220kV变电所继电保护整定研究

张东旭+李松雪+刘春亮

摘要：以某220 kV变电所为例，根据保护配置要求提出变压器、输电线路、母线保护的配置原则，分析变电所运行方式，论述各个保护方案的原理、接线、保护动作，提出变电所保护配置方案，确定合理的电网继电保护整定值，为充分发挥继电保护装置的效能提供参考。

关键词：继电保护；整定值；变压器护；配置原则

中图分类号：TM727 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2017）09-0053-03

电力系统元件数量多，结构各异，运行复杂，常发生故障和出现不正常运行状态。没有切除故障的保护装置，电网无法安全、稳定运行。继电保护装置是能反映电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置，是保证电网安全可靠运行的关键技术，在发电、供电和用电中处于极为重要的地位。

电力系统的快速发展对继电保护提出新的要求。当发生故障时，继电保护装置应有选择地动作，跳开距离故障点最近的开关。为实现继电保护的可靠性、选择性、灵敏性和速动性，充分发挥继电保护装置的效能，必须合理选择保护定值，以使各保护之间相互配合，确保供电质量及用电设备安全。

1 继电保护原理

继电保护装置能反映电气设备的故障和不正常工作状态，并自动、迅速、有选择性地动作于断路器，将故障设备从系统中切除，把事故限制在最小范围，提高系统运行的可靠性。

继电保护动作的依据是电力系统中元件发生异常情况或短路时的电气量变化，例如变压器油箱发生故障时会产生大量瓦斯，油流速度增大或油压强度增高。电力系统发生故障后，常导致电流增加和电压降低，以及电流与电压间的相位变化。

原则上说，只要找出正常运行与故障时系统中电气量（或非电气量）的变化特征（差别），就可形成某种判据，从而构成某种原理的保护，且差别越明显，保护性能越好。继电保护原理见图1。

繼电保护装置由三大部分组成：1） 测量部分，用来测量被保护设备输入的有关信号（电流、电压等级），并与给定的整定值（动作电流、电压等）进行比较判断。2） 逻辑部分，根据测量部分各输出量的大小、性质、组合、输出顺序，使保护按照一定的逻辑程序工作，并将信号传输给执行部分。3） 执行部分，根据逻辑部分传输的信号，给出跳闸或异常脉冲信号，完成保护功能。

2 继电保护配置原则

2.1 变压器保护原则

电力变压器的故障和不正常运行方式主要有以下8种：1） 中性点直接接地电力网中，外部接地点引起的过电流及中性点过电压；2） 外部相间短路引起的过电流；3） 绕组的匝间短路；4） 绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相短路；5）过负荷；6） 过励磁；7） 油面降低；8） 变压器温度及油箱压力升高和冷却系统故障。

电力变压器出现上述故障和不正常运行时，应按规定装设相应的保护装置。1）和2）的保护装置应瞬时动作于跳闸；3）和4）的保护装置应带时限动作于跳闸；5）和6）的保护装置一般作用于信号；8）应按现行变压器的标准装设信号装置。

2.1.1 变压器后备保护设计原则

1） 应作为相邻元件和变压器本身主保护的后备。当接线太复杂时，允许缩短对临线路的后备保护范围。

2） 对各侧母线上的三相短路应具有必要的灵敏系数。

3） 尽可能独立，不用发电机的后备保护代替。

4） 能保护断路器和电流互感器之间的故障范围。

2.1.2 外部相间短路保护安装位置

1） 双绕组变压器应装于主电源侧。

2） 三绕组变压器及自耦变压器一般装设于主电源侧及另一侧，主电源侧的保护应带2段时限，以较小的时限断开未装保护侧的断路器。当上述方式不符合灵敏度时，可在所有侧装设保护装置。各侧保护装置应有选择性地装设方向元件。

3） 供电分开运行母线段的降压变压器，除在电源侧装设保护外，还应在每个供电支路装设保护装置。

4） 双绕组及三绕组变压器的保护装置应接于中性点引出线上的电流互感器。

2.1.3 其他原则 对于变压器高压侧未装设断路器的线路变压器组，为使瓦斯或差动保护能切除变压器内部故障，可采用下列措施：在变压器高压侧不装设带副管及操动机构的高压熔断器；利用远方跳闸装置断开线路对侧断路器，或采用包括整个线路变压器的共用纵联差动保护；在变压器高压侧装设接地开关或短路开关，即中性点直接接地电网可装设单相接地开关，中性点非直接接地电力网可装设两相短路开关。

2.2 线路保护原则

220 kV线路保护应按加强主保护、简化后备保护的基本原则配置和整定。加强主保护是指全线速动保护双重化配置，要求每套全线速动保护功能完整，且能快速切除线路内发生的各种故障。对于要求实现单相重合闸的线路，每套全线速动保护应具有选相功能。

2.3 母线保护原则

变电站母线连接变压器等重要电气设备，因此影响全系统的供电质量和系统稳定。母线保护要求如下：动作迅速，灵敏度高；性能良好，无死区；有防止误动作的可靠措施；运行方式灵活，双母线上的各元件能任意切换。

2.4 断路器失灵保护要求

为提高动作可靠性，断路器失灵保护应同时满足下列条件：1） 故障线路或设备的保护装置出口继电器动作后不返回；2） 被保护范围内仍存在故障（当母线连接的回路较多时，一般采用检查母线故障电压的方式）。

断路器失灵保护的动作时限应大于故障线路（或设备）的断路器时间及保护装置返回时间之和。断路器失灵保护动作后，仅断开与拒动断路器（或故障点）相邻的对侧有电源断路器。

3 变电所保护方案设计

3.1 变电所基本情况endprint

本次继电保护设计的对象为220 kV变电所，电压等级220 kV，安装90 MVA变压器2台。220 kV侧的主接线形式为双母线接线，60 kV侧的主接线形式为双母线接线，并通过2条平行双回线路与地方电厂连接。60 kV侧由一条平行双回线向负荷供电。变电所的主接线如图2所示。

3.2 变电所电气运行方式分析

电力系统运行方式的变化直接影响保护性能。在设计之初，应先分析变电站的运行方式，为后续计算和整定工作奠定基础。也可以有针对性地设立短路点，简化计算工作，提高设计效率。

保护运行方式是通过保护装置的短路电流大小来区分的，有最大运行方式和最小运行方式2种情况。最大运行方式是在被保护线路末端发生短路时系统等值阻抗最小，而通过保护装置的短路电流最大。最小运行方式是在同样短路条件下，系统等值阻抗最大而通过保护装置的短路电流最小。系统等值阻抗的大小与投入运行的电气设备及线路多少有关。

3.3 变电所保护方案

根据保护原则和继电保护规程要求，拟配置于220 kV变电所的继电保护方案见表1。

4 结语

根据220 kV变电所实际情况，设计继电保护方案及相关配置，主要包括变压器保护和输电线路保护。利用继电保护知识分析变电所运行方式，根据保护配置要求提出变压器、输电线路、母线保护的配置原则，制定变电所保护配置方案，并对各个保护方案的原理、接线、保护动作进行详细论述，进而确定合理的电网继电保护整定值，为供电质量及用电设备提供安全保障。

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Abstract： Taken a 220 kV substation as the example， this paper put forward the configuration principle of substation， electric transmission line and bus protection according to the demand of protection configuration， analyzed operation mode of substation， discussed the priciple， wiring and protection action of every protection scheme， put forward the protection configuration scheme of substation， and determined reasonable setting value of power relaying， in order to provide reference for giving full play to the effect of relay protection device.

Key words： relaying； setting value； transformer； configuration principleendprint