县局整定计算培训.docx
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县局整定计算培训
继电保护整定计算基础
第一节概述1
第二节参数计算7
第三节简单不对称故障分析10
第四节整定计算的重点问题17
第一节概述
一、继电保护的基本任务
（一）当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由元件的保护装置迅速准确地给距离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度的减少对电力元件本身的损害，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求。
（二）反映电气设备的不正常工作状态，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同发出信号，以便值班运行人员进行处理，或由装置自动的进行调整，或将那些继续运行而会引起事故的电气设备予以切除，反应不正常工作情况的继电保护装置容许带一定的延时动作。
二、整定计算的基本任务
整定计算是针对具体的电力系统，通过网络计算工具进行分析计算、确定配置的各种系统保护的保护方式、得到保护装置的定值以满足系统的运行要求。
整定计算是继电保护工作中一项非常重要的内容，正确、合理的进行整定计算才能使系统中的各种保护装置和谐的一起工作，发挥积极的作用。
（一）整定计算的具体任务
（1）绘制电力系统接线图；
（2）绘制电力系统阻抗图；
（3）建立电力系统设备参数表；
（4）建立电流，电压互感器参数表；
（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；
（6）根据已有的保护装置，计算保护定值，编制定值通知单；
（7）对定值通知单进行管理；
（8）编写整定方案报告书，着重说明整定原则问题，整定结果评价，存在的问题及采取的对策等。
（9）根据整定方案，编制系统保护运行规程（说明）；
（10）处理日常运行的保护问题；
（11）进行保护的动作统计与分析，做出专题分析报告；
（12）参加系统发展保护设计的审核。
（二）整定计算的工作步骤
（1）收集必要的参数与资料（保护图纸、设备参数等）。
（2）按照调度管辖范围，根据需要与定值接口单位交换数据。
（3）根据调度或方式部门提供的电网运行方式，选择短路类型，选择分支系数的计算条件；
（4）结合系统情况，确定整定计算的具体原则。
（5）进行短路故障计算，得到短路计算结果；
（6）进行整定计算，对整定结果分析比较，选出最佳方案，选取整定值并做出定值图；
（7）归纳出存在的问题，并提出运行要求；
（8）画出定值图；
（9）编写整定方案说明书，一般应包括以下内容：
1考虑的系统方式，厂、站方式，变压器中性点接地方式安排；
2继电保护的配置情况；
3继电保护整定的基本原则，特殊考虑的问题；
4系统图、阻抗图、整定配合图、重合闸方式；
5正常运行安排、存在的问题及运行注意事项；
6提供给接口单位的系统综合阻抗、接口定值。
三、整定计算的基本要求
继电保护有四个基本要求，即可靠性、选择性、灵敏性、速动性，要全面考虑。
在某些情况下，“四性”的要求有矛盾不能兼顾时，应有所侧重；片面强调某一项要求，都会导致保护复杂化、影响经济指标及不利于运行维护等弊病。
整定计算尤其需要处理好四性的协调关系。
（一）可靠性
要求保护装置处于良好状态，随时准备动作。
保护装置的误动作是造成正常情况下停电、事故情况下扩大事故的直接根源，因此必须避免，用简单的话来说，就是“该动的就动，不该动的不动”，即不误动、不拒动。
保护的可靠性主要由高质量的保护装置、合理的设计、可靠的安装调试、精心的运行维护来保证。
整定计算中，主要通过制定简单、合理的保护方案来保证。
另外在运行方式变化时应注意对定值进行调整以确保保护系统可靠动作。
（二）选择性
选择性是指当电力系统发生故障时，继电保护装置应该有选择性地切除故障部分，让非故障部分继续运行，使停电范围尽量缩小。
首先由故障线路或元件本身的保护切除故障，当上述保护或开关拒动时，才允许相邻保护动作。
如图所示：
图1.1电网故障示意图
当D1点发生故障时，距故障点最近的开关K1、K2断开，其余部分继续运行，当开关K2因故不能断开（拒动）时，由开关K4断开，这些都是选择性。
如果开关K4先断开或开关K2、K4同时断开就是无选择性。
继电保护选择性的满足，主要由整定计算来考虑，通过正确整定保护装置的动作值和动作时间来实现，即通常说的灵敏度和动作时间配合，其原则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。
时限配合：
上一级保护时限比下一级保护时限要大，所大的时限差，即为时限级差。
此时限级差视不同的配合情况选取不同的数值。
一般情况下，高精度时间元件的保护之间相互配合的级差采用0.3S；与差动及瓦斯保护、纵联保护、横差保护等之间配合的级差采用0.4S，定时限与反时限保护配合的级差采用0.5S。
保护范围配合：
也叫灵敏度有配合。
保护装置对被保护对象的故障反应有一定的范围，上一级保护的保护范围应比下一级相应段保护范围为短，即在下一级保护范围末端故障时，下一级保护动作，上一级保护不动作这叫做范围有配合。
选择性是继电保护中的一个很重要的问题，一般不允许无选择性产生。
如不能做到应该按照相关规程进行处理，并尽量减小不配合导致失去选择性带来的危害。
（三）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，习惯上常叫灵敏度。
灵敏性用灵敏系数来衡量。
灵敏系数指在被保护对象的某一指定点（通常指被保护对象的末端）发生金属性短路，故障量与整定值之比（反映故障参量上升的，如过电流保护）或整定值与故障量之比（反映故障参量下降的，如低电压保护）。
主保护的灵敏系数仅考虑对被保护设备（本级），后备保护的灵敏系数则主要考虑的是对相邻设备（下一级）。
校验灵敏度，应根据不利正常（含正常检修）运行方式和不利故障类型（一般仅考虑金属性短路和接地故障）计算，要求灵敏系数不能低于规定值，对各种保护灵敏系数的规定，详见《继电保护和安全自动装置技术规程（GB/T14285-2006）》。
校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。
例如，零序电流要以单相接地或两相接地进行比较,相电流稳定值以三相短路与两相短路相比较。
（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。
例如，多电源变为单侧小电源的情况。
（3）经Y/△接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）、不同相数的保护装置反映灵敏度则不同。
例如：
YN,d11接线变压器d侧AB相短路时，电流电压的分布为：
①Y侧各相电流的分布规律是两故障相中的滞后相电流最大，数值上为△侧故障相电流的2/
倍，其它两相电流大小相等、方向相同，数值上为△侧故障相电流的1/
倍。
②Y侧各相电压的情况是两故障相中的滞后相电压总为零（当忽略变压器内部压降时），或者很小。
另两相电压总是相等。
（4）负荷电流对保护的灵敏度有影响，对于短路点较远的短路，因为分支负荷端电压较高，还吸取一定的负荷电流，因而减小了短路支路的电流。
某些容量较大的同步电动机，短路开始瞬间（对速动保护）可向短路点送出短路电流，因而又增大了短路支路的电流。
（5）两侧电源及环状网路中的相继动作能使灵敏度改变。
例如一个110KV站的10KV甲线、乙线，双线并行带一个用户站。
如故障发生在甲线出口（如图1.2），故障电流基本上通过甲线流向障点，这时乙线灵敏度很低。
当甲线电源侧跳开后，故障电流全部通过乙线流向故障点，乙线灵敏度提高。
图1.2线路出口故障示意图
（6）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，其中灵敏度最低的代表该套保护的灵敏度。
（7）考虑保护动作过程中灵敏度的变化，例如失灵启动元件，应分别校验母联开关跳开前后的灵敏度。
（四）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，一是配置快速保护；二是可通过合理的缩小动作时间级差来提高快速性；三是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。
例如:
线路变压器组、分段保护等。
（五）合理解决“四性”的矛盾
继电保护的四性在整定计算中非常重要，在制定保护系统方案中常常很难同时满足四个基本要求，整定计算工作很重要的一部分就是对四性进行统一协调。
（1）可靠性与选择性、灵敏性、速冻性存在矛盾。
例如保护装置的环节越少、回路越简单可靠性越高，但简单的保护很难满足选择性、快速性、灵敏性的要求。
（2）选择性与灵敏性存在矛盾。
例如，对于电流保护，提高整定值可以保证选择性，降低整定值才能保证灵敏性，尤其是大、小方式相差较大时，很难同时满足二者的要求。
（3）选择性与速动性存在矛盾。
时间越长越容易保证选择性，但无法满足速动性的要求。
对于四性的矛盾，要具体分析电网的实际情况进行合理的取舍，具体原则如下：
a.地区电网服从主系统电网；
b.下一级电网服从上一级电网；
c.局部问题自行消化；
d.尽可能照顾地区电网和下一级电网的需要；
e.保证重要用户供电。
第二节参数计算
一、标么制
在短路故障分析中，可以用有名值进行计算分析，如电压单位用kV、电流单位用kA、阻抗单位用Ω、功率单位用W等。
实际工程计算中，常采用标么值进行分析，使计算过程简化，这称为标么制。
（一）标么值
标么值就是各物理量对基准值的相对数值，是无单位的，其表示式为：
有名值（任意单位）
标么值=———————————————
基准值（与有名值同单位）
有名值=标么值×基准值
（二）三相系统基准值选取
SB的选取，原则上可以是任意的，但为了计算方便，山东电网的故障计算的基准容量定为1000MVA，UB选取该电压等级的额定电压，具体取值、计算如下：
（1）基准容量：
SB=1000MVA
（2）基准电压：
UB=Ue（220kV、110kV、35kV、10kV、6kV）
（3）基准电流：
IB=
UB
220kV
110kV
35kV
10kV
6kV
0.4kV
IB
2624A
5249kA
16496kA
57735A
96225A
1443376kA
（4）基准阻抗：
UB2
48400
12100
1225
100
36
0.16
ZB
48.4Ω
12.1Ω
1.225Ω
0.100Ω
0.036Ω
0.00016Ω
二、对称分量法
由电工基本原理得到，一组不对称的三个电气量可分解为正序、负序和零序三组电气分量。
假定
、
、
代表不对称的三个电气量（电流或电压），用
、
、
代表正序、负序和零序三个电气分量。
令A相为基准相时，有关系式如下：
=
+
+
=
+
+
=a2
+a
+
=
+
+
=a
+a2
+
=
（
+
+
）
=
（
+a
+a2
）
=
（
+a2
+a
）
（一）正序分量：
三相量大小相等，彼此相位互差120°，且与系统在正常对称运行方式下的相序相同。
（二）负序分量：
三相量大小相等，彼此相位互差120°，且与系统在正常对称运行方式下的相序相反。
（三）零序分量：
系由大小相等，而相位相同的相量组成。
三、参数管理
（一）按照规程规定，对整定计算中相关参数进行合理简化，但要注意简化的前提。
如对阻抗参数电阻部分的忽略，当R/X>0.3时，电阻部分不能忽略。
（二）参数的测量与使用：
规程规定的部分设备应采用实测参数。
在这里强调110kV电缆线路应采用实测参数，变压器的参数从厂家提供的变压器试验报告中获取，尤其是零序阻抗，具体计算方法参照下例：
据厂家出厂试验报告：
ABCO（高压侧）加3U0、I0时：
中压侧短路时ZJ1=53.7欧
中压侧开路时ZJ2=87.6欧
ABCO（中压侧）加3U0、I0时：
高压侧短路时ZJ3=5.8欧
高压侧开路时ZJ4=9.3欧
ZN220=2202=403.33ZN110=1212=122..0
120120
53.7=13.31%87.6=21.72%5.8=4.754%9.3=7.623%
403.33403.33122.0122.0
XⅠ+XⅢ=21.72%
XⅠ+XⅡ*XⅢ=13.31%
XⅡ+XⅢ
XⅡ+XⅢ=7.623%
XⅡ+XⅠ*XⅢ=4.754%
XⅠ+XⅢ
解得：
XⅠ=13.77%XⅡ=-0.33%XⅢ=7.95%
零序阻抗标么值：
XⅠ=13.77X1000=1.1475
100X120
XⅡ=-0.327X1000=-0.0275
100X120
XⅢ=7.95X1000=0.6625
100X120
第三节简单不对称故障分析
一、两相短路：
以BC相短路为例
（一）边界条件：
A相电流为零；BC相电流大小相等，方向相反；BC相电压相等。
根据边界条件，得出以下结论：
Ika1=-Ika2Uka1=Uka2
（二）两相短路时的复合序网图
（三）两相短路的基本特点：
（1）短路电流及电压中不存在零序分量。
（2）两故障相中的短路电流的绝对值总是相等，而方向相反，数值上为正序电流的
倍。
（3）当在远离发电机的地方发生两相短路（即正序阻抗等于负序阻抗），两相短路的故障电流为同一点发生三相短路时的短路电流的
倍。
（4）短路处两故障相电压总是大小相等，数值上为非故障相电压的一半，两故障相电压相位上总是同相，但与非故障相电压方向相反。
二、单相接地短路：
以A相短路为例
（一）边界条件：
A相电压为零，BC相电流为零。
根据边界条件，得出以下结论：
Ika1=Ika2=Ika0Uka1=-（Uka2+Uka0）
（二）单相短路时的序网图：
（三）单相短路的基本特点：
（1）短路处故障相中的各序电流大小相等，方向相同，故障相中的电流Ika=3Ika1=3Ika2=3Ika0，而两个非故障相中的电流均等于零。
（2）短路点故障相的电压等于零，而两个非故障相电压的幅值总相等。
（3）两个非故障相电压间的相位差为θu，它的大小决定于Z0Σ/Z2Σ的比值。
三、两相接地短路：
以BC相接地短路为例
（一）边界条件：
A相电流为零，BC相电压为零。
根据边界条件，得出以下结论：
Ika1=-（Ika2+Ika0）Uka1=Uka2=Uka0=1/3Uka
（二）两相接地短路的序网图：
（三）两相接地短路基本特点：
（1）两故障相电流的幅值总相等。
（2）两故障相电流之间的夹角θI随X0Σ/X2Σ的不同而不同。
（3）流入地中的电流Ig等于两故障相电流之和。
四、各序电压的分布
下图给出了一个单电源系统在K点分生各种金属性短路时各序电压的分布图。
各序电压分布规律的结论：
（一）正序电压越靠近电源处数值越高，发电机端的正序电压最高，等于电源电势。
越靠近短路点正序电压的数值越低，三相金属性短路时，短路点电压等于零。
母线M点的正序电压在三相短路时下降得最厉害，波动最大，对系统及用户的影响最大；两相接地短路次之；单相接地短路时正序电压变化较小。
（二）负序及零序电压的绝对值总是越靠近短路点数值越高，短路点最高，相当于在那里有一个负序及零序电源电势，其值等于短路点的电压，而越远离短路点负序及零序电压数值越低，在发电机的中性点上负序电压等于零，在变压器中性点上零序电压等于零。
（三）在不同短路类型情况下，各序电压的分布情况不同。
如单相接地短路时，短路点有Ika1=Ika2=Ika0，Uk1=Uk2+Uk0，而Uk2、Uk0的大小需要视具体网络的负序及零序参数而定。
五、对称分量经Y0/△－11或（Y/△－11）变压器后的相位变换
（一）基本概念
（1）变压器两侧正、负序电压之比为变比。
（2）变压器两侧正、负序电流之比为变比的倒数。
（3）对正序电压、正序电流，△侧超前（逆时针转）Y侧30°，对负序电压、负序电流，△侧滞后（顺时针转）Y侧30°。
（二）以△侧BC相短路具体分析：
结论：
（1）在△侧发生任意两相短路时，Y侧各相电流的分布情况和故障相别有关，其规律是两故障相中的滞后相电流最大，数值上为△侧故障相电流的
倍，其它两相电流大小相等、方向相同，数值上为△侧故障相电流的
倍。
（2）Y侧各相电压的情况是两故障相中的滞后相电压总为零（当忽略变压器内部压降时），或者很小。
另两相电压总是相等。
第四节整定计算的重点问题
一、整定计算对运行方式的选择及要求
电力系统运行方式是保护整定计算的基础，它不仅决定保护整定值的正确性，而且也影响对现有保护的评价和是否有利于正常的运行维护等方面。
（一）最大、最小运行方式都是对被整定的保护而言的，最大方式决定最大的短路电流、负荷电流、分支系数（对电流保护）；最小方式决定最小短路电流、检验灵敏度是否满足要求、分支系数（对电压保护）。
根据运行经验，在不恶化保护效果，且又能满足常见运行方式的变化情况下，最大、最小方式的变化限度的基本原则:
（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。
（二）系统最大、最小运行方式的选择
系统最大、最小运行方式的选择，要根据故障类型、系统的主接线及运行方式来考虑。
（1）考虑故障类型：
①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。
②对于接地保护（大接地电流系统）最大与最小接地短路电流，应分析比较决定。
（2）考虑系统的接线特点
①对单侧电源的辐射形网路，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。
②双侧电源和多电源环形网中，对某一线路（如图中L1）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。
③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，当双回线分别配置保护时，单回线运行为最大方式，双回线运行为最小方式；当双回线接一套和电流保护时，情况与上相反。
④对于并列运行的变压器的保护，单台变压器运行为最大方式，并列运行为最小方式。
⑤应注意的是，以上论述的是普遍规律，存在特殊情况，实际计算时应考虑到各种可能出现的方式，计算比较后选取需要的计算结果。
（三）发电机、变压器停用限度原则
（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。
对于地区小电源，大方式应考虑机组全部运行，小方式应考虑全停。
（3）变电站有两台及以上变压器者，考虑其中最大容量的一台停用。
（四）大接地电流系统中，变压器中性点接地方式的确定原则：
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变电站零序阻抗基本不变，对保护效果有利的原则考虑，接地点不宜过多。
（1）发电厂的变压器应接地：
多台变压器时应部分接地；针对不同厂、站具体的运行方式，应尽量将中性点接地的变压器安排在不同的母线上运行，并确保变压器接地保护方案满足要求。
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）降压变压器其中压或低压侧有电源时，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。
单侧有电源的降压变压器，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。
（五）最大负荷电流的选取，应考虑以下几种因素：
（1）备用电源自投的负荷增加；
（2）临时倒路的负荷增加；
（3）并联运行线路、变压器的减少使负荷转移；
（4）环状网路开环的负荷转移；
（5）两侧电源网路，一侧电源突然切机。
（六）整定计算选取方式的其他考虑
（1）为提高保护的适应能力，在满足上述最大、最小方式的前提下，尽可能考虑可能出现的特殊方式。
例如，差动保护的起动元件等对选择性没有过多要求的，应尽可能地按照满足各种可能出现的方式下有灵敏度计算，以保证在新设备投运、采用组合电器的枢纽厂站母线全停的检修方式、节假日期间电网开机不足等特殊方式下保护的灵敏度。
（2）当运行方式超出最大、最小方式范围时，需重新校核保护定值是否满足要求。
可以通过设定多套保护定值、重合闸的投退等措施扩大保护定值的适应范围。
例如按照环网布置开环运行的110kV线路，从不同方向供电可能运行方式变化很大，两种方式都考虑时将严重影响保护性能，此时可以充分利用微机保护可以整定多套定值的功能，整定两套定值，随运行方式变化切换相应的定值。
（七）整定计算对电网结构、运行方式的要求
（1）长线路与短线路相邻，当长短线的长度比超过了3:
1时，长线的灵敏性和速动性均会恶化。
在电网规划时应有所考虑，尽量避免长短线路相邻。
（2）靠近电源点尽量不接大负荷，大负荷尽量在高一级电压接入。
（3）双回线中的双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，对保护影响较大。
（4）为改善保护性能、降低系统短路电流水平，110kV及以下变电站的变压器应分列运行，以备用电源自投保证可靠供电。
（5）35kV变电站单台变压器容量超过20MVA，将使35kV线路保护、上级110kV变压器后备保护甚至上级110kV线路保护的选择性与灵敏性无法兼顾，应予以避免。
（6）对于110kV以下的网络不宜合环运行，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，必要时可采用双回线供电。
（7）对于严重影响保护性能的运行方式，应加以限制。
二、整定配合的原则
电网继电保护的运行整定，应以保证电网全局的安全稳定运行为根本目标。
电网继电保护的整定应满足速动性、选择性和灵敏性要求，在三者均满足要求的条件下，尽可能使整定方案满足各种特殊运行方式；如果由于电网运行方式、装置性能等原因，不能兼顾速动性、选择性或灵敏性要求时，应在整定时合理地进行取舍。
（一）上一级保护与下一级所有的相邻保护均需配合，当一个保护与相邻的几个下一级保护整定配合或同时应满足几个条件时进行整定时,整定值应取最严重的数值；
（二）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，灵敏度要求也不相同。
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。
在整定配合上，要求辅助元件的灵敏度要高于主要元件的灵敏度，对于与主要元件原理不同的辅助元件，一定要校验其灵敏度，如经电压闭锁的电流保护。
对电流保护而言，当运行方式为小方式时，其保护范围减小；而对于电压保护而言，当运行方式为大方式时，其保护范围减小。
当电压元件是闭锁元件时，应保证无论是小方式还是大方式，电压元件的灵敏度均应高于电流元件。
（三）两侧电源的保护。
当无方向性时，应按正反两个方向与相邻保护配合；当带方向性时，则只按正方向配
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