继电保护整定计算实用手册.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。（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。1.2 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! 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、阻抗对应表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 的换算，即式中基准条件下的电抗标么值； 额定容量条件下的次暂态电抗标么值；Sb、SN基准容量、额定容是，MVA。（2）变压器短路电压Uk%的换算，即1）双绕组变压器式中Uk%短路电压，其他符号含义同前。2）三绕组变压器（3）线路阻抗换算（线路阻抗一般用有名值表示，Z=RjX，当RX中可取Z= jX）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、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的短路电流为经35kV线路的短路电流为1.3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1.31.5；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=，于是可得过量动作的继电器Kr1，欠量动作中的继电器Kr1，它们的应用是不同的。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0.850.95。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，则有如下关系式设则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02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)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1.31.5；Ker电流互感器的比误差(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=(0.20.5)IN，一般不小于0.3 IN。 (2)起始制动电流Ires.o的整定 (2-4)(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=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1520。 (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)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，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。按照正常运行方式保护安装处两相短路计算灵敏系数K sen.1.2。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)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(2)按躲过负荷自启动的最大工作电流整定，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)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)式中Uop系统最低运行电压，取09UN；Kerl可靠系数，取1.21.25；Kr返回系数，取1.151.2。灵敏度计算公式为 (2-14)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Ksen1.25。 (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)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)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Ksen1.25。 (3)电流元件定值计算。按变压器额定电流整定 (2-17)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)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)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910s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250300mI。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21中数值查得；流速整