220kV變電所繼電保護整定研究

張東旭+李松雪+劉春亮

摘要：以某220 kV變電所為例，根據保護配置要求提出變壓器、輸電線路、母線保護的配置原則，分析變電所運行方式，論述各個保護方案的原理、接線、保護動作，提出變電所保護配置方案，確定合理的電網繼電保護整定值，為充分發揮繼電保護裝置的效能提供參考。

關鍵詞：繼電保護；整定值；變壓器護；配置原則

中圖分類號：TM727 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2017）09-0053-03

電力系統元件數量多，結構各異，運行復雜，常發生故障和出現不正常運行狀態。沒有切除故障的保護裝置，電網無法安全、穩定運行。繼電保護裝置是能反映電力系統中電氣元件發生故障或不正常運行狀態，并動作于斷路器跳閘或發出信號的一種自動裝置，是保證電網安全可靠運行的關鍵技術，在發電、供電和用電中處于極為重要的地位。

電力系統的快速發展對繼電保護提出新的要求。當發生故障時，繼電保護裝置應有選擇地動作，跳開距離故障點最近的開關。為實現繼電保護的可靠性、選擇性、靈敏性和速動性，充分發揮繼電保護裝置的效能，必須合理選擇保護定值，以使各保護之間相互配合，確保供電質量及用電設備安全。

1 繼電保護原理

繼電保護裝置能反映電氣設備的故障和不正常工作狀態，并自動、迅速、有選擇性地動作于斷路器，將故障設備從系統中切除，把事故限制在最小范圍，提高系統運行的可靠性。

繼電保護動作的依據是電力系統中元件發生異常情況或短路時的電氣量變化，例如變壓器油箱發生故障時會產生大量瓦斯，油流速度增大或油壓強度增高。電力系統發生故障后，常導致電流增加和電壓降低，以及電流與電壓間的相位變化。

原則上說，只要找出正常運行與故障時系統中電氣量（或非電氣量）的變化特征（差別），就可形成某種判據，從而構成某種原理的保護，且差別越明顯，保護性能越好。繼電保護原理見圖1。

繼電保護裝置由三大部分組成：1） 測量部分，用來測量被保護設備輸入的有關信號（電流、電壓等級），并與給定的整定值（動作電流、電壓等）進行比較判斷。2） 邏輯部分，根據測量部分各輸出量的大小、性質、組合、輸出順序，使保護按照一定的邏輯程序工作，并將信號傳輸給執行部分。3） 執行部分，根據邏輯部分傳輸的信號，給出跳閘或異常脈沖信號，完成保護功能。

2 繼電保護配置原則

2.1 變壓器保護原則

電力變壓器的故障和不正常運行方式主要有以下8種：1） 中性點直接接地電力網中，外部接地點引起的過電流及中性點過電壓；2） 外部相間短路引起的過電流；3） 繞組的匝間短路；4） 繞組及其引出線的相間短路和在中性點直接接地側的單相短路；5）過負荷；6） 過勵磁；7） 油面降低；8） 變壓器溫度及油箱壓力升高和冷卻系統故障。

電力變壓器出現上述故障和不正常運行時，應按規定裝設相應的保護裝置。1）和2）的保護裝置應瞬時動作于跳閘；3）和4）的保護裝置應帶時限動作于跳閘；5）和6）的保護裝置一般作用于信號；8）應按現行變壓器的標準裝設信號裝置。

2.1.1 變壓器后備保護設計原則

1） 應作為相鄰元件和變壓器本身主保護的后備。當接線太復雜時，允許縮短對臨線路的后備保護范圍。

2） 對各側母線上的三相短路應具有必要的靈敏系數。

3） 盡可能獨立，不用發電機的后備保護代替。

4） 能保護斷路器和電流互感器之間的故障范圍。

2.1.2 外部相間短路保護安裝位置

1） 雙繞組變壓器應裝于主電源側。

2） 三繞組變壓器及自耦變壓器一般裝設于主電源側及另一側，主電源側的保護應帶2段時限，以較小的時限斷開未裝保護側的斷路器。當上述方式不符合靈敏度時，可在所有側裝設保護裝置。各側保護裝置應有選擇性地裝設方向元件。

3） 供電分開運行母線段的降壓變壓器，除在電源側裝設保護外，還應在每個供電支路裝設保護裝置。

4） 雙繞組及三繞組變壓器的保護裝置應接于中性點引出線上的電流互感器。

2.1.3 其他原則 對于變壓器高壓側未裝設斷路器的線路變壓器組，為使瓦斯或差動保護能切除變壓器內部故障，可采用下列措施：在變壓器高壓側不裝設帶副管及操動機構的高壓熔斷器；利用遠方跳閘裝置斷開線路對側斷路器，或采用包括整個線路變壓器的共用縱聯差動保護；在變壓器高壓側裝設接地開關或短路開關，即中性點直接接地電網可裝設單相接地開關，中性點非直接接地電力網可裝設兩相短路開關。

2.2 線路保護原則

220 kV線路保護應按加強主保護、簡化后備保護的基本原則配置和整定。加強主保護是指全線速動保護雙重化配置，要求每套全線速動保護功能完整，且能快速切除線路內發生的各種故障。對于要求實現單相重合閘的線路，每套全線速動保護應具有選相功能。

2.3 母線保護原則

變電站母線連接變壓器等重要電氣設備，因此影響全系統的供電質量和系統穩定。母線保護要求如下：動作迅速，靈敏度高；性能良好，無死區；有防止誤動作的可靠措施；運行方式靈活，雙母線上的各元件能任意切換。

2.4 斷路器失靈保護要求

為提高動作可靠性，斷路器失靈保護應同時滿足下列條件：1） 故障線路或設備的保護裝置出口繼電器動作后不返回；2） 被保護范圍內仍存在故障（當母線連接的回路較多時，一般采用檢查母線故障電壓的方式）。

斷路器失靈保護的動作時限應大于故障線路（或設備）的斷路器時間及保護裝置返回時間之和。斷路器失靈保護動作后，僅斷開與拒動斷路器（或故障點）相鄰的對側有電源斷路器。

3 變電所保護方案設計

3.1 變電所基本情況endprint

本次繼電保護設計的對象為220 kV變電所，電壓等級220 kV，安裝90 MVA變壓器2臺。220 kV側的主接線形式為雙母線接線，60 kV側的主接線形式為雙母線接線，并通過2條平行雙回線路與地方電廠連接。60 kV側由一條平行雙回線向負荷供電。變電所的主接線如圖2所示。

3.2 變電所電氣運行方式分析

電力系統運行方式的變化直接影響保護性能。在設計之初，應先分析變電站的運行方式，為后續計算和整定工作奠定基礎。也可以有針對性地設立短路點，簡化計算工作，提高設計效率。

保護運行方式是通過保護裝置的短路電流大小來區分的，有最大運行方式和最小運行方式2種情況。最大運行方式是在被保護線路末端發生短路時系統等值阻抗最小，而通過保護裝置的短路電流最大。最小運行方式是在同樣短路條件下，系統等值阻抗最大而通過保護裝置的短路電流最小。系統等值阻抗的大小與投入運行的電氣設備及線路多少有關。

3.3 變電所保護方案

根據保護原則和繼電保護規程要求，擬配置于220 kV變電所的繼電保護方案見表1。

4 結語

根據220 kV變電所實際情況，設計繼電保護方案及相關配置，主要包括變壓器保護和輸電線路保護。利用繼電保護知識分析變電所運行方式，根據保護配置要求提出變壓器、輸電線路、母線保護的配置原則，制定變電所保護配置方案，并對各個保護方案的原理、接線、保護動作進行詳細論述，進而確定合理的電網繼電保護整定值，為供電質量及用電設備提供安全保障。

參考文獻

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Abstract： Taken a 220 kV substation as the example， this paper put forward the configuration principle of substation， electric transmission line and bus protection according to the demand of protection configuration， analyzed operation mode of substation， discussed the priciple， wiring and protection action of every protection scheme， put forward the protection configuration scheme of substation， and determined reasonable setting value of power relaying， in order to provide reference for giving full play to the effect of relay protection device.

Key words： relaying； setting value； transformer； configuration principleendprint