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微机保护整定计算原则

微机保护装置定值整定原则

一、线路保护测控装置

装置适用于10/35kV得线路保护,对馈电线,一般设置三段式电流保护、低周减载、三相一次重合闸与后加速保护以及过负荷保护,每个保护通过控制字可投入与退出。

为了增大电流速断保护区,可引入电压元件,构成电流电压连锁速断保护。

在双电源线路上,为提高保护性能,电流保护中引入方向元件控制,构成方向电流保护。

其中各段电流保护得电压元件与方向元件通过控制字可投入与退出。

(一)电流速断保护(Ⅰ段)

作为电流速断保护,电流整定值IdzⅠ按躲过线路末端短路故障时流过保护得最大短路电流整定,时限一般取0~0。

1秒,写成表达式为:

IdzⅠ =KImax

Imax=EP/(ZPmin+Z1L)

式中:

K为可靠系数,一般取1、2~1。

3;

Imax为线路末端故障时得最大短路电流;

EP为系统电压;

ZPmin为最大运行方式下得系统等效阻抗;

Z1为线路单位长度得正序阻抗;

L为线路长度

(二)带时限电流速断保护(Ⅱ段)

带时限电流速断保护得电流定值IdzⅡ应对本线路末端故障时有不小于1。

3~1.5得灵敏度整定,并与相邻线路得电流速断保护配合,时限一般取0.5秒,写成表达式为:

 

Idz。

Ⅱ =KIdzⅠ.2 

式中:

K为可靠系数,一般取1.1~1.2;

IdzⅠ.2为相邻线路速断保护得电流定值

(三)过电流保护(Ⅲ段)

过电流保护定值应与相邻线路得延时段保护或过电流保护配合整定,其电流定值还应躲过最大负荷电流,动作时限按阶梯形时限特性整定,写成表达式为:

Idz.Ⅲ=Kmax{IdzⅡ、2,IL}

式中:

K为可靠系数,一般取1、1~1。

2;

IdzⅡ。

2为相邻线路延时段保护得电流定值;

IL为最大负荷电流

(四)反时限过流保护

由于定时限过流保护(Ⅲ段)愈靠近电源,保护动作时限愈长,对切除故障就是不利得、为能使Ⅲ段电流保护缩短动作时限,第Ⅲ段可采用反时限特性、

反时限过电流保护得电流定值按躲过线路最大负荷电流条件整定,本线末端短路时有不小于1。

5得灵敏系数,相邻线路末端短路时,灵敏系数不小于1。

2,同时还要校核与相邻上下一级保护得配合情况。

选择哪一条反时限特性曲线完全取决于负荷特性与与其她相邻继电保护相配合。

反时限特性特别适用于保护直配线、变压器、电动机以及低压配电线路,尤其就是在线路有分支线,且分支线用高压熔断器保护时具有更优秀得保护特性。

(五)电压闭锁得电流保护

ﻩ一般情况下,电压元件作闭锁元件,电流元件作测量元件、对Ⅰ、Ⅱ电流保护,电压元件应保证线路末端故障有足够得灵敏度。

对Ⅲ电流保护,电压元件应躲过保护安装处得最低运行电压。

低电压闭锁元件引入电流保护,可提高电流保护得工作可靠性,也可提高电流保护得灵敏度。

低电压元件得动作电压一般取60%~70%得额定电压。

(六)低周减载

为防止重合闸期间,低周减载误动作,一般设置低电压、低电流以及滑差闭锁元件。

低电压元件得动作值取65%~70%得额定电压,低电流元件得动作值取10%得额定电流,滑差闭锁元件取3Hz/S。

为防止暂态误动作,设置0、3~1秒得延时。

(七)低压减载

ﻩ电力系统有时会出现有功功率与无功功率缺额得情况、无功功率缺额会带来电压得降低,从而导致有功功率负荷降低,这样系统频率可能降低很少或不降低。

在这种情况下,借助低周减载来保证系统稳定运行就是不够得,这时还需装设低压减负荷装置,即低压减载、

按动力负荷得允许临界电压为65%~75%Ue,也可根据小系统无功平衡情况取70%~80%Ue,动作时间一般取1~2秒。

二、变压器主保护装置

(一)差动电流速断保护定值

差动电流速断保护定值应躲过外部故障得最大不平衡电流与空投变压器时得初始励磁涌流,表达式为:

Isd=max{K1Ie,K2Ibp.max}

式中:

K1为倍数,视变压器容量与系统电抗大小而定,一般变压器容量在6.3MVA以下,K=7~12;

6、3~31、5MVA,K=4、5~7;

40~120MVA,K=3~6;

120MVA以上, K=2~5

Ie为变压器额定电流;

K2为可靠系数,取1。

3~1、5;

Ibp。

max为外部故障时得最大不平衡电流,Ibp。

max由下面得表达式确定:

Ibp、max=(K1K2K3+△U+△m)IK.max

式中:

K1为同型系数,型号相同时取0。

5,不同时取1;

ﻩK2为非周期分量系数,一般取1。

5~2;

ﻩK3为电流互感器变比误差引起得不平衡电流系数,一般取K3=10%;

△U为偏离额定电压最大得调压百分比,如调压抽头为±2×2。

5%时,则△U=5%;

△m为保护装置电流平衡调整不连续引起得不平衡电流系数,一般取0、05;

IK。

max为外部故障时通过变压器基本侧得最大短路电流、

(二)比率差动保护定值

ﻩﻩ本装置采用两折线比率制动特性,需确定得参数就是最小动作电流Ibl,拐点电流Ib以及比率制动系数Kbl。

ﻩ1、最小动作电流Ibl

ﻩ最小动作电流应躲过外部故障切除时差动回路得不平衡电流,即

  Ibl=KIbp

ﻩﻩ式中:

K为可靠系数,对双绕组变压器取1。

2~1、3,对三绕组变压器取1。

4~1、5,对谐波较为严重得场合应适当增加;

ﻩﻩIbp为变压器正常运行时差动回路得不平衡电流,可认为变压器处在额定运行状况,Ibp由下面表达式确定:

ﻩIbp=(K1K2K3+△U+△m)Ie

式中:

Ie为变压器基本侧得额定电流,其她参数同上面外部故障时得最大不平衡电流表达式中得意义相同。

一般取Ibl=(0。

2~0。

5)Ie 、

2、拐点电流Ib

ﻩﻩ比率差动元件得拐点电流Ib一般取0。

5~1。

0倍得额定电流,以保证匝间短路在制动电流小于额定电流即Izd<Ie时,没有制动作用、

3、制动系数Kbl

制动系数Kbl得整定可按下式整定:

 Kbl=(KIbp。

max—Ibl)/(Izd。

max-Ib)

式中:

K为可靠系数,取1。

3~1。

5;

ﻩﻩIbp.max为外部故障时得最大不平衡电流,同上;

ﻩIzd.max为最大制动电流,考虑到区外故障时得制动电流均就是通过变压器得短路电流,即Izd。

max=IK、max

制动系数Kbl一般取0。

3~0、7。

4、CT断线闭锁

正常情况下判别CT断线就是通过检查高、中、低三侧电流,如果其中某侧有一相无流,即认为该相CT断线。

为防止变压器故障时CT断线误闭锁,装置设置了一门槛电流ICT,只有所有电流小于ICT时才开放CT断线检查、ICT按最大负荷电流整定。

三、变压器后备保护测控装置

(一)带复合电压闭锁得电流保护

为了防止变压器外部故障引起得过电流及作为变压器得后备保护,应装设带复合电压闭锁得过电流保护。

变压器过电流保护得装设可按以下原则确定:

(1)对于单侧电源得变压器、后备保护装设于电源侧,作为差动保护、瓦斯保护或相邻元件得后备。

(2)对于多侧电源得变压器,后备保护应装设于变压器各侧,其作用为:

a.作为变压器差动保护得后备,要求动作后起动总出口继电器。

b.变压器各侧装设得后备保护,主要作为各侧母线与线路得后备保护,要求只动作于跳开本侧得短路器。

c.作为变压器短路器与其电流互感器之间死区故障得后备保护。

1、电流定值

a、按躲过变压器最大负荷电流整定,即

 Idz=KIL、max

式中:

K为可靠系数,取1。

1~1。

2;

IL、max为变压器得最大负荷电流

b、按与相邻保护配合整定。

当变压器低压侧具有出线保护时,应与其配合,即

ﻩIdz=KIdz。

式中:

K为可靠系数,取1。

2~1.5;

Idz。

L 为变压器低压出线电流保护定值,应取各出线中得最大值。

2、时间定值

a、单侧电源变压器

动作时间t应与负荷侧出线保护动作时间tl相配合,即t=tl+△t;

b、多侧电源变压器

ﻩ各侧得后备保护动作时间与各侧出线动作时间相配合,动作后跳三侧短路器得保护段得动作时间应能与各侧得保护动作时间相配合。

3、复合电压定值

a、低电压定值

当低电压元件取之于变压器低压侧电压互感器时,应躲过正常运行时可能出现得最低电压,一般取0。

6~0。

8Ue 。

当低电压元件取之于变压器高压侧电压互感器时,一般取0。

7Ue 、

对发电厂得升压变压器,当低电压元件取发电机侧电压互感器时,应躲过发电机失磁运行得最低电压,一般取0。

5~0、6Ue。

b、负序电压定值

负序电压定值得整定按躲过正常运行时得最大不平衡电压整定,一般负序电压取0。

06~0.08Ue。

(二)变压器得零序保护

对于中性点直接接地电网中得变压器,应装设零序(接地)保护,作为变压器与相邻元件(包括母线)接地故障得后备保护。

ﻩ在变压器得零序电流保护中,只有在低压侧绕组零序等值电抗不为零且高压侧与中压侧中性点均接地得三绕组变压器以及自耦变压器上,才需零序方向元件。

对普通得三绕组变压器与双绕组变压器得零序电流保护,不需零序方向元件、

ﻩ当变压器中性点不接地运行时,采用零序过电压元件与间隙零序电流来构成变压器得零序保护。

1、零序电流Ⅰ段定值

零序电流Ⅰ段整定电流与相邻线路得零序过流保护Ⅰ段配合,即

ﻩﻩI01。

dz=KC0I01.L

式中,K为可靠系数,取1。

1;

C0为零序电流分配系数,等于流过本保护得零序电流与流过线路零序电流之比;

ﻩI01、L为与之配合得相邻线路零序电流保护得定值。

ﻩ零序Ⅰ段保护设两个时限t1与t2,t1与相邻零序电流保护Ⅰ段配合,取t1=0、5~1s,动作于母线解列或跳分段断路器,以缩小故障影响范围;t2=t1+△t跳开变压器高压侧断路器。

2、零序电流Ⅱ段定值

零序电流Ⅱ段整定电流与相邻线路得零序过流保护后备段配合,即

I02.dz=KC0I02、L

ﻩ式中,K为可靠系数,取1。

1;

C0为零序电流分配系数,等于流过本保护得零序电流与流过线路零序电流之比;

I02、L为与之配合得相邻线路零序电流保护后备段得定值。

ﻩ零序Ⅱ段保护设两个时限t3与t4,t3=tmax+△t,其中tmax为相邻线路零序电流保护后备段得最大动作时限,t3动作于母线解列或跳分段断路器;t4=t3+△t跳开变压器高压侧断路器、

3、间隙零序电流保护

ﻩ对中性点装设放电间隙得分级绝缘变压器,当变压器中性点不接地运行时,投入间隙零序电流保护与零序电压保护,作为变压器中性点不接地运行时得零序保护。

电网内发生一点接地故障,若变压器零序后备保护动作,则首先切除其她中性点直接接地运行得变压器。

倘若故障点仍然存在,变压器中性点电位升高,放电间隙击穿,间隙零序电流保护动作,经短延时(0~0。

1s)将母联解列,经稍长延时(0、3~0.5s)切除不接地运行得变压器。

间隙零序电流保护一次动作值通常取100A。

4、零序电压保护

零序电压保护定值应躲过电网存在中性点情况下单相接地时开口三角侧得最大零序电压,一般取180V。

(四)过负荷

过负荷保护安装地点,要能反映变压器所有绕组得过负荷情况。

因此,双绕组升压变压器应装设在低压侧(主电源侧),双绕组降压变压器应装设在高压侧、

由于过负荷保护(发信号)为预报性质得,可按正常运行情况下允许过负荷倍数1。

25、动作时间25min考虑,一般过负荷动作时间取9~10s,足以躲过变压器保护最长动作时间。

四、低压变压器保护测控装置

低压变压器就是指3~10kV/400V得变压器,当变压器采用真空断路器、少油开关或熔断器加接触器时,可选用不能装置对变压器进行保护与测控。

变压器高压侧就是中性点非直接接地电网,低压侧就是三相四线制供电,中性点接地运行。

(一)高压侧过电流保护

高压侧过电流保护一般采用两段式定时限保护以及独立得反时限过流保护。

1、电流Ⅰ段保护

电流Ⅰ段保护作为高压侧绕组内部、引出线上得相间短路故障保护,整定电流按下列条件整定:

a、躲过外部短路时流过保护得最大短路电流

Idz1=KIK、max

式中K为可靠系数,取1、3;

 IK、max为最大运行方式下变压器低压母线三相短路时流过变压器高压侧得电流值、

b、躲过变压器励磁涌流

Idz1=KIe、

式中K为倍数,取4~5;

 Ie为变压器高压侧额定电流

电流Ⅰ段定值取两者中得较大值,时限一般取0~0.1s。

2、电流Ⅱ段保护

电流Ⅱ段保护作为变压器及其低压侧相邻元件得相间短路故障保护,整定电流应与低压侧过流保护配合,时限一般取0。

1~1s、

Idz2=KI’dz。

式中K为可靠系数,取1、2;

I'dz。

为折算到变压器高压侧得过流保护定值

3、电流反时限保护

当变压器采用熔断器加接触器时,为便于保护配合,过流保护可采用反时限特性、其电流定值可整定与过流Ⅱ段Idz2相同,时间定值由变压器及其低压侧相邻元件发生相间短路时得故障电流以及过流动作时间计算求到。

(二)低压侧零序电流保护

ﻩ零序电流取用低压侧中性线电流,一般设有两段定时限零序过流保护以及独立得反时限零序过流保护,整定电流应躲过正常运行时中性线上流过得最大不平衡电流,该电流一般不会超过变压器低压侧额定电流得25%,即

ﻩﻩI0dz=K(25%Ie)

式中K为可靠系数,取1。

2;

   Ie为变压器低压侧额定电流。

五电容器保护测控装置

(一)过电流保护

过流Ⅰ段动作电流按躲过电容器充电电流计算,时限一般整定0。

2s。

ﻩIdz。

1=KIeC

式中 K为倍数,取4~5倍;

ﻩIeC为电容器组额定电流;

过流Ⅱ动作电流按躲过电容器组额定电流整定,时限一般整定0。

3~0。

5s。

ﻩﻩﻩﻩIdz、2=K1K2IeC

ﻩ式中K1为可靠系数,取1.25;

K2为谐波系数,取1。

2~1。

25;

IeC为电容器组额定电流;

反时限过流电流定值与过流Ⅱ动作电流相同,时间定值按照两倍反时限动作电流动作时间为1s计算求得。

(二)不平衡电流保护

不平衡电流保护动作电流按下式整定,即

ﻩﻩIbp=15%IeC

式中IeC为一组电容器得额定电流

时限一般整定0。

15~0。

2s。

(三)零序过流保护

零序过流保护得动作电流按20A整定(一次值),动作时间整定为0。

5s左右、

(四)过电压保护

电容器组只能允许在1、1倍额定电压下长期运行,当供电母线稳态电压升高时,过电压保护应动作切除电容器。

(五)低电压保护

ﻩ低电压保护动作值按下式整定,即

ﻩﻩUdz=KUe

式中K为系统正常运行时可能出现得最低电压系数,一般取0、5;

低电压保护动作时限应小于供电电源重合闸得最短时限。

五、备用电源自投及分段保护装置

(一)低压元件动作值

工作母线失压时,低压元件应可靠动作。

但工作母线得出线发生短路故障时,故障由出线断路器切除后,低压元件得动作电压应避越电动机自起动时得最低母线电压;此外,工作母线上得电抗器发生短路故障,低压元件不应动作。

考虑上述情况后,低压元件得动作值一般取25%~30%得额定电压。

(二)进线有压定值

有压定值一般取70%额定电压。

(三)进线无流定值

进线无流定值一般取5%~10%得额定电流。

(四)动作时间

ﻩ当工作母线失压后,低压元件起动,经延时跳开工作母线受电侧断路器,然后合备用电源。

如果网络内发生短路故障时,低压元件也可能动作,所以设置延时就是保证备自投动作选择性得重要措施。

延时时间为

ﻩﻩﻩtbzt=tmax+△t

式中tmax为网络内发生使低压元件动作得短路故障时,切除该故障得保护最大动作时间;

ﻩ△t为时间级差,取0。

5s

ﻩ需要指出,当存在两级备自投时,低压侧得动作时间应比高压侧得动作时间大一个时间级差,以避免高压侧工作母线失压时低压侧备自投不必要得动作、

(五)充电及分段保护

ﻩ充电保护得动作值应保证该母线上短路故障时有不低于1、5得灵敏度,时间可整定为0~0.1s、

对于分段保护,过流Ⅰ段动作值与动作时限与出线得电流速断保护配合;过流Ⅱ段动作值与动作时限与出线得电流Ⅱ段保护配合。

六、电动机保护测控装置

(一)电流速断保护

1、速断动作电流高值

速断动作电流高值按电动机起动时最大起动电流整定,

Isd.h=K1K2Ie 

式中K1就是可靠系数,取1。

5;  

K2就是起动电流倍数,一般取4~7倍; 

Ie就是电动机得额定电流、

2、速断动作电流低值

速断动作电流低值应躲过外部故障切除,电压恢复过程中电动机得自起动电流,一般自起动电流取5Ie;此外,还应躲过供电母线三相短路故障时电动机得反馈电流。

电动机反馈电流得特点就是幅度大、衰减快,电动机得反馈电流可达起动电流得90%左右、

(1)当电动机采用真空断路器或少油开关控制时,因动作快速,故不计反馈电流得衰减,于就是速断动作电流低值为

Isd。

L=K1(90%Iqd)=K1K2(90%Ie)

式中 K1就是可靠系数,取1。

3;  

K2就是起动电流倍数,一般取4~7倍;

Ie就是电动机得额定电流。

(2)当电动机采用熔断器加接触器控制时,因保护带有0。

3~0。

4s得延时,所以可认为反馈电流已衰减完毕。

此时,只需躲过自起动电流,即

ﻩﻩIsd。

L=K1(5Ie)

式中K1就是可靠系数,取1、1;

Ie就是电动机得额定电流。

3、速断保护得动作时限

(1)当电动机采用真空断路器或少油开关控制时,动作时限取0~0、1s、

(2)当电动机采用熔断器加接触器控制时,动作时限应与熔断器熔断时间配合,当故障电流大于接触器允许得切断电流时,熔断器应在保护动作前熔断,故保护动作时限为

ﻩtsd=trd+△t

式中trd就是熔断器得熔断时间,取0。

1s左右;

△t就是时间裕度,取0、2~0。

3s。

(二)正序过流定值:

正序过流保护对电动机在起动结束后得堵转及对过负荷提供快速保护,动作电流整定为

I1dz =K1Ie 

式中K1就是可靠系数,取1。

3~1。

5;

Ie就是电动机得额定电流、

正序过流保护动作时间可按电动机允许堵转时间整定、

(三)负序过流定值

本装置负序电流保护得动作判据为

a、t= ,当1〈<2时;

b、t=T   ,当 2时

式中I2为电动机运行时得负序电流;

  I2dz为负序电流定值,取30%~40%Ie;

ﻩ T为负序时间定值,取1~1.5s。

(四)零序电流保护定值

1、零序电流动作判据

为防止在电动机较大得起动电流下,由于不平衡电流引起得误动作,采用最大相电流作为制动量,动作判据为

a、I0I0dz      ,当 Imax<1.05In时;

b、I0,当Imax〉1.05In时

式中I0就是电动机运行时得零序电流;

ﻩI0dz就是零序电流动作值;

ﻩIn就是电动机额定电流;

ﻩﻩImax就是电动机运行时得最大相电流值。

2、零序电流动作值I0dz

(1)中性点不接地网络,零序电流一次动作值应躲过外部单相接地时得电容电流,即

I0dz=K(3ωC0E)

式中K为可靠系数,保护投发信时取2。

5~3;投跳闸时取3~4;

C0为电动机一相绕组对地电容;

E为相电动势。

(2)中性点经电阻接地,6kV供电网中性点一般经20欧姆接地,单项接地电流为173A,由此得到零序电流保护一次动作电流为

I0dz=173A/K

式中K为可靠系数,取1。

5~2。

3、零序电流保护动作时限

当电动机采用真空断路器或少油开关控制时,动作时限取0~0。

1s。

当电动机采用熔断器加接触器控制时,动作时限取0、3~0.4s。

(五)过热保护

1、电动机发热模型

式中τ就是发热时间常数;

In就是电动机得额定电流;

I1:

正序电流;

I2:

负序电流;

K1:

正序电流发热系数,电动机起动中K1=0.5,起动结束K1=1;

K2:

负序电流得发热系数,K2=3~10,一般取K2=6。

2、发热时间常数τ得确定

ﻩ发热时间常数有电动机制造厂提供,,如果厂家没有提供,可按以下几种方法进行估算。

(1)根据电动机过负荷能力估算

假设电动机在N倍过负荷时允许运行T秒,则

τ=(N2-1。

052)×T

(2)由电动机起动电流下得定子温升决定

τ=

式中θe就是电动机得额定温升;

ﻩN就是电动机起动电流倍数;

ﻩT就是电动机起动时间;

ﻩθ0就是电动机起动时得温升。

(3)由电动机得温升值与电流密度估算

τ=

式中θe就是电动机定子绕组额定温升;

ﻩθM就是电动机采用得绝缘材料得极限温升;

 Je就是定子绕组额定电流密度

例如电动机采用B级绝缘,其极限温升θM=800C,电动机定子绕组额定温升θe=400C,定子绕组额定电流密度Je=3.5A/mm2,则τ==466(s)

3、过热告警值

过热告警值通常取70%~80%过热累积跳闸值。

(六)低电压保护

ﻩ在厂用电电动机中,对于有中间煤仓制粉系统得磨煤机与灰渣泵、灰浆泵、碎煤机等得电动机,低电压保护得动作电压为

ﻩUdz=(65%~70%)Ue (高压电动机)

Udz=(60%~70%)Ue (低压电动机)

ﻩ动作时限为0.5s、

对于具有自动投入备用机械得给水泵与凝结水泵以及循环水泵得电动机、送风机与直吹炉制粉系统磨煤机得电动机,低电压保护得动作电压为

ﻩUdz=(45%~50%)Ue(高压电动机)

Udz=(40%~45%)Ue(低压电动机)

动作时限为9~10s。

(七)起动时间过长保护

起动时间过长保护动作判据:

ﻩﻩt>1、2tqd。

max

式中tqd、max为实测得电动机最长得起动时间。

当电动机三相电流均从零发生突变时认为电动机开始起动,起动电流达到10%额定电流时开始计时,起动电流峰值后下降到110%额定电流时停止计时,所测时间即为电动机得起动时间、

七、电动机差动保护装置

电动机差动保护主要用于容量2MW及以上电动机,容量在2MW以下,如果电流速断保护得灵敏度不足时也需要配电动机差动保护、

(一)差动速断电流Isd得整定

差动速断电流定值应按躲过各种不平衡电流与涌流整定,一般取3~8倍得额定电流,并在机端保护区内三相故障时有1。

2得灵敏度。

必须指出,作为电动机得纵差保护,应注意电流互感器二次负载阻抗得匹配,否则电动机起动时导致不平衡电流增大,甚至造成误动作可能、

(二)最小动作电流Ibl得整定

Ibl应躲过电动机正常运行时差动回路得最大不平衡电流计算,即

Ibl=K1K2K3K4Ie  

式中 K1就是电流互感器综合误差系数,取10%;

K2就是同型系数,电流互感器型号相同时取0、5,不同时取1;

K3就是外部故障切除引起电流互感器误差增大得系数(非周期分量系数),对异步电动机纵差动保护取1,对同步电动机纵差动保护取1、5~2;

K4就是可靠系数,取1、5;

Ie就是电动机得额定电流。

(三)拐点电流Ib

拐点电流Ib一般取电动机额定电流。

(四)差动比率系数Kbl

差动比率系数Kbl一般取0、3~0.4。

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