微机保护整定计算举例

微机继电保护整定计算举例

珠海市恒瑞电力科技有限公司

目录

变压器差动保护的整定与计算 (3)

线路保护整定实例 (6)

10KV变压器保护整定实例 (9)

电容器保护整定实例 (13)

电动机保护整定计算实例 (16)

电动机差动保护整定计算实例 (19)

变压器差动保护的整定与计算

以右侧所示Y/Y/△-11接线的三卷变压器为例，设变压器的额定容量为S(MVA)，高、中、低各侧电压分别为UH 、UM 、UL(KV)，各侧二次电流分别为IH 、IM 、IL(A)，各侧电流互感器变比分别为n H 、n M 、n L 。

一、 平衡系数的计算

电流平衡系数Km 、Kl

其中：Uhe,Ume,Ule 分别为高中低压侧额定电压（铭牌值） Kcth,Kctm,Kctl 分别为高中低压侧电流互感器变比

二、 差动电流速断保护

差动电流速断保护的动作电流应避越变压器空载投入时的励磁涌流和外部故障的最大不平衡电流来整定。根据实际经验一般取：

Isd ＝（4－12）Ieb ／nLH 。 式中：Ieb ――变压器的额定电流；

nLH ――变压器电流互感器的电流变比。

三、 比率差动保护

比率差动动作电流Icd 应大于额定负载时的不平衡电流，即

Icd ＝Kk ［ktx × fwc ＋ΔU ＋Δfph ］Ieb ／nLH 式中：Kk ――可靠系数，取（1.3～2.0）

ΔU ――变压器相对于额定电压抽头向上（或下）电压调整范围,取ΔU ＝5%。 Ktx ――电流互感器同型系数；当各侧电流互感器型号相同时取0.5,不同时取1 Fwc ――电流互感器的允许误差；取0.1

Δfph ――电流互感器的变比（包括保护装置）不平衡所产生的相对误差取0.1； 一般 Icd ＝（0.2～0.6）Ieb ／nLH 。

四、 谐波制动比

根据经验，为可靠地防止涌流误动，当任一相二次谐波与基波之间比值大于15%－20%时，三相差动保护被闭锁。

五、 制动特性拐点

Is1＝Ieb ／nLH

Is2＝（1～3）eb ／nLH

Is1，Is2可整定为同一点。

kcth

Uhe Kctm

Ume Km **=

3**?=kcth Uhe Kctl Ule Kl

六、最大制动系数

K1，K2＝KK(⊿U/2+⊿I+⊿m)

式中：⊿U —变压器分接头调压范围，一般取0.2左右；

⊿I —过电流时电流互感器的误差，一般取0.1左右；

⊿m —软件对CT联接组调整的误差，一般取0.03～0.05左右；

KK －可靠系数，一般取1.3～2.0左右。

七、整定举例

已知变压器参数如下：

额定容量：31.5/20/31.5MVA

变比：110±4×2.5%/38.5±2×2.5%/11kV

接线形式：Y0/Y/Δ-12-11，CT接线均接成星形

高压侧CT变比：200/5

中压侧CT变比：500/5

低压侧CT变比：2000/5

根据以上参数，可知：

Uhe=110kV, Kcth=200

Ume=38.5kV,Kctm=500

Ule=11kV, Kctl=2000

●额定电流计算

变压器各侧一次额定电流计算如下：

I He= 31.5×103 /(3×110) = 165.33A

I Me= 20000/(3×38.5) = 299.92A

I Le = 31500/(3×11) = 1653.3A

则装置内部感受到的CT二次电流为：

I he = I He / n h =165.33/(200/5) = 4.133A

I me= I Me / n m =299.92/(500/5) = 3A.

I le = I Le / n l =1653.3/(2000/5)= 4.133A

●动作门槛电流的计算

ICD= K K（ktxfwc＋ΔU＋Δfph）I e = (0.2～0.5)I e

= (0.2～0.5)×4.133 = (0.8266～2.0666) 取0.5倍为2.06A

式中:Ie —输入装置的额定电流。

●比率制动系数的计算

K1=2.0×(0.1/2+0.1+0.05)= 0.4。

K2=0.6。

●二次谐波制动系数的确定（一般取值为0.15～0.20）

K3= 0.15

●差动电流突变量启动定值确定

IQD= 1.5A。

●制动拐点

Is1＝I he ＝ 4.13A

Is2＝2×I he ＝ 8.26A

● 差动电流速断定值确定

ISD= 7×I he = 7×4.133= 29A 。

● 平衡系数的计算

Km = 875.01

4011011005.38=????=??Kh Uhe Km Ume

Kl =732.11

401103400113=????=???Kh

Uhe Kl Ule

其中: Uhe, Ume, Ule 分别为高中低压侧额定电压（铭牌值）

Kh, Km, Kl 分别为高中低压侧电流互感器变比

● CT 接线要点

在CT 的接线上要注意，流向变压器方向为各侧电流正方向！

线路保护整定实例

降压变电所引出10KV 电缆线路,线路接线如下图所示:

已知条件:

最大运行方式下,降压变电所母线三相短路电流)

3(max .1d I 为5500A,配电所母线三相短路电流)

3(max .2d I 为5130A ，配电变压器低压侧三相短路时流过高压侧的电流)

3(max .3d I 为820A 。

最小运行方式下,降压变电所母线两相短路电流)

2(m in .1d I 为3966A,配电所母线两相短路电流)

2(min .2d I 为3741A ，配电变压器低压侧两相短路时流过高压侧的电流)

2(min .3d I 为689A 。

电动机起动时的线路过负荷电流gh I 为350A ，10KV 电网单相接地时最小电容电流c I 为15A ，10KV 电缆线路最大非故障接地时线路的电容电流cx I 为1.4A 。系统中性点不接地。

A 、C 相电流互感器变比为300/5，零序电流互感器变比为50/5。

一、整定计算（计算断路器DL1的保护定值）

1、瞬时电流速断保护

瞬时电流速断保护按躲过线路末端短路时的最大三相短路电流整定，保护装置的动作电流

A n I K K I l d jx

k j dz 11160

513013.1)

3(max

.2.=??==，取110A 保护装置一次动作电流

A K n I I jx l j

dz dz 66001

60

110.=?==

灵敏系数按最小运行方式下线路始端两相短路电流来校验：

2601.06600

3966)2(min .1<===dz d lm

I I K

由此可见瞬时电流速断保护不能满足灵敏系数要求，故装设限时电流速断保护。 2、限时电流速断保护

限时电流速断保护按躲过相邻元件末端短路时的最大三相短路时的电流整定，则保护装置动作电流 A n I K K I l d jx k j

dz 8.1760

820

13.1)3(max .3.=??==，取20A

保护装置一次动作电流

A K n I I jx l j

dz dz 12001

60

20.=?== 灵敏系数按最小运行方式下线路始端两相短路电流来校验：

23.31200

3966)

2(min .1>===dz d lm

I I K

限时电流速断保护动作时间取0.5秒。（按DL2断路器速断限时0秒考虑，否则延时应为：t1=t2+Δt ） 3、过电流保护

过电流保护按躲过线路的过负荷电流来整定，则保护动作电流 A n K I K K I l h gh

jx k j

dz 8.760

9.0350

12.1.=???==，取8A

式中：K n 为返回系数，微机保护的过量元件返回系数可由软件设定，一般设定为0.9。 过电流保护一次动作电流

A K n I I jx l j

dz dz 4801

60

8.=?== 保护的灵敏系数按最小运行方式下线路末端两相短路电流来校验 在线路末端发生短路时,灵敏系数为

28.7480

3741)

2(min .2>===dz d lm

I I K

在配电变压器低压侧发生短路时,灵敏系数为

2.144.1480

689)2(min .3>===dz d lm I I K

保护动作延时应考虑与下级保护的时限配合，t1=t2+Δt ，Δt 取0.5秒。 4、单相接地保护

单相接地保护按躲过被保护线路最大非故障接地的线路电容电流整定并按最小灵敏系数1.25校验。

按躲过被保护线路电容电流的条件计算保护动作电流(一次侧):

cx k dz I K I ≥ (k K ：可靠系数，瞬动取4-5，延时取1.5-2)

此处按延时1秒考虑，k K 取2，则A I dz 8.24.12=?≥ 校验灵敏度系数：lm K =15/2.8=5.36>1.25

注意：由于在很多情况下零序CT 变比不明确，可以实测整定：从零序CT 一次侧通入2.8A 电流，测零序CT 二次侧电流是多少，此电流即为微机保护零序定值。 5、重合闸延时

对架空线路还应考虑重合闸功能的使用，应整定的值只有一个重合闸延时。用户根据惯例计算即可。 6、低周减载

低周减载需整定的值有：

低周减载动作的频率整定值：整定范围（45-49.5）Hz ，级差0.01 Hz 低周减载动作的延时整定值：整定范围（0-10）S ，级差0.01 S 滑差闭锁定值：整定范围（2-5）Hz /S 。出厂前设定为3 Hz /S 低周减载欠压闭锁值：整定范围（10-90）V ， 级差0.01V 低周减载欠流闭锁值：整定范围（0.2-5）A ， 级差0.01A 以上定值是用户根据系统参数计算或由上级调度下达的，不再举例。

上面讲的“系统”可以是大系统，也可以是小系统，小到一个小变电所，只要变电所进线和出线回路均采用了微机保护即可。

10KV 变压器保护整定实例

10 / 0.4KV 车间配电变压器的保护。 已知条件：

变压器为SJL1型，容量为630KVA ，高压侧额定电流为36.4A ，最大过负荷系数为3，正常过负荷系数为1.2。

最大运行方式下变压器低压侧三相短路时，流过高压侧的短路电流)

3(max .2d I 为712A 。 最小运行方式下变压器高压侧两相短路电流)

2(m in .1d I 为2381A ，低压侧两相短路时流过高压侧的短路电流)

2(min .2d I 为571A 。

最小运行方式下变压器低压侧母线单相接地短路电流)

1(min .22d I 为5540A 。

变压器高压侧A 、C 相电流互感器变比为100/5，低压侧零序电流互感器变比为300/5。

一、整定计算

1、高压侧电流速断保护

电流速断保护按躲过系统最大运行方式下变压器低压侧三相短路时，流过高压侧的短路电流来整定，保护动作电流 A n I K K I l d jx k j

dz 4.5320

712

15.1)

3(max .2.=??==，取55A

保护一次动作电流

A K n I I jx l j

dz dz 11001

20

55.=?== 电流速断保护的灵敏系数按系统最小运行方式下，保护装置安装处两相短路电流校验

216.21100

2381)

2(min .1>===dz d lm

I I K

电流速断保护动作时限取0秒。 2、高压侧过电流保护

若考虑定时限，过电流保护按躲过可能出现的最大过负荷电流来整定，保护动动作电流

A n K I K K K I l

h eb gh jx

k j dz 1.620

9.04

.36313.1.=???

?==，取7A

式中：K h 为返回系数，微机保护过量元件的返回系数可由软件设定，被设定为0.9。 保护动作一次电流

A K n I I jx l j

dz dz 1401

207.=?== 过电流保护的灵敏系数按系统最小运行方式下，低压侧两相短路时流过高压侧的短路电流进行校验

5.108.4140

571)

2(min .2>===dz d lm

I I K

过电流保护动作时限取0.5秒（与下级保护动作时限相配合，考虑车间变压器一般为末端负荷，故取0.5秒）。

若考虑反时限，过电流定值一般按变压器正常过载能力考虑，保护动作电流：

A n K I K K K I l

h eh gh jx

k j dz 155.320

9.04

.362.113.1.=???

?==，取3.16A

保护动作一次电流：

A K n I I jx l j

dz dz 2.631

2016.3.=?== 校验灵敏度系数：

5.103.92

.63571)2(min .2>===dz d lm

I I K

反时限时间常数整定：按超过变压器正常过载能力 1.1倍过电流时，变压器可运行600秒考虑，则：

S Idz j Idz t 5.64)05.11.1(60005.1.2222

=-?=-??? ?

?=τ 3、高压侧不平衡电流保护

对于变压器的各种不平衡故障（包括不平衡运行，断相和反相），微机保护设置了不平衡电流保护。

根据微机保护“不平衡电流保护”功能软件的算法，一般我们推荐保护定值为（0.6～0.8）I eb ，为防止变压器空投时由于三相合闸不同期而引起误动，推荐延时不小于0.2S 。对本侧，计算如下：

A n I I l eb j dz 456.120

4

.368.08.0.=?==

，取1.46A 保护一般动作电流：

A K n I I jx l j

dz dz 2.291

20

46.1.=?== 延时取0.5S 。 4、高压侧零序过电流

根据规程规定，10KV/0.4KV 变压器高压侧不设零序保护。如果用户需设此保护，则可能是系统接线较复杂，按规程规定应设零序，但规程程列举的计算方法罗列了许多情况，本例不再一一列举，用户根据规程计算即可。 5、低压侧零序过流保护

可利用高压侧过电流保护兼作低压侧单相接地保护，如果校验灵敏度不满足要求，则应设低压侧零序过电流保护，计算如下：

按以下两个原则计算，比较后取较大值： ①躲过正常运行时中性线上最大不平衡电流； ②与下线支线零序电流保护定值相配合。 本例车间变压器为末级负荷，故只计算①即可。

A n I K I l eb k

j dz 8.460

96025.02.125.0.=??==，取5A 保护的一次动作电流

A n I I l j dz dz 300605.=?==

保护的灵敏系数按最小运行方式下，低压侧母线或母干线末端单相接地时，流过高压侧的短路电流来校验：

25.18300

5540)

1(min .22>===dz d lm

I I K

低压侧单相接地保护动作时限取0.5秒。 低压侧单相接地保护动作时限的整定原则：

①如果变压器一次开关选择的是F-C 回路，则该时限的选择应与熔断器的熔丝熔断时间相配合，即要在熔丝熔断前动作。

②如果变压器一次开关选择的是断路器，则与下一级出线的接地保护时间上配合，即大于下级出线接地保护的动作时限一个级差（0.5S ）。本例变压器为末级负荷，可选0.5S

延时。

6、瓦斯保护

变压器应装设瓦斯保护，其动作接点通过瓦斯继电器接点保护装置开入量（本体保护）由保护装置动作出口或发信号。

电容器保护整定实例

10KV 、720Kvar 电力电容器组的保护。 已知条件：

电容器为双星形接线，单台容量24Kvar,共30台。电容器组额定电流为41.6A 。

最小运行方式下，电容器组首端两相短路电流)

2(min .d I 为2381A 。

10KV 电网的总单相接地电容电流∑c I 为10A 。

A 、C 相电流互感器变比为50/5，零序电流互感器变比为50/5，接于双星形中性点的电流互感器变比为30/5，正常时中性点间的不平衡电流为1.4A 。系统单相接地电流大于20A 。

一、整定计算

1、 电流速断保护

按躲电容器充电电流计算，即

A n I I l ec j dz 8.2010

6

.415)5~4(.=?==

，取21A 保护的一次动作电流

A K n I I jx l j

dz dz 2101

10

21.=?== 按最小运行方式下，电容器组首端两相短路的短路电流校验灵敏度

23.11210

2381)2(min >===dz d lm

I I K 动作时限可选速断（0S ）或0.2S 延时。 2、

过电流保护

过电流保护按可靠躲过电容器组的额定电流整定，其保护动作电流 A n I K K K K I l ec f

jx

bw K j dz 22.710

6.419.0125.125.1.=???=?

=

，取7.3A 式中：K bw 电容器波纹系数，取1.25；

K K 可靠系数，取1.25； K f 返回系数，取0.9。

保护的一次动作电流

A K n I I jx l j

dz dz 731

10

73.=?== 过电流定值灵敏度计算公式为：

5.1~25.1)2(min .≥=dz

d

m I I K

则

5.13273

2381

≥==

m K 过电流保护的延时一般整定在0.2秒。 3、

单相接地保护

规程规定6～10KV 系统单相接地电流大于20A ，需设单相接地保护，并规定采用定时限零序过电流的动作电流按20A 整定，即

A n I l j dz 210

20

20.===

动作时限整定取0.3S （规程规定不超过0.5S ）。 4、

不平衡电流保护

不平衡电流保护定值按部分单台电容器切除或击穿后，故障相其余单台电容器所承受的电压不长期超过1.1倍额定电压的原则整定，同时还应可靠躲过电容器组正常运行时中性点间流过的不平衡电流，可按下式进行计算

A n I I l ec dz 04.16

6

.4115.0%15=?==

，取1.2A 保护的一次动作电流

A K n I I jx l j

dz dz 2.71

6

2.1.=?== 过电流保护的灵敏系数按正常运行时中性点间的不平衡电流校验

5.114.54

.12.7>===

bp dz m I I K 不平衡电流保护动作时限取0.2秒。 5、

过电压保护

过电压保护按电容器端电压不长时间超过1.1倍电容器额定电压的原则整定，其动

作电压

V U K U e v dz 1101001.1=?==

过电压保护动作时限取30秒。 6、

欠电压保护

欠电压保护定值应能在电容器所接母线失压后可靠动作，而在母线电压恢复正常后可靠返回，其动作电压

V U K U e v dz 501005.0=?==

低电压保护的动作时间要求与本侧出线后备保护时间配合，取2秒。 7、

不平衡电压

一般设不平衡电流保护后不需再设不平衡电压保护。需设不平衡电压保护定值的计算可按下式：

l

dz n Ue

U %15=

电动机保护整定计算实例

已知参数：电动机额定电压6KV ，额定功率650KW ，COS φ=0.89，运行额定电流75.5A ，启动时间4.5S ，启动电流453A ，故障单相接地电流15A ，最大过负荷电流113A ，CT 变比100/5。

二、整定计算

根据电动机微机保护的原理，在所有的整定值计算之前需先计算s I 。

s I ：装置的设定电流（电动机实际运行电流反应到CT 二次侧的值）

A n I I l e s 775.320

5

.75===

1、电流速断保护（正序速断）

按躲过电动机起动电流来整定： l

t

s k j dz n I K I tan .?

=， k K ：可靠系数 由于微机保护的速断定值可将起动时间内和起动时间后分别整定，故需计算两个速断定值:

① 起动时间内，k K 推荐取1.8，则 A I j dz 4177.4020

453

8.1≈=?

=? ② 起动时间后：由于起动时间后电动机运行电流降为额定电流，对非自起动电机，为防

止起动时间之后电动机仍运行在起动电流水平上，推荐使用下式：

l

t

s k j dz n I K I tan .?

= ， k K 取0.8 则： A I j dz 1812.1820

453

8.0≈=?

=? 对需自起动电机，起动时间后的电流速断定值建议使用下式：

l

t

s k j dz n I K I tan .?

= ， k K 取1.3 则： A I j dz 3045.2920

453

3.1≈=?=? 速断延时0秒。

2、负序过流保护

根据微机保护软件程序中负序电流的算法，推荐使用下式：

l

l

k j dz n I K I ?

=. ， k K 取0.8 则： A I j dz 302.320

5

.758.0≈=?

=? 为防止合闸不同期引起的负序电流，推荐延时不小于0.2秒。本例取0.3秒。 3、接地保护

当接地电流大于10A 时，才需设单相接地保护，公式为：

c k dz I K I ?=

式中：k K ：可靠系数，若取不带时限的接地保护，k K 取4～5，若带0.5秒延时，k K 取1.5～2。

c I ：该回路的电容电流

对本例，拟取带延时的接地保护，延时0.5秒，A I dz 30152=?=

注意：A I dz 30=为一次零序电流，但保护装置要求输入的定值是二次侧定值，故应将30A 换算成二次电流。由于零序CT 变比不明，故需用户实际整定时，按计算的一次电流实测二次零序电流，将测得的值输入保护装置。 4、堵转保护

堵转电流按躲过最大过负荷整定，推荐使用下式：

l

ef k j dz n I K I ?

=.

式中：k K ：可靠系数，取1.3。

ef I ：最大过负荷电流

则： A I j dz 35.720

113

3.1=?=? ，取8A 堵转延时推荐使用1秒。 5、过负荷（过热）保护

微机保护的过负荷判据为：

22

222

111

05.1-??? ?

?+??? ??=

s s I I K I I K t τ

t---- 保护动作时间(s)

1τ---- 发热时间常数

1I ---- 电动机运行电流的正序分量（A ） 2I ---- 电动机运行电流的负序分量（A ）

s I ---- 装置的设定电流（电动机实际运行额定电流反应到CT 二次侧的值）

1K ---- 正序电流发热系数，启动时间内可在0～1范围内整定，级差0.01，启动时间过后自动变为1

2K ---- 欠序电流发热系数，

可在0～10的范围内整定，若无特殊说明，出厂时整定为6。 对采用微机保护的电动机，过负荷保护需整定的参数有以下几个： ① K1 ② K2 ③ τ 1

K1的整定：由于起动时间内电动机起动电流较大，为防止起动过程中电动机过负荷保护动作，一般K1整定为0.3。

K2的整定：由于一般情况下电动机负序阻抗与正序阻抗之比为6，故一般情况下设为6。用户也可根据具体实例正序阻抗之比来整定。

τ1的整定：按电动机最多可连接起动二次考虑，即 A I 65.2220

453

1== , 02=I 时，热保护动作时间 5.42?>t 秒，则：

)05.1)/()/((22222111-+?=s s I I K I I K t τ

28.87)05.1)775.3/65.22(3.0(922=-??=

取 881=τ 6、起动时间

按电动机起动时间乘1.2可靠系数整定：

4.5

5.42.12.1tan =?=?=t s dz t t 秒， 取6秒 7、低电压保护

低电压保护的整定条件有以下几条： ① 按保证电动机自起动的条件整定，即s

k dz K K U U ?=

min

min U ---- 保证电动机自起动时，母线的允许最低电压一般为（0.55～0.65）Ue

Kk----可靠系数，取1.2 Kf----返回系数，取0.9

② 按切除不允许自起动的条件整定，一般取(0.6～0.7) Ue

以上两种整定值均取0.5秒的延时，以躲过速断保护动作及电压回路断线引起的误动作。

③ 根据保安条件，在电压长时间消失后不允许自起动的电动机。电压保护动值一般取

(0.25～0.4) Ue ，失压保护时限取6～10秒。

④ 具有备用设备而断开的电动机，失压保护整定为(0.25～0.4) Ue ，动作时限取0.5秒。 用户根据实际电动机的用途（自起动与否）自行选择整定条件。

电动机差动保护整定计算实例

已知参数：电动机型号YK3200-3/1430，Pn=3200 KW ，Un=10KV ，COS φ=0.9，二侧CT 变比n l =300/5，起动电流倍数为3。

一、整定计算

按微机保护设置的功能有：差动速断、比率制动的差动保护，因此需整定的参数有：差动速断电流、比率制动动作的差动电流及比率制动系数。 ① 差动速断电流

此定值是保护为躲过启动时的不平衡电流而设置的，为躲过启动最大不平衡电流，推荐整定值按下式计算：

t s k dz I K I tan ?=， k K ：可靠系数，取1.5 则：

A n U P

n I K I l

n l

t

s k j dz 40.1560

9

.01033200

35.1cos 335.1tan =????=???=?

=?φ

② ②

比率差动电流

现行的关于差动整定计算的原则有以下两种： a) dz I =1.3～1.5 e I ，考虑躲CT 断线

b) dz I =0.2～0.5 e I ，考虑差动灵敏度及匝间短路

以上两种计算原则都是国家出版物中给出的，我们建议用户根据自己的具体情况选择。

③ 比率制动系数：一般整定为0.5。

对超过2000KW 的电动机，除配差动保护外，尚需配电流保护等综合保护。