繼電保護(hù)整定計算.doc

繼電保護(hù)整定計算軟件設(shè)計原理北京中恒博瑞數(shù)字電力有限公司二零零九年五月目錄繼電保護(hù)的“四性”4一、電力系統(tǒng)故障4二、繼電保護(hù)概念5三、對繼電保護(hù)提出的四個基本要求（四性）及其相互關(guān)系5標(biāo)幺值計算7一、定義7二、基準(zhǔn)值選取8三、標(biāo)幺值計算8元件各序等值計算9一、設(shè)備類型：9二、等值原因10三、主要元件等值101輸電線路及電纜102變壓器123發(fā)電機(jī)154系統(tǒng)155電容器166電抗器16不對稱故障計算17一、原理（求解方法）17二、各種不對稱故障故障點電氣量計算18三、保護(hù)安裝處電氣量計算20四、舉例24電力系統(tǒng)的接地方式26一、電力系統(tǒng)的接地方式26二、小電流接地系統(tǒng)接地故障分析（廠用電系統(tǒng)）26階段式電流保護(hù)29一、I段（電流速斷保護(hù)）29二、II端（延時速斷）29三、III端（延時過流）30階段式距離保護(hù)34一、基礎(chǔ)知識34二、階段式相間距離保護(hù)35三、階段式接地距離36階段式零序電流保護(hù)38一、基礎(chǔ)知識38二、階段式零序電流保護(hù)整定38變壓器后備保護(hù)41一、相間后備41（一）低壓側(cè)41（二）中壓側(cè)42（三）高壓側(cè)43二接地后備43（一）兩繞組，一側(cè)接地，一側(cè)接，Yn/43（二）三繞組，高中接地44發(fā)電廠繼電保護(hù)整定計算概述461、典型接線462、發(fā)電廠接地方式463、元件各序參數(shù)計算464、故障計算475、電廠保護(hù)配置特點47發(fā)電機(jī)差動保護(hù)（比率制動式）491. 原理492不平衡電流493比率制式差動保護(hù)49變壓器（發(fā)變組）差動保護(hù)（比率制動）521原理522平衡系數(shù)問題523相移問題534零序電流穿越性問題545變壓器的勵磁涌流及和應(yīng)涌流546不平衡電流的計算557整定計算56發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)571. 基本知識572. 失磁后果583. 失磁過程584. 保護(hù)60發(fā)電機(jī)失步保護(hù)611、發(fā)電機(jī)失步原因612、振蕩時電氣量的變化613、失步保護(hù)原理及整定62發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)641故障分析642. 基波零序電壓保護(hù)643. 三次諧波電壓保護(hù)64電抗器保護(hù)661、差動保護(hù)662、 電流速斷663、過流保護(hù)66電容器保護(hù)671、限時電流速斷保護(hù)672、過電流保護(hù)673、過電壓保護(hù)674、低電壓保護(hù)675、差壓保護(hù)67高壓電動機(jī)保護(hù)69繼電保護(hù)的“四性”一、電力系統(tǒng)故障1類型： 單相 斷相： 縱向；后果并不嚴(yán)重，單重還利用了非全相狀態(tài)。 兩相 短路：橫向，電壓下降、電流急劇增加。K(1) K(11) 接地故障K(2) K(3) 相間故障2. 幾率：K(1) 、K(2) 、K(11) 、K(3)3后果：1） 影響正常供電。2） 損壞故障設(shè)備、非故障設(shè)備。3） 系統(tǒng)穩(wěn)定破壞，系統(tǒng)瓦解、崩潰。二、繼電保護(hù)概念定義：能反映電力系統(tǒng)故障，并迅速作用于斷路器或發(fā)出生信號的一種自動裝置。在每一個需要保護(hù)的設(shè)備上配置。三、對繼電保護(hù)提出的四個基本要求（四性）及其相互關(guān)系1選擇性：有選擇地切除故障。1）只切除故障設(shè)備。 2）盡可能縮小停電范圍。思考：如何保證？通過保護(hù)原理、整定計算。反映單側(cè)電氣量 通過整定計算 保證選擇性反映兩側(cè)電氣量 通過原理 2 速動性：盡可能快。因為故障持續(xù)時間越長，后果越嚴(yán)重。1） 與選擇性間的矛盾：為什么很多保護(hù)（反映單側(cè)電氣量保護(hù)）人為加延時。解決：如果系統(tǒng)、保護(hù)對象能承受，優(yōu)先保證選擇性。否則犧牲選擇性，保證速動性。2）與可靠性間的矛盾，速度越快，可靠性越差，因為延時意味著保護(hù)動作判據(jù)連續(xù)判別成立，有一次不成立，判據(jù)返回、延時清零，不易誤動和拒動；而速斷保護(hù)判據(jù)成立一次就出口，易誤動。解決：如果系統(tǒng)、保護(hù)對象能承受，速動保護(hù)可適當(dāng)加延時。3 靈敏性：對保護(hù)范圍內(nèi)各種故障的反應(yīng)能力，或者說靈敏性的概念就是保護(hù)范圍。 一個保護(hù)，總是期望其保護(hù)范圍是穩(wěn)定的，對于各種方式下各種故障類型均靈敏反映，但實際上做不到，或者說其保護(hù)范圍是變化的，所以為保證最不利情況下滿足規(guī)定的最小保護(hù)范圍要求，靈敏性要求保護(hù)范圍盡可能大。衡量保護(hù)靈敏性是否滿足要求，就是計算最不利情況下保護(hù)范圍有多大。 與選擇性構(gòu)成了一對尖銳矛盾。 通過整定計算協(xié)調(diào)。4 可靠性：不誤動、不拒動由保護(hù)的配置、原理、質(zhì)量決定。誤動、拒動，從后果危害程度看，拒動危害大提高可靠性問題轉(zhuǎn)化為解決拒動問題。解決辦法是保護(hù)雙重化（即每個保護(hù)對象，提供兩個獨立保護(hù)）。1） 對于中低壓系統(tǒng)，如110kV系統(tǒng)，輻射型結(jié)構(gòu)，一般是采用反應(yīng)單側(cè)電氣量保護(hù)，當(dāng)?shù)亍⑦h(yuǎn)方構(gòu)成雙重化。 這種雙重化的特點是：動作慢（缺點）可以解決保護(hù)拒動或者斷路器拒動。（優(yōu)點）2) 對于高壓系統(tǒng)（220kV，同步運行系統(tǒng)，存在穩(wěn)定性問題）或者需快速切除故障的系統(tǒng)，采用全線速動保護(hù)，采用反應(yīng)兩側(cè)電氣量保護(hù)，當(dāng)?shù)嘏渲脙商转毩⒈Ｗo(hù)。這種雙重化的特點是：動作快（優(yōu)點） 無法解決DL拒動，要加失靈保護(hù)。（缺點）注意：雙重化解決拒動，放大了誤動。5 結(jié)論：1） 了解四性本來的含義。2） 四性之間不是孤立的、靜止的，相互之間是關(guān)聯(lián)的、矛盾的。在實際工作中應(yīng)根據(jù)具體情況，具體處理。3） 除可靠性外，選擇性、靈敏性、速動性均取決于整定計算的正確性。標(biāo)幺值計算一、定義有名值計算缺點： a)不同電壓等級反復(fù)折算 b)不易形成相對的概念一般電力系統(tǒng)的各種計算，包括潮流計算、短路計算、整定計算，都采用標(biāo)幺值計算。標(biāo)幺值定義基準(zhǔn)下的有名值 / 基準(zhǔn)值。二、基準(zhǔn)值選取三相電力系統(tǒng)中，計算涉及的電氣量有：S：視在功率 S=UIU：線電壓 I： 相電流 U=IZZ：相阻抗采用標(biāo)幺值計算時，上述各電氣量均需確定基準(zhǔn)值：、 = =所以基準(zhǔn)值只取定其中兩個，另外的可以算出來，一般的取法是：=100MVA 或 1000MVA，然后計算出、 ； 另，上述兩式相除，得到： U*=I*Z* S*=U*I*可以看出采用標(biāo)幺值計算： 1）計算關(guān)系保持不變。 2）三相單相。三、標(biāo)幺值計算電力系統(tǒng)的計算需注意，電力系統(tǒng)是多電壓等級，其中功率守恒，S不存在折算，而U、I、Z，存在折算。1） 按定義計算： =100MVA 如：取定 、（220kV） =220kV 對于35kV系統(tǒng)的阻抗，其標(biāo)幺值計算，首先將其有名值折算到220kV， 再除以基準(zhǔn)值，如下式： Z*其計算過程是對分子折算。2） 先算各電壓等級基準(zhǔn)值，再算標(biāo)幺值 =1000MVA 取定 =220kV Z* 其過程是對分母折算，現(xiàn)場常用方法。3） 工程算法（近似）實際的系統(tǒng)中，由于電力傳送過程中，在線路上的壓降使得受端電壓變低。而運行要求受端母線電壓達(dá)到額定，為此，送端往往變壓器額定電壓 按1.1Ue設(shè)計。這樣就使得同一個電壓等級下，出現(xiàn)不同的額定電壓，基準(zhǔn)應(yīng)如何??？工程上，取平均： =1.05Ue=Uav即在同一電壓等級中，忽略Ue的差別，統(tǒng)一成Uav?；鶞?zhǔn)：=100 or 1000MVA 500 525 220 231=Uav 110 115 ，35 3710 10.5如：220kV等級設(shè)備其 Ue=242kV， 阻抗值為Z，則：Z* 而不必考慮 Ue和不同的折算。 這就是實際工作中通行的標(biāo)幺值計算方法，也是規(guī)程規(guī)定的算法，也是軟件采用的算法。元件各序等值計算一、設(shè)備類型：發(fā)電機(jī)、變壓器、線路、電抗器、電容器、母線、開關(guān)、刀閘 有阻抗元件按阻抗：無阻抗元件 兩端按端點： 三端四端二、等值原因不對稱故障計算對稱分量法，把故障點的不對稱電氣量分解為三個對稱的分量，電力系統(tǒng)基本可看成是一個線性系統(tǒng)，這樣故障后的狀態(tài)就可分解為單獨在各序分量作用下的序網(wǎng)。先在序網(wǎng)中進(jìn)行求解，再合成。 A A A A B C + + C B C B B C 1 2 0所以必須首先研究在正序、負(fù)序、零序分量作用下，每個元件呈現(xiàn)什么阻抗特性，等值阻抗支路。序阻抗的概念：序阻抗是針對三相而言的。正序阻抗正序電壓/正序電流負(fù)序阻抗負(fù)序電壓/負(fù)序電流零序阻抗零序電壓/零序電流三、主要元件等值1輸電線路及電纜單導(dǎo)線地回路，相地回路。 整個回路阻抗：=R+0.05+j0.1445（/km），叫做自阻抗。 其中，R直流電阻，計算半徑，=660 ab 兩導(dǎo)線地兩導(dǎo)線的自阻抗同上，同時交流系統(tǒng)兩導(dǎo)線間存在互阻抗，計算方法為： =0.05+j0.1445 其中，=，兩導(dǎo)線間均距。1）正序參數(shù) 所謂線路的正序阻抗，就是施加三相正序電流，產(chǎn)生三相正序電壓，用一相電壓除以一相電流得到的阻抗，就是正序阻抗，顯然三相的正序阻抗是相同的。可用試驗方法計算，末端短路，首端正序加壓。 其中，三相間的幾何均距。2）負(fù)序：顯然其分析過程與結(jié)論，與正序完全一樣， 。3）零序： 所謂線路的零序阻抗，就是施加三相零序電流，產(chǎn)生三相零序電壓，用一相電壓除以一相電流得到的阻抗，就是零序阻抗，顯然三相的零序阻抗是相同的?？捎迷囼灧椒ㄓ嬎?，末端短路，首端零序加壓。 4）小結(jié)：a) 從以上分析可看出，輸電線路的相與相之間存在互感，等值序阻抗中已經(jīng)考慮。對于雙回線，通過電壓方程可看出，另一回線的正負(fù)序電流通過互阻抗的影響合成為零，正負(fù)序阻抗與單回線相同；而雙回線零序則存在互阻抗。b）輸電線路的正零序阻抗不相等，這個特點導(dǎo)致輸電線路出現(xiàn)零序補償系數(shù)的概念。 c） 一般、均已知或?qū)崪y；未知，可用上述理論計算。 d）得到線路全長的正序后，再計算其標(biāo)幺，2變壓器1） 正序及負(fù)序： 對于單相變壓器，其等值如圖： 電力系統(tǒng)：三相變壓器。與線路不同，每相的磁通幾乎全部是通過自身的鐵芯磁路和繞組，相與相之間不存在互感。a 三相兩繞組變壓器在三相正序作用下，三相的磁通也是正序，所以三個單相變壓器組、三相三柱式、三相四柱式、三相五柱式等形式是一樣的，等效于三個單相變壓器，在正序分量作用下，用一相電壓除以一相電流得到阻抗即是變壓器的正序阻抗，顯然三相是一樣的。 =+ 原付邊的R分量很小，一般忽略，而勵磁電抗一般是漏抗的上百倍，所以等效為開路。Z1 =XK ，通過短路試驗確定Z1。付邊三相短路，原邊施加三相正序電壓，直至電流達(dá)到額定，記錄電壓。 再折算到統(tǒng)一基準(zhǔn)標(biāo)幺，b三繞組三相三繞組變壓器，在三相正序作用下，也等效于三個單相三繞組變壓器，在正序分量作用下，用一相電壓除以一相電流得到阻抗即是變壓器的正序阻抗，顯然三相是一樣的。 II I III 等效電路如圖，忽略勵磁支路后是一個由三個支路構(gòu)成的三端元件，下一步就是如何確定三個支路的阻抗。方法仍然是通過短路試驗。 轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一標(biāo)幺下，同上。同理 負(fù)序注：各側(cè)容量不等時，注意折算。2）變壓器零序等值 同樣參照單相變壓器，但注意零序的特點：a) 結(jié)構(gòu)形式 三相三柱式，不通Xec 三相四柱式零序電流 零序磁通 三相五柱式 Xec三個單相變電力系統(tǒng)中最常見的是三相三柱式變壓器，在考慮其零序等值時， XLc不能簡單地處理為開路，其數(shù)值大約是8到10倍的漏抗。等值處理可按三種方法： 實測 一般按正序的0.8倍考慮 按與正序相等（認(rèn)為勵磁支路開路） 總之，結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了變壓器零序等效電路的勵磁支路。b） 接線形式：Y， ，零序電流的特點決定了其只能通過大地構(gòu)成回路。對于Y、，顯然是不通的，等效為開路。對于Yn，則要看變壓器付邊零序電流是否能流通。 小結(jié)： 23 1 1外電路外電路23變壓器繞組接法開關(guān)位置端點與外電路解接法Y1斷開Yn2連接3與外電路斷開，與3短接對于三繞組，情況一樣。 三繞組變壓器（以及四繞組Y0/Y0/Y/）接線方式一般肯定有一個繞組（改善電壓波形質(zhì)量），同時高壓側(cè)是大電流接地系統(tǒng) Y0 。最常見：Y0/Y0/ ，通常通過實驗方法實測確定零序參數(shù)。 I加零序電壓，II開路 A= XI + XIII I 開路，II加壓 B= XII + XIII I 加壓，II短路 C= XI + XII | XIIII 短路，II加壓 D= XII + XI | XIII然后三個式子聯(lián)立，解出各側(cè)阻抗，在歸算到統(tǒng)一基準(zhǔn)下的標(biāo)幺。3發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)是一個有源元件、兩端元件。 負(fù)序： X2 近似X2 = X1 零序： Xo Xo = 0.15X1 ，但中性點不接地，不考慮。4系統(tǒng) 是一個等值概念，將一個電網(wǎng)向某個母線（節(jié)點）等值而出現(xiàn)的，在等值過程中考慮運行方式，正序和零序會出現(xiàn)最大和最小參數(shù)。符號 ，與發(fā)電機(jī)類似。 X1min X1max X0min X0max系統(tǒng)是怎么等值來的？如： 等值到M母線 正序：，三機(jī)全開，雙回線運行。，開一機(jī)，單回線運行。負(fù)序同上零序：與變壓器接地方式有關(guān)，兩臺主變接地注：1）對于復(fù)雜電網(wǎng)，手工計算幾乎不可能，一般采用軟件計算。 2）發(fā)電機(jī)端電壓往往是非標(biāo)的：10、13、17、21，計算時，不能按向就近的電壓等級靠，而是要默認(rèn)以這個額定電為一個新的電壓等級。5電容器串補、并補、已知C。序阻抗就是相阻抗。 6電抗器 串、并、已知 、。序阻抗就是相阻抗。 小結(jié)：1）各序等值實際就是確定各序等效阻抗支路及其參數(shù)。2）折算到統(tǒng)一標(biāo)幺。不對稱故障計算 K(1） 短路 K(1.1) （橫向） K(2)一、原理（求解方法）根據(jù)故障類型在故障點各序電氣量之間的關(guān)系復(fù)合序網(wǎng)。計算出故障點各序電氣量。計算全網(wǎng)各序電氣量。以最典型的兩側(cè)電源線路系統(tǒng)為例，如圖，在線路D點發(fā)生不對稱故障。二、各種不對稱故障故障點電氣量計算1）K(A) 故障點邊界條件： A2A0 由此可知，三個序網(wǎng)是串聯(lián)的。 可得故障點各序電流及電壓： 、 故障點電壓向量圖如圖。 UA1 UC2 UB2 UC1 UB1 UA0 UA2 UC UB2）K(BC) 故障點邊界條件： IA=0 IB=-IC = 顯然，其序網(wǎng)是并聯(lián)的。 可得故障點的各序電流、電壓。 3）K(B,C) 故障點邊界條件：=0 顯然，其序網(wǎng)是并聯(lián)的。 可得故障點的各序電流、電壓。 三、保護(hù)安裝處電氣量計算保護(hù)安裝處（M處）電氣量 在各序網(wǎng)中先求出。 故障分量（突變量）同理：討論：1）故障后的狀態(tài) = 正常狀態(tài) + 故障附加狀態(tài) 2） 關(guān)于正常負(fù)荷狀態(tài)的考慮從計算的角度，忽略負(fù)荷（規(guī)程上規(guī)定），按空載下進(jìn)行計算。對于單側(cè)電源系統(tǒng)，空載是指無負(fù)荷電流，比如低壓饋供網(wǎng)、發(fā)電廠廠用電就是這種情況。對于雙側(cè)電源系統(tǒng)，空載是指兩側(cè)電源電勢同相位。 3）關(guān)于C1和C2：一般而言，全系統(tǒng)中各元件Z1=Z2， 。 K(2)，保護(hù)處與故障點電流特征相同（不考慮負(fù)荷）。K(1)，保護(hù)處與故障點電流特征不同。K(1.1)，保護(hù)處與故障點電流特征不同。這就是為什么用軟件計算時保護(hù)安裝處電流量會與習(xí)慣上的故障特征不同的原因。4）線路故障母線電壓計算通式：M D 一般零序阻抗按3倍的正序阻抗考慮，零序補償子數(shù) 另一種表達(dá)： =UDA+IA1(R1+jX1)+IA2(R2+jX2)+IA0(R0+jX0)=UDA+IA1R1+ IA2R1 +IA0R0 +j(IA1X1+ IA2X2 +IA0X0)= UDA+( IA+Kr3I0)R1+( IA+Kx3I0)X1其中：Kr(R0-R1) / 3R1， Kx（X0-X1）/ 3X1 之所以這樣，根本原因是輸電線路的正零序阻抗不同。5） 單側(cè)電源系統(tǒng)（廠用電系統(tǒng)）故障計算情況更加簡單，不需分配，故障點的電流量就是保護(hù)安裝處的電流量。6）運行方式對保護(hù)安裝處流過短路電流大小的影響系統(tǒng)物理連接確定后，實際運行有各種各樣方式。一般大方式是指電源多，連接緊密，發(fā)生短路后，短路點的電流大；小方式是指電源少，連接不緊密，發(fā)生短路后，短路點的電流小。對于保護(hù)安裝處而言，不同的方式下同一個短路點其短路電流的大小也不同，需具體情況具體分析，如上圖保護(hù)1，正方向短路流過最大短路電流的方式顯然是三機(jī)、雙回線運行的方式，正方向短路流過最小短路電流的方式顯然是單機(jī)、單回線運行的方式；但是對于保護(hù)2，正方向短路流過最大短路電流的方式應(yīng)當(dāng)是三機(jī)、單回；正方向短路流過最小短路電流的方式顯然是單機(jī)、雙回線運行的方式。對于環(huán)網(wǎng)，與雙回線類似，要具體情況具體分析。7）短路容量在繼電保護(hù)整定時，經(jīng)常會遇到短路容量的概念。短路容量是指在某點發(fā)生三相短路后，流過短路點的總功率。如圖：E1Z1E1Z1顯然，短路容量 S = U*I = E1*I = E1* E1 / Z1對于標(biāo)幺形式，S = 1/Z1 ,即短路容量與節(jié)點等值阻抗是倒數(shù)關(guān)系，所以，已知短路容量可求得等值阻抗，反之亦然。同時，短路容量經(jīng)常用來校核開關(guān)的開斷能力。對于單電源輻射網(wǎng)，可用于校核母線上各出線的開關(guān)（因為最嚴(yán)重的情況就是出線出口處三相故障）。對于環(huán)網(wǎng)，則是計算開斷某個支路后的短路容量，用來校核該支路的開關(guān)。為簡化計算，軟件一般是直接在該點做K(1)故障，同時計算出該點的正序、負(fù)序、零序等值阻抗，也就知道了短路容量。短路容量概念擴(kuò)展到零序，也就有了零序短路容量的概念。8） 關(guān)于短路計算的進(jìn)一步說明需說明的是，上述故障分析實際上是基于穩(wěn)態(tài)分析為前提的，短路電流也只是針對穩(wěn)態(tài)電流分量而言的。事實上，任何情況下的短路總是伴隨暫態(tài)過程的。對于無窮大系統(tǒng)的短路，短路電流包含穩(wěn)態(tài)基波電流，還有衰減的非周期分量，最后過渡到穩(wěn)態(tài)基波電流。對于同步發(fā)電機(jī)的短路，短路電流的周期分量和非周期分量都是衰減的，周期性分量一開始是次暫態(tài)電流，過渡到暫態(tài)電流，最后過渡到穩(wěn)態(tài)基波電流。對于整定計算，由于繼電保護(hù)裝置反映的是工頻分量，不用考慮非周期分量的影響；如果是快速保護(hù)，可以考慮暫態(tài)周期分量，慢速保護(hù)只考慮穩(wěn)態(tài)周期分量。四、舉例1）單側(cè)電源兩相故障的特點。 故障相的相電流為什么 證明： K(3) K(2) 故障點： 實際上，單側(cè)電源故障點保護(hù)處注：忽略，2）Y/11，在側(cè)K(2)，Y側(cè)電流如何分布（廠用電常見這種情況）。 Y/11 在側(cè)發(fā)生 K(BC) ， ，用向量圖分析。 正序向順時針轉(zhuǎn)30度，負(fù)序反向轉(zhuǎn)30度。結(jié)論：Y側(cè)三相均出現(xiàn)短路電流，一相是另兩相的2倍。3）A側(cè)變壓器中性點接地，B側(cè)變壓器中性點不接地，在線路上發(fā)生接地故障，已知故障點零序電壓為Ud0，問：B變壓器中性點電壓是多少？分析：這實際上一個單側(cè)電源系統(tǒng)的故障，對于B側(cè)，零序顯然是開路的，所以 ，系統(tǒng)的零序電壓分布如圖所示。4）上圖中，B變壓器中性點也接地，問：高壓側(cè)三相電流的特征是什么？注：中性點接地和不接地系統(tǒng)。5）上圖中，發(fā)電機(jī)側(cè)電流的特征是什么？電力系統(tǒng)的接地方式一、電力系統(tǒng)的接地方式 中性點接地系統(tǒng)(大電流系統(tǒng)） 電力系統(tǒng)根據(jù)變壓器中性點是否接地，分為： 中性點不接地系統(tǒng)(小電流系統(tǒng)）兩者的區(qū)別是：大電流接地系統(tǒng)單相接地故障后，會出現(xiàn)大的短路電流和零序電流；而小電流接地系統(tǒng)單相接地故障后，由于不存在與大地構(gòu)成的回路（或者說不存在零序回路）無大的短路電流和零序電流，如果不考慮分布電容的影響，理論上無短路電流。兩者的分界線就是變壓器。對于大電流接地系統(tǒng)，按上述故障分析方法分析即可。對于小電流接地系統(tǒng)，發(fā)生K(1.1) 相當(dāng)于相間故障，下面針對K(1）分析。二、小電流接地系統(tǒng)接地故障分析（廠用電系統(tǒng)）1）電壓情況EA單電源不接地系統(tǒng)，接地后，故障點的三相電壓為： UAD = 0 UBD = EB EA UCD = EC EA U0 = EA UAD UCD UBD U0結(jié)論1: K(1)時，全系統(tǒng)接地相對地電壓為0，全系統(tǒng)非故障相對地電壓升高為3倍，全系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓，大小為相電壓。2）電流情況 C IC B IB A IB UA I0 IB IC IA UC IC UB UC UB 正常時的電容電流，但無零序 A相接地時，出現(xiàn)零序結(jié)論2：K(1)時，出現(xiàn)零序電流，超前零序電壓90度。3）對于多出線情況（常見實際情況） 線路1 線路2 線路3結(jié)論3：K(1)時，非故障分支零序電流為本身電容電流；故障分支零序電流為所有非故障分支零序電流之和，且兩者的方向不同。3、其他小電流接地系統(tǒng)1）中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)原因：當(dāng)分布電容較大時，K(1)后，接地點電流較大，大于10A，故障點會起弧，導(dǎo)致設(shè)備燒損和過電壓，通過在中性點加消弧線圈解決。原理： U0 L U0 C IC IL 顯然，故障點 I0 = IL - IC 完全補償：XC=XL,縱向出現(xiàn)不對稱時，串聯(lián)諧振引起過電壓； 補償方式： 欠補償：ILIC, 5%10% ;2) 中性點經(jīng)高阻接地系統(tǒng) 電弧是電阻性的，易間歇復(fù)燃，導(dǎo)致過電壓，再一個解決辦法是中性點經(jīng)高阻接地。由高阻使得電流保持穩(wěn)定不至于間歇復(fù)燃。但是，這種做法加大了接地電流。3） 中性點經(jīng)中阻接地系統(tǒng)中性點不接地，電流大；加消弧線圈又會引起過電壓，經(jīng)高阻接地，又加大了接地電流，方案均不理想。所以提出了經(jīng)中阻接地的方案。事實上，對于現(xiàn)代大型電廠，高壓廠用系統(tǒng)發(fā)生接地故障，本來也是停機(jī)，索性降低接地電阻，使接地電流變大，由接地保護(hù)直接跳閘。這種方案使得保護(hù)易整定，選擇性和靈敏性易保證。零序電流的計算： Z1 E E 3R Z2 Z0 由于3R遠(yuǎn)大于各序綜合等值阻抗，計算就簡化為：I0 = E / 3R 故障相電流 3I0 E / R ，其中E為相電勢。階段式電流保護(hù)原理：所反映電氣量：相電流 根據(jù)電流的大小判別故障，方法：實測電流與定值比較。適用范圍：低壓系統(tǒng)，中性點不接地系統(tǒng)（小電流接地系統(tǒng)），實際就是一種相 間保護(hù)。一、I段（電流速斷保護(hù)） A 1 B 2 C 3電流速斷保護(hù)無延時，電流大于定值即出口。定值如何確定？理想情況：希望I段保護(hù)線路全長，保護(hù)1的電流定值=B母線故障時流過保護(hù)電流。問題是這樣會失去選擇性，因為無法區(qū)分本線末端和相鄰線出口故障，這兩點的電氣距離幾乎就是一點，短路電流幾乎是相等的。為保證選擇性，保護(hù)范圍必須縮短，同時由于短路電流的大小還受運行方式和故障類型的影響，為保證在任何情況下，不失去選擇性，整定原則為：原則： 躲過最大方式下，末端B母線K(3)， 最有利情況，大方式下K(3)不能保護(hù)全長。不利時，小方式下K(2)，保護(hù)范圍更小。同理：保護(hù)2，3二、II端（延時速斷）作用：保護(hù)全長，為做到可靠保護(hù)全長，其保護(hù)范圍必然伸到下一級，為保證選擇性，要加延時。 （2030ms）(6080ms) 10ms電流定值整定原則：不超出相鄰I段保護(hù)范圍，習(xí)慣上講：配合。 大多數(shù)情況是單電源輻射形，Kfz1，如果不是這樣，則需計算分支系數(shù)，例如下圖：AB12XAXBXL ，顯然分支系數(shù)是受運行方式變化影響的。 為確保能夠保護(hù)全長，靈敏度： 注：若存在多個相鄰元件，應(yīng)分別整定，取大者。三、III端（延時過流）I、II構(gòu)成了主保護(hù) 當(dāng)?shù)睾髠?作用：后備 遠(yuǎn)方后備 （雙重化要求）原則：躲正常運行。 其中：Ifhmax = KzqIfh Kzq：2以上 Kh：為什么要考慮？a） 定值與正常負(fù)荷比較接近。b） 繼電特征 繼電特性的形成原因： a) 常規(guī)型：動作：當(dāng)I增大到時，上式成立，動作返回：應(yīng)繼續(xù)降低I，減小到到In時，上式成立，返回。 b) 微機(jī)型：量化誤差和噪聲。比如：10位AD 去掉符號位，9位AD 1FFH 511。電流量程：額定5A，出口10倍Ie。再加上周期分量， 20Ie。 0511 每位數(shù)字量 0100A 5A5A 邊界值 4.9 噪聲 4.8A 如果不考慮返回，可能出現(xiàn)恰好落在和Ih之間一開始，保護(hù)不動，但區(qū)外故障時，保護(hù)動作切除故障，始終無法返回，延時到跳閘。所以實際上是按返回電流躲最大負(fù)荷整定：Ih Kk I fhmax為什么I、II端不考慮返回影響？因為I、II按故障整定，定值很大，正常時距定值很遠(yuǎn)，肯定能返回。時間定值：由于電流定值按躲負(fù)荷整定，保護(hù)范圍很遠(yuǎn)。為保證選擇性，時間空值按階梯原則。靈敏度：近 遠(yuǎn) 注：過長，可考慮電流定值按與相鄰II段或III段配合，時間定值就不必按階梯原則。 應(yīng)用討論：1） 反映單側(cè)電氣量的保護(hù)原理，均是按階段式配置的，應(yīng)掌握其由來和原理。2） 在實際應(yīng)用中，可靈活應(yīng)用，如I、II或I、III或II、III組合。3） 相互之間的配合一般是指電流定值與時間定值全配合，實在沒辦法時，也可只配合時間定值。4） 時間定值與電流定值是密切相關(guān)的，縮小保護(hù)范圍是解決時間定值過長的一個辦法。5） 反配合問題，上級定值確定，整定本級。6） CT接線的影響：CT接線一般有兩種：三相Y形，兩相Y形(A、C）。對于低壓系統(tǒng)，一般是小電流接地系統(tǒng)，主要的故障形式就是相間故障，而且相間故障一般是由單相接地故障引起的。即不同兩個地點的接地故障，這也是一種相間故障形式。兩級串供形式： XL1 XL2如果在XL1、XL2上各有一個接地點，構(gòu)成相間故障，XL1是上一級，希望XL2保護(hù)動作。 XL1: A A B B C C XL2: B C A C A B 動作：1 2 2 2 2 1兩相Y形有三分之一情況失去選擇性；三相Y形則不會。并列形式：對于多個同級并列的分支，不存在配合關(guān)系，兩分支上各有一個接地點，構(gòu)成相間故障，希望任意一個動作即可。 XL1 XL2 XL1: A A B B C C XL2: B C A C A B 動作：1 1、2 2 2 1、2 1兩相Y形有三分之二情況只切除一個分支；三相Y形則全切除。階段式距離保護(hù)一、基礎(chǔ)知識1 原理： 正常時反映的是負(fù)荷阻抗，很大。 故障時反映的是短路阻抗，很小。2 優(yōu)點：受運行方式變化影響小。3 測量阻抗實現(xiàn)方式。 相間距離根據(jù)測量阻抗的實現(xiàn)方法 接地距離1）相間距離：三個阻抗元件，或的關(guān)系。 a) K(BC) 故障相上的Z正確動作，其它兩個不正確。b) K(3) c) K(B,C)、d) K(1)，、 K(2)、K(3)、K(1.1)能正確反映，而K(1)不能正確反映，所以是一種相間故障保護(hù)。 2）接地距離：三個阻抗元件構(gòu)成或的關(guān)系。 ,a) K(A) ，、b) K(A,B) ，c) K(3) =d) K(2) 、正確反映K(1)、K(1.1)、K(3)；K(2)不能正確反映。所以是一種接地故障保護(hù)。二、階段式相間距離保護(hù)1. I段（連斷）原則：躲線末故障。 =85%對于線路變壓器組，0.8 0.7由于線路變壓器阻抗不均勻，可靠系數(shù)取值不同2. II段（延時速斷）作用：保護(hù)全長 t=0. 3s原則1：不超出相鄰I段保護(hù)范圍。簡單情況：復(fù)雜情況： 原則2：躲線末變壓器其它側(cè)K(3)。 3III段：近后備 作用 遠(yuǎn)后備 原則1：與相鄰II段或III段配合。原則2：躲最小負(fù)荷阻抗。 與動作特性有關(guān)。 全阻抗特性： 方向阻抗特性：原則3：與線末相變壓器配合，一般是過流。討論：對于變壓器另外一側(cè)的相間故障，本側(cè)相間距離測量阻抗將隨變壓器的接線形式發(fā)生變化。1）對Y/Y，測量正確。2）對Y/，K（3）測量正確，K(2)不正確，變大，但接地距離有一個正確（可用軟件驗證）。三、階段式接地距離同相間距離1） I段：躲線末故障整定，一般按85%2） II段：按與相鄰I段配合整定（規(guī)程）。另序補償系數(shù)不同但實際情況較復(fù)雜 助增系數(shù)使得相鄰線上的故障時的測量阻抗本線全長阻抗+相鄰線。 3）III段，躲負(fù)荷阻抗或與相鄰II、III段配合。情況同II段。討論：1）相鄰不同型號線路，接地距離的測量阻抗的問題。 XL1ZMND兩相鄰線路型號不同，序阻抗不等，零序補償系數(shù)也不同。對于XL1上的接地距離，其測量阻抗的K是按本線路整定，對于本線路上的接地故障，測量阻抗是正確的。但是，當(dāng)相鄰線路接地故障，本線路的測量阻抗不正確。UAUDA+ UND + UMN= I A1ZND1+ IA2ZND2 +IA0ZND0+ I A1ZMN1 + IA2ZMN2+ IA0ZMN0=(IA+K23I0) ZND1+ (IA+K13I0) ZMN1ZA=UA / (IA+K13I0)=ZMN1+(IA+K23I0) ZND1 / (IA+K13I0)如果希望相鄰線故障，保持測量阻抗的正確性，本相線路的K需按ZMD來計算并整定，但是這樣又使得本線路的接地故障測量阻抗不正確。 而實際情況遠(yuǎn)比上述情況復(fù)雜得多，當(dāng)相鄰有助增以及外汲時，測量阻抗的公式中還會出線正序助增系數(shù)和零序助增系數(shù)，測量阻抗的變化更加復(fù)雜。所以II、III段整定，按照規(guī)程上的公式，都是近似的，不準(zhǔn)確的。準(zhǔn)確的做法是測量法，用軟件來完成。2）對于存在零序互感的雙回