第十四章35kV變電站保護(hù)整定值計算實例

1、第十四章 35kV變電站保護(hù)整定值計算實例在第十三章中介紹了35kV變電站各微機(jī)保護(hù)單元保護(hù)定值計算的方法，下面以一個35kV變電站為實例，進(jìn)行定值計算，以說明變電站定值計算的步驟、常用計算方法以及計算中所遇到的各種問題的處理方法。§14-1 示例變電站的主接線圖某變電站的簡化主接線圖如圖14-1所示，圖中各設(shè)備及線路參數(shù)如下：1CTA 100/5TA 300/51STA 200/52STA 200/53STA 200/54STA 150/55STA 300/56STA 100/57STA 250/58S2CTA 100/510.5kV1TTA 100/5TA 300/51TTA 1

2、00/5TA 300/510.5kVYo41TTA 500/51UTA 600/53UTA 200/52U圖14-1 示例變電站的主接線14-1.1 35kV線路參數(shù)一35kV線路1U：35kV線路1U線路長30Km，導(dǎo)線為LGJ-240，對側(cè)接于大電網(wǎng)（可視為無窮大電源）。二35kV線路2U：35kV線路2U線路長45Km，導(dǎo)線為LGJ-95，對側(cè)接于一個35kV線路終端電站。三35kV線路3U：35kV線路3U線路長22Km，導(dǎo)線為LGJ-120，對側(cè)為一中型水電站，電站主要參數(shù)如下： 電站裝機(jī)容量為3×16MW，COS=0.8，發(fā)電機(jī)短路電抗為12%。電站主接線為11G為發(fā)變組

3、單元接線，升壓變11T容量為20MVA，短路電抗為7%，12G、13G接成擴(kuò)大單元，升壓變12T容量為40MVA，額定短路電抗7%。14-1.2 主變變電站的兩臺主變型號相同，主要參數(shù)為：額定容量：5MVA額定電壓：（35±3×2.5%）/10.5短路電抗：7.5%14-1.3 10kV線路參數(shù)一10kV無源線路電站10kV線路8條，其中有源線路兩條，無源線路6條，10 kV無源線路所用架穿空導(dǎo)線均為LGJ-120，其中1S最短，為6Km；5S最長，為36Km，其余線路長度分別為2S長11Km、3S長27Km、7S長17Km、8S長9.5Km。二10 kV有源線路1有源線路

4、4S：有源線路4S長12Km，導(dǎo)線為LGJ-95，對側(cè)為一小型水電站，電站主要參數(shù)如下：裝機(jī)容量為2×1.25MW，發(fā)電機(jī)額定COS=0.8，發(fā)電機(jī)短路電抗為18%，變壓器短路電抗為8%。主接線為擴(kuò)大單元式，升壓變?nèi)萘?MVA。2有源線路6S，有源線路6S長16Km，導(dǎo)線為LGJ-120，對側(cè)為一小型水電站，電站的基本參數(shù)如下：裝機(jī)容量為2×2MW，COS=0.8，發(fā)電機(jī)短路電抗為14%。電站主接線為擴(kuò)大單元接線，升壓變?nèi)萘繛?MVA，短路電抗為8.5%。14-1.4 補償電容變電站10 kV母線上接有兩組補償電容1C、2C。1C、2C相同，其主要參數(shù)為：容量2000KVA

5、R，額定電壓11 kV。電容采用單星形接線，每相為單臺密集型電容，電容由3段構(gòu)成，每段有15只電容并聯(lián)，每只電容經(jīng)熔絲相聯(lián)。為防止沖擊電流，每相串聯(lián)一個電抗為5的電抗器。§14-2 35 kV線路保護(hù)定值計算14-2.1 計算35kV線路整定值的等值電路為計算整定值時物理概念清楚，在本例的計算中，均采用實名制，采用實名制時，必須將不同電壓等級的電源及設(shè)備阻抗等參數(shù)，折合到計算定值設(shè)備所在母線的電壓等級上。計算35 kV線路保護(hù)整定值時，須將10 kV有源線路的電源及升壓變內(nèi)阻，主變阻抗等折合到35 kV母線上。折合的原則是，電源電壓乘以變壓器變比，變?yōu)?5 kV等級電壓，有源線路阻抗

6、，電源內(nèi)阻等，乘以升壓比的平方。一定值計算的幾個假定在定值計算中，作如下假設(shè)1為計算簡單，在阻抗計算中，如X>3R，則忽略電阻R。2為計算簡單，變壓器、發(fā)電機(jī)等的內(nèi)阻抗中，忽略電阻，認(rèn)為為純電抗二各線路及設(shè)備阻抗的計算根據(jù)給定參數(shù)，計算出各線路及設(shè)備，折合到35 kV側(cè)的參數(shù)如圖14-2所示，圖中35 kV線路電阻由導(dǎo)線截面查手冊得到單位長度（Km）電阻，再乘導(dǎo)線長度得到，10 kV線路電阻，電抗由實際值再乘以（35/10.5）2得到。14-2.2 35kV線路整定值計算簡單起見為使35kV線路整定值計算簡單起見，對圖14-2的等值電路進(jìn)行簡化，簡化中，凡同一支路X>3R時，將R忽

7、略，只保留電抗X，圖14-3為簡化后的等值電路，圖中3U支路的發(fā)電站電抗Zxt1為：10kV有源支路及主變內(nèi)阻拆合阻抗為：1S14+j26.67j17.15j17.155.9+j8.8圖14-2 示例35kV線路保護(hù)定值的等值電路4+j1238.5kV1U14.9+j182U1T2T4S21G,22G44+j53.3j35.93j85.921T5S84+j155.66S31G,32G48+j71.1j25.2j51.931T3U11Tj8.938.5kVj5.211G12Tj4.4512G,13Gj2.6jj88.8圖14-3 計算35kV定值的簡化等值電路4+j1238.5kV1U14.9+

8、j182Uj4.738.5kV3U5.9+j8.8在10 kV線路簡化計算中，因各支路電阻均小于 ，故均忽略R。一1U支路電流速斷保護(hù)定值的計算11U支路在最大運行方式下末端3相短路的最大電流。1U末端短路時，電源內(nèi)阻抗Zxt為。取靈敏系數(shù)為1.2，則電流速斷保護(hù)整定值為：2電流速斷保護(hù)的靈敏度校驗設(shè)發(fā)電機(jī)11G不運行，10kV側(cè)電源全停時，為1U的最小運行方式，這時，在線路的15%處發(fā)生兩相短路時，根據(jù)圖14-2，其短路電流為：由于在線路15%處短的小，故電流速斷的有效保護(hù)范圍<15%；應(yīng)改用電流閉鎖電壓速斷保護(hù)。二電流閉鎖電壓速斷保護(hù)定值的計算1電流閉鎖電壓速斷按正常運行時線路的75

9、%處三相短路電流來整定，設(shè)1U在10kV電源不投入，3U對側(cè)3臺發(fā)電機(jī)均設(shè)入時為正常運行方式，則閉鎖電流整定值為：2電壓速斷定值的計算電壓速斷定值按正常運行方式下，在線路75%處三相短路時母線上的殘余電壓來整定，故有：三限時電流速斷保護(hù)定值因此處無下一級線路保護(hù)的參數(shù)，不考慮與下一級保護(hù)的配合，可不設(shè)置限時電流速斷保護(hù)，如要設(shè)置，可按本線路末端三相短路有一定的靈敏度來考慮。因下一級線路的速斷保護(hù)可保護(hù)線路的15%，假定下級配合線路參數(shù)與1U相同，則在最小運行方式、且下一級電站電源不投入情況下，下一級線路15%處短路時的短路電流為：由于用此法計算出的Iszd2其靈敏系數(shù)可能不符合要求，故不能作為

10、本線路的主保護(hù)，應(yīng)用過流保護(hù)作為主保護(hù)。限時電流速斷的延時取0.3s。四低壓啟動的過流保護(hù)由于本保護(hù)帶有方向，故過流僅考慮由本母線向1U對側(cè)供電的最大負(fù)荷，設(shè)在本站1U、4S、6S對側(cè)電站全投入時，可向1U對側(cè)送出的最大負(fù)荷電流為300A（一次值）。1過流保護(hù)電流整定值I1gzda過流保護(hù)的電流整定值計算過流保護(hù)定值為：取Kk=1.20、Kfi=0.9，則有：b過流保護(hù)整定值的靈敏度校驗由于本線路限時電流速斷保護(hù)不設(shè)或靈敏度不夠，過流保護(hù)應(yīng)按近后備校驗靈敏度，即按線路末端兩相短路來校驗，在最小運行方式下，線路末端兩相短路時，其短路電流為：由于KLm>1.5，故滿足作本線路近后備保護(hù)的靈敏

11、度要求。2低電壓定值U1qzd的計算a低電壓定值的計算低電壓定值為：取最低工作電壓Umin為額定電壓的0.9倍，即90V，可靠系數(shù)Kku為1.1，電壓返回系數(shù)Kfu為1.1。 則：b低電壓定值的靈敏度當(dāng)1U末端兩相短路時，母線的殘余電壓為：低電壓的靈敏系數(shù)為：由于電壓的靈敏系數(shù)>1.2，故能保證故障時，保護(hù)可靠啟動的要求。3過流保護(hù)的延時整定值過流保護(hù)的延時比下一級線路的延時多一個時間階梯。即：為1U 對側(cè)電站35kV母線上線路過流保護(hù)的最長延時，t取0.3s。14-2.3 35kV線路2U的保護(hù)定值一2U電流速斷保護(hù)定值1電流速斷保護(hù)定值I2szda電流速斷保護(hù)電流定值I2szd的計算

12、：在最大運行方式（全部電源投入）下，2U末端三相短路的短路電流為：b電流速斷的保護(hù)范圍計算設(shè)1U與10kV部分電源不投入為最小運行方式，此時僅1113G投入，則電流速斷的最小保護(hù)范圍為：式中：Z21為2U單位長度的阻抗，其值為Zxtmax為3U支路的總阻抗，其值為5.9+j15.5。 故：電流速斷保護(hù)范圍為：因K2x>0.15，故電流速斷保護(hù)的有效保護(hù)范圍符合要求。二限時電流速斷保護(hù)1限時電流速斷保護(hù)電流整定值I2szd2a限時電流速斷電流定值I2szd2的計算設(shè)2U對側(cè)為35kV終端變電站，電站正常運行的最大負(fù)荷為150，電站負(fù)荷中有部分電動機(jī)，其綜合自啟動系數(shù)Kzq=1.3，所有10

13、kV出線中，電流速斷的最大值折合到35kV側(cè)為240A。按上一級限時電流速斷保護(hù)與下一級電流速斷保護(hù)配合的原則，2U的限時電流速斷保護(hù)定值為：b限時電流速斷保護(hù)的靈敏度校驗在最小運行方式下，在線路2U末端兩相金屬性短路時的短路電流為：限時電流保護(hù)的靈敏系數(shù)為：因KLm>1.5，故滿足靈敏度要求。3限時電流速斷時限tszd限時電流速斷的延時一般取一個時間階梯，取0.30.5s。三低壓啟動的過流保護(hù)的定值計算1過流整定值I2gzd的計算a過電流定值I2gzd的計算由于負(fù)荷中有電動機(jī)，考慮電動機(jī)的自啟動時，過流定值的計算公式為：式中：Kk可靠系數(shù)，取1.2。Kzq自啟動系數(shù)，為1.3。Kfi電

14、流返回系數(shù)，取0.9。故有：b過流保護(hù)的靈敏度校驗過流保護(hù)按作近后備校驗，其靈敏系靈敏為：因KLm>1.5，故本線路過流保護(hù)作近后備的靈敏度符合要求。2啟動電壓的計算因計算過流定值時，已按無啟動電壓計算，且已滿足靈敏性要求，因此可不加電壓啟動，直接將啟動電壓整定為較高值，如>120V。3過流保護(hù)的延時計算因本線路過流保護(hù)在時間上要與下一級變電站過流保護(hù)的最大時限配合，故其延時為：為下一級變電站過流保護(hù)最大延時，下一級為終端變電站，其線路過流延時一般為0.5s，其主變高低壓側(cè)過流各有兩個時間階梯t，取t=0.3s，則有：故：14-2.4 線路3U的保護(hù)定值計算線路3U的保護(hù)定值計算與

15、1U相同，不再重復(fù)。§14-3 主變的保護(hù)定值計算14-3.1 差動速斷保護(hù)定值的計算一主變高、低壓側(cè)二次額定電流1高壓側(cè)額定二次電流：2低壓側(cè)額定二次電流：二差動速斷保護(hù)定值計算：取Icszd為4I2e，則：三計算差動平衡系數(shù)：四差動速斷的靈敏度校驗：當(dāng)?shù)蛪簜?cè)出口兩相短路時，由35kV側(cè)電源產(chǎn)生的電流為：由低壓側(cè)電源提供的電流為：根據(jù)圖13-4所示。因KLm>2，故滿足靈敏度要求：14-3.2 差動保護(hù)定值計算一最小動作差動電流計算：取最小動作電流為0.4倍額定電流二動作特性轉(zhuǎn)折點電流Izzd，取Izzd為2倍額定電流三制動系數(shù)Kzzd的計算，Kzzd的計算公式為取Kk=1.

16、5Ktx=1fwc=0.1U=3×0.025=0.075故有取Kzzd=0.2四二次諧波制動系數(shù)整定值K2zd二次諧波制動系數(shù)取0.15。五差動保護(hù)的靈敏度校驗：根據(jù)差動保護(hù)靈敏系數(shù)計算公式，本例中，差動保護(hù)的靈敏系數(shù)為：因KLm>2，故滿足靈敏度要求：14-3.3 低壓側(cè)復(fù)合電壓啟動的過流保護(hù)一過電流定值Igzd的計算1過流定值Igzd的計算：本例中最多為2臺變壓器并聯(lián)，不可能按單臺負(fù)荷的兩倍來計算最大負(fù)荷，故按躲過主變低壓側(cè)額定電流來整定，故有：取Kk=1.20，Kfi=0.90，則有：2過電流的靈敏度校驗低壓側(cè)的過流保護(hù)按作線路的過流后備保護(hù)來校驗，以線路末端兩相金屬短路

17、的最小短路電流來校驗靈敏度，為計算10kV線路的短路電流，將變電站系統(tǒng)折算到10kV側(cè)，折算后的等效電路如圖14-4所示，為計算簡單，忽略有源支路的電阻，這樣做造成的誤差不大，但卻使計算簡化了許多。1S1.26+j2.42S3S5S7.56+j14.46SE7j4.657S8S1C2C4SE5j7.73.96+j4.8j3.33.96+j4.8j3.3j1.54j1.54j1.110.5kVj0.23j0.4310.5kVj0.79j0.810.5kVj0.47圖14-4 示例變電站拆本文到10kV側(cè)的等值電路為便于計算10kV線路短路時流過變壓器的最小電流，當(dāng)所有電源投入且母聯(lián)接通時，流過一

18、臺變壓器的電流最小，故按所有電源投入，母聯(lián)接通來進(jìn)一步簡化電路，所得等值電路如圖14-5所示。圖中E1支路阻抗為1U、3U阻抗及主變阻抗。根據(jù)圖14-5，當(dāng)1S末端兩相金屬性短路時，其短路電流為：1S1.26+j2.42S3S5S7.56+j14.47S8S1C2Cj1.35圖14-5 計算10kV線路短路電流的等值電路j7.53（4S、6S）10.5kVE110.5kV流過1臺變壓器付邊的短路電流為：付邊二次電流為：因KLm1>1.2，故可作為1S短路的后備保護(hù)，但因10kV線路中，長線路（如5S）阻抗很大，其短路電流很小，故變壓器低壓側(cè)的過流保護(hù)不能作長線路短路的后備保護(hù)，必須用高壓

19、側(cè)的負(fù)序過流保護(hù)作不對稱短路時的后備保護(hù)。二低電壓定值Uqzd的計算1低電壓整定值：根據(jù)公式：2低電壓的靈敏度校驗當(dāng)1S末端兩相短路時，母線電壓為：KLm>1.25，故滿足靈敏度要求：3負(fù)序電壓整定值計算：負(fù)序電壓整定值為：4低壓側(cè)復(fù)合電壓啟動的過流保護(hù)的延時整定值按躲過10kV出線過流保護(hù)最長延時整定取t=0.5s（因10kV出線為終端線路），過流為一個時間階梯即可：負(fù)序電壓靈敏度不需校驗，一般均滿足要求：14-3.4 高壓側(cè)復(fù)合電壓啟動的過流保護(hù)一過流定值Igzd的計算1過流整定值Igzd的計算取Kk=1.3Kfi=0.9則：2過流的靈敏度校驗：高壓側(cè)過流保護(hù)按低壓側(cè)母線兩相短路來校

20、驗靈敏度。根據(jù)圖13-7，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)母線兩相短路時，流過變壓器高壓側(cè)的最小短路電流為：KLm>1.5，故符合靈敏性要求。二低電壓定值Uqzd的計算取高壓側(cè)母線電壓為啟動電壓：取Kk=1.10Kfu-1.10Umin=0.9U1e=90V，得：當(dāng)?shù)蛪簜?cè)母線兩相短路且母聯(lián)分?jǐn)鄷r，高壓側(cè)母線電壓為：低電壓靈敏系數(shù)數(shù)為：因KLmu>1.25，故靈敏度滿足要求，如遇采用高壓側(cè)母線電壓作過流啟動電壓，靈敏度不夠時，可采用低壓側(cè)母線電壓作啟動電壓，或在電流靈敏度很高（KLmi>4）時，適當(dāng)加大電流定值而取消電壓閉鎖。三負(fù)序電壓整定值的計算負(fù)序電壓整定值為：四延時計算對于降壓變壓器，高壓側(cè)過流

21、保護(hù)的延時，比低壓側(cè)過流保護(hù)多一個時間階梯。即：14-3.5 負(fù)序過流保護(hù)一負(fù)序電流整定值I2zd1負(fù)序電流整定值I2zd的計算負(fù)序過流定值按躲過正常運行時的最大不平衡電流來整定。取K=0.15，則得到：2負(fù)序電流整定值的靈敏度校驗：以最長線路5S末端兩相短路產(chǎn)生的負(fù)序電流來校驗，當(dāng)5S末端兩相短路時，根據(jù)圖14-4簡化得圖14-6。根據(jù)圖14-6得：5S短路的負(fù)序電流為：5S84+j155.638.5kVj80.8j12 圖14-6 計算5S短路流過變壓器負(fù)序電流的等值電路j13.5j17.5j17.15流過1臺變壓器的負(fù)序電流為：折算成二次值得：KLm>2。故負(fù)序過流保護(hù)的靈敏度符合

22、要求：由此例可見，負(fù)序過流保護(hù)對于非對稱短路有很高的靈敏度。二負(fù)序過流保護(hù)的延時負(fù)序過流保護(hù)作為低壓側(cè)過流保護(hù)靈敏度不夠時的后備保護(hù)，比低壓側(cè)過流保護(hù)的動作延時多一個時間階梯，與高壓側(cè)過流保護(hù)延時相同。14-3.6 過負(fù)荷保護(hù)一過負(fù)荷電流定值Ihzd，過負(fù)荷設(shè)于高壓側(cè)，其電流定值其中Kk=1.1、Kfi取0.9、I1e=4.12A。故：二過負(fù)荷的延時整定值thzd，只設(shè)過負(fù)荷報警延時thzd比高壓側(cè)過流保護(hù)的最大延時長一個時間階梯：取t=0.5s得：因這個時限很短，在負(fù)荷中有較大電動機(jī)啟動時，可能誤報警，故可按躲過電動機(jī)啟動時間來整定，一般為1520s較合適。§14-4 10kV線路

23、整定值的計算10kV無源線路一般為終端線路，其保護(hù)一般只設(shè)過流和速斷即可，對于10kV有源線路，當(dāng)設(shè)有方向時，其保護(hù)系考慮對側(cè)母線短路時的情況，可按無源線路處理，現(xiàn)以10kV最長和最短的線路為例，說明10kV線路整定值的計算。為計算簡單，對圖14-4合理簡化后得到計算10kV線路、電容的整定值的等值電路，如圖14-7所示。j1.1圖14-7 計算線路電容定值的等值電路j1.2j1.54j1.545S7.56+j14.410.5kVj13.410.5kV10.5kV1S1.26+j2.410.5kVj15.81C2C4S6S14-4.1 10kV線路1S定值的計算一電流速斷定值的計算1電流速斷定

24、值I1szd，電流速斷定值為：式中，I1dmax最大運行方式下，線路末端三相短路時的最大電流，本例中，兩臺變壓器并聯(lián)且全部電源投入時為最大運行方式，根據(jù)圖13-12得：取Kk=1.2，則2電流速斷的靈敏度校驗式中： 為線路的15%處兩相短路，在最小運行方式下的短路電流，設(shè)10kV側(cè)電源不投入，兩臺主變獨立運行時為最小運行方式，則根據(jù)圖14-7得：靈敏度校驗雖已通過，但因KLm接近于1，保護(hù)范圍仍太小，可改用電流閉鎖電壓速斷。二電流閉鎖電壓速斷保護(hù)1閉鎖電流定值計算：設(shè)兩臺變壓器獨立運行且全部電源投入時為正常運行方式，按電流閉鎖電壓速斷保護(hù)線路的75%計算閉鎖電流。2速斷電壓定值Uszd的計算三

25、過流保護(hù)的定值計算1過流定值I1gzd：本線路為終端線路，設(shè)正常最大負(fù)荷二次電流為4.0A，線路帶有部分電動機(jī)，自啟動系數(shù)K1zq為1.8則：取Kk=1.2、Kfi=0.90。則：2過流保護(hù)的靈敏度校驗：在本例中，10kV線路的過流保護(hù)為線路的主保護(hù)，在最小運行方式下，線路末端兩相短路時，應(yīng)有一定的靈敏度，根據(jù)圖14-7，在最小運行方式下，線路末端兩相短路時的短路電流為：因KLm>1.5，故符合要求：3過流保護(hù)的延時定值t1gzd因10kV為終端線路，故t1gzd取一個時間階梯0.5s。14-4.2 10kV線路5s定值計算一電流速斷保護(hù)定值I5szd的計算1電流速斷定值I5szd，電流

26、速斷定值為：式中I5max為在最大運行方式下，5末端三相短路時的最大短路電流，根據(jù)圖14-7得：取可靠系數(shù)Kk=1.2。則：2電流速斷保護(hù)的靈敏度校驗：電流速斷的靈敏系數(shù)計算公式為：式中： 為保護(hù)校驗處兩相短路，在最小運行方式下的短路電流，按規(guī)程規(guī)定，電流速斷的保護(hù)區(qū)不小于線路全長的15%， ，且在兩臺主變獨立運行，10kV電源不投入時為最小運行方式。則有：因KLm>1，故電流速斷保護(hù)的有效范圍大于15%，符合靈敏性要求，且因KLm比1大得多，其電流速斷的有效范圍遠(yuǎn)大于15%。二過流保護(hù)定值的計算1過流保護(hù)電流整定值I5gzd，設(shè)正常運行的最大負(fù)荷二次電流為3.2A，負(fù)荷中有少量電動機(jī)，

27、綜合自動化系數(shù)fzq=1.4，取可靠系數(shù)Kk=1.2、Kfi=0.9，則過流定值I5gzd為：2過流保護(hù)的靈敏度校驗：過流保護(hù)的靈敏度校驗公式為：式中： 為在最小運行方式下，線路終端兩相短路時的最小短路電流，對于5S，由圖14-7可得：因KLm>1.5，故已符合要求，可不加電壓閉鎖。3過流保護(hù)的延時整定值：因為終端線路，過流保護(hù)的延時整定值可取一個時間階梯，即t5gzd=t=0.5s§14-5 電容保護(hù)的整定值計算15-5.1 限時電流速斷保護(hù)定值在計算限時電流速斷和過流保護(hù)時，考慮串聯(lián)電抗器后，電容的端電壓達(dá)到11kV。一限時電流速斷電流定值Iszd，限時電流速斷定值為：式中：Kk為可靠系數(shù)，取2.5，Kfi為電流返回系數(shù)，取0.9，Ice為電容額定電流，其值為：則：二限時電流速斷保護(hù)的靈敏度校驗，限時電流速斷保護(hù)的靈敏系數(shù)計算公式為：式中： 為最小運行方式下，電容兩端兩相短路時的最小短路電流，設(shè)10kV側(cè)電容不投入，則根據(jù)圖13-12，電容兩相短路的短路電流為：KLm>3，故靈敏度符合規(guī)定。二限時電流速斷保護(hù)的延時整定值因短路電流倍數(shù)很大，應(yīng)取較短延時，取0.10s。14-5.2 過流保護(hù)定值的計算一過流保護(hù)電流整定值計算1過流保護(hù)的電流整定值Igzd，Ig