《城市轨道交通智能变电站继电保护设计》

第第页城市轨道交通智能变电站继电保护设计摘要：智能变电站是城市轨道交通中一个比较新的热点，因此探讨城市轨道交通智能变电站的继电保护设计，是一个比较新的领域，具有一定的前瞻性。当电力系统发生故障时，可以在最短的时间内，以最小的面积实现继电保护，以减少电力系统的损耗，其中智能变电站起着非常重要的支撑作用。本文主要讨论了如何在智能变电站中，应用新型继电保护技术，总结了智能变电站继电保护配置的特点，计算了短路电流整定值。通过对继电保护配置整定值的计算和校验，说明继电保护配置的正确性，设计了输电线路的一些继电保护电路，给出了详细的继电保护配置方案。关键词：短路电流；输电线路继电保护；智能变电站；保护设计1引言智能电网是以先进的传感器和测量技术为基础，建立快速、独立的信息通信，实现电网安全稳定运行的目标。智能变电站对智能网络结构的更新，具有重要意义。智能变电站的快速变化，也给变电站的运行维护，带来了新的变化。网络化和省级大型智能变电站的生产运行，使得国家传统变电站的主要设备继电保护方案，不能满足智能变电站配置的要求。智能继电保护系统，是智能变电站的重要组成部分。随着近年来智能变电站的大规模生产，原有的继电保护配置，已不能满足当前的实际需要。因此，在需求分析的基础上，针对下一阶段的网络建设和升级，综合考虑工程效益、运行效益等方面，有必要对现有的智能变电站继电保护配置，进行科学研究。2智能变电站继电保护配置2.1保护装置的程序化操作在传统变电站中，继电保护装置的升压需要两个操作人员同时进行。操作完成后，监护人检查压板是否正确投入工作。一般操作一个压力板需要1~2分钟，多个压力板的操作需要重复多次，效率低。由于智能变电站基于IEC61850通信协议，因此只有一个处于“检查状态”的硬压板保留在保护屏上，并且不需要保留其他硬压板。同时，保护装置还具有开关保护设定区域的功能。在这种情况下，可以同时操作多个软板，缩短了运行时间，有效防止了误操作。2.2智能变电站继电保护性能2.2.1分布式母线保护母线是连接变电站不同电平的电压间隔的主要方式。其功能主要是对电能进行汇总，配置和传输。母线事故是电力系统中最严重的事故。传统的总线保护不仅是其最复杂的布线，而且易受干扰，更难以拓宽，因为分布式总线保护是总线保护的关键变化趋势，其前提是具有过程层间隔，具有以下功能：权力下放和处理。分布式母线保护在信息一致性和通信功能方面提出了严格的标准，但常规变电站系统的建设无法达到上述条件。智能变电站是利用互联网通讯的领先技术和智能断路器。在变电站设备基于分布式母线保护设置,清理的出口继电器、复合精简的压力微分总线保护逻辑,和公共汽车保护不同间隔的功能是仅在的状态,只是跳在这个区间的断路器,集中几乎没有保护功能。中央处理单元与各间隔单元之间的通信是分布式总线保护的重要组成部分。2.2.2主变压器保护变压器是变电站的核心设备。根据有关规定的要求，智能变电站的变压器保护应配置集成有源保护和备用保护两套，备用保护可配置集成测控装置。当智能变电站保护装置配置上述保护装置时，各侧组合单元(MU)与智能终端也采用两组配置方式，将中性点电流和间隙电流合并成相应的MU。变压器保护采用直接取样的方式连接两侧的断路器。子断路器和自动切换锁定装置可以通过GOOSE网络连接。通过GOOSE网络可以接受故障停止命令，实现各方面缺陷保护断路器的跳闸功能。从变电站的高，中，低压变压器组合单元获得的电流和电压信号直接发送到SV网络，数据在一个方向上传输。SV网络上的数据永远不会在保护设备侧发送，并将执行采样信号的直接操作。2.2.3进线主变保护配置智能变电站线路保护应结合站点的测量，控制和保护功能与“匕首”的设计，并间隔配置。保护间隔交换信息外。都是点对点的信息传输方法。连接单元直接连接到智能终端。收集装置可保护计量和控制设备，并应用直接采样和数据传输功能。与智能终端配合电路交换电子变压器和总线通过电流和电压信号连接到组合单元。相关数据被打包和汇总，并通过光纤发送到测量和控制设备和SV网络。当存在插入计量和控制设备的间隔信息时，数据传输模式必须由GOOSE网络传输模式批准。2.3过程层组网方式分析2.3.1SV与GOOSE组网方式目前，从智能变电站的发展历史和运行后的监测情况可知，SV和GOOSE有三种联网和跳闸方式：直接挖掘网络跳跃，直接挖掘网络跳跃和网络挖掘网络跳跃。就该方法的应用稳定性而言，直接采矿和跳跃是三种方法中最稳定的。直接采矿和直接跳跃的应用是最常见的。然而，直接采矿和跳跃也存在缺点，主要表现为熔点和光口较多，设备故障的可能性较大。我们可以采用双网的链路冗余模式，保护效率不会受到影响。与互联网传输模式相比，点对点传输模式有很多光缆布线和光纤融合，在项目建设过程中，不仅会增加现场的工作量，而且会给供电部门今后的运行维护带来很多不便。同时，点对点脱扣需要大量的光纤和熔点，增加了设备的操作和维护难度。从智能变电站建设新工艺和自动系统控制的要求来看，直接挖掘跳网是过渡阶段。不同设备之间，因为点对点网络计划有效避免,也不会发生风暴事件与网络有关,与SV相比,也对等网络解决问题的数据统计,相同的,所以智能变电站建设选择，对等网络有更多的保证。此外，继电保护技术中层间保护配置的联锁测控、通信共享、故障记录等都得到了很好的运行。2.3.2智能变电站GOOSE组网方案在智能变电站中，断路器间隔组合单元、智能单元等配置方案较多，智能终端、组合单元和继电保护必须一一对应。也就是说，第一组保护只与第一组智能终端、组合单元相连，而第二组保护只与第二组智能终端、组合单元相连。组合单元直接采集隔离开关的信息，无论是否有电子变压器，实现电压转换。以鹅网的安全性和经济性为例，鹅网方案如图3所示。国内大部分智能变电站母线接线方式采用，继电保护配置按双标准配置。同时，为保证保护装置的安全，应按分散原则配置交流和母线间距。在屏主保护和两组回路的线路上，安装双开关，间隔与总线开关之间的连接，采用星型单网完成。图1GOOSE组网方案图智能变电站双母线间隔结构中，一条线路保护的信号联系表，如表1所示。表1配电线路故障诊断结果联系信号发送方接收方线路保护跳闸、重合闸线路保护智能开关开关位置智能开关线路保护开关位置智能刀闸线路保护刀闸位置智能刀闸母线保护线路保护启动失灵线路保护母线保护母线保护跳闸母线保护智能开关母线保护闭锁重合闸、启动远方跳闸母线保护线路保护3短路计算3.1元件参数计算为了简便计算,计算方法采用标幺值法。1.测量参数主要包括：发电机、变压器、架空线路、电缆线路等，在计算高压回路短路电流时，只考虑发电机、变压器的电抗，而忽略电阻。对于架空线路和电缆，只有当电阻大于电抗的1/3时，才包括电阻。一般只计算电抗，忽略电阻。2.可选取系统基准参数基准频率：50HZ基准容量：100MVA基准电压：37KV则：Ij=Sj/(1.732*37)=1.56KAXj=Up²/Sj=13.69变电站系统图图2变电所系统图3.1.1发电机参数计算假设系统1和系统2两台发电机均为无穷大的容量。即：SC1=SC2=∞1#～2#发电机的短路阻抗标幺值：X*f1=0X*f2=0.243.1.2变压器参数计算假设两台35KV变压器参数：ST1=ST2=6300KVA=6.3MVA短路电压百分比查电力变压器参数表可知：Ud1%=7.5Ud2%=7.5根据公式计算出1#～2#35KV变压器短路阻抗标幺值：3.1.3线路参数计算LGJ-12011Km线路的阻抗为：XL=X1×L1=0.4×11=4.4，LGJ-1207.1Km线路的阻抗为：XL=X1×L2=0.4×7.1=2.84。则：至此，可得出该35KV系统的等值阻抗图：图335KV系统的路等值阻抗3.2最大/小运行方式下等值阻抗分析最大运行方式为两台发电机组和两台变压器全部投入运行，进行系统简化，等效电路如下：图4最大运行方式下等值阻抗此时阻抗值如下：X*L=X*L1//X*L2=0.12X*T=X*3//X*4=0.60X*6=X*L1//（X*L2+X*f2）=0.19系统最小运行方式下，只有一台变压器投入运行，等效电路图如下：图5最小运行方式下等值阻抗此时线路阻抗值如下：变压器阻抗值如下：3.3短路电流计算侧：点短路电流计算3.3.1三相短路电流计算取,则基准电流为：点短路总阻抗为：则三相短路次暂态电流有效值（等于稳态短路电流）为：短路全电流最大有效值为:三相短路冲击电流为：三相短路容量为：3.3.2两相短路电流计算10.5KV侧：d2点短路电流计算(1)三相短路电流计算取,则基准电流为；点短路总阻抗为：则三相短路次暂态电流有效值（等于稳态短路电流）为：(2)两相短路电流计算：4线路主保护选择与整定4.1电流、电压保护整定计算考虑原则电流和电压保护装置是反应相短路的基本特性。完整的电流电压保护装置，由暂态部分和定时部分组成。电压高达110kv的单电源输出线路，通常采用三级电流电压保护。对于双源辐射，可以添加方向元件，形成每个方向的保护部件。三级保护Ⅰ，Ⅱ期保护，Ⅲ期为备用保护。Ⅰ期通常没有时限，根据瞬时电流断线，或为防止电压瞬时电流快速断线，其动作的内部保护动作时间。Ⅱ段有一点延时，俗称延时电流暂态故障电流闭锁电压速断或延时。Ⅱ阶段称为定时过流保护，需要很长时间。6-10kV线路一般采用两级保护。两级保护的第一部分是主保护，第二部分是备用保护。电流、电压保护简单可靠，能在一定程度上反映电弧电阻。因此，当保护性能满足基本要求时，应优先考虑。对电流、电压保护装置的基本要求及整定计算考虑原则（1）保护区及灵敏度保护装置I段无限时动作，保护面积，不小于线路全长的20%。线路终端故障时，Ⅱ段电流整定的灵敏度，应满足下列要求：1、50km以上线路大于或等于1.32、20-50km线路大于或等于1.43、20km以下线路大于或等于1.5在线路末端故障时，Ⅲ电流的定值要求灵敏度系数，大于或等于1.5。相邻线路故障结束时，力求灵敏度系数大于或等于1.2。（2）定值配合及动作时间保护整定的协调包括电流、电压元件整定的协调，和动作时间的协调。电流、电压元件的整定值，由可靠性系数保证，动作时间的整定值，由时间级差保证。保护装置Ⅰ段，一般只保护线路的一部分，不与相邻线路配合。Ⅱ段一般与相邻线路的第一段相匹配。当灵敏度不足时，可与相邻线路的Ⅱ段相匹配。Ⅲ段的灵敏度足够时，也可与相邻线路的Ⅱ区段一起调整，以减少Ⅲ段的运行时间。（3）计算用运行方式及短路电流对于保护定值的计算、灵敏度的标定和运行方式的选择，可行的方法可以是最大、最小和一般的故障类型，无论是特定模式和双复杂故障类型，无时限动作或远离核电站的保护，设计未考虑短路电流衰减。（4）系统振荡及发电机自启动电流和电压保护装置，安装在双电源线上。一般采用整定值，以避免振荡的影响，设置振荡停止装置，以简化保护。对于靠近振荡中心的母线单电源插座，当系统振荡可能停止工作时，应装设低压保护装置，保证线路可靠故障排除。当备用保护因相应电机自启动而误动时，应避免整定值或低压闭锁，防止误动。4.2电流闭锁电压保护4.2.1瞬时电流闭锁电压速断保护如果电源容量小，线路短路，工作模式变化很大，或者变压器容量较大的短线（计算证明使用瞬时电流保护或非选择性电流保护可以不能保证足够的灵敏度，可以使用瞬时电流阻断电压速度保护。瞬时电流闭塞电压快速断开保护装置接线只需要用中间继电器代替时间继电器。该保护可作为限时单回路的主保护单回路，为降压变压器供电，也可与自动重合闸器相结合，构成多串联径向回路的主保护。4.2.2保护装置电流元件、电压元件动作值的整定计算根据某一主工作方式，电流、电压元件具有相同的保护范围。当线路第一部分采用瞬时电流闭锁电压快速保护时，为使保护装置处于主工作模式，保护范围大，在此工作模式下可设置电流、电压分量的动作值。有相同的保护范围。作为电流元件的电流继电器一次动作电流为：式中:——额定线电压；——主要运行方式下保护安装处母线上的系统总电抗；——相应于电流元件及电压元件保护范围的线路；——被保护线路的电抗；——可靠系数，可取。根据计算出的动作电流值，当避免电压电路断开时，也应验证受保护线路的最大负载电流。在确定最大负荷电流时，必须选择在实践中，可能出现的最严重的运行模式，作为计算依据。4.2.3限时电流闭锁电压速断保护限时电流闭锁保护，及其相邻线路或设备，具有快速保护功能。在保护短路端时，有时不能保证足够的灵敏度。在这种情况下，可以考虑限时电流闭锁电压速度保护，如图6所示。图6限时电流闭锁电压速断保护接线图两个电压继电器可以省略，一个中间继电器由电压继电器激活，即一个中间继电器的两对常开触点发出断开信号，另一对常开触点，与电流继电器串联，形成限时限流闭锁电压速断保护。4.2.4继电器动作值及保护的灵敏性校验继电器的动作值计算：对于单侧电力线，通常使用一个或两个电流速度段或电流速度段或电压和电流互锁速度段保护和过电流保护。对于该线路，限时电流阻断电压速度段保护用作主保护。保护整定如下:（1）由于变压器速度分段保护，当下一级为变压器速度保护时，限时限流闭锁电压速度分段保护电流计算如下：电流元件的整定计算：电压元件的整定计算：取所以：电压元件的灵敏度校验：满足要求。(2)继电器的动作值及保护的灵敏性校验电流继电器的动作值计算：电压继电器的动作值计算：所以：保护的灵敏性校验同电压元件的灵敏校验已满足过电流保护，过电流保护作为本线路的后备保护。(3)过电流的动作电流计算公式：所以：(4)灵敏度校验：满足要求。4.2.5过电流保护的接线方式和灵敏性校验接线方式有3种:（1）三相星形接线方式这种接线方式，应用于间接接地系统，主要有以下缺点：①需要三台电流互感器，和三台继电器，元件多，接线复杂，成本高。②在并联线路中使用时，如果保护动作时间相同，当不同线路发生两点接地故障时，动作切断两条线路的几率为100%，减少了供电可靠性。由于上述原因，在间接接地系统的过流保护中，很少采用三相星形接线方式。（2）两相不完全星形接线方式图7仅示出具有定时特性的两相双继电器瞬时，电流速断和过流保护接线图。在图中，两个电流继电器分别连接到快速断开保护，和过电流保护部分的A和C两相电流互感器的二次回路。过流部分的两个电流继电器的触点并联。因此，任何电流继电器启动后，时间继电器KT的线圈都可以接通，启动时间继电器跳闸。图7两相两继电器式瞬时电流速断及过电流保护接线图时间继电器KT的触点容量通常较大，不需要另安装一个触点容量较大的中间继电器，就可以直接跳闸。在有电的直接接触网中，当所有元件的保护装置，为两相两继电器接线时，两个电流互感器，安装在同一相上，一般安装在A相和C相上。（3）两相差电流的接线方式两相差动继电器的过电流保护，如图8所示。连接方式包括，两个电流互感器和一个电流继电器。电流互感器应与两相不完全连接方式同相安装。当不同阶段发生两点接地时，保护装置的动作分析，应与两相差动继电器的接线方式相同。图8过电流保护装置的两相差继电器式接线图5结束语本文对智能程序继电保护的配置进行了分析，并对系统进行了进一步的设计。目前，许多厂家对继电保护智能变