三段式電流保護(hù)的整定及計(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(jí)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(duì)110KV及以下電壓等級(jí)線路的保護(hù)進(jìn)行整定計(jì)算。學(xué)時(shí)：4學(xué)時(shí) 主保護(hù)：反映整個(gè)保護(hù)元件上的故障并能以最短的延時(shí)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(dòng)時(shí)，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(jiǎn)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

2、嚴(yán)重；單相接地短路最常見。相間短路的最基本特征是：故障相流動(dòng)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(duì)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(duì)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(shí)，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(shí)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。  

3、0;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(shí)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(shí)，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(duì)于發(fā)生故障

4、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)嶋H上都是由線路流向母線的。 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(hào)，由運(yùn)行人員“分區(qū)”停電尋找接地設(shè)備。對(duì)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(duì)于短線路、運(yùn)行方式變化較大時(shí)，可不考慮段保護(hù)，僅用段+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

5、段式零序電流保護(hù)作為接地短路的保護(hù)方式。對(duì)極個(gè)別非常短的線路，如有必要也可以考慮采用縱差保護(hù)作為主保護(hù)。 注意： 1、在雙側(cè)電源的輸電線路上，當(dāng)反方向短路時(shí)，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、變壓器線路組接線時(shí)，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(duì)象上可能出現(xiàn)的所有故障且滿足保護(hù)的四個(gè)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(shí)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

6、：Iact繼電器動(dòng)作電流 Kc保護(hù)的接線系數(shù) IkBmax最大運(yùn)行方式下，保護(hù)區(qū)末端B母線處三相相間短路時(shí)，流經(jīng)保護(hù)的短路電流。 K1rel可靠系數(shù)，一般取1.21.3。 I1op1保護(hù)動(dòng)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/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(shí)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(shí)速斷保護(hù)范圍。所以保護(hù)1的限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流大于保護(hù)2的瞬時(shí)速斷保護(hù)動(dòng)作電流，且為保證在下一元件首端短路時(shí)保護(hù)動(dòng)作的選擇性，保護(hù)1

7、的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)該比保護(hù)2大。故： 式中：Krel限時(shí)速斷保護(hù)可靠系數(shù)，一般取1.11.2； t時(shí)限級(jí)差，一般取0.5S； 靈敏度校驗(yàn)： 規(guī)程要求：3、定時(shí)限過電流保護(hù) 定時(shí)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(dòng)作電流按躲過最大負(fù)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(dòng)機(jī)自起動(dòng)系數(shù)，一般取1.53.0； 動(dòng)作時(shí)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：Ikmin保護(hù)區(qū)末端短路時(shí)，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

8、短路電流。 要求：作近后備使用時(shí)，Ksen1.31.5 作遠(yuǎn)后備使用時(shí)，Ksen1.2 注意：作近后備使用時(shí)，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(shí)，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Y，d11，且在變壓器上裝設(shè)差動(dòng)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(dòng)系數(shù)取1.3；4）T1變壓器歸算至被保護(hù)線路電壓等級(jí)的阻抗為28歐；5）系統(tǒng)最大電抗7.9歐，系統(tǒng)最

9、小電抗4.5歐。試對(duì)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(jí)，否則會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)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(huì)隨時(shí)間衰減，整定計(jì)算及靈敏度校驗(yàn)時(shí)，精確計(jì)算應(yīng)取相應(yīng)時(shí)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（A）  =1160（A） C母線短路電流為：   E母線短路電流為：    整定計(jì)算 保護(hù)1的段定值計(jì)算   工程實(shí)踐中，還應(yīng)根據(jù)保護(hù)安裝處TA變

10、比，折算出電流繼電器的動(dòng)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(shí)電流速斷保護(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(shí)電流速斷保護(hù)配合 =1.15×1.25×840=1210A選上述計(jì)算較大值為動(dòng)作電流計(jì)算值，動(dòng)作時(shí)間0.5S。 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(shí)過電流保護(hù) 按躲過AB線路最大負(fù)荷電流整定： =501.8A動(dòng)作時(shí)限按階梯原則推。此處假定BC段保護(hù)最大時(shí)限為1.5S，T1上保護(hù)動(dòng)作最大時(shí)限為0.5S，則該保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限為1.5+0.5=2.0S。 靈敏度校驗(yàn)：

11、近后備時(shí)：    遠(yuǎn)后備時(shí)： 注意：不能作T1的遠(yuǎn)后備。 四、距離保護(hù)的整定計(jì)算 相間距離保護(hù)多采用階段式保護(hù),三段式距離保護(hù)整定計(jì)算原則與三段式電流保護(hù)基本相同.1、相間距離段保護(hù)的整定 相間距離保護(hù)第段動(dòng)作阻抗為： 可靠系數(shù)取0.80.85。 若被保護(hù)對(duì)象為線路變壓器組，則動(dòng)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、相間距離段保護(hù)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(dòng)保護(hù)配合。 與相鄰線路第段配合動(dòng)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

12、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(cè)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(cè)量阻抗將減小。） Znp1引出負(fù)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(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(shí)存在時(shí) 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/KM ，平行線路70km、MN線路為40km，距離段保護(hù)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，

13、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。 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(dòng)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，可與相鄰段配合，動(dòng)作阻抗為 動(dòng)作時(shí)間： 3、相間距離段保護(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)荷阻抗整定可靠系數(shù)取1.21.3；全阻抗繼電器返回系數(shù)取1.151.25。 若測(cè)量元件采用方向阻抗繼電器： lm方向阻

14、抗繼電器靈敏角 ld負(fù)荷阻抗角 靈敏度校驗(yàn)       近后備時(shí)：     要求1.31.5     遠(yuǎn)后備時(shí)：     要求1.2注意：以上動(dòng)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。躲過被保護(hù)線路末端接地短路時(shí)，保護(hù)安裝處測(cè)量到的最大零序電流整定。 由于是保護(hù)動(dòng)作速度很快，動(dòng)作值還應(yīng)與“斷路器三相觸頭不同時(shí)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