0 引言

农网是电力系统的重要组成部分,由于继电保护整定不合理，农网变电站保护误动等事故时有发生，直接影响供电可靠性，也关系到电力行业的优质服务形象和用户满意度^[1]。本文对农网继电保护整定计算方法进行分析，总结出1种简单实用的保护整定计算方法。

继电保护的任务主要有2个：

（1） 在系统、设备发生故障时，能迅速而准确地将故障设备切除，保证系统其他部分能够继续正常运行^[1]；

（2） 当系统、设备出现异常状态时，能及时发出信号，告警值班人员予以及时处理^[1]。

选择性是指继电保护有选择地将故障元件从系统中切除，使其他设备继续正常运行^[2]。目前农网变电站中由于上、下级保护配合不当，造成越级跳闸的现象时有发生，因此保护整定必须保证该动作时才动作，不该动作时一定不能动作。

速动性指切除故障的快速性，保护反应迅速，可以避免或减小故障设备的损坏程度^[2]。继电保护系统除采用快速反应的保护装置，缩短动作时限外，均应投入保护后加速功能，以提高切除系统故障的快速性。

灵敏性是指对保护范围内发生的故障或不正常工作状态的反应能力，在保护整定计算过程中需要进行灵敏度校验^[2]。灵敏系数应根据对继电保护动作最不利的条件进行计算。

可靠性是指保护在应动作时不拒动，而不应动作时不误动，保护动作不可靠也是电力系统发生事故的原因之一^[2]。农网中普遍存在负荷高峰期，由于过负荷引起保护动作，就是因为保护整定计算时对最大负荷预测不准，对特殊运行方式考虑不周造成的。为保证继电保护的可靠性，每年要对投入运行的保护装置进行校核和传动试验。

在实际运行中，以上4项对保护装置的基本要求之间往往存在着矛盾。如速动性和选择性较高的保护系统，往往接线和技术都比较复杂，可靠性就会降低；为提高保护的灵敏性，又将增加误动作的可能性，从而降低了可靠性；为了保证选择性，往往会降低速动性^[2]。本文根据笔者多年从事农网继电保护整定计算经验，提出了农网保护计算方法分析，此方法既简单实用，又能保证继电保护的“4性”要求。

下面以乌审旗乌兰35 kV变电站为例，进行继电保护整定计算分析。

乌审旗乌兰35 kV变电站由达镇110 kV变电站35 kV 313 达乌线供电，2 台主变压器容量分别为6.3 MVA和1 MVA，共有6条10 kV馈线。

整定计算前需掌握以下数据：上一级变电站35kV母线最大和最小运行方式下的等值阻抗、最大短路容量以及至本站的35 kV线路长度；本站的主变压器容量、短路阻抗（短路电压百分数），10 kV线路长度和最大负荷等参数。整定计算所需的达镇变电站母线、变压器基本参数分别见表 1、表 2。

表 1

表 1 达镇变电站母线基本参数

表 1 达镇变电站母线基本参数

表 2

表 2 达镇变电站变压器基本参数

表 2 达镇变电站变压器基本参数

3.2 逐级短路阻抗计算^[3]

基准容量S_B＝100 MVA；线路平均阻抗X_{35 kV}＝0.4 Ω/km，X_{10 kV}＝0.3541 Ω/km；平均电压U₃₅=37 kV，U_V10=10.5 kV。

X_L*=X_{35 kV}L_SB/U₃₅²=0.4×28.24×100/37²=0.825。

X_T-1*=U₁S_B/S_N1=7.2%×100/6.3=1.143。

X_T-2*=U₂S_B/S_N2=6.54%×100/1=6.54。

等值电抗示意图见图 1。

图 1

图 1 等值电抗示意图

根据图 1计算可得：

Z_Σmax*=0.3541+0.825+1/（1/1.143+1/6.54）=2.152，

Z_Σmin*=2.152-0.3541+0.6785=2.4765。

X_L911*＝X_{10 kV}L₉₁₁S_B/U_V10=0.35×35×100/10.5²=11.429。

3.3.1 短路电流

Z_Σmax*=2.152+11.43=13.58，

Z_Σmin*=2.4765+11.43=13.91，

I_*max=1/Z_Σmax*=1/13.58=0.074 kA，

I_*min=1/Z_Σmax*=1/13.91=0.072 kA，

I_dmax⁽³⁾=I_*max×S_B /（√3×U_V10）= 0.074×100/（√3×10.5）=0.405 kA，

I_dmin⁽³⁾=I_*min×S_B/（√3U_V10）= 0.072×100/（√3×10.5）=0.395 kA，

I_dmin⁽²⁾=√3I_dmin⁽³⁾/2=√3×0.395/2=0.3425 kA。

速断保护定值应按躲过线路末端最大短路电流来整定。

I_dz=K_K^I×I_dmax⁽³⁾=1.3×0.405=0.526 kA。

线路电流速断保护灵敏系数用保护范围的长度来衡量，保护范围越大取值越大。

L_min=1/X_L （√3/2×U_V10/√3I_dz-X_{10 kV}U_V10/S_B）=1/0.36（√3/2 × 10.5/√3/0.526-0.3541 × 10.52/100）=20.12 km，保护效果良好。

过流保护按躲过线路运行时的最大负荷电流进行整定。

I_fhmax=P_max/（U_V10）=1800/（√3×10.5）=99 A，

I_dz=K_K^ⅡK_zqI_fhmax/K_h=1.25×1.5×99/0.85=218.32 A，

K_lm=I_dmin⁽²⁾/I_dz=0.3425/0.2183=1.5686，

K_h—电流保护的返回系数，一般取0.85；

K_zq—自启动系数，由负荷性质电网接线确定，取1.5~3。

K_lm—灵敏系数。

从计算结果可知K_lm大于1.3~1.5，满足要求^[2]。

保护的动作时限t2^Ⅱ应与本级速断保护时限t2^Ⅰ配合：

t2Ⅱ=t2Ⅰ+0.5=0+0.5=0.5 s。

Z_Σmax*=2.152，

Z_Σmin*=2.4765，

I_*max=1/Z_Σmax*=1/2.152=0.465 kA，

I_*min=1/Z_Σmax*=1/2.4765=0.404 kA，

I_dmax⁽³⁾= I_max*×S_B/（√3U_V10）=0.465×100/（√3×10.5）=2.555 kA，

I_dmin⁽³⁾= I_min*×S_B/（√3U_V10）=0.404×100/（√3×10.5）=2.22 kA，

I_dmin⁽²⁾=√3I_dmin⁽³⁾ /2=√3×2.22/2=1.9228 kA。

变压器的瓦斯保护是按照继电器气体容积和油流速度来整定的，纵联差动保护是按躲过变压器励磁涌流及保护区外故障时的不平衡电流来整定，计算过程简单，不再赘述。

变压器的过流保护定值按躲过变压器的最大负荷电流来整定。

I_dz=K_KK_zqI_eB/K_h=1.25×1.5×（6300/√3/35）/0.85=229.25 A，

K_lm＝I_dmin⁽²⁾/I_dz=1.9228/0.229=8.387。

计算结果大于1.3~1.5，满足要求。

保护的动作时限应与下一级线路过流保护动作时限配合：

t₁^Ⅱ=t₂^Ⅱ+0.5=0.5+0.5=1 s。

过负荷保护定值，应按躲过变压器额定电流来整定。

I_dz=K_KI_eB/K_h=1.05×（6300/√3/35）/0.85=128 A。

2号主变压器保护定值整定方法同上。

以上是农网35 kV保护整定计算的典型过程。先建立1个Office Excel文件，用上述3.1中的参数建立1个表格模型；再从3.2节开始依次录入相关计算内容，涉及计算的内容做好公式编排和链接；最后，在表格模型中输入有关参数，即可实现准确的自动计算。

由于农网35 kV变电站接线方式基本统一，所以每座变电站的保护整定可以随时套用，非常方便、实用。

农网继电保护整定需要严格把握计算原则，只有统筹兼顾选择性、速动性、灵敏性和可靠性，才能保证整定结果能够满足反事故要求^{[4, 5]}。首先应掌握保护整定计算方法，之后通过建立Office Excel文件，依次录入短路阻抗、短路电流和保护整定计算等相关内容后，只要在表格模型中输入有关参数，即可实现保护定值的自动计算，方法实用、简便。