11OkV线路接地距离Ⅲ段整定原则的探讨.pdf

第 3 6卷 第 l 9期 2 0 0 8 年 l 0月 1日 电 力 系 统 保 护 与 控 制 po we r s y s t e m p r o t e c t i o r i a n d co n t r o l vb1 - 3 6 no 1 9 0c t 1 2 0 0 8 1 1 o k v线路接地距离i i i 段整定原则的探讨 魏 莉 ，郑 涛 ，雷玉莲 ，张育生 ( 1 固原供 电局 ，宁夏固原 7 5 6 0 0 0 ； 2 华北 电力大学，北京 1 0 2 2 0 6 ) 摘要：通过一起 1 1 0 k v 线路接地距离i i i 段保护在线路末端变压器 3 5 k v 侧母线故障时越级误动事件的分析，提出接地距离 i 段保护定值及时限在整定上的改进措施。使 1 1 0 k v线路接地距离i i i 段保护定值和时限与相间距离i i i 段保护的定值及时限 按照相同原则整定。既可以提 高远后备灵敏度，同时加强了远后备对相邻 电力设备安全性的保障。 关键词： 接地距离i i i 段；越级误动；整定原则；灵敏度；可靠性 re s e a r c h o f s e t t i n g me t h o d o f g r o u n d d i s t a n c e z o n e - p r o t e c t i o n f o r 1 1 0 k v t r a n s mi s s i o n l i n e w e i l i ，zheng t a o le i yu 1 i a n ， zhang yu s h e n g ( 1 gu y u a n p o w e r s u p p l y b u r e a u ， g u y u a n 7 5 6 0 0 0 ， c h i n a ； 2 no r t h c h i n a e l e c t ri c p o w e r u n i v e r s i t y ， b e i j i n g 1 0 2 2 0 6 ， c h i n a ) ab s t r a c t ： ba s e d o n a n a l y s i s o f mal o p e r a tio n o f g r o u n d d i s t a n c e z o n e i i i p r o t e c ti o n f o r 1 1 0 k v t r a n s i i l i s s i o n l i n e wh i c h i s c a u s e d b y f a u l t p h a s e t o p h a s e o c c u r r e d o n 3 5 k v b u s b a r o f t r a n s f o r me r an i mp r o v e d s e t t i n g me tho d for g r o u n d d i s t a n c e z o n e i l l p r o t e c ti o n i s i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r i n o r d e r t o i mp r o v e t h e s e n s i t i v i t y an d r e l i a b i l i t y o f f a r b a c k - u p p r o t e c tio n ， s e t ti n g v a l u e s a n d o p e r a ti n g t i me a d o p t e d i n g r o u n d d i s t a n c e z o n e i i i p r o t e c ti o n s h o u l d b e e q u al t o t h o s e i n p h a s e t o p h a s e d i s t a n c e z o n e i i i p r o t e c t i o n t h i s p r o j e c t i s s u p p o r t e d b y n a ti o n a l na t u r a l s c i e n c e f o u n d a t i o n o f c h i n a ( no 5 0 6 0 7 0 0 6 ) ke y wo r d s ： g r o u n d d i s t an c e z o n e i ； mal o p e r a t i o n： s e t t i n g me t h o d： s e n s i t i v i ty： r e l i a b i l i t y 中 图分类号 ： t m7 7 文献标 识码 ： a 文 章编号： 1 6 7 4 3 4 1 5 ( 2 0 0 8 ) 1 9 0 0 6 3 0 4 0 引言 3 1 l o k v 电网整 定 规程 没有 明确 列 出 l l o k v 线路接地距离保护的整定原则 ，整定人员通常参照 2 2 0 k v及以上电网输 电线路接地距离保护整定原则 作出整定。因 2 2 0 k v和 1 1 0 k v线路末端变压器其 它侧分别连接着不同电压等级的中、低压系统，如 2 2 0 k v变压器中压侧一般是 1 1 0 k v中性点直接接 地系统，而 l l 0 k v变压器 中压侧一般则为 3 5 k v 小电流接地系统。因而 1 1 0 k v线路完全参照 2 2 0 k v 线路接地距离保护的原则整定，存在一定的不适用 性，主要表现在接地距离i i i 段保护动作时间的整定 配 合 方面 。 即，作 为发 生接地 故 障 时的保 护 ，接地 距离保护i 段的动作时间是按照与零序 电流i 段相 同原则整定?还是应该按照与相间距离i i i 段保护的 动作延时相 同来整定? 本文通过对一起 1 1 0 k v线路接地距离i i i 段保 护 ，在线路末端变压器 3 5 k v侧母线故障时越级误 动事件的分析，明确指出接地距离i n 段保护定值及 基金项目：国家自然科学基金资助项 目 ( 5 0 6 0 7 0 0 6) 时限在整定上的改进办法： 使 1 1 0 k v线路接地距离 i i i 段与相间距离i i i 段保护的定值及时限按照相同原 则整定。这么做既能提高远后备的灵敏度，同时加 强了远后备对相邻 电力设备安全性的保障。 1 1 1 0 k v线路接地距离i i i 段保护动作分析 1 1故障简述 3 5 k v 2 7 s 跳j 三 侧 图 1系统一次接线简图 ( 接地距离保护定值变更前后的比较) fi g 1 s c h e m i c d i a g r a m o f s y s t e m p r i ma r y c o n n e c ti o n ( c o mp a r i s o n b e t w e e n c h ang e d s e t t i n g v alu e s a n d u n c h a n g e d s e t t i n g v a l u e s o f g r o u n d d i s t a n c e p r o t e c t i o n) 6 4 电力 系统保护与控制 某年 6月 5日，1 8时 1 6分 3 5秒 9 3 7 m s ，m变 电站 l 1 2 4线路接地距离i i i 段保护动作，l 1 2 4断路 器跳闸，1 s 后重合成功， 线路恢复正常运行。图 1 为系统一次接线简图。 1 2保 护 动作原 因分析 线路保护型号为 r c s 一 9 4 1 a( 南瑞) ，接地距离 保护二次整定值 分别为： i 段 4 0 6 q o s ， i i 段 1 1 7 q o 6 s ，i i i 段 1 8 9 q o 9 s ；c t变 比 3 o o 1 ， p t变 比 1 1 0 0 1 。图 2为保护录波图。 fi g2 the r e c o r d of l i n e pr ot e c t i on 1 ) 保护测量阻抗 ( 以a相为例) 为： = ： 1 5 q ( i a- 8 6 4 a 4- ss v 2 )从保护安装处到故障点 ( n站 3 5 k v母线 ) 的短路阻抗二次值为： 0n ， 1 z =( 1 8 6 6+3 7 4 6 ) x二 二 二 r二 ：1 5 3 1 q l 1 o o 3 )通道录波采样数据显示零序电流为 0 。 4 )保护测距 1 5 9 5 k m ，超出线路全长；y s 一 8 a 录波器测距 4 4 3 7 k m ，为线路全长公里数。 判断发 生线路 区外故障 ，线路工区查线证实 1 1 2 4 m n全 线路 未发现 故障放 电痕迹 。经 了解 ， 当 时，n变 电站所在地发生雷雨天气 ， n站 3 5 k v线路 3 5 1 2 、3 5 1 3几乎 同时遭受雷击先后跳 闸一重合一再 次跳 闸。 分析认为，3 5 k v线路遭受雷击，感应雷电由 线路被击 中点迅速窜入 n变 电站 3 5 k v母线，母线 发生弧光短路， 从波形图可以看 出， 故障 由b c相间 歇性弧光短路逐渐转换为 a b c三相故障。 由于 3 5 k v 母线一般不设专用母线保护 ，其故障主要依靠主变 3 5 k v复压闭锁过流保护 ( 二次定值： 5 5 a 2 4 s ， c t变 比 6 0 0 5 )延时切除。在 1 # 主变 3 5 k v侧过流 保护 2 4 s延时时间之 内，上一级电源侧 1 1 2 4 线接地距离保护 的测量阻抗进入了接地阻抗i i i 段动 作特性圆内， 该保护不经闭锁延时 0 9 s出口跳闸。 此次误动的定值属于二类定值，见表 1 。 1 3 保护动作评价 “ 选择性”是继电保护 “ 四性 ” 基本要求之一， 非选择性动作是不期望的，应竭力避免。按照保护 逐级有选择性动作要求，n站 3 5 k v母线故障，首 先应由该站 l # 主变 3 5 k v侧复压过流后备保护延时 2 4 s 切除， m站 l 1 2 4 线路接地距离i i i 段保护 0 9 s 先动作 ，属于非选择性动作，为区外故障越级误动 作。 但是，因为这次越级误动 ， 及时切断故障电流， 消除了对 n站主变压器安全的威胁。同时，提醒整 定人员对变压器 3 5 k v 、 1 0 k v后备保护的配置方案， 对 1 1 0 k v线路接地距离i i i 段保护定值、时限的整定 配合原则的改进深入思考。 2 防范 与改进 这起保护越级动作提示我们，为保证选择性， 接地距离i i i 段保护的延时应当与相间距离i i i 段的延 时一样，按照相间故障的切除时间来逐级配合。 经过缜密考虑，决定提高接地距离i i i 段保护的 动作延时。在此之前，首先必须降低变电站中、低 压侧母线相间故障的切除时间。只有从这两个方面 同时加 强和 改进 ，才 能改 善各级 后备保 护性 能 ，提 高灵敏度 ，缩短动作时间，并保证各级保护的选择 性 。 2 1缩短变电站 3 5 k v母线故障切除时间 变压器运规规定：变压器中、低压侧近区 故障切除时间不大于 2 s 。这是变压器制造标准， 国标 g b 1 0 9 4 5 1 9 8 5规定，热稳定校验的短路持续 时间取 2 s ，是只能计算不能试验的校验。油浸式 变压器的绕组铜导线允许短路 电流的密度为 9 4 3 l a u n ，这个标准必须依靠变压器后备保护的切除时 间来保证。国标规定的 1 1 0 k v及 以上 电压等级变压 器的动稳定时间为 0 2 5 s 。可见缩短 3 5 k v母线短 鼬 一一一 一 一 一一一 。 ， 一 一 一 一一一 ， 一 一+ 一 一抖一 ， 一 。， 一 一 一 =_ ： ll一一 魏莉 ， 等 1 1 0 k v线路接地距 离 i i i 段整定原 则的探讨 6 5 路故障的切除时间，对保证主设备的安全，提高供 电可靠性 ，具有重要意义 。 反措要求 ，为提高变压器低压侧母线故障 切除的可靠性，宜在低压侧设置取 自不同回路 的两 套电流保护。这一要求在局部电网尚无条件实现 。 经过计算校核 ， 发现为数不少的 1 1 0 k v变压器 中压侧后备保护不符合上述要求 。短路 电流超 出变 压器热稳定要求 ，且 3 5 k v侧切除时间大于 2 s 。 对于变压器、母线等主设备 的安全性很不利 。 经论证 ，决定在变压器中压侧投入限时速断保 护 ，用于短延时切除 3 5 k v母线严重故障。针对较 早期的变压器保护装置 ( 如许继 日立部分 s b h - 1 l l 、 四方 c s t 一 2 3 1 b ) ， 缺少相应保护段及延时出口回路， 不能实现中压侧限时速断保护增设需要 的，应仍然 采用 由线路电源侧接地距离保护i i i 段，以较短延时 越级非选择切除的策略方案 ( 定值参见表 1 ，为二 类定值) ，突出保护灵敏性 ，适当牺牲部分选择性 。 具体措施：在 1 l 0 k v变压器 3 5 k v侧增投限时 电流速 断保护 ( 可视具体条件计算确定是否带复压 闭锁 ) ， 定值按照最小运行方式下 3 5 k v母线发生两 相故障有 1 2倍灵敏度整定，延时与本侧出线速 断 ( 0 s )或延时速断 ( 0 2 s )配合，取 0 5 s 跳 分段，0 8 s 跳本侧 ，1 1 s跳三侧。确保快速切除 3 5 k v母线故障，确保 3 5 k v母线、变压器绕组安 全 。 变压器 1 0 k v侧后备保护的切除时间通 常能够 控制在 2 s内，故 1 0 k v侧可视短路电流水平高 低确定是否增设限时速断保护。 2 2 1 1 0 k v线路接地距离i i i 段保护整定原则的改 进 2 2 1 修改线路接地i i i 段整定原则的理论依据 “ 对 y d接 线变压 器 一侧 的相 间 电压在 另一 侧 对应的是相电压，所以线路距离保护若要对 y d接 线的变压器低压侧两相短路起后备作用，应该用接 地距离而不是相间距离继电器进行测量。 ” “ 从原 理上讲，接地阻抗i i i 段保护对末端变压器低压侧故 障实现有灵敏度相 比更容易。 ” 以 a 相为例 ，接地距离采用 的测量原理 是 z a = 或者 z =_ ，在相邻线路末端故 a 1a 十 a 510 障时，上一级线路所在电源侧母线上的零序电压都 比较低 ，零序元件有死区，为了提高i i i 段保护作为 相邻线路末端故障的远后备动作可靠性 ，接地i i i 段 保护一般都不受零序元件的闭锁。这就使得接地距 离i i i 段在 1 0 k v 、3 5 k v中性点非直接接地 系统中发 生相 间短路时，可能发生因测量阻抗进入整定阻抗 范围而动作 。 在图 1 所示系统的变压器 1 0 k v侧发生 a b相间 故障 ，则变压器高、低压侧 电流、电压相量关系如 图 3所示。 u b u j =一 j ， ， “ ( a ) y n t l l 相量关系 ( b ) d 侧相量关系 图3 y nd l 1 连接组别变压器在 d侧 a b 相短路时两侧电压、 电流相量 关系 fi g 3 the ph a s o r r el a t i on be t we e n t wo s i d e v ol t a g e a n d c u r r e nt w i t h a b p h a s e f a u l t a t d s i d e o f y nd 1 1 j o i n t i n g t r a n s f o r me r 高压侧 b相 ( 滞后相)电流最大 ，数值上为故 障相电 流的2 倍， a 、 c两相电流大小相等、方 ， 向相同， 在数值上为故障相电 流的 l 倍， 方向 与 ， b相相反；计及变压器 内部 电抗压降后，高压侧 b 相 电压最低 ，其它两相电压较高；高压侧相 间电压 一 般较 高 ，特别 是 a 、c 相 间电压 最高【 5 】 。故 以 ， ， z a b = 、z b = 原理测量的a b 、 b c 相 1 a 一 1 b 1b 一 1 c ， 间阻抗元件，与采用 z b = 旦一 原理测量 的 b b+ 3 0 相接地阻抗元件相比，后者测量阻抗值更小，能够 更加准确、灵敏地反映 y d变压器后故障的特点。 而在小电流接地系统，发生相间故障，反映到高压 侧 的零序不平衡 电流很小 ( 见图 2 ) ，几乎为零，所 ， 以z = 中的 3 ， 可忽略不计，该式变 t 1 _， r u 1b 1_a 910 ， 为 z b= ，更能够说明：接地距离i i i 段作为变压 b 器低压侧远后备保护 ，性 能要比相间距离i i i 段作为 变压器低压侧远后备保护性能优越。 所 以，应 当采用接地距离i i i 段保护做 y d变压 器中、低压侧相间短路的远后备保护 。 k 、 + = i ； ， 十 * 0 一 6 6 电力系统保护 与控制 具体办法： 使 1 1 0 k v线路接地距离i i i 段保护与 相间距离i i i j 的定值及时限按照相 同原则整定，并 使前者侧重保证相邻变压器低压侧有灵敏度，后者 侧重躲线路事故过负荷并保证相邻线路远后备灵敏 度。 2 2 2几种方案所取整定值的分类 比较 表 1 列举了收集到的国内 l l 0 k v 线路几类不同 定值 设 定方案 的 比较表 ，为便于 说 明，分一 、二 、 三 类 。 表 1 1 1 0 k v 线路几类不同整定值设定方案的比较 t a b 1 co mp a r i s o n o f s e v e r a l d i f f e r e n t d e s i g n s o f s e t t i n g v a l u e f o r0 kv t r a n s mi s s i on l i n e 可 以看出各类定值及时限设定的区别： 一 类 ：接地距离i i i 段动作时间与相间距离i i i 段 动作时间相同。 二类：接地距离i i i 段动作时间与零序 电流i i i 段 动作时间相同。 三类： 接地距离i i i 段与相间距离i i i 段的整定值、 动作时间皆取相同。此为改进后更为合理的定值设 定方式 。 3 结束语 电网最基层从事继 电保护整 定计算工作 的人 员，在现有继 电保护配置的基础上，应从细微处着 眼，以求得改善电网各基础环节保护的灵敏性，尽 可能缩短切除时间，并保证可靠性和选择性。 一 类定值 ，将原本用来反映线路接地保护的接 地距离i 段动作时限整定得与相间距离i i i 段相同， 而不取与零序电流保护时限相同。说明对接地距离 保护性能认识清楚。 二类定值，接地距离i i i 段保护的动作时限与零 序 电流保护末段时限相 同，则应校核其保护范围是 否伸出线末变压器 3 5 k v侧母线，若保护范围虽然 伸 出但动作时间大于变压器 3 5 k v 侧故障切除时间， 则不会发生越级误动作的危险。 第三类定值，综合考虑了前两类 的不利因素， 摒弃其不足 。认为，与其只将接地距 离m段与相间 距离i i i 段动作时间取相 同，不如使接地距离i i i 段的 保护范围也伸长 ，将线路末端变压器中、低压侧母 线的故障都纳入其保护范围，既弥补了相间距离 i 段在 y d 接线的变压器低压侧短路时灵敏度实际可 能不足带来的担忧，同时提高了远后备灵敏度 ，加 强了远后各对相邻 电力设备安全性的保障。应用在 电网结构薄弱环节，可提高风险防范能力。 参考 文献 1 朱声石 高压电网继电保护原理与技术 m 北京： 中国 电力出版社， 2 0 0 5 2 电力系统继 电保护规定汇编 ( 第二版) z 3 国家电网公司十八项电网重大反事故措施 ( 试行)继 电保护专业重 点要求 s 4 南瑞继保、北京四方等厂家继电保护装置技术说明书 z 5 江苏省电力公司 电力系统继电保护原理与实用技术 m 北京：中国电力出版社 ，2 0 0 6 收稿 日期：2 0 0 8 - 0 5 1 9 ： 修 回 日期 ：2 0 0 8 - 0 7 - 2 2 作者简介： 魏莉 ( 1 9 7 1 一) ，女，工程师，长期从事电力系统继电 保护整定计算