(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

2、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。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

3、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)生故障的線路， 兩端零序功率方向與正序功率方向相反， 零序功率

4、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

5、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：Iact 繼電器動(dòng)作電流Kc保護(hù)的接線系數(shù)IkBmax

6、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1.2 1.3 。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 的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)該比保護(hù) 2 大。故：式中：Kr

7、el 限時(shí)速斷保護(hù)可靠系數(shù)，一般取1.1 1.2 ； 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 1.15 1.25 ；Krel 電流繼電器返回系數(shù)，一般取 0.85 0.95 ；Kss電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)系數(shù)，一般取1.5 3.0 ；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，兩相相間短路電流。要求：作近后備使用時(shí)，K

8、sen 1.3 1.5作遠(yuǎn)后備使用時(shí)， Ksen 1.2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)

10、 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)：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)

11、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 0.8 0.85 。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。）Zn

12、p1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，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?？?/p>

13、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： 1.3 1.5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 1.2 1.3 ；全阻抗繼電器返回系數(shù)取1.15 1.25 。若測(cè)量元件采用方向阻抗繼電器： lm方向阻抗繼電器靈敏角 ld 負(fù)荷阻抗角靈敏度校驗(yàn)近后備時(shí)：要求 1.3 1.5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， 以保證選