县级调度继电保护整定计算基础培训.doc

整定计算基础知识学习一、短路电流计算（一）标么值计算1、标么值是短路电流计算中的概念，指选定一个基准容量(Sjz)和基准电压(Ujz)，将短路计算中各个参数都转化为和该参数的基准量的比值(相对于基准量的比值)，称为标么值。有名值标么值基准值。（有名值有单位，且与电压等级有关）2、常用基准容量、基准电压下的基准电流、基准阻抗。IjSj/（1.732*Uj）;Zj=（Uj*Uj）/Sj常用基准容量为Sj100MVAUj（kV）0.46.310.537115Ij（kA）144.349.1645.51.560.502Zj（）0.00160.39691.102513.69132.253、元件参数标么值计算（1）发电机X*jXd”*Sj/SeX*j基准条件下的电抗标么值。Xd”发电机额定容量条件下的次暂态电抗标么值。通过10kV线路并网的水轮发电机若无实际参数，可以认为该参数为0.21。Sj、Se基准容量、额定容量（MVA）。（2）变压器X*j=Uk%*Sj/（100*Se）Uk%变压器短路电压。通过10kV线路并网的变压器若无实际参数，可以认为该参数为4。（3）线路Z*jZ/ZjZ线路阻抗有名值。10kV、35kV的一条线路上若存在多种型号导线，可以简化该线路参数为0.4/km，但灵敏度要适当提高。（4）电抗器X*j=X*e%*Ij*Ue/（100*Ie*UP）X*e%电抗器额定电流、额定电压下的阻抗标么值百分数。Ie、Ue电抗器额定电流（kA）、额定电压（kV）。Ij、U P基准电流（kA），平均电压（kV）。（二）阻抗图绘制根据图1（某电网的35kV网络图），绘制阻抗图；同时计算网络中的元件阻抗标么值，以100MVA为基准容量。35kV电网阻抗图如图2所示（三）电网发生故障，短路电流的流向在图2上分别画出B、D、G站35kV母线故障，各支路上流过电流的方向。（提示：短路电流方向为电源点流向故障点）（四）等值阻抗归算在图2上画出各支路归算至D站35kV母线的大小方式等值阻抗（设大方式为水电站发电机全开，小方式为水电站仅开一台发电机）。（提示：假设D站35kV母线发生三相短路，各支路沿着短路电流流向进行阻抗串并联归算）含等值阻抗的35kV电网阻抗图如图3所示。在电网的实际整定计算中，使用的阻抗图多数如该图所示。二、35kV线路过流保护整定原则（一）哪些线路保护之间存在配合关系分析图3中，D站353断路器的线路保护与哪些断路器线路保护存在配合关系。（提示：保护之间是否需要配合，与该保护所保护元件发生故障时，流过各支路的短路电流流向有关）D站353与A站371、372存在反配关系，与B站331存在反配关系，与F水电站301存在反配关系，与G站352、301存在正配关系（甚至，与G站10kV出线保护存在正配关系）。什么是正配关系，什么是反配关系？正配就是与下一级元件保护的配合，反配就是与上一级元件保护的配合。什么是上一级，什么是下一级？这个概念与短路电流的流向有关。比如D站353线路保护，它设置的目的是D站G站线路故障时，可以通过353保护动作，有选择性、快速切除故障。当D站G站线路故障，流过353的短路电流是由A站372、B站331、F水电站301流来的。这些电流对于353来讲，是背侧方向流过来的，那么A站372、B站331、F水电站301的保护就是D站353线路保护的上一级，353与372、331、301的配合关系就是反配关系。同理，对与A站372来讲，353是372的下一级，在计算372的保护时，372与353的配合关系是正配关系。（二）什么叫配合配合，在整定计算中多数是指完全配合，即动作时间及灵敏系数均配合。灵敏系数，实际就是保护范围。所以配合就是保护范围及动作时间的配合。在上下级配合中，上一级保护的保护范围不能超过下一级保护的保护范围，当保护范围出现重叠时，通过保护动作时间来实现选择性。在有多段的保护中，上下级之间必须有相应段相互配合。如何判别保护没有配合？若上一级保护某一段伸入下一级保护的保护范围，（1）出现该段保护的保护范围，超出下一级保护所有段的保护范围；（2）虽然该段保护的保护范围没有超出下一级保护所有段的保护范围，但重叠区域的动作时间均是该段保护最小。躲：是指任何一个方式下，保护范围不伸出某段母线，且保护范围还要缩回一个裕度范围（差动保护躲后，不存在保护范围缩小问题）。保：是指某个保护范围内，任何一个方式线，保护均动作，同时还要考虑一定裕度范围。考虑裕度是因为在计算参数、TA、TV测量有误差、继电器动作均存在误差。1、过流保护的配合（1）纯过流保护的动作逻辑：测量到的任意一相电流值超过整定值，并经一个动作时间后动作。如图4所示，（2）纯过流保护的保护范围A、 大小方式对过流保护范围的影响公式：ZLZ1LI=U/Z=U/(Zt+ZL)U/（Zt+Z1L）假设Zt恒定，则L越大I越小。假设L恒定，则Zt越大I越小。Zt的数值大时，系统为小方式；Zt的数值小时，系统为大方式。根据电流公式，我们可以得到图5所示曲线。图中，曲线“大方式”为系统为大方式时，电流随线路长度增加，电流减小的曲线。曲线“小方式”为系统小方式时，电流随线路长度增加，电流减小的曲线。曲线即为线路不同地点故障，流过1DL的短路电流数值。Izd为过流保护的电流整定值。根据过流保护的逻辑，当短路电流数值大于整定值时，保护动作出口。所以，以Izd所对应直线为动作线，将曲线“大方式”、“小方式”分成两部分，上部分为保护动作范围，下部分为保护不动作范围。也就是说，“L大”为大方式时，过流保护的保护范围；“L小”为小方式时，过流保护的保护范围。从图5，我们可以看到，整定值的数值变大，保护范围就会变小；反之，整定值的数值变小，保护范围就会变大。即整定值与保护范围成反比关系。从图5，我们可以看到，小方式下的保护范围小于大方式下的保护范围。也就是说a、小方式下的保护范围才是过流保护的可靠保护范围，用于灵敏度校验（在这个范围内，保护在任何方式下均会动作。灵敏度就是保护可靠保护范围，同时考虑线路参数、TA误差等因素下，扩大一定保护范围）。b、大方式下的保护范围就是就是过流保护会动作的范围，用于躲（超过这个范围，保护在任何方式下均不会动作）。（3）纯过流保护的保护配合常规过流保护，过流I段保护范围为线路的80左右（最大短路电流的1.21.3倍）。过流II段保护范围为线路全长且满足一定的灵敏度。则上下级配合的保护范围时间配合如图6所示图中，I11为1DL过流I段的保护范围，时间为0S；I12为1DL过流II段的保护范围时间为0S；I21为2DL过流II段的保护范围，时间为0S。I11的最大保护范围均没有伸出线路的全长（在任何一个方式下均没有和下一级保护出现保护范围重叠情况），则其不存在与下一级配合的问题，时间为0S。I12为保护线路全长（为确保线路全长故障，保护可靠动作，使用I12的最小保护范围必须覆盖整个L1，同时考虑一定裕度），则它的保护范围必然与2DL的保护范围发生重叠，为确保L2线路上故障，有选择性的跳开2DL断路器，则I12的保护范围不能超过I11的保护范围，同时使用时间级差t确保重叠区域的选择性。2、低压保护的保护范围（1）低电压保护的动作逻辑：测量到的任意一线电压低于整定值，并经一个动作时间后动作。如图7所示，（2）低电压保护的保护范围公式：ZLZ1L，I1/（(Zt+ZL），设系统电压标么值为1母线U=IZL= ZL/（(Zt+ZL）1/【（Zt/ZL）+1】1/【Zt/（Z1L）】+1假设Zt恒定，则L越大U越大。假设L恒定，则Zt越大U越小。Zt的数值大时，系统为小方式；Zt的数值小时，系统为大方式。根据母线电压公式，我们可以得到图8所示曲线。图中，曲线“L1大”为系统为大方式，L1点故障时，线路上的各点线电压的曲线。曲线“L1小”为系统为小方式，L1点故障时，线路上的各点线电压的曲线。曲线“L2大”为系统为大方式，L2点故障时，线路上的各点线电压的曲线。曲线“L2小”为系统为小方式，L2点故障时，线路上的各点线电压的曲线。“L0”对应的虚线与曲线的交点，为A站母线的电压。Uzd为低电压保护的电压整定值。根据低电压保护的逻辑，当母线电压数值小于整定值时，保护动作出口。所以，以Uzd所对应直线为动作线，“L0”对应的虚线与曲线的交点在Uzd上方，保护不动作；下方，保护动作。即“L0”对应的虚线与曲线的交点在Uzd下方，则曲线对应的故障点在保护范围内。从图8，我们可以看到，整定值的数值变大，保护范围就会变大（整定值不能无限大，因为系统正常运行电压是恒定的，即保护范围是有限的）；反之，整定值的数值变小，保护范围就会变小。即整定值与保护范围成正比关系。从图8，我们可以看到，小方式下的保护范围大于大方式下的保护范围。也就是说a、大方式下的保护范围才是低电压保护的可靠保护范围，用于灵敏度校验（在这个范围内，保护在任何方式下均会动作。灵敏度就是保护可靠保护范围，同时考虑线路参数、TV误差等因素下，扩大一定保护范围）。b、小方式下的保护范围就是就是低电压保护会动作的范围，用于躲（超过这个范围，保护在任何方式下均不会动作）。3、低电压闭锁过流保护的保护范围（1）低电压闭锁过流保护的动作逻辑：测量到的任意一相电流值超过电流整定值，与此同时，对应的线电压低于电压整定值，并经一个动作时间后动作。如图9所示（2）低电压闭锁过流保护的保护范围 从逻辑看，相电流高于整定值，相电流对应的线电压低于整定值，保护才会经延时动作出口。它的可靠保护范围应是过流保护可靠保护范围与低电压保护可靠保护范围的交集，即过流保护与低电压保护的最小可靠保护范围。保护配合是保护范围与时间的配合，在进行低压闭锁过流保护的配合整定时，需注意这过流保护与低电压保护的保护范围，否则将会造成保护越级动作。如图10所示，1DL的过流II段保护定值为1520A（一次值），时间为0.3S，2DL的低压闭锁过流I段保护定值为50V（二次值），1080A（一次值），时间为0S。请大略计算在线路L2的那个区段故障会造成保护越级动作跳闸？（基准容量为100MVA，线路按0.4/km计算）计算1DL过流II段保护范围，I= U/（Zt+Z1L）L（U/I）Zt/Z11/(1520/1560)-0.1913.69/0.428.6（km）则1DL过流II段保护伸入L2的保护范围为28.6424.6（km）计算2DL低电压闭锁过流I段保护范围，Zt0.19+（0.44/13.69）0.3069过流保护范围：I= U/（Zt+Z1L）L（U/I）Zt/Z11/(1080/1560)-0.306913.69/0.438.9（km）低电压保护范围：U= 1/Zt/（Z1L）1LZt/(1/U）1Z10.306913.69/(100/50）10.410.5（km）则2DL低电压闭过流I段保护范围为10.5km所以距离2DL，24.610.5km的地方发生故障时会越级至1DL过流II段保护动作出口。注：过流保护与低压闭锁过流保护配合时，使用大方式进行校核，因为此时过流保护的保护范围最大，低压保护的保护范围最小。（三）35kV线路保护的整定原则1、终端线路（1）躲过所接变电站低压侧母线故障。（可靠系数取1.3）（2）线末故障有足够灵敏度。（定时过流保护klm必须为1.5，限时速断保护klm与线路长度有关）（3）躲最大负荷。（4）与上级线路保护反配。（配合系数取1.151.2，可根据发电机开机情况取一定的分支系数）（5）与所接变电站低压侧出线瞬时速断过流保护正配。（因存在星三角电流转换，配合系数取1.4，在计算过程中，注意不同电压等级的有名值折算）（6）与所接变电站主变高压侧复压过流保护正配。（7）躲背侧故障（判断是否需要加方向）。（可靠系数取1.3）综上，瞬时速断保护的取值为：必须躲过变电站低压侧母线故障，必须与上级线路保护反配，时间为0S。若与上一级配合后，躲不过变电站低压侧母线故障，解决办法：a.变电站主变分列运行，或调整系统运行方式；b.若与上一级配合后时间超过0.3S，可考虑用限时速断与上一级配合（前提是配合值灵敏度能满足要求），增大电流整定值。限时速断保护的取值为：电流值在线末故障有足够灵敏度，尽量躲过变电站低压侧母线故障，时间为0.3S（微机保护取0.3S，若为电磁式后晶体管保护，则取0.5S）。若瞬时速断没有和上一级保护配合，则限时速断必须与上一级保护配合。若定值躲不过变电站低压侧母线故障，解决办法：a.变电站主变分列运行，或调整系统运行方式；b.与变电站低压侧出线瞬时速断过流保护配合。定时限过流保护的取值为：与上一级保护配合，线末故障有1.5灵敏度，躲过最大负荷电流，与变电站主变高压侧复压过流保护配合。若保灵敏度后，不能躲过最大负荷电流，解决办法：限制负荷或调整系统运行方式。电流定值：瞬时速断限时速断定时限过流2、非终端线路（1）躲过所接变电站低压侧母线故障。（可靠系数取1.3）（2）线末故障有足够灵敏度。（定时过流保护klm必须为1.5，限时速断保护klm与线路长度有关）（3）躲最大负荷。（4）与上级线路保护反配。（配合系数取1.151.2，可根据发电机开机情况取一定的分支系数）（5）与所接变电站低压侧出线瞬时速断过流保护正配。（因存在星三角电流转换，配合系数取1.4，在计算过程中，注意不同电压等级的有名值折算）（6）与所接变电站主变高压侧复压过流保护正配。（7）躲背侧故障（判断是否需要加方向）。（可靠系数取1.3）（8）躲过所接变电站高压侧母线故障。（可靠系数取1.3）。（9）与下一级线路保护正配。综上，瞬时速断保护的取值为：存在下一级35kV线路保护配合，必须躲过变电站高压侧母线故障；若不存在下一级35kV线路保护配合，必须躲过变电站低压侧母线故障；必须与上级线路保护反配，时间为0S。若与上一级配合后，躲不过变电站低压侧母线故障，解决办法：a.变电站主变分列运行，或调整系统运行方式；b.若与上一级配合后时间超过0.3S，可考虑用限时速断与上一级配合（前提是配合值灵敏度能满足要求），增大电流整定值。若与上一级配合后，躲不过变电站高压侧母线故障，解决办法：a.调整系统运行方式（使其不存在配合线路）；b. 若与上一级配合后时间超过0.3S，可考虑用限时速断与上一级配合（前提是配合值灵敏度能满足要求），增大电流整定值；c.进行供电可靠性辨识，将所接变电站作为T接变处理。限时速断保护的取值为：电流值在线末故障有足够灵敏度，尽量躲过变电站低压侧母线故障；与下一级保护配合；若瞬时速断没有和上一级保护配合，则限时速断必须与上一级保护配合。若定值躲不过变电站低压侧母线故障，解决办法：a.变电站主变分列运行，或调整系统运行方式；b.与变电站低压侧出线瞬时速断过流保护配合。定时限过流保护的取值为：与上一级保护配合，与下一级保护配合，线末故障有1.5灵敏度，躲过最大负荷电流，与变电站主变高压侧复压过流保护配合。若保灵敏度后，不能躲过最大负荷电流，解决办法：限制负荷或调整系统运行方式。电流定值：瞬时速断限时速断定时限过流（四）35kV线路保护计算举例35kV电网阻抗图如图3所示，已知A站371、372的线路保护定值，如下表所示。求D站353（300/5），G站352（300/5）的线路保护定值。所有保护均为微机保护。断路器编号过流段过流段过流段371退出800A，0.3S496A，1.4S3723600A，0S800A，0.3S496A，1.4S1、计算D站35335kVD站 35kV DG线351 TA 300/5Xt（大方式）0.6/2.76/8.60.46Xt（小方式）1.12（1）躲35kVG站35kV母线故障Idz1.31560/（0.46+0.35062）6041.7（A）（2）躲35kVG站主变低压侧故障Idz1.31560/（0.46+0.35062+2.34）6010.73（A）（3）线末故障有足够灵敏度Idz0.8661560/（1.12+0.35062）1.56010.2（A）（4）躲最大负荷LGJ-150允许电流为450A，TA一次值为300A，G站最大负荷电流为3200/（1.73235）52.8（A）H站最大负荷电流为24000/（0.81.73235）165（A）综上，最大负荷取200A。Idz（1.2/0.9）200/604.5（A）（5）与上级线路保护反配（这里仅考虑与A站371、372反配。与其它线路保护的配合在进行该线路保护时，正配）断路器编号过流段过流段过流段Kfz371退出800A，0.3S496A，1.4S13723600A，0S800A，0.3S496A，1.4S1Idz 800/（1.2160）11.1（A） t0S 496/（1.2160）6.8（A） t1.1S因为与371、372反配后，瞬时速断伸出G站35kV母线，即35kVHG线发生故障可能会越级至D站353瞬时速断保护动作跳闸。解决方案：将G站作为T接变电站处理，尽量缩短D站353瞬时速断保护范围。G站351不配置线路保护，H站301线路保护必须保护至D站35kV母线，通过D站的检无压重合闸来纠正因35kVHG线发生瞬间故障，保护越级动作，造成的G站全站失压。根据该方案补充计算：（6）躲H水电站低压母线故障Idz1.31560/（0.46+0.35062+0.40906+0.624）6018.34（A）（7）保H水站高压侧母线故障有灵敏度Idz0.8661560/（1.12+0.35062+0.40906）1.5607.9（A）（8）躲背侧Idz1.31560/（3.01660）11.2（A）总结，35kVD站 35kV DG线353 TA 300/5 Ifh.max200A 原定值 新定值过流段 A，S 11A，0S过流段 A，S 7.9A，0.5S过流段 A，S 4.5A，1.1S注：1.G站高压侧复压过流电流定值不能超过220A，时间不大于0.8S；G站低压侧10kV出线线路保护瞬时速断电流定值不能超过1100A，时间为0S。 2.353瞬时速断躲不过H站低压侧母线故障，即H站低压侧故障会越级至353保护动作。H站低压侧母线故障几率较小。 取值考虑过流段，与上一级保护配合，躲过G站主变低压侧母线故障（有10kV出线），不考虑躲过H水电站低压侧母线故障（无出线）。过流段，保灵敏度。要求G站10kV出线瞬时速断保护必须与其反配。过流段，躲负荷，与上一级保护配合。要求G站主变高压侧复压过流保护。