继电保护的整定计算Word文档格式.docx
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实践教学科科长(签名)系(部)主任(签名)
摘
要
继电保护整定计算是继电保护工作的一项重要内容对于高压电网的继电保
护装置在系统发生故障时应满足速动性选择性灵敏性和可靠性的要求其中除可
靠性的要求应由保护装置本身来完成外其它三项要求应由继电保护的整定计算
来满足随着现代电力系统的迅速发展电网规模日益扩大继电保护整定计算的工
关键词:
电网继电保护整定算
1绪论
1.1继电保护的作用
电力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源。
电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。
但是,电力系统的组成元件数量多,结构各异,运行情况复杂,覆盖的地域辽阔。
因此,受自然条件、设备及人为因素的影响,可能出现各种故障和不正常运行状态。
故障中最常见,危害最大的是各种型式的短路。
为此,还应设置以各级计算机为中心,用分层控制方式实施的安全监控系统,它能对包括正常运行在内的各种运行状态实施控制。
这样才能更进一步地确保电力系统的安全运行。
1.1.1继电保护的基本原理、构成与分类:
1.基本原理:
为区分系统正常运行状态与故障或不正常运行状态——找差别:
特征。
1增加故障点与电源间—>
过电流保护
2U降低—>
低电压保护
3
变化;
正常:
20°
左右—>
短路:
60°
~85°
—>
方向保护.
4Z=
模值减少
—>
阻抗保护
——电流差动保护
5I2、I0序分量保护等。
另非电气量:
瓦斯保护,过热保护
原则上说:
只要找出正常运行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.构成以过电流保护为例:
3.正常运行:
Ir=IfLJ不动
故障时:
Ir=Id>
IdzLJ动—>
SJ动(延时)—>
XJ动—>
信号
TQ动—>
跳闸
一般由测量元件、逻辑元件和执行元件三部分组成。
(1)测量元件
作用:
测量从被保护对象输入的有关物理量(如电流、电压、阻抗、功率方向等),并与已给定的整定值进行比较,根据比较结果给出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0”或“1”性质的一组逻辑信号,从而判断保护是否应该启动。
(2)逻辑元件
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,使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。
逻辑回路有:
或、与、非、延时启动、延时返回、记忆等。
(3)执行元件:
作用;
根据逻辑元件传送的信号,最后完成保护装置所担负的任务。
如:
故障时→跳闸;
不正常运行时→发信号;
正常运行时→不动作。
3.分类:
几种方法如下:
(1)按被保护的对象分类:
输电线路保护、发电机保护、变压器保护、电动机保护、母线保护等;
(2)按保护原理分类:
电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序保护等;
(3)按保护所反应故障类型分类:
相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断线保护、失步保护、失磁保护及过励磁保护等;
(4)按继电保护装置的实现技术分类:
机电型保护(如电磁型保护和感应型保护)、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护及微机型保护等;
(5)按保护所起的作用分类:
主保护、后备保护、辅助保护等;
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。
后备保护主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。
又分为远后备保护和近后备保护两种。
①远后备保护:
当主保护或断路器拒动时,由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。
②近后备保护:
当主保护拒动时,由本电力设备或线路的另一套保护来实现后备的保护;
当断路器拒动时,由断路器失灵保护来实现后备保护。
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。
1.2电力系统继电保护的基本要求
动作于跳闸的继电保护,在技术上一般应满足四个基本要求,即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。
1.选择性:
是指保护装置动作时,仅将故障元件从电力系统中切除,使停电范围尽量缩小,以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。
2.速动性:
是指快速地切除故障,以提高电力系统并列运行稳定,减少用户在电压降低的情况下工作的时间,以及小故障元件的损坏程度。
3.灵敏度:
是指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时,他不应该拒绝动作,而在任何其他该保护不应该动作的情况下,则不应该误动作。
4.可靠性:
是指在保护装置规定的保护范围内发生了它应该反应的故障时,保护装置应可靠地动作(即不拒动)。
而在不属于该保护动作的其它任何情况下,则不应该动作(即不误动)。
可靠性取决于保护装置本身的设计、制造、安装、运行维护等因素。
一般来说,保护装置的组成元件质量越好、接线越简单、回路中继电器的触点和接插件数越少,保护装置就越可靠。
同时,保护装置的恰当的配置与选用、正确地安装与调试、良好的运行维护。
对于提高保护的可靠性也具有重要的作用。
保护的误动和拒动都会给电力系统造成严重的危害,在保护方案的构成中,防止保护误动与防止其拒动的措施常常是互相矛盾的。
由于电力系统的结构和负荷性质不同,误动和拒动的危害程度有所不同,因而提高保护装置的可靠性的着重点在很多情况下也应有所不同。
例如,系统有充足的旋转备用容量、各元件之间联系十分紧密的情况下,由于某一元件的保护装置误动而给系统造成的影响较小;
但保护装置的拒动给系统在成的危害却可能很大。
此时,应着重强调提高不误动的可靠性。
又如对于大容量发电机保护,应考虑同时提高不拒动的可靠性和不误动的可靠性。
对继电保护装置的四项基本要求是分析研究继电保护的基础。
与此同时,电子计算机特别是微型计算机技术的发展,各种微机型继电保护装置也应运而生,由于微机保护装置具有一系列独特的优点,这些产品问世后深受用户青睐电流。
2继电保护方式选择与整定计算
2.1系统条件
2.1.1主接线
下图2-1为电力系统主接线。
该系统由发电厂的三台发电机经三台升压变压器由A母线与单侧电源环形网络相连,其电能通过电网送至B、C、D三个降压变电所给用户供电。
(图2-1)
2.相关数据
(1)电网中的四条110kV线路的单位正序电抗均为0.4Ω/kM;
(2)所有变压器均为YN,d11接线,发电厂的升压变压器变比为10.5/121,变电所的降压变压器变比为110/6.6;
(3)发电厂的最大发电容量为3×
50MW,最小发电容量为2×
50MW,发电机、变压器的其余参数如图示;
(4)系统的正常运行方式为发电厂发电容量最大,输电网络闭环运行;
(5)系统允许的最大故障切除时间为0.85s;
(6)各负荷容量按为其供电的降压变压器额定容量考虑,负荷自启动系数取1.5;
(7)各变电所引出线上的后备保护的动作时间如图示,△t=0.5s。
(8)系统中各110kV母线和变压器均设有纵差动保护作为主保护。
2.2三段式电流保护整定计算
计算网络参数:
选取基准功率SB=100MVA和基准电压为VB=Vav
最大运行方式下的最大电源阻抗:
最小运行方式下的最大电源阻抗:
2.2.1最大短路电流计算和整定计算
为计算动作电流,应该计算最大运行方式下的三相短路电流,为校验灵敏度要计算最小运行运行方式下两相短路电流。
为计算1OF、3OF、5QF、7QF的整定值根据如上系统图可知,最大运行方式要求8QF断开,等值阻抗图如下:
图2-2
(图2-2)
1)当K1点发生三相短路时,正序网络图如下:
图2-3
(图2-3)
正序阻抗:
基准电流:
基准阻抗:
三相短路的正序电流:
短路电流:
瞬时电流速断保护,即躲过本线路末端最大短路电流:
1OF电流一段整定值:
检验灵敏度系数:
由此可知灵敏度不够
同理可知:
2)当K2点发生三相短路时,正序网络图如下:
图2-4
(图2-4)
3OF电流一段整定值:
3)当K3点发生三相短路时,正序网络图如下:
图2-5
(图2-5)
5OF电流一段整定值:
4)7QF的整定,仅需要加一个功率方向继电器就可以了。
由上诉可知电流保护Ⅰ灵敏度不够,在经济条件允许的情况下,为了保证电力系统能更好的运行,且考虑电压等级为110KV,所以可以采用距离保护:
短路电流列表:
2.3距离保护原理
本保护包括三段式相间距离和三段式接地距离,分别用以切除相间故障和单相接地故障。
阻抗算法采用微分方程算法,阻抗特性采用多边形特性。
保护起动后,首先执行选相程序,当判断为相间故障时,执行相间距离逻辑;
当判断为单相故障时,执行接地距离逻辑。
保护逻辑完全符合“四统一”要求。
1.方向判别
当系统发生第一次故障时,利用电压记忆,保护准确判断Ⅰ~Ⅲ段任何故障类型的方向。
在振荡闭锁期间,如再发生故障,考虑到系统可能在振荡中记忆不可靠,故对各种不对称故障均采用负序方向元件把关。
当故障为三相短路时,振荡闭锁中的DZI段采用偏移特性,其偏移特性可由控制字选择内偏或外偏,而对振荡闭锁中的Ⅲ段距离继电器,其偏移特性固定为内偏。
阻抗特性偏移度如下:
X方向:
X定值>
1Ω时,取0.5Ω
X定值<
1Ω时,取1/2X定值
R方向:
取R定值/4与X偏移量之小者。
2.手合逻辑
当手合到故障线路时,如阻抗继电器在偏移Ⅳ内,则立即发永跳令。
3.非全相逻辑
当发生单相故障时,保护则同时不断计算二个健全相对地及二健全相间的阻抗,在任一阻抗有突变,且突变后的阻抗值在Ⅱ段范围内(此时Ⅱ段特性带偏移),确认健全相又发生了故障。
如故障转换发生在发出单跳令后,则立即三跳;
如在发出单跳令前,且故障在Ⅱ段,则转至相间距离逻辑。
4.振荡闭锁逻辑
(1)本保护振荡闭锁逻辑除设有常规保护所具有的短时开放Ⅰ、Ⅱ段及延时Ⅲ段外,还增设了按dz/dt原理构成的区分振荡中短路的逻辑,该原理动作条件如下:
a感受阻抗先有一个突变
b阻抗突变后又在0.2s内电阻分量保持变化很小
c阻抗0.2s均在Ⅰ段范围内
当满足上述三个条件后,保护出口跳三相。
(2)距离Ⅰ段和距离Ⅱ段可以通过控制字选择不经振荡闭锁。
5.交流电压断线和电流回路自检
(1)电压断线有两种情况:
不对称断线和三相完全断线。
1)不对称断线的判据为:
Ua+Ub+Uc-3U0>
7V
2)三相完全断线的判据为:
a.各相电压均小于8V
b.A相电流大于0.2A(5A制)
当保护判断出PT断线后,突变量方向及负序方向高频保护自动退出,但零序方向高频保护仍保留工作,只是将3U0自动切换为外接开口3U0。
(2)电流回路出错的判据为
Ia+Ib+Ic-3I0>
7A
电流回路出错后,闭锁本保护。
(3)为了在正常运行状态下,检查电流回路可能出现的分流情况(如大电流端子顶不开),保护还设置了另一判据,即
1)当Ia+Ib+Ic>
Iwi/4时(Iwi为无电流定值)
装置发呼唤信号,并打印“DLBPH”,但并不闭锁保护。
2)在PT断线情况下,高频距离自动退出,但高频零序仍保留工作,只是将自产3U0自动切换为外接3U0。
3)在交流回路出错时,距离保护自动退出。
6.整组复归
保护整组复归的条件为:
1)A相电流小于静稳破坏电流,即Ia<
Ijw
2)ZAB,ZBC,ZCA三个阻抗继电器在偏移Ⅳ外
3)零序电流连续12s动作不返回时,保护将呼唤打印“CTDX”并先闭锁I04元件再整组复归。
在零序电流消失后,I04元件自动投入。
7.跳闸逻辑
1)当保护判断出故障为区内单相故障时,则进入选跳回路,如重合方式允许单跳则发单跳令,驱动相应分相跳闸继电器和跳闸重动继电器TZDJ。
如不允许单跳,则发三跳令驱动三个分相跳闸继电器和三跳重动继电器3TZDJ。
2)如故障为相间故障,保护则发三跳令。
3)当单跳令发出后,开关未跳开前,又发生转换性故障则立即补发三跳令,并打印“DEVCK”。
4)当单跳令发出0.2s后,开关仍未跳开,则补发三跳令,并打印“HB3TCK”。
5)在非全相运行过程中,如健全相又发生了故障,则由方向保护发三跳令,并打印“DEVCK”。
6)当三跳令发出0.25s后,开关仍未跳开,保护则补发永跳令,驱动永跳继电器CKJR,并打印“HB3TCK”。
7)当永跳令发出5s后,开关仍未跳开,保护则收回跳闸令,告警并打印“HBRTSB”。
8)当开关重合后,则由距离加速发永跳令,单相永久故障打印“GBJSCK”,其它永久故障JSCK。
8.后加速逻辑
本保护设有如下加速功能:
1)瞬时加速Ⅱ段
2)瞬时加速Ⅲ段
3)1.5s延时加速Ⅳ段
4)重合后故障相电抗分量同第一次故障相近,且R分量在区内,瞬时加速以上加速功能可通过控制字投入或退出。
9.距离保护和重合闸:
距离保护和重合闸由CPU2实现。
1)起动
有三个部分起动CPU2进入故障测量程序
a)反应正负序综合电流工频变化量的过流继电器。
其中
为浮动门褴
b)零序过流继电器定值范围0.1I—0.5I
c)开关不对应起动,有操作开关KK在合后位置而跳闸位置继电器TWJ动作时进故障测量程序。
2)正常运行程序
3)检查开关位置状态
4)交流电压断线
5)轻负荷确认
正常运行时,若负荷电流小于0.1I,则确认为轻负荷,置轻负荷标志,作为重合闸的一项判据。
6)故障测量程序
a)低压距离当正序电压小于15%Un时,进低压距离程序,这时只可能有三相短路和系统振荡二种情况。
系统振荡由振荡闭锁回路区分,这里只需考虑三相短路,三相短路时,三个相阻抗和三个相间阻抗性能一样,因此,仅测量相阻抗。
一般情况下个阻抗一样,但为了保证母线故障转换至线路构成三相故障时仍能快速切除故障,对三相阻抗进行计算,任一相动作跳闸时选为三相故障。
低压距离继电器比较工作电压和极化电压相位:
工作电压:
2.3.1距离保护的基本特性和特点
(1)距离保护的基本构成
距离保护是以反映从故障点到保护安装处之间阻抗大小(距离大小)的阻抗继电器为主要元件(测量元件),动作时间具有阶梯性的相间保护装置。
当故障点至保护安装处之间的实际阻抗大雨预定值时,表示故障点在保护范围之外,保护不动作当上述阻抗小于预定值时,表示故障点在保护范围之内,保护动作。
当再配以方向元件(方向特性)及时间元件,即组成了具有阶梯特性的距离保护装置。
(2)距离保护的应用
距离保护可以应用在任何结构复杂、运行方式多变的电力系统中,能有选择性的、较快的切除相间故障。
当线路发生单相接地故障时,距离保护在有些情况下也能动作;
当发生两相短路接地故障时,它可与零序电流保护同时动作,切除故障。
因此,在电网结构复杂,运行方式多变,采用一般的电流、电压保护不能满足运行要求时,则应考虑采用距离保护装置。
(3)距离保护各段动作特性
距离保护一般装设三段,必要时也可采用四段。
其中第I段可以保护全线路的80%~85%,其动作时间一般不大于0.03~0.1s(保护装置的固有动作时间),前者为晶体管保护的动作时间,后者为机电型保护的动作时间。
第II段按阶梯性与相邻保护相配合,动作时间一般为0.5~1.5s,通常能够灵敏而较快速地切除全线路范围内的故障。
由I、II段构成线路的主要保护。
第III(IV)段,其动作时间一般在2s以上,作为后备保护段。
(4)距离保护装置特点
1)由于距离保护主要反映阻抗值,一般说其灵敏度较高,受电力系统运行方式变化的影响较小,运行中躲开负荷电流的能力强。
在本线路故障时,装置第I段的性能基本上不受电力系统运行方式变化的影响(只要流过装置的故障电流不小于阻抗元件所允许的精确工作电流)。
当故障点在相邻线路上时,由于可能有助增作用,对于地II、III段,保护的实际动作区可能随运行方式的变化而有所变化,但一般情况下,均能满足系统运行的要求。
2)由于保护性能受电力系统运行方式的影响较小,因而装置运行灵活、动作可靠、性能稳定。
特别是在保护定值整定计算和各级保护段相互配合上较为简单灵活,是保护电力系统相间故障的主要阶段式保护装置。
2.4相间距离保护装置各保护段定值配合的原则
2.4.1距离保护定值配合的基本原则
距离保护定值配合的基本原则如下:
(1)距离保护装置具有阶梯式特性时,起相邻上、下级保护段之间应该逐级配合,即两配合段之间应在动作时间及保护范围上互相配合。
距离保护也应与上、下相邻的其他保护装置在动作时间及保护范围上相配合。
例如:
当相邻为发电机变压器组时,应与其过电流保护相配合;
当相邻为变压器或线路时,若装设电流、电流保护,则应与电流、电压保护之动作时间及保护范围相配合。
(2)在某些特殊情况下,为了提高保护某段的灵敏度,或为了加速某段保护切除故障的时间,采用所谓“非选择性动作,再由重合闸加以纠正”的措施。
当某一较长线路的中间接有分支变压器时,线路距离保护装置第I段可允许按伸入至分支变压器内部整定,即可仍按所保护线路总阻抗的80%~85%计算,但应躲开分支变压器低压母线故障;
当变压器内部发生故障时,线路距离保护第I段可能与变压器差动保护同时动作(因变压器差动保护设有出口跳闸自保护回路),而由线路自动重合闸加以纠正,使供电线路恢复正常供电。
(3)采用重合闸后加速方式,达到保护配合的目的。
采用重合闸后加速方式,除了加速故障切除,以减小对电力设备的破坏程度外,还可借以保证保护动作的选择性。
这可在下述情况下实现:
当线路发生永久性故障时,故障线路由距离保护断开,线路重合闸动作,进行重合。
此时,线路上、下相邻各距离保护的I、II段可能均由其振荡闭锁装置所闭锁,而未经振荡闭锁装置闭锁的第III段,在有些情况下往往在时限上不能互相配合(因有时距离保护III段与相邻保护的第II段配合),故重合闸后将会造成越级动作。
其解决办法是采用重合闸后加速距离保护III段,一般只要重合闸后加速距离保护III段在1.5~2s,即可躲开系统振荡周期,故只要线路距离保护III段的动作时间大于2~2.5s,即可满足在重合闸后仍能互相配合的要求。
2.5距离保护装置阻抗继电器的接线方式和整定阻抗
1.阻抗继电器的接线方式
阻抗继电器的电流及电压回路的介入,有各种不同的接线方式,譬如:
有接入相电压和相电流的;
有接入相间电压和相电流之差的;
有接入相间电压和相电流的等等。
对于不同的接线方式,在各种类型的短路故障情况下,继电器端子上所测得的阻抗值是不同的。
2.阻抗继电器的整定阻抗
在进行距离保护装置的定值计算时,首先按照计算原则及要求,算出各保护段的一次整定阻抗值。
计算的结果用线路的一次正序相阻抗表示。
这样就可给出距离保护定值配置图,并根据实际情况和习惯可以按以下几种不同方式给出调试用定值。
第一种方式:
根据所计算出的距离保护各段的一次定值,直接给出距离保护各段的“整定阻抗”
。
该定值为当线路三相短路时,从保护区末端至保护安装处每相线路正序阻抗的一次欧姆值。
至于考虑由该一次“整定阻抗”换算至电流互感器及电压互感器二次侧的“整定阻抗”以及继电器接线系数等因素影响时的计算工作,均由实验部门根据实际情况确定。
这种方式给出保护定值的优点是,概念清楚、不易发生差错;
其缺点是,要求调试者熟悉一、二次定值的换算关系,给调试单位增加了一些工作量。
第二种方式:
根据电流互感器及电压互感器的变化,结合继电器的接线系数,按下式
算出在三相短路故障方式下,阻抗继电器的二次“整定阻抗”值,并依次给出各保护段的整定值,
(2-1)式中
——阻抗继电器的二次整定阻抗(Ω/相);
——距离保护的一次整定阻抗(Ω/相);
、
——分别为流互感器和电压互感器的变比;
——三相短路时,阻抗继电器的接线系数,对于
的
接线方式,当三相短路时,
;
对
接线,则
第三种方式:
按照已选的电流互感器及电压互感器变比,给出从保护赶为末端至保护安装处之间线路正序相阻抗的二次值(即换算至电流互感器及电压互感器二次侧的正序相阻抗),可按下式计算为
(2-2)式中
——距离保护的二次整定阻抗(Ω/相);
——距离保护的一次整定阻抗(Ω/相);
——分别为电压互感器,电流互感器的变化。
上式中的整定阻抗为从保护范围末端至保护安装处之间的一个假想的二次正序相阻抗,它不考虑继电器的接线系数(即继电器的接线方式),在其整定值的通知单中应加以说明。
根据通知单中的“整定值”,调试单位在调试时应结合继电器的具体接线方式及实验方法进行。
根据LFP-901A型微机保护的特点,采用第三种方法计算。
2.6距离保护整定计算
2.6.1整定计算
(1)距离保护I段整定计算
躲过本线路的末端相间故障。
(2-3)式中,
—线路本侧断路器处距离保护Ⅰ段的整定阻抗,且整定阻抗角与线路阻抗角相同;
—距离保护第Ⅰ段的可靠系数,取0.8-0.85;
—线路的正序阻抗.
距离保护第Ⅰ段动作时间为:
=0s
(2-4)距离保护第Ⅰ段灵敏度用保护范围表示,即为被保护线路全长的80%--85%.
(2)距离保护第Ⅱ段的整定:
1)与相邻变压器的纵差保护配合,有:
(2-5)式中,
—距离保护第段的可靠系数,取0.8—0.86;
—距离保护第段的可靠系数,
;
—相邻变压器的正序阻抗
—相邻变压器另侧母线短路时流过变压器的短路电流与被保护线电流之比的最小值.
2)与相邻线路距离保护第Ⅰ段整定值配合,有
(2-6)
—分支系数最小值,为相邻线第Ⅰ段距离保护范围末端短路时流过故障线电流与保护线电流之比的最小值.
取之中最小值
距离保护第Ⅱ段灵敏度:
(2-7)
>
1.3-1.5
(3)相间距离保护第Ⅲ段的整定:
1)被保护线路的最小负荷阻抗,有
当采用方向阻抗元件
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