曹 媛

（天津大學(xué)）

0 引言

現(xiàn)行配電網(wǎng)線路過(guò)電流保護(hù)的整定計(jì)算原則按選擇性優(yōu)先的原則逐級(jí)配合進(jìn)行，造成變電站側(cè)保護(hù)動(dòng)作時(shí)限過(guò)長(zhǎng)，嚴(yán)重威脅主設(shè)備安全。需要對(duì)10kV／35kV系統(tǒng)多級(jí)串供線路的繼電保護(hù)整定原則進(jìn)行優(yōu)化，適當(dāng)減少配合級(jí)數(shù)，兼顧故障選擇性和主設(shè)備耐受能力。

1 整定規(guī)程的有關(guān)規(guī)定解析

10kV／35kV系統(tǒng)故障不涉及到系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題，按照供電可靠性和主設(shè)備安全的原則，優(yōu)先考慮選擇性，兼顧速動(dòng)性。

10kV系統(tǒng)通常配備三段式過(guò)流保護(hù)，即電流速斷保護(hù)、延時(shí)電流速斷保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)。DL／T584—2007《3kV～110kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》有如下規(guī)定。

1.1 電流速斷保護(hù)

電流速斷保護(hù)應(yīng)按躲過(guò)本線路末端最大三相短路電流整定，校核被保護(hù)線路出口短路的靈敏系數(shù)，時(shí)間定值整定為0s。

按躲線末最大三相短路電流整定：

1.2 電流速斷保護(hù)

延時(shí)電流速斷保護(hù)的電流定值應(yīng)對(duì)本線路末端故障有規(guī)定的靈敏系數(shù)，還應(yīng)與相鄰線路保護(hù)的測(cè)量元件定值配合，時(shí)間定值按配合關(guān)系整定，級(jí)差取△t＝0.3～0.5s。則：

式中，I′DZ為下一級(jí)速斷保護(hù)定值。

按保本線路末端故障時(shí)有規(guī)定的靈敏度整定：

式中，Imin為本線路末端故障時(shí)最小故障電流；KLM為靈敏度，KLM≥1.3。

1.3 過(guò)電流保護(hù)

過(guò)電流保護(hù)定值應(yīng)與相鄰線路的延時(shí)段保護(hù)或過(guò)電流保護(hù)配合整定，同時(shí)，電流定值還應(yīng)躲過(guò)最大負(fù)荷電流。

躲過(guò)最大負(fù)荷電流為：

式中，KF為返回系數(shù)，取0.85～0.95；Kzqd為電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)系數(shù)，取1.5～2.5；IFH.max為本線路的最大負(fù)荷電流。

1.4 重合閘

整定規(guī)程關(guān)于重合閘的使用原則：全線敷設(shè)電纜的線路，由于電纜故障多為永久性故障，不宜采用重合閘。含有少部分電纜、以架空線路為主的聯(lián)絡(luò)線路，當(dāng)供電可靠性需要時(shí)，可以采用重合閘。

2 典型電網(wǎng)的兩段整定原則的主要問(wèn)題

大部分電網(wǎng)在220kV變電站10kV／35kV出線串供開(kāi)閉所形成的保護(hù)定值整定中，依據(jù)整定規(guī)程的選擇性原則，優(yōu)先考慮供電可靠性，盡量減少故障停電范圍。一般都要考慮與下級(jí)出線配合，不要求變電站出線全線0s速動(dòng)。

普遍采用了簡(jiǎn)化的兩段式整定原則，其中部分電網(wǎng)放棄了保出口故障的0s電流速斷段保護(hù)，原因是躲下一級(jí)線路出口故障對(duì)本線出口沒(méi)有靈敏度，有的出于簡(jiǎn)化配合的考慮，放棄了延時(shí)速斷段保護(hù)。

對(duì)于串供開(kāi)閉所的變電站出線開(kāi)關(guān)，保全線故障有靈敏度的保護(hù)動(dòng)作時(shí)限典型值：0.5～0.8s，0.3～0.8s，0.3～0.6s，0.3s。

如存在個(gè)別一次主設(shè)備抗短路能力不足的問(wèn)題，由主設(shè)備管理部門依據(jù)設(shè)備狀況提出保主設(shè)備的特殊要求，與調(diào)度部門共同協(xié)商保護(hù)的整定原則，但這種情況實(shí)際運(yùn)行中鮮有發(fā)生。有的電網(wǎng)基于220kV主變?cè)O(shè)備安全的考慮，在220kV主變的10kV／35kV出線保護(hù)整定中統(tǒng)一設(shè)置了對(duì)線路出口故障有靈敏度的0s速斷保護(hù)，在短線路情況下會(huì)失去保護(hù)定值的選擇性。

一般電網(wǎng)10kV出線重合閘的使用原則優(yōu)先考慮保供電可靠性，除了全電纜線路停用重合閘外，架空、架空／電纜混合線路均投入重合閘；有的電網(wǎng)架空線路重合閘投入，全電纜線路或架空／電纜混合線路重合閘不投。有的電網(wǎng)10kV／35kV出線電纜占比超過(guò)20%即停用重合閘，220kV變電站的10kV／35kV出線斷路器重合閘退出，防止永久性故障再次對(duì)主變?cè)斐蓻_擊。

綜合所述，典型電網(wǎng)遵循了整定規(guī)程的選擇性要求，部分電網(wǎng)變電站出線因靈敏度難以保證而放棄了0s速斷段保護(hù)，對(duì)本線路末端故障有靈敏度的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間在0.3～0.8s之間不等。個(gè)別電網(wǎng)“出口故障有靈敏度的0s速斷保護(hù)”突破了整定規(guī)程規(guī)定的選擇性要求，也未采用重合閘進(jìn)行補(bǔ)救的措施。

3 部分電網(wǎng)三段式整定原則的局限性

部分電網(wǎng)對(duì)串供開(kāi)閉所的220kV變電站10kV出線的整定原則如下。

方案1：設(shè)三段過(guò)流保護(hù)。電流速斷保護(hù)定值整定為主變低壓側(cè)額定電流的4.5～5倍（設(shè)備管理部門要求），時(shí)間0s，不考慮與開(kāi)閉所出線配合；限時(shí)速斷保護(hù)保全線靈敏度，時(shí)間0.3～0.5s；過(guò)流保護(hù)按躲負(fù)荷電流考慮，時(shí)間1.0s。

方案2：設(shè)三段過(guò)流保護(hù)。電流速斷保護(hù)躲本線路末端故障，時(shí)間0s（如該定值對(duì)線路出口沒(méi)有靈敏度，則與開(kāi)閉所線路速斷保護(hù)配合，時(shí)間0.3～0.5s）；限時(shí)速斷保護(hù)保全線靈敏度，時(shí)間與開(kāi)閉所線路保護(hù)配合；過(guò)流保護(hù)對(duì)開(kāi)閉所線路保遠(yuǎn)后備靈敏度，時(shí)間與開(kāi)閉所線路三段配合。

方案3：設(shè)三段過(guò)流保護(hù)。電流速斷保護(hù)躲線路末端故障，同時(shí)校驗(yàn)線路出口有靈敏度，時(shí)間0s（如取值太大不能保證出口靈敏度，按保出口靈敏度整定，定值伸入下一級(jí)線路）；限時(shí)速斷保護(hù)保全線靈敏度，時(shí)間0.3～0.5s；過(guò)流保護(hù)按躲負(fù)荷電流考慮，時(shí)間與下級(jí)保護(hù)配合。

方案4與方案3類似，原來(lái)電流速斷保護(hù)伸入開(kāi)閉所線路，速斷保護(hù)短延時(shí)0.1s的定值。

方案2整定原則按照整定規(guī)程的選擇性要求執(zhí)行，其他方案部分10kV短線路速斷保護(hù)伸入開(kāi)閉所、跳閘時(shí)間與開(kāi)閉所保護(hù)失配的問(wèn)題，帶來(lái)的后果是在某些方式下開(kāi)閉所出線故障，上一級(jí)線路保護(hù)越級(jí)跳閘，開(kāi)閉所母線所帶負(fù)荷全停，降低了供電可靠性。雖然采取了提前告知用戶停電風(fēng)險(xiǎn)、靠上級(jí)線路重合閘補(bǔ)救等措施，但直接影響了對(duì)用戶的優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

受電網(wǎng)部分主變抗短路能力較差的影響，部分電網(wǎng)在整定計(jì)算時(shí)過(guò)分追求快速切除主變低壓側(cè)近端故障，在某些電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式下?tīng)奚吮Ｗo(hù)的選擇性。隨著電網(wǎng)越來(lái)越堅(jiān)強(qiáng)，主變、CT、刀閘等設(shè)備熱穩(wěn)定電流均在2～4s的技術(shù)要求的落實(shí)，需要糾正部分整定原則。

方案2的整定原則符合整定規(guī)程，其他方案保變電站線路出口靈敏度的0s（0.1s）突破了整定規(guī)程的選擇性要求。

4 繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間與變壓器抗耐受短路電流的適應(yīng)性

電網(wǎng)短路故障的切除依賴?yán)^電保護(hù)，在主網(wǎng)中繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限主要是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的約束，在10kV／35kV系統(tǒng)的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)該是故障選擇性和主設(shè)備安全的約束。變壓器等主設(shè)備應(yīng)該具備基本的承受短路能力，繼電保護(hù)應(yīng)在滿足選擇性的前提下，在主設(shè)備允許的短路時(shí)間內(nèi)切除故障。

GB1094.5《電力變壓器》規(guī)定，用于計(jì)算承受短路耐熱能力的電流I的持續(xù)時(shí)間為2s。國(guó)網(wǎng)公司招標(biāo)技術(shù)規(guī)范規(guī)定CT、刀閘等設(shè)備熱穩(wěn)定電流持續(xù)時(shí)間為4s。GB／17468—2008《電力變壓器選用導(dǎo)則》規(guī)定，變壓器短路試驗(yàn)中應(yīng)進(jìn)行三次重合閘試驗(yàn)，重合閘的時(shí)間間隔為0.3s。《國(guó)家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》規(guī)定：當(dāng)短路電流大于變壓器熱穩(wěn)定電流時(shí)，變壓器保護(hù)切除故障的時(shí)間不宜大于2s。

5 優(yōu)化的三段式整定方案

對(duì)于220kV變電站10kV／35kV出線串供線路的保護(hù)定值整定，遵照現(xiàn)行整定規(guī)程的規(guī)定，按上下級(jí)配合的原則，保障供電可靠性、避免故障擴(kuò)大停電范圍。對(duì)于個(gè)別220kV變電站設(shè)備抗短路能力不足的情況，繼電保護(hù)采取臨時(shí)措施作為彌補(bǔ)。優(yōu)化方案如下：

1）10kV線路按三段式過(guò)流保護(hù)配置和整定：速斷段、限時(shí)速斷段、過(guò)流段。速斷段電流值躲本線路末端故障整定，正常方式下對(duì)線路出口故障靈敏度大于1.0的，應(yīng)投入。

2）按照整定規(guī)程的要求保證定值的選擇性，以保障用戶的供電可靠性。時(shí)間級(jí)差取整定規(guī)程規(guī)定級(jí)差（0.3～0.5s）的下限0.3s。多級(jí)串供情況下適當(dāng)減少配合級(jí)數(shù)，縮短變電站出線保護(hù)動(dòng)作時(shí)限。

3）220kV主變低壓后備保護(hù)跳三側(cè)延時(shí)應(yīng)不大于1.9s，確保2s內(nèi)切除主變低壓側(cè)故障。

4）為提高供電可靠性，變電站出線、開(kāi)閉所出線為全電纜線路的重合閘不投；架空線路、架空／電纜混合線路的重合閘投入。

5）對(duì)于存在抗短路能力不足的220kV主變及附屬設(shè)備，低壓出線保護(hù)按保主設(shè)備安全的要求整定。若保護(hù)定值失去選擇性，應(yīng)停用下級(jí)失配線路的重合閘，用上級(jí)線路的重合閘補(bǔ)救越級(jí)掉閘。該原則在某些情況下將擴(kuò)大故障停電范圍，重合閘補(bǔ)救成功后可恢復(fù)絕大部分負(fù)荷。

6 結(jié)束語(yǔ)

配電網(wǎng)串供線路繼電保護(hù)的整定，對(duì)于保障供電可靠性和主設(shè)備安全至關(guān)重要。應(yīng)該兼顧選擇性與速動(dòng)性，多級(jí)串供情況下適當(dāng)減少配合級(jí)數(shù)，以縮短變電站出線保護(hù)動(dòng)作時(shí)限，不得長(zhǎng)于主變?cè)O(shè)備的熱穩(wěn)定時(shí)間極限。若保護(hù)定值失去選擇性，應(yīng)停用下級(jí)失配線路的重合閘，用上級(jí)線路的重合閘補(bǔ)救越級(jí)掉閘。