完整版三段式電流保護(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(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。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

3、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)知/ ?L0 忙LO弓忑接地時(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， 貝U 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

4、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(duì)

5、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)。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、變壓器一一線路組接線時(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：lact 繼電器動(dòng)作電流Kc保護(hù)的接線系數(shù)Ik

6、Bmax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),路電流。Klrel 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。流經(jīng)保護(hù)的短靈敏系數(shù)校驗(yàn):式中:X1線路的單位阻抗,0.4 QXsma系統(tǒng)最大短路阻抗。要求最小保護(hù)范圍不得低于15%20激路全長(zhǎng)，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的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)該比保護(hù)2大。故：式中：KH rel 限時(shí)速斷保護(hù)可靠系數(shù)，一般取

7、 1.11.2 ； t時(shí)限級(jí)差，一般取0.5S;靈敏度校驗(yàn)：y 一保護(hù)區(qū)末端最小兩相相間短路電流計(jì)算值禪保護(hù)裝置的動(dòng)作值規(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。11式中：KE rel 可靠系數(shù)，一般 取 1.15 1.25 ;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。T迥式中：kmi n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(zhǎng)20km線路BC長(zhǎng)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(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：沖= 血紗町兀強(qiáng)+沖=1590（ A）73(5.1+500.=1160 (A)C母線短路電流為:3) 肥.min三 乂2-s/T(7.9 + 50x Q,4)心=乓血爲(wèi)=1-25 1590 = 1990 (7.9+20 xO.-n 28) 495 E

10、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(dòng)作值，以 便于設(shè)定。最小保護(hù)范圍的校驗(yàn)：Xsmut=3.49KM-15% 2U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:37陽5心+ 28嚴(yán)呦41 =1 3x520= 680(.4)與相鄰線路瞬時(shí)電流速斷保護(hù)配合II cp=1.15 X 1.25 X 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):i -mm.4.51210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

11、整定:crp-L =韁乩1心9.5x1CF=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)：近后備時(shí)：1、相間距離I段保護(hù)的整定相間距離保護(hù)第I段動(dòng)作阻抗為：li.1 =燈 Z血可靠系數(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(zhǎng)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(dòng)保護(hù)配合。與相鄰線路第I段配合動(dòng)作阻抗為：式中：Kbmin最小分支系數(shù)。KH rel

12、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(cè)量阻抗將增大）J 1|刖rJ ri 1 kP旦亠列|亠總_Z4 iNB、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。）N % PZnpl引出負(fù)荷線路全長(zhǎng)阻抗Znp2被影響線路全長(zhǎng)阻抗Zset 被影響線路距離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(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 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=2Q、最小等值阻抗為Z

13、sM.min=20Q ;N側(cè)電源最大ZsN.max=25Q、最小等值阻抗分別為 ZsN.min=15Q,試求M戯路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： = =33x1=3.93(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):140x0.45Z施1 + Z躍）140 x 0,45總分支系數(shù):與相鄰元件的速動(dòng)保護(hù)配合2r 疋遼=竿丄 4 眼 一 -jB求： 1.3 1.5，可與相鄰U段配合，動(dòng)作阻抗為、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)荷阻抗整定一 兀帕1.21.3

14、 ;全阻抗繼電器返回系數(shù)取 1.151.25。W.xnin嶄心叭-畑W Im方向阻抗繼電器靈敏角W Id負(fù)荷阻抗角 靈敏度校驗(yàn)rrsr _ 孕.1K 52 _ 上AS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KS31 信號(hào)iC1t-J1 |1K5卄一信號(hào)（J(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