探析220kV变电站及线路继电保护设计和整定计算

1 220kV 变电站及线路继电保护设计

继电保护概述。继电保护是整个电网中极为关键的组成部分，在电网运行过程中一旦出现异常情况该设备会在第一时间发出信号，并根据计算机系统实现设定的程序，将出现故障情况的位置实施隔离处理以控制故障干扰的范围，避免影响到整个电网的正常供电。该保护装置包括主设备以及系统设备，其中前者主要负责变压装置、发电装置等元件问题，而后者是对线路的故障实施处理，同时二者间也需互相配合。

设计要求。近年国内出现大量220kV 变电站，对其保护设备设计过程中需保证基本的可靠、灵敏等特征。借助有效的保护设备实现保护设备价值最大化，确保其能为电网运行提供一项基础保障。简单而言，若此级别的变电站和连接电路较为紧密，需达到可靠及速动性的标准；若二者的关联性较差则需在确保满足上述两项标准的基础上，提高变电站与线路的选择性。

各装置配置。在整个电网中，主保护装置可确保整体的稳定性及设施的安全指数，并在较短时间内及时准确地切除异常情况的保护设备。若在故障影响范围较广或较为严重时需进行全线的切除工序，需选择性地保护。如：纵联保护属于绝对保护装置，若该设备出现问题相应的保护动作无法完成时后备保护装置便会发挥作用，由此可知其属于相对选择的范畴中。后备保护装置包括远及近两种，在此级别的变电站中通常会使用后者，借助各变电站自身达到确保后备装置的使用性能。辅助装置属于一项替补环节，同时对于问题较为简单、严重程度较低的故障具有一定的保护作用。

线路保护设计。此部分的设计目的在于提高主保护装置的实际价值，并合理简化后备装置。借助提高主装置的实际价值，有助于提升保护动作的高效性，针对各项异常情况可在极短时间内完成切除动作。目前此级别线路采取分相操作，要求相应的保护设备拥有选相的能力。若线路中的单相接地问题不超过100欧，应在条件允许的情况下选用效果更佳的规范作业动作。经过合理简化的后备装置，使主装置双重化且与之相连的各主装置应具备多项功能，接地距离控制、零序电流把控等，以确保保护动作的有效性，同时无需配备其他的后备装置。整个线路中需配有两个全线速动保护装置。电网运行过程中，即使仅有其中一套速动保护也可确保电网的正常运行。另外，二者应相互独立并都具备及时准确切除异常情况的能力。为达到上述保护效果，各保护装置都应具备选相的能力，各自作用在短路装置中的某一跳闸构件，并可各自实现远程传输数据信息。对于接地问题而言，应设有合理的接地距离以及相应的零序电流。若接地故障产生的电阻小于100欧，需确保全面准确切除。而相间短路的后备设备需控制具体的装置。若光纤线路采取全线速动保护，需应用电流差动达到保护的效果，同时与后备装置相互配合[1]。

母线保护设计。母线属于整个电网中的节点构件，220kV 变电站应安设两套专项保护设备，以免在倒闸切换期间出现问题，在此种情况下切实提高母线切除动作的灵活性。对于双套接线母线需装有相应的电压闭锁，该种母线保护装置在纵联保护系统中可借助合理的措施使断路装置能够及时跳闸，以保护整个电网的稳定运行。

断路器保护设计。该装置的异常情况通常被划分至近后备设备，出现异常情况时会进行故障切除。另外，该装置和互感装置之间出现的异常问题能够借助失灵保护实现切除。在220kV 变电站及线路中断路装置属于分相作业，而失灵保护仅能对单相发挥出应有的作用。

2 220kV 变电站及线路继电保护整定计算

2.1 主要装置的整定计算

计算变压装置的各端在一百千伏安中的二次电流量以及相应的互感装置选用的变比。具体计算为：定额电压220kV 的情况下，相应的电流为A；电流互感装置的变比为600/5；二次电流为A；短路电流的计算。220kV 系统中提供的短路电流值为，相应的受其分量有效值是千安培；电流的最值是千安培（由于与发电位置较远，因此K 取2.55）[2]。

差动保护动作启动门槛为躲过线路合闸期间的最大电流值，并躲过区外异常情况的最大不平衡电流。一般情况下，用电容电流与相应的系数相乘，在补偿期间相应的系数值会偏低选取，反之亦反；对于制动系数的计算，目前该项系数的取值范围在0.5～0.8。经过整定后通常整定范围在0.1～0.2。若各侧的电压互感变比有所差异，其整定便可改为0.3；经过整体的设计后应对最终呈现的灵敏度进行检测，出现短路情况的电流等于A，由此可推演出后续的AN。

2.2 相间距离保护的整定计算

2.2.1 相间距离保护的特点

该种保护属于对线路中母线电压和被保护构件电流之间比的一项抵抗阻。电网正常工作过程中该部分内的测量元件是负荷阻抗，若被保护构件出现短路问题相应的阻抗便是保护装置与异常位置之间的距离。若故障位置与该装置较近时则测量的阻抗相对更小，且保护动作的时间较短；在二者相距较远的情况下，相应的阻抗以及持续时间也会随之提高，达到选择性的特点。距离与时间的关系是t=∫(I),其中t 表示动作持续的时长，I 是指二者间的距离。为确保继电装置达到既定的工作标准，需使用三段距离保护。其中第一段负责整个线路的83%左右，第二段则涉及到全程，第三部分属于后备装置[3]。

该装置表示阻抗值，和常规的电流保护相较该项保护装置的稳定性相对较高，不易受到电网变化的干扰且具有较好的躲负荷水平。若出现短路问题，该装置中第一段的负责范围不会因电网工作模式的变化出现影响。若异常情况发生在相邻线路位置，该装置的第二及第三段工作范围会根据电网工作的方式有所改变；该设备的启动构件主要负责在出现异常情况时能及时启动该设备的各保护段，其中前两段开启的时间较短且相应负责的范围以及工作时间较短，仅需处理好本段负责的内容，而最后一段则需在全部故障处理完成后方可关闭。

2.2.2 距离保护计算

第一段的整定计算需按公式计算：Zdz-1=KK×Zxl，其中的KK为对应的系数，在此处为0.85。在第二段的整定计算中，根据有关计算公式分析可得，若动作区域的长度达到50km 时呈现的灵敏度达到1.5；而若区域长度处于50～200km 之间则灵敏度超过1.4；长度超过200km 灵敏度则超过1.3。随着长度增加相应的灵敏度会有所下降，其中第三段的计算为：与第二段相互配合Zdz-3=KK×Zxl+Kfzmin×Zdz-2，最小负荷值计算，动作时间为t3=t2+Δt。

该装置第三段的动作持续时长计算：首先，电网中常规的振荡时间是1.1～1.5秒，其第三段的保护持续保护时长至少要达到2秒甚至要高于该数值。若与之相邻的线出现闭锁控制，为确保相应基本的保护效果，可将该段的动作时间延长至3.5秒以上；其次，在环状电力系统中应根据阶梯式的特点实施相应的配合，但若全部采取配合的方式极易出现循环配合的问题。对此应选取电网某条线路中的该段和与之相邻的第二段相互配合，通过多项措施确保该装置中第三段保持较高的灵敏度，且合理缩短动作运行的时长。

2.2.3 分支系数

若保护装置点与发生故障的位置之间存在分支系数，会使测量阻抗与相应电路中的阻抗总量值不符，若存在电源分支则Kfz大于1，若存在负荷分支则小于1。电源分支会造成测量距离超过线路中的实际长度，而负荷分支会出现短于实际长度的情况。在电网运行期间，其投切以及具体运行模式有所改变，最终呈现的短路电流配置情况也会出现改变，导致相应的分支系数也有所波动。在该装置的整定计算中，为确保区外出现异常情况时能保持较好的稳定性，要求整定值低于区外测量距离的最小值，由此应计算分值系数的最小值。在进行灵敏度校验期间，需确保该装置的整定值超过区内在异常情况下呈现的最大测量距离，由此要求应用分支系数的最大值[4]。

以某电力企业发电装置为例，其中包含两个系统A 和B，在计算分支系数小值时，系统A 为最小工作模式，系统B 为最大工作模式，采取双机工作方式，公式为：，在计算分支系数最大值时，系统A 为最大工作模式，系统B 为最小工作模式，采取单机工作形式，公式为：。

2.2.4 整定计算

第一段计算假设度过该线路中末端异常，计算公式为：Zdz-1=KK×Z=0.85×40=34（欧）；第二段计算，首先假设与之相邻线路相互配合，计算公式为：Zdz-2=KK×Z+KK×Kfzmin×Zdz-1=34+0.8×2.879×0.85×25.28=83.49；其次，该线路中故障的灵敏程度可等于大于1.5，相应的动作时长计算为：t2=t1+Δt=0.5（秒）；第三段计算，该段与相邻线路相互配合，计算结果为：Zdz-3=34+0.8×2.879×148.29=375.54；负荷距离最小时计算结果为：；该段的灵敏度为：。

3 结语

继电保护装置在国内已经实现较好的发展，对其的整体设计以及整定计算都具有较高的实际价值。近年供电网络的建设覆盖范围日趋扩大，相对应用的整体结构也更为繁杂，导致整定计算量愈发加重，同时对于其最终结果的可靠性提出更高的标准，因此需强化对该方面的研究和探索。