì)各個(gè)保護(hù)方案的原理、接線、保護(hù)動(dòng)作進(jìn)行詳細(xì)論述，進(jìn)而確定合理的電網(wǎng)繼電保護(hù)整定值，為供電質(zhì)量及用電設(shè)備提供安全保障。

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Abstract： Taken a 220 kV substation as the example， this paper put forward the configuration principle of substation， electric transmission line and bus protection according to the demand of protection configuration， analyzed operation mode of substation， discussed the priciple， wiring and protection action of every protection scheme， put forward the protection configuration scheme of substation， and determined reasonable setting value of power relaying， in order to provide reference for giving full play to the effect of relay protection device.

Key words： relaying； setting value； transformer； configuration principleendprint