基于距離保護的電力系統復雜網絡分析

李佳俊

摘 要：采用距離保護的方法，可以在高壓電網的復雜網絡中，實現有選擇性、快速地切除故障元件。首先判斷故障方向，然后測量保護元件到故障的距離，再判斷出故障是否位于保護范圍內，最后繼電保護決定是否跳閘。本文設計了一個110kV的輸電線路，針對本文中電力系統的距離保護元件1，對其各段距離保護整定值和靈敏度進行了計算。

關鍵詞：復雜網絡;距離保護;繼電保護

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.137

0 引言

近世紀以來，隨著電力系統的蓬勃發展，國家的科技水平和社會經濟得到了快速的發展[1]。作為電力系統中的一個重要的保護屏障——繼電保護，隨著電力系統的逐漸復雜和完善化，繼電保護同樣也得到了很快的發展[2]。本文設計了一個110kV的輸電線路，對保護元件1三段式距離保護動作整定值和靈敏度進行了分析和計算，最后得出結合：此電力系統網絡中，保護元件1能夠實現對AB、BC線段的繼電保護，靈敏度能夠達到保護的要求。

1 設計內容

1.1 系統基礎數據

已知電力系統各參數在如圖1所示的網絡接線圖中，其中正常時母線最低工作電壓UL.min取等于0.9UN（UN=110kV），功率因素角=18.19°（即cosφ=0.95），各級線路都在母線處安裝有距離保護的繼電保護元件。

2 保護1的整定計算

2.1 線路和變壓器阻抗參數的計算

線路L1-2、LC-D的正序阻抗為：18Ω。

線路L3-4、L5-6的正序阻抗為：27Ω。

變壓器的等效有名值阻抗為：44.1Ω。

2.2 距離保護Ⅰ段整定計算

（1）整定阻抗：。

（2）動作時限：=0s。

（3）靈敏度：=0.85。

2.3 II段整定計算

（1）整定阻抗：

1）和相鄰的下級線路I段配合[3]：

式中，可取=0.85，=0.8。

通過計算可得：

保護元件3的I段整定阻抗=22.95Ω;

最小分支系數=1.564;

整定阻抗=43.115Ω。

2）按躲開相鄰變壓器低壓側出口短路整定[3]：

經計算可得最小分支系數=2.72。

代入計算式，此處取=0.7，于是可得整定阻抗=54.58Ω。

取以上兩個計算值中較小者為II段整定值，即：=43.115Ω。

（2）保護II段的動作時限為：0.5s。

（3）靈敏度：

滿足要求。

2.4 III段整定計算

（1）整定阻抗：

1）與相鄰線距離保護Ⅱ段配合[3]：

其中，和取0.8;取1。

由距離保護II段計算同理，得出=25.2Ω。

代入計算得出，=45.93Ω。

2）按躲開最小負荷阻抗整定[3]：

其中，=190.53Ω，又因為繼電器取為相間接線方式的方向阻抗繼電器，所以計算為：

其中取0.85，取1.15，取1.5，取70°，為18.19°。于是=151.85Ω。

（3）靈敏度：

1）本線路末端短路時的靈敏度系數為：

滿足要求。

2）相鄰元件末端短路時的靈敏度系數為：

取和，相鄰平行線取單回線運行，經計算，=3.4。

于是=1.38>1.2，滿足要求。

相鄰變壓器低壓側出口處短路時的靈敏系數為=1.76>1.2，滿足要求。

同理可得：=45.93Ω時，靈敏度不滿足要求。所以最后考慮取151.85Ω為整定值，這時的靈敏度都滿足要求。

（4）保護III段的動作時限為：

3 總結

本文中，元件1的距離保護計算整定值為I段15.3Ω、II段43.115Ω和II151.85Ω，其靈敏度均大于系統要求的最低靈敏度要求。當然，這篇文章只是對于一個簡單的電力系統進行了距離保護的整定，實際中的電力系統往往要比該系統復雜得多，所以在實際應用中的時候，應該對電力系統中的每一個保護元件都進行動作值的整定和靈敏度的判斷，否則一個故障點所產生的影響可能導致整個電網崩潰。但是，應用時依然可以參照該文章的解決思路，在計算的時候應該考慮多個限制條件，在不讓保護元件失去選擇性的情況下求出最適合的整定值，并且靈敏度滿足要求，從而讓電力系統能夠穩定且可靠的運行。而且保護的方式有多種，還有過電流保護和線路的縱聯保護，對于電力系統這一個復雜的網絡，我們應該將多種保護方式都考慮進去，從中選擇最適合該元件或者該線路的保護方式進行裝置。

參考文獻：

[1]張宏磊，徐濤.電力供配電系統自動化控制的發展趨勢[J].通信電源技術，2019，36（03）：266-267+270.

[2]王增平，姜憲國，張執超，張晉芳，劉國平.智能電網環境下的繼電保護[J].電力系統保護與控制，2013，41（02）：13-18.

[3]張保會，尹項根.電力系統繼電保護[M].中國電力.