保护、定值计算原理

保护、定值计算原理第一部分继电保护原理•一、电力系统继电保护的概念及作用•（一）、电力系统继电保护•电力系统继电保护是继电保护技术和继电保护装置的统称。•继电保护技术是一个完整的体系，它主要包括电力系统故障分析、各种继电保护原理及实现方法、继电保护的设计、继电保护运行及维护等技术。•继电保护装置是完成继电保护功能的核心：继电保护装置就是能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。•（二）、电力系统的故障和不正常运行状态。•1、故障：各种短路（d(3)、d(2)、d(1)、d(1-1)）•和断线（单相、两相），其中最常见且最危险的是各种类型的短路。•2、短路故障的危害•电流I增加危害故障设备和非故障设备；•电压U降低或增加影响用户的正常工作；•破坏系统稳定性，使事故进一步扩大（系统振荡，电压崩溃）•发生不对称故障时出现I2，使旋转电机产生附加发热；发生接地故障时出现I0，对相邻通讯系统造成干拢。•3、不正常运行状态•电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障的运行状态。如：过负荷、过电压、频率降低、系统振荡等。•（三）、电力系统继电保护的作用•1、当电力系统发生故障时，自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，故障元件免于继续遭到破坏，保证其它元件无故障设备迅速恢复正常运行；•2、反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（例如有无经常值班人员）动作于发出信号、减负荷或跳闸。•二、继电保护的基本原理、构成与分类•（一）、基本原理•1、原则上说只要找出正常与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征（差别），即可找出一种原理，且差别越明显，保护性能越好。•2、为区分系统正常运行状态与故障或不正常运行状态----必须找出两种情况下的区别。•电流I增加：故障点与电源间------过电流保护•电压U降低：母线电压--------------低电压保护•相位变化。正常时为负荷的功率因数角一般为0-300左右；短路时为输电线路的阻抗角一般为60-850左右---向方保护•测量阻抗降低，模值减少-----阻抗保护•双侧电源线路外部故障I入=I出：内部故障I入≠I出：------电流差动保护。•反映负序、零序的序分量保护等。•非电气量：瓦斯保护，过热保护•（二）、保护装置的构成（以过电流保护为例）。•一般由测量部分、逻辑部分和执行部分构成。•1、测量部分：测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流、电压、阻抗、功率等）并与给定的整定值进行比较，根据比较结果给出“是“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否该动作。•2、逻辑部分：根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，便保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。•逻辑元件有：或、与、非、延时启动、延时返回、记忆等。•3、执行部分：根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所负担的任务。故障时----跳闸；不正常运行时----发信号；正常运行时---不动作。•（三）、分类•1、按照保护原理分类：过电流保护、低电压保护、过电压保护、功率方向保护、阻抗保护、差动保护、暂态分量保护、非电气量保护。•2、按照故障类型分类：相间故障保护、接地故障保护、匝间短路保护、非全相运行保护（如断相）等。•3、按照保护所起的作用分类：主保护：满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。后备保护（近后备、远后备）：主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。辅助保护：为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。比如母线的充电保护。•4、按被保护设备分类：线路保护、发电机变压器保护、变压器保护、母线保护、断路器失灵保护、电动机保护等。•5、按保护装置的硬件结构分类：电磁保护、晶体管型保护、集成电路型保护、微机型保护。•三、对电力系统继电保护的基本要求•对于反映电力系统故障而作用于断路器跳闸的继电保护，电力系统对其的基本要求为具有选择性、速动性、灵敏性和可靠性。•（一）、选择性，指继电保护动作时，仅将故障元件或线路从电力系统中切除，使系统无故障部分继续运行。选择性就是故障点在区内就动作，在区外不动作。当主保护未动作时，由近后备或远后备切除故障，使停电面积最小。•（二）、速动性，指继电保护以允许而又可能的最快速度动作于断路器的跳闸，断开故障元件或线路。•快速切除故障的好处：1.提高系统稳定性；2.减少用户在低电压下的动作时间；3.减少故障元件的损坏程度，避免故障进一步扩大。•一般的快速保护动作时间为0.06~0.12s，最快的可达0.01~0.04s。•一般的断路器的动作时间为0.06~0.15s，最快的可达0.02~0.06s。•切除故障的最快时间为：0.03~0.1s。•（三）、灵敏性，继电保护对设计规定的保护范围内发生故障及异常运行状态的反映能力。•一般指在最不利的条件下，保护装置对故障的反映能力。•对反应于数值上升而运行的过量保护（如电流保护）•对反映于数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护）dzdIIminKlm保护的动作参数算值路时故障参数的最小计保护范围末端金属性短maxlmKddzUU算路时故障参数的最大计保护范围末端金属性短保护的动作参数•（四）、可靠性，对电力系统继电保护的最基本性能要求，即要求保护在应动作时，不拒动；保护在不应动作时，不误码动。•影响可靠性有内在的和外在的因素•1、内在的：装置本身的质量，包括元件的好坏、结构设计的合理性、制造工艺水平、内外线简明，触点多少等。•2、外在的：运行维护水平、安装调试是否正确。•四、继电保护的发展•1、原理发展方面：1901年：过电流保护，1908年：电流差动保护；1910年：方向性电流保护；1920年：距离保护；1927年：高频保护；50年代：微波保护；70年代：行波保护、暂态保护。•2、硬件方面：机电型（电磁型、感应型、电动型）--------50年代--------电子型（晶体管、集成电路）-----90年代------微机型•3、继电保护及自动装置技术未来趋势是向计算机化、网络化、测控一体化发展。第二部分定值计算•一、牵引变电所保护配置及计算•1、主变配置的保护有：差动速断、差动、三相低电压过电流、单相低电压过电流、进线失压、重瓦斯，设置为跳闸；轻瓦斯、过负荷、主变过热，设置为告警；主变故障自投、线路失压自投。•具备条件投入：零序过电流、压力释放，设置为跳闸；主变通风、油位过高过低，设置为告警。•2、馈线：电流速断、阻抗I段、阻抗II段，电流增量（高阻I段），设置为跳闸；PT断线有自适应功能的保护装置设为告警和闭锁、无该功能的设为告警；重合闸。•3、电容：电流速断、差电流、差电压、低电压，设置为跳闸。过电流、谐波过电流、过电压保护，各段可视本段实际情况投入，但过电流、谐波过电流必须投入一项，设置为跳闸。•二、主变保护定值计算•（一）电量保护•1、差动速断保护•（1）整定原则：按躲过牵引变压器空载投入时或短路故障切除后电源电压恢复正常时的最大励磁涌流进行整定（最大励磁涌流按7～10倍变压器额定电流计算，一般取为8倍）。•（2）整定计算•式中：Ie：变压器一次侧额定电流，ＮL：一次侧流互变比。•2、二次谐波闭锁的比率差动保护•（1）整定原则：差动电流保护应可靠躲过区外故障最大不平衡电流，满足灵敏度要求。•（2）整定计算NIILeDZ)10~7(•1)差动电流的整定•式中：Kj：接线系数（差动保护二次接线系数，流互△接Kj=1.732，流互Y接Kj=1）。Kk：可靠系数，取1.2，Ie：一次侧变压器额定电流，ＮL：一次侧流互变比。•2)二次谐波闭锁比例系数的整定：按15%进行整定。•3)平衡系数的整定：应根据各厂家说明书进行计算。NIKKILejKdz)8.0~5.0(•4）制动电流（拐点）及制动系数（斜率）•比率制动一般有2段式、3段式，其中：I1为第一段比率制动电流，一般设置为Ie×Kj/高压侧流互变比；I2为第二段比率制动电流，一般设置为3Ie×Kj/高压侧流互变比；K1为第一段比率制动系数，整定为0.3～0.5；K2为第二段比率制动系数，整定为0.5～0.7。•3、主变高压侧或低压侧低电压启动过电流保护•（1）整定原则：过电流保护的电流定值按躲过主变高压侧或低压侧额定电流整定，低电压保护的电压定值按躲过27.5kV母线最低工作电压整定。•（2）整定计算•1）起动电流整定•式中：ＫK=1.2（可靠系数），Ie：变压器高压侧或低压侧额定电流，Ｋf=0.9（返回系数），ＮL—高压侧或低压侧流互变比。NKIKILfeKdz•出现PT断线的情况，对具备自动抬高过电流功能的保护装置应按躲过最大负荷电流进行整定，按末端最小短路电流进行校核，当灵敏度不能满足时，应降低整定值来满足灵敏度要求。•2）动作电压整定：•式中：ＫK=1.15（可靠系数），Umin：最大负荷时的母线最低工作电压，Ｋf=1.05～1.1（返回系数），Ｎy—压互变比。yfkmindzNKKUU•3）灵敏度校验•低电压过电流保护主要校验低电压起动元件的灵敏度：•计算出系统在最大运行方式下，供电臂末端的短路电流Idmax，这时最大母线短路电压Udmax为：•Z为供电臂阻抗（全长）•按远后备保护灵敏度设定，不得小于1.2。ymaxmaxN/ZIUddmaxddzUU灵敏度•（3）整定时限：27.5kV侧应按馈线阻抗II段保护时限+△t（0.2～0.3）整定(综合自动化取0.2，110kV侧应27.5kV侧时限+0.3s，但应满足电力系统保护配合要求)。•4、零序过电流保护•（1）整定原则：作为变压器及相邻元件接地故障的后备保护，可按主变额定电流整定。•（2）整定计算•式中：Ｋk=1.2（可靠系数），Ｉe：变压器高压侧额定电流，Ｋf=0.9（返回系数），ＮL：高压侧流互变比•（3）整定时限：3～5S。%70fLekdzkNIKI•5、过负荷•（1）整定原则：按主变额定电流整定。•（2）整定计算•式中：Ｋk=1.2～2（可靠系数,由于我局牵引负荷较重,因此允许最大为2），Ｉe：变压器一次侧额定电流，Ｋf=0.9（返回系数），ＮL：一次侧流互变比•（3）整定时限：9～30S。KNIKIfLeKdz•6、进线失压保护•（1）整定原则：按额定电压整定。•（2）整定计算•式中：Ue：110kV进线额定电压，Ｋk=1.2（可靠系数），Ｋf=1.1（返回系数），Ｎy—压互变比•（3）整定时限：根据电力系统情况整定，一般取3～6s。NKKUUyfKedz6.0•（二）非电量保护•1、瓦斯保护•（1）轻瓦斯保护整定：250～300毫升。•（2）重瓦斯保护整定：一般变压器0.6～1米/秒；强迫油循环变压器1.1～1.4米/秒。•2、主变通风和过热(原则上按下列温度整定,各供电段可以根据具体运行情况和厂家要求适当修定)。•（1）起动通风：65℃或55℃。•（2）停止通风：55℃或45℃。•（3）主变过热：70℃。•三、馈线保护定值计算•阻抗保护作为主保护，电流速断和电流增量作为辅助保护；对于非重载的、负荷较轻（最大负荷电流远小于供电臂末端短路电流）的线路，电流速断保护可作为馈线的主保护并按躲过最大负荷电流进行整定。•在复线牵引网中，由于备用断路器分别要投入到供电臂的上行或下行线路中，为了增加供电系统的灵活性，一个供电臂的上、下行馈线的整定值应尽量相同。•（一）电流速断保护•1、整定原则：①单线牵引网不带开闭所、复线牵引网在分区所开环运行时，按躲过最大负荷电流Ifmax进行整定。②单线牵引网末端带开闭所、复线牵引网分区所闭环运行时，按躲过供电臂末端（分区亭进线）的最大短路电流Idmax进行整定。•2、整定计算•（1）单线牵引网不带开闭所、复线牵引网在分区所开环运行时：••式中：Kk=1.2（可靠系数），Ifmax：馈线