1 引言
近幾年來，河南電網(wǎng)的發(fā)展十分迅速，表1是1998年以來河南電網(wǎng)主要的變化情況。
隨著電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，繼電保護(hù)整定計(jì)算的任務(wù)也越來越繁重。而隨著電力體制改革，保護(hù)科的人數(shù)由1996年的10個人減到目前的8個人，每個人的工作量都大大增加了。這促使我們進(jìn)行深入思考，能不能在不違背規(guī)程的條件下對整定計(jì)算進(jìn)行一些簡化。
目前國內(nèi)220 kV以上系統(tǒng)的繼電保護(hù)整定計(jì)算一般都遵循國家電力部1994年12月批準(zhǔn)、1995年5月開始實(shí)施的《220～500 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》。1994年以前國內(nèi)的保護(hù)以整流型和晶體管型為主，有一些集成電路保護(hù)，微機(jī)保護(hù)開始推廣。對于整流型和晶體管型保護(hù)來講，阻抗繼電器實(shí)現(xiàn)起來非常復(fù)雜，所以，大部分廠家的產(chǎn)品只有相間距離保護(hù)，沒有接地距離保護(hù)。因此，規(guī)程上雖然有接地距離保護(hù)的計(jì)算，但是實(shí)際中接地距離保護(hù)并未得到充分的應(yīng)用。近幾年，隨著微機(jī)保護(hù)的普及，河南電網(wǎng)已實(shí)現(xiàn)了線路保護(hù)微機(jī)化，接地距離保護(hù)已經(jīng)普遍應(yīng)用。接地保護(hù)的普遍應(yīng)用，給整定計(jì)算增加了很大的工作量。
實(shí)際上在一些功能上，接地距離保護(hù)和零序保護(hù)類似；在整定計(jì)算上，接地距離和相間距離相近。根據(jù)接地距離保護(hù)的這些特點(diǎn)，可以對繼電保護(hù)整定計(jì)算進(jìn)行一些有益的簡化。我們主要從三個方面對整定計(jì)算工作進(jìn)行了簡化：取消零序Ⅰ段、簡化零序Ⅳ段計(jì)算、統(tǒng)一相間距離保護(hù)和接地距離保護(hù)。
2 取消零序Ⅰ段
2．1 線路參數(shù)對零序保護(hù)和接地距離保護(hù)的影響
在接地距離保護(hù)沒有得到普遍應(yīng)用時，對接地故障，零序保護(hù)有其不可替代的作用。但線路零序參數(shù)的不準(zhǔn)確會給零序保護(hù)的計(jì)算增加一些不確定因素，因?yàn)榱阈颌穸蔚膭幼魇遣粠а訒r的，這些不確定因素的影響很可能會導(dǎo)致零序Ⅰ段的誤動。通過多年來的對比，只要提供的線路長度、桿塔結(jié)構(gòu)和線路型號誤差不大，計(jì)算的線路正序參數(shù)與實(shí)測參數(shù)的誤差較小（基本上不超過10％），而計(jì)算的零序參數(shù)與實(shí)測參數(shù)的誤差較大。表2是一些實(shí)例。
計(jì)算的線路零序參數(shù)誤差較大的主要原因在于不同地質(zhì)條件對零序參數(shù)的影響無法在零序參數(shù)的計(jì)算中得到精確的反映。另外，根據(jù)文獻(xiàn)［5］的分析，500 kV線路地線采用的分段絕緣設(shè)計(jì)會造成零序參數(shù)在地線絕緣間隙擊穿時和不擊穿時呈現(xiàn)不同的數(shù)值。
雖然下發(fā)了有關(guān)文件，要求基建時必須提供線路的實(shí)測參數(shù)，但是由于種種原因，實(shí)測參數(shù)往往不能及時得到。而且大部分老線路沒有實(shí)測數(shù)據(jù)，不可能把這些線路停下來進(jìn)行參數(shù)測試。對于500 kV線路，由于在試驗(yàn)時線路中流過的電流不足以把地線絕緣間隙擊穿，因此獲取相關(guān)的零序參數(shù)難度更大。
目前的短路計(jì)算程序在對零序互感的處理上，不可避免地都存在著忽略和簡化。
這些因素造成零序電流的計(jì)算存在較大的誤差，這種誤差對零序后備保護(hù)的影響相對要小一些，因?yàn)榱阈颌?、Ⅲ、Ⅳ段帶有延時。而零序Ⅰ段是瞬動的，一旦越級，肯定誤動。為了防止零序Ⅰ段誤動，現(xiàn)在有些省采用增大可靠系數(shù)的辦法，但是可靠系數(shù)取多少沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。而且，如果可靠系數(shù)取得過高，對于一些不是很長的線路來講，零序Ⅰ段在出口故障也無靈敏度，這樣就從根本上失去了保護(hù)的作用。
接地距離保護(hù)用的是IA＋K·3I0［2］，零序參數(shù)對它的影響體現(xiàn)在補(bǔ)償系數(shù)K上，K＝（Z0－Z1）/（3 Z1）［2］，因此零序參數(shù)的誤差對接地距離保護(hù)的影響要小得多。
2．2 零序Ⅰ段和接地距離Ⅰ段的保護(hù)范圍
零序Ⅰ段保護(hù)的保護(hù)范圍不固定，當(dāng)系統(tǒng)方式變化較大時，保護(hù)范圍變化也較大。在計(jì)算零序Ⅰ段的方式下，零序Ⅰ段保護(hù)范圍可以達(dá)到全線的70％～80％，但在常見方式下，零序Ⅰ段保護(hù)范圍要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于70％，甚至只有不到10％，最嚴(yán)重的時候，在保護(hù)出口故障，故障零序電流也達(dá)不到零序Ⅰ段的動作值。
接地距離Ⅰ段可以保護(hù)線路的70％，這個范圍比較穩(wěn)定，基本不受系統(tǒng)方式變化的影響。
微機(jī)線路保護(hù)對接地距離保護(hù)有特殊考慮，有的采用四邊形特性［6］，有的在R方向上有一定的補(bǔ)償［7］。因此在Ⅰ段范圍內(nèi)發(fā)生經(jīng)過渡電阻的接地故障，接地距離在R方向上的動作范圍要明顯大于僅反映電流的零序電流保護(hù)，所以接地距離Ⅰ段的抗過渡電阻性能比零序Ⅰ段好。
2．3 主保護(hù)對各種故障的反映
常用的線路主保護(hù)包括高頻保護(hù)、零序Ⅰ段、相間距離Ⅰ段、接地距離Ⅰ段，表3是各種主保護(hù)對保護(hù)范圍內(nèi)的各種簡單故障的反映情況。
從表3可以看出，零序保護(hù)能反映的故障，接地距離都可以正確反映。
2．4 主保護(hù)的動作時間
目前河南省內(nèi)用的最多的220 kV線路保護(hù)是11、15型和901B、902B型，表4是廠家提供的各種保 護(hù)的動作時間：
可以看出，零序Ⅰ段和接地距離Ⅰ段動作時間基本上一樣，對接地故障都能正確反映，而接地距離Ⅰ段的保護(hù)范圍穩(wěn)定，抗過渡電阻能力強(qiáng)，受零序參數(shù)誤差影響小。因此取消零序Ⅰ段保護(hù)對系統(tǒng)保護(hù)的整體性能沒有影響。
國內(nèi)許多專家對取消零序Ⅰ段也持肯定態(tài)度。 LFP系列微機(jī)保護(hù)原來在設(shè)計(jì)上根本就沒有考慮零序Ⅰ段保護(hù)，在推廣初期，由于當(dāng)時接地距離保護(hù)沒有得到普遍應(yīng)用，根據(jù)運(yùn)行單位的要求才加上了零序Ⅰ段。從實(shí)際運(yùn)行情況來看，零序Ⅰ段的取消沒有給電網(wǎng)帶來任何影響。相反，取消零序Ⅰ段給電網(wǎng)運(yùn)行帶來了一些便利：1）杜絕了因零序參數(shù)誤差過大引起的零序Ⅰ段誤動。2）基建項(xiàng)目投運(yùn)過程中，減少了周圍改定值的壓力?；?xiàng)目的投運(yùn)時間往往比較緊張，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)變化大時，周圍零序Ⅰ段定值的改動量就比較大，在短時間內(nèi)大量地改定值，給運(yùn)行方式的安排帶來了很大壓力。取消零序Ⅰ段后，不用考慮零序Ⅰ段的越級問題，由于接地距離Ⅰ段和相間距離Ⅰ段與運(yùn)行方式變化無關(guān)，零序和距離后備段保護(hù)因?yàn)橛蓵r間配合把關(guān)，只要系統(tǒng)主保護(hù)能夠投入運(yùn)行，這些后備保護(hù)不會越級，因此保護(hù)定值可以逐步安排更改，大大減輕了新設(shè)備投運(yùn)前改定值的工作量，從而減小了電網(wǎng)運(yùn)行的事故隱患。
在實(shí)際操作中，根據(jù)各種型號保護(hù)的特點(diǎn)，如果保護(hù)的零序Ⅰ段可以用控制字或壓板進(jìn)行投退，就采用人為硬性退出零序Ⅰ段的辦法；如果保護(hù)的零序Ⅰ段不能用控制字或壓板進(jìn)行投退，就取其最大刻度。
3 零序Ⅳ段的簡化計(jì)算
在規(guī)程［1］開始實(shí)行以前，零序Ⅳ段的整定方法為：與相鄰零序保護(hù)的Ⅲ段或Ⅳ段配合整定，要求在相鄰線末靈敏度不小于1．2。
而文獻(xiàn)［1］中，只對零序Ⅲ段的靈敏度提出了明確的要求，對零序Ⅳ段的要求是：
“2．6．3接地故障保護(hù)最末一段（例如零序電流Ⅳ段），應(yīng)以適應(yīng)下述短路點(diǎn)接地電阻值的接地故障為整定條件：220 kV線路，100Ω；330 kV線路，150Ω；500 kV線路，300Ω。對應(yīng)于上述條件，零序電流保護(hù)最末一段的動作電流定值應(yīng)不大于300 A?！?/p>
“4．2．1．14零序電流Ⅳ段定值（最末一段）應(yīng)不大于300 A，按與相鄰線路在非全相運(yùn)行中不退出工作的零序電流Ⅲ段或Ⅳ段配合整定?！?/p>
依照文獻(xiàn)［1］，我們對零序Ⅳ段的計(jì)算進(jìn)行了簡化：如果零序Ⅲ段大于300 A，零序Ⅳ段電流定值直接取300 A，時間與相鄰線路的零序Ⅲ段配；如果零序Ⅲ段不大于300 A，零序Ⅳ段的電流定值和時間都與相鄰線路的零序Ⅲ段或Ⅳ段配。
由于絕大多數(shù)開關(guān)的零序Ⅲ段都是大于300 A的，因此這種計(jì)算方法節(jié)省了大量的零序Ⅳ段電流定值的配合計(jì)算時間。
4 接地距離和相間距離計(jì)算的統(tǒng)一
文獻(xiàn)［4］從保護(hù)機(jī)理的角度得出結(jié)論：在相同計(jì)算條件下，接地距離定值一定小于或等于相間距離定值。本文再從規(guī)程對接地距離和相間距離的要求出發(fā)，進(jìn)一步討論接地距離和相間距離整定計(jì)算統(tǒng)一的可行性。
4．1 接地距離Ⅰ段和相間距離Ⅰ段
文獻(xiàn)［1］中躲線末故障的相間距離Ⅰ段和接地距離Ⅰ段的計(jì)算公式是一樣的，只是接地距離Ⅰ段的可靠系數(shù)比相間距離Ⅰ段要小一些。Ⅰ段保護(hù)躲線末的目的主要是為了防止區(qū)外故障的超越，如果按接地距離Ⅰ段的可靠系數(shù)對相間距離Ⅰ段進(jìn)行計(jì)算，相間距離Ⅰ段就能更可靠地防止超越。
單回線帶單臺變時，無論是線路故障還是變壓器內(nèi)部故障，都會造成該變壓器停運(yùn)，對用戶和電網(wǎng)的影響都是一樣的，因此允許Ⅰ段保護(hù)深入變壓器，這種情況下采用文獻(xiàn)［1］表3中計(jì)算接地距離Ⅰ段的第2個公式或是表4中計(jì)算相間距離Ⅰ段的第2個公式都是一樣的。
因此，接地距離Ⅰ段和相間距離Ⅰ段的計(jì)算可以完全統(tǒng)一起來。
4．2 接地距離Ⅱ段和相間距離Ⅱ段
規(guī)程上對接地距離Ⅱ段和相間距離Ⅱ段的靈敏度要求是完全一樣的，即：50 km以下線路，不小于1．5；50～200 km線路，不小于1．4；200 km以上線路，不小于1．3。這也是文獻(xiàn)［1］表3中接地距離Ⅱ段的第1個公式和表4中相間距離Ⅱ段第2個公式的具體內(nèi)容。
文獻(xiàn)［1］表4中相間距離Ⅱ段計(jì)算的第1、第3、第4個公式分別與表3中接地距離Ⅱ段的第2、第6、第5個公式一一對應(yīng)。在阻抗定值計(jì)算時，相間距離用的可靠系數(shù)比接地距離計(jì)算的略大。在時間上，與相鄰線路Ⅱ段配時，相間距離Ⅱ段和接地距離Ⅱ段的時間計(jì)算公式是一樣的；與相鄰線路Ⅰ段配 時，接地距離Ⅱ段的起始時間直接用1 s，而相間距離Ⅱ段用的起始時間是一個時間級差Δt，這個時間級差習(xí)慣上取0．5 s。在表3中，接地距離Ⅱ段的第3個公式是和相鄰線路的縱聯(lián)保護(hù)配合的計(jì)算公式，這個公式實(shí)際上對相間距離也是適用的，規(guī)程第“4．2．3．7”條要求“相間距離Ⅱ段定值，按本線路末端發(fā)生金屬性相間短路故障有足夠靈敏度整定，并與相鄰線路相間距離Ⅰ段或縱聯(lián)保護(hù)配合，動作時間取0．5 s左右”，這就是說相間距離Ⅱ段可以與相鄰線路的縱聯(lián)保護(hù)配合，只不過時間不是接地距離Ⅱ段的1 s。因此，可以看出，計(jì)算相間距離Ⅱ段的各種方法和公式都包含在接地距離Ⅱ段的計(jì)算方法中。
計(jì)算接地距離Ⅱ段的第4個公式是接地距離和零序保護(hù)配合時用的。不同原理的保護(hù)之間進(jìn)行定值的配合計(jì)算，非常困難，因?yàn)榱阈螂娏鞅Ｗo(hù)的范圍在不同的電網(wǎng)方式下是不一樣的。因此，其保護(hù)范圍末端所對應(yīng)的正序阻抗也是不一樣的，這個對應(yīng)阻抗的計(jì)算十分困難。所以，在接地距離保護(hù)的計(jì)算時，基本上不用該公式進(jìn)行阻抗計(jì)算。實(shí)在不好配的情況下，不同原理之間的保護(hù)一般只考慮時間上的配合。
接地距離Ⅱ段的第7個配合公式是根據(jù)接地距離保護(hù)的特點(diǎn)，要求其躲過變壓器其它側(cè)母線單相接地和兩相接地故障，與相間距離Ⅱ段相比，這是更苛刻的要求。
從以上分析可以知道，同樣的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，采用同樣的配合方式，接地距離Ⅱ段的阻抗定值要比相間距離Ⅱ段要小，時間要長。而且，接地距離Ⅱ段和相間距離Ⅱ段的靈敏度要求是一致的。因此，相間距離Ⅱ段采用接地距離Ⅱ段的定值后，對定值間的配合關(guān)系和靈敏度完全沒有影響。
4．3 接地距離Ⅲ段和相間距離Ⅲ段
規(guī)程對相間距離Ⅲ段的靈敏度沒有具體要求，但根據(jù)文獻(xiàn)［1］表4中的配合公式得出的Ⅲ段阻抗定值不會小于相間距離Ⅱ段的阻抗定值，因此相間距離Ⅲ段的靈敏度不會小于相間距離Ⅱ段。在文獻(xiàn)［1］表3中對接地距離Ⅲ段的靈敏度給出了明確的要求，即：接地距離Ⅲ段是本線路正序阻抗的1．8～3倍。實(shí)際上，該要求對中長線路來講是較難滿足的，另外該要求所強(qiáng)調(diào)的靈敏度實(shí)際上可以由零序電流Ⅳ段來完成。因此，規(guī)程的“4．2．2．7”條規(guī)定：“接地距離Ⅲ段，按與相鄰線路接地距離Ⅱ段配合整定。若配合有困難，可與相鄰線路接地距離Ⅲ段配合整定。當(dāng)本線路設(shè)有階段式零序電流保護(hù)作為接地故障的基本保護(hù)時，接地距離Ⅲ段可退出運(yùn)行?！痹诤幽希芯€路保護(hù)都配有階段式零序保護(hù)，而且根據(jù)規(guī)程的要求，零序電流Ⅳ段的電流定值都不大于300 A。因此，在河南電網(wǎng)中按規(guī)程規(guī)定，接地距離Ⅲ段是可以退出運(yùn)行的。既然可以退出運(yùn)行，接地距離Ⅲ段保護(hù)就不必再考慮一定要滿足1．8～3．0的靈敏度要求。
從文獻(xiàn)［1］的表3和表4中可以看出，與Ⅱ段保護(hù)類似，相間距離Ⅲ段的第1、第3個配合計(jì)算公式與接地距離Ⅲ段的第2、第3個配合計(jì)算公式一一對應(yīng)，只是可靠系數(shù)不一樣。因此配合出來的定值，接地距離Ⅲ段不會大于相間距離Ⅲ段。相間距離Ⅲ段的第2個計(jì)算公式主要是考慮到相間距離Ⅲ段和相鄰變壓器的后備保護(hù)進(jìn)行配合，由于公式中的“電網(wǎng)運(yùn)行最低線電壓”和“系統(tǒng)背側(cè)系統(tǒng)等價電抗”的確定比較困難，實(shí)際的做法通常是，校核相間距離Ⅲ段是否伸出到變壓器的110 kV母線。沒有超過110kV母線，認(rèn)為相間距離Ⅲ段可以和變壓器的差動保護(hù)進(jìn)行配合；如果超過110 kV母線，則對變壓器相間后備保護(hù)的動作時間提出限制或?qū)?10 kV側(cè)的母差和出線保護(hù)提出限制。相間距離Ⅲ段的第四個公式對躲負(fù)荷阻抗提出了要求，接地距離保護(hù)對負(fù)荷阻抗同樣可以正確測量，因此躲負(fù)荷的要求同樣對接地距離Ⅲ段適用。
通過以上分析，可以采用接地距離Ⅲ段的配合公式計(jì)算相間距離Ⅲ段，同時要考慮接地距離Ⅲ段躲負(fù)荷阻抗，以及校核接地距離Ⅲ段與變壓器保護(hù)的配合問題。
5 結(jié)論
毫無疑問，我們提出的繼電保護(hù)整定計(jì)算R簡化方法完全滿足整定計(jì)算規(guī)程的要求。繼電保護(hù)整定計(jì)算的簡化可以提高工作效率，對運(yùn)行方式的安排也提高了靈活性。表5是對簡化繼電保護(hù)整定計(jì)算的一個評價。
采用簡化方法后，零序計(jì)算減少了零序Ⅳ段的配合和靈敏度計(jì)算工作，可以減少1／5的工作量；距離保護(hù)減少了相間距離的配合工作，可以減少1/3的工作量。
?
責(zé)任編輯：lq