超高压电网线路距离保护延时段整定计算

超高压电网线路距离保护延时段整定计算

刘登峰7 柳焕章G 李银红7 段献忠7

&7*华中科技大学湖北省电力高效与安全重点实验室!湖北省武汉市M I H H L M +

G *华中电力调度通信中心!湖北省武汉市M I H H L L

'摘要 按照逐级逐段配合原则整定超高压电网线路距离保护*段会因多级同段配合而导致动作时

延过长 这在线路故障主保护拒动时将严重威胁系统安全 提出了一种距离保护延时段整定计算方案 方案中距离保护*段只与相邻线路纵联保护配合 若不能满足灵敏度要求 则采用灵敏度调

整函数适当提高灵敏度使其能够反应本线路绝大部分故障

同时增加距离保护*段延时以确保选择性 并从灵敏度补充的角度将距离保护+段当成传统的距离保护*段使用 由其确保灵敏度满足规程要求 算例分析表明了该整定方案能够保证距离保护的选择性和灵敏性 并能兼顾速动性 配合逻辑简洁 方便程序实现 关键词 超高压线路 距离保护 延时段 整定计算中图分类号 #!L ]M

收稿日期 G H H T .H I .7J 修回日期 G H H T .H ].H M

!引言

电力系统的稳定运行主要由符合要求的电网结构#系统运行方式和继电保护来保证"大区电网互

联和电力运行体制市场化!

在提高电力系统运行效率和经济性的同时往往使电力系统运行在稳定极限

边缘!

对处在/三道防线0前沿的继电保护装置的/四性0提出了更严格的要求$7.G %

"在高压及以上等级电

网中!

继电保护装置的可靠性和速动性主要由双重化的主保护保证!而其选择性和灵敏性主要由相间

和接地故障的后备保护延时段保证$I %

"由于零序电流保护存在易受系统运行方式影响和整定复杂的缺点而被定位为接地距离保护的补充!因此!主要由相间和接地距离保护延时段来确保选择性和灵敏性"

在强化超高压电网结构的过程中!电网接线出

现了大量的平行线路#

短线路#短线路群和环网!在按照逐级逐段配合原则整定距离保护延时段时不仅

过程极为复杂!

而且在长短线间#双回线间等配合情况下灵敏度难以满足规程要求"特别需要注意的是!经多级同段配合后距离保护延时段的动作时间会整定过长!在线路故障主保护拒动时将严重威胁系统安全!因此迫切需要对距离保护延时段的整定

计算进行合理简化$M

%!而对距离保护延时段整定计算进行简化的合理性有赖于主保护的性能"目前!继电保护技术的显著进步和通信技术的飞速发展大大提高了超高压电网线路主保护的可靠性和速动性!降低了线路对后备距离保护的需求!这为距离保

护延时段整定计算的合理简化提供了必要条件"

在对作为高压及以上等级电网后备保护的距离保护整定计算现状进行分析的基础上!本文提出了一种能够确保灵敏性#选择性并兼顾速动性的距离保护延时段整定计算方案"

!距离保护整定计算现状

* !阶段式距离保护

距离保护反应故障点到保护安装处的距离!具

有选择性和灵敏性较好#

保护范围受系统运行方式变化影响小#躲负荷电流能力强等优点!在高压及以

上等级电网中广泛用作后备保护$K %

!并因电源支路助增导致用作远后备时灵敏度不足而按近后备配置"

距离保护一般采用阶梯时限配合的三段式配置方式"距离保护"段要求无延时地可靠切除线路本侧L H f 或J H f 长度范围内的故障+距离保护*段要求能足够灵敏地反应线路末端故障!为此应与相邻线路保护配合+距离+段作为后备段!包括本线路"段#*段保护的近后备#相邻下一级线路保护的远后备!甚至反向母线保护的后备" * !距离保护延时段整定计算现状

,G G HE _)L K HE _电网继电保护装置运行整定规程-&以下简称,规程-'对三段式距离保护延时

段的整定计算作了详细规定"以超高压电网中基于助增系数法的接地距离*段整定为例!在配合元件为线路时!结合实际整定情况对其整定步骤归纳如下(

7

'首先按下式与相邻线路纵联保护配合&,规)

7])第I I 卷!第7T 期G H H T 年7H 月7H

日

_2B *I I !?2*7T

U 3'*7H !G H H T

程-规定距离*段首先与相邻线路距离"段配合!但

在超高压电网实际整定中往往是首先与相邻线路纵联保护配合'(

-#(B E -B 8B E B \-B

<6#=6

2

4/0&7

'校核保护灵敏度!若灵敏度满足要求则配合完毕!若不满足要求则转入步骤G "

G '按下式与相邻线路接地距离*段配合(-#(B E -B 8B E

B \-#<6#=4/0&6#

<8,6!64+62'&G

'再校核保护灵敏度!若灵敏度满足要求则配合完毕!若不满足要求则转入步骤I "

I '按保证灵敏度整定(-#)B -,0*4/0-B

6#=4/0&6#

<8,6!64+62

'&I

'以上式中(-B !-*&-B l !-*l '分别为整定线路&配合线路'的正序阻抗和接地距离*段定值+6#&6#

<'!64/0&64+6'

和,6分别为整定线路&配合线路'接地距离保护*段时间定值!

接地距离*段最小&最大'时间定值和时间级差+B E 和B \分别为可靠系数和助增系数+B -,0*4/0为,

规程-要求满足的最低灵敏度"距离+段整定步骤与此相似!即依次与相邻线路距离*段#+段配合整定!若仍不满足灵敏度要求则按保证灵敏度整定" * !存在的问题

根据,规程-!高压及以上等级电网线路距离保护*段间的配合关系可概括为下式(

-#(B E -B 8B E B \--,'

<&M '式中(--,'l 为相邻线路配合定值&-B

l 或-*l '"根据灵敏系数的定义!距离保护延时段在用做近后备时其灵敏度校验公式为(B -,0=-#-B

&K

'!!由式&

M '代入式&K '可得(B -,0(B E 8

B E B \--,'

<-B

&]

'由式&]

'可见(若整定线路长而相邻线路短!则其相邻短线路的正序阻抗-B

l 与整定长线路的正序阻抗-B 的比值会很小!

导致式&]'计算值过小而无法满足灵敏度要求+在双回线与双回线配合时!最小助增系数B \较小!也可能导致无法满足灵敏度要求"

在上述配合情况下!距离*段在与相邻线路纵联保护配合时不满足灵敏度要求!在逐级逐段配合原则下须改与相邻线路距离*段配合"多级距离*段同段配合后动作时间相应地逐级抬高!以致在线末故障#主保护拒动时距离*段无法快速切除故障而严重威胁系统安全"在/加强主保护!简化后备保护0的新形势下!各

高压及以上等级电网在简化后备保护尤其是距离保护延时段的配合关系和整定计算方面开展了大量的

研究工作$M !].7G %

"文献$]

%建议在逐级逐段配合原则下对长短线配合困难等情况可考虑距离*段动作定值与相邻线双高频保护配合!而动作时间仍按逐级

配合原则整定!

这并没有根本解决*段动作时延过长的问题"文献$L %

建议在逐级逐段配合原则下若距离*段动作延时大于G *H-时建议设置开环点!即以牺牲选择性来换得速动性"文献$J %

建议在动作定值上与相邻线路纵联保护配合而在时间定值上

与失灵保护配合!

但距离*段在动作定值上只与相邻线路纵联保护配合时可能灵敏度过低而无法反应线路末端故障!为保证灵敏度必然牺牲选择性!同样是以选择性来换得速动性"在满足超高压电网对距

离保护延时段选择性和灵敏度要求的前提下!

如何兼顾速动性并有效简化配合关系和整定计算!从而实现距离保护延时段灵敏度#选择性和速动性的最佳融合!是一个值得研究的问题"

!距离保护延时段整定计算研究

* !基本思想

为了避免距离*段多级同段配合后动作时间抬高而影响动作速度!距离*段只与相邻线路纵联保护配合而不与相邻线路距离*段配合"若由这种配

合原则得到的灵敏度能够满足,

规程-的要求!即取得了完全配合!则属于最佳的整定结果"但在超高压电网中普遍出现的长短线配合#双回线间配合的整定配合环境下!由这种配合原则得到的灵敏度可能不满足,规程-的要求!对此问题可从以下G 个方面予以解决(

7'适当提高距离*段灵敏度以反应全线绝大部分故障!同时增加*段延时以确保选择性"

,

规程-考虑到线路参数误差#电流互感器传变误差#保护装置测量误差等对保护装置故障反应能力的影响!并在一#二次系统实际的最大综合误差&上述误差的综合'的基础上还考虑了一定的整定裕度!提出了灵敏度要求"实际最大综合误差往往可由电网条件#整定要求和实际经验确定"

若距离*段与相邻线路纵联保护配合取得的灵敏度满足不了,规程-要求!可适当提高"提高的标准是接近或达到与实际最大综合误差相匹配的灵敏度!而不强求满足,规程-要求"因此!有充分理由认为灵敏度经如此提高后能反应全线绝大部分故障"

适当提高灵敏度后!距离*段与相邻线路纵联保护为不完全配合关系"为保证选择性需同步增加

*段动作时间"原始灵敏度提高幅度越大!

则*段)

G ])G H H T !I I &7T

'!

动作时间增加越多"应注意距离*段动作时间上限

要比距离+段动作时间下限少一个时间级差,6

"G '将距离+段作为距离*段灵敏度不足的补充!由其确保满足,规程-对延时段后备保护应有足够灵敏度的要求"

距离+段作为故障切除的总保护段!只在G 套主保护#7套断路器失灵保护和G 套距离*段拒动

后才会动作!

理论上动作机会极小!实际中也少有动作记录"鉴于继电保护及相关技术的发展和距离+段的实际动作情况!应对距离+段重新定位!并在简化距离保护延时段配合关系和整定计算时整体考虑距离*段#+段"

近后备存在的理由是主保护硬件故障&包括通道故障'时后备保护能够正常工作!或者主保护原理上存在缺陷或灵敏度不足时后备保护能够补充"因此!可从灵敏度补充的角度将距离+段定位为距离

*段的后备!

将距离+段当成传统的距离*段使用"这意味着在距离*段能反应全线绝大部分故障的情

况下!

距离+段作为距离*段在极少部分线末故障时灵敏度不足的补充"

根据,规程-中/带延时的线路后备灵敏段保护&例如距离*段'!在被保护线路末端发生金属性故障时!应有足够的灵敏度0的规定!由于微机保护将各段距离保护集成在同一

在由距离*段与相邻线路纵联保护配合得到的灵敏度满足不了要求时!可引入灵敏度调整函数来适当提高灵敏度"调整函数78可表示为(

B -,0<=78&B -,0'&L '式中(B -,0为距离*段与相邻线路纵联保护配合得到的原始灵敏度+B -,0

l 为经调整后的灵敏度"调整函数78应能实现以下目标(7'B -,0满足,规程-要求时!直接按此灵敏度整定!取得完全配合"G 'B -,0不能满足要求时!

将其提高至接近或达到与实际最大综合误差相匹配的灵敏度"

分段调整函数78能方便地实现上述目标!下式为根据实际整定经验给出的一个示例(

78&B -,0'

=7m &B -,0*4/0>7'G

B -,0*4/0>78B -,0*4/0>B -,0!!!B -,0#B -,0*4/0

B -,0!!B -,0)B $%&-,0*4/0

&J '式中(B -,0*4/0为,

规程-要求满足的最低灵敏度"为了保证选择性!在适当提高灵敏度后需要同

时增加距离*段动作延时!可利用时间函数76达到此目标"76可采用分段函数!分段数要考虑相间*接地距离*段最小动作时间#距离+段最小动作时间#微机保护计时特性以及实际整定经验等因素"下式为根据实际整定经验给出的一个例子(

76&B -,0'=64/0!!!!B -,0)B -,0*4/064/08,67(B -,0#B -,0*4/0

64/08G ,6B -,0#$%

&7

&T

'式中(64/0对于接地距离*段可取

H *K-!对于相间距离*段可取H *I-+,

6一般取H *I-"上述函数的特性曲线如图7所示"

图=!灵敏度调整函数和时间函数特性曲线>'2?=!!+","$&-,'.&'$.(*.-).'&'8'&;"47

%.&1-)&*%)$&'()")4&'1-.-&&')2*

%)$&'()图7横坐标B -,0为原始灵敏度!

纵坐标为调整后的灵敏度B -,0l 或者距离*段时间定值6*"

据上述研究!距离*段整定步骤为(7

'按距离*段与相邻线路纵联保护配合得到原始灵敏度B -,0"G '将步骤7得到的原始灵敏度B -,0代入灵敏度

调整函数78和时间函数76!

即可得到调整后的灵敏度B -,0l 和时间定值6*"I '将步骤G 得到的B -,0l 乘以线路正序阻抗-B !便得到阻抗定值-*" * * !距离保护 段整定实现方案

若距离*段与相邻线路纵联保护配合得到的原

始灵敏度B *-,0能满足,规程-要求!即B *

-,0)B

-,0*4/0!则由式&7H

'可知(距离+段与相邻线路距离*段配合整定得到的灵敏度B +

-,0

一定也能满足,规程-要求"动作时间按延时躲振荡的要求常取7*K-

"!!B $

-,0h -+-B

h B E -B m B E B \-#<-B h B E m B E B \-*l -B "B E m B E B \-B l -B

h B *

-,0

&7H '!!若距离*段原始灵敏度B *

-,0

不能满足要求!即B *

-,0(B

-,0*4/0!则从灵敏度补充的角度将距离+段作为距离*段的后备并由其确保满足灵敏度要求"而由式&7H '可知+段在与相邻线路*段配合时灵敏度B +-,0不一定大于B -,0*4/0"若B +

-,0"B

-,0*4/0!则+段与相邻线路*段配合时灵敏度仍可满足要求!

动作时)

I ]) 研制与开发 !刘登峰!等!超高压电网线路距离保护延时段整定计算

间仍取7*K-"若B+

-,0#B-,0*4/0!则改与相邻线路距

离+段配合整定!动作时间按阶梯原则整定&6

+h 6+l m,6'!但不得大于G-+若灵敏度仍小于B-,0*4/0则按保证灵敏度整定"

需要注意的是!在对微机保护装置的重合闸后加速控制字进行整定时!若距离*段灵敏度能满足,规程-要求!则控制字/加速距离*段0置/70+如距离+段保证灵敏度满足,规程-要求!控制字/加速距离+段0置/70"

!算例分析

以图G所示的某实际超高压电网的局部网络为例!在传统逐级逐段配合原则和本文提出的方案下利用整定计算软件分别整定计算得到接地距离*段#+段的动作定值和时间定值!如表7所示"

表7中的旧定值是在传统配合原则下整定得到的!*段动作时间旧定值证明了在传统配合原则下经同段多级配合后*段动作时间确实过长!在该网络中*段有I处动作时间长达7*L-!同段配合级数达到M级+有]处保护动作时间长达7*M-!同级配合级数达到I级"表7中的新定值是在本文方案下整定得到的!*段只在G处具有最长动作时间7*7-"对比分析表中*段#+段新旧定值!可以发现(采用传统配合原则!经距离*段同级多段配合后!不仅*段动作时间定值过长甚至接近+段动作时间!而且还抬高了与*段相配合的+段动作时间+但在采用本文方案后!不但可以大大降低*段动作时间!还显著降低了+段动作时间

"

而且方便程序实现!并已在实际超高压电网整定计算中得到了应用"

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探讨*广西电力!G H H ]&I '(M L .M T *

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I 7&T '(T 7.T M *

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电力系统自动化!G H H I !G L &7G '(T K .T L *

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%廖晓玉!张太升!杜凌!等*继电保护整定计算的简化*继电器!G H H I !I 7&J '(]L .L 7*

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$7G

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R 9U ?N R /+21Q !\=U [V /+P /!\="U R /+!,'+B *:,-,+C 3&201+-'2(,C +'/0O Z +3E Q ((

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-',4-!G H H I !G L &77'(M K .M L *刘登峰 7T J G 男 通信作者 博士研究生 主要研究方向 电力系统继电保护整定计算 >.4+/B &Q -'B /Q 51,0O !7]I *324

柳焕章 7T K M 男 高级工程师 主要研究方向 电力系统继电保护运行管理和整定计算

李银红 7T L ] 女 副教授 主要研究方向 电力系统分析 电力系统整定计算及电力系统信息化

C &%4;()C -&&')2!"#$%#"&'()(*E '.&")$-M ,(&-$&'()@'1-64-#";I

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