繼電保護整定值的計算與分析

孫昌穩

唐山三友氯堿有限責任公司 河北唐山 063305

1 系統情況

氯堿公司35 kV變電站一期供電系統如圖1所示,有兩條35 kV供電線路,分別為319線路、328線路,來自上級110 kV變電站,引入35 kV變電站3191開關柜和3281開關柜,構成35 kVⅠ段母線和35 kVⅡ段母線。35 kVⅠ段和35 kVⅡ段為單母線分列運行方式,裝設345母聯開關柜。35 kV 1號動力變壓器、2號動力變壓器分別接入3194開關柜和3284開關柜。10 kVⅠ段、10 kVⅡ段的進線開關柜分別為501開關柜和502開關柜,為單母線分列運行方式,裝設545母聯開關柜。

2 系統設備參數

35 kV供電系統設備參數見表1。筆者以圖1中設備為例,計算氯堿公司35 kV變電站動力變壓器保護整定值,并論證合理性。35 kV供電系統工程計算時,一般取基準容量為100 MVA,已知氯堿公司35 kV供電系統最大運行方式正序阻抗標幺值為0.093 9,最小運行方式正序阻抗標幺值為0.460 7。Ⅰ段母線最大三相短路電流為16 620.9 A,最小兩相短路電流為4 257.57 A。Ⅱ段母線最大三相短路電流為11 908.57 A,最小兩相短路電流為4 054.46 A。319線路、328線路阻抗標幺值均為0.001 2。1號動力變壓器、2號動力變壓器阻抗標幺值均為0.625 6。

圖1 氯堿公司35 kV變電站一期供電系統

表1 35 kV供電系統設備參數

3 動力變壓器短路電流

3.1 三相短路故障

折算到高壓側,最大三相短路電流I(3)′khmax為:

I(3)′khmax=1÷0.720 7×1 560.41=2 165.13 A

3.2 兩相短路故障

折算到高壓側,最小兩相短路電流I(2)′khmin為:

4 動力變壓器繼電保護整定值

4.1 性能參數

1號動力變壓器、2號動力變壓器的性能參數見表2。

表2 動力變壓器性能參數

4.2 差動保護計算過程

通過計算,高壓側二次額定電流Ieh為:

Ieh=206.2÷(600/5)=1.72 A

低壓側二次額定電流Iel為:

Iel=687.3÷(1 000/5)=3.44 A

速斷靈敏度校驗整定原則為:在靈敏度校驗整定值不小于1.2的基礎上,按正常運行方式保護安裝處兩相短路校驗整定,此時靈敏度校驗整定值Ksen為:

Ksen=2 925.55÷(7×206.2)=2.02>1.2

此處差動速斷電流取7倍動力變壓器高壓側額定電流。可見,靈敏度校驗整定值符合要求。

差動保護裝置原型號為SEL587,經技術改進后更新為ISA-387G。原保護整定值沿用SEL587的保護整定值,由于兩種型號保護設置的內部運算存在差異,原保護裝置整定值較小,存在誤動風險,新保護裝置的整定值按原理需要乘以1.732。實際操作中根據保護整定值計算結果進行變更。

4.3 動力變壓器高壓側過流保護整定值

復壓取自動力變壓器高壓側,過流Ⅰ段方向元件退出,電壓元件投入。

電壓互感器二次額定線電壓取100 V,復壓閉鎖低電壓整定值Uop按躲過正常運行時可能出現的最低線電壓整定,Uop為:

Uop=0.7×100=70 V

電壓互感器二次額定線電壓取57.7 V,復壓閉鎖負序電壓整定值U2op按躲過系統正常運行時的最大不平衡相電壓整定,U2op為:

U2op=0.07×57.7=4 V

可靠度因數取1.3,返回因數取0.95,過流保護整定值Iop按躲過動力變壓器高壓側額定電流整定,Iop為:

Iop=1.3×206.2÷0.95=282 A

在靈敏度校驗整定值不小于1.2的基礎上,低壓側靈敏度校驗整定值按動力變壓器低壓側保護出口最小兩相短路電流校驗整定,此時靈敏度校驗整定值為Ksen1為:

Ksen1=1 434.85÷282=5.08>1.2

可見,低壓側靈敏度校驗整定值符合要求。

原過流保護整定值為540 A,動作時間為0.7 s。原電流值過大,不滿足規程要求,且無復壓閉鎖,不能保證可靠性。因此需要投入復壓元件,按規程減小電流整定值,提高靈敏度。由此,過流保護整定值變更為282 A,動作時間為0.7 s。

4.4 動力變壓器低壓側過流保護整定值

復壓取自動力變壓器低壓側,過流I段方向元件退出,電壓元件投入。

與前述相同,復壓閉鎖低電壓整定值為70 V,復壓閉鎖負序電壓整定值為4 V。

過流Ⅰ段過流保護整定值Iop1按保證最小方式動力變壓器低壓側10 kV母線故障整定時,靈敏因數取1.5,有:

Iop1=4 378.63÷1.5=2 919.08 A

過流Ⅰ段過流保護整定值Iop1按與下級出線速斷保護配合整定時,配合因數取1.05,下級最大過流保護速斷整定值為2 133.33 A,有:

Iop1=1.05×2 133.33=2 240 A

通過動力變壓器低壓側電流互感器變比后,過流保護整定值Iop1為:

Iop1=2 240÷(1 000/5)=11.2 A

過流Ⅰ段保護動作時間按與下級設備的速斷最長時間整定,過流時間取0.4 s,跳動力變壓器低壓側。

過流Ⅱ段過流保護整定值Iop2按躲過動力變壓器低壓側額定電流整定,Iop2為:

Iop2=1.3×687.3÷0.95=940 A

過流Ⅱ段保護動作時間為0.7 s,跳動力變壓器低壓側。

動力變壓器低壓側過流保護作為下級出線保護的遠后備保護,要求電流定值、時間定值與上下級嚴格配合。原整定值在未投入復壓閉鎖的情況下,過流Ⅱ段電流保護整定值為1 480 A,動作時間為1.5 s,當低壓動力變壓器低壓側出口最小短路電流折算到高壓側為1 408 A時,若5104開關或變壓器保護拒動,動力變壓器低后備無法達到靈敏度要求,存在嚴重的安全隱患。經過本次計算,過流Ⅰ段過流保護整定值為2 240 A,動作時間為0.4 s,過流Ⅱ段過流保護整定值為940 A,動作時間為0.7 s,并投入復壓閉鎖,以實現保護規程的要求。

5 結束語

經過繼電保護整定計算與分析,主要發現兩方面問題。

第一,動力變壓器差動保護整定值不準確,無法躲開正常運行時產生的不平衡電流及勵磁涌流等,容易誤動,存在運行隱患。

第二,動力變壓器高低后備保護未投入復壓,過流保護整定值靈敏度不高,無法保護線路全長,不能作為下級出線保護的遠后備保護,當下級保護拒動時,會引起事故擴大,危及電網安全。

動力變壓器過流保護整定值經過計算修改后,消除了供電穩定性的影響因素,滿足了過流保護運行整定規程的要求,提高了供電系統的可靠性、速斷性。