三段式電流保護(hù)地整定及計(jì)算

1、第1章輸電線路保護(hù)配置與整定計(jì)算重點(diǎn)：掌握110KV及以下電壓等級輸電線路保護(hù)配置方法與整定計(jì)算原則。難點(diǎn)：保護(hù)的整定計(jì)算能力培養(yǎng)要求：基本能對110KV及以下電壓等級線路的保護(hù)進(jìn)行整定計(jì)算。學(xué)時：4學(xué)時主保護(hù)：反映整個保護(hù)元件上的故障并能以最短的延時有選擇地切除故障的保護(hù)稱 為主保護(hù)。后備保護(hù)：主保護(hù)拒動時，用來切除故障的保護(hù)，稱為后備保護(hù)。輔助保護(hù)：為補(bǔ)充主保護(hù)或后備保護(hù)的不足而增設(shè)的簡單保護(hù)。一、線路上的故障類型及特征：相間短路（三相相間短路、二相相間短路）接地短路（單相接地短路、二相接地短路、三相接地短路）其中，三相相間短路故障產(chǎn)生的危害最嚴(yán)重； 單相接地短路最常見。相間短路的最 基本

2、特征是：故障相流動短路電流，故障相之間的電壓為零，保護(hù)安裝處母線電壓 降低；接地短路的特征：1、中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)特點(diǎn)是： 全系統(tǒng)都出現(xiàn)零序電壓，且零序電壓全系統(tǒng)均相等。 非故障線路的零序電流由本線路對地電容形成，零序電流超前零序電壓90°。 故障線路的零序電流由全系統(tǒng)非故障元件、 線路對地電容形成，零序電流滯后零 序電壓90。顯然，當(dāng)母線上出線愈多時，故障線路流過的零序電流愈大。 故障相電壓（金屬性故障）為零，非故障相電壓升高為正常運(yùn)行時的相間電壓 故障線路與非故障線路的電容電流方向和大小不相同。因此中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)中，線路單相故障可以反應(yīng)零序電壓的出現(xiàn)構(gòu)成零序 電壓保護(hù)；可

3、以反應(yīng)零序電流的大小構(gòu)成零序電流保護(hù)； 可以反應(yīng)零序功率的方向 構(gòu)成零序功率方向保護(hù)。2、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)接地時零序分量的特點(diǎn)： 故障點(diǎn)的零序電壓最高，離故障點(diǎn)越遠(yuǎn)處的零序電壓越低，中性點(diǎn)接地變壓器處 零序電壓為零。 零序電流的分布，主要決定于輸電線路的零序阻抗和中性點(diǎn)接地變壓器的零序阻抗，而與電源的數(shù)目和位置無關(guān)。 在電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時，如果輸電線路和中性點(diǎn)接地的變壓器數(shù)目不變，則零序阻抗和零序等效網(wǎng)絡(luò)就是不變的。但電力系統(tǒng)正序阻抗和負(fù)序阻抗要隨著系統(tǒng) 運(yùn)行方式而變化，將間接影響零序分量的大小。 對于發(fā)生故障的線路，兩端零序功率方向與正序功率方向相反，零序功率方向?qū)?際上都是由線路流向

4、母線的。二、保護(hù)的配置小電流接地系統(tǒng)（35KV及以下）輸電線路一般采用三段式電流保護(hù)反應(yīng)相間短路 故障；由于小電流接地系統(tǒng)沒有接地點(diǎn)， 故單相接地短路僅視為異常運(yùn)行狀態(tài)， 一 般利用母線上的絕緣監(jiān)察裝置發(fā)信號，由運(yùn)行人員“分區(qū)”停電尋找接地設(shè)備。對 于變電站來講，母線上出線回路數(shù)較多，也涉及供電的連續(xù)性問題，故一般采用零 序電流或零序方向保護(hù)反應(yīng)接地故障。對于短線路、運(yùn)行方式變化較大時，可不考慮I段保護(hù)，僅用U段 +川段保護(hù)分別 作為主保護(hù)和后備保護(hù)使用。110KV輸電線路一般采用三段式相間距離保護(hù)作為相間短路故障的保護(hù)方式，采用階段式零序電流保護(hù)作為接地短路的保護(hù)方式。對極個別非常短的線路，

5、如有必要也可以考慮采用縱差保護(hù)作為主保護(hù)。1、在雙側(cè)電源的輸電線路上，當(dāng)反方向短路時，如果保護(hù)可能失去選擇性的話， 就應(yīng)該增設(shè)方向元件，構(gòu)成方向電流保護(hù)。2、變壓器一一線路組接線時，將線路視為變壓器繞組的引出線，不再單獨(dú)設(shè)置保 護(hù)。3、保護(hù)的配置沒有定則，只要能反應(yīng)對象上可能出現(xiàn)的所有故障且滿足保護(hù)的四 個基本要求的方案都可以，最經(jīng)濟(jì)的方案就是最好的。無論那種保護(hù)，其靈敏度都 應(yīng)滿足規(guī)程要求，否則應(yīng)改換其它保護(hù)方式。三、三段式電流保護(hù)的整定計(jì)算1、瞬時電流速斷保護(hù)整定計(jì)算原則：躲開本條線路末端最大短路電流整定計(jì)算公式：式中：lact繼電器動作電流Kc保護(hù)的接線系數(shù)IkBmax 最大運(yùn)行方式下，

6、保護(hù)區(qū)末端 B母線處三相相間短路時，流經(jīng)保護(hù)的 短路電流。Klrel 可靠系數(shù)，一般取 1.21.3。I1op1 保護(hù)動作電流的一次側(cè)數(shù)值。nTA 保護(hù)安裝處電流互感器的變比。靈敏系數(shù)校驗(yàn)：式中:X1 線 路的 單位 阻抗, 一般0.4 Q /KM ; Xsmax 系統(tǒng)最大短路阻抗。要求最小保護(hù)范圍不得低于15%20%線路全長，才允許使用2、限時電流速斷保護(hù)整定計(jì)算原則：不超出相鄰下一元件的瞬時速斷保護(hù)范圍。所以保護(hù)1的限時電流速斷保護(hù)的動作 電流大于保護(hù)2的瞬時速斷保護(hù)動作電流，且為保證在下一元件首端短路時保護(hù)動 作的選擇性，保護(hù)1的動作時限應(yīng)該比保護(hù)2大。故：式中：KH rel 限時速斷保

7、護(hù)可靠系數(shù)，一般取 1.11.2 ；時限級差，一般取0.5S ;靈敏度校驗(yàn)：規(guī)程要求：3、定時限過電流保護(hù)定時限過電流保護(hù)一般是作為后備保護(hù)使用。要求作為本線路主保護(hù)的后備 以及相鄰線路或元件的遠(yuǎn)后備。動作電流按躲過最大負(fù)荷電流整定。式中：KE rel 可靠系數(shù)，一般取 1.151.25 ;Krel電流繼電器返回*£11 t 1系數(shù)，一般取0.850.95 ;Kss電動機(jī)自起動系數(shù)，一般取1.53.0 ;動作時間按階梯原則遞推。靈敏度分別按近后備和遠(yuǎn)后備進(jìn)行計(jì)算式中：Ikmi n保護(hù)區(qū)末端短路時，流經(jīng)保護(hù)的最小短路電流。即：最小運(yùn)行方式下，兩相相間短路電流。要求：作近后備使用時，Ks

8、en >1.31.5后備使用時，Ksen >1.2:作近后備使用時，靈敏系數(shù)校驗(yàn)點(diǎn)取本條線路最末端；作遠(yuǎn)后備使用時，靈 敏系數(shù)校驗(yàn)點(diǎn)取相鄰元件或線路的最末端；4、三段式電流保護(hù)整定計(jì)算實(shí)例如圖所示單側(cè)電源放射狀網(wǎng)絡(luò)，AB和BC均設(shè)有三段式電流保護(hù)。已知：1）線路 AB長20km，線路BC長30km，線路電抗每公里0.4歐姆；2）變電所B、C中變 壓器連接組別為丫，d11，且在變壓器上裝設(shè)差動保護(hù)；3）線路AB的最大傳輸功 率為9.5MW，功率因數(shù)0.9，自起動系數(shù)取1.3 ； 4）T1變壓器歸算至被保護(hù)線路 電壓等級的阻抗為28歐；5）系統(tǒng)最大電抗7.9歐，系統(tǒng)最小電抗4.5歐。試

9、對 AB線路的保護(hù)進(jìn)行整定計(jì)算并校驗(yàn)其靈敏度。解：（1）短路電流計(jì)算注意：短路電流計(jì)算值要注意歸算至保護(hù)安裝處電壓等級，否則會出現(xiàn)錯誤；雙側(cè)甚至多側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)取流經(jīng)保護(hù)的短路電流值；在有限系統(tǒng)中，短路電流數(shù)值 會隨時間衰減，整定計(jì)算及靈敏度校驗(yàn)時，精確計(jì)算應(yīng)取相應(yīng)時間處的短路電流數(shù) 值。B母線短路三相、兩相最大和最小短路電流為：=1590=1160C母線短路電流為:= 1.25x15901990 (X)E母線短路電流為：整定計(jì)算 保護(hù)1的I段定值計(jì)算工程實(shí)踐中，還應(yīng)根據(jù)保護(hù)安裝處 TA變比，折算出電流繼電器的動作值，以便于設(shè)定。最小保護(hù)范圍的校驗(yàn)：=3.49KM滿足要求 保護(hù)1限時電流速斷

10、保護(hù)按躲過變壓器低壓側(cè)母線短路電流整定:與相鄰線路瞬時電流速斷保護(hù)配合=1.15 X1.25 X8400.5S o=1210A選上述計(jì)算較大值為動作電流計(jì)算值，動作時間靈敏系數(shù)校驗(yàn)：可見，如與相鄰線路配合，將不滿足要求，改為與變壓器配合 保護(hù)1定限時過電流保護(hù)按躲過AB線路最大負(fù)荷電流整定：=501.8A動作時限按階梯原則推。此處假定 BC段保護(hù)最大時限為1.5S，T1上保護(hù)動作最大時限為0.5S，則該保護(hù)的動作時限為1.5+0.5=2.0S7(2)1160靈敏度校驗(yàn):近后備時：遠(yuǎn)后備時:不能作T1的遠(yuǎn)后備。四、距離保護(hù)的整定計(jì)算，三段式距離保護(hù)整定計(jì)算原則與三段式電流保護(hù)7初=J衛(wèi)嚴(yán)出彊S

11、1、相間距離I段保護(hù)的整定相間距離保護(hù)第I段動作阻抗為：可靠系數(shù)取0.80.85。若被保護(hù)對象為線路變壓器組，則動作阻抗為:如果整定阻抗角與線路阻抗角相等，則保護(hù)區(qū)為被保護(hù)線路全長的80%85%2、相間距離U段保護(hù)的整定相間距離U段應(yīng)與相鄰線路相間距離第I段或與相鄰元件速動保護(hù)配合與相鄰線路第I段配合 動作阻抗為:式中：Kbmi n最小分支系數(shù)。KH rel 可靠系數(shù)，一般取 0.8。 關(guān)于分支系數(shù)：助增分支（保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)有電源注入，保護(hù)測量阻抗將增大）B、汲出分支（保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)有負(fù)荷引出，保護(hù)測量阻抗將減小。）Znpl 引出負(fù)荷線路全長阻抗Znp2 被影響線路全長阻抗Zset 被

12、影響線路距離I段保護(hù)整定阻抗汲出系數(shù)是小于1的數(shù)值。C、助增分支、汲出分支同時存在時總分支系數(shù)為助增系數(shù)與汲出系數(shù)相乘。例題：分支系數(shù)計(jì)算已知，線路正序阻抗0.45 Q/KM ，平行線路70km、MN線路為40km，距離I 段保護(hù)可靠系數(shù)取0.85。M側(cè)電源最大阻抗ZsM.max=25 Q、最小等值阻抗為ZsM.min=20 Q;N側(cè)電源最大ZsN.max=25 Q、最小等值阻抗分別為ZsN.min=15Q,試求MN線路M側(cè)距離保護(hù)的最大、最小分支系數(shù)。解：(1)求最大分支系數(shù)最大助增系數(shù)：最大汲出系數(shù)：最大汲出系數(shù)為1?？偟淖畲蠓种禂?shù)為:(2)求最小分支系數(shù)最小助增系數(shù)：=2.52最小汲出

13、系數(shù):總分支系數(shù):與相鄰元件的速動保護(hù)配合靈敏度校驗(yàn)：要求：1.31.5 若靈敏系數(shù)不滿足要求，可與相鄰U段配合，動作阻抗為動作時間:3、相間距離川段保護(hù)的整定整定計(jì)算原則：按躲過最小負(fù)荷阻抗整定按躲過最小負(fù)荷阻抗整定1.25?？煽肯禂?shù)取1.21.3 ;全阻抗繼電器返回系數(shù)取1.15若測量元件采用方向阻抗繼電器：Wlm方向阻抗繼電器靈敏角Wld負(fù)荷阻抗角靈敏度校驗(yàn)近后備時：要求1.31.5遠(yuǎn)后備時：要求1.2注意：以上動作阻抗為一次側(cè)計(jì)算值，工程實(shí)踐中還應(yīng)換算成繼電器的整定值:五、階段式零序電流保護(hù)的整定三段式零序電流保護(hù)原理接線圖1、零序電流速斷保護(hù)與反應(yīng)相間短路故障的電流保護(hù)相似， 零序電流保護(hù)只反應(yīng)電流中的零序分量 過被保護(hù)線路末端接地短路時，保護(hù)安裝處測量到的最大零序電流整定由于是保護(hù)動作速度很快，動作值還應(yīng)與“斷路器三相觸頭不同時閉合”、“非全相運(yùn)行伴隨振蕩”等現(xiàn)象產(chǎn)生的零序電流配合，以保證選擇性。按非全相