110千伏环网线路零序保护整定计算配合的难点及解决措施

【摘 要】零序电流保护整定计算容易受运行方式的影响，同时整定配合难度大，定值更换频繁，因此零序电流保护整定计算是当前电力系统中继电保护整定计算中最为复杂的一项内容。本研究为了分析110kV环网线路零序保护整定计算及配合的难点，结合某电网实例详细分析了零序电流保护整定计算和配合，以供参考。

【关键词】110千伏；环网电路；零序保护；整定计算

引言

继电保护系统是电力系统中重要的组成部分，其也是保证电力系统安全稳定运行的重要的策略之一。而继电保护整定计算的目的主要是通过保护电力系统中的定值而使继电保护装置在系统异常或者故障的情况能够按照预定的要求进行工作保证，以最大限度保证电力系统运行的安全性和稳定性。为了达到某地区电网运行要求，本研究就对某电网110kV环网线路零序保护整定计算配合进行分析，以提高供电的可靠性和电网运行的安全性。

1、零序保护整定计算配合的难点

零序电流保护动作速度快、工作原理简单，其在电力系统中具有非常广泛的应用，但是由于零序电流保护很容易受到电网运行的方式的影响，定值更换频繁，所以造成零序互感线路的复杂程度进一步增加，最终导致零序断流保护整定计算复杂。举例说明，假设某变电站中有15个元件，如果对侧开关零序1段进行整定中，如果采用轮换停检1个和2个元件组合的方式主要有103个（14×13÷2+12=103个）；如果计算与其侧开关配合的分支系统则一共有1274个，同时再加上与相邻的出现纵联保护配合以及灵敏度检验的计算，则大约有1500多个方式计算。假如一个电力系统中有150条线路，则平均每一个开关就需要计算400个方式。如果电力系统中的运行方式发生变化，则将会造成阻抗矩阵修改的难度和工作量增加，另外由于电力系统中短线成串、大机组、T接线、系统环网以及长短线配合等，都将会增加继电保护配合的难度和复杂性。

2. 110千伏环网线路零序保护整定计算分析

某电网属于220kV/110kV的电磁环网，其主要包括2个220kV的站分别是A站和B站，其中A站与主网相连接，而B站主要是电网中三个110kV的电源点，其中110kV线路的配置主要采用单套常规微机保护。当此电磁环网开环运行时，如下图所示，其断点主要在A站的156和B站的143点。如果此电力系统中220kV的双回线进行检修中，如果另外一回线中有故障时，则就会导致变电站对外停电，进而导致电力事件的发生。为了避免这一现象的发生，我们采用下图2所示的电磁环网运行方式，并对此运行方式的零序电流保护进行整定计算。

图1 电磁开环示意图

图2电磁环网示意图

2.1 短路电流的计算分析

通过进行分析上述电磁环网开环运行时，电网外的110kV的线路短路电流将会增大或者减少，而电网内线末短路电流则会减小。在短路电流进行计算时，首先选取正常断环电磁环网下最大运行方式X1和X0，计算电网中的A站和B站110kV母线等值电抗。计算结果如下表1所示。然后选取正常断环和电磁环网下最小运行方式X1和X0，同时选择网内110kV短路上的短路点，并将流过线路两侧断路器的单相接地3I0计算出来，计算结果如下表2和表3所示。

2.2 短路电流对线路保护的影响

在进行分析短路电流对线路保护整定计算分析中，对于110kV环网线路零序1段的分析主要根据躲过故障最大零序电流进行整定，而对于零序Ⅱ段以及Ⅲ段主要根据线路末端故障的灵敏系统进行整定。

2.2.1 短路电流对110kV环网外线路的影响

通过上述对正常断环和电磁环网最大运行方式下110kV母线等值阻抗进行分析计算可以得知，本系统电磁环网运行对环网外的A站和B站的线路保护影响具有一定的区别，其中电网在正常的断网最大运行方式下，A站的母线等值阻抗相应减少，零序减小3.9%，而正序减小6.8%，而B站的母线等值阻抗相应增大，其中零序增大0.9%，而正序增大0.4%。由此可以得知，当此电网外A站线路出现故障时，则零序Ⅰ段的保护范围将会增大，短路电流也会增大，进而导致误动作现象的发生。而B站计算结果与正常方式相差不大，说明此线路出现故障对零序保护没有影响。

2.2.2 短路电流对110kV环网外线路的影响

通过上述分析可以得知，当线路末端出现故障时，则环网在正常断环的情况下经过A站断路器的3I0减小81.0%，而经过B站的3I0减小77%，导致这种现象的原因主要是因为电磁合网运行的过程中，在线路故障的情况下电源分流造成的。而根据线末故障具有灵敏度整定的零序Ⅱ段以及Ⅲ段的定值灵敏度相对较低，所以造成电网中故障不能有效快速的切除，进而对电网运行的安全性和稳定性造成影响。

2.3 解决方案

2.3.1 110kV环网内线路保护

为了能够有效解决零序Ⅱ段以及Ⅲ段的灵敏度降低这一现象，可以实施以下两种方法：其一，在两侧零序过流灵敏度具有保护区的情况下，根据动作进行分析灵敏度，灵敏度的分析主要是指在110kV环网线路上如果任意一点存在故障，那么其中一侧零序灵敏度段就会将这一侧的断路器断开，而另一侧保护也会发生动作现象，达到切除故障的目的。其二，根据电网运行的相关规定的灵敏度的要求进行调整保护定值。

2.3.2 110kV环网外线路保护

为了能够有效达到对110KV环网外线路保护，首先应解决零序Ⅰ段超越的问题，为了保证零序Ⅰ段不出现超越现象的同时，还应该保证零序Ⅰ段具有保护范围，以保证其安全性。解决这一问题的措施也有以下两种方法，其一，选取3I0max两种方式中最小的短路电流，其可靠系统选择上限值。其二，选取3I0max正常断环和电磁环网两种方式下最大的短路电流，而可靠系数主要选择下限值。其中零序Ⅰ段的整定公式为其中公式中俄、的。3. 110kV环网线路零序保护整定配合研究

在110kV网线了零序保护整定配合中，如果依然采用常规的变压器的间隙电流进行整定时，很容易造成保护失配误动，进而导致停电事故的发生。当前，随着变压器中性点绝缘水平的提高，通过进行改进间隙过电流进行保护整定时间与上一级线路保护零序II段时间配合，防止保护误动，提出以下解决措施：

（1）首先分析了电网运行中故障原因，同时要进一步核对了110kV变压器电源线的保护配置情况，然后针对问题提出改进设计措施；对于上级电源线装设全线速动的纵差保护的线路一变压器，其间隙电流保护不会误动，定值按规程整定，不作变动；当上级电源线没有装设纵差保护，只装设零序电流保护的线路一变压器，将其间隙零序电流保护时间延长到0.5s，而上级电源线零序II段时间整定为0.3s，基本可以配合。极个别站的零序电流保护II段时间为0.6s，此时变压器的间隙零序电流保护如果与之配合时间将会抬高到0.9s，考虑这样更改，变压器间隙零流的动作时间长，有可能影响到变压器中性点绝缘的安全，又鉴于少数变电站有这种情况，这类变压器的间隙零流的时间不予调整。通过对全网变压器的间隙作校核调整，完成变压器间隙零序过流的整定配合改进工作。

（2）调整放电间隙，首先确定危及变压器中性点安全的决定因素，即根据变压器所在系统的正序阻抗及零序阻抗的大小，计算所在系统发生了接地故障又失去中性点接地时是否危及变压器中性点绝缘的安全，如果不危及时，应根据冲击过电压来选择放电间隙的间隙距离（120-140mm）。因为线路单相接地故障发生几率较高，占故障的80% ，所以，不采取因变压器间隙零序过压和零序过流保护存在设计弊端而退出相应功能，造成接地故障危及变压器中性点的绝缘，进一步扩大事故。

4.结束语

110kV环网线路零序保护整定计算的准确性及其有效性对整个电网以及电力系统安全稳定的运行具有重要的意义。本研究通过进行分析110kV环网运行中造成故障以及安全问题，然后针对问题提出一些解决措施，通过实施运行得知，此方法对环网零序保护及安全稳定的运行具有重要的作用。

参考文献：

[1] 邓文祥.论顺昌片区110kV电网继电保护整定计算方案[J]. 电力系统保护与控制. 2008（18）：-90.

[2] 徐恨林.地级电网110kV微机线路保护整定计算原则的优化实践[J].电气开关，2011（01）：120-122.

[3] 刘玉兰，徐军.武钢电网开环运行110kV线路保护整定计算[J]. 武钢技术. 2009（03）：56-57.