继电保护计算实例DOC.docx
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继电保护计算实例DOC
继电保护计算实例
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
3.6.135kV线路保护计算实例
3.6.210kV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。
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）
0.4
6.3
10.5
37
115
230
Ib（kA）
144
9.16
5.5
1.56
0.502
0.251
Zb（Ω）
0.016
0.397
1.1025
13.69
132.25
529
（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=R＋jX，当R＜
X中可取Z=jX）
式中—基准条件下的阻抗标么值；
ZΩ、XΩ—线路阻抗、电抗有名值，Ω。
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X″d=0.1356。
一台容量为40000kVA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35kV线路，在某110kV变电站35kV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
2）变压器
3）线路
经查LGJ-240导线每千米R=0.13Ω、X=0.358Ω
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1.3～1.5；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
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
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<1时称汲出系数，对距离保护的影响与KZZ＞1刚好相反，但在配合整定上汲出系数也应选取可能的最小值。
1.3.4灵敏系数
在继电保护的保护范围内发生故障，保护装置反应的灵敏程度称为灵敏度。
灵敏度用灵敏系数Ksen表示。
灵敏系数是指在被保护对象的某一指定点发生故障时，故障量与整定值之比。
灵敏系数一般分为主保护灵敏系数和后备保护灵敏系数两种。
前者是被保护对象的全部范围而言，后者则是被保护的相邻保护对象的全部范围而言。
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。
不同类型保护的灵敏系数要求不同。
由于电流互感器接线形式的不同以及接入保护的相数不同，反应的灵敏度也不同。
对于各个检测元件构成的整套保护装置，因为各个检测元件担任的任务不同，对它们灵敏度的要求也不同，一般应满足：
闭锁元件的Ksen＞启动元件的Ksen＞测量元件的Ksen。
选择计算灵敏系数的运行方式和短路类型是至关重要的。
选择的恰当与否直接影响对保护效果的评价。
因此，一般应以选择常见的不利运行方式为原则。
短路保护的最小灵敏系数见表1-2。
表1-2短路保护的最小灵敏系数
保护分类
保护类型
组成元件
灵敏系数
备注
主保护
带方向和不带方向的电流保护式电压保护
电流元件和电压元件
1.3～1.5
200km以上线路，不小于1.3；50～200km线路，不小于1.4；50km以下线路，不小于1.5
零序或负序方向元件
1.5
距离保护
启动元件
负序和零增量或负序分量元件、相电流突变量元件
4
距离保护第三段动作区末端帮障，大于1.5
电流和阻抗元件
1.5
线路末端短路电流应阻抗元件精确工作电流1.5倍以上。
200km以上线路，不小于1.3；50～200km线路，不小于1.4；50km以下线路，不小于1.5
距离元件
1.3～1.5
主保护
平行线路的横联差动方向保护和电流平衡保护
电流和电压启动元件
2.0
线路两侧均末断开前，其中一侧保护按线路中点短路
平行线路的横联差动方向保护和电流平衡保护
1.5
线路一侧断开后，另一侧保护按对侧短路计算。
平行线路的横联差动方向保护和电流平衡保护
零序方向元件
2.0
线路两侧均末断开前，其中一侧保护按线路中点短路计算
线路纵联保护
跳闸元件
对高阻接地故障的测量元件
1.5
个别情况下，为1.3
发电机、变压器、电动机纵差保护
差电流元件的启动电流
1.5
母线的完全电流差动保护
差电流元件的启动电流
1.5
母线的不完全电流差动保护
差电流元件
11.5
发电机、变压器、线路和电动机的电流速断保护
电流元件
1.5
按保护安装处短路计算
后备保护
远后备保护
电流、电压和阻抗元件
1.2
按相邻电力设备和线路末端短路计算（短路电流应为阴搞元件精确工作电流1.5倍以上），可考虑相继动作
零序或负序方向元件
1.5
近后备保护
电流、电压和阻抗元件
1.3
按线路末端短路计算
负序或零序方向元件
2.0
辅助保护
电流速断保护
1.2
按正常运行方式保护安装处短路计算
注：
1．主保护的灵敏系数除表中注出者外，均按被保护线路（设备）末端短路计算。
2．保护装置如反应故障时增长的量，其灵敏系数为金属性短路计算值与保护整定值之比；如反应故障时减少的量，则为保护整定值与金属性短路计算值之比。
3．各种类型的保护中，接于全电流和全电压的方向元件的灵敏系数不作规定。
4．本表内未包括的其他类型的保护．其灵敏系数另作规定。
1.3.5自启动系数
按负荷电流整定的保护，必须考虑负荷电动机自启动状态的影响。
当电力系统发生故障并被切除后，电动机将产生自启动过程，出现很大的自启动电流。
负荷端电压降低的时间愈长，电动机转数下降越多，自启动电流越大。
极限状态是电动机由静止状态启动起来，自启动电流达到最大值。
一般考虑自启动系数就考虑这种极限状态。
自启动电流比负荷电流大许多倍，而且延续时问长，故按负荷电流整定的保护整定公式中，需要引入自启动系数。
自启动系数等于自启动电流与额定负荷电流之比，用Kzqd表示。
单台电动机在满载全电压下启动时，一般Kast为4～8，综合负载（包括动力负荷与恒定负荷）的Kast为1.5～2.5，纯动力负荷（多台电动机的综合）的Kast为2～3。
选择自启动系数时应注意以下几点：
（1）动力负荷比重大时，应选用较大的系数。
（2）电气距离较远（即多级变压或线路较长者）的动力
负荷，应选用较小的系数。
（3）切除故障时间较长或负荷断电时间较长时，应选用较大的系数。
1.3.6非周期分量系数
在短路暂态过程中产生的非周期分量对保护的正确工作影响很大，一方面使电流的有效值增大，一方面使电流互感器饱和，使保护的测量误差加大。
因此，在整定计算公式中引入非周期分量系数Kap。
对带有躲非周期分量特性的差动保护，如BCH型差动继电器，取Kap=1.3；其他的取Kap=1.5～2。
对电流速断保护，在Krel系数中考虑非周期分量的影响，不再单独考虑Kap。
1.4整定配合的基本原则
电力系统中的继电保护是按断路器配置装设的，因此，继电保护必须按断路器分级进行整定。
继电保护的分级是按保护的正方向来划分的，要求按保护的正方向各相邻的上下级保护之间实现配合协调，以达到选择性的目的。
这是继电保护整定配合的总原则。
1.4.1各种保护的通用整定方法
（1）根据保护装置的构成原理和电力系统运行特点，确
定其整定条件及整定公式中的有关系数。
（2）按整定条件进行初选整定值。
按电力系统可能出现
的最小运行方式校验灵敏度，其灵敏系数应满足要求，在满足要求之后即可确定为选定的整定值。
若不满足要求，就须重新考虑整定条件和最小运行方式的选择是否恰当，再进一步还可考虑保护装置的配置和选型问题，然后，经过重新计算直到选出合适的整定值。
1.4.2阶段式保护的整定
（1）相邻一上下级保护之间的配合有三个要点：
第一，
时间上应有配合。
即上一级保护的整定时间应比其相配合的下一级保护的整定时间大一个时间级差△t，第二，在保护范围上有配合。
即对同一故障点而言，上一级保护的灵敏系数应低于下一级保护的灵敏系数。
第三，上下级保护的配合一般是按保护正方向进行的，其方向性一般由保护的方向特性或方向元件来保证。
（2）多段保护的整定应按保护段分段进行。
第一段（一般指无时限保护段）保护通常按保护范围不伸出被保护对象的全部范围整定。
其余的各段均按上下级保护的对应段进行整定配合。
所谓对应段是指上一级保护的二段与下一级保护的一段相对应。
1.4.3时间级差的计算与选择
相邻的上下级保护间，为取得选择性，其条件之一是保证保护动作有时间级差。
时间级差一般按下式计算
△t=ts+tdl+ty
式中△t——时间级差；
ts——时间继电器的正负误差，对DS型系列时间继电器在±0.05～±0.15；
tdl——被保护断路器跳闸时间，SNl0-10型断路器跳闸时间为0.06～0.08s；
ty——裕度时间，一般对定时限保护取0.1s，对反时限保护取0.3s。
1.4.4继电保护的二次定值计算
保护定值是以一次值为准进行计算的，而具体的保护装置需要输入二次值，因此定值计算完毕，要进行一、二次值间的变换。
（1）电流保护
式中Iop．j——继电器二次动作电流；
Iop——继电器一次动作电流；
Kcon——TA二次接线系数（TA二次接线为三角形时，Kcon=
；TA二次接线为星形时，Kcon=1；TA二次接线为两相差接时，Kcon=
）;
nTA——TA变比。
（2）距离保护
式中Zop．j——继电器二次动作阻抗，Ω／相；
Zop——继电器一次动作阻抗，Ω／相；
nTA、nTV——分别为TA、TV变比；
Kcon——接线系数（方向阻抗继电器接人相电压相电流时，Kcon=1；接人相间电压、两相电流差时，Kcon=1；接人相间电压、两相电流时，Kcon=1；全阻抗继电器接入相间电压、两相电流差时，Kcon=1；接人相间电压、两相电流时，Kcon=
/2）。
1.5整定计算运行方式的选择原则
电力系统运行方式是保护整定计算基础，整定计算用的运行方式选择合理与否，不仅影响继电保护的保护效果，也会影响继电保护的配置和选型的正确性，因此要特别重视这一环节。
1.5.1继电保护整定计算的运行方式依据
即正常运行方式和正常检修方式，一般遵循以下原则：
（1）必须考虑检修和故障两种状态的重叠出线，但不考虑多种重叠。
（2）不考虑极少见的特殊方式。
因为出现特殊方式的概率较小，不能因为恶化了绝大部分时间的保护效果。
必要时，可采取临时性的措施加以解决。
1.5.2发电机、变压器运行变化限度的选择原则
（1）一个发电厂有两台机组时，一般应考虑全停方式，即一台机组检修时另一台发生故障；当三台以上机组时，应选择其中两台容量较大机组同时停用方式。
对水力发电厂的机组，还应结合水库运行特性选择，
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