整定计算的基本原则讲义.docx
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整定计算的基本原则讲义
第1章整定计算的基本原则
1.1概述
继电保护要达到消灭事故，保证电力系统安全稳定运行的目的，需要做多方面的工作。
其中包括设计、安装、整定、调试，以及运行维护等一系列环节；整定计算是其中的一部分工作，而且是极重要的一部分工作。
整定计算是对具体的电力系统，进行分析计算，整定，以确定保护配置方式，保证选型，整定值和运行使用的要求。
它的重要性在于：
①在设计保护时，必须经过整定计算的检验来确定保护方式及选定。
②在电力系统运行中，整定计算要确定各种保护的定值和使用方式，并及时协调保护与电力系统运行方式的配合，以达到正确发挥保护作用的目的。
③无论是设计还是运行，保护方式都与一次系统接线和运行方式有密切关系。
在多数情况下是涉及全局性的问题，要综合平衡，做出决断。
1．电力系统运行整定计算的基本任务
①编制系统保护整定方案，包括给出保护的定值与使用方式，对不满足系统要求的（如灵敏性，速动性等）保护方式，提出改进方案；
②根据整定方案，编制系统保护运行规程；处理日常的保护问题；
③进行系统保护的动作统计与分析，做出专题分析报告；
④协调继电保护定值分级管理；
⑤参加系统发展保护设计的审核；
⑥对短路计算有关系统参数的管理。
2．电力系统运行整定计算的特点和要求：
①整定计算要决定保护的配置与使用，它直接关系到保证系统安全和对重要用户连续供电的问题，同时又和电网的经济指标，运行调度，调试维护等多方面工作有密切关系，因此要求有全面的观点。
②对于继电保护的技术要求，选择性、速动性、灵敏性、可靠性，要全面考虑，在某些情况下，“四性”的要求会有矛盾，不能兼顾，应有所侧重；如片面强调某一项要求时，都会使保护复杂化，影响经济指标及不利于运行维护等弊病。
③整定保护定值时，要注意相邻上下级各保护间的配合关系，不但在正常方式下考虑，而且方式改变时也要考虑，特别是采取临时性的改变措施更要慎重，要安全可靠。
④系统保护的运行管理，有连续性的特点。
每一个保护定值和使用方式，都是针对某种运行要求而决定的。
处理问题有针对性和时间性，要考虑到原有情况作为处理的基础。
1.2对继电保护的基本要求
1.选择性
电力系统中某一部分发生故障时，继电保护的作用只断开有故障的部分，保留没有故障的部分继续运行，这就是选择性。
选择性说明如图1-1所示。
误动作的原因可分：
设计错误，安装错误，整定错误，装置质量不良，开关拒动、运行维护过失等。
实现选择性必须满足两个条件：
一是相邻的上下级保护在时限上有配合；二是相邻的上下极保护在保护范围上有配合。
综合来说，就是从故障点向电源方面的各级保护，其灵敏度逐级降低，其动作时限逐级增长。
图1-2，图1-3，图1-4分别示出定时限反时限特性的保护配合情况。
图1-2阶梯特性的配合图
图1-3定时限，反时限配合图
图1-4反时限特性配合图
2.灵敏性
在保护装置的保护范围内发生故障，保护反映的灵敏程度叫灵敏性。
保护范围末端短路时,灵敏系数等于1。
检验灵敏度，应用可能出现的最小运行方式，要求灵敏度系数不能低于规定值，对各种保护灵敏系数的规定，如表1-1。
检验灵敏度用的最小短路类型及电流，如表1-2。
灵敏系数计算如下式：
对电流保护
（1-1）
对低电压保护
（1-2）
对距离保护
（1-3）
灵敏度愈高愈好，衡量保护一般以最小灵敏度为下限表示。
检验灵敏度应注意的几个问题：
①计算短路电流较小的短路类型。
②选择可能出现的最小运行方式，重点在于被检验保护反映灵敏度最小的那种方式。
③保护动作时限长的，短路电流要考虑衰减。
④经Y/△结线变压器的不对称短路，相电流，电压的分布发生改变，对不同接线不同相别（A、B两相或B,C两相或C,A两相）的保护装置反映灵敏度则不同。
⑤负荷电流对保护的灵敏度有影响。
⑥两侧把电流及环状网路中的相继动作（即线路两侧保护不同时动作跳闸的过程）能使灵敏度提高或降低。
⑦对瞬时性故障，当大系统断开后，因短路点电流突然降的很小，可能会使故障自然消失。
例如110kV系统中，根据经验，短路电流降至约300~500A为时，故障可能会自动消失。
⑧在一套保护中有几个元件时，其各元件灵敏度要求是不同的。
但表示该套保护灵敏度的则是其中灵敏度最低的代表该套保护的灵敏度。
表1-1各种保护的最小灵敏系数表
注：
1、对各种类型保护中，接于全电流和全电压的方向元件，其灵敏系数不做规定。
2、线路一侧断开后，其它各侧保护可按相继动作检验系数。
3、远后备指用相邻元件的保护作后备，近后备指装于就地的专用后备保护
不同接线不同相数的保护检验灵敏系数用的最小短路类型及电流
表1-2检验灵敏度用的最小短路类型及电流
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，为负荷创造尽快恢复的条件，提高发电机并列运行的稳定性。
为了提高速动性，一方面是尽量采用回路简单的保护，在必要的地方采用复杂的快速保护；另一方面也要正确地采用先无选择性和后用重合闸补救相结合的措施，或备用电源自投的方式。
4．可靠性
可靠性即为“该动的就动，不该动的就不动”。
为了保证保护的可靠性，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，辐助原件要少，串联接点要少；
（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）对误动后果严重的保护装置，应加装闭锁，对重要环节加装监视信号；
（8）加强运行维护，保护运行要求明确。
可靠性用正确动作律来衡量。
正确动作是一个综合性技术指标，它反映了继电保护全面工作的结果。
评价继电保护装置的正确动作与错误动作，必须符合两个条件。
第一，电力系统必须有故障，这是保护装置正确动作的基础，这是必要条件。
第二，保护装置的动作符合于预定的要求，这是充分条件。
两个条件缺一不可。
1.2.5“四性”的综全统一
严格的选择性，需要的速动性，足够的灵敏性，必须的可靠性。
1.3时限级差的选择
时限级差包括了被整定保护时间元件的负误差（缩短时限），与之配合保护时间元件的正误差（延长时限），开关跳闸时间，以及考虑其他误差所加的裕度时间，按照图1-5的特性分析，可得出时限级差的计算公式。
（1-5）
（1-6）
应当注意（1-6）式是两个带延时元件的保护所需的时限级差。
而对于元件配合整定的保护二段时间，则应按下式计算：
（1-7）
式中：
—分别为保护和保护的动作时间
—保护时间继电的负误差
（1）时间元件的误差随动作时限延长而增大，故保护整定时限长当的应取较大级差。
（2）当保护动作时限与配合的保护方式有关时，应注意其配合级差。
（3）保护的动作时间，是指整套保护的动作时间，即从保护开始动作到保护出口发出跳闸脉冲的全部时间（包括时间元件的时间），如果把保护的动作时间整定为时间元件的时间，则当保护构成回路不同时，可能会使保护动作时间延长而使时限级差缩小，造成上邻上级保护越级动作。
1.4可靠系数
为了避免由于计算误差，测量误差，以及调试等误差，使各种保护之间的保护范围不配合，而引起保护误动作，保护的动作值与实际短路电流或与配合的动作值之间应有一定裕度以取得选择性，用可靠系数表示。
对于图1-2表示的各上下级保护整定配合公式为
电流保护
（1-8）
电压保护
（1-9）
，
――上、下级电流保护动作电流
，
――上、下级电压保护动作电压
可靠系数的选用，要考虑整定计算条件的不同和保护类型、方式不同而有所区别。
选用时应注意以下问题：
（1）由短路电流绝对值决定定值的无时限保护，应选取较大可靠系数；而相互配合的延时保护，选取较小的可靠系数。
（2）由于变压器有可变分接头参数变化大，当按变压器后短路整定时应大于按线路末端整定的可靠系数。
（3）不同保护方式之间的配合，应取较大的可靠系数。
（4）当短路电流中有互感影响时，应选取较大可靠系数。
（5）当计算条件考虑因素较多时应取较大可靠系数，如考虑了分支系数等。
具体如表1-3所列：
表1-3常用各种保护整定用可靠系数表
注：
可系数的上下限使用，当计算条件较准确时用下限（小值），否则用上限（大值）
1.5返回系数
按正常运行电流（或电压）整定的保护定值，由于定值比较接近正常运行值，在故障断开后，电流电压恢复正常的过程中保护不能可靠返回会发生误动。
为避免此种情况，应计算及返回系数。
对于按短路参量（电流、电压）或按自启动条件整定的保护，可不考虑返回系数。
考虑返回系数后的整定公式为：
（1-10）
――返回系数，对电流保护取0.85，对低电压保护取1.2，对距离保护取1.15～1.2。
对于电流闭锁电压保护方式中，电压元件动作值考虑电流元件返回系数的问题：
在较小容量的电源中，当故障发生在保护范围末端稍外处，本不该动，但是由于电源小，可能使保护感受残压稍低，然后再由发电机调压器动作使之上升，若此时电流元件能动，应靠电压起到闭锁作用。
然而因上述原因，当电流降到电流元件的动作值又大于返回值时，那么电压如尚未返回，就会造成无选择性。
为此，应使动作电压降低。
在较大容量系统中或短路点较远时，短路过程中保护处的残压没有显著变化，故不必考虑。
1.6分支系数
1．助增电源
当相邻上下级保护之间有电源时，它将对上一级保护的范围产生伸长或缩短的影响。
图1-5示出了具有电源分支线网络，当在线路NP上K点发生短路故障时，对于装在MN线路M侧的距离保护安装处母线上电压为
测量阻抗为
（1-11）
式中
——线路单位公里的正序阻抗；
——分支系数（助增系数），一般情况下可认为分支系数是实数，显然
≥1。
图1-5助增网络
可见，由于助增电源的影响，使M侧阻抗继电器测量阻抗增大，保护区缩短。
分支系数可表示为
（1-12）
式中
——M侧母线电源等值阻抗；
——N侧母线电源等值阻抗；
——MN线路阻抗。
2．汲出分支线
如图1-6所示汲出分支线的网络，当在K点发生短路故障时，对于装在MN线路上M侧母线上的电压为
测量阻抗为
（1-13）
式中
——分支系数（汲出系数），一般情况下取实数
≤1。
显然，由于汲出电流的影响，导致M侧测量阻抗减小，保护区伸长，可能引起非选择性动作。
汲出系数可表示为
（1-14）
式中
、
——分别为平行线路两回线阻抗，一般情况下数值相等；
——距离Ⅰ段整定阻抗。
图1-6汲出分支线网络
1.7主保护、后备保护和辅助保护
主保护是作为设备、线路的主要保护，要求它能保护全部范围和能保护各种故障，并尽可能有较快的速动性。
后备保护：
分为远后备和近后备两种。
辅助保护：
在某些主保护有死区或某种特殊运行情况下（如电压互感器在线路上）保护性能不完善，以辅助保护来保护，如电流速断对方向时限电流保护起辅助作用。
保护整定计算时，应着重改善主保护的效果，兼顾后备保护，对分段的成套保护，一般以一、二段作为主保护，而以三段（或三、四段）作为后备保护。
1.8系统保护的整定配合原则
1.8.1整定保护时应注意一下问题：
（1）主保护和后备保护应有所侧重，以改善和保证主保护为主，兼顾后备性，在主保护段满足灵敏度要求时，应尽可能提高其后备灵敏度。
（2）保护构成的特点和保护使用电流、电压互感器的安装的位置，如双回线接和电流公用一套保护，其中无时限段保护，在双回线运行时，应退出运行；又如保护装有联掉回路或者一套保护装有多段时限的特点。
还有保护用电压互感器装在线路上，以及远方启动跳闸的方式等等。
（3）与自动装置的配合，例如非同期重合闸有很大冲击电流；单相重合闸会出现非全相运行状态，并有复杂故障状态；又如备用电源自校与重合闸的配合等问题。
（4）电网电压等级不同的保护特点，如大接地电流系统用三相式保护方式，而小接地电流系统用两相式保护方式；又如超高压长距离线路采用串联电容补偿时对保护的影响。
（5）电网结构特点与运行方式的要求。
对于35KV以下的网路不宜合环运行，否则将使保护复杂化。
如为了保证重要用户的供电，可采用备用电源自投，或自动重合闸的方式。
就是110KV对网路也应尽量不合环运行，必要时可采用双回线供电或备用电源自投的方式。
长线路与短线路相邻，当长短线的长度超过时，长线的灵敏性和速动性均会恶化。
对于小电源与大系统并列的方式，为防止解列后小电源崩溃和简化保护（复杂了并不一定效果好），在负荷平衡点装设解列保护。
大接地电流系统中，变压器中性点接地的分布，应按保证设备安全和零序电抗变化小，对保护效果有利的原则考虑，接地点不宜过多。
对于系统稳定要求高的地方，应配合以联切负荷，振荡解列，高周率切机等保稳定措施。
线路T接线路或T接变压器，其T接点应位于主线路的中间，以减少影响。
T接点不宜靠近电源测，T接的负荷不宜太大，以免影响主线路的速动保护。
T接线路或负荷，不宜在主干联络线。
双回线路中的双T接，除上述问题外，还有双T接最好不并列运行，否则将使保护复杂化。
T接线上带有电源时，对保护影响大。
（6）电力设备构造的特点，如发电机静子为双星形时，可装设横差保护；静态励磁（自并激方式）短路电流衰减快，要求保护速动；又如自耦变压器零序不能装在中性点接地线上等。
（7）负荷的特性与用户对电力系统的要求。
例如，对异步电动机，有的用户不装设无电压释放，而大多数用户则装社无电压释放，因此与考虑自启动有关。
对同步电动机（化工、钢铁等用户），有的用户使用失压后再正步方式，而大多数用户则采取失压后即停机的方式，因而不希望用重合闸和备用电源自投。
不对称负荷（电气机车等）对反映于序分量的保护影响很大。
冲击性负荷（轧钢、冶炼等）对电流电压保护影响较大。
（8）制定保护整定方案时，要尽可能地适应较多的运行方式，提高适应能力（保护适应运行方式变化范围大小的能力，在次情况下，保护不需要改变定值）。
保护的适应能力与保护方式有关，但是任何保护的适应能力都是有限的，因此应以满足常见的一些运行方式为基础。
对于特殊少见而又恶化保护效果的运行方式可作临时处理。
对于因保护问题影响到系统安全和经济指标时，应采取必要的措施加以改进。
对于临时性的改变定值要尽量减少，在主保护保证灵敏度的前提下，可适当提高后备段的后备灵敏度，用以解决常见的临时方式。
临时方式下避免手改定值，必要时增加保护段。
有些手动操作，尽可能代之以自动措施。
1.8.2整定配合的具体原则如下：
（1）各种保护按阶段特性配合。
（2）相邻保护之间，其主保护段与主保护段配合，后备保护段与后备保护段配合。
例如上一级的主保护二段与下一级主保护的一段或二段配合。
如果后备段与相邻主保护段配合，又满足后备灵敏度时，这样配合可以加速保护动作时间。
后备保护段的开始点（即在环网中，后备保护段整定的第一个点），应与相邻主保护段配合，以降低全网后备段的时间。
开始点最好能对相邻后备灵敏度。
如果开始点选不到合适的地方，可选择一个无选择性（这种无选择性的可能性较小的）的点作为开始点。
（3）反应同种故障类型的保护之间进行配合，即相间保护与相间保护配合；接地保护与接地保护配合。
但是在极个别情况下，不同种保护反应了同一短路类型，如果上一级保护范围伸长而且时限不配合可能误动时，则也需要考虑这种配合问题。
例如相邻线路间短路，上一级接地保护因不平衡电流而动作，若时限上不能配合时，则接地保护动作电流应按躲开这种不平衡电流整定。
（4）上一级保护与下一级保护所有的相邻保护均需配合，当与几条相邻线路配合整定，而各配合整定不相同时，则应取其整定结果中灵敏度最低，时间最长的组合。
当灵敏度、时间两者可能不是同一线路的结果时，即取与某一条线路配合的动作值，又取与另一条线路配合的时间值，做为选用的定值。
（5）整套保护中，各元件灵敏度的整定配合问题。
由几个电气量组成的一套保护，其中各元件的作用不同，灵敏度要求不同。
其中作为主要元件的要求保证选择性和灵敏性，而作为辅助元件的则只要求有足够的灵敏性，并不要求选择性。
在整定配上，要求辅助元件的灵敏度要高于主要元件的灵敏度
辅助元件在保护构成中，按作用分为以下三种：
第一种是判别作用。
为了保护的选择性而装设的。
如方向过流保护中的方向元件。
第二种是闭锁作用。
为了防止在正常负荷下的误动而装设的。
如母差保护中的电压闭锁元件。
第三种是启动作用。
为了在故障情况下，将整套保护起动起来进行工作而装设的。
如用三段启动进行一、二段切换的距离保护。
（6）两侧电源的保护。
当无方向性时，则应按正反两个方向与相邻保护配合。
当可选择带方向性时，则整定只按正方向配合，然后再确定带不带方向性。
判别方法是：
（a）以一条线路两侧的同级时限的动作电流进行比较，其中动作电流小者带方向性，动作
电流大者不带方向性。
当动作电流相近或相等时，则两侧都不带方向。
（b）一条线路两侧没有同级时限可比时，则与对侧比本侧低一个时限级差或低两个时限级差（如果没有低一个时限级差时）的动作电流相比，动作电流小者带方向性，动作电流大的不带方向性动作电流相近或相等着，则两侧都不带方向性。
但是应注意，当同级时限同等电流的不带方向性。
当相邻保护拒动时，会使本线路两侧开关同时跳闸，但这是允许的。
另外，从提高保护的可靠性出发，对不带方向性，并不扩大事故的少数情况，可以不带方向性。
上述方法可以用于电压保护。
但应注意是过电压特性还是低电压特性的区别。
低电压特性与过电流特性是相反的。
（7）作为提高故障解列的保护，其选择性要求是可以适当降低，主要是从可靠解列出发。
（8）为提高速动性，降低动作时限，对运行条件可能的方式，可减少时限级差。
如线路变压器组可采用前加速方式，再用重合闸补救的方法，使线路全线加速动作。
（9）采用瞬时测量的方式，全网相邻各保护均应同时采用，以免可能失去选择性。
（10）在某些环路中（如单电源的环网），保护配合困难时，可采取故障情况解列开环，然后再进行重合闸或备用电源自投的方法，则保护只按开环整定配合。
1.9电网保护方式选择
电网保护方式的选择，不论是设计部门，还是生产运行部门，都会遇到的问题。
电网中运行的保护，因系统发展不满足要求是，应提出保护方式的改进方案。
下面讨论保护方式的选择问题。
考虑原则：
（1）从整个电力系统出发，要满足电力系统的稳定和潮流极限的需要；要保证重要用户和工业保安用电的需要。
（2）要从系统继电保护出发进行考虑。
不能简单地考虑一条线或一个设备的保护问题。
继电保护的“四性”要以电力系统要求为衡量的标准。
（3）保护方式的选择应由简到繁，设备的选型要求质量好、性能全、运行维护方便、经济合理，留有发展余地。
技术原则有：
（1）按电网发生故障的类型选择，一般应充分利用远后备方式，只当远后备不满足要求而有必要时，才用近后备。
（2）通常对低压电网（35KV）选择两段式过电流保护方式，个别情况下采用距离。
对高压电网（110KV以上），单电源情况用分段式的过电流保护（可考虑加方向性和低电压闭锁），当多段线路联接，且距离较短时，在上级选择距离保护；对双电源及环网，均应采取距离保护。
（3）按系统稳定性要求选择。
提高速动性，装设高频保护，母线保护。
（4）为提高电力系统安全运行和保证用户供电的连续性，配合安全自动装置。
如采用各种方式的重合闸，备用电源自投等，为平息系统振荡，装设振荡解列保护等。
（5）为提高对故障的分析能力，改进保护方法，装设故障录波器，探测器等装置。
（6）为便于处理设备检修，运行方式变动等，装设代替保护或倒换电流、电压互感器等附属设备。
1.10短路计算的运行方式选择
1.10.1最大负荷电流的选取，应考虑以下几种因素：
（1）备用电源自投的增荷；
（2）临时倒路的增荷；
（3）至负荷并联线路的减少使负荷转移，如双回线；
（4）环状网络开环的负荷转移；
（5）两侧电源网络，一侧电源突然切机。
1.10.2系统最大、最小运行方式的选择。
最大、最小运行方式的选择，目的在于计算短路电流的最大值和最小值。
这要根据保护的要求和系统的主接线及运行方式来考虑。
对于相间保护来说，最大短路电流应取三相短路，最小短路电流应取两相短路。
对于接地保护（大接地电流系统）最大与最小接地短路电流，要看计算哪个序电流或电压而言，应分析比较决定。
根据系统接线特点分析：
对单侧电源的辐射形网络，最大方式为系统的所有机组、线路、接地点（规定的）均投入运行，最小方式为系统可能出现最少的机组，线路、接地点的运行。
在双侧电源和多电源环形网中，对某一线路的最大方式为开环运行，开环点在该线路相邻的下一级线路上，系统的机组、线路、接地点（规定接地的）均投入运行；最小方式是合环运行下，停用该线背后的机组、线路、接地点。
对于双回线，除按上述情况考虑外，还应考虑双回线的保护接线。
当双回线分接两套保护时，单回线运行为最大方式，双回线运行为最小方式；当双回线接一套合电流保护时，情况与上相反。
根据零序、负序的电流和电压分布的特点，最大方式应综合分析保护对端方向的机组、线路、接地点的变化，而最小方式则应综合分析保护背后方向的机组、线路、接地点。
此外，对于平行线间的零序互感，也应考虑对最大、最小的影响。
根据运行经验，再不恶化保护效果，且又能满足常见运行方式的变化情况下，最小方式的变化限度应考虑：
1.考虑检修与故障的重迭，但不考虑多个重迭。
2．以满足常见的运行方式为基础，不考虑少见的特殊方式。
特殊方式可另作处理。
1.10.3机组、变压器、线路运行变化限度的选择
发电机、线路停用限度原则：
（1）对发电厂有两台机组的，应考虑全停；对有两台以上的机组的，应考虑其中两台最大容量的同时停。
（2）一个厂、站的主母线上，应考虑两条线同时停；或一条线和一台降变（中性点接地且不能倒换的，能倒换的或不接地的不在此列）同时停；或一条线和一台机变同时停用，停用容量最大者。
（3）水电厂当以农业用水为主发电的，应考虑全停。
（4）变电站有两台以上变压器者，应考虑其中最大容量的一台停用。
变压器中性点接地运行的确定原则：
（1）电厂的主变应接地；多台变压器时应部分接地；双母线有条件的最好每条母线上均有变压器接地。
（2）自耦变压器因其绝缘要求，中性点必须接地。
（3）降压变压器其中压、低压侧有电源时，中性点应接地，但是个别的情况，如电源较小，零序保护不能动作或使系统保护复杂时，也可不接地。
但应有变压器过电压的保护措施。
高压侧为单电源的降压变压器，其中性点可根据对继电保护改善保护效果和限制接地短路电流的要求来确定是否接地。
（4）带负荷调整电压分头的变压器，因绝缘要求将其中性点优先接地。
当没有条件接地时，只要能运行在中性点接地系统时，也不可接地。
但应取得制造厂同意。
（5）接线上的变压器中性点一般不要接地，当有电源时，参考上述（3）中规定。
1.11整定计算的步骤
整定计算的工作步骤，大致如下：
1．确定整定方案所适应的系统情况。
2．与调度部门共同确定系统的各种运行方式。
3．取得必要的参数与资料（保护图纸，设备参数等）。
4．结合系统情况，确定整定计算的具体原则。
5．进行短路计算。
6．进行保护的整定计算及算出保护装置的二次定值。
7．编制整定方案说明，包括存在问题及解决办法。
8．编制系统
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