制造企業110kV變電站繼電保護設計

高月珍　戰金玉　張廣波

摘 要：繼電保護系統在變電站安全穩定運行方面起到關鍵性作用。針對某制造企業110kV變電站工程，對其繼電保護系統和安全進行研究、設計與實施。根據繼電保護的設計要求計算保護定值，確定變電站繼電保護的設計方案；根據短路電流的計算結果，進行變壓器和饋出線繼電保護設計。變電站投入運行后，繼電保護系統響應時間快，保護動作準確，達到預期設計效果，具有較高的安全性和可行性。

關鍵詞：繼電保護；系統設計；定值設定

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.162

0 引言

電力系統的快速發展相應帶動了繼電保護的快速發展。繼電保護是變電站保證供電設備正常運行的重要措施。雖然現在我國繼電保護的體系已經基本形成，但是隨著供用電安全系數的提高，行業內對繼電保護技術和設計水準提出更高要求[1]。某制造企業110kV變電站110kV的4母線接有1#主變高壓側、鍛造Ⅰ線；5母線接有2#主變高壓側、鍛造Ⅱ線，110kV母聯1145斷路器運行；10kV的4段母線接有1#主變低壓側、1#接地變、1#無功定補、1#無功動補及所屬線路，5A段母線接有2#主變低壓側、2#接地變、2#無功動補及所屬線路，5B段母線接有2#無功靜補及所屬線路；10kV的1#分段245斷路器自投熱備用，2#分段255斷路器運行。為保證變電站設備正常運行，需要對其安裝繼電保護裝置，需要對變電站電力系統繼電保護設計，根據實際運行負荷進行保護定值計算，對實際情況設定不同的保護，實現對電力系統電源回路和電力設備安全穩定運行。

1 繼電保護的要求

繼電保護有四個基本要求：可靠性、速動性、選擇性、靈敏性。只有在滿足四個性質的基礎上進行設計，才能保證繼電保護的真正價值[2]。

（1）可靠性是其中一個重要條件之一，當出現故障狀態時能夠及時發現問題并能動作于斷路器。

（2）選擇性是線路出線故障時，以最小區間內將故障解除，且保證非故障設備能夠繼續正常運行。

（3）速動性是動作于跳閘的快慢程度，這是保證設備安全穩定的重要條件。

（4）敏性突出的就是在線路出現故障情況下能不能及時反應出問題，當線路出現短路故障時能及時反應，體現靈敏性的重要依據就是用靈敏系數來衡量，增大靈敏系數可以保證動作的及時性，一般的靈敏系數為1.0～1.2之間。

所述的四個性質，既要相互配合，也有產生沖突，這就要視具體情況來確定四個基本要求的具體應用，只有找到合適的切入點才可以保證線路和設備的正常運行。

2 變電站設計主保護

110kV變電站主要涉及到五段復合電壓閉鎖過流保護，一二三段過流保護，接地零序保護三段過流保護，在正常運行狀態下由于采用不接地保護，零序電流保護不投入。PT斷線監測投入、過流加速保護、過負荷保護，同時設定相應的保護時間。保護裝置主要是采用由南瑞繼保公司生產設計的保護裝置，其中涵蓋了控制字、硬壓板投入、保護定值計算。

110kV變電站1#、2#主變均設有PRCK96-724兩卷變壓器保護測控柜，裝有RCS-9671C變壓器差動保護裝置，RCS-9681C后備保護及測控裝置，RCS9661C非電量保護裝置。本保護裝置作為主變的差動主保護，包括差動速斷保護、比率差動保護、中、低側過流保護、CT斷線判別[3]。

2.1 繼電保護設計條件說明

（1）電壓一次額定值和電流一次額定值都是指的線路中的線電壓。

（2）電流二次額定值都是按照標準。

（3）線路總長度采用千米計算方式。

（4）線路正序阻抗角指的是線路正序阻抗值。

（5）線路正序電阻、線路正序電抗用的是線路的二次值。

（6）零序啟動電流定值必須采取按躲過最大零序不平衡電流整定。

2.2 繼電保護裝置設計及說明

對于10kV一次系統圖中必須包括母線、斷路器、避雷器、隔離開關、電壓互感器、電流互感器等元器件組成[4]。而本設計主要是對于二次進行設計能完成有效的電路保護，采用三相四線制接線方式，其中2、5、8三個接線端子連接電壓互感器的二次側用于測量電壓，要注意的就是電流互感器的二次側接地。這是為了防止電流互感器二次側開路造成大的電壓，影響設備及人身安全。如圖1所示，電能表主要是用于電壓、電流、功率等因數的記錄，通過抄電能表的參數可以觀察設備是不是能夠正常運行的一種方式。

變電站高壓開關柜壓板投送電前必須保證壓板投送正確無誤，包括裝置檢修在分位、遙控跳閘和遙控合閘、閉鎖重合閘、五防鎖，這些壓板投送的選擇是保證設備正常運行的前提。因此在送電以后必須保證這些裝置能夠正常工作，一旦出現故障，利用保護裝置方面參數計算和整定，能夠有效動作，使故障點斷電。其中包括繼保裝置和顯示裝置在內共同組成繼電保護的基本結構，任何一個模塊出現問題都有可能影響繼電保護的可靠性。

變電站控制斷路器跳合閘時，通過小母線接入控母合閘電源正負極，手動或者遙控切換回路、控制壓板。繼電保護跳閘靈敏程度直接影響設備安全。軟硬壓板的投送也是保證安全運行的一個重要條件，在送電之前必須保證壓板投送正確[5]。

3 整定說明

3.1 計算說明

主要根據110kV變電站內部兩臺容量為63000kVA的雙繞組降壓變壓器以及47條10kV出線柜，包括相間短路電流計算，阻抗參數計算。

（1）110kV系統參數采用中調提供的系統阻抗。

（2）1#、2#主變參數，采用設備銘牌參數。

（3）短路電流計算標么值的基準容量Sj=100MVA，等效電動勢的標么值為1.0。

3.2 計算中所需要的參數

根據變電站內部實際情況和所帶負荷情況，首先要了解相關參數說明，根據參數的大小來進行整定計算，以下為計算所需要的參數。

根據現場布置可以知道高壓電纜： YJV -8.7/10kV；三相3（1X300）；距離為2km（ 估算值）；單位長度電阻值0.0986Ω/km。主變阻抗參數為0.2241，電纜阻抗參數為0.1789。

4 繼電保護主要參數整定測試

設計完成后，對繼電保護的整定電流和整定時間進行部分測試，測試結果如表1所示。

5 結語

通過對某制造企業110kV變電站的實際接線計算，設計變電站的繼電保護及安全運行系統。通過驗證理論基礎和相關設計說明，進行定值計算，同時設計出線路圖。通過線路保護內容、變壓器保護、以及硬件設施布置等，從滿足變電站安全的角度分析輸電線路的保護類型，最終通過計算，利用繼電保護裝置來達到變電站安全運行目的。

所設計的110kV變電站繼電保護系統經過調試并投入運行后，計算定值所保護對象得到良好的保護效果，能及時動作于故障，滿足快速性、靈敏性、可靠性、選擇性要求。運行結果表明所設計變電站的繼電保護系統可靠性和變電站綜合自動化技術水平得到提高，達到了最終設計目的。

參考文獻：

[1]孔海波.我國電力系統繼電保護現狀及發展趨勢探討[J].山東工業技術，2016（24）：215+211.

[2]喬金增.淺談煤礦供電系統繼保裝置的優化改進[J].電子世界，2014（18）：90.

[3]邱愛兵.35kV變電站綜合自動化系統的設計與實踐[J].電氣時代，2012（06）：78-80.

[4]李宗.220kV變電站綜合自動化系統改造工程[D].合肥：合肥工業大學，2008.

[5]吳琴，洪浪.變電站二次繼電保護設計方法及問題研究[J].中小企業管理與科技，2018（04）：169-170.

基金項目：山東省高等學校科技計劃項目資助（J16LN88）；山東省本科高校教學改革研究項目資助（2016）

作者簡介：高月珍（1971-），女，助理工程師，研究方向：檢測技術與自動化裝置。