谈温州市区配电网继电保护整定计算的合理化方案

  各种继电保护适应电力系统运行方式变化的能力都是有限的,因而,继电保护整定方案也不是一成不变的。本文结合温州市区配电网实际,针对不同情况提出不同的继电保护整定计算方案,更好地发挥继电保护的作用。 
  关键词市区配电网;继电保护;整定计算 
  1引言 
  配电网是电力系统中同电力用户的关系最密切、最直接的部分,与人们的生活、生产息息相关;安全、可靠供电是配电网自动化的主任务之一。 配电网的保护功能是指检测和判断故障区段,并隔离故障区域,恢复正常区域供电1。 
  目前中低压配电网规模大、结构层次复杂、配电线路结构一致性差,联络方式复杂。就温州市区配电网而言,温州市区配电网供电线路包括10kV线路1223回,20kV线路13回,其中10kV系统是不接地系统,20kV系统为经小电阻接地系统,线路电缆占比不同,长短相差很多,分支数量、所接负荷容量、负荷性质各异,联络方式复杂多样。不同的情况采用同一整定计算方案就可能造成有时候上下级保护失配或有些保护无法整定等,因此,我们需根据实际情况制定不同的整定计算方案。 
  2、温州市区配电网保护配置情况 
  10kV配电线路、开关站进、出线保护采用阶段式电流保护(主包括电流速断保护、限时电流速断保护、过流保护)、过负荷保护和带后加速保护功能的三相一次重合闸。根据实际保护装置阶段是电流保护有些为三段式,有些为两段式。 
  20kV配电系统为小电阻接地系统,较之10kV配电线路保护增加了零序电流保护,有些型号保护为两段式,有些型号保护仅能设置一段。 
  (1)电流Ⅰ段保护电流速断保护对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护,称为电流速断保护。一般按躲过线路末端最大短路电流整定。 
  (2)电流Ⅱ段限时电流速断保护用来切除本线路上速断保护范围以外的故障,同时也能作为速断保护的后备。与无时限电流速断保护配合作为被保护线路相间短路的主保护,按躲开下级各相邻元件电流速断保护的最大动作范围整定。 
  (3)电流Ⅲ段过电流保护是指其起动电流按躲最大负荷电流来整定的保护。 
  (4)过负荷保护变电站出线保护一般带延时并且动作于信号,对开关站负荷有求是,出线过负荷带延时并作用于跳闸。 
  (5)三相一次重合闸 10、20kV配电线路一般采用后加速的三相一次重合闸,开关站进、出线重合闸功能未投入。 
  (6)零序电流Ⅰ段保护躲开线路末端接地短路时流过保护的最大零序电流。 
  (7)零序电流Ⅱ段保护按系统末端短路零序电流整定。 
  3温州市区配电网整原则 
  由于电网运行方式、装置性能等原因,不能兼顾”四性”时,应合理取舍,执行以下原则 
  (1)地区电网服从主系统电网。 
  (2)下一级电网服从上一级电网。 
  (3)局部问题自行消化。 
  (4)尽可能照顾地区电网和下一级电网的需。 
  (5)保证重用户的供电。 
  为此,在温州市区配电网继电保护整定计算时,采用阶段式保护加级差配合的方案。 
  即相邻一上下级保护之间的配合有两个点 
  第一,时间上应有配合。即上一级保护的整定时间应比其相配合的下一级保护的整定时间大一个时间级差△t, 
  第二,在保护范围上有配合。即对同一故障点而言,上一级保护的灵敏系数应低于下一级保护的灵敏系数。第三,上下级保护的配合一般是按保护正方向进行的,其方向性一般由保护的方向特性或方向元件来保证。 
  多段保护的整定应按保护段分段进行。第一段(一般指无时限保护段)保护通常按保护范围不伸出被保护对象的全部范围整定。其余的各段均按上下级保护的对应段进行整定配合。所谓对应段是指上一级保护的二段与下一级保护的一段相对应。 
  4、整定计算方案的合理化 
  4.1 10kV配电系统整定计算方案 
  4.1.1电流速断保护,时限为0S,计算公式如下 
  式中Iop–电流速断一次定值,A; 
  Ib–线路所在电压级基准电流,A; 
  Krel–可靠系数(电磁型保护取Krel=1.2~1.3,感应型保护取Krel=1.5~1.6,); 
  Z1.max–保护装置背后,系统最大方式下正序短路阻抗(即为相应变电站10kV母线系统最大方式下正序短路阻抗),以标么值表示; 
  Z1–本线路正序阻抗,以标么值表示。 
  方案说明 
  (1)制定配电线路的正常运行方式,线路保护范围考虑正常运行方式下的线路阻抗最大的路径。在有长时间转移负荷情况下,需重新核算并调整定值,保护范围考虑扩大至另一回线路。 
  (2)当线路很短或下一级为重的用户变电站或保护装置无该段时,该段保护可不整定。 
  (3)当线路较长且较规则,线路上用户较少,可采用躲过线路末端最大三相短路电流整定。 
  (4)双侧电源线路的方向电流速断保护定值,应按躲过本线路末端最大三相短路电流整定;无方向的电流速断保护定值应按躲过本线路两侧母线最大三相短路电流整定。对双回线路,应以单回运行作为计算的运行方式;对环网线路,应以开环方式作为计算的运行方式。 
  (5)对于开关站进线保护,该段保护范围为变电站母线延伸至该开关站10kV母线,并考虑与变电站出线和开关站出线(按所出现容量最大的一台变压器)的上下级配合。Krel变电站出线取1.3,开关站进线一般取1.2,开关站出线开关取1.1;若出线开关未设置保护,则开关站进线保护需延伸至出线侧。 
  4.1.2限时电流速断保护,动作时限为 0.2s,计算公式如下
  式中Iop–电流速断一次定值,A; 
  Ib–线路所在电压级基准电流,A; 
  Kre –返回系数(温州市区配电网一般取0.85) 
  Klm–灵敏度系数; 
  Z1.min–保护装置背后,系统最大方式下正序短路阻抗(即为相应变电站10kV母线系统最大方式下正序短路阻抗),以标么值表示; 
  Z1–本线路正序阻抗,以标么值表示。 
  方案说明 
  (1)温州市区配电网,一般变电站出线Klm取2,开关站进线Klm取1.2,开关站出线Klm取1.1;对配电线路较长时,计算值与过电流保护无法满足选择性时,Klm可取1.5。 
  (2)开关站进线定值与变电站出线定值不能满足选择性时,可按照变电站出线定值除以1.2作为开关站进线的定值;开关站进线与出线定值不满足选择性时,可按照1.1倍出线定值整定进线定值。 
  4.1.3过电流保护,计算公式如下 
  式中Krel–可靠系数,Krel =1.15~1.25; 
  Kr–返回系数,电磁型继电器Kr=0.85; 
  IL.max–本线最大负荷电流(一般取计量CT一次值的1.1倍)。 
  方案说明 
  (1)温州市区配电网变电站出线Krel一般取1.25,开关站进出线一般取1.15。 
  (2)过电流保护的时限选择变电站出线时限一般为相应变电站主变低压后备保护第一时限减少一个级差,一般取0.8S,部分变电站出线为0.5S;开关站进线在变电站出线过电流保护时限的基础上减少一个级差,一般为0.5S(0.3S);开关站出线在开关站进线过电流保护时限的基础上减少一个级差或相同,一般为0.3S。 
  (3)当过电流定值较大,灵敏度不够时,在保证最大负荷的情况下,可降低允许负荷,保证灵敏度。 
  4.1.4过负荷保护,计算公式如下 
  Kr–返回系数,电磁型继电器Kr=0.85; 
  IL.max–本线最大负荷电流(一般取计量CT一次值的1.1倍)。 
  方案说明 
  (1)温州市区配电网变电站出线Krel一般取1.05。 
  (2)变电站出线过负荷保护一般时延9S~15S,作用于信号;开关站进线过负荷保护一般时延9S~15S,作用于信号;开关站出线过负荷保护一般时延15S~60S,作用于跳闸。 
  4.1.5三相一次重合闸10kV配电线路一般采用带后加速的三相一次重合闸,时限设为1.5S。统计分析表明,架空线路的瞬时性故障次数,约占总故障次数70%左右,重合闸的成功率在50%~70%左右,因而重合闸对电力系统供电可靠性起了很大的作用。 
  为充分发挥重合闸的作用,温州市区配电网自2012年开始7月至2013年对市区10kV电缆比例小于40%的线路开展重合闸投入工作,2013年8月至2014年7月,一年时间内重合闸动作140次,重合成功98,重合成功率70%,尤其是在雷雨季节重合成功率可达80%以上。 
  方案说明 
  (1)重合闸后加速保护为加速过电流保护(电流Ⅲ段),定值整定为电流保护(电流Ⅲ段)定值,时限设为0.2S。 
  (2)对于炼钢等冲击负荷用户专用线路,重合闸退出; 
  (3)对于接有小电源的线路,重合闸时限需调整为小电源故障解列时限加一个级差,一般为2.3S。 
  4.2 20kV配电系统整定计算方案 
  4.2.1温州市区20kV配电系统的三段式电流保护、过负荷及三相一次重合闸整定计算方案与10kV配电系统类似。 
  4.2.2 零序电流保护 
  零序电流Ⅰ段保护,按不经小电阻接地时短路电流整定,时限0.2S。 
  零序电流Ⅱ段保护,按末端短路零序电流(一般统一为200A)整定,时限0.8S。 
  方案说明 
  (1)零序电流保护仅在变电站20kV出线保护上有设置。 
  (2)对类似起步变20kV出线仅可设置一段式零序电流保护,为保证与变电站主变低压侧后备零序保护的配合,电流值按零序电流Ⅱ段保护整定计算,为保证保护快速性,时限取0.2S。 
  温州市区配电网继电保护依据上面的整定计算方案,加强配电网的继电保护管理,运行以来,未出现误动情况,保证了供电的可靠性。 
  5.小结 
  市区配电网继电保护的配置虽然较简单,但由于线路的广泛性、复杂性和负荷的多变性,配电网的继电保护整定计算方案一定不断适应配电网的发展变化,及时调整,以达到及时切除故障,保证电力系统安全稳定运行的目的。与此同时也应当遵照电网运行方式来对电网规划进行适当的优化,有效地提高线路供 
  电的可靠性。温州市区配电网的继电保护整定计算工作将会随着电网的发展而不断改进和完善。 
  参 考 文 献 
  1 贺家李,宋从矩,电力系统继电保护原理M ,修订版第三版,北京中国电力出版社,1999 
  2 临汾供电公司,农网继电保护整定计算实用手册M,北京中国电力出版社,2010
  3 刘庆珍,侯秀玉,等,配电网直供区 10kV 馈线保护J ,电气技术,2007,(12)
  4 邸庆民,蔡炳年,等,关于电网10kV线路保护装置整定计算的探讨J,青海电力,第32卷第1期 
  5 孔慧欣,王 鹏,赵 煜,10kV线路保护整定方案分析J,装备制造技术,2011年第11期 
  作者简介刘芹(1983),女,工程师,本科,从事配网调度运行与继电保护管理工作,Emailliuqxbd@126.com