超高压电网反时限零序过流保护简化整定方法

葛燕峰

摘要：经济的发展，社会的进步推动了我国科学技术的发展，也带动了电力行业的发展，国内电压等级在220kV及以上1000kV以下的超高压交流电网采用中性点直接接地方式。在超高压电网大电流系统短路故障统计中，单相接地故障占90%以上。利用不对称接地故障时出现零序电流构成的接地短路保护作为后备保护在超高压电网中获得了广泛应用。其中，阶段式定时限零序电流保护因其原理及构成简单而被国内电网采用，但不足的是整定计算工作量大。此外，超高压电网的零序序网因自耦变压器和超短群线路等元件投入变得愈发复杂，使得定时限零序电流保护最末段的整定配合愈加困难。为保证灵敏性，多数电网将零序电流最末段选取相同的启动电流和延时，但发生高阻接地故障时易造成停电面积的扩大。反时限特性电流保护反应于被保护线路流经电流大小，即故障电流越大，保护元件动作时间越短，能自动响应于电网故障轻重程度以实现故障的快速切除。当相邻线路短路电流大小存在差异时，反时限电流保护能自然实现上下级保护选择性配合，为简化过电流后备保护整定计算提供了基础。反时限零序过流保护若能在保证选择性的同时简化整定计算过程，则可替代传统四段式定时限零序电流保护。因此研究反时限零序过流保护在超高压电网中的应用及其整定方法，具有实际重要意义。反时限过流保护因其实现简便和成本低廉等优点，很早就在国外输电网和配电网中得到广泛应用。就反时限保护整定配合问题，许多学者在建立的优化数学模型基础上，分别从数学解析优化、元启发式智能优化和混合优化三个方面提出了众多优化算法来求取定值。然而，受限于优化问题约束维度，到目前为止仍未有一种适用于任意规模电网、通用且实用的高效优化定值求取算法。

关键词：超高压电网；反时限；零序过流保护；简化；整定；方法

引言

电网的运行风险主要由于电网结构薄弱、布局不合理，传输断面受限，输变电设备重载或过载等原因引起。发电厂机组发变组因故障发生跳闸等事故，不仅对于很多发电设备产生损坏，而且对于发电企业造成较为严重的经济损失。因此，需要发电企业对于自身厂用变压器分支零序过流保护进行合理的设置，确保不会因突发事故影响整个发电机组的安全、稳定运行。

1电网运行风险的定级与分类

根据内蒙古电力公司《安全生产事故调查管理办法》对电网事故的分类规定，按事故带来的影响程度将电网事故分为一级至八级８个等级，一级电网事件（特别重大电网事故）最为严重，影响程度向后逐级递减，八级电网事件带来的影响最轻微。根据对用户供电中断、电能质量下降、电网解列等事件对电网事件进行定义，《安全生产事故调查管理办法》从以下几个方面对电网事件进行定义，并从事件的影响程度进行分级。①按减供负荷的总量或减供负荷占负荷总量的比例来衡量。②按照电能质量降低衡量。如电网电压控制点的电压偏移百分比、电网频率偏差延续的时间等衡量。③按照事故造成的不同电压等级的厂站、母线全停来衡量。④按照不同电压等级输电断面全停来衡量。⑤发生开关失灵、继电保护或自动装置不正确动作致使越级跳闸情况来衡量。

2超高压电网零序网络特征

超高压电网中性点直接接地系统中，各变电站通常装设有接地变压器。超高压电网在发生不对称故障时，接地变压器的存在为简化全网反时限零序过流保护整定计算提供了物理基础。以图1(a)所示输电网结构为例，

图 1 超高压电网中接地变压器作用示意图

当线路BC上k点发生接地故障时，其零序等效网络示于图1(b)。由基尔霍夫定律可知，此时故障线路BC上保护1与上级线路AB上保护1流过的零序电流存在如下关系：

(1)

式(3)表明，当BC线路发生接地故障时，由于母线B上接地变压器T2的分流作用，使得保护1测得的零序电流明显大于上级线路保护2测得的零序电流，如图1(c)所示。这种因零序网络拓扑结构导致故障零序电流在网络中呈现出上下级线路存在大小差异的自然分布特性，为简化电网中反时限零序过流保护整定计算奠定了物理基础。

3变分支零序过流保护出口逻辑

由于设计厂家不同，造成各发电厂变分支零序过流保护的出口逻辑不同，有的设计为启动快切，有的是闭锁快切。经讨论分析后，变分支零序过流保护动作t1时限应该闭锁快切。原因有2方面：（1）变低压分支到6kV进线开关都是共箱母线，如果单相接地故障发生在共箱母线上，变零序保护动作后t1时限跳开6kV工作分支同时启动快切后，高压启动备用变压器才不会投在故障点，而发生在共箱母线内接地的几率非常小。如果共箱母线内发生单相接地故障，跳开6kV工作分支进线开关不能切除故障，要靠变零序过流保护t2时限跳发变组来切除故障。（2）6kV负荷接地的几率比较大，如果6kV负荷接地保护拒动越级到变分支零序过流保护，而这时变分支零序过流保护动作后跳开6kV工作分支如果启动快切，备用电源会投在故障点上，所以变分支零序过流保护t1时限应跳开对应段进线开关，同时闭锁快切。因此，变分支零序过流保护动作t1时限跳开分支进线开关，同时闭锁快切；t2时限跳发变组（t2时限作为变低压分支共箱母线单相接地的主保护）。发电厂原变分支零序过流保护出口逻辑为：t1延时1.2s，断开厂用工作电源进线开关，启动快切；t2延时1.5s，灭磁，断开发电机出口断路器。更改后变分支零序过流保护出口逻辑为：t1延时1.2s，断开厂用工作电源进线开关，闭锁快切；t2延时1.5s，灭磁，断开发电机出口断路器。

4对于超高压电网反时限零序过流保护简化整定的方案

对于高压厂用变压器分支零序过流保护的设计，主要就是通过对于线路的闭锁、切换等方式，将那些发生故障的线路段进行跳闸隔离，启用后备设备，从而有效保障整个线路以及发电机组的稳定、安全运行，减少发电企业因故障造成的经济损失。目前，在发变组零序过流保护的设计过程中，由于各个厂家的出口逻辑设置不同，应该t1时限闭锁快切。这样一方面高压厂用变压器零序过流保护在共箱母线上，单向接地线发生故障，在t1时限跳开，使得备用变压器可以发挥作用，而过流保护在共箱内，可以在t2时限来切除故障。另一方面如果接地线负荷过大发生故障，上升到分支零序过流保护时，启动跳开、快切，就会使得备用电源不能发挥有效作用。因此，需要在零序过流保护出口逻辑设计成t1时限闭锁快切，t2时限断开发电机出口断路器。

结语

总之，随着电力系统网架的快速扩大，超高压电网的零序网随着运行方式变化而越来越复杂，使得传统四段式定时限保护整定配合变得越来越困难，而反时限保护因其优良特性逐步在超高压电网得到应用。面向超高压电网的反时限零序过流保护简化整定计算方法，其所得定值满足保护选择性和灵敏性要求，且耐过渡电阻能力强，有效克服了传统阶段式零序电流保护在高阻接地故障时选择性无法保证的难题。

参考文献

[1]王士政,冯金光.发电厂电气部分[M].3版.北京:中国水利水电出版社,2002.

[2]张保会,尹项根.电力系统继电保护[M].2版.北京:中国电力出版社,2010.

[3]国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材(上册)[M].北京:中国电力出版社,2009.

[4]刘树华，张启亮，刘倩影，等．浅谈电力调度运行的安全分析与风险管控［Ｊ］．工程技术：文摘版，2016，（19）：210