继电保护计算实例

继电保护计算实例继电保护计算实例 目 录 前言 1 1 继电保护整定计算继电保护整定计算 1 1 继电保护整定计算的基本任务和要求 1 1 1 继电保护整定计算的目的 1 1 2 继电保护整定计算的基本任务 1 1 3 继电保护整定计算的要求及特点 1 2 整定计算的步骤和方法 1 2 1 采用标么制计算时的参数换算 1 2 2 必须使用实测值的参数 1 2 3 三相短路电流计算实例 1 3 整定系数的分析与应用 1 3 1 可靠系数 1 3 2 返回系数 1 3 3 分支系数 1 3 4 灵敏系数 1 3 5 自启动系数 1 3 6 非周期分量系数 1 4 整定配合的基本原则 1 4 1 各种保护的通用整定方法 1 4 2 阶段式保护的整定 1 4 3 时间级差的计算与选择 1 4 4 继电保护的二次定值计算 1 5 整定计算运行方式的选择原则 1 5 1 继电保护整定计算的运行方式依据 1 5 2 发电机 变压器运行变化限度的选择 原则 1 5 3 中性点直接接地系统中变压器中性点 1 5 4 线路运行变化限度的选择 1 5 5 流过保护的最大 最小短路电流计算 1 5 6 流过保护的最大负荷电流的选取 2 变压器保护整定计算 2 1 变压器保护的配置原则 2 2 变压器差动保护整定计算 2 3 变压器后备保护的整定计算 2 3 1 相间短路的后备保护 2 3 2 过负荷保护 信号 2 4 非电量保护的整定 2 5 其他保护 3 线路电流 电压保护装置的整定计算 3 1 电流电压保护装置概述 3 2 瞬时电流速断保护整定计算 3 3 瞬时电流闭锁电压速断保护整定计算 3 4 延时电流速断保护整定计算 3 4 1 与相邻线瞬时电流速断保护配合整定 3 4 2 与相邻线瞬时电流闭锁电压速断 保护配合整定 3 4 3 按保证本线路末端故障灵敏度整定 3 5 过电流保护整定计算 3 5 1 按躲开本线路最大负荷电流整定 3 5 2 对于单电源线咱或双电源有 T 接变压器 的线路 3 5 3 保护灵敏度计算 3 5 4 定时限过电流保护动作时间整定值 3 6 线路保护计算实例 3 6 1 35kV 线路保护计算实例 3 6 2 10kV 线路保护计算实例 附录 A 架空线路每千米的电抗 电阻值 附录 B 三芯电力电缆每千米的电抗 电阻值 附录 C 各电压等级基准值表 附录 D 常用电缆载流量 本文中涉及的常用下脚标号 名称符号名称符号 平均值 av 可靠 rel 最大值 Max 动作 op 最小值 Min 保护 p 基准值 b 返回 r 标幺值 pu 分支 br 额定值 N 自起动 ast 灵敏 sen 启动 st 接线 con 继电保护整定计算继电保护整定计算 1 11 1 继电保护整定计算的基本任务和要求继电保护整定计算的基本任务和要求 1 1 1 继电保护整定计算的基本任务和要求 继电保护装置属于二次系统 它是电力系统中的 一个重要组成部分 它对电力系统安全稳定运行起着 极为重要的作用 没有继电保护的电力系统是不能运 行的 继电保护要达到及时切除故障 保证电力系统 安全稳定运行的目的 需要进行多方面的工作 包括 设计 制造 安装 整定计算 调试 运行维护等 继电保护整定计算是其中极其重要的一项工作 电力生产运行和电力工程设计工作都离不开整定 计算 不同部门整定计算的目的是不同的 电力运行 部门整定计算的目的是对电力系统中已经配置安装好 的各种继电保护按照具体电力系统参数和运行要求 通过计算分析给出所南非的各项整定值 使全系统中 的各种继电保护有机协调地布置 正确地发挥作用 电力工程设计部门整定计算的目的是按照所设计的电 力系统进行分析计算 选择和论证继电保护装置的配 置和选型的正确性 并最后确定其技术规范 同时 根据短路计算结果选择一次设备的规范 1 1 2 继电保护整定计算的基本任务 继电保护整定计算的基本任务 就是要对各种继 电保护给出整定值 而对电力系统中的全部继电保护 来说 则需编制出一个整定方案 各种继电保护适应电力系统运行方式变化的能力 都是有限的 因而 继电保护整定方案也不是一成不 变的 对继电保护整定方案的评价 是以整体保护效 果的优劣来衡量的 并不着眼于某一套继电保护的保 护效果 必须指出 任何一种保护装置的性能都是有 限的 或者说任何一种保护装置对电力系统的适应能 力都是有限的 当电力系统的要求超出该种保护装置 所能承担的最大变化限度时 该保护装置便不能完成 保护任务 一 继电保护整定计算的具体任务和步骤 1 绘制电力系统一次接线图 2 根据一次接线图绘制系统阻抗图 包括正 序 负序 零序网 3 建立电力系统设备参数表 包括一次设备 的基础参数 二次设备的规范及保护配置情况 4 建立电流互感器 TA 电压互感器 TV 参数表 根据变压器的容量和线路的负荷情况 确定 TA 变比 5 确定继电保护整定需要满足的电力系统规 模及运行方式变化限度 各级母线的综合阻抗 最大 最小方式 6 电力系统各点的短路计算结果 7 根据整定原则 选取保护装置整定值 8 建立各种继电保护整定计算表 9 按保护功能分类 分别绘制出整定值图 10 编写整定方案报告书 着重说明整定的 原则问题 整定结果评价 存在问题及采取的对策 二 整定方案说明书 一般包括以下内容 1 方案编制时间 电力系统概况 2 电系统运行方式选择原则及变化限度 3 主要的 特殊的整定原则 4 方案存在的问题及对策 5 继电保护的运行规定 如保护的停 投 改变定值 改变使用要求以及对运行方式的限制要求 等 6 方案的评价及改进方向 1 1 3 继电保护整定计算的要求及特点 根据继电保护在电力系统中担负的任务 继电保 护装置必须满足以下 4 个基本要求 即选择性 快速 性 灵敏性 可靠性 1 选择性 电力系统中某一部分发生故障时 继电保护的作用只能断开有故障的部分 保留无故障 部分继续运行 这就是选择性 实现选择性必须满足 两个条件 一是相邻的上一级在时限上有配合 二是 相邻的上下级保护在保护范围上有配合 2 灵敏性 在保护装置的保护范围内发生的 故障 保护瓜的灵敏程度叫灵敏性 习惯上叫做作灵 敏度 灵敏度用灵敏系数来衡量 用 Ksen表示 灵敏 系数在保证安全性的前提下 一般希望越大越好 但 在保证可靠动作的基础上规定了下限值作为衡量的标 准 3 速动性 短路故障引起电流的增大 电压 的降低 保护装置快速地断开故障 有利于减轻设备 的损坏程度 尽快恢复正常供电 提高发电机 并列 运行的稳定性 4 可靠性 继电保护的可靠性主要由配置结 构合理 质量优良和技术性能满足运行要求的保护装 置及符合有关规程要求的运行维护和管理来保证 为 保证保护的可靠性 应注意以下几点 1 保护装置的逻辑环节要尽可能少 2 装置回路接线要简单 辅助元件要少 串联 触点要少 3 运行中的操作变动要少 改变定值要少 4 原理设计合理 5 安装质量符合要求 6 调试正确 加强定期检验 7 加强运行管理 要达到继电保护 四性 的要求 不是由一套保 护完成的 就一套保护而言 它不能同时完全具备 四性 的要求 如电流保护简单可靠 具备了可靠 性 选择性 但速动性较差 高频保护具备了速动性 灵敏性 选择性 但装置复杂 相对可靠性就差一些 因此 要实现继电保护 四性 的要求 必须由一个 保护系统去完成 这就是保护系统概念 对继电保护的技术要求 四性 的统一要全面 考虑 由于电网运行方式 装置性能等原因 不能兼 顾 四性 时 应合理取舍 执行以下原则 1 地区电网服从主系统电网 2 下一级电网服从上一级电网 3 局部问题自行消化 b b b U S I 3 4 尽可能照顾地区电网和下一级电网的需要 5 保证重要用户的供电 1 21 2 整定计算的步骤和方法整定计算的步骤和方法 1 2 1 采用标么制计算时的参数换算 采用标么制计算时 通常先将给定的发电机 变 压器 线路等元件的原始参数 按一定基准条件 即 基准容量和基准电压 进行换算 换算为同一基准条 件下的标么值 然后才能进行计算 标么值 实际有名值 基准值 标么制计算中 基准条件一般选基准容量 Sb 100MVA 基准电压 Ub Uav Uav为电网线电压平均 值 当 Sb Ub确定后 对应的基准电 流为 基准阻抗为 Error Error NoNo bookmarkbookmark namename given given b b b S U Z 2 当 Sb 100MVA 时 Ub Ib Zb值如表 1 1 所示 表 1 1 基准电压 电流 阻抗对应表 Ub kV 0 46 310 537115230 Ib kA 1449 165 51 560 502 0 251 Zb 0 0160 3971 1025 13 69 132 25 529 1 发电机等旋电机 的换算 即 N b db S S XX 式中 基准条件下的电抗标么值 b X 额定容量条件下的次暂态电抗标么 d X 值 Sb SN 基准容量 额定容是 MVA 2 变压器短路电压 Uk 的换算 即 d X 1 双绕组变压器 N bk b S SU X 100 式中 Uk 短路电压 其他符号含义同前 2 三绕组变压器 2 1 低中低高中高高 UUUU 2 1 低高低中中高中 UUUU 2 1 中高低中低高低 UUUU N b b S SU X 100 高 高 N b b S SU X 100 中 中 N b b S SU X 100 低 低 3 线路阻抗换算 线路阻抗一般用有名值表 示 Z R jX 当 R X 中可取 Z jX 3 1 b Z 2 av U Z b b S Z 2 av U X b b S X 式中 基准条件下的阻抗标么值 Z X 线路阻抗 电抗有名值 其他 符号同前 4 电抗器百分电抗的换算 即 2 b U3100 b N NN b S I UX X 式中 X b 基准条件下的电抗标么值 X N 电抗器额定电流 额定电压下的阻抗标么 值百分数 IN 电抗器额定电流 kA UN 额定电压 kA Sb Ub 基准容量 基准电压 1 2 2必须使用实测值的参数 1 三相三柱式变压器的零序阻抗 2 66kV 及以上架空线路和电缆线路的阻抗 3 平行线间的零序互感阻抗 4 双回线的同名相间的零序的差电流系数 5 其他对断电保护影响较大的有关参数 1 2 3 三相短路电流计算实例 例 1 1 如某发电厂两台容量为 6000kW 的汽轮发 电机 电压为 10kV cos 0 8 次暂态电抗 X d 0 135 6 一台容量为 400 00 kVA 升压变压器 额定 电压为 38 5 2 2 5 kV 联结组别为 YNd11 阻 抗电压 10 3 经 35 kV 线路 在某 110 kV 变电站 35 kV 母线并肉 线路导线型号为 LGJ 240 长度为 3km 系统至该 Xmax 4 327 试计算 k1 点三相短路流 经 35kV 线路 升压变压器的最大短路电流 解 如图 1 3 所示为系统一次接线图 1 参数换算及绘制阻抗图 选取基准容量 Sb 100MVA 基准电压 Ub 37kV 换算各 元件在基准条件下的标么值 1 发电机 G1 G2 808 1 8 0 6 100 1356 0 N b db S S XX 2 变压器 2575 0 40 100 100 3 10 100 N bk b S SU X 3 线路 经查 LGJ 240 导线每千米 R 0 13 X 0 358 2 av U Z b b S Z 381 0 358 0 13 0 Z 22 0 0835 37 100 33801 0 2 b Z 将上述各元件标么阻抗按线图 绘出标么阻抗图 如 图 1 4 所示 图 1 4 标么阻抗图 2 短路电流计算 K1点三相短路电流 8065 06465 2 1615 1 0835 0 563 2 2575 0 808 1 808 1 X AIk284 1934 8065 0 1560 3 1 经升压器的短路电流为 AIkT091 1343 1615 1 8065 0 284 1934 3 经 35kV 线路的短路电流为 AIk458 589 6465 2 8065 0 284 1934 3 1 31 3 整定系数的分析与应用整定系数的分析与应用 继电保护的整定值一般通过计算公式计算得出 为使整定值符合电力系统正常运行及故障状态下的规 律 达到正确整定的目的 在计算公式中需引入各种 整定系数 整定系数应根据保护装置的构成原理 检 测精度 动作速度 整定条件以及电力系统运行特性 等因素来选择 1 3 1 可靠系数 由于计算 测量 调试及断电器各项误差的影响 使保护的整定值偏离预定数值 可能引起误动作 为 此 整定计算公式中需引入可靠系数用 Krel表示 如 图 1 5 所示 图 1 5 系统图 断路器 QF1 和 QF3 装设电流保护时 其整定配合公式 为 21oprelop IKI 式中 Iop 1 所整定保护的动作电流 Iop 2 所整定保护的下一级保护的动作电流 Krel 可靠系数 可靠系数的取值与各种因素有关 1 按短路电流整定的无时限保护 应选用较大的系数 2 按与相邻保护的整定值配合整定的保护 应选 较小的系数 3 保护动作速度较快时 应选用较大的系数 4 不同原理或不同类型的保护之间整定值配合时 应选用较大的系数 5 感应型反时限电流 电压保护 因惰性较大 应选用较大的系数 如感应型反时限保护可靠系数为 1 3 1 5 瞬 时段或速断电流保护为 1 25 1 3 与相邻同类型过 电流保护为 1 1 1 2 1 3 2 返回系数 按正常运行条件量值整定的保护 例如按最大负 荷电流整定的过电流保护 在受到故障量的作用动作 时 当故障消失后不能返回到正常位置将发生误动作 因此 整定公式中引入返回系数 返回系数用 Kr表 示 对按故障量值和按自启动量值定的保护 则不考 虑返回系数 返回系数的定义 Kr 于是可得过量 动作值 返回值 动作的继电器 Kr 1 欠量动作中的继电器 Kr 1 它们的应用是不同的 例如过电流保护整定公式为 maxL r rel op I K K I 式中 Krel 可靠系数 Kr 返回系数 ILmax 最大负荷电流 返回系数的高低与断电器类型有关 电磁型继电 器的返回系数为 0 85 晶体管型 集成电路型以及 数字微机型继电器 保护 返回系数较高 为 0 85 0 95 1 3 3 分支系数 多电源的电力系统中 相邻上 下两级保护间的 整定配合 还受到中间分支电源的影响 将使上一级 保护范围缩短或伸长 整个公式中要引入分支系数 分支系数用 Kbr表示 多电源系统接线如图 1 6 所示 图 1 6 多电源系统接线图 在 K 点发生短路时 假设 QF1 及 QF2 断电器的过 流保护均刚启动 即它们都处在灵敏度相等的状态下 则有如下关系式 21 1 2 1 II I I I op op 设 21 1 II I kbr 则 22 21 1 1opbropop IkI II I I 电流分支系数是指在相邻线路短路时 流过本线 路的短路电流占流过相邻线路短路电流的份数 对过 电流保护来说 在整定配合上应选取可能出现的最大 分支系数 低电压保护的分支系数与过电流保护的分支系数 不同 在整定配合上应选取可能出现的最小值 分支 系数的变代范围随电网结构的不同而不同 其值一般 在 0 2 之间 距离保护的助增系数等于分支系数 且增系数将 使距增保护测量到的阻抗增大 保护范围缩短 在整 定配合上应选取可能出现的最小助增系数 当 KZZ Ires o 2 2 式中 Id 差电流 Ires o 拐点电流 即开始出现制动作用的最小 制动电流 Iop o 差动元件的启动电流 也叫最小动作电 流 S 折线的斜率 通常也叫比率制动系数 Ires 制动电流 二段折线式差动元件的动作特性曲线见图 2 1 图 2 1 二段折线式差动元件的动作特性曲线 1 差动最小动作电流按躲过最大负荷条件下流 人保护装置的不平衡电流 2 3 TANerrelop nImUKKI min 式中 IN 变压器额定电流 nTA 电流互感器的变比 Krel 可靠系数 取 1 3 1 5 Ker 电流互感器的比误差 10P 型取 0 03 2 5P 型和 TP 型取 0 01 2 m 电流互感器变比未完全匹配产生的误差 初始取 0 05 U 变压器调压引起误差 可取调压范围中偏 离额定值的最大值 百分数 在实用计算中可选取 Iop min 0 2 0 5 IN 一 般不小于 0 3 IN 2 起始制动电流 Ires o的整定 2 4 Nrst II0 1 8 0 0 3 动作特性折线斜率 S 的整定 纵差保护的动作电 流应大于外部短路时流过差动回路的不平衡电流 变 压器种类不同 不平衡电流计算也有较大差别 下面 给出普通双绕组变压器差动保护回路最大不平衡电流 Iunb max计算公式 对双绕组变压器 Iunb max KapKccKer U m Ik max nTA 2 5 式中 Kcc 电流互感器的同型系数 Kcc 1 0 I k max 外部短路时最大穿越短路周期分量 K ap 非周期分量系数 两侧同为 TP 级电流互 感器取 1 0 两侧同为 P 级电流互感器取 1 5 2 0 Ker U nTA的含义同式 2 3 但 Ker 1 0 差动保护的动作电流 I op max KrelIunb max 2 6 最大制动系数 2 7 max max max res op res I I K 斜率 2 8 0 max minmax res TA k opop I n I II S 4 二次谐波制动比 在差动元件的差电流中 含有 基 波分量和二次谐波分量 其基波分量大于差动元件的 动作电流 此时二次谐波分量电流与基波分量电流的 百分比 叫做二次谐波制动比 二次谐波制动比整定 值越大 该保护躲过励磁涌流的能力越弱 反之 保 护躲励磁涌流的能力越强 根据经验 二次谐波制动 比可整定为 15 20 5 差动速断 差动速断保护在较严重的区内故障时 快速跳开断路器 其实质是反映差动电流的过电流继 电器 设置差动速断元件的主要原因是为防止在较高 短路电流水平时 由于电流互感器饱和而产生大量谐 波 使得带二次谐波制动的比率差动元件拒动 TA 断线不闭锁差动速断 差动速断整定值按躲区外故障最大不平衡电流或 躲初始励磁涌流两者最大值整定 一般取 或 2 9 TANop nKII max unbrelop IKI 式中 I0p 差电流速断的动作电流 IN 变压器的额定电流 K 倍数 视变压器容量和系统电抗大小 K 推荐值 如下 6300kVA 及以下 7 12 6300 31 500kVA 4 5 7 0 40 000 120 000kVA 3 0 6 0 120 000kVA 及以上 2 O 5 0 容量越大 系统容量越大 K 取值越小 Iunb max 差动保护回路最大不平衡电流 按照正常运行方式保护安装处两相短路计算灵敏系数 K sen 1 2 2 32 3 变压器后备保护的整定计算变压器后备保护的整定计算 2 3 1 相间短路的后备保护 一 过电流保护 这是一种最简单的后备保护 主要用于容量不大的单 侧电源降压变压器 1 按躲过变压器可能的最大负荷电流整定 即 2 10 max L r rel op I K K I 式中 K rel 取 1 1 1 2 K r 取 0 85 0 95 静态继电器可取上限 I L max的选取按下列条件取最大值 1 不同容量的变压器并列运行 考虑一台并列运行的 最大容量的变压器被突然切除时负荷转移 2 同容量的 n 台变压器并列运行 在一台切除的条件 下 变压器的最大负荷电流 NL I n n I 1 max 2 按躲过负荷自启动的最大工作电流整定 即 Nastrelop IKKI 式中 K rel 取 1 2 1 3 K ast 对单台电动机取 4 8 纯动力负荷取 2 3 综合性负荷取 1 5 2 5 从实际情况出发 一般以综合性负荷为主 且总 有一部分次要电动机在低压工况下被首先切除 这时 对 110kV 降压变电站 低压 6 l0kV 取 1 5 2 5 中压 35Kv 取 1 5 2 220kV 变电站 经验取值 1 5 2 变压器过流保护的动作时间按与相邻保护的后备 保护动作时间配合整定 t t t 选择以上最大者为过流保护的整定值 灵敏度校验 按变压器低压母线故障时的最小短 路电计算 即 2 12 op d sen I I K min 式中 I d min 变压器低压母线故障最小短路电流 计算时尚应考虑变压器的接线 短路故障的类型过电 流保护的接线方式等因素 取最严重情况 二 带复合电压闭锁的过电流保护 复合电压闭锁元件由接于相间电压上的低电压继 电器接于负序电压上的负序电压继电器组成 根据反 措要求 高 中压侧过流保护均应经复合电压闭锁 各侧复合电压锁应取三侧电压构成 或 门 1 低电压元件 2 13 rrel N op KK U U min 式中 Uop 系统最低运行电压 取 09UN Kerl 可靠系数 取 1 2 1 25 Kr 返回系数 取 1 15 1 2 灵敏度计算公式为 2 14 max cy op sen U U K 式中 Ucy max 检验点故障时 电压继电器装设母线 上的最大残压 要求 Ksen 1 25 2 负序电压元件按躲过正常运行最大不平衡电压整 定 2 15 Nop UU 07 0 06 0 2 灵敏度校验按后备保护区末端不对称故障最低负 序电压计算 2 16 2 min2 op cy sen U U K 式中 Ucy 2 min 变压器另一侧短路时保护反应的最 低负序电压 要求Ksen 1 25 3 电流元件定值计算 按变压器额定电流整定 2 17 N r rel op I K K I 灵敏度校验按变压器低压母线故障时的最小短路 电流计算 即 2 18 op d sen I I K min 式中 Id min 变压器低压母线故障最小短路电流 计算时尚应考虑变压器的接线 短路故障的类型及过 电流保护的接线方式等因素 取最严重的情况 要求Kr 1 25 4 动作时间整定 1 单侧电源变压器 负荷侧后备保护动作时间与同侧 出线保护动作时间配合 电源侧后备保护动作时间与 负荷侧后备保护最长动作时间配合 2 多侧电源变压器 各侧的后备保护动作时间与各侧 出线的动作时间相配合 动作后跳三侧的保护段的动 作时间与各侧后备保护的最长动作时间相配合 且在 动作时间小的一侧加装方向元件 2 3 2 过负荷保护 信号 装设于变压器一相上的过负荷信号装置 动作后延时 给出信号 动作电流 2 19 N r rel op I K K I 式中Krel 可靠系数 取 1 05 Kr 返回系数 取 O 85 O 95 静态继电 器可取上限 In 变压器额定电流 中间分接头表示值 过负荷信号装置之动作时间 应比同一设备之过 电流保护之最长动作时间大 一般取为 9 10s 即可 满足要求 2 4 非电量保护的整定 1 瓦斯保护 1 动作于信号的容积整定 继电器气体容积整定要求 在 250 300mI 范围内可靠动作 2 动作于跳闸的流速整定 继电器动作流速整定值以 连接管内的流速为准 可根据变压器容量 电压等级 冷却方式 连接管径等不同参数按表 2 1 中数值查 得 流速整定值的上限和下限可根据变压器容量 系 统短路容量 变压器绝缘及质量等具体情况决定 表 2 l 气体继电器动作流速整定值参考表 变压器容量 kVA 继电器型号连接管内径 mm 冷却方式动作流速整定值 m s 1000 及以下 QJ 50 50 自然或风冷0 7 0 8 1000 7500 QJ 50 50 自然或风冷0 8 1 0 7500 10 000 QJ 80 50 自然或风冷0 7 0 8 10 000 以上 QJ 80 50 自然或风冷0 8 1 0 200 000 以下 QJ 80 50 强迫油循环1 0 1 2 200 000 及以上 QJ 80 50 强迫油循环1 2 1 2 500kV 变压器 QJ 80 50 强迫油循环1 3 1 4 有载调压变压器 分接开关用 QJ 25 251 0 注 此表来源 DL T 540 1994 气体继电器检验规程 2 冷却器全停保护 强迫油循环变压器冷却器全停动作于跳闸 经温度闭锁时上层油温整定为 75 时间为 20min 不经温度闭锁时间整定 60min 3 压力释放 压力释放正常运行中投信号 新投或 大 修变压器充电时投跳闸 充电结束后投信号 2 52 5 其它保护其它保护 1 电流越限闭锁调压 闭锁调压定值按过负荷电流 定值整定 时间 5s 2 电流越限启动辅助冷却器 电流值一般整定为变 压器额定电流 线路电流 电压保护装置的整定计算线路电流 电压保护装置的整定计算 3 13 1 电流电压保护装置概述电流电压保护装置概述 电流电压保护装置是反应相间短路基本特征 并 接于全电流 全电压的相间短路保护装置 整套保护 装置一般由瞬时段 定时段组成 构成三段式保护阶 梯特性 三段式电流保护一般用于 35kV 及以下电压 等级的单电源出线上 对于双电源辐射线可以加装方 向元件组成带方向的各段保护 三段式保护的第 段为主保护段 第 段为后备保护段 I 段一 般不带时限 一般称瞬时电流速断 其动作时间是保 护装置固有动作时间 段带较小的延时 一般称延 时电流速断 段称定时限过电流保护 带较长延时 保护装置第 段 要求无时限动作 保护区不小 于线路全长的 20 第 段灵敏度应满足规程 规定 对于第 段除作本线后备外 还应作相邻元件 的远后备 保护定值计算 灵敏度校验及运行方式选择 均 采用实际可能的最大 最小 最不利 方式及一般故障 类型 不考虑节假日等特殊方式及双重的复杂故障类 型 对于发电厂直馈线或接近电厂的带较长时间的保 护 整定计算时要考虑短路电流衰减 对于无时限动 作或远离电厂的保护 整定计算时不考虑短路电流衰 减 3 23 2 瞬时电流速断保护整定计算瞬时电流速断保护整定计算 瞬时电流速断保护 简称电流速断 在不同的线 路上有不同的整定原则 叙述如按躲本线路末端母线 故障整定 1 当本线路末端有多条出线或多台变压器时 按躲 本线路末端母线故障的最大故障电流整定 以保证相 邻下一级出线或变压器故障时 不致越级动作 其公 式计算为 3 1 1max1 max ZZ I KIKI b reldrelop 式中 Iop 电流速断一次定值 A Ib 线路所在电压级基准电流 A Krel 可靠系数 电磁型保护取 Krel 1 2 1 3 感应型保护取Krel 1 5 1 6 Z1 max 保护装置背后 系统最大方式下正序短 路阻抗 以标么值表示 Z1 本线路正序阻抗 以标么值表示 2 按与变压器速动保护配合整定 当线路无其他出 线 仅有变压器时 如果变压器速动保护 差动或电 流速断 有跳闸自保持 线路保护有自动重合闸装置 则有条件增加该线路保护的速动保护区 并按与变压 器速动保护配合整定 这样整定 当变压器内部发生 故障时 可由其速动保护自保持跳闸 而线路的电流 速断保护可能会出现非选择性动作 但可由自动重合 闸纠正其非选择性 恢复对正常变压器的供电 1 当线路末端为一台变压器 其主保护为差动保护时 按与差动保护配合整定 即 3 2 max 3 d relop IKI 式中 Krel 可靠系数 取Krel 1 3 1 4 I 3 d max 变压器中压或低压侧最大三相短路 电流 换算至线路保护所在电压级 2 当线路末端为一台变压器 其主保护为瞬时电流速 断时 按与瞬时电流速断配合整定 即 3 3 oprelop IKI 式中 Krel 可靠系数 取 KK 1 1 I op 被配合变压器电流速断保护定值 3 按躲背后母线故障整定 对于双电源联络线电流 速断 一般不希望带方向 以避免出现方向元件电压 死区 但背后故障不能误动 故需躲开背后母线最大 故障电流 即 3 4 max drelop IKI 式中 Krel 可靠系数 取Krel 1 2 1 3 Id max 背后母线故障 流经保护的最大短 路电流 3 33 3 瞬时电流闭锁电压速断保护整定计算瞬时电流闭锁电压速断保护整定计算 由分析可知 瞬时电流速断保护装置有时保护性 能很差 保护区可能为零或很小 以至影响与相邻线 路保护的配合 此时 需改用瞬时电流闭锁电压速断 保护装置以改善保护性能 整定计算原则 按躲本线路末端母线故障整定 当本线路末端在多条线路或多台变压器时 为保 证这些设备故障 线路保护不致越级动作 应按躲开 本线路末端母线故障整定 对于瞬时电流闭锁电压速 断保护中的电流元僻 一般起闭锁作用 按保证本线 路末端故障有足够灵敏度整定 对于电压元件 控制 保护区 保证选择性 按躲本线路末端母线故障整 定 整定公式如下 电流元件定值 3 5 1min 2 min 2 3 ZZK I K I I Lsen b sen d op 电压元件定值 3 6 1min 1min ZZK Z K U U Lrelrel rem op 以上二式中 线路末端故障最小两相短路电 2 min d I 流 A 线路末端故障保护安装处母线最小残压标 min rem U 么值 当计算点为近距离短路点时 尚应取衰减后最 低残压 以防短路电流衰减引起电压降低而误动 Ksen 灵敏系数 取 Ksen 1 5 Krel 可靠系数 取 Krel 1 3 ZL min 系统最小方式下 保护背后电源至保护 安装处母线短路阻抗 以标么值表示 ZL 线路标么阻抗 Ib 保护所在电压级基准电流 A 电压元件定值为标么值 乘以额定电压即得有名 值 以下同 3 43 4 延时电流速断保护整定计算延时电流速断保护整定计算 延时电流速断保护属第 段 应保护全线 并与 相邻下一级线路 简称相邻线 保护 I 段 配合有困难 时与 段 相配合 对 段按主保护要求 其灵敏度 应满足规定 根据其相邻线保护的具体情况 整定计 算原则如下 3 4 1 与相邻线瞬时电流速断保护配合整定 一 定值计算 当相邻线被配合段保护区末端故障时 该保护应 具有选择性 其定值为 3 7 Iopbrrelop IKKI max 式中 Krel 可靠系数 Krel 1 1 1 2 Kbr max 最大分支系数 Kbr max 被配合线路故障电流 本线路最大分支电流 Iop I 相邻线瞬时电流速断定值 A 保护动作时间为 3 8 ttt I 式中 tI 相邻线 I 段保护整定时间 对无时限电 流速断 tI 0s t 时间级差 3 4 2 与相邻线瞬时电流闭锁电压速断保护配合整定 延时电流速断保护与相邻线瞬时电流闭锁电压速 断保护的电流 电压元件均应配合 以保证最大 最 小方式下均有配合 与电流元件定值配合的计算公式 与式 3 7 相同 与电压元件定值配合计算 3 10 LLrel opb ZZK UI max1 op 1 I 式中 Krel 可靠系数 取 1 1 1 2 Uop 相邻线电压元件定值 标么值 ZL1 max ZL 最大方式下 S1电源阻抗 线路阻抗 均为标么值 由式 3 7 式 3 10 计算结果中取较大者作为 保护定值 3 4 3 按保证本线路末端故障灵敏度整定 3 11 LLsen b sen d ZZK Z K I min 2 min op 2 3 I 式中 I 2 d min 本线路末端最小两相短路电流 Ksen 灵敏度 应满足灵敏度表格的规定 ZL min ZL 系统最小方式下至保护安装处的短 路阻抗及线路阻抗 均为标么值 当不按式 3 11 取值 而按其他原则选取定值时 也应校验本线路末端故障最小灵敏度 并应满足灵敏 度表格的规定 灵敏度校验公式为 3 12 op d sen I I K 2 min min 式中 Iop 最后选取的整定值 3 53 5 过电流保护整定计算过电流保护整定计算 过电流保护是阶段式保护的后备段 除对本线故 障有足够灵敏度外 对相邻线也应有一定远后备灵敏 度 保护动作电流应大于本线路最大负荷电流 并在 电流定值及动作时间上与相邻线后备段相配合 其整 定原则如下 3 5 1 按躲开本线路最大负荷电流整定 对电网中非直馈线为 3 13 maxop I L r rel I K K 对电网中直馈线为 3 14 maxop I L r astrel I K KK 式中 Krel 可靠系数 Krel 1 15 1 25 Krel 返回系数 电磁型继电器Kr 0 85 Kast 电动机自启动系数 取Kast 1 5 2 5 IL max 本线最大负荷电流 3 5 2 对于单电源线路或双电源有 T 接变压器的 线路 当定时限过电流保护采用重合闸后加速时 瞬时 加速 其定值应躲过变压器励磁涌流 3 5 3 保护灵敏度计算 从以上整定计算中 选取较大的定值 然后计算 灵敏度 其灵敏度应满足灵敏度表格的规定 一 本线路末端灵敏度 Ksen 3 17 op d sen I I K 2 min 式中 I 2 d min 本线路末端最小两相短路电流 对于电厂附近的线路 要考虑短路电流衰减 对于高 压电网及原理电厂的线路 一般取 2 min 2 min 2 3 dd II 二 相邻元件故障远后被灵敏度 K sen 1 相邻元件是线路灵敏度为 3 18 op d sen I I K 2 min 式中 相邻线路末端两相短路 流经本线保 2 min d I 护装置中的最小两相短路电流 计算时要考虑对侧电 源的最大助增作用 2 相邻元件是 Yd 接线的变压器时的灵敏度 1 对于两相两继电器式保护为 3 19 op d sen I I K 3 min 2 1 2 对于两相三继电器式保护为 3 20 op d sen I I K 3 min 式中 Yd 接线变压器另一侧三相短路 流经 3 min d I 本线保护装置中的最小三相短路电流 3 相邻元件是 Yy 接线变压器的灵敏度为 3 21 op d sen I I K 2 min 式中 Yy 接线变压器另一侧两相短路 流经 2 min d I 本线保护装置中的最小两相短路电流 3 5 4 定时限过电流保护动作时间整定值 1 单电源辐射线 一般为后备段与后备段配合 上下差一个 2 环网线路 按后备段与后备段配合整定时 将 产生循环配合 时间无法整定 因此 应在环网中选 择一个配合起点 此起点的定时限过电流保护一般与 相邻线 段配合 动作时间大一个 又能保证本线及 邻线后备灵敏度 或者找一个非选择性解列点 该解 列点的保护灵敏度高 动作时间短 非选择性动作后 由自动重合闸补救 3 63 6 线路保护计算实例线路保护计算实例 3 6 1 35KV 线路保护计算实例 例 3 1 110KV 桂花站 35KV 母线出一回线路至马 桥变电站 参数如图 3 3 所示 线路导线型号为 LGJ 150 长度为 8 252km 桂花站 35KV 母线等值阻 抗 基准容量 100MVA 大方式 X max 0 41717 小 方式 X min 0 67327 桂 34 断路器装设微机线路保护 一套 三段式电流保护 桂 34 断路器电流互感器变 比为 300 5 试整定桂 34 线路保护定值 图 3 3 35kV 一次系统图 图 3 4 35kV 线路阻抗图 解 1 短路电流计算 由图 3 4 知 系统阻抗标么值 X max 0 41717 X min 0 67327 1 线路阻抗标么值为 27232 08 252 37 100 4 0 150 5 31 U 4 0 2 22 2 av 22 L S S Z b l 2 变压器阻抗标么值为 4 2 15 3 100 100 7 56 1 t X 146 2 15 3 100 100 6 76 2 t X 2 桂 34 断路器保护定值整定 1 瞬时电流速断保护整定 整定原则 按躲本线路末端母线故障整定 由式 3 1 得 2941 3A 折算至二次侧为 27232 0 41717 0 1560 3 1 1max1 max ZZ I KIKI b reldrelop A n I I TA op op 49 60 3 2941 不满足保护范围要求 2 延时电流速断保护整定 整定原则 按马桥站 10KV 母线整定 715 4A 折算至二次侧为 灵敏度校验 5 1998 1 4 715 27232 0 67327 0 1560866 0 2 min op d sen I I K 满足灵敏度要求 动作时间整定为 t 0 0 3 0 3 s 146 2 27232 0 41717 0 1560 3 1 1max1 max t b reldrelop ZZZ I KIKI A n I I TA op op 9 11 60 4 715 5 15 2 3 1 100 max 1 min s dZL Z I E Zl l 3 过电流保护整定 整定原则 按躲本线路最大负荷电流整定 LGJ 150 载流量建议值为 365A 按 CT 变比 300 5 取最大负荷 电流 240A AI K K L r rel 82 338240 85 0 2 1 I maxop 折算至二次侧为 A n I I TA op op 6 5 60 82 338 灵敏度效验 2 1 82 338 4 227232 0 67327 0 1560866 0 2 min op d sen I I K 满足灵敏度要求 动作时间整定为 t t1 t 1 0 s 3 6 2 10kv 线路保护计算实例 例 3 2 某变电站一条 10kV 出线线路 在线路 不同地点带有两台变压器 其容量分别为 200 1000KVA 线路变压器参数如图 3 5 所示 线路 断路器 QF1 装设定时限过电流保护 电流互感器变比 为 200 5 其上一级断路器处装电流保护 动作时间 为 2s 试计算线路三相式两段 速断 过电流 电 流保护定值 其一次系统接线图及阻抗图分别如图 3 5 图 3 6 所示 图 3 5 10KV 一次系统图 图 3 6 10KV 线路阻抗图 解 由题可知 保护方式设为定时限过流保护 1 短路电流计算 由图 3 6 知 系统阻抗标么值 X C max 0 17 X C max 0 48 线路阻抗标么值为 查阅附录 A 附表 A 1 LGJ 95 架空线路的每千米电抗 电阻值分别为 X 0 342 R 0 33 LGJ 70 架空线路的每千米电 抗 电阻值分别为 X 0 358 R 0 45 673 1 1025 1 2 333 0 358 0 627 0 1025 1 2 145 0 358 0 03 2 1025 1 7 433 0 342 0 22 3 22 2 22 1 L L L Z Z Z 变压器阻抗标么值为 2 6 1 100 100 2 6 5 11 2 0 100 100 3 2 1 1 T T Z Z 当变压器 T1 低压侧短路时 最大故障电流为 AI77 357 5 11673 1 03 2 17 0 5500 3 maxd 当变压器 T2 低压侧短路时 最大故障电流为 AI28 609 2 627 6 03 2 17 0 5500 3 maxd 2 保护动作电流计算 1 速断动作电流整定为 AnIKI TAdrel 28 184028 6092 1 3 maxop 式中 Krel 可靠系数 取 1 2 nTA TA 变比 动作时间整定为 t os 2 过电流动作电流整定为 A n I K KK I TA L r astrel 91 2 40 98 5411 85 0 25 1 2 1 max op 式中 Krel 可靠系数 取 1 2 Kast 自启动系数 取 1 25 Kr 返回系数 取 0 85 nTA TA 变比 3 过电流保护动作时间整定计算 过流时间比速断多一个时间级差 t 0 3s 4 过电流保护灵敏系数整定计算 78 9 4091 2 673 1 03 2 48 0 5500866 0 2 min op d sen I I K 因定时限过电流保护灵敏系数要求在本线路最小短路 故障时应大于 1 5 此保护灵敏系数为 9 78 故可采 用 附录 A 架空线路每千米的电抗 电阻值 6kV10kV35kV110kV220kV 单导线双分裂导线 型号 x r x r x r x r x r x r LJ 160 4041 960 4041 96 LJ 250 3901 270 3901 27 LGJ LJ 35 0 3800 910 3800 910 4240 91 LGJ LJ 50 0 3680 630 3680 630 4120 630 4420 63 LGJ LJ 70 0 3580 450 3580 450 4020 450 4320 45 LGJ LJ 95 0 3420 330 3420 330 3860 330 4160 33 LGJ LJ 120 0 3350 270 3350 270 3790 270 4090 27 LGJ 1500 3730 210 4030 21 LGJ 1850 3650 170 3950 170 4400 1700 3150 085 LGJ 2400 3