论文部分内容阅读
[摘 要] 可靠性、选择性、灵敏性、速动性是继电保护的四个基本要求，本文主要从整定计算分析的角度讨论在10kV供电系统中如何满足选择性要求以及分析上下级保护的配合关系，并介绍10kV馈线的整定计算原则及计算方法。
[关键词] 选择性 完全配合 整定计算
0.引言
继电保护应满足可靠性、选择性、灵敏性、速动性四个要求，这四个要求简称“四性”。四性是继电保护应当考虑的基本要求，有的相辅相成，有的相互制约，其中选择性是指当设备或线路发生短路故障时，保证由设备或线路本身的保护装置首先动作切除故障，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围；当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备、线路的保护或断路器失灵保护切除故障[1]。 如何通过整定计算让相邻的上下级保护之间进行配合以满足电力系统中保护装置的选择性要求是一个非常重要的课题。
1.保护选择性
为了满足选择性要求，在整定计算中主要考虑相邻的上下级保护在动作延时上进行配合以及在保护范围上进行配合。在实际整定计算工作中，由于网絡结构、运行方式、保护配置等各种原因，一般会存在以下三种配合关系：
①完全配合
指需要配合的两级保护在保护范围和动作时间上均能配合，即满足选择性要求。上级保护动作延时比下级保护动作延时要长，上级保护范围比下级相应保护范围短，这样在时间上保证下级保护比上级保护先动作，在保护范围上保证当下级保护范围段发生短路时，上级保护不会越级动作，扩大停电范围。
②不完全配合
指需要配合的两级保护在动作时间上能配合，但保护范围无法配合。上级保护动作延时比下级保护动作延时要长，但上级保护范围已经覆盖下级相应保护范围一部分区域，这样在保护范围上无法满足配合关系，只能在时间上保证下级保护比上级保护先动作。
③完全不配合
指需要配合的两级保护在保护范围和动作时间上均不能配合，即无法满足选择性要求。
2.计算分析
1.1 限时速断的整定
在10kV系统中，为了与用户高压配电形成配合，10kV馈线的整定原则如下：
限时速断保护考虑躲过用户配变低压侧三相故障短路电流为保证灵敏度，延时时间通常取0秒。如线路出现送电即跳闸的现象，为躲过带负荷合闸涌流，可将速断保护电流定值改为按只保护主干线整定，支线由柱上开关保护，时间改为0.1秒。
1.2其他保护的整定
定时限过流保护——保护线路末端灵敏度1.5或按躲负荷电流可靠系数1.3整定，延时时间通常取0.5-0.8秒。在网络比较复杂，线路支路较多的情况下，应该确保整定值可以保护最长的支路；
过流加速段——在数值上一般取定时限过流保护得定值，时间上一般整定为0.2秒以躲过重合闸时产生的冲击电流。
3.算例分析
假设110kV系统的归算阻抗为：大方式正序阻抗Z1max=7.446Ω，小方式正序阻抗Z1min=31.38Ω，110kV变压器的阻抗为Zt=36.3Ω；#1配电变压器的容量是S1=1MVA，#2配电变压器的容量是S2=2MVA，两台配电变压器的短路电压都是Uk%=6%；AB段线路的长度为L1=2km，AD段线路的长度为L2=4km，导线型号都是YJV22-240。现根据以上参数计算保护装置1的过流保护整定值。
（1）根据110kV系统参数及110kV变压器的阻抗值归算10kV母线的阻抗。
大方式下10kV母线的正序阻抗归算值为
Z’1max=（10.5/110）2×（Z1max+Zt）=（10.5/110）2×（7.446+36.3）=0.399Ω
小方式下10kV母线的正序阻抗归算值为
Z’1min=（10.5/110）2×（Z1min+Zt）=（10.5/110）2×（31.38+36.3）=0.617Ω
（2）计算两台10kV配电变压器的阻抗有名值。
#1配电变压器的阻抗有名值为
Zk1= (Uk%/100)×(U2/S1)=（6/100）×（10.52/1）=6.615Ω
#2配电变压器的阻抗有名值为
Zk2= (Uk%/100)×(U2/S2)=（6/100）×（10.52/2）=3.308Ω
U——是10kV系统的额定电压，固定为10.5kV。
（3）计算线路阻抗
AB段的阻抗为ZAB= L1×0.08=0.16Ω
AD段的阻抗为ZAD= L2×0.08=0.32Ω
（4）计算线路对侧配电变压器低压侧发生三相短路故障时流过保护装置1的最大电流值。
若在C点发生三相短路，则流过保护装置1的短路电流为
Icmax(3)=11×103/[(1.732×(Z’1max+ZAB+Zk1)]= 11×103/[(1.732×(0.399+0.16+ 6.615)]=885.29A
若在E点发生三相短路，则流过保护装置1的短路电流为
Iemax(3)=11×103/[(1.732×(Z’1max+ZAD+Zk2)]= 11×103/[(1.732×(0.399+0.32+ 3.308)]=1577.11A
由此可见，系统中配电变压器低压侧发生三相短路时，流过保护装置1的最大短路电流为Idmax(3)= 1577.11A，为了让限时速断保护的定值可靠躲过用户配变低压侧三相故障短路电流，限时速断保护的定值取I1>1.3×Idmax(3)=1.3×1577.11 A=2050.23A，延时时间取0S，式中系数1.3为可靠系数。
（5）计算线路末端发生短路故障时流过保护装置1的最小电流值
若在B点发生两相短路，则流过保护装置1的短路电流为
Ibmin(2)=10.5×103/[(2×(Z’1min+ZAB)]= 10.5×103/[(2×(0.617+0.16)]=6769.8A
若在D点发生两相短路，则流过保护装置1的短路电流为
Idmin(2)=10.5×103/[(2×(Z’1min+ZAD)]= 10.5×103/[(2×(0.617+0.32)]=5602.99A
由此可见，线路末端发生两相短路时，流过保护装置1的最小短路电流为Idmin(2)=5602.99A，为了让定时限过流保护的定值可靠保护最长支路，定时限过流保护的定值取I2=800A<5602.99A，延时时间取0.5S。
（6）计算结果分析
通过以上整定计算，可以让保护装置1分别和保护装置2及保护装置3形成完全配合，即保护装置1的限时速断保护躲过配电低压侧短路时的故障电流且保护线路全长，定时限过流保护作为配电低压侧短路故障的后备保护。
当C点发生短路故障时，由保护装置2先动作，跳开开关2，如果开关2拒动，则由保护装置1的定时限过流保护动作，跳开开关1；
当E点发生短路故障时，由保护装置3先动作，跳开开关3，如果开关3拒动，则由保护装置1的定时限过流保护动作，跳开开关1；
当B、D点发生短路故障时，由保护装置1的限时速断保护或者定时限过流保护动作，跳开开关1。
4.结论
在10kV系统的保护整定计算过程中应尽可能做到完全配合，尽可能让保护装置1的限时速断保护躲过配电低压侧短路时的故障电流且保护线路全长，定时限过流保护作为配电低压侧短路故障的后备保护。但是在复杂的电网中，网络结构往往有若干分支，很难做到完全配合，如不能做到应该按照相关规程进行处理，应尽量减少不配合导致失去选择性带来危害的危害。如果限时速断保护无法保护线路全长，则将定时限过流保护按躲过线路的负荷电流的原则整定，由此保护线路全长。
参考文献：
[1]国家电力调度通信中心，国家电网公司继电保护培训教材，中国电力出版社[M]，北京，2009.4.
[2]许坤，浅谈10kV供电系统的继电保护，供水供电[J]，2008.3:42-44.
[3]曹国臣，蔡国伟，王海军，继电保护整定计算方法存在的问题与解决对策，中国电机工程学报，2003.10,23（10）:51-56.
[关键词] 选择性 完全配合 整定计算
0.引言
继电保护应满足可靠性、选择性、灵敏性、速动性四个要求，这四个要求简称“四性”。四性是继电保护应当考虑的基本要求，有的相辅相成，有的相互制约，其中选择性是指当设备或线路发生短路故障时，保证由设备或线路本身的保护装置首先动作切除故障，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围；当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备、线路的保护或断路器失灵保护切除故障[1]。 如何通过整定计算让相邻的上下级保护之间进行配合以满足电力系统中保护装置的选择性要求是一个非常重要的课题。
1.保护选择性
为了满足选择性要求，在整定计算中主要考虑相邻的上下级保护在动作延时上进行配合以及在保护范围上进行配合。在实际整定计算工作中，由于网絡结构、运行方式、保护配置等各种原因，一般会存在以下三种配合关系：
①完全配合
指需要配合的两级保护在保护范围和动作时间上均能配合，即满足选择性要求。上级保护动作延时比下级保护动作延时要长，上级保护范围比下级相应保护范围短，这样在时间上保证下级保护比上级保护先动作，在保护范围上保证当下级保护范围段发生短路时，上级保护不会越级动作，扩大停电范围。
②不完全配合
指需要配合的两级保护在动作时间上能配合，但保护范围无法配合。上级保护动作延时比下级保护动作延时要长，但上级保护范围已经覆盖下级相应保护范围一部分区域，这样在保护范围上无法满足配合关系，只能在时间上保证下级保护比上级保护先动作。
③完全不配合
指需要配合的两级保护在保护范围和动作时间上均不能配合，即无法满足选择性要求。
2.计算分析
1.1 限时速断的整定
在10kV系统中，为了与用户高压配电形成配合，10kV馈线的整定原则如下：
限时速断保护考虑躲过用户配变低压侧三相故障短路电流为保证灵敏度，延时时间通常取0秒。如线路出现送电即跳闸的现象，为躲过带负荷合闸涌流，可将速断保护电流定值改为按只保护主干线整定，支线由柱上开关保护，时间改为0.1秒。
1.2其他保护的整定
定时限过流保护——保护线路末端灵敏度1.5或按躲负荷电流可靠系数1.3整定，延时时间通常取0.5-0.8秒。在网络比较复杂，线路支路较多的情况下，应该确保整定值可以保护最长的支路；
过流加速段——在数值上一般取定时限过流保护得定值，时间上一般整定为0.2秒以躲过重合闸时产生的冲击电流。
3.算例分析
假设110kV系统的归算阻抗为：大方式正序阻抗Z1max=7.446Ω，小方式正序阻抗Z1min=31.38Ω，110kV变压器的阻抗为Zt=36.3Ω；#1配电变压器的容量是S1=1MVA，#2配电变压器的容量是S2=2MVA，两台配电变压器的短路电压都是Uk%=6%；AB段线路的长度为L1=2km，AD段线路的长度为L2=4km，导线型号都是YJV22-240。现根据以上参数计算保护装置1的过流保护整定值。
（1）根据110kV系统参数及110kV变压器的阻抗值归算10kV母线的阻抗。
大方式下10kV母线的正序阻抗归算值为
Z’1max=（10.5/110）2×（Z1max+Zt）=（10.5/110）2×（7.446+36.3）=0.399Ω
小方式下10kV母线的正序阻抗归算值为
Z’1min=（10.5/110）2×（Z1min+Zt）=（10.5/110）2×（31.38+36.3）=0.617Ω
（2）计算两台10kV配电变压器的阻抗有名值。
#1配电变压器的阻抗有名值为
Zk1= (Uk%/100)×(U2/S1)=（6/100）×（10.52/1）=6.615Ω
#2配电变压器的阻抗有名值为
Zk2= (Uk%/100)×(U2/S2)=（6/100）×（10.52/2）=3.308Ω
U——是10kV系统的额定电压，固定为10.5kV。
（3）计算线路阻抗
AB段的阻抗为ZAB= L1×0.08=0.16Ω
AD段的阻抗为ZAD= L2×0.08=0.32Ω
（4）计算线路对侧配电变压器低压侧发生三相短路故障时流过保护装置1的最大电流值。
若在C点发生三相短路，则流过保护装置1的短路电流为
Icmax(3)=11×103/[(1.732×(Z’1max+ZAB+Zk1)]= 11×103/[(1.732×(0.399+0.16+ 6.615)]=885.29A
若在E点发生三相短路，则流过保护装置1的短路电流为
Iemax(3)=11×103/[(1.732×(Z’1max+ZAD+Zk2)]= 11×103/[(1.732×(0.399+0.32+ 3.308)]=1577.11A
由此可见，系统中配电变压器低压侧发生三相短路时，流过保护装置1的最大短路电流为Idmax(3)= 1577.11A，为了让限时速断保护的定值可靠躲过用户配变低压侧三相故障短路电流，限时速断保护的定值取I1>1.3×Idmax(3)=1.3×1577.11 A=2050.23A，延时时间取0S，式中系数1.3为可靠系数。
（5）计算线路末端发生短路故障时流过保护装置1的最小电流值
若在B点发生两相短路，则流过保护装置1的短路电流为
Ibmin(2)=10.5×103/[(2×(Z’1min+ZAB)]= 10.5×103/[(2×(0.617+0.16)]=6769.8A
若在D点发生两相短路，则流过保护装置1的短路电流为
Idmin(2)=10.5×103/[(2×(Z’1min+ZAD)]= 10.5×103/[(2×(0.617+0.32)]=5602.99A
由此可见，线路末端发生两相短路时，流过保护装置1的最小短路电流为Idmin(2)=5602.99A，为了让定时限过流保护的定值可靠保护最长支路，定时限过流保护的定值取I2=800A<5602.99A，延时时间取0.5S。
（6）计算结果分析
通过以上整定计算，可以让保护装置1分别和保护装置2及保护装置3形成完全配合，即保护装置1的限时速断保护躲过配电低压侧短路时的故障电流且保护线路全长，定时限过流保护作为配电低压侧短路故障的后备保护。
当C点发生短路故障时，由保护装置2先动作，跳开开关2，如果开关2拒动，则由保护装置1的定时限过流保护动作，跳开开关1；
当E点发生短路故障时，由保护装置3先动作，跳开开关3，如果开关3拒动，则由保护装置1的定时限过流保护动作，跳开开关1；
当B、D点发生短路故障时，由保护装置1的限时速断保护或者定时限过流保护动作，跳开开关1。
4.结论
在10kV系统的保护整定计算过程中应尽可能做到完全配合，尽可能让保护装置1的限时速断保护躲过配电低压侧短路时的故障电流且保护线路全长，定时限过流保护作为配电低压侧短路故障的后备保护。但是在复杂的电网中，网络结构往往有若干分支，很难做到完全配合，如不能做到应该按照相关规程进行处理，应尽量减少不配合导致失去选择性带来危害的危害。如果限时速断保护无法保护线路全长，则将定时限过流保护按躲过线路的负荷电流的原则整定，由此保护线路全长。
参考文献：
[1]国家电力调度通信中心，国家电网公司继电保护培训教材，中国电力出版社[M]，北京，2009.4.
[2]许坤，浅谈10kV供电系统的继电保护，供水供电[J]，2008.3:42-44.
[3]曹国臣，蔡国伟，王海军，继电保护整定计算方法存在的问题与解决对策，中国电机工程学报，2003.10,23（10）:51-56.