110kV变电站继电保护设计与整定

国网江阴市供电公司 李云法

110kV 变电站是变电站中应用较为广泛的一种类型，其具有占地面积小、投资少、运行成本低等优势，被广泛应用于我国电力系统中。但在110kV 变电站运行过程中，会出现一系列故障问题，这些故障问题不仅会对110kV 变电站的正常运行产生严重影响，还会对电网系统造成破坏。因此，在实际工作过程中，需要加强对110kV 变电站继电保护设计工作的重视度，采取科学合理的设计措施对其进行完善和优化，保证110kV 变电站继电保护设计能够满足电力系统的实际运行需求。

1 110kV 变电站继电保护原理分析

1.1 线路保护

线路保护的任务是在线路发生故障时，能够及时、迅速地切除故障，以保证电网安全、稳定地运行。线路保护是所有继电保护中最重要的保护装置，其中包括线路纵联差动保护、后备纵联电流保护、零序电流保护、过负荷保护等。线路纵联电流保护由两组电流元件组成，一组是与被保护线路相连的，另一组是与被保护线路两端的主设备相连的。

通常，在线路正常运行的过程中，当负荷电流流过线路后，所传输到继电器中的电流会低于其他启动电流，电流继电器会处于停止的状态，导致常开触点出现断开连接，且中间继电器常开触点也会处于比较明显的断开现象，而断路器主触头会处于不断送电的状态。受各种环境因素的影响，当线路出现短路现象后，短路电流产生的电压会超过保护装置中启动电流的电压，而受电流继电器常开触点的影响，中间继电器会始终处于启动闭合的状态，以此将正电源直接接入到信号继电器的线圈中，同时通过断路器的常开辅助触点，最终连接到跳闸线路内部形成完善的线路体系，根据线路体系内部结构，最后由断路器完成最后的跳闸操作程序，防止跳闸后所有线路出现故障现象，形成更加绝对安全可靠的保护作用。

1.2 电流速断保护

电流速断保护是利用电流速断型的保护元件来实现线路保护的。其原理如图1所示。

从图1可看出，电流速断保护是通过检测电流的变化来判断故障部位，从而快速切除故障。当线路出现接地短路故障现象后，故障电流会经过线路两侧的母线上。线路两侧的母线上各有一组电流互感器，每组电流互感器对两侧母线上的电流进行测量。如果两侧母线上的电流值相等，则说明发生了接地短路故障问题，这时保护装置通过比较两侧母线上的电流差值来判别故障部位[1]。

1.3 距离保护

距离保护是比较常见的保护手段。距离保护原理是利用短路点与故障点之间的阻抗，即短路点到故障点的距离来鉴别故障元件。距离保护的选择性主要取决于线路末端故障之间的比较，也就是取决于短路点与电源之间的距离。为了提高距离保护的选择性，应在线路末端安装短路元件，同时按一定规律整定距离保护定值。当距离元件动作时，以最大运行方式切除故障元件。当系统发生相间短路或接地短路时，保护动作于跳开相邻线路或断路器。根据保护的选择性原理，可以划分为后备保护和主动保护两种类型。而在110kV 及以上电压等级中，通常使用后备保护作为主要的保护手段。

2 某110kV 变电站继电保护设计与整定

2.1 线路保护设计与整定

从特点角度来看，110kV 变电站线路具有较高的绝缘水平，在运行过程中不容易出现故障，因此一般不需要采取特别的保护措施，通常采用相应的非故障线路进行保护。由于110kV 变电站线路具有较长的运行距离，一般长度超过30km，因此需要在线路上安装相应的保护装置。110kV 变电站线路保护装置通常有以下几种：一是重合闸；二是速断保护；三是距离保护。

重合闸是一种开关设备，能够对线路上发生的故障进行切除，避免对用户以及电网产生不良影响；速断保护是指线路发生故障时，速断保护会立即动作跳闸，对用户进行供电。距离保护是指当线路发生故障时，距离保护会自动启动，通过相关程序及时切除故障线路。而在后续设计的过程中，通常不需要设置专门的高低压隔离开关，110kV 变电站线路通常都是由独立的母线组成，因此在设计过程中可不需要设置相应的高低压隔离开关。

110kV 变电站线路一般都是架空线形式。由于架空线具有较高的绝缘水平以及可靠性强等特点，因此一般不存在较大的故障隐患。同时，由于架空线具有较好的灵活性以及可靠性等特点，因此在设计过程中一般不会受到外界因素的影响，有利于保护110kV 变电站线路正常运行。在铺设方式选择方面，由于电缆具有绝缘性能较好、铺设方便等特点，因此在设计过程中可采用电缆敷设方式进行输电。而在进行架空线设置的过程中，可通过相关公式对线路过电流保护的动作电流进行整定，具体应用采用的公式为：

其中，Krel 表示可靠系数，参数值范围在1.25～1.35，Kst 表示起动系数，通常由电流负荷性质所决定。Kre 表示返回系数，参数值一般取0.85。

另外，在线路保护装置配置及原则方面，在110kV 变电站中，线路保护装置主要包括高压侧和低压侧，通常情况下，高压侧的保护装置配置较为复杂，低压侧的保护装置相对简单。在设计线路保护装置时，要求充分考虑变电站的具体情况，还要对变电站的供电可靠性进行全面分析。通过对变电站的实际情况进行全面分析之后，可以有效确定线路保护装置配置以及原则，从而保证变电站能够正常、安全运行。最后在对110kV 变电站线路进行设计时，还要充分考虑110kV 变电站中不同设备的特点，并根据实际情况合理选择其中一种或两种方式。

在对110kV 变电站线路进行设计时必须遵循以下原则：首先，110kV 变电站线路与其他类型的电网相比具有特殊性，所以在设计时充分考虑110kV变电站的具体情况，并根据实际情况制定合理有效的线路保护设计方案。其次，在对110kV 变电站线路进行设计时要充分考虑线路运行环境以及运行特点，只有这样才能保证110kV 变电站线路能够正常运行；最后，在对110kV 变电站线路进行设计时，充分考虑各个设备之间的关系，以及设备之间的配合关系。同时，在设计过程中需要根据设备特点，以及实际情况选择相应的保护措施。

2.2 母线保护设计与整定

母线在变电站内承担着电能的流动，在110kV 变电站内，母线承担着变压器、线路等设备的供电任务。在实际设计过程中，需要对母线的运行情况进行分析，根据其运行状态对继电保护装置进行选择和配置，以满足继电保护和自动装置的运行要求。110kV 变电站的母线是整个电网的重要组成部分，当系统出现故障时，需要及时切除故障设备，保证供电可靠性。在对母线进行设计时，需要根据电网实际运行情况进行分析，根据其运行状态来选择继电保护装置。在选择继电保护装置时，需要对其可靠性、准确性等因素进行考虑，以便保证继电保护装置能够满足继电保护的要求，避免影响供电可靠性。具体保护配置与整定内容见表1。

表1 母线保护配置与整定表

在确定完保护配置以及整定内容后，在主接线的设计过程中，需要将变电站分为两个部分，即变电站A 和变电站B。在变电站A 和B 之间设置一台主变压器，其配置为单母线分段接线，110kV 主变压器可以设置为两个独立的母线，也可以设置为两个母线，其中一条主变压器母线负责向一条母线供电。在两条母线之间设置一个独立的电源出口开关，当一条母线发生故障时，可以利用该开关来断开另外一条母线。因此，需要重视对母线的选择与效验，并且，通过对温度修正系数的判断完成对主母线的选择。具体判断计算公式如下所示：

其中Qal 表示母线导体长期发热后允许的最高温度，θ 表示母线导体的实际温度，θo 表示母线导体的额定环境温度，当母线温度修正超出一定数值，表面温度趋于稳定，则说明该母线质量性较高，可对其进行选择。

在进行主接线设计过程中，需要对系统的接线方式进行确定。主接线方式的确定通常是根据系统运行的实际情况和相关资料进行分析后确定的。如果系统中有多个变电站需要进行连接，则需要对设计方案进行合理规划，明确每个变电站的接线方式。由于电气主接线是影响变电站运行的重要因素，在主接线确定后，需要对各元件进行配置。根据变电站实际情况，将主变和母线划分为2个区域，其中1号主变采用双套保护系统，2号主变采用两套保护系统，在设计110kV 变电站的继电保护时，需要结合实际情况确定各元件的具体配置方案。

同时，在进行继电保护设计时，还需要考虑到变电站的实际情况。例如，在进行某110kV 变电站保护配置时，需要根据变电站实际情况和相关规定，确定继电保护系统的具体配置方案。此外，还要根据母线的实际情况进行继电保护装置的选择和配置。根据不同继电保护装置的具体配置方案来确定继电保护系统设计策略。

2.3 变压器保护设计与整定

变电站变压器是电力系统中的主要设备之一，其保护装置的配置水平和技术性能将直接影响变电站的安全运行。110kV 变电站变压器一般是由4台或6台主变压器组成，每台主变压器都由多个不同容量的绕组和几组主变压器线圈构成，而每个绕组都有多条连接线，每根连接线上都装有相应的断路器和接地开关。在正常情况下，主变及各相之间的电流可以通过多根连接线互相传导，从而实现平衡。但是一旦发生故障或过负荷时，这种电流就会明显增大，而通过连接线的电流则会变小。因此，变压器过电流最大负荷电流整定计算公式为：

其中，Krel 表示可靠系数，取值范围在1.2～1.3，Kre 表示返回系数，去静态继电器最大值，取值范围在0.85～0.95。Imax 表示变压器最大负荷电流二次值，即整定变压器可能增加的负荷电流。

当短路电流大于变压器的额定电流时，连接线上就会出现不平衡电流，如果不采取适当的措施来防止这种不平衡电流对变压器造成损害，那么就会影响变压器的正常运行。根据变压器运行的特点以及各种主变保护装置的功能，在设计和安装主变压器保护装置时应考虑以下原则：主变压器保护装置的配置要遵循“两级、两套、两个主”的原则，即主变保护装置必须由两个厂家分别生产，其中至少应配备一套主变保护装置；在选择断路器和接地开关时，应按照“经济合理、配置简单、性能可靠”的原则进行选择，以确保主变压器保护装置能在发生故障时安全可靠地运行。

在110kV 变电站运行过程中，继电保护系统的应用能够有效提高变电站运行的可靠性和安全性。为了更好地促进110kV 变电站继电保护设计水平的提升，需要相关工作人员在实际工作过程中，结合110kV 变电站的运行环境以及实际需求，积极探索和研究更加科学合理的设计措施。