制造企业110kV变电站继电保护设计

高月珍　战金玉　张广波

摘 要：继电保护系统在变电站安全稳定运行方面起到关键性作用。针对某制造企业110kV变电站工程，对其继电保护系统和安全进行研究、设计与实施。根据继电保护的设计要求计算保护定值，确定变电站继电保护的设计方案；根据短路电流的计算结果，进行变压器和馈出线继电保护设计。变电站投入运行后，继电保护系统响应时间快，保护动作准确，达到预期设计效果，具有较高的安全性和可行性。

关键词：继电保护；系统设计；定值设定

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.162

0 引言

电力系统的快速发展相应带动了继电保护的快速发展。继电保护是变电站保证供电设备正常运行的重要措施。虽然现在我国继电保护的体系已经基本形成，但是随着供用电安全系数的提高，行业内对继电保护技术和设计水准提出更高要求[1]。某制造企业110kV变电站110kV的4母线接有1#主变高压侧、锻造Ⅰ线；5母线接有2#主变高压侧、锻造Ⅱ线，110kV母联1145断路器运行；10kV的4段母线接有1#主变低压侧、1#接地变、1#无功定补、1#无功动补及所属线路，5A段母线接有2#主变低压侧、2#接地变、2#无功动补及所属线路，5B段母线接有2#无功静补及所属线路；10kV的1#分段245断路器自投热备用，2#分段255断路器运行。为保证变电站设备正常运行，需要对其安装继电保护装置，需要对变电站电力系统继电保护设计，根据实际运行负荷进行保护定值计算，对实际情况设定不同的保护，实现对电力系统电源回路和电力设备安全稳定运行。

1 继电保护的要求

继电保护有四个基本要求：可靠性、速动性、选择性、灵敏性。只有在满足四个性质的基础上进行设计，才能保證继电保护的真正价值[2]。

（1）可靠性是其中一个重要条件之一，当出现故障状态时能够及时发现问题并能动作于断路器。

（2）选择性是线路出线故障时，以最小区间内将故障解除，且保证非故障设备能够继续正常运行。

（3）速动性是动作于跳闸的快慢程度，这是保证设备安全稳定的重要条件。

（4）敏性突出的就是在线路出现故障情况下能不能及时反应出问题，当线路出现短路故障时能及时反应，体现灵敏性的重要依据就是用灵敏系数来衡量，增大灵敏系数可以保证动作的及时性，一般的灵敏系数为1.0～1.2之间。

所述的四个性质，既要相互配合，也有产生冲突，这就要视具体情况来确定四个基本要求的具体应用，只有找到合适的切入点才可以保证线路和设备的正常运行。

2 变电站设计主保护

110kV变电站主要涉及到五段复合电压闭锁过流保护，一二三段过流保护，接地零序保护三段过流保护，在正常运行状态下由于采用不接地保护，零序电流保护不投入。PT断线监测投入、过流加速保护、过负荷保护，同时设定相应的保护时间。保护装置主要是采用由南瑞继保公司生产设计的保护装置，其中涵盖了控制字、硬压板投入、保护定值计算。

110kV变电站1#、2#主变均设有PRCK96-724两卷变压器保护测控柜，装有RCS-9671C变压器差动保护装置，RCS-9681C后备保护及测控装置，RCS9661C非电量保护装置。本保护装置作为主变的差动主保护，包括差动速断保护、比率差动保护、中、低侧过流保护、CT断线判别[3]。

2.1 继电保护设计条件说明

（1）电压一次额定值和电流一次额定值都是指的线路中的线电压。

（2）电流二次额定值都是按照标准。

（3）线路总长度采用千米计算方式。

（4）线路正序阻抗角指的是线路正序阻抗值。

（5）线路正序电阻、线路正序电抗用的是线路的二次值。

（6）零序启动电流定值必须采取按躲过最大零序不平衡电流整定。

2.2 继电保护装置设计及说明

对于10kV一次系统图中必须包括母线、断路器、避雷器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等元器件组成[4]。而本设计主要是对于二次进行设计能完成有效的电路保护，采用三相四线制接线方式，其中2、5、8三个接线端子连接电压互感器的二次侧用于测量电压，要注意的就是电流互感器的二次侧接地。这是为了防止电流互感器二次侧开路造成大的电压，影响设备及人身安全。如图1所示，电能表主要是用于电压、电流、功率等因数的记录，通过抄电能表的参数可以观察设备是不是能够正常运行的一种方式。

变电站高压开关柜压板投送电前必须保证压板投送正确无误，包括装置检修在分位、遥控跳闸和遥控合闸、闭锁重合闸、五防锁，这些压板投送的选择是保证设备正常运行的前提。因此在送电以后必须保证这些装置能够正常工作，一旦出现故障，利用保护装置方面参数计算和整定，能够有效动作，使故障点断电。其中包括继保装置和显示装置在内共同组成继电保护的基本结构，任何一个模块出现问题都有可能影响继电保护的可靠性。

变电站控制断路器跳合闸时，通过小母线接入控母合闸电源正负极，手动或者遥控切换回路、控制压板。继电保护跳闸灵敏程度直接影响设备安全。软硬压板的投送也是保证安全运行的一个重要条件，在送电之前必须保证压板投送正确[5]。

3 整定说明

3.1 计算说明

主要根据110kV变电站内部两台容量为63000kVA的双绕组降压变压器以及47条10kV出线柜，包括相间短路电流计算，阻抗参数计算。

（1）110kV系统参数采用中调提供的系统阻抗。

（2）1#、2#主变参数，采用设备铭牌参数。

（3）短路电流计算标么值的基准容量Sj=100MVA，等效电动势的标么值为1.0。

3.2 计算中所需要的参数

根据变电站内部实际情况和所带负荷情况，首先要了解相关参数说明，根据参数的大小来进行整定计算，以下为计算所需要的参数。

根据现场布置可以知道高压电缆： YJV -8.7/10kV；三相3（1X300）；距离为2km（ 估算值）；单位长度电阻值0.0986Ω/km。主变阻抗参数为0.2241，电缆阻抗参数为0.1789。

4 继电保护主要参数整定测试

设计完成后，对继电保护的整定电流和整定时间进行部分测试，测试结果如表1所示。

5 结语

通过对某制造企业110kV变电站的实际接线计算，设计变电站的继电保护及安全运行系统。通过验证理论基础和相关设计说明，进行定值计算，同时设计出线路图。通过线路保护内容、变压器保护、以及硬件设施布置等，从满足变电站安全的角度分析输电线路的保护类型，最终通过计算，利用继电保护装置来达到变电站安全运行目的。

所设计的110kV变电站继电保护系统经过调试并投入运行后，计算定值所保护对象得到良好的保护效果，能及时动作于故障，满足快速性、灵敏性、可靠性、选择性要求。运行结果表明所设计变电站的继电保护系统可靠性和变电站综合自动化技术水平得到提高，达到了最终设计目的。

参考文献：

[1]孔海波.我国电力系统继电保护现状及发展趋势探讨[J].山东工业技术，2016（24）：215+211.

[2]乔金增.浅谈煤矿供电系统继保装置的优化改进[J].电子世界，2014（18）：90.

[3]邱爱兵.35kV变电站综合自动化系统的设计与实践[J].电气时代，2012（06）：78-80.

[4]李宗.220kV变电站综合自动化系统改造工程[D].合肥：合肥工业大学，2008.

[5]吴琴，洪浪.变电站二次继电保护设计方法及问题研究[J].中小企业管理与科技，2018（04）：169-170.

基金项目：山东省高等学校科技计划项目资助（J16LN88）；山东省本科高校教学改革研究项目资助（2016）

作者简介：高月珍（1971-），女，助理工程师，研究方向：检测技术与自动化装置。