谢先进

（贵州省煤田地质局实验室，贵州 贵阳 550081）

0 引 言

随着我国城市化进行的不断推进和经济发展，我国的电力企业得到了快速发展，电气设备的容量和参数也在逐年增高。电网能否稳定运行对供电质量有直接影响。电力系统在运行期间一旦出现短路等问题，需要通过继电器及时切除，以确保电力系统可以稳定运行。为提升继电保护的有效性，继电保护装置需要提升自身性能，因此文章重点对整定值的计算方法进行深入研究。

1 电力系统继电保护

继电保护主要采用特定保护装置对电网运行和各项装置进行有效保护[1,2]。它能够对电力系统运行过程中出现的各种突发纵向和横向的故障进行分析和处理。当电网存在扰动或者运行故障时，继电保护装置能够对这类状态及时进行判断，结合实际情况发出指令，包括断路器跳闸、重合闸关闭以及就电压电流出现越线情况发出警告等。电力系统一旦出现较大的扰动或者故障时，继电保护能够在故障状态下对元件进行选择性隔离，确保故障范围不会扩大，确保周边的电网能够稳定运行，同时及时启动备用电源对装置进行自动投切或者重合闸，以便第一时间恢复电网的正常运行。

2 继电保护装置的组成

电力系统一旦出现元件短路、断路等故障就会对电气量造成直接影响，产生对应的变化。除电气量之外，还有可能出现变压器错位、滑档以及气体泄漏等问题。无论哪一种量发生变化，继电保护装置的组成和触发原理都不会发生变化。继电保护装置包括测量、分析、逻辑以及执行4 部分。现阶段应用较为广泛的为3 段式过流继电保护装置，如图1 所示[3]。

图1 过流保护装置动作原理

3 继电保护整定值的计算与分析

3.1 系统案例

文章结合六盘水市恒鼎实业有限公司的35 kV 清水变电站供电系统对继电保护整定值进行计算和分析，如图2 所示。该公司供电系统35 kV 电路共设置2 条，分别为Ⅰ#线路、Ⅱ#线路。它们分别来源不同的上级110 kV 变电站，开关柜分别为301 与305，构成Ⅰ段35 kV 和Ⅱ段35 kV 共2 条母线。采用分列的形式设置母线，设置包括母联开关柜310、1 号动力变压器35 kV 与2 号35 kV 动力变压器，然后分别接入开关柜311 与312。另外，Ⅰ段10 kV、Ⅱ段10 kV的进线开关柜分别为1001、1002。单母线采用分列运行的形式，装设母联开关柜1010[4,5]。

图2 35 kV 变电站一期供电系统

3.2 设备参数

35 kV 供电系统设备参数如表1 所示。

表1 35 kV 供电系统设备参数

以该设备为例，计算分析35 kV 动力变压器的保护整定值，得出35 kV 供电系统工程进行计算时，通常选取100 MVA 为基准容量。该公司供电系统的最高运行正序阻抗标幺值为0.093 9，运行最小状态下的正序阻抗标幺值为0.460 7。母线Ⅰ段的最大三相短路电流为16 620.9 A，最小两相短路电流为42 527.57 A。母线Ⅱ段的最大三相短路电流为11 908.57 A，最小两相短路电流为4 054.46 A。Ⅰ#线路、Ⅱ#线路的阻抗标幺值均保持在0.001 2，则2 个动力变压器的阻抗标幺值均能够处于0.625 6。

3.3 动力变压器短路电流计算

3.3.1 三相短路故障

35 kV Ⅰ段如出现三相短路故障，Ⅰ#线路动力变压器高压侧的正序阻抗标幺值计算方式为阻抗标幺值与最高运行状态下正序阻抗标幺值之和，等于0.095 1，此时故障点存在的三相短路最大电流为16 408.10 A。

10 kV Ⅰ段如果出现三相短路故障，1 号动力变压器的低压侧正序阻抗标幺值为0.095 1，再上加上1号动力变压器阻抗标幺值，为0.720 7，由此可以得出故障点的最大三相短路电流为7 629.49 A。

3.3.2 两相短路故障

Ⅰ段10 kV 如果出现三相短路故障，1 号动力变压器高压侧的正序阻抗标幺值计算方式为阻抗标幺值与最低运行状态下的正序阻抗标幺值之和，等于0.461 9，则故障点存在的两相短路最小电流为2 925.55 A。

Ⅰ段10 kV 如果出现两相短路故障，1 号动力变压器低压侧的正序阻抗标幺值计算方式为线路阻抗标幺值与高压侧的正序阻抗标幺值之和，等于1.087 5，则故障点存在的两相短路最小电流为4 378.63 A。

3.4 动力变压器继电保护整定值

3.4.1 动力变压器性能参数

1 号35 kV 动力变压器、2 号35 kV 动力变压器的性能参数具体如表2 所示。

表2 动力变压器性能参数

3.4.2 差动保护计算过程

高压侧二次额定电流Ieh为1.72 A，低压侧二次额定电流Iel为3.44 A。

差动速断电流的整定值计算原则：如果动力变压器出现较大内部故障，为避免出现保护延时或者电流互感器饱和的情况，整定值的计算应当遵循躲过变压器初始励磁涌流、最大不平衡电流或者非同期合闸电流数据，一般高于高压侧额定电流的倍。通过动力变压器的具体容量结合系统电抗的大小对因数K进行判定，对于功率在6 300 ～31 500 kVA 的动力变压器，通常K可取4.5 ～7。

速断的灵敏度校验整定值计算原则：灵敏度校验整定值不能低于1.2，以此为基础按照稳定状态下的两相短路对整定值进行校验，校验灵敏度Ksen为2.02，大于1.2。

差动速断电流取动力变压器高压侧额定电流的7倍，可以看出灵敏度校验整定值的计算能够符合要求。原本差动保护装置的型号选用SEL587，通过改进技术后更改为ISA-387G。继电保护的整定值通常采用原有型号的数据，但继电保护装置如果是2 种型号就会存在运算差异性的问题，增加误动风险。新的整定值可以在原有基础上增加1.732 倍。操作过程中需要注意变更继电保护的整定值结果。

3.4.3 动力变压器高压侧过流保护整定值计算

取动力变压器的高压侧复压，退出过流Ⅰ段方向元件，投入电压元件。设定电压互感器额定电压为100 V，复压闭锁的低电压整定值设定为Uop。在躲过正常运行状态的条件下，对最低线电压进行整定值计算，可以得出Uop为70 V。

设电压互感器额定电压为57.7 V，复压闭锁的负序电压整定值设定为U2op，在正常运行状态的条件下，对最大不平衡相电压进行整定值计算，可以得出U2op为40.39 V。设定可靠度因数为1.3，返回因数为0.95，过流保护整定值为Iop，在躲过动力变压器正常运行状态的条件下，对高压侧额定电流进行整定值计算，可以得出Iop为282 A。

整定值的灵敏度校验确定不能小于1.2，以此为基础对高压侧的整定值灵敏度校验标准进行设定，对最小两相短路的电流整定值进行校验，灵敏度Ksen1为5.08 A。高压侧的整定值能够满足过流保护540 A整定值的要求，动作时间控制在0.7 s 以内。如果电流值超过规程要求，将无法复压闭锁，因此需要先进行复压元件的投入以提升灵敏度，则过流保护的整定值需要变更为282 A，动作时间控制在0.7 s 以内。

3.5 动力变压器低压侧过流保护整定值

取动力变压器的低压侧复压，退出过流Ⅰ段方向元件，投入电压元件。设定复压闭锁的低电压整定值为70 V，复压闭锁的负序电压整定值为40.39 V。过流段过流保护整定值设为Iop1，按照动力变压器的最小低压侧对10 kV 母线的故障整定值进行计算，灵敏度因数设为1.5，可得出Iop1为2 919.08 A。

对下级的出线速断保护整定值计算，设定配合因数为1.05。当下级的最大过流速断保护整定值为2 133.33 A 时，能够得出Iop1为2 240 A。通过动力变压器低压侧电流互感器变比后，过流保护整定值Iop1为11.2 A。

过流Ⅱ段的整定值计算结合下级速断的最长时间，得出过留时间为0.4 s，跳动力变压器低压侧。设过流Ⅱ段的过流保护整定值为Iop2，计算条件为躲过动力变压器的低压侧额定电流，得出Iop2为940 A，过流Ⅱ段保护动作时间为0.7 s，跳动力变压器低压侧。

过流Ⅰ段的过流保护整定值为2 240 A，动作时间在0.4 s 以内，过流Ⅱ段的过流保护整定值为940 A，动作时间在0.7 s 以内，通过投入复压闭锁能够有效满足规程的相关要求。

4 结 论

综上所述，应当加强对继电保护整定值计算软件的研究和开发，通过完善继电保护整定值计算管理软件系统，节省计算工作量，有助于技术人员对整定值进行合理选择。在整定值计算软件和基础数据平台的基础上，采用一体化实施对继电保护整定值计算进行统一建模和原则设置，最大限度提升继电保护工作效率。电力系统逐渐网络化转型，继电保护整定值计算软件也开始朝着网络化方向发展，是电力系统未来需要加强研究的重要课题。