继电保护整定计算实用基础手册.doc

继电保护整定计算实用手册目 录前言1 继电保护整定计算1.1 继电保护整定计算基本任务和规定1.1.1 继电保护整定计算目1.1.2 继电保护整定计算基本任务1.1.3 继电保护整定计算规定及特点1.2 整定计算环节和办法1.2.1 采用标么制计算时参数换算1.2.2 必要使用实测值参数1.2.3 三相短路电流计算实例1.3 整定系数分析与应用1.3.1 可靠系数1.3.2 返回系数1.3.3 分支系数1.3.4 敏捷系数1.3.5 自启动系数1.3.6 非周期分量系数1.4 整定配合基本原则 1.4.1 各种保护通用整定办法 1.4.2 阶段式保护整定 1.4.3 时间级差计算与选取 1.4.4 继电保护二次定值计算 1.5 整定计算运营方式选取原则 1.5.1 继电保护整定计算运营方式根据 1.5.2 发电机、变压器运营变化限度选取 原则 1.5.3 中性点直接接地系统中变压器中性点 1.5.4 线路运营变化限度选取 1.5.5 流过保护最大、最小短路电流计算 1.5.6 流过保护最大负荷电流选用2 变压器保护整定计算 2.1 变压器保护配备原则 2.2 变压器差动保护整定计算 2.3 变压器后备保护整定计算 2.3.1 相间短路后备保护 2.3.2 过负荷保护(信号) 2.4 非电量保护整定 2.5 其她保护3 线路电流、电压保护装置整定计算 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敏捷度整定 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”接变压器线路 3.5.3 保护敏捷度计算 3.5.4 定期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 架空线路每千米电抗、电阻值附录B 三芯电力电缆每千米电抗、电阻值附录C 各电压级别基准值表附录D 惯用电缆载流量本文中涉及惯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敏捷sen启动st接线con继电保护整定计算1.1 继电保护整定计算基本任务和规定1.1.1继电保护整定计算基本任务和规定继电保护装置属于二次系统，它是电力系统中一种重要构成某些，它对电力系统安全稳定运营起着极为重要作用，没有继电保护电力系统是不能运营。继电保护要达到及时切除故障，保证电力系统安全稳定运营目，需要进行多方面工作，涉及设计、制造、安装、整定计算、调试、运营维护等，继电保护整定计算是其中极其重要一项工作。电力生产运营和电力工程设计工作都离不开整定计算，不同部门整定计算目是不同。电力运营部门整定计算目是对电力系统中已经配备安装好各种继电保护按照详细电力系统参数和运营规定，通过计算分析给出所南非各项整定值，使全系统中各种继电保护有机协调地布置、对的地发挥作用。电力工程设计部门整定计算目是按照所设计电力系统进行分析计算、选取和论证继电保护装置配备和选型对的性，并最后拟定其技术规范。同步，依照短路计算成果选取一次设备规范。1.1.2 继电保护整定计算基本任务继电保护整定计算基本任务，就是要对各种继电保护给出整定值；而对电力系统中所有继电保护来说，则需编制出一种整定方案。各种继电保护适应电力系统运营方式变化能力都是有限，因而，继电保护整定方案也不是一成不变。对继电保护整定方案评价，是以整体保护效果优劣来衡量，并不着眼于某一套继电保护保护效果。必要指出，任何一种保护装置性能都是有限，或者说任何一种保护装置对电力系统适应能力都是有限。当电力系统规定超过该种保护装置所能承担最大变化限度时，该保护装置便不能完毕保护任务。（一） 继电保护整定计算详细任务和环节（1） 绘制电力系统一次接线图。（2） 依照一次接线图绘制系统阻抗图，涉及正序、负序、零序网。（3） 建立电力系统设备参数表：涉及一次设备基本参数，二次设备规范及保护配备状况。（4） 建立电流互感器（TA）、电压互感器（TV）参数表，依照变压器容量和线路负荷状况拟定TA变比。（5） 拟定继电保护整定需要满足电力系统规模及运营方式变化限度，各级母线综合阻抗（最大、最小方式）。（6） 电力系统各点短路计算成果。（7） 依照整定原则，选用保护装置整定值。（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，着重阐明整定原则问题、整定成果评价、存在问题及采用对策。（二） 整定方案阐明书普通涉及如下内容：（1） 方案编制时间、电力系统概况。（2） 电系统运营方式选取原则及变化限度。（3）重要、特殊整定原则。（4）方案存在问题及对策。（5） 继电保护运营规定，如保护停、投、变化定值、变化使用规定以及对运营方式限制规定等。（6） 方案评价及改进方向。1.1.3 继电保护整定计算规定及特点依照继电保护在电力系统中肩负任务，继电保护装置必要满足如下4个基本规定，即选取性、迅速性、敏捷性、可靠性。（1） 选取性。电力系统中某一某些发生故障时，继电保护作用只能断开有故障某些，保存无端障某些继续运营，这就是选取性。实现选取性必要满足两个条件：一是相邻上一级在时限上有配合；二是相邻上下级保护在保护范畴上有配合。（2） 敏捷性。在保护装置保护范畴内发生故障，保护瓜敏捷限度叫敏捷性，习惯上叫做作敏捷度。敏捷度用敏捷系数来衡量，用Ksen表达。敏捷系数在保证安全性前提下，普通但愿越大越好，但在保证可靠动作基本上规定了下限值作为衡量原则。（3） 速动性。短路故障引起电流增大，电压减少，保护装置迅速地断开故障，有助于减轻设备损坏限度，尽快恢复正常供电，提高发电机，并列运营稳定性。（4） 可靠性。继电保护可靠性重要由配备构造合理，质量优良和技术性能满足运营规定保护装置及符合关于规程规定运营维护和管理来保证。为保证保护可靠性，应注意如下几点：1）保护装置逻辑环节要尽量少。2）装置回路接线要简朴，辅助元件要少，串联触点要少。3）运营中操作变动要少，变化定值要少。4）原理设计合理。5）安装质量符合规定。6）调试对的、加强定期检查。7）加强运营管理。要达到继电保护“四性”规定，不是由一套保护完毕。就一套保护而言，它不能同步完全具备“四性”规定。如电流保护简朴可靠，具备了可靠性、选取性，但速动性较差；高频保护具备了速动性、敏捷性、选取性，但装置复杂，相对可靠性就差某些。因而，要实现继电保护“四性”规定，必要由一种保护系统去完毕，这就是保护系统概念。对继电保护技术规定，“四性”统一要全面考虑。由于电网运营方式、装置性能等因素，不能兼顾“四性”时，应合理取舍，执行如下原则：（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。（4）尽量照顾地区电网和下一级电网需要。（5）保证重要顾客供电。1.2 整定计算环节和办法1.2.1 采用标么制计算时参数换算采用标么制计算时，普通先将给定发电机、变压器、线路等元件原始参数，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标么值，然后才干进行计算。标么值=实际有名值/基准值标么制计算中，基准条件普通选基准容量Sb=100MVA，基准电压Ub=Uav（Uav为电网线电压平均值）。当Sb、Ub拟定后，相应基准电流为基准阻抗为Error! No bookmark name given. 。当Sb=100MVA时，Ub、Ib、Zb值如表1-1所示。表1-1 基准电压、电流、阻抗相应表Ub（kV）0.46.310.537115230Ib（kA）1449.165.51.560.5020.251Zb（）0.0160.3971.102513.69132.25529(1)发电机等旋电机 换算，即式中基准条件下电抗标么值； 额定容量条件下次暂态电抗标么值；Sb、SN基准容量、额定容是，MVA。（2）变压器短路电压Uk%换算，即1）双绕组变压器式中Uk%短路电压，其她符号含义同前。2）三绕组变压器（3）线路阻抗换算（线路阻抗普通用有名值表达，Z=RjX，当RX中可取Z= jX）式中 基准条件下阻抗标么值；Z、X线路阻抗、电抗有名值，。其她符号同前。（4）电抗器百分电抗换算，即式中X*b基准条件下电抗标么值；X*N%电抗器额定电流、额定电压下阻抗标么值百分数；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 必要使用实测值参数(1) 三相三柱式变压器零序阻抗.(2) 66kV及以上架空线路和电缆线路阻抗.(3) 平行线间零序互感阻抗。(4) 双回线同名相间零序差电流系数。(5) 其她对断电保护影响较大关于参数。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汽轮发电机，电压为10kV，cos=0.8，次暂态电抗Xd =0.135 6。一台容量为400 00 kVA升压变压器,额定电压为(38.522.5%)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。选用基准容量Sb=100MVA,基准电压Ub=37kV,换算各元件在基准条件下标么值。1）发电机G1、G22）变压器3）线路经查LGJ-240导线每千米R=0.13、X=0.358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点三相短路电流经升压器短路电流为经35kV线路短路电流为1.3整定系数分析与应用继电保护整定值普通通过计算公式计算得出。为使整定值符合电力系统正常运营及故障状态下规律，达到对的整定目，在计算公式中需引入各种整定系数。整定系数应依照保护装置构成原理、检测精度、动作速度、整定条件以及电力系统运营特性等因素来选取。1.3.1可靠系数由于计算、测量、调试及断电器各项误差影响，使保护整定值偏离预定数值，也许引起误动作。为此，整定计算公式中需引入可靠系数用Krel表达，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，其整定配合公式为式中Iop(1)所整定保护动作电流；Iop(2)所整定保护下一级保护动作电流；Krel可靠系数。可靠系数取值与各种因素关于:(1)按短路电流整定无时限保护,应选用较大系数。（2）按与相邻保护整定值配合整定保护，应选较小系数。（3）保护动作速度较快时，应选用较大系数。（4）不同原理或不同类型保护之间整定值配合时，应选用较大系数。（5）感应型反时限电流、电压保护，因惰性较大，应选用较大系数。如感应型反时限保护可靠系数为1.31.5；瞬时段或速断电流保护为1.251.3；与相邻同类型过电流保护为1.11.2。1.3.2 返回系数按正常运营条件量值整定保护，例如按最大负荷电流整定过电流保护，在受到故障量作用动作时，当故障消失后不能返回到正常位置将发生误动作。因而，整定公式中引入返回系数，返回系数用Kr表达。对按故障量值和按自启动量值定保护，则不考虑返回系数。返回系数定义Kr=，于是可得过量动作继电器Kr1，欠量动作中继电器Kr1，它们应用是不同。例如过电流保护整定公式为式中Krel可靠系数；Kr 返回系数；ILmax最大负荷电流。返回系数高低与断电器类型关于。电磁型继电器返回系数为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0.850.95。1.3.3 分支系数多电源电力系统中，相邻上、下两级保护间整定配合，还受到中间分支电源影响，将使上一级保护范畴缩短或伸长，整个公式中要引入分支系数。分支系数用Kbr表达。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断电器过流保护均刚启动，即它们都处在敏捷度相等状态下，则有如下关系式设则电流分支系数是指在相邻线路短路时，流过本线路短路电流占流过相邻线路短路电流份数。对过电流保护来说，在整定配合上应选用也许浮现最大分支系数。低电压保护分支系数与过电流保护分支系数不同，在整定配合上应选用也许浮现最小值。分支系数变代范畴随电网构造不同而不同，其值普通在02之间。距离保护助增系数等于分支系数。且增系数将使距增保护测量到阻抗增大，保护范畴缩短。在整定配合上应选用也许浮现最小助增系数。当KZZ Ires.o (2-2)式中Id差电流；Ires.o拐点电流，即开始浮现制动作用最小制动电流；Iop.o差动元件启动电流，也叫最小动作电流；S折线斜率，普通也叫比率制动系数；Ires制动电流。二段折线式差动元件动作特性曲线见图2-1。图2-1二段折线式差动元件动作特性曲线 (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不平衡电流 (2-3)式中IN变压器额定电流；nTA电流互感器变比；Krel可靠系数，取1.31.5；Ker电流互感器比误差(10P型取0.032,5P型和TP型取0.012)；m电流互感器变比未完全匹配产生误差，初始取0.05；U变压器调压引起误差，可取调压范畴中偏离额定值最大值(百分数)。在实用计算中可选用Iop,min=(0.20.5)IN，普通不不大于0.3 IN。 (2)起始制动电流Ires.o整定 (2-4)(3)动作特性折线斜率S整定。纵差保护动作电流应不不大于外部短路时流过差动回路不平衡电流。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Iunbmax计算公式。对双绕组变压器 Iunb.max= (KapKccKer+U+m)IkmaxnTA (2-5)式中Kcc电流互感器同型系数，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含义同式(2-3)，但Ker=1.0。差动保护动作电流I op.max=KrelIunbmax (2-6)最大制动系数 (2-7)斜率 (2-8) (4)二次谐波制动比。在差动元件差电流中，具有基波分量和二次谐波分量，其基波分量不不大于差动元件动作电流，此时二次谐波分量电流与基波分量电流比例，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能力越弱；反之，保护躲励磁涌流能力越强。依照经验，二次谐波制动比可整定为1520。 (5)差动速断。差动速断保护在较严重区内故障时迅速跳开断路器，其实质是反映差动电流过电流继电器。设立差动速断元件重要因素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，普通取 或 (2-9)式中 I0p差电流速断动作电流；IN变压器额定电流；K倍数(视变压器容量和系统电抗大小，K推荐值如下：6300kVA及如下，712；630031 500kVA，4.57.0；40 000“120 000kVA，3.06.0； 120 000kVA及以上，2.O5.0)，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。按照正常运营方式保护安装处两相短路计算敏捷系数K sen.1.2。2.3变压器后备保护整定计算2.3.1相间短路后备保护一、过电流保护这是一种最简朴后备保护，重要用于容量不大单侧电源降压变压器。(1)按躲过变压器也许最大负荷电流整定，即 (2-10)式中K rel取1.11.2；K r取0.850.95，静态继电器可取上限。I L.max选用按下列条件取最大值：1)不同容量变压器并列运营，考虑一台并列运营最大容量变压器被突然切除时负荷转移。2)同容量n台变压器并列运营，在一台切除条件下，变压器最大负荷电流(2)按躲过负荷自启动最大工作电流整定，即式中K rel取1.21.3；K ast对单台电动机取48，纯动力负荷取23,.综合性负荷取1.52.5。从实际状况出发，普通以综合性负荷为主，且总有一某些次要电动机在低压工况下被一方面切除，这时，对110kV降压变电站，低压6l0kV取1.52.5，中压35Kv取1.52；220kV变电站，经验取值1.52。变压器过流保护动作时间按与相邻保护后备保护动作时间配合整定：t=t+t。选取以上最大者为过流保护整定值。敏捷度校验：按变压器低压母线故障时最小短路电计算，即 (2-12)式中 I d.min变压器低压母线故障最小短路电流，计算潮流应考虑变压器接线、短路故障类型过电流保护接线方式等因素，取最严重状况。二、带复合电压闭锁过电流保护复合电压闭锁元件由接于相间电压上低电压继电器接于负序电压上负序电压继电器构成。依照反措规定，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)式中Uop系统最低运营电压，取09UN；Kerl可靠系数，取1.21.25；Kr返回系数，取1.151.2。敏捷度计算公式为 (2-14)式中Ucy.max检查点故障时，电压继电器装设母线上最大残压。规定Ksen1.25。 (2)负序电压元件按躲过正常运营最大不平衡电压整定 (2-15)敏捷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)式中Ucy.2.min变压器另一侧短路时保护反映最低负序电压。规定Ksen1.25。 (3)电流元件定值计算。按变压器额定电流整定 (2-17)敏捷度校验按变压器低压母线故障时最小短路电流计算，即 (2-18)式中Id.min变压器低压母线故障最小短路电流，计算潮流应考虑变压器接线、短路故障类型及过电流保护接线方式等因素，取最严重状况。 规定Kr1.25。 (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，各侧后备保护动作时间与各侧出线动作时间相配合；动作后跳三侧保护段动作时间与各侧后备保护最长动作时间相配合。且在动作时间小一侧加装方向元件。2.3.2过负荷保护(信号)装设于变压器一相上过负荷信号装置，动作后延时给出信号。动作电流 (2-19)式中Krel可靠系数，取1.05；Kr返回系数，取O.85O.95，静态继电器可取上限；In变压器额定电流(中间分接头表达值)。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，普通取为910s即可满足规定2.4非电量保护整定(1)瓦斯保护。1)动作于信号容积整定：继电器气体容积整定规定在250300mI。范畴内可靠动作。2)动作于跳闸流速整定：继电器动作流速整定值以连接管内流速为准，可依照变压器容量、电压级别、冷却方式、连接管径等不同参数按表21中数值查得；流速整定值上限和下限可依照变压器容量、系统短路容量、变压器绝缘及质量等详细状况决定。表2-l 气体继电器动作流速整定值参照表变压器容量(kVA)继电器型号连接管内径(mm)冷却方式动作流速整定值(ms)1000及如下QJ-5050自然或风冷0.70.810007500QJ-5050自然或风冷0.81.0750010 000QJ-8050自然或风冷0.70.810 000以上QJ-8050自然或风冷0.81.0200 000如下QJ-8050逼迫油循环1.01.2200 000及以上QJ-8050逼迫油循环1.21.2500kV变压器QJ-8050逼迫油循环1.31.4有载调压变压器(分接开关用)QJ-25251.