35kV繼電保護(hù)的配置及整定計(jì)算分析

中國石化海南煉油化工有限公司 張玉林

35kV 變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)中需配置多種設(shè)備，且各類設(shè)備的保護(hù)對象也存在差別，最終形成由內(nèi)而外的全面性安全防護(hù)系統(tǒng)，在此過程中各類設(shè)備的配置目的是實(shí)現(xiàn)對于線路、變壓器和母線及饋出負(fù)荷的保護(hù)，這要求所有配置的設(shè)備都需根據(jù)電氣設(shè)備具有的功能和運(yùn)行方案，對各類電氣設(shè)備的工作狀態(tài)能夠做出相應(yīng)調(diào)整，使該系統(tǒng)能安全經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運(yùn)行,做到在確保安全基礎(chǔ)上能進(jìn)一步優(yōu)化電氣系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量。

1 35kV 變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的配置

1.1 線路保護(hù)系統(tǒng)

目前公司35kV 變電站配置的電氣SCADA 系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對繼電保護(hù)系統(tǒng)的自動控制，整個(gè)電氣系統(tǒng)建成后一直在不斷優(yōu)化提高。在當(dāng)前的線路保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，一方面線路保護(hù)裝置可根據(jù)該系統(tǒng)的本身運(yùn)行狀態(tài)對實(shí)時(shí)的工作參數(shù)和設(shè)定的參數(shù)做出比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某項(xiàng)參數(shù)超出了其設(shè)定值時(shí)線路保護(hù)裝置作出響應(yīng)，從而在一定范圍內(nèi)切斷被控制的線路，同時(shí)其他的線路投入運(yùn)行。這樣既防止線路運(yùn)行中出現(xiàn)了超出運(yùn)行允許值時(shí)對各類線路造成的沖擊，同時(shí)也可提高下游供配電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性；另一方面，對于線路的保護(hù)中，在供配電系統(tǒng)中配置了相應(yīng)的的測量計(jì)量電氣元件，這樣既可把所有的電氣數(shù)據(jù)傳輸給電氣SCADA 系統(tǒng)或上級變電站，以便適時(shí)發(fā)出控制指令，從而使繼電保護(hù)系統(tǒng)可以做出響應(yīng)，從而保護(hù)各類設(shè)備，確保該系統(tǒng)可以維持高效安全平穩(wěn)運(yùn)行。

1.2 變壓器保護(hù)系統(tǒng)

35kV 變電站中的核心設(shè)備是變壓器，變壓器必須要能處于持續(xù)性的可控狀態(tài)，才可以盡可能防止其連續(xù)運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障。關(guān)于對變壓器的保護(hù)配置，一方面要能實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，另一方面要借助通信裝置把所有獲得的信息傳遞給電氣SCADA 系統(tǒng)，而電氣SCADA 系統(tǒng)發(fā)出的控制指令可發(fā)送給其它相關(guān)多種電氣設(shè)備，從而使整個(gè)供配電系統(tǒng)做出正確的響應(yīng)[1]。在變壓器的保護(hù)裝置配置中，一方面會正確安全地配置各類傳感器或變送器，該傳感器的作用是把所有電氣參數(shù)以電平信號或電磁信號模式發(fā)送，由系統(tǒng)中的通信裝置將所有信號都傳遞到控制中心—電氣SCADA 系統(tǒng)，而在各種保護(hù)控制裝置中，要根據(jù)已設(shè)定的運(yùn)行程序和保護(hù)程序及保護(hù)定值分析所有信號的當(dāng)前作用范圍，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某信號已超出允許運(yùn)行上限時(shí)，則要分析該系統(tǒng)的具體運(yùn)行過程，系統(tǒng)中本身是否存在的運(yùn)行故障，還要根據(jù)各類控制信息對可能存在的運(yùn)行故障做出預(yù)測，之后把這類信號以聲光報(bào)警或動作跳閘的形式傳遞給電力調(diào)度或運(yùn)行值班人員，從而實(shí)現(xiàn)并加強(qiáng)了對運(yùn)行變壓器的日常運(yùn)行維護(hù)監(jiān)管力度。

1.3 母線保護(hù)系統(tǒng)

35kV 變電站的母線保護(hù)工作，能夠從根本上決定該變電站能否處于正常運(yùn)行狀態(tài)，在系統(tǒng)的保護(hù)配置工作中，一方面要通過繼電保護(hù)裝置的配置，分析當(dāng)前母線系統(tǒng)中，是否會在出現(xiàn)了干擾的電子感應(yīng)信號時(shí)，該系統(tǒng)中已經(jīng)配置的各類設(shè)施，能夠?qū)⑦@類干擾消除，以免造成誤動。另一方面，在當(dāng)運(yùn)行的母線出現(xiàn)預(yù)警或跳閘信號時(shí)，母線實(shí)際已經(jīng)完全出現(xiàn)或者部分出現(xiàn)故障，傳感器要能夠迅速將這類信息傳遞給控制中樞，當(dāng)發(fā)現(xiàn)這類信息存在或出現(xiàn)嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)或故障時(shí)，該報(bào)警信息應(yīng)能夠立即被電力調(diào)度或運(yùn)行值班的相關(guān)人員所識別，之后立即投入相應(yīng)的報(bào)警復(fù)位或故障排除工作，以避免電氣系統(tǒng)異常運(yùn)行或?qū)е码姎夤收蠑U(kuò)大。

2 35kV 變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的質(zhì)量保障

2.1 繼電保護(hù)設(shè)備的檢查

繼電保護(hù)系統(tǒng)中配置有多種電氣設(shè)備，其中應(yīng)用的所有設(shè)備都須經(jīng)過全面的事前檢查，如對于某型號的保護(hù)裝置，在檢查時(shí)要研究其能否承擔(dān)的電流運(yùn)行上限，同時(shí)對響應(yīng)動作的發(fā)出時(shí)間、響應(yīng)動作等信息做出精準(zhǔn)控制，在狀態(tài)的運(yùn)行調(diào)整方案中要做出協(xié)同處理，在得到各類信息后則需對相關(guān)信息和各類工作參數(shù)做出進(jìn)一步的調(diào)整。對于數(shù)量較多的繼電保護(hù)裝置可采用抽樣檢查的方法，對樣本空間內(nèi)所有設(shè)備做出破壞性檢查工作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)該設(shè)備運(yùn)行過程可滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)則確定該批次的設(shè)備可以投用。

2.2 配置方案調(diào)整

對于各類設(shè)備保護(hù)配置方案調(diào)查時(shí)，首先需確認(rèn)在考慮配置過程中是否是根據(jù)設(shè)計(jì)的相關(guān)方案分析繼電保護(hù)設(shè)備的裝配位置、裝配要求和狀態(tài)流程，且要審核是否存在設(shè)計(jì)漏項(xiàng)等，從而確保在繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可有序有效地防范系統(tǒng)中存在的各類風(fēng)險(xiǎn)[2]；其次要實(shí)現(xiàn)對于各類繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)查，可通過試運(yùn)行方法研究當(dāng)前所有設(shè)備是否能正確傳回信號，當(dāng)發(fā)現(xiàn)無論何種調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)都無法取得各類信息，可確定該設(shè)備本身就存在問題，要能夠在試運(yùn)行階段直接將此類設(shè)備拆除或替換；最后是根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在系統(tǒng)中配置冗余裝置，該裝置在系統(tǒng)的日常運(yùn)行過程中處于備用狀態(tài)，而在某設(shè)備故障或無法運(yùn)行時(shí)立即投入該設(shè)備，且保證該設(shè)備能夠?qū)τ诠收系陌l(fā)生區(qū)域和故障設(shè)備的類型進(jìn)行報(bào)警或動作跳閘，以保證能夠在后續(xù)的故障排除過程中可發(fā)揮應(yīng)有的作用。

2.3 運(yùn)行狀態(tài)跟蹤

在繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的分析過程中，要根據(jù)日常各類設(shè)備和系統(tǒng)所傳回?cái)?shù)據(jù)的模式進(jìn)行分析。在實(shí)際工作中，一方面要根據(jù)調(diào)度或運(yùn)行值班人員所反饋的結(jié)果分析當(dāng)前所有設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，如某反饋信息是雖然整個(gè)系統(tǒng)在故障發(fā)生時(shí)能第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)信息、但存在故障發(fā)生地點(diǎn)的錯(cuò)誤定位問題，發(fā)生概率為5%，發(fā)現(xiàn)該參數(shù)已高于系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的允許參數(shù)上限，則在后續(xù)工作中要根據(jù)當(dāng)前所有設(shè)備的運(yùn)行原理和運(yùn)行要求分析這一問題的發(fā)生原因，之后由專業(yè)人員對相關(guān)故障進(jìn)行排除或調(diào)整相應(yīng)的設(shè)定值，從而提高該系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定度或報(bào)警的準(zhǔn)確性；另一方面要根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的相關(guān)參數(shù)對整個(gè)系統(tǒng)不斷完善，比如在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)當(dāng)前工作無法覆蓋全部的功能，如無法對變壓器溫度、電機(jī)運(yùn)行時(shí)間、故障的類型、原因和設(shè)備本身信息做出顯示，則在該系統(tǒng)的后續(xù)升級優(yōu)化過程中，必須要能夠?qū)崿F(xiàn)對于以上問題加以改造，以使該系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量本質(zhì)安全得到不斷升級優(yōu)化。

2.4 系統(tǒng)性能調(diào)整

系統(tǒng)的性能調(diào)查要覆蓋兩方面：一是在整個(gè)系統(tǒng)建成投用后的試運(yùn)行階段，通常情況下繼電保護(hù)系統(tǒng)有可能會出現(xiàn)電氣參數(shù)超限現(xiàn)象，或電力系統(tǒng)在異常運(yùn)行時(shí)繼電保護(hù)系統(tǒng)未能在第一時(shí)間做出響應(yīng)動作。在系統(tǒng)的試運(yùn)行階段，可采用在一定范圍內(nèi)超出電力負(fù)荷的工作參數(shù)，通過對該參數(shù)的使用，分析當(dāng)前的繼電保護(hù)系統(tǒng)是否能按照設(shè)計(jì)要求做出正確的響應(yīng)工作。當(dāng)發(fā)現(xiàn)無法滿足這一工作要求時(shí)則可確定在目前的系統(tǒng)配置過程中存在問題，要適時(shí)進(jìn)行變更；二是在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中的性能調(diào)整，在具體工作中，要根據(jù)電力調(diào)度或電氣運(yùn)行值班人員主動提供的反饋意見和建議研究當(dāng)前所需要加入的其他功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定度和運(yùn)行質(zhì)量的完善性進(jìn)行分析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其中需要存在的功能未能建設(shè)時(shí)則要在系統(tǒng)中逐步加入。

3 35kV 變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的整定計(jì)算

3.1 主變壓器的整定計(jì)算

35kV 變電站的主接線通常為單母線分段方式，且會把電源的進(jìn)線配置成A 線和B 線，與其相對應(yīng)的母線分別稱為A 段母線和B 段母線，分別由兩段母線上的兩臺變壓器帶所有負(fù)荷，因此在變壓器的整定計(jì)算時(shí)要綜合考慮所有負(fù)荷線路的電氣參數(shù)，一方面要分析電路的速斷保護(hù)能力，在該過程中需要使用差動速斷電流、故障電流進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)發(fā)現(xiàn)主變壓器可以規(guī)避外部線路出現(xiàn)故障時(shí)，以及變壓器由于本身故障產(chǎn)生的涌流時(shí)，則會在變壓器中生成不平衡電流，所以整定計(jì)算過程可按照最大的不平衡電流值對整定值進(jìn)行核算[3]。

該過程中必須要能夠科學(xué)估算最大電流值，而依據(jù)是在變壓器中電壓恢復(fù)瞬間產(chǎn)生的勵(lì)磁電流，通常該最大電流值為正常參數(shù)的3至5倍，其中小容量的變壓器取值5倍，大容量的變壓器需要取值3倍。之后根據(jù)核算過程的計(jì)算公式對于各類參數(shù)做出計(jì)算，而在短路故障發(fā)生之時(shí)可能會在整個(gè)變壓器內(nèi)部產(chǎn)生最大電流參數(shù)，之后在整定計(jì)算過程也要考慮該設(shè)備的運(yùn)行靈敏度，通過對該參數(shù)的測試可找到兩個(gè)參數(shù)間的配合關(guān)系，最終求取電流速斷的響應(yīng)參數(shù)延遲時(shí)間。另一方面是分析該系統(tǒng)對于電能的保護(hù)能力，該過程中需根據(jù)變壓器的額定電流參數(shù)獲得具體的保護(hù)參數(shù)，通過對相關(guān)公式的使用，再加上一些的經(jīng)驗(yàn)值，就可實(shí)現(xiàn)對于各類參數(shù)間的有序配合。

3.2 斷路器的整定計(jì)算

在復(fù)雜的電氣系統(tǒng)保護(hù)工作中要根據(jù)三個(gè)因素進(jìn)行分析，首先是瞬時(shí)電流的保護(hù)工作，要根據(jù)該系統(tǒng)運(yùn)行過程各類故障產(chǎn)生的瞬時(shí)電流，分析各個(gè)電流方向上的最大電流值，在具體處理過程中還需考慮上級的保護(hù)設(shè)定參數(shù)，通常要求該電流數(shù)值不得低于700A 且要分析靈敏度[4]；其次是對于方向限制的電流保護(hù)性能，該過程要能規(guī)避各類線路末端故障對靈敏度的影響；最后是對于不同電能方向的過電流保護(hù)工作，要根據(jù)系統(tǒng)的最大電負(fù)荷值對繼電保護(hù)工作進(jìn)行整定核算，通過具體的分析工作給出相應(yīng)的定值參數(shù)，并確定各類故障的靈敏度參數(shù)。

綜上，35kV 變電站的繼電保護(hù)工作中，需實(shí)現(xiàn)對于母線的保護(hù)、變壓器的繼電保護(hù)、各類線路的繼電保護(hù)等，在繼電保護(hù)工作中需根據(jù)已配置了的自動化系統(tǒng)對所有設(shè)備做出相關(guān)的響應(yīng)動作，同時(shí)也要確保所有設(shè)備的建設(shè)質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。在系統(tǒng)建設(shè)過程要分析主變壓器的整定計(jì)算和線路的整定計(jì)算兩個(gè)項(xiàng)目，以確保該系統(tǒng)可高質(zhì)量安全運(yùn)行；在系統(tǒng)運(yùn)行過程中要不斷總結(jié)、不斷優(yōu)化，才能夠在確保設(shè)備本質(zhì)安全的前提下實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)長期運(yùn)行。