继电保护整定计算实用手册.pdf
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1、精品文档 . 继电保护整定计算实用手册 目录 前言 1 继电保护整定计算 1.1 继电保护整定计算的基本任务和要求 1.1.1 继电保护整定计算的目的 1.1.2 继电保护整定计算的基本任务 1.1.3 继电保护整定计算的要求及特点 1.2 整定计算的步骤和方法 1.2.1 采用标么制计算时的参数换算 1.2.2 必须使用实测值的参数 1.2.3 三相短路电流计算实例 1.3 整定系数的分析与应用 1.3.1 可靠系数 1.3.2 返回系数 1.3.3 分支系数 1.3.4 灵敏系数 精品文档 . 1.3.5 自启动系数 1.3.6 非周期分量系数 1.4 整定配合的基本原则 1.4.1 各种
2、保护的通用整定方法 1.4.2 阶段式保护的整定 1.4.3 时间级差的计算与选择 1.4.4 继电保护的二次定值计算 1.5 整定计算运行方式的选择原则 1.5.1 继电保护整定计算的运行方式依据 1.5.2 发电机、变压器运行变化限度的选择 原则 1.5.3 中性点直接接地系统中变压器中性点 1.5.4 线路运行变化限度的选择 1.5.5 流过保护的最大、最小短路电流计算 1.5.6 流过保护的最大负荷电流的选取 2 变压器保护整定计算 2.1 变压器保护的配置原则 精品文档 . 2.2 变压器差动保护整定计算 2.3 变压器后备保护的整定计算 2.3.1 相间短路的后备保护 2.3.2
3、过负荷保护 ( 信号) 2.4 非电量保护的整定 2.5 其他保护 3 线路电流、电压保护装置的整定计算 3.1 电流电压保护装置概述 3.2 瞬时电流速断保护整定计算 3.3 瞬时电流闭锁电压速断保护整定计算 3.4 延时电流速断保护整定计算 3.4.1 与相邻线瞬时电流速断保护配合整定 3.4.2 与相邻线瞬时电流闭锁电压速断 保护配合整定 3.4.3 按保证本线路末端故障灵敏度整定 3.5 过电流保护整定计算 3.5.1 按躲开本线路最大负荷电流整定 精品文档 . 3.5.2对于单电源线咱或双电源有“ T”接变压器的 线路 3.5.3 保护灵敏度计算 3.5.4 定时限过电流保护动作时间
4、整定值 3.6 线路保护计算实例 3.6.1 35kV线路保护计算实例 3.6.2 10kV线路保护计算实例 附录 A 架空线路每千米的电抗、电阻值 附录 B 三芯电力电缆每千米的电抗、电阻值 附录 C 各电压等级基准值表 附录 D 常用电缆载流量 本文中涉及的常用下脚标号 名称符号名称符号 精品文档 . 平均值av 可靠rel 最大值Max 动作op 最小值Min 保护p 基准值b 返回r 标幺值pu 分支br 额定值N 自起动ast 灵敏sen 启动st 接线con 继电保护整定计算 1.1 继电保护整定计算的基本任务和要求 精品文档 . 1.1.1 继电保护整定计算的基本任务和要求 继电
5、保护装置属于二次系统,它是电力系统中的 一个重要组成部分,它对电力系统安全稳定运行起着 极为重要的作用,没有继电保护的电力系统是不能运 行的。继电保护要达到及时切除故障,保证电力系统 安全稳定运行的目的,需要进行多方面的工作,包括 设计、制造、安装、整定计算、调试、运行维护等, 继电保护整定计算是其中极其重要的一项工作。 电力生产运行和电力工程设计工作都离不开整定 计算,不同部门整定计算的目的是不同的。电力运行 部门整定计算的目的是对电力系统中已经配置安装好 的各种继电保护按照具体电力系统参数和运行要求, 通过计算分析给出所南非的各项整定值,使全系统中 的各种继电保护有机协调地布置、正确地发挥
6、作用。 电力工程设计部门整定计算的目的是按照所设计的电 力系统进行分析计算、选择和论证继电保护装置的配 置和选型的正确性,并最后确定其技术规范。同时, 精品文档 . 根据短路计算结果选择一次设备的规范。 1.1.2 继电保护整定计算的基本任务 继电保护整定计算的基本任务,就是要对各种继 电保护给出整定值;而对电力系统中的全部继电保护 来说,则需编制出一个整定方案。 各种继电保护适应电力系统运行方式变化的能力 都是有限的,因而,继电保护整定方案也不是一成不 变的。对继电保护整定方案的评价,是以整体保护效 果的优劣来衡量的,并不着眼于某一套继电保护的保 护效果。必须指出,任何一种保护装置的性能都是
7、有 限的,或者说任何一种保护装置对电力系统的适应能 力都是有限的。当电力系统的要求超出该种保护装置 所能承担的最大变化限度时,该保护装置便不能完成 保护任务。 (一)继电保护整定计算的具体任务和步骤 (1) 绘制电力系统一次接线图。 (2) 根据一次接线图绘制系统阻抗图,包括正 精品文档 . 序、负序、零序网。 (3) 建立电力系统设备参数表:包括一次设备 的基础参数,二次设备的规范及保护配置情况。 (4) 建立电流互感器( TA ) 、电压互感器( TV ) 参数表,根据变压器的容量和线路的负荷情况确定TA 变比。 (5) 确定继电保护整定需要满足的电力系统规 模及运行方式变化限度, 各级母
8、线的综合阻抗 (最大、 最小方式)。 (6) 电力系统各点的短路计算结果。 (7) 根据整定原则,选取保护装置整定值。 (8) 建立各种继电保护整定计算表。 (9) 按保护功能分类,分别绘制出整定值图。 (10) 编写整定方案报告书, 着重说明整定的原 则问题、整定结果评价、存在问题及采取的对策。 (二)整定方案说明书 一般包括以下内容: 精品文档 . (1) 方案编制时间、电力系统概况。 (2) 电系统运行方式选择原则及变化限度。 (3)主要的、特殊的整定原则。 (4)方案存在的问题及对策。 (5) 继电保护的运行规定,如保护的停、投、 改变定值、改变使用要求以及对运行方式的限制要求 等。
9、(6) 方案的评价及改进方向。 1.1.3 继电保护整定计算的要求及特点 根据继电保护在电力系统中担负的任务,继电保 护装置必须满足以下4 个基本要求,即选择性、快速 性、灵敏性、可靠性。 (1) 选择性。电力系统中某一部分发生故障时, 继电保护的作用只能断开有故障的部分,保留无故障 部分继续运行,这就是选择性。实现选择性必须满足 两个条件:一是相邻的上一级在时限上有配合;二是 相邻的上下级保护在保护范围上有配合。 精品文档 . (2) 灵敏性。在保护装置的保护范围内发生的 故障,保护瓜的灵敏程度叫灵敏性,习惯上叫做作灵 敏度。灵敏度用灵敏系数来衡量,用Ksen表示。灵敏 系数在保证安全性的前
10、提下,一般希望越大越好,但 在保证可靠动作的基础上规定了下限值作为衡量的标 准。 (3) 速动性。短路故障引起电流的增大,电压 的降低,保护装置快速地断开故障,有利于减轻设备 的损坏程度,尽快恢复正常供电,提高发电机,并列 运行的稳定性。 (4) 可靠性。继电保护的可靠性主要由配置结 构合理,质量优良和技术性能满足运行要求的保护装 置及符合有关规程要求的运行维护和管理来保证。为 保证保护的可靠性,应注意以下几点: 1)保护装置的逻辑环节要尽可能少。 2)装置回路接线要简单, 辅助元件要少, 串联触 点要少。 精品文档 . 3)运行中的操作变动要少,改变定值要少。 4)原理设计合理。 5)安装质
11、量符合要求。 6)调试正确、加强定期检验。 7)加强运行管理。 要达到继电保护“四性”的要求,不是由一套保 护完成的。就一套保护而言, 它不能同时完全具备 “四 性”的要求。如电流保护简单可靠,具备了可靠性、 选择性,但速动性较差;高频保护具备了速动性、灵 敏性、选择性,但装置复杂,相对可靠性就差一些。 因此,要实现继电保护“四性”的要求,必须由一个 保护系统去完成,这就是保护系统概念。 对继电保护的技术要求,“四性”的统一要全面考 虑。由于电网运行方式、装置性能等原因,不能兼顾 “四性”时,应合理取舍,执行以下原则: (1) 地区电网服从主系统电网。 (2) 下一级电网服从上一级电网。 精品
12、文档 . b b b U S I 3 (3) 局部问题自行消化。 (4)尽可能照顾地区电网和下一级电网的需要。 (5)保证重要用户的供电。 1.2 整定计算的步骤和方法 1.2.1 采用标么制计算时的参数换算 采用标么制计算时,通常先将给定的发电机、变 压器、线路等元件的原始参数,按一定基准条件(即 基准容量和基准电压)进行换算,换算为同一基准条 件下的标么值,然后才能进行计算。 标么值 =实际有名值 / 基准值 标 么 制 计 算 中 ,基 准 条件 一 般选 基 准容 量 Sb=100MVA , 基准电压 Ub=Uav(Uav为电网线电压平均值)。 当 Sb、Ub确定后,对应的基准电流为
13、基准阻抗为 错误 ! 未指定书签。 当 Sb=100MVA 时,Ub、Ib、Zb值如表 1-1 所示。 表 1-1 基准电压、电流、阻抗对应表 b b b S U Z 2 精品文档 . Ub(kV) 0.4 6.3 10.5 37 115 230 Ib(kA) 144 9.16 5.5 1.56 0.502 0.251 Zb()0.016 0.397 1.1025 13.69 132.25 529 (1) 发电机等旋电机的换算,即 N b db S S XX * 式中 bX* 基准条件下的电抗标么值; dX 额定容量条件下的次暂态电抗标么 值; Sb、SN基准容量、额定容是,MVA 。 (2)
14、变压器短路电压Uk% 的换算,即 1)双绕组变压器 N bk b S SU X 100 % * 式中 Uk% 短路电压,其他符号含义同前。 dX 精品文档 . b Z* 2)三绕组变压器 % 2 1 % 低中 低高中高高 UUUU % 2 1 % 低高低中中高中 UUUU % 2 1 % 中高低中低高低 UUUU N b b S SU X 100 % * 高 高 N b b S SU X 100 % * 中 中 N b b S SU X 100 % * 低 低 (3) 线路阻抗换算(线路阻抗一般用有名值表示, Z=R jX,当 R 3 1 X中可取 Z= jX ) 2 av * U Z b b
15、 S Z 2 av * U X b b S X 精品文档 . 式中基准条件下的阻抗标么值; Z、X线路阻抗、电抗有名值,。其他符 号同前。 (4)电抗器百分电抗的换算,即 2 b * * U3100 % b N NN b S I UX X 式中 X*b基准条件下的电抗标么值; X*N% 电抗器额定电流、额定电压下的阻抗标么值 百分数; IN电抗器额定电流, kA; UN额定电压, kA; Sb、Ub基准容量,基准电压。 1.2.2必须使用实测值的参数 (1) 三相三柱式变压器的零序阻抗. (2)66kV 及以上架空线路和电缆线路的阻抗. (3) 平行线间的零序互感阻抗。 (4) 双回线的同名相
16、间的零序的差电流系数。 精品文档 . (5) 其他对断电保护影响较大的有关参数。 1.2.3 三相短路电流计算实例 【例 1-1】如某发电厂两台容量为6000kW 的汽轮发电 机,电压为 10kV,cos=0.8 ,次暂态电抗 Xd=0.135 6。一台容量为400 00 kVA 升压变压器 , 额定电压为 (38.5 22.5%)kV,联结组别为YNd11 ,阻抗电压 10.3%。经 35 kV 线路,在某 110 kV 变电站 35 kV 母 线并肉,线路导线型号为 LGJ-240,长度为 3km 。系统 至该 Xmax=4.327。 试计算 k1点三相短路流经 35kV线路、 升压变压器
17、的最大短路电流。 解:如图 1-3 所示为系统一次接线图。 精品文档 . (1) 参数换算及绘制阻抗图。 选取基准容量 Sb=100MVA, 基准电压 Ub=37kV,换算各元 件在基准条件下的标么值。 1)发电机 G1 、G2 808.1 8.0/6 100 1356.0 * N b db S S XX 2)变压器 2575.0 40 100 100 3.10 100 % * N bk b S SU X 3)线路 精品文档 . 经查 LGJ-240 导线每千米 R=0.13、X=0.358 2 av * U Z b b S Z 381.0358.013. 0Z 22 0.0835 37 10
18、0 33801.0 2 * bZ 将上述各元件标么阻抗按线图,绘出标么阻抗图,如 图 1-4 所示。 图 1-4 标么阻抗图 (2)短路电流计算。 K1点三相短路电流 8065.06465.2/1615.1 0835.0563.2/2575.0808. 1/808.1X 精品文档 . AI k 284.1934 8065.0 1560 3 1 经升压器的短路电流为 AI kT091.1343 1615.1 8065.0 284.1934 3 经 35kV线路的短路电流为 AI k458.589 6465.2 8065.0 284.1934 3 1.3 整定系数的分析与应用 继电保护的整定值一般
19、通过计算公式计算得出。 为使整定值符合电力系统正常运行及故障状态下的规 律,达到正确整定的目的,在计算公式中需引入各种 整定系数。整定系数应根据保护装置的构成原理、检 测精度、动作速度、整定条件以及电力系统运行特性 等因素来选择。 1.3.1 可靠系数 精品文档 . 由于计算、测量、调试及断电器各项误差的影响, 使保护的整定值偏离预定数值,可能引起误动作。为 此,整定计算公式中需引入可靠系数用Krel表示,如 图 1-5 所示。 图 1-5 系统图 断路器 QF1和 QF3装设电流保护时,其整定配合公式 为 21oprelop IKI 式中 Iop(1)所整定保护的动作电流; Iop(2)所整
20、定保护的下一级保护的动作电流; Krel可靠系数。 可靠系数的取值与各种因素有关: (1) 按短路电流整定的无时限保护, 应选用较大的系 数。 精品文档 . (2)按与相邻保护的整定值配合整定的保护,应选较 小的系数。 (3)保护动作速度较快时,应选用较大的系数。 (4)不同原理或不同类型的保护之间整定值配合时, 应选用较大的系数。 (5)感应型反时限电流、 电压保护, 因惰性较大,应 选用较大的系数。 如感应型反时限保护可靠系数为1.3 1.5 ;瞬时 段或速断电流保护为1.25 1.3 ;与相邻同类型过电 流保护为 1.1 1.2 。 1.3.2 返回系数 按正常运行条件量值整定的保护,例
21、如按最大负 荷电流整定的过电流保护,在受到故障量的作用动作 时, 当故障消失后不能返回到正常位置将发生误动作。 因此,整定公式中引入返回系数, 返回系数用 Kr表示。 对按故障量值和按自启动量值定的保护,则不考虑返 回系数。 精品文档 . 返回系数的定义Kr= 动作值 返回值 ,于是可得过量动 作的继电器 Kr1,欠量动作中的继电器Kr1,它们 的应用是不同的。 例如过电流保护整定公式为 maxL r rel op I K K I 式中 Krel可靠系数; Kr 返回系数; ILmax最大负荷电流。 返回系数的高低与断电器类型有关。电磁型继电 器的返回系数为 0.85 ,晶体管型、集成电路型以
22、及数 字微机型继电器(保护)返回系数较高,为0.85 0.95。 1.3.3 分支系数 多电源的电力系统中,相邻上、下两级保护间的 整定配合,还受到中间分支电源的影响,将使上一级 精品文档 . 保护范围缩短或伸长,整个公式中要引入分支系数。 分支系数用 Kbr表示。多电源系统接线如图1-6 所示。 图 1-6 多电源系统接线图 在 K点发生短路时,假设QF1及 QF2断电器的过 流保护均刚启动,即它们都处在灵敏度相等的状态下, 则有如下关系式 21 1 2 1 II I I I op op 设 21 1 II I kbr 则 精品文档 . 22 21 1 1opbropop IkI II I
23、I 电流分支系数是指在相邻线路短路时,流过本线 路的短路电流占流过相邻线路短路电流的份数。对过 电流保护来说,在整定配合上应选取可能出现的最大 分支系数。 低电压保护的分支系数与过电流保护的分支系数 不同,在整定配合上应选取可能出现的最小值。分支 系数的变代范围随电网结构的不同而不同,其值一般 在 02 之间。 距离保护的助增系数等于分支系数。且增系数将 使距增保护测量到的阻抗增大,保护范围缩短。在整 定配合上应选取可能出现的最小助增系数。当KZZ Ires.o (2-2) 式中 Id差电流; Ires.o拐点电流, 即开始出现制动作用的最小制 动电流; Iop.o差动元件的启动电流, 也叫最
24、小动作电流; S折线的斜率,通常也叫比率制动系数; Ires制动电流。 精品文档 . 二段折线式差动元件的动作特性曲线见图2-1。 图 2-1 二段折线式差动元件的动作特性曲线 (1)差动最小动作电流按躲过最大负荷条件下流 人保护装置的不平衡电流 TANerrelop nImUKKI ?min (2-3) 式中 IN变压器额定电流; nTA电流互感器的变比; Krel可靠系数,取1.3 1.5 ; Ker电流互感器的比误差(10P 型取0.03 2,5P 型和 TP型取 0.01 2); m 电流互感器变比未完全匹配产生的误差, 精品文档 . 初始取 0.05 ; U变压器调压引起误差,可取调
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