第35卷第3期 2016年9月 青海电力 QINGHAI ELECTRIC POWER Vol_35 No.3 Sep.,2016 DOI:10.15919/j.cnki.qhep.2016.03.003 1 10 kV输电线路继电保护整定计算及仿真对比分析 何松,于永军,王琛,郑少鹏,王震 (国网电力公司电力科学研究院,乌鲁木齐830000) 摘要:建立了连接无限大系统的110 kV输电线路模型,借助于模型电路参数,分别进行了零序电流保护、 接地距离保护以及相间距离保的整定计算。同时,通过继保整定软件,建立了110 kV输电线路仿真分析模 型,得到模型各级保护的整定参数值,通过对结果进行对比分析显示,计算结果与仿真结果吻合。 关键词:输电线路模型; 零序电流保护; 接地距离保护; 相间距离保护; 继保整定软件; 仿真分析 中图分类号:TM774 文献标志码:B 文章编号:1006—8198(2016)03—0007一o6 Comparison of the 1 1 0 kV Power Transmission Line Relay Protection Setting Calculation with the Simulation and Analysis HE Song,YU Yongjun,WANG Chen,ZHENG Shaopeng,WANG Zhen Abstract:In this paper the model for 1 10 kV power transmission line connecting with infinite large system is built, and based on the model parameters the setting for zero-order current protection,grounding distance protection and the phase distance protection are calculated.Moreover,by using relay protection setting software a simulation analysis model for the 1 10 kV power transmission line is also buih and correspondingly the settings are obtained.The comparison of the calculated settings with the simulation result shows that the both anastomose. Key words:power transmission line model;zero-order current protection;grounding distance protection;phase distance protection; relay protection setting software; simulation analysis 0 引言 对双回路输电线路设计的基于人工神经网络的保 护方案,可将I断保护范围提升到全线路长度 继电保护作为电力系统的重要组成部分,担 99%。文献[4]提出一种模块化神经网络机制算 负着整个电网安全、稳定和可靠运行的重要责任。 法为输电线路保护提供方向故障判别。文献[5] 随着电力系统规模愈来愈大,系统接线和运行方 提出了一种应用于多函数和多用户的数字继电保 式日趋复杂,必须综合多方面因素,对系统装设的 护装置检测、分类、定位的可靠分配方案。文献 继电保护装置深入研究。 [6]提出一种应用于矫正单线路距离保护阻抗的 文献[1]提出了一种新的线性模型和故障电 零序补偿算法,该新算法不补偿相邻线路的零序 阻测量以及整定程序,通过即时动态仿真系统 电流,不要求任何通讯线路。文献[7]提出针对 (RTDS)测试,其性能提高显著。文献[2]提出了 输电线路提出一种使用晶闸管控制的串联电容器 一种使用集成保护系统为多重动力设备和变电站 进行系统补偿的保护方案,借助于平均电压和电 提供继电保护的概念,进而阐述了一种基于电流 流,一种新的评判标准被用于区分超前和滞后的 差动保护的集成保护方案。文献[3]提出一种针 故障。 作者简介:何松(1987),男,助理工程师,从事电力系统及其自动化工作。 收稿日期:2016—10—10;修回日期:2016—10—24 8 青海电力 第35卷 1 输电线路模型建立 建立输电线路模型,模型中电源为无限大供 电系统,电源连接110 kV双母线,两母线之间采 用断路器1连接,母线再通过断路器2与一段输 电线路连接,输电线路末端与一整流降压变压器 连接,变压器低压侧与35 kV母线相连。模型结 构如图1所示。 断路器1 ¨。kV母线 断路器2I l罄 删 蜂 整流变 卜 35kV母线 图1 输电线路模型 模型基准容量为1 000 MVA,高压侧110 kV 母线参数值见表1。 表1系统110 kV母线参数值 最小运行方式 最大运行方式 正序电抗 零序电抗 正序电抗 零序电抗 标幺值 标幺值 标幺值 标幺值 2.3058 0.4448 0.8935 0.2908 系统输电线路长度是13.27 km,线路每公里 的参数值见表2。 表2系统输电线路参数值  ̄ ̄/km 整流降压变压器的参数值见表3。 表3整流变压器的参数值 参数 数值/单位 参数 数值/单位 2继保整定参数理论计算 文献[9]对继电保护的一般整定规定中指 出,可忽略发电机、调相机、变压器、110 kV架空 线路和电缆线路等阻抗参数的电阻部分。本文中 输电线路模型1 10 kV母线只有电抗部分。 本文建立的110 kV输电线路模型属于变压 器中性点直接接地系统,文献[10]分析指出中性 点接地系统发生短路故障情况时,系统中将产生 较大零序电流分量,因此可使用零序电流保护构 成系统保护的一种,它对于系统单相接地有很高 的灵敏度;然而在短距离输电线路和复杂网络中, 由于零序速断保护范围几乎没有,导致其性能下 降严重,因此在110 kV输电线路模型中,同时还 要装设接地距离保护和相间距离保护,其保护范 围固定,可弥补零序电流保护的缺点和不足。 单侧电源线路的零序电流保护一般分为三段 式,终端线路也可采用两段式,本文采用两段式零 序电流保护,接地距离保护和相间距离保护采用 三段式保护。 2.1 输电线路零序电流保护整定计算 1)110 kV输电线路零序I段保护定值I 按 照躲过本线路末端接地短路的最大零序电流整 定,如公式(1)所示: ,U zl I= 1×3/0. (1) 式中, 为可靠系数,取值范围为1.25~1.3。 ,0 为线路末端接地短路时流过保护的最大零序 电流,其计算过程如下所示。 文献[11]中详细分析了电力系统发生不同 故障情况的短路电流计算,只有发生单相接地短 路和两相接地短路时系统才产生零序电流。 ⑧根据所建立的输电线路模型以及模型中各 个电力设备的参数,通过工程简化计算,可得到线 路末端发生单相接地短路时忽略输电线路电阻情 况下的短路点各序短路电流计算如公式(2) 所示: r r—r一 1 ,,'、 ,1一 , 一 ,。一 + ,,+X,n \ / ,1其中,,, 、,,。、,,。分别为短路点正序、负序和零序 电流。 、X, 、Xr。分别为系统电源端到线路末 端的正序、负序和零序电抗标幺值,其计算公式 如下: 第3期 何松,等:110 kV输电线路继电保护整定计算及仿真对比分析 9 。= := 332 (3) 。一 。: 堕 堕 121 :1一‘. 607(4)’ .则线路末端发生单相接地短路时短路点的零 序电流标幺值为: 。 而 0・234(5) 短路点零序电流有名值为: /so=O.234 x =・228.281 A (6) ⑥当线路末端发生两相接地短路时,系统短 路点零序电流计算公式如下: ,,。= x ̄:Xfo xz2+ 。 =0.219 (7) Xfl+ :0.219× ×10 1149.452 A √3×110 (8) 则本线路末端接地短路的最大零序电流由单 相接地短路时产生的,因此可得到110 kV输电线 路零序I段保护整定二次定值为: ,DZ I : 一 ・1 200 :3.838 A一 ’ (9) 零序电流I段保护为速断保护,保护延时为: tl:0 s (10) 2)110 kV输电线路零序II段保护作为系统 主保护,在线路末端必须具备规定的灵敏度。其 保护整定值,0. 应满足以下几个条件: ④按与相邻线路零序电流保护I段配合整 定,其计算如公式(11)所示: Ioz.II=Kk2 Dz I (11) 式中, :为可靠系数,取值范围为1.15~1.2。 为最大分支系数,本文中输电线路模型为单线路, 其分支系数为1。, 。 .I为相邻下一级线路的零 序电流保护I段整定值。 ⑥按与相邻线路零序II段配合整定。其计 算如公式(12)所示: JDzⅡ=Kk2 Dz..I (12) 式中, ’。 .Ⅱ为相邻下一级线路的零序电流保护Ⅱ 段整定值。 ⑥按躲过线路末端母线上变压器的另一侧母 线发生接地短路时流过的最大零序电流整定,其 计算如公式(13)所示: IDz.Ⅱ= ×3Io (13) 式中, 为可靠系数,取值范围为1.1—1.3。 ,0 为线路末端母线上变压器的另一侧母线发生 接地短路时流过的最大零序电流。 ⑨按保障输电线路末端有足够灵敏度来整 定,其计算如公式(14)所示: ,Dz.Ⅱ= (14) 式中, 。为灵敏系数,取值范围为1.1—1.3。 根据以上整定导则,同时结合建立的1 10 kV 输电线路模型,按照条件@得到输电线路零序Ⅱ 段保护整定二次定值为: ,。 : ・一II 善 1 200 :3.一’ 377 A(15), 按照条件d来得到输电线路零序Ⅱ段保护整 定二次定值为: ,DZ I・. 一 1I : 1 1× 200 一二’u 厶 -2.612 A(16)u/ . 通过综合对比考虑,可选择条件⑨来整定 110 kV输电线路路零序Ⅱ段保护。 零序电流Ⅱ段保护时间延时按与零序I段配 合整定,大一个数量级,其计算如公式(17)所示: tⅡ=t l+At=0.3 s (17) 2.2输电线路接地距离保护整定计算 1)110 kV输电线路接地距离保护I段定值 z0,按可靠躲过本线路母线接地故障整定,其一次 整定值为: ZDzI Kk4ZI .:0.8×^//(1.327) +(5.308) =4.377 Q (18) 式中, 为可靠系数,Kk4=0.8。z 为本线路全 长的正序阻抗值,Q。 其二次整定值为: I=4.377×丽1 200/1=4.775 n (19) 接地距离保护I段动作时限延时为: t I=0 s (20) 2)110 kV输电线路接地距离保护Ⅱ段保护 10 青海电力 第35卷 定值z。Ⅱ按照以下几个条件整定: ⑨按与相邻线路接地距离I段配合整定,其 计算公式如(21)所示: ZDzⅡ=Kk6ZI+点 z I (21) 式中, 为可靠系数,取值范围为0.7~0.8。 为助增系数,取正序和零序两者之中最小值。 z 。 为相邻线路接地距离保护I段动作阻 抗,Q。 ⑥按本段线路末端发生接地故障时有足够灵 敏度来整定,其计算如公式(22)所示: Z Ⅱ=Kfm2ZI (22) 式中, 为灵敏系数,取值范围为1.3~1.5。 @按其与相邻线路的接地距离保护Ⅱ段配合 整定,其计算如公式(23)所示: ZDzⅡ=K ZI十 z Ⅱ (23) 式中,z 。 .H为相邻线路接地距离保护Ⅱ段动作 阻抗,Q。 根据以上整定导则,同时结合建立的110 kV 输电线路模型,可按照条件⑥整定计算得到线路 接地距离Ⅱ段保护一次定值为: ZDzⅡ=klm2Z I=1.3×5.471=7.112 12 (24) 其二次定值为: Ⅱ=7.1l2×而1 20 0/ 1=7.758 n (25) 接地距离保护Ⅱ段动作时限延时如式(26) 所示: tⅡ=t I+At=0.3 S (26) 3)110 kV输电线路接地距离保护Ⅲ段定值 z。Ⅲ按躲过线路末端变压器另一侧母线三相短路 时的系统参数整定,其一次整定计算值为: ZDz I= ZI+ Z =0.8× √l-327 +(5.3叭o.16 94× ×l2. =34.439 Q (27) 式中,z 为终端变压器并联等值正序阻抗,n。 其二次整定计算值为: I=34.439×丽1而20 0/ 1=37.569 Q (28) 接地距离保护Ⅱ段动作时限延时如式(29) 所 : tⅢ=t I+At=0.6 s (29) 2.3输电线路相间距离保护整定计算 1)110 kV输电线路相间距离保护I段定值 z I按可靠躲过本线路末端母线接地故障整定,其 一次整定值为:。 ZDZⅡ ZI =0.8× ̄/(1.327) +(5.308) =4.377 Q (30) 式中, 为可靠系数,其取值范围为0.8—0.85。 z 为本线路全长的正序阻抗值,n。 其二次整定值为: z D Z_I=4.377× 1 200/1=4.775 Q (31) 相间距离保护I段动作时限延时如式(32) 所示: t I=0 S(32) 2)110 kV输电线路相间距离保护Ⅱ段保护 定值z 按照以下几个条件整定: ⑨按与相邻线路相间距离保护I段配合整 定,其计算如公式(33)所示: Z Ⅱ= ZI+ 8 Z I)z.I (33) 式中, 为可靠系数,Kk =0.8。 为助增系数。 z 。 为相邻线路距离保护I段动作阻抗,Q。 ⑥按其与相邻线路的相间距离保护Ⅱ段配合 整定,其计算如公式(34)所示: ZDzⅡ=Kk7ZI+ 8 z Dz _Ⅱ (34) 式中,z 。 .Ⅱ为相邻线路相间距离保护Ⅱ段动作 阻抗,Q。 ⑥按本线路的规定故障灵敏度整定,其计算 如公式(35)所示: ZDzⅡ=Kl ZI (35) 式中, ,为灵敏系数,取值范围为1.3~1.5。 根据以上整定导则,同时结合本文建立的 I 10 kV输电线路模型,按照条件@整定计算得到 线路相间距离保护Ⅱ段一次定值为: ZDzⅡ=Klm3ZI=1.4×5.471=7.659 Q (36) 其二次定值为: Ⅱ=7.659×而1面20 0/1而=8.355 Q (37) 第3期 何松,等:110 kV输电线路继电保护整定计算及仿真对比分析 X0.9×U DZ. 11 相间距离保护Ⅱ段动作时限延时如(38) 所示: × tⅡ=t I+At=0.3 s (38) : :墨 : √3×1 179 :38785 n .3)110 kV输电线路相间距离保护Ⅲ段保护 定值zⅢ按照以下几个条件整定: ④按躲过系统最大负荷电流整定,得到其一 次整定计算值为: 流,其计算如公式(40)所示: (39) 其中, 为母线线电压, 一为系统最大负荷电 一 /—丝———=—=:1 179 A ^/. +(.=_ 0— 2——85——9— —× .1—2 —1_=+. 5— 3—0——8 +: —0. 1—6—9—4— 薹×三 × 1 .)2 1一 A ————————— 1 327 (40) 斗u 其二次整定计算值为: I=38.785× 1 200/1=42.31O Q (41) ⑥按变压器其他侧母线故障整定,其一次整 定计算值为: ,ZDZI .Kk7ZI+ Z =0.8× √1.327 +(5.308+0.169 4× ×12. =34.439 Q(42) 式中,z 为终端变压器并联等值正序电阻抗,Q。 其二次整定计算值为: 439×而1而20 0/1而=37569 n zDzI=34...图2输电线路软件中建模结构 关联和相应的参数设置。 整定计算得到输电线路零序电流保护I段一 次和二次整定值: (43) 通过综合考虑,110 kV输电线路相间距离保 护Ⅲ段保护定值zm可选择方法⑩整定。相问距 离保护Ⅲ段动作时限延时如式(44)所示: till=t I+2At=0.6 s (44) l厶.・ I.2=3.21 A :4 AA(45) 输电线路零序电流保护Ⅱ段一次和二次整 定值: - 3继保整定软件仿真计算 针对本文的110 kV输电线路,可在继保整定 262・ 【,0.ⅡI2=2.71 A (46) 软件中建立模型,如图2所示。其中各部分结构 已在第一部分介绍过,RCS一900是软件自带的南 瑞继保的输电线路保护装置。 建立了电路模型之后,首先可将系统基准容 量设定为1 000 MVA,其次将最大和最小运行方 输电线路接地距离保护I段一次和二次整 定值: 【 ・- ・38 I.2=4.78 Q (47) 式的阻抗参数输入无限大发电机系统,之后将输 输电线路接地距离保护Ⅱ段一次和二次整 定值: f .Ⅱ.1=7.11 Q 电线路阻抗参数输入软件线路模型中,最后将输 电线路保护装置RCS一900添加入模型,在软件 整定状态下,将RCS一900装置与输电线路进行 i _Ⅱ.::7.76 Q (48) 12 青海电力 第35卷 输电线路接地距离保护Ⅱ段一次和二次整 定值: 『Z0.Ⅲ.1=34・44 n Ⅲl2=35.57 Q 【Z0.输电线路模型,根据模型的电力参数,分析计算了 零序电流保护I段和Ⅱ段整定值、接地距离保护 (49) I段、Ⅱ段、Ⅲ段整定值以及相间距离保护I段、 Ⅱ段、Ⅲ段整定值,同时计算了输电线路发生短路 故障时的故障点短路电流;在此基础上,在继保整 定软件里面建立1 10 kV输电线路仿真分析模型, 通过输入系统参数和继电保护设备关联等操作, 输电线路相间距离保护 I段一次和二次整 定值: 』z Ill 4・38 n (50) 【Z ,=4.78 Q 输电线路相间距离保护Ⅱ段一次和二次整 定值: ‘6n 【2=8.36 Q , (51) ZⅡ.输电线路相间距离保护Ⅲ段一次和二次整 定值: fZⅢ1=34・44 Q 【zⅢ2=37.57 Q (52) 4计算结果对比分析 通过理论计算和软件仿真分析,得到计算结 果对比见表4、表5、表6。 表4零序电流保护整定值对比 A 接地距离 接地距离 接地距离 I段 Ⅱ段 Ⅲ段 相间距离 相间距离 相间距离 I段 Ⅱ段 Ⅲ段 由于理论计算采用的是工程简化计算,其计 算结果与软件仿真计算值有一定偏差,通过对比 分析,理论计算值和仿真计算值结果吻合,其误差 在工程允许范围之内。 5 结论 本文首先建立了连接无限大系统的110 kV 仿真分析得到了模型的各项整定参数值;最后对 比分析了理论计算值和仿真计算值,结果吻合。 参考文献: [1]Z.Y.Xu,S.F.Huang,Li Ran,J.F.Liu,Y.L.Qin, Q.X.Yang.J.L He.A Distance Protection Relay for a 1 000.kV UHV Transmission Line[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2008,23(4):1795一 l804. 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[3]GB 50150--2006 电气装置安装工程电气设备交接 试验标准[s].2006. 4 结论 综上分析,可以确定是C相高压侧套管本身 存在问题。为了进一步验证现场测试的结果,现 场对该变压器进行放油处理,然后将局放量正常 的A相高压侧套管与故障相C相的高压侧套管 进行互换,再次试验发现更换后c相局放合格,A 相局放超标,其测试结果与更换前C相相同。因 (上接第6页) [4]夏燕莉,江健武.一起220 kV变压器局部放电试验 分析[J].变压器,2011,48(11):27—30. 故障阻抗继电器失去方向性。零序保护,对功率 方向判别中的零序电压进行补偿,以尽量避免串 补电容对其带来的影响。 参考文献: [1]郁帷墉,吴小建.阳城一淮阴50 kV串补电容线路对 继电保护影响的研究[J]_电力自动化设备,1998,26 (2),1—6. [2]李钢,钱 锋.大房双回500 kV线路加串补对距 离保护的影响[J].华北电力技术,2002,32(2), 6—7. 一・- (上接第12页) Distirbution,2014,8(12):2083—2091. 整定规程[S].2007. [10]崔家佩,孟庆炎,陈永芳,熊炳耀.电力系统继电保 护与安全自动装置整定计算[M].北京:中国电力 出版社,1993. [8]Shanker Warathe,R N Pate1.Six—Phase Transmission Line over Current Protection by Numerical Relay[c]// Advanced Computing and Communication Systems,5— 7 Jan.2015,Coimbatore,India,2015:1—5. [11]卓乐友.电力工程电气设计手册[M].北京:中国 电力出版社,2010. [9]DL/T 584--2007,3—110 kV电网继电保护装置运行 田 我国201 8年底前将完成售电侧市场竞争主体培育工作 目前,国家能源局召开《电力发展“十三五”规划》新闻发布会。国家能源局总工程师韩水和电力司黄学农参加 新闻发布会,介绍《电力发展“十三五”规划》并回答记者提问。 韩水表示,电力改革方面,将组建相对和规范运行的电力交易机构,建立公平有序的电力市场规则,初步形 成功能完善的电力市场,深入推进简政放权。一是核定输配电价。2017年底前,完成分电压等级核定电网企业准许总 收入和输配电价,逐步减少电价交叉补贴。二是建立健全电力市场体系。建立标准统一的电力市场交易技术支持系统, 积极培育合格市场主体,完善交易机制,丰富交易品种;2016年启动东北地区辅助服务市场试点,成熟后全面推广;2018 年底前,启动现货交易试点;2020年全面启动现货交易市场,研究风险对冲机制。三是组建相对和规范运行的电力 交易机构。四是有序放开发用电计划。2020年前逐步取消优先发电权以外的非调节性发电计划。五是全面推进配售 电侧改革。2018年底前完成售电侧市场竞争主体培育工作。