基于35kV繼電保護的配置及整定計算分析

孫付 國網馬爾康市供電公司

電力系統運行期間，很容易產生故障現象，繼電保護裝置能夠及時地切除故障，所以要落實好繼電保護工作，運用最佳的繼電保護整定計算舉措，最大限度減少電力系統故障，維護電力事業穩定向前發展。其中，35kV變電站的繼電保護系統中需配置多種設備，且各類設備的保護對象也存在差別。基于此，本文首先介紹了繼電保護及整定計算概況，繼而分析繼電保護整定計算方法中存在的問題，并提出了改善措施。

一、繼電保護原理概述

電力系統中繼電保護的作用性不言而喻，主要是監測系統是否存在故障或異常情況并向管理人員自動發送報警信號，以便能夠及時消除故障。同時也可自動對一些故障點進行隔離，以避免其他設備受損，確保區域供電的穩定性。電流、電壓、測量阻抗等值在系統發生故障時會出現明顯變化，甚至系統出現不對稱故障時，可根據功率方向、相序分量等變化情況判定被保護原件的狀態。繼電保護裝置除反映出電氣量的保護情況外，還可反映出非電量的保護[1]。如當出現鐵芯故障、油面下降、繞組多相短路、開關接觸不良等情況時，電力線路中的瓦斯保護裝置、過熱保護裝置將發揮作用，確保整個電力線路的穩定運行。繼電保護裝置一般是由測量單元、邏輯單元和執行單元三部分組成，確定保護范圍后就需進行設置，比如根據所發生故障的強度設定對應的保護反應。而在執行單元中，主要是根據事先設定的邏輯執行指令確保裝置正常運行。

二、繼電保護整定計算概述

為了維護繼電保護裝置穩定運行，設計人員需要綜合多方面內容（繼電保護裝置的制造程序、機件設計、整定計算及運行安全等）考慮，做到科學設計，而且最為關鍵的是繼電保護整定計算的作用。隨著電網規模相繼壯大，保護定值的計算方法也在相繼的變革，運用先進的計算機提升了工作的效率，確保了整定計算工作的準確度。繼電保護的整定計算，需要相關計算人員深入掌握基本原理，分析電力系統的運行結構及相關的要求標準等，提出科學的計算策略。通常在電力系統中應用較多的整定計算方法包括序分量法、相分量法。另外，計算工作人員要嚴格按照整定計算的原則，提出具備合理性及實操性的計算舉措[2]。

隨著時代發展整定計算也隨之發生改變，逐漸從以往的人工計算向自動化計算方式轉變。這種改變在很大程度上推動了行業與時代接軌，拉近了與大數據時代發展的距離，有效解決了計算精準度不高、耗時長、工作量大等問題。總之，整定計算工程浩大、牽涉多項工作，需相關人員了解其基本原理，熟悉電力系統運作，掌握電網運行流程。而在實際整定計算過程中，首先要充分了解電力系統運行條件及要求；其次結合電力系統具體情況，制定科學、合理的計算方案。通常整定計算主要采取的是有序分量法和相分量法兩種。基于上述原則可找出最優計算方法。譬如以有序分量法和相分量法為依據得出電氣量，而后確定好設定值。

三、35kV變電站繼電保護系統的配置

（一）線路保護系統

在當前的線路保護系統運行過程中，一方面線路保護裝置可根據該系統的本身運行狀態對實時的工作參數和設定的參數做出比較，當發現某項參數超出了其設定值時線路保護裝置作出響應，從而在一定范圍內切斷被控制的線路，同時其他的線路投入運行。這樣既防止線路運行中出現了超出運行允許值時對各類線路造成的沖擊，同時也可提高下游供配電系統的運行穩定性；另一方面，對于線路的保護中，在供配電系統中配置了相應的測量計量電氣元件，這樣既可把所有的電氣數據傳輸給電氣SCADA系統或上級變電站，以便適時發出控制指令，從而使繼電保護系統可以做出響應，從而保護各類設備，確保該系統可以維持高效安全平穩運行。

（二）變壓器保護系統

35kV變電站中的核心設備是變壓器，變壓器必須要能處于持續性的可控狀態，才可以盡可能防止其連續運行過程中出現故障。關于對變壓器的保護配置，一方面要能實現對運行參數的實時監控，另一方面要借助通信裝置把所有獲得的信息傳遞給電氣SCADA系統，而電氣SCADA系統發出的控制指令可發送給其它相關多種電氣設備，從而使整個供配電系統做出正確的響應。在變壓器的保護裝置配置中，一方面會正確安全地配置各類傳感器或變送器，該傳感器的作用是把所有電氣參數以電平信號或電磁信號模式發送，由系統中的通信裝置將所有信號都傳遞到控制中心—電氣SCADA系統，而在各種保護控制裝置中，要根據已設定的運行程序和保護程序及保護定值分析所有信號的當前作用范圍，當發現某信號已超出允許運行上限時，則要分析該系統的具體運行過程，系統中本身是否存在的運行故障，還要根據各類控制信息對可能存在的運行故障做出預測，之后把這類信號以聲光報警或動作跳閘的形式傳遞給電力調度或運行值班人員，從而實現并加強了對運行變壓器的日常運行維護監管力度[3]。

（三）母線保護系統

35kV變電站的母線保護工作，能夠從根本上決定該變電站能否處于正常運行狀態，在系統的保護配置工作中，一方面要通過繼電保護裝置的配置，分析當前母線系統中，是否會在出現了干擾的電子感應信號時，該系統中已經配置的各類設施，能夠將這類干擾消除，以免造成誤動。另一方面，在當運行的母線出現預警或跳閘信號時，母線實際已經完全出現或者部分出現故障，傳感器要能夠迅速將這類信息傳遞給控制中樞，當發現這類信息存在或出現嚴重風險或故障時，該報警信息應能夠立即被電力調度或運行值班的相關人員所識別，之后立即投入相應的報警復位或故障排除工作，以避免電氣系統異常運行或導致電氣故障擴大。

四、35kV變電站繼電保護系統的整定計算

（一）主變壓器的整定計算

35kV變電站的主接線通常為單母線分段方式，且會把電源的進線配置成A線和B線，與其相對應的母線分別稱為A段母線和B段母線，分別由兩段母線上的兩臺變壓器帶所有負荷，因此在變壓器的整定計算時要綜合考慮所有負荷線路的電氣參數，一方面要分析電路的速斷保護能力，在該過程中需要使用差動速斷電流、故障電流進行計算，當發現主變壓器可以規避外部線路出現故障時，以及變壓器由于本身故障產生的涌流時，則會在變壓器中生成不平衡電流，所以整定計算過程可按照最大的不平衡電流值對整定值進行核算。

該過程中必須要能夠科學估算最大電流值，而依據是在變壓器中電壓恢復瞬間產生的勵磁電流，通常該最大電流值為正常參數的3至5倍，其中小容量的變壓器取值5倍，大容量的變壓器需要取值3倍。之后根據核算過程的計算公式對于各類參數做出計算，而在短路故障發生之時可能會在整個變壓器內部產生最大電流參數，之后在整定計算過程也要考慮該設備的運行靈敏度，通過對該參數的測試可找到兩個參數間的配合關系，最終求取電流速斷的響應參數延遲時間。另一方面是分析該系統對于電能的保護能力，該過程中需根據變壓器的額定電流參數獲得具體的保護參數，通過對相關公式的使用，再加上一些經驗值，就可實現對于各類參數間的有序配合。

（二）斷路器的整定計算

在復雜的電氣系統保護工作中要根據三個因素進行分析，首先是瞬時電流的保護工作，要根據該系統運行過程各類故障產生的瞬時電流，分析各個電流方向上的最大電流值，在具體處理過程中還需考慮上級的保護設定參數，通常要求該電流數值不得低于700A且要分析靈敏度；其次是對于方向限制的電流保護性能，該過程要能規避各類線路末端故障對靈敏度的影響；最后是對于不同電能方向的過電流保護工作，要根據系統的最大電負荷值對繼電保護工作進行整定核算，通過具體的分析工作給出相應的定值參數，并確定各類故障的靈敏度參數。

（三）分支系數整定計算

繼電保護的整定計算，需要對分布式電源變化對分支系數所造成的影響進行全面分析，如果分支系數選擇不合理，會導致整定計算的結果出現較大誤差。為進一步提高分支系數選擇的合理性，需在分支系數計算前綜合考慮各方因素。如分布式電源出現變化則需更新數據，確保分支系數準確，盡可能降低誤差值。

（四）保護出口整定計算

計算繼電保護定值非常重要，但在實際工作中卻忽略了保護出口的整定計算。以往在開展整定計算時，跳分支開關、解列滅磁、發變組全停等非常重要，但近年來繼電保護設備自動化程度加強，機組容量越來越大，需要尤其關注保護出口中啟動失靈、遠跳、分支快切等功能的整定，通過保護出口整定值來提高繼電保護裝置的功效，確保其正常運行。

五、繼電保護整定計算方式優化

明確電力系統的運行方式，通過阻抗矩陣法預測系統運行的可行性，如系統存在異常就需針對故障現象進行數據分析[4]。當電力系統環路安裝有繼電保護設備時，就需將保護系統的最大電流計算出來，同時考慮斷開節點位置是否會對系統定值產生影響。以繼電保護電流單相短路為例，當系統發生金屬性短路，短路處數值以I=Z=0進行表示，受環路斷開操作的影響，系統運行方式有所改變；當系統中任意一個節點被斷開，其任意節點故障值的阻抗均發生改變，那么就可通過對斷開節點的邊界數值進行計算來找出故障的具體位置。

當系統節點發生單相短路，通過對抗組參數進行計算可確定具體的運行方式。同時，通過阻抗矩陣描述系統邊界電流的電路情況，從而找出整個系統重要路線的運行方式。對于繼電保護系統而言，環路中線路運行方式將會對其電流產生一定的影響，采用傳統運行方式的選擇是無法看到這一影響的，需借助阻抗矩陣法。但在整個電力系統中，不僅是電力系統節點可采用阻抗矩陣表示，在電力系統運行方式選擇以及環路上也可采用阻抗矩陣表示。首先在節點位置將阻抗連支斷開，此時系統壓力分布將發生改變，但由于整個系統的節點數是固定不變的，拓撲結構又具有較強的穩定性，所以阻抗矩陣變化不明顯，只需要在環路形式描述中對阻抗矩陣進行微調[5]。

六、結束語

綜上所述，35kV變電站的繼電保護工作中，需實現對于母線的保護、變壓器的繼電保護、各類線路的繼電保護等，在繼電保護工作中需根據已配置了的自動化系統對所有設備做出相關的響應動作，同時也要確保所有設備的建設質量符合標準。在系統建設過程要分析主變壓器的整定計算和線路的整定計算等，以確保該系統可高質量安全運行；在系統運行過程中要不斷總結、不斷優化，才能夠在確保設備本質安全的前提下實現電氣系統的安全經濟平穩長期運行。