相间短路保护的整定计算原则

第一讲 线路保护整定计算

1）三个电压等级各选一条线路进行线路保护整定 2）110千伏线路最大负荷电流可根据给定条件计算，35和10千伏线路可按300安计算。

第一节 10千伏线路保护的整定计算

原则：

电流保护具有简单、可靠、经济的优点。对35千伏及以下电网，通常采用 三段式电流保护加重合闸的保护方式，对复杂网络或电压等级较高网络，很难满足选择性、灵敏性以及速动性的要求。

整定计算：

对10千伏线路通常采用三段式电流保护即可满足要求，实际使用时可以

根据需要采用两段也可以采用三段保护。

根据保护整定计算原则：

电流速断，按照躲过本线路的末端短路最大三相短路电流整定

I set1= k rel I kmax /n TA

本式要求 一次、二次的动作电流都需要计算。 注意问题：1）归算至10千伏母线侧的综合阻抗

2）计算最大三相短路电流，

(3)k S k

E

E Z Z Z I φφ∑

=

=

+

3）计算最小两相短路电流，校核保护范围

min s max I set

1

)

12X l Z I

=

m i n

m i n

100%%

l l L

=?

4）选择线路适当长度（选一条）计算 5）动作时限0秒。

限时电流速断，与相邻线路一段配合整定。由于现在的10

千伏线路一般都是放射形线路，没有相邻线路，可不设本段保护

过电流保护，即电流保护第III 段，按照躲过本线路的最大负荷电流整定

rel ss

set L.m ax re

=

K K I K I

式中 K rel ——可靠系数，一般采用1.15—1.25；

K ss ——自起动系数，数值大于1，由网络具体接线和负荷性质确定； K re ——电流继电器的返回系数,一般取0.85。

校核末端短路的灵敏度。

动作时限 由于不需要与相邻线路配合，可取0.5秒。防止配变故障时保护的误动作。

目前采用微机型保护，都配有带低电压闭锁的电流保护，以及线路重合闸。

第二节 35千伏线路保护的整定计算

原则：

对35千伏电网，通常采用三段式电流保护加重合闸的保护方式可以满足要求，但对于复杂网络、环形网络，很难满足要求。

对35千伏线路，有时可能有相邻线路，因此需要三段式保护，如果是只有相邻变压器，则限时电流速断保护应按照躲过变压器低压侧短路整定，时间则取0.5秒，但应校核本线路末端短路的灵敏度。

电流速断，按照躲过本线路的末端短路最大三相短路电流整定

I set1= k rel I kmax /n TA

本式要求 一次、二次的动作电流都需要计算。 注意问题：1）归算至35千伏母线侧的综合阻抗

2）计算最大三相短路电流，

(3)k S k

E

E Z Z Z I φφ∑

=

=

+

3）计算最小两相短路电流，校核保护范围

min s max I set

1

)

12X l Z I

=

m i n

m i n

100%%

l l L

=?

4）选择线路适当长度（选一条）计算

5）动作时限0秒。

限时电流速断，与相邻线路一段配合整定。

I set1= k rel I n1/n TA

如果没有相邻线路，按照躲开线路末端变压器低压侧短路整定，如果没有相邻变压器参数，可设置一个5000千伏安的主变，查其参数，计算短路电流。注意电流归算到对应侧。

I set1= k rel I nT /n TA

校验：对电流二段，应保证本线路末端短路的灵敏度 如果满足灵敏度要求，动作时限可取0.5秒

过电流保护，即电流保护第III 段，按照躲过本线路的最大负荷电流整定

rel ss

set L.m ax re

=

K K I K I

式中 K rel ——可靠系数，一般采用1.15—1.25；

K ss ——自起动系数，数值大于1，由网络具体接线和负荷性质确定； K re ——电流继电器的返回系数,一般取0.85。

校核末端短路的灵敏度，以及相邻元件短路的灵敏度（变压器低压侧）

动作时限 由于不需要与相邻线路或元件的后备保护配合，可根据相邻元件的时间取1.0-1.5秒。目前采用微机型保护，都配有带低电压闭锁的电流保护，以及线路重合闸。

第三节 相间短路距离保护的整定计算原则

一、距离保护的基本概念

电流保护具有简单、可靠、经济的优点。其缺点是对复杂电网，很难满足选择性、灵敏性、快速性的要求，因此在复杂网络中需要性能更加完善的保护装置。距离保护反映故障点到保护安装处的距离而动作，由于它同时反应故障后电流的升高和电压的降低而动作，因此其性能比电流保护更加完善。它基本上不受系统运行方式变化的影响。

距离保护是反应故障点到保护安装处的距离，并且根据故障距离的远近确定动作时间的一种保护装置，当短路点距离保护安装处较近时，保护动作时间较短；当短路点距离保护安装处较远时，保护动作时间较长。

保护动作时间随短路点位置变化的关系t=f(L k )称为保护的时限特性。与电流保护一样，目前距离保护广泛采用三段式的阶梯时限特性。距离I 段为无延时的速动段；II 段为带有固定短延时的速动段，III 段作为后备保护，其时限需与相邻下级线路的II 段或III 段配合。

二、整定计算原则

S2

3

图4-1 距离保护整定计算说明

以下以图4-1为例说明距离保护的整定计算原则 （1）距离I 段的整定

距离保护I 段为无延时的速动段，只反应本线路的故障。整定阻抗应躲过本线路末端短路时的测量阻抗，考虑到阻抗继电器和电流、电压互感器的误差，须引入可靠系数K rel ，对断路器2处的距离保护I 段定值

I

I

set.2rel A -B 1=Z K L z （4-1）

式中 L A-B ——被保护线路的长度；

z 1 ——被保护线路单位长度的正序阻抗，Ω/km ；

K I rel ——可靠系数，由于距离保护属于欠量保护，所以可靠系数取0.8～0.85。 （2）距离II 段的整定

距离保护I 段只能保护线路全长的80%～85%，与电流保护一样，需设置II 段保护。整定阻抗应与相邻线路或变压器保护I 段配合。

1） 分支系数对测量阻抗的影响

当相邻保护之间有分支电路时，保护安装处测量阻抗将随分支电流的变化而变化， 因此应考虑分支系数对测量阻抗的影响，如图线路B-C 上k 点短路时，断路器2处的距离保护测量阻抗为

A 1A -

B B

2m2A -B K A -B b K

111+===+=+U I Z U Z Z Z Z K Z I I I I （4-2）

3S2AB 2b

11S1S2AB

+==1+=1+++I X X I K I I X X X （4-3）

S1min AB bmin S2max S1AB

+=1+

++X X K X X X （4-4）

式中 A U 、B U ——母线A 、B 测量电压；

Z A-B ——线路A-B 的正序阻抗；

Z k ——短路点到保护安装处线路的正序阻抗； K b ——分支系数。

对如图所示网络，显然K b ＞1，此时测量阻抗Z m2大于短路点到保护安装处之间的线路阻抗Z A-B +Z k ，这种使测量阻抗变大的分支称为助增分支，I 3称为助增电流。若为外汲电流的情况，则K b ＜1，使得相应测量阻抗减小。

2） 整定阻抗的计算

相邻线路距离保护I 段保护范围末端短路时，保护2处的测量阻抗为

I I

2m2A -B set.1A -B b set.11

==+=+I Z Z Z Z K Z I

（4-5）

按照选择性要求，此时保护不应动作，考虑到运行方式的变化影响，分支系数应取最小值bm in K ，引入可靠系数II

rel K ，距离II 段的整定阻抗为

I I

I I

I

s e t .2

r e l A -B

b .m i n s e t .1

=+)Z K Z K

Z （ （4-6）

式中 II

rel K ——可靠系数，与相邻线路配合时取0.80～0.85。

若与相邻变压器配合，整定计算公式为

II II

set.2rel A -B b.min T =+)Z K Z K Z （ （4-7）

式中可靠系数II

rel K 取0.70～0.75，T Z 为相邻变压器阻抗。

距离II 段的整定阻抗应分别按照上述两种情况进行计算，取其中的较小者作为整定阻

抗。

3） 灵敏度的校验

距离保护II 段应能保护线路的全长，并有足够的灵敏度，要求灵敏系数应满足

II

set.2sen A -B

=

1.3Z K Z ≥ （4-8）

如果灵敏度不满足要求，则距离保护II 段应与相邻元件的保护II 段相配合，以提 高保护动作灵敏度。

4）动作时限的整定

距离II 段的动作时限，应比与之配合的相邻元件保护动作时间高出一个时间级差Δt ，动作时限整定为

II (x)

2i

=+Δt t t （4-9）

式中 (x )

i t ——与本保护配合的相邻元件保护I 段或II 段最大动作时间。 （3）距离保护III 段的整定 1）距离III 段的整定阻抗 ①与相邻下级线路距离保护II 或III 段配合

III III (x)

set.2rel A -B b.min set.1=+)Z K Z K Z （ （4-10）

式中(x )

set.1Z ——与本保护配合的相邻元件保护II 段或III 段整定阻抗。

②与相邻下级线路或变压器的电流、电压保护配合

III

III

set.2rel A -B b.min min =+)Z K Z K Z （ （4-11）

式中 m i n Z ——相邻元件电流、电压保护的最小保护范围对应的阻抗值。

③躲过正常运行时的最小负荷阻抗

当线路上负荷最大（I L.max ）且母线电压最低（U L.min ）时，负荷阻抗最小，其值为

L.min N

L.min L.max L.max

(0.90.95)==

U U Z I I ~ （4-12） 式中 U N ——母线额定电压。

与过电流保护相同，由于距离III 段的动作范围大，需要考虑电动机自启动时保护的返回问题，采用全阻抗继电器时，整定阻抗为

III

set.2L.m in rel ss re

1Z =

Z K K K （4-13）

式中 K rel ——可靠系数，一般取1.2～1.25；

K ss ——电动机自启动系数，取1.5～2.5；

K re ——阻抗测量元件的返回系数，取1.15～1.25。 若采用全阻抗继电器保护的灵敏度不能满足要求，可以采用方向阻抗继电器，考虑到方向阻抗继电器的动作阻抗随阻抗角变化，整定阻抗计算如下：

III

L.min

set.2rel ss re set L =cos Z Z K K K ??-() （4-14）

式中 set ?——整定阻抗的阻抗角；?L ——负荷阻抗的阻抗角。

按上述三个原则计算，取其中较小者为距离保护III 段的整定阻抗。

2）灵敏度的校验

距离III 段既作为本线路保护I 、II 段的近后备，又作为相邻下级设备的远后备保护，并满足灵敏度的要求。

作为本线路近后备保护时，按本线路末端短路校验，计算公式如下： III

set.2sen(1)A -B

=

1.5Z K Z ≥ （4-15）

作为相邻元件或设备的近后备保护时，按相邻元件末端短路校验，计算公式如下：

III

set.2

sen(2)A -B b.max next

=

1.2+Z K Z K Z ≥ （4-16）

式中 K b.max ——分支系数最大值；

Z next ——相邻设备（线路、变压器等）的阻抗。

3） 动作时间的整定

距离III 段的动作时限，应比与之配合的相邻元件保护动作时间（相邻II 段或III 段）高出一个时间级差Δt ，动作时限整定为

III

(x)

2

i

=t t t +? （4-17）

式中 (x )

i t ——与本保护配合的相邻元件保护II 段或III 段最大动作时间。

10Xs2=1整定花园站出线距离保护，任选一条110

千伏，如图整定长度为11千米的线路，等值如下：

考虑分支系数影响，计算与相邻保护配合的二段定值。

S2

3

2．选1条35千伏线路，按线路变压器组整定（末端变压器容量按线路负荷的1.5倍选取），确定保护方案。

3．选一条10千伏线路。按终端线路考虑，不考虑与相邻线路配合，配置电流速断和过电流保护. 2.3选作