继电保护整定值的计算与分析

孙昌稳

唐山三友氯碱有限责任公司 河北唐山 063305

1 系统情况

氯碱公司35 kV变电站一期供电系统如图1所示,有两条35 kV供电线路,分别为319线路、328线路,来自上级110 kV变电站,引入35 kV变电站3191开关柜和3281开关柜,构成35 kVⅠ段母线和35 kVⅡ段母线。35 kVⅠ段和35 kVⅡ段为单母线分列运行方式,装设345母联开关柜。35 kV 1号动力变压器、2号动力变压器分别接入3194开关柜和3284开关柜。10 kVⅠ段、10 kVⅡ段的进线开关柜分别为501开关柜和502开关柜,为单母线分列运行方式,装设545母联开关柜。

2 系统设备参数

35 kV供电系统设备参数见表1。笔者以图1中设备为例,计算氯碱公司35 kV变电站动力变压器保护整定值,并论证合理性。35 kV供电系统工程计算时,一般取基准容量为100 MVA,已知氯碱公司35 kV供电系统最大运行方式正序阻抗标幺值为0.093 9,最小运行方式正序阻抗标幺值为0.460 7。Ⅰ段母线最大三相短路电流为16 620.9 A,最小两相短路电流为4 257.57 A。Ⅱ段母线最大三相短路电流为11 908.57 A,最小两相短路电流为4 054.46 A。319线路、328线路阻抗标幺值均为0.001 2。1号动力变压器、2号动力变压器阻抗标幺值均为0.625 6。

图1 氯碱公司35 kV变电站一期供电系统

表1 35 kV供电系统设备参数

3 动力变压器短路电流

3.1 三相短路故障

折算到高压侧,最大三相短路电流I(3)′khmax为:

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

3.2 两相短路故障

折算到高压侧,最小两相短路电流I(2)′khmin为:

4 动力变压器继电保护整定值

4.1 性能参数

1号动力变压器、2号动力变压器的性能参数见表2。

表2 动力变压器性能参数

4.2 差动保护计算过程

通过计算,高压侧二次额定电流Ieh为:

Ieh=206.2÷(600/5)=1.72 A

低压侧二次额定电流Iel为:

Iel=687.3÷(1 000/5)=3.44 A

速断灵敏度校验整定原则为:在灵敏度校验整定值不小于1.2的基础上,按正常运行方式保护安装处两相短路校验整定,此时灵敏度校验整定值Ksen为:

Ksen=2 925.55÷(7×206.2)=2.02>1.2

此处差动速断电流取7倍动力变压器高压侧额定电流。可见,灵敏度校验整定值符合要求。

差动保护装置原型号为SEL587,经技术改进后更新为ISA-387G。原保护整定值沿用SEL587的保护整定值,由于两种型号保护设置的内部运算存在差异,原保护装置整定值较小,存在误动风险,新保护装置的整定值按原理需要乘以1.732。实际操作中根据保护整定值计算结果进行变更。

4.3 动力变压器高压侧过流保护整定值

复压取自动力变压器高压侧,过流Ⅰ段方向元件退出,电压元件投入。

电压互感器二次额定线电压取100 V,复压闭锁低电压整定值Uop按躲过正常运行时可能出现的最低线电压整定,Uop为:

Uop=0.7×100=70 V

电压互感器二次额定线电压取57.7 V,复压闭锁负序电压整定值U2op按躲过系统正常运行时的最大不平衡相电压整定,U2op为:

U2op=0.07×57.7=4 V

可靠度因数取1.3,返回因数取0.95,过流保护整定值Iop按躲过动力变压器高压侧额定电流整定,Iop为:

Iop=1.3×206.2÷0.95=282 A

在灵敏度校验整定值不小于1.2的基础上,低压侧灵敏度校验整定值按动力变压器低压侧保护出口最小两相短路电流校验整定,此时灵敏度校验整定值为Ksen1为:

Ksen1=1 434.85÷282=5.08>1.2

可见,低压侧灵敏度校验整定值符合要求。

原过流保护整定值为540 A,动作时间为0.7 s。原电流值过大,不满足规程要求,且无复压闭锁,不能保证可靠性。因此需要投入复压元件,按规程减小电流整定值,提高灵敏度。由此,过流保护整定值变更为282 A,动作时间为0.7 s。

4.4 动力变压器低压侧过流保护整定值

复压取自动力变压器低压侧,过流I段方向元件退出,电压元件投入。

与前述相同,复压闭锁低电压整定值为70 V,复压闭锁负序电压整定值为4 V。

过流Ⅰ段过流保护整定值Iop1按保证最小方式动力变压器低压侧10 kV母线故障整定时,灵敏因数取1.5,有:

Iop1=4 378.63÷1.5=2 919.08 A

过流Ⅰ段过流保护整定值Iop1按与下级出线速断保护配合整定时,配合因数取1.05,下级最大过流保护速断整定值为2 133.33 A,有:

Iop1=1.05×2 133.33=2 240 A

通过动力变压器低压侧电流互感器变比后,过流保护整定值Iop1为:

Iop1=2 240÷(1 000/5)=11.2 A

过流Ⅰ段保护动作时间按与下级设备的速断最长时间整定,过流时间取0.4 s,跳动力变压器低压侧。

过流Ⅱ段过流保护整定值Iop2按躲过动力变压器低压侧额定电流整定,Iop2为:

Iop2=1.3×687.3÷0.95=940 A

过流Ⅱ段保护动作时间为0.7 s,跳动力变压器低压侧。

动力变压器低压侧过流保护作为下级出线保护的远后备保护,要求电流定值、时间定值与上下级严格配合。原整定值在未投入复压闭锁的情况下,过流Ⅱ段电流保护整定值为1 480 A,动作时间为1.5 s,当低压动力变压器低压侧出口最小短路电流折算到高压侧为1 408 A时,若5104开关或变压器保护拒动,动力变压器低后备无法达到灵敏度要求,存在严重的安全隐患。经过本次计算,过流Ⅰ段过流保护整定值为2 240 A,动作时间为0.4 s,过流Ⅱ段过流保护整定值为940 A,动作时间为0.7 s,并投入复压闭锁,以实现保护规程的要求。

5 结束语

经过继电保护整定计算与分析,主要发现两方面问题。

第一,动力变压器差动保护整定值不准确,无法躲开正常运行时产生的不平衡电流及励磁涌流等,容易误动,存在运行隐患。

第二,动力变压器高低后备保护未投入复压,过流保护整定值灵敏度不高,无法保护线路全长,不能作为下级出线保护的远后备保护,当下级保护拒动时,会引起事故扩大,危及电网安全。

动力变压器过流保护整定值经过计算修改后,消除了供电稳定性的影响因素,满足了过流保护运行整定规程的要求,提高了供电系统的可靠性、速断性。