基于500 k V線路繼電保護(hù)配置整定的仿真計(jì)算

唐瑞佳

（上海市電力公司市區(qū)供電公司運(yùn)維檢修部，上海 200080）

0 引言

繼電保護(hù)是電網(wǎng)安全運(yùn)行不可分割的重要部分，它的作用是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，迅速有選擇地將故障設(shè)備從電力系統(tǒng)中切除，保證系統(tǒng)的其余電氣設(shè)備快速恢復(fù)正常運(yùn)行；當(dāng)設(shè)備發(fā)生異常工作時(shí)，迅速發(fā)出報(bào)警信號(hào)，由運(yùn)行人員手工切除那些繼續(xù)運(yùn)行會(huì)引起故障的設(shè)備。因此，合理地配置繼電保護(hù)設(shè)備，提高整定和校核工作的快速性和準(zhǔn)確性，對(duì)于電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，有著十分重要的意義。

本文使用仿真軟件對(duì)超高壓輸電線路進(jìn)行短路計(jì)算，并根據(jù)電網(wǎng)配置好的各種繼電保護(hù)裝置，按電力系統(tǒng)的具體參數(shù)和運(yùn)行要求，計(jì)算和給出所需的各項(xiàng)整定值，運(yùn)用該方法來(lái)提高整定計(jì)算的準(zhǔn)確性以及減少整定時(shí)間。

1 保護(hù)理論基礎(chǔ)［1］

1.1 光纖電流縱差保護(hù)

電流縱差保護(hù)是較為理想的一種保護(hù)原理，曾被譽(yù)為有絕對(duì)選擇性的保護(hù)原理。其原理核心不是延時(shí)、方向、定值，而是基爾霍夫電流定律，即流向一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流之和等于零。它具有良好的選擇性，能靈敏、快速地切除保護(hù)區(qū)內(nèi)的故障，一般用于高電壓等級(jí)線路的主保護(hù)，由于靈敏度高等特點(diǎn)大多應(yīng)用于雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)。雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)如圖1所示［1］。

圖1 雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)

1.2 工頻變化量距離保護(hù)

比較工作電壓△U′OP電源的電動(dòng)勢(shì)幅值大小就能夠區(qū)分區(qū)內(nèi)外的故障。故障附加狀態(tài)下的電源電動(dòng)勢(shì)大小，等于故障前短路點(diǎn)電壓的大小，即比較工作電壓與非故障狀態(tài)下短路點(diǎn)電壓的大小，就能區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障。假定故障前為空載，短路點(diǎn)電壓的大小等于保護(hù)安裝處母線電壓的大小，通過(guò)記憶的方式很容易得到，工頻故障分量距離元件的動(dòng)作判據(jù)表達(dá)式［1］：

滿足該式判定為區(qū)內(nèi)故障，保護(hù)動(dòng)作；不滿足該式，判定為區(qū)外故障，保護(hù)不動(dòng)。

2 短路電流計(jì)算

電力瞬時(shí)分析軟件（ETAP PowerStation）是個(gè)單線圖設(shè)計(jì)工具，采用虛擬實(shí)境仿真，具有極高的兼容性，十分容易使用。該分析軟件主要有短路電流、負(fù)載潮流、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、瞬時(shí)穩(wěn)定分析、諧波分析、接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)、最佳化電力路徑、直流系統(tǒng)分析等功能。仿真計(jì)算的系統(tǒng)由2個(gè)容量為150 k VA的無(wú)窮大電網(wǎng)，2臺(tái)12 k W的發(fā)電機(jī)，1臺(tái)容量為30／30／30／k VA變壓器，變比為500／220／35，短路電壓百分比Vs為12.5%，若干條架空線構(gòu)成，其中51XL長(zhǎng)400 km，Z1＝Z2＝60.66Ω，Z0＝141.1Ω；52XL，53XL長(zhǎng)200 km，Z1＝Z2＝30.33Ω，Z0＝70.5Ω。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有關(guān)接線示意圖，如圖2所示。

本文仿真所整定的線路為51XL，此處以QF51的保護(hù)配置為例。500 k V側(cè)由52XL、53XL與51XL并聯(lián)構(gòu)成，220 k V側(cè)由21XL、22XL、23XL三條線路構(gòu)成環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，此處不予討論。

通過(guò)仿真得到：在01G、02G、22W全停，52XL、53XL、23XL切除時(shí)，51XL的最大負(fù)荷電流為4.8 A。用于計(jì)算分支系數(shù)的短路電流［1］：QF51處距離Ⅱ段的分支系數(shù)的短路電流為0.04 k A；QF51處的零序Ⅰ段短路電流為0.11 k A。

3 線路保護(hù)配置

3.1 線路保護(hù)

線路保護(hù)QF51、QF52采用南瑞線路保護(hù)裝置RCS-931。由文獻(xiàn)［2］得到相關(guān)配置：

1）主保護(hù)為光纖電流縱差保護(hù)、工頻變化量接地距離保護(hù)、相間距離Ⅰ段，控制字配置為“工頻變化量阻抗”、“投縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)”置“1”。

2）后備保護(hù)為三段式相間和接地距離保護(hù)、多個(gè)零序方向過(guò)流保護(hù)，控制字配置為“投Ⅰ段接地距離”、“投Ⅱ段接地距離”、“投Ⅲ段接地距離”均置“0”。“投Ⅰ段相間距離”、“投Ⅱ段相間距離”、“投Ⅲ段相間距離”置“1”。

3）自動(dòng)重合閘方式為單相重合閘，控制字配置為“投重合閘”置“1”。“投多相故障閉重”、“投三相故障閉重”，采用多相故障閉鎖重合閘投入控制字“1”。

3.2 線路保護(hù)整定計(jì)算［3－5］

根據(jù)上述繼電保護(hù)配置及短路電流計(jì)算，進(jìn)行相應(yīng)的整定配置。

1）工頻變化量阻抗 全線路阻抗Z51XL為60.66Ω，整定系數(shù)選0.85，工頻變化量阻抗Zset51為51.561Ω。

2）差動(dòng)電流高定值 51XL線路的兩組對(duì)地電容：C1為3.75μF，C2為7.5μF；線路正序容抗整定值｜Xc｜為2.97 kΩ；差動(dòng)電流高定值IH為1.35 A。

3）差動(dòng)電流低定值 差動(dòng)電流低定值IM為0.5 A。

4）距離Ⅰ段定值 躲過(guò)本線路末端短路的測(cè)量阻抗Zset51為51.561Ω，靈敏度Ksen為85%；保護(hù)時(shí)限為0 s。

5）距離Ⅱ段定值 與下級(jí)線路53XL（QF42I段）配合。分支系數(shù)Kb為9時(shí)，仿真結(jié)果：距離Ⅰ段定值為25.78Ω；距離Ⅱ段定值為234.14Ω。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有關(guān)接線圖

與相鄰變壓器（06T）快速保護(hù)配合。當(dāng)分支系數(shù)Kb為8.5時(shí)，通過(guò)仿真計(jì)算，得到結(jié)果：變壓器阻抗Zt為15Ω。兩者取小，距離Ⅱ段定值為131.712Ω。靈敏度Ksen為2.17，大于1.25；保護(hù)時(shí)限為0.5 s。

近后備：靈敏度Ksen為1.58，大于1.5，滿足靈敏度校驗(yàn)。

遠(yuǎn)后備：當(dāng)相鄰線路53XL末端短路、分支系數(shù)Kb為8時(shí)，靈敏度Ksen為0.32，小于1，不滿足，53XL應(yīng)添加其他后備保護(hù)。當(dāng)相鄰變壓器06T末端短路、分支系數(shù)Kb為8.5時(shí)，靈敏度Ksen為0.5，小于1，不滿足，變壓器應(yīng)添加其他后備保護(hù)。保護(hù)時(shí)限為1 s。

8）零序過(guò)流Ⅱ段定值、時(shí)間與變壓器配合靈敏度校驗(yàn)：分支系數(shù)Kb為8時(shí)，靈敏度Ksen為3.26，大于1.25，滿足靈敏度校驗(yàn)。保護(hù)時(shí)限為0.5 s。

9）零序過(guò)流Ⅲ段定值和時(shí)間 躲過(guò)下級(jí)線路出口處出現(xiàn)的最大不平衡電流。當(dāng)＝9.375 A，分支系數(shù)Kb為8時(shí)，靈敏度Ksen為11.37，大于1.25，滿足靈敏度校驗(yàn)。保護(hù)時(shí)限為0.5 s。

10）單相重合閘時(shí)間 單相重合閘時(shí)間為0.8 s。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)動(dòng)模實(shí)驗(yàn)500 k V線路進(jìn)行保護(hù)配置與整定，模擬了基于南瑞RCS-931的系列超高壓線路成套保護(hù)裝置。

通過(guò)使用ETAP Powerst-ation仿真軟件，采用動(dòng)模試驗(yàn)對(duì)真實(shí)系統(tǒng)做了系統(tǒng)仿真，完成了相應(yīng)的短路計(jì)算，并進(jìn)行了整定的配置，通過(guò)該方法能夠較好地代替?zhèn)鹘y(tǒng)繁瑣的手算，從而提高了工作效率和可靠性。

［1］ Stephen，Philip，Tubbs.Skm，Etap，＆Edsa Power System Analysis Tutorials［M］.USA，2009.

［2］ 南瑞繼保電氣有限公司.RCS-931超高壓線路成套保護(hù)裝置［M］.南京.南京南瑞繼保電氣公司版權(quán)，2004.

［3］ 李瑞生.光纖電流差動(dòng)保護(hù)與通道試驗(yàn)技術(shù)［M］.北京.中國(guó)電力出版社，2006.

［4］ 張保會(huì)，尹項(xiàng)根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)［M］.北京.中國(guó)電力出版社，2005.

［5］ 高亮.電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)［M］.北京.中國(guó)電力出版社，2007.