三段式電流保護的整定及計算

1、第1章  輸電線路保護配置與整定計算 重點 ：掌握110KV及以下電壓等級輸電線路保護配置方法與整定計算原則。 難點 ：保護的整定計算 能力培養(yǎng)要求：基本能對110KV及以下電壓等級線路的保護進行整定計算。學(xué)時：4學(xué)時 主保護：反映整個保護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稱為主保護。 后備保護：主保護拒動時，用來切除故障的保護，稱為后備保護。 輔助保護：為補充主保護或后備保護的不足而增設(shè)的簡單保護。 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)生的危害最嚴重；單

2、相接地短路最常見。相間短路的最基本特征是：故障相流動短路電流，故障相之間的電壓為零，保護安裝處母線電壓降低；接地短路的特征： 1、中性點不直接接地系統(tǒng) 特點是： 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

3、點不直接接地系統(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；可以反應(yīng)零序電流的大小構(gòu)成零序電流保護；可以反應(yīng)零序功率的方向構(gòu)成零序功率方向保護。2、中性點直接接地系統(tǒng)接地時零序分量的特點： 故障點的零序電壓最高，離故障點越遠處的零序電壓越低，中性點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)運行方式變化時，如果輸電線路和中性點接地的變壓器數(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)正序阻抗和負序阻抗要隨著系統(tǒng)運行方式而變化，將間接影響零序分量的大小。 對于發(fā)生故障的線路，兩端

4、零序功率方向與正序功率方向相反，零序功率方向?qū)嶋H上都是由線路流向母線的。 二、保護的配置 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反應(yīng)相間短路故障；由于小電流接地系統(tǒng)沒有接地點，故單相接地短路僅視為異常運行狀態(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反應(yīng)接地故障。 對于短線路、運行方式變化較大時，可不考慮段保護，僅用段+段保護分別作為主保護和后備保護使用。 110KV輸電線路一般采用三段式相間距離保護作為相間短路故障的保護方式，采用階段式零序電流保護

5、作為接地短路的保護方式。對極個別非常短的線路，如有必要也可以考慮采用縱差保護作為主保護。 注意： 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。 2、變壓器線路組接線時，將線路視為變壓器繞組的引出線，不再單獨設(shè)置保護。 3、保護的配置沒有定則，只要能反應(yīng)對象上可能出現(xiàn)的所有故障且滿足保護的四個基本要求的方案都可以，最經(jīng)濟的方案就是最好的。無論那種保護，其靈敏度都應(yīng)滿足規(guī)程要求，否則應(yīng)改換其它保護方式。 三、三段式電流保護的整定計算 1、瞬時電流速斷保護 整定計算原則：躲開本條線路末端最大短路電流整定計算公式： 式中：Iact繼電器

6、動作電流 Kc保護的接線系數(shù) IkBmax最大運行方式下，保護區(qū)末端B母線處三相相間短路時，流經(jīng)保護的短路電流。 K1rel可靠系數(shù)，一般取1.21.3。 I1op1保護動作電流的一次側(cè)數(shù)值。 nTA保護安裝處電流互感器的變比。 靈敏系數(shù)校驗： 式中： X1線路的單位阻抗，一般0.4/KM； Xsmax系統(tǒng)最大短路阻抗。 要求最小保護范圍不得低于15%20%線路全長，才允許使用。 2、限時電流速斷保護 整定計算原則： 不超出相鄰下一元件的瞬時速斷保護范圍。所以保護1的限時電流速斷保護的動作電流大于保護2的瞬時速斷保護動作電流，且為保證在下一元件首端短路時保護動作的選擇性，保護1的動作時限應(yīng)該比

7、保護2大。故： 式中：Krel限時速斷保護可靠系數(shù)，一般取1.11.2； t時限級差，一般取0.5S； 靈敏度校驗： 規(guī)程要求：3、定時限過電流保護 定時限過電流保護一般是作為后備保護使用。要求作為本線路主保護的后備 以及相鄰線路或元件的遠后備。 動作電流按躲過最大負荷電流整定。 式中： Krel可靠系數(shù)，一般取1.151.25； Krel電流繼電器返回系數(shù)，一般取0.850.95； Kss電動機自起動系數(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后備進行計算。 式中：Ikmin保護區(qū)末端短路時，流經(jīng)保護的最小短路電流。即：最小運行方式下，兩相相間短路電流。 要求

8、：作近后備使用時，Ksen1.31.5 作遠后備使用時，Ksen1.2 注意：作近后備使用時，靈敏系數(shù)校驗點取本條線路最末端；作遠后備使用時，靈敏系數(shù)校驗點取相鄰元件或線路的最末端；4、三段式電流保護整定計算實例 如下列圖單側(cè)電源放射狀網(wǎng)絡(luò)，AB和BC均設(shè)有三段式電流保護。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Y，d11，且在變壓器上裝設(shè)差動保護；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；4T1變壓器歸算至被保護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。試對AB

9、線路的保護進行整定計算并校驗其靈敏度。解：1短路電流計算 注意：短路電流計算值要注意歸算至保護安裝處電壓等級，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，整定計算及靈敏度校驗時，精確計算應(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： =1590A  =1160A C母線短路電流為：   E母線短路電流為：    整定計算 保護1的段定值計算   工程實踐中，還應(yīng)根據(jù)保護安裝處TA變比，折算出電流繼電器的動作值，以便于

10、設(shè)定。 最小保護范圍的校驗： =3.49KM 滿足要求保護1限時電流速斷保護 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配合 =1.15×1.25×840=1210A選上述計算較大值為動作電流計算值，動作時間0.5S。 靈敏系數(shù)校驗： 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1定限時過電流保護 按躲過AB線路最大負荷電流整定： =501.8A動作時限按階梯原則推。此處假定BC段保護最大時限為1.5S，T1上保護動作最大時限為0.5S，則該保護的動作時限為1.5+0.5=2.0S。 靈敏度校驗： 近后備時：   

11、 遠后備時： 注意：不能作T1的遠后備。 四、距離保護的整定計算 相間距離保護多采用階段式保護,三段式距離保護整定計算原則與三段式電流保護基本相同.1、相間距離段保護的整定 相間距離保護第段動作阻抗為： 可靠系數(shù)取0.80.85。 假設(shè)被保護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，則保護區(qū)為被保護線路全長的80%85%。 2、相間距離段保護的整定 相間距離段應(yīng)與相鄰線路相間距離第段或與相鄰元件速動保護配合。 與相鄰線路第段配合動作阻抗為： 式中：Kbmin最小分支系數(shù)。 Krel可靠系數(shù)，一般取0.8。 關(guān)于分支系數(shù)：助增分支保護安裝處至故障點有

12、電源注入，保護測量阻抗將增大 B、汲出分支保護安裝處至故障點有負荷引出，保護測量阻抗將減小。 Znp1引出負荷線路全長阻抗 Znp2被影響線路全長阻抗 Zset被影響線路距離段保護整定阻抗 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)計算已知，線路正序阻抗0.45/KM ，平行線路70km、MN線路為40km，距離段保護可靠系數(shù)取0.85。M側(cè)電源最大阻抗ZsM.max=25、最小等值阻抗為ZsM.min=20;N側(cè)電源最大ZsN.max=25、最小等值阻抗分別為ZsN.min=15，試求MN線路M側(cè)距離保護的最大、最小分支系

13、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。 總的最大分支系數(shù)為： 2求最小分支系數(shù) 最小助增系數(shù)： =2.52最小汲出系數(shù)： 總分支系數(shù)： 與相鄰元件的速動保護配合 靈敏度校驗： 要求：1.31.5假設(shè)靈敏系數(shù)不滿足要求，可與相鄰段配合，動作阻抗為 動作時間： 3、相間距離段保護的整定   整定計算原則：按躲過最小負荷阻抗整定    按躲過最小負荷阻抗整定可靠系數(shù)取1.21.3；全阻抗繼電器返回系數(shù)取1.151.25。 假設(shè)測量元件采用方向阻抗繼電器： lm方向阻抗繼電器靈敏角 ld負荷阻抗角 靈敏度校驗 &

14、#160;     近后備時：     要求1.31.5     遠后備時：     要求1.2注意：以上動作阻抗為一次側(cè)計算值，工程實踐中還應(yīng)換算成繼電器的整定值：五、階段式零序電流保護的整定 三段式零序電流保護原理接線圖 1、零序電流速斷保護 與反應(yīng)相間短路故障的電流保護相似，零序電流保護只反應(yīng)電流中的零序分量。躲過被保護線路末端接地短路時，保護安裝處測量到的最大零序電流整定。 由于是保護動作速度很快，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。按非全相且