基于500 k V线路继电保护配置整定的仿真计算

唐瑞佳

（上海市电力公司市区供电公司运维检修部，上海 200080）

0 引言

继电保护是电网安全运行不可分割的重要部分，它的作用是当电力系统发生故障时，迅速有选择地将故障设备从电力系统中切除，保证系统的其余电气设备快速恢复正常运行；当设备发生异常工作时，迅速发出报警信号，由运行人员手工切除那些继续运行会引起故障的设备。因此，合理地配置继电保护设备，提高整定和校核工作的快速性和准确性，对于电力系统安全、稳定运行，有着十分重要的意义。

本文使用仿真软件对超高压输电线路进行短路计算，并根据电网配置好的各种继电保护装置，按电力系统的具体参数和运行要求，计算和给出所需的各项整定值，运用该方法来提高整定计算的准确性以及减少整定时间。

1 保护理论基础［1］

1.1 光纤电流纵差保护

电流纵差保护是较为理想的一种保护原理，曾被誉为有绝对选择性的保护原理。其原理核心不是延时、方向、定值，而是基尔霍夫电流定律，即流向一个节点的电流之和等于零。它具有良好的选择性，能灵敏、快速地切除保护区内的故障，一般用于高电压等级线路的主保护，由于灵敏度高等特点大多应用于双侧电源网络。双侧电源网络如图1所示［1］。

图1 双侧电源网络

1.2 工频变化量距离保护

比较工作电压△U′OP电源的电动势幅值大小就能够区分区内外的故障。故障附加状态下的电源电动势大小，等于故障前短路点电压的大小，即比较工作电压与非故障状态下短路点电压的大小，就能区分区内外故障。假定故障前为空载，短路点电压的大小等于保护安装处母线电压的大小，通过记忆的方式很容易得到，工频故障分量距离元件的动作判据表达式［1］：

满足该式判定为区内故障，保护动作；不满足该式，判定为区外故障，保护不动。

2 短路电流计算

电力瞬时分析软件（ETAP PowerStation）是个单线图设计工具，采用虚拟实境仿真，具有极高的兼容性，十分容易使用。该分析软件主要有短路电流、负载潮流、电动机启动、瞬时稳定分析、谐波分析、接地系统设计、最佳化电力路径、直流系统分析等功能。仿真计算的系统由2个容量为150 k VA的无穷大电网，2台12 k W的发电机，1台容量为30／30／30／k VA变压器，变比为500／220／35，短路电压百分比Vs为12.5%，若干条架空线构成，其中51XL长400 km，Z1＝Z2＝60.66Ω，Z0＝141.1Ω；52XL，53XL长200 km，Z1＝Z2＝30.33Ω，Z0＝70.5Ω。系统网络有关接线示意图，如图2所示。

本文仿真所整定的线路为51XL，此处以QF51的保护配置为例。500 k V侧由52XL、53XL与51XL并联构成，220 k V侧由21XL、22XL、23XL三条线路构成环网系统，此处不予讨论。

通过仿真得到：在01G、02G、22W全停，52XL、53XL、23XL切除时，51XL的最大负荷电流为4.8 A。用于计算分支系数的短路电流［1］：QF51处距离Ⅱ段的分支系数的短路电流为0.04 k A；QF51处的零序Ⅰ段短路电流为0.11 k A。

3 线路保护配置

3.1 线路保护

线路保护QF51、QF52采用南瑞线路保护装置RCS-931。由文献［2］得到相关配置：

1）主保护为光纤电流纵差保护、工频变化量接地距离保护、相间距离Ⅰ段，控制字配置为“工频变化量阻抗”、“投纵联差动保护”置“1”。

2）后备保护为三段式相间和接地距离保护、多个零序方向过流保护，控制字配置为“投Ⅰ段接地距离”、“投Ⅱ段接地距离”、“投Ⅲ段接地距离”均置“0”。“投Ⅰ段相间距离”、“投Ⅱ段相间距离”、“投Ⅲ段相间距离”置“1”。

3）自动重合闸方式为单相重合闸，控制字配置为“投重合闸”置“1”。“投多相故障闭重”、“投三相故障闭重”，采用多相故障闭锁重合闸投入控制字“1”。

3.2 线路保护整定计算［3－5］

根据上述继电保护配置及短路电流计算，进行相应的整定配置。

1）工频变化量阻抗 全线路阻抗Z51XL为60.66Ω，整定系数选0.85，工频变化量阻抗Zset51为51.561Ω。

2）差动电流高定值 51XL线路的两组对地电容：C1为3.75μF，C2为7.5μF；线路正序容抗整定值｜Xc｜为2.97 kΩ；差动电流高定值IH为1.35 A。

3）差动电流低定值 差动电流低定值IM为0.5 A。

4）距离Ⅰ段定值 躲过本线路末端短路的测量阻抗Zset51为51.561Ω，灵敏度Ksen为85%；保护时限为0 s。

5）距离Ⅱ段定值 与下级线路53XL（QF42I段）配合。分支系数Kb为9时，仿真结果：距离Ⅰ段定值为25.78Ω；距离Ⅱ段定值为234.14Ω。

图2 系统网络有关接线图

与相邻变压器（06T）快速保护配合。当分支系数Kb为8.5时，通过仿真计算，得到结果：变压器阻抗Zt为15Ω。两者取小，距离Ⅱ段定值为131.712Ω。灵敏度Ksen为2.17，大于1.25；保护时限为0.5 s。

近后备：灵敏度Ksen为1.58，大于1.5，满足灵敏度校验。

远后备：当相邻线路53XL末端短路、分支系数Kb为8时，灵敏度Ksen为0.32，小于1，不满足，53XL应添加其他后备保护。当相邻变压器06T末端短路、分支系数Kb为8.5时，灵敏度Ksen为0.5，小于1，不满足，变压器应添加其他后备保护。保护时限为1 s。

8）零序过流Ⅱ段定值、时间与变压器配合灵敏度校验：分支系数Kb为8时，灵敏度Ksen为3.26，大于1.25，满足灵敏度校验。保护时限为0.5 s。

9）零序过流Ⅲ段定值和时间 躲过下级线路出口处出现的最大不平衡电流。当＝9.375 A，分支系数Kb为8时，灵敏度Ksen为11.37，大于1.25，满足灵敏度校验。保护时限为0.5 s。

10）单相重合闸时间 单相重合闸时间为0.8 s。

4 结语

通过对动模实验500 k V线路进行保护配置与整定，模拟了基于南瑞RCS-931的系列超高压线路成套保护装置。

通过使用ETAP Powerst-ation仿真软件，采用动模试验对真实系统做了系统仿真，完成了相应的短路计算，并进行了整定的配置，通过该方法能够较好地代替传统繁琐的手算，从而提高了工作效率和可靠性。

［1］ Stephen，Philip，Tubbs.Skm，Etap，＆Edsa Power System Analysis Tutorials［M］.USA，2009.

［2］ 南瑞继保电气有限公司.RCS-931超高压线路成套保护装置［M］.南京.南京南瑞继保电气公司版权，2004.

［3］ 李瑞生.光纤电流差动保护与通道试验技术［M］.北京.中国电力出版社，2006.

［4］ 张保会，尹项根.电力系统继电保护［M］.北京.中国电力出版社，2005.

［5］ 高亮.电力系统微机继电保护［M］.北京.中国电力出版社，2007.