110 kV輸電線路繼電保護設計

劉 春

（三峽大學，湖北宜昌 443000）

引言

電力系統的規模隨著時代的發展越來越大，結構越來越復雜。運行要求具有可靠電能質量，由于各種因素的影響，可能會導致電力系統故障或不正常運行狀態的發生，引起大面積停電或者用戶側電能質量下降，威脅人身安全或造成電力設備損壞。為了在最短時間內切除故障，最大限度減小危害，就需要安裝繼電保護裝置，以保證對用戶連續安全的供電，特別是對于I、II類負荷，將損失降到最低。

本設計中所使用的數據均來自某110 kV變電站，數據是在繼電保護為微機保護的情況下得出的，在各種公式的運用上存在的一定的差異，造成了計數結果整體的不一致性。同時參考了繼電保護工程師的建議，根據設計的實際情況進行了整定方式的選擇，并且采用的計算公式全部具有理論支持，具有一定的可靠性。

1 110 kV輸電線路的保護類型

（1）三段式電流保護：對于反應電流增大的保護通常采用較為簡單的三段式電流保護，其各階段的動作是由電流的整定和時限的配合完成的。其結構比較簡單，運行維護方便，容易受運行方式的影響，對于35 kV以上線路只能作為后備保護。

（2）低壓保護：當線路故障時，各變電所母線電壓有不同程度的減小，離短路點越近，電壓越低，短路點電壓最低。當電壓降低時低壓元件就會啟動保護，因此構成低壓保護。

（3）距離保護：對于110 kV的輸電線路通常采用三段式相間距離保護作為主保護。距離保護是對于保護安裝處與故障處間阻抗而動作的保護。是屬于單端的測量保護，為低量保護，也采用三段式，可分為相間距離保護以及接地距離保護。

（4）零序電流保護：階段式零序電流保護其保護與三段式電流保護過程相似，對于110 kV輸電線路其作為后備保護，只是對于電流的其中一個分量而言的。本設計要求對其所選擇的保護方式進行整定計算并保證其靈敏度也滿足要求。

2 距離保護整定計算

已知第Ⅰ線路出現L1的有關網絡的系統容量最大為180 MVA，最小容量為120 MVA，線路AB上最大輸送功率為10 MW，功率因數為0.85，長度為30 km，單位阻抗為0.40 Ω/km。

根據題目已知條件，計算各種運行方式下的阻抗。取系統平均電壓U=115 kV，可得：

靈敏度計算值與預期結果不符合所以改選用動作電流0.48 kA進行校驗。靈敏度檢驗計算：

計算值符合要求，動作時間取2 s。通過以上整定計算數據可得出其滿足系統過電流繼電保護的要求，動作時限按照階梯原則。

3 零序電流保護的整定計算

3.1 零序電流保護的工作原理

110 kV等級屬于大電流接地系統，當此系統發生接地故障時就會出現零序分量，零序電流保護就是利用這些分量構成的。所以此保護對于中性點直接接地系統發生的故障具有較好的保護效果。

3.2 零序電流整定計算

對輸電線路零序電流保護的整定計算：

其中，I0.max為流過保護的最大零序電流；可靠系數：Krel=1.2～1.3。

I0.ust為不同期重合閘時最大零序電流。

I'0.dz=K'K3I0.bt=1.2×3×4.6=16.56kA

所以最終整定值為：I′0.dz=16.56kA

3.3 零序電流保護優點

零序電流保護動作可靠，工作原理及構成比較簡單，靈敏度較高，具有連續動作的特性且保護范圍比較穩定。對于過度電阻的影響較小。在近區故障時可快速動作。

4 自動重合閘

4.1 自動重合閘的目的與要求

自動重合閘的目的是在規定設置的時間內將因故障跳開的斷路器再次合閘使得對于瞬時性故障能夠在短時間內恢復供電。斷路器跳開、故障消失后自動重合閘可以保證供電可靠性，可以將因停電造成的損失降到最低，自動重合閘還可以糾正因斷路器本身的缺陷誤跳閘的情況。但對于合閘后故障仍然存在的情況，自動重合閘會使得系統再次遭受電流沖擊，容易使斷路器壽命縮短。

自動重合閘的基本要求：當斷路器跳閘時，在短時間內重合閘自動合閘；當斷路器斷開，操作人員通過人工操作或由遙控器斷開時，重合閘應閉鎖；當故障切除后，在滿足重合的條件下，重合閘應盡快重合，減少因停電造成的損失。

當重合閘存在于只有單個電源的線路其動作方式一般采用三相一次重合閘:當線路上某處發現短路時，繼保裝置跳開三相斷路器，在一定時限內重合閘合閘。如果故障消失且系統能繼續運行則表明重合閘成功，如果故障仍然存在此時三相斷路器會再次跳開且重合閘不再作用。

應用重合閘裝置時，還需要滿足以下的要求：當電路處于故障時，線路兩側的保護很可能在不同的時間限制下觸發斷路器兩側的保護；在某些情況下，當線路發生故障時，斷路器兩側斷開，電源線兩側之間可能不同步。

5 結論

針對不同運行模式下輸電線路的分析和各種短路故障的整定計算，使其具有保護作用。針對不同的跳閘情況，重合閘需要有不同的操作要求。