35kV变电站保护定值的计算

35kV变电站保护定值的计算第十六章各单元保护定值计算16-1继电保护装置是电力系统重要二次设备，它对电力系统安全稳定地运行起着重要的作用。电力系统对继电保护装置的要求是快速性、可靠性、选择性。要满足这三点要求，除选用性能良好的继电保护装置外，还必须正确地进行整定。性能再好的保护装置，如整定不正确，也不能正确地完成保护功能。本章就采用微机保护装置的35kV变电站的线路、主变、电容等设备的保护定值的计算，作简单的介绍，以帮助用户正确地进行35kV变电站，继电保护装置进行整定，充分发挥各种保护装置的作用，保证变电站设备的安全和可靠、经济、稳定运行。§16-1线路保护整定值的计算对于35KV及以下电压等级电力系统，一般为中性点不直接接地系统，其线路保护，通常采用反应故障时电压、电流的三段式电流保护。第Ⅰ段电流保护为瞬时电流速断保护、第Ⅱ段为限时电流速断保护、第Ⅲ段为过流保护；第Ⅰ段及第Ⅱ段电流保护构成本线路的主保护，过流保护为后备保护。当电流第Ⅰ段、第Ⅱ段保护灵敏系数不够时，可采用电流闭锁电压速断保护，如过流保护作远后备时的灵敏系数不够，可带低电压或复合电压启动。如果被保护线路为双侧电源时，应加方向闭锁，以防止在保护设置处后方发生短路时保护误动。电流、电压整定值受电网结构及运行方式影响较大，整定值的准确计算比较复杂，下面以图16-1所示的单侧电源环网供电电网，母线B、C间断路器5QF的保护为例，简单介绍采用EDCS-6110单元线路的各种保护整定值的计算。16-1.1电流速断保护整定值Isdz1的计算电流速断保护为无时限保护，其动作时间为保护装置的固有动作时间，按“规程”规定微机保护的固有动作时间为40ms以下。一．电流速断保护的整定计算第十六章各单元保护定值计算16-21.电流速断保护动作电流整定值Iszd1的基本计算公式：根据保护的选择性要求，电流速断保护只有在本线路内发生短路时才动作，为使计算简单，通常取线路末端母线（母线C）短路来计算线路短路电流Idmax，考虑到末端母线上其它线路近端短路时，短路电流与母线短路电流接近，为保证电流速断保护不误动，则电流速断保护电流整定值为：为电流速断保护的可靠系数，一般取1.2～1.3。为最大运行方式下，线路末端三相短路的最大电流。可靠系数系考虑以下因素的影响而设置a．躲过末端母线（母线C）上其它线路近端短路的短路电流b．短路电流的计算误差c．短路时非周期分量的影响d．留有一定裕度2．三相短路电流的计算三相短路电流的计算公式为：Ext——系统电源的等效相电势Zxt——系统等效相阻抗，即保护安装处到电源间的等效阻抗，包含保护安装处后方)3(max1dIKszdIKILdxtxtdZZEIⅠKK)3(maxdIⅠKK16-1单侧电源环网供电网络图1QF3QF2QF4QF5QF7QF11QF9QF6QF8QF10QFABC1D2（16-1）第十六章各单元保护定值计算16-3输电线路阻抗、变压器阻抗、发电机阻抗等。ZLd——被保护线路短路点到保护安装处的阻抗，其值为ZLd＝Z1·L，Z1为线路单位长度的阻抗，L为线路长度，计算整定值时，L为线路全长Lmax，故计算整定值中的公式为：3．运行方式对短路电流的影响：电力系统运行方式不同，流过保护装置的短路电流也不同，流过保护装置短路电流最大的运行方式，称为最大运行方式，短路电流最小的运行方式称为最小运行方式，对于附图1中保护5（即5QF处装设的保护），全部电源投入且开网（3QF或7QF断开）运行时为最大运行方式，只投入内阻较大的一个电源、环网闭网运行（全部QF投入）为最小运行方式，但对于9、10、11QF保护，闭网运行时为最大方式，开网运行为最小方式。a.最大运行方式短路电流计算，最大运行方式下，C母线短路时流过保护5的电流计算公式为：式中：ZEXt——电源等效内阻抗，等于两个电源内阻的并联值，即：b．最小运行方式下，短路电流的计算：最小运行方式下，流过保护5的短路电流计算公式，以电源E1投入为例。二．电流速断保护的有效保护范围由于电流速断保护的整定值大于末端最大短路电流，故不能保护线路全长，在电流速断保护有效范围末端，最小运行方式下，两相短路时，其短路电流等于电流速断整定值Iszd1。即：max1)3(maxLZZEIxtxtdBCABExtxtmdZZZEI.max21//EEExtZZZBCABExtndZZZEI1.max1EDCADDCADBCABExtZZZZZZZZ1min1max)2(min23szdxtdILZZExtI（16-2）)3(maxdI第十六章各单元保护定值计算16-4由此解得，电流速断保护的最小长度为：式中：——最小运行方式下的系统等效阻抗电流速断保护的有效范围为：，一般Kx应≥15％为校验简单起见，可计算出在最小运行方式下，线路15%处两相短路时的最小短路电流，用是否大于1来校验电流速断保护是否符合灵敏度要求，KLm越大保护范围也越大。16-1.2限时电流速断保护整定值的计算一．限时电流速断保护的作用限时电流速断保护用来切除本线路电流速断保护范围以外的全长范围内的故障，并对末端短路有足够的灵敏度。限时电流速断保护是线路的主保护。二．限时电流速断保护的电流整定值计算限时电流速断保护的最大保护范围为下级保护的电流速断保护的最小范围，如保护5的限时电流速断保护范围为保护10的速断保护的最小范围。故其电流整定值为：——某线路限时电流速断保护整定值——下一级线路电流速断整定值——限时电流速断可靠系数：一般取1.1～1.2三．分支电路对限时电流速断保护电流定值的影响由于限时电流速断保护要与下一经线路的电流速断保护配合，在有分支电路时流过本保护与下一级保护的电流不同，故分支电路对限时电流速断保护的定值有较大影响。1.有源支路对限时电流速断保护定值的影响：以附图2a所示电网为例，说明有源分支电路对限时电流速断定值的影响。图16-2a所示电网的等效电路如图16-2b。图中ZA为电源A的等效内阻，ZB为电源B的等效内阻，ZAB和ZBC分别为线路AB与BC段的阻抗，在线路2的d点发生短路时，ZBC1为母线B到d点的阻抗，则流过线路1的电流为：max11min231xtszdxtZIEZL%100minABXLLKmszdKnszdIKI12Ⅱ2.szdImszdI.1ⅡKK（16-3）)2(minDIszdDLmIIK/)2(min（16-4）maxxtZ第十六章各单元保护定值计算16-5BABABABBAfzZZZZZZZK111式中：为分支系数，在有源分支电路时，分支系数1，流过保护1的电流小于流过保护2的电流。2．无源并联支路对限时电流速断保护整定值的影响：以图16-3所示电网为例，在线路2中的d点短路时，流过线路1的电流为：fzdABBABddKIZZZZII2121ZAZBZBC1ZBC2ZABBCAdD16-2(b)图2(a)的等值电路AB16-3具有无源并联支路的供电网CAB12d3456xtExt116-2(a)带有源支路的供电网络图ACB1dAB1第十六章各单元保护定值计算16-6式中：L2为母线B到短路点d的距离。式中：为分支系数，在有无源并联分支电路时，Kfz1，即流过保护1的电流大于流过保护2的电流。3．考虑分支电路影响后，限时电流速断保护的整定值计算：考虑分支电路影响后，限时电流速断保护的整定值计算公式为：式中：I2zd1为线路2的电流速断整定值，按电流Ⅰ段保护末端发生两相短路时的最小电流计算：式中:Ext——电源等效电势Z1——线路2、线路3单位长度的阻抗值——线路2电流Ⅰ段的有效保护长度四.限时电流速断保护时限的选择限时电流速断的动作时限，应比下一级线路电流速断保护的动作时限，高一个时间阶梯，即：从保护速动性来讲，Δt应越小越好，但为了保证保护的可靠性及选择性，Δt不能太小，Δt中包含如下一些时间：1.下一级保护动作后，断路器的动作时间及熄弧时间tQF.M，一般为0.20s左右。2.本级保护时间正误差tw，如为微机保护，误差0.05s。3.考虑留一定裕度ty，一般ty取0.05～0.15s。故Δt＝tQF.M+tw+ty=0.1+0.05+0.10=0.25，一般取0.3～0.5s为宜。采用微机保护时，电流速断的固有动作时间≤50ms，故121221zdfzKzdKzdIKKIKIⅡⅡBCIBCIBCIABExtxtzdZLZZLZZLZZZEI222//2321212112IL2tttImnⅡsttttImn5.0~3.0ⅡfzdBCBCddKIZLZZII2212122BCBCBCfzZLZZLZZK21222121（16-5）（16-6）第十六章各单元保护定值计算16-7五．限时电流速断保护的灵敏系数限时电流速断保护灵敏系数的计算公式为：式中:——线路末端两相金属性短路时的最小电流Iszd2——限时电流速断整定值KLm之值按规程规定为1.3～1.5，线路越长，KLm越小，一般200Km以上取1.3，50～200K取1.4，50Km以下取1.5。对于短线路，如灵敏度不符合要求，则应考虑采用纵联差动保护，以实现全线路的速动保护。16-1.3过电流保护一．过电流保护的作用在电流、电压型保护中，过电流保护有3个作用1．作为后一级电路保护的远后备，即当后一级线路主保护拒动或断路器失灵时，由前一级的过电流保护来切除故障。2．作为本线路主保护的近后备，即当本线路发生故障而电流Ⅰ、Ⅱ段保护拒动时，由过流保护切除故障。3．作为网络终端或不重要线路的主保护。二．过电流保护电流整定值的计算正常运行时保护不应动作，即按躲过最大负荷电流整定，即：式中：Kfi为电流返回系数，是考虑电流继电器吸合后返回时的电流小于吸合电流及故障时电流会随时间增加而下降后，保证过流动作可靠的一个系数，从保护启动后外部故障切除时能可靠返回考虑，Kfi越大越好，从故障后，随着时间增加，因过渡电阻增大而故障电流变小也能可靠动作考虑，Kfi越小越好，一般取0.85～0.95。另外，故障时，母线电压下降，电动机将停转，外部故障切除初期，母线电压恢复，剩余负荷中的电动机将自启动，自启动电流为：式中If为剩余负荷的电流。2)2(minszddLmIIKfifhgzdKIImax.fhzqzqIKI（16-7）（16-8）)2(mindI第十六章各单元保护定值计算16-8考虑上述因数后，过电流保护的整定值为：式中：——过流保护的可靠系数，一般取1.15～1.25Kzq——自起动系数，具体数值由负荷性质及网络结构决定，一般在1～3之间。三．过电流保护动作时限的确定为保证过电流保护的选择性，过电流保护的时限应比下一级线路过流保护最大时限大一个时间阶梯，即：式中：为下一级各线路中，过流保护动作时限最大的一条线路的过流时限，Δt为时间阶梯，一般取0.5s。四．过流保护的灵敏系数及其配合1.过电流保护作为近后备时灵敏系数的计算：过电流保护作近后备时灵敏系数按系统最小运行方式下，本线路末端两相短路时的最小电流来校验，对图16-4所示的单侧电源幅射电路中保护2而言，为B母线两相短路时的电流来校验，即：式中Igzd2为保护2之过电流整定值，Zxt.max为最小运行方式下电源的最大等效阻抗。按“继电保护及安全自动装置规程”规定过电流保护的近后备灵敏系数为1.3～1.5。2.过电流保护作为远后备时的灵敏系数计算：过电流保护作为远后备时的灵敏系数，按下一级线路末端两相短路时的最小电流来校验，对于图16-4中的保护2，按C母线两相短路来校验，即：ⅢKKtttgmngmax..BCABdXtdZZZEI3min3minfifhzqKfhzqKzqKgzdKIKKIKKIKImax.ⅢⅢⅢABxtxtdZZEImax.2min23ABC（16-9）（16-10）max.gmt1Ext