电力系统继电保护的设计与配置

保护设计一般规定电力系统继电保护的设计与配置是否合理直接影响到电力系统的安全运行，如果设计与配置不合理，保护将可能误动或拒动。合理地选择保护方式和正确地整定计算，对保证电力系统的安全运行具有非常重要的意义。选择保护方式时，希望能全面满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。同时满足四个基本要求有困难时，可根据电力系统的具体情况，在不影响系统安全运行的前提下，可以降低某一些要求。设计各种电气设备的保护应综合考虑2.故障出现的机率及可能造成的后果；3.电力系统近期的发展情况；4.经济上的合理性；5.成熟的经验。1.电力设备和电力系统的结构特点和运行特性；继电保护整定计算的基本任务基本任务：就是要对各种继电保护给出整定值。整定计算方案：可按电力系统的电压等级或设备来编制、还可按继电保护的功能划分方案分别进行。各种继电保护适应电力系统运行变化的能力都是有限的，随着电力系统运行情况的变化，当超出预定的适应范围时，就需要对全部或部分继电保护重新进行整定，以满足新的运行需要。继电保护整定计算即有自身的整定问题，又有继电保护的配置与选型问题，还有电力系统的结构和运行问题。整定计算要综合、辩证、统一的运用。整定计算具体任务绘制电力系统阻抗图；建立电力系统设备参数表；建立电流、电压互感器参数表；绘制电力系统接线图；整定计算具体任务电力系统各点短路计算结果列表；建立各种继电保护整定计算表；按继电保护功能分类，分别绘制出整定值；编写整定方案报告书，着重说明整定原则问题、整定结果评价、存在的问题及采取的对策等。确定继电保护整定需要满足的电力系统规模及运行方式变化限度；整定计算的步骤1、按继电保护功能分类拟定短路计算的运行方式，选择短路类型、分支系数的计算条件；2、进行短路故障计算，录取结果；3、进行短路故障计算，录取结果；4、对整定结果分析比较，以选出最佳方案；最后应归纳出存在的问题，并提出运行要求；5、画出定值图；整定计算的步骤6、编写整定方案说明书。说明书内容方案编制时间、电力系统概况；电力系统运行方式选择原则及变化限度；主要的、特殊的整定原则；方案存在的问题及对策；继电保护的运行规定，如保护的停、投，改变定值、改变使用要求以及对运行方式的限制要求等；方案的评价及改进方向。主保护、后备保护和辅助保护反应短路故障的保护应有主保护和后备保护，必要时还要增设辅助保护。主保护应能满足电力系统稳定及电力设备安全的要求，有选择地切除被保护设备和全线路故障的保护。后备保护在主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。辅助保护是弥补主保护和后备保护的不足而增设的简单保护。对继电保护装置的基本要求可靠性是指被保护设备区内发生故障时，保护装置能可靠动作；系统正常运行或在区外故障时，保护应不动作。选择性是指电力系统发生故障时，仅由故障的保护装置将故障设备切除。灵敏性是指保护装置对其保护区内故障的反应能力。速动性是指保护装置应快速切除故障。系统运行方式的考虑要求：在选择保护方式及对其整定计算时，都必须考虑系统运行方式变化带来的影响，所选用的保护方式，应在各种系统运行方式下，都能满足选择性和灵敏性的要求。运行方式最大运行方式最小运行方式正常运行方式最大运行方式：根据电力系统最大负荷的需要，电力系统中的发电设备都投入运行以及选择的接地中性点全部接地的系统运行方式称为最大运行方式。对继电保护而言，是指短路时流过保护的短路电流最大的运行方式。最小运行方式：根据系统最小负荷，投入与之相适应的发电设备且系统中性点只有少部分接地的运行方式称为最小运行方式。对继电保护而言，是指短路时流过保护的短路电流最小的运行方式。正常运行方式：根据系统正常负荷的需要，投入与之相适应数量的发电机、变压器和线路的运行方式。整定系数的分析与应用由于测量、计算、调试及继电器等各种误差的影响，使保护的整定值偏离预定数值可能引起误动作，为此，整定计算公式中需引入可靠系数。可靠系数取值1、按短路电流整定的无时限保护，应选较大的系数。2、按与相邻保护的整定值配合的保护，应选用较小的系数。3、保护动作较快时，应选用较大的系数。4、不同原理或不同类型的保护之间整定配合时，应选用较大的系数。可靠系数取值6、在短路计算中，当有零序互感时，因难以精确计算，应选用较大的系数。7、整定计算中有附加误差因素时，应选用较大的系数，例如用曲线法进行整定配合将增大误差。5、运行中设备参数有变化或计算条件难以准确计算时，应选用较大的系数。返回系数：按正常运行条件量值整定的保护，在受到故障量的作用起动时，当故障消失后保护不能返回到正常位置将发生误动作。因此，整定计算公式中引入返回系数。对于按故障量值和按自起动量值整定的保护，则可不考虑返回系数。分支系数：多电源的电力系统中，相邻上、下两级保护间的整定配合，还受到中间分支电源的影响，将使上一级保护范围缩短或伸长，整定公式中需引入分支系数。灵敏系数：在继电保护的保护范围内发生故障，保护装置反应的灵敏程度称为灵敏度。计算灵敏系数注意问题1、计算灵敏系数，一般规定以金属性短路作为计算条件。仅当特殊需要时，才考虑经过渡电阻短路进行。２、选取不利的短路类型。３、保护动作时间较长时，应计及短路电流的衰减。４、对于两侧有电源的线路保护，应考虑保护相继动作对灵敏系数的影响。计算灵敏系数注意问题５、经Ｙ，d11接线变压器后不对称短路，各相中短路电流分布将发生变化。接于不同相别、不同相数的保护，其灵敏系数也不相同。６、在保护动作的全过程中，灵敏系数均需满足规定的要求。自起动系数：按负荷电流整定的保护，必须考虑负荷电动机自起动状态的影响。选择自起动系数注意问题１、动力负荷比重大时，应选用较大的系数。２、电气距离较远的动力负荷，应选用较小的系数。３、切除故障时间较长或负荷断电时间较长时，应选用较大的系数。整定配合基本原则电力系统中的继电保护是按断路器配置装设的，因此，继电保护必须按断路器分级进行整定。继电保护的分级是按保护的正方向来划分的，要求按保护的正方向各相邻的上、下级保护之间实现配合协调。当保护装置已经具备有防止某种运行状态误动作的功能时，则整定计算就不要再考虑该运行状态下的整定条件。应考虑状态1、短路及复故障；2、断线及非全相运行；3、振荡；4、负荷电动机自起动；5、重合闸及手动合闸，备用电源自动投入；6、不对称、不平衡负荷；7、保护的正、反方向短路。保护原理差动为基本原理的保护：它在原理上具备了区分内、外部故障的能力，保护范围固定不变，而且在定值上与相邻保护没有配合关系，具有独立性，整定计算也比较简单。阶段式保护：它们的整定值要求与相邻的上、下级之间有严格的配合关系，而它们的保护范围又随电力系统运行方式的变化而变化，所以阶段式保护的整定计算是比较复杂的，整定结果的可选性也是比较多的。保护的整定方法1、根据保护装置的构成原理和电力系统运行特点，确定其整定条件及整定公式中的有关系数；2、按整定条件进行初选整定值，按电力系统可能出现的最小运行方式校验灵敏度，其灵敏度应满足要求，在满足要求之后即可确定选定的整定值。若不满足要求时，就需重新考虑整定条件和最小运行方式的选择是否恰当，再进一步考虑保护装置的配置和选型问题。电流、电压保护整定计算考虑原则保护区及灵敏度：保护装置的第Ⅰ段，要求无时限动作，保护区不小于线路全长的20％；第Ⅱ段应能保护线路的全长；第Ⅲ段除作为本线路后备外，还应作相邻线路的远后备。如果远后备灵敏度不够，在技术上又有困难时，允许按下列原则处理；处理原则1、如果要求切除下列短路点，保护过于复杂或难以实现，允许缩短后备区。1）当相邻线上短路时，在大电源助增影响下，保护不起动；2）当相邻线很长，在末端短路时，保护不起动；3）当在变压器后及带电抗器的线路上短路时，保护不起动。2、可按常见的方式及故障类型校验后备灵敏度；3、后备保护按非选择性动作整定，并用重合闸或备用电源自投补救。阶段式电流保护整定公式电流速断保护（1）按躲本线路末端故障整定)3(max.krelopIKI（2）对于允许伸入变压器的速断保护1）变压器主保护采用差动保护)3(max.krelopIKI2）变压器主保护采用电流速断保护oprelopInKI3）按与“Ｔ”接线路、“Ｔ”接变压器速动保护配合当具备以下两个条要求时，可以按躲降压变压器中、低压侧故障整定。a、所有变压器必须配置带跳闸自保持的速动保护；b、线路配置自动重合闸装置，当变压器故障时，可以用自动重合闸纠正非选择性动作。按此原则整定时，应校核其定值，是否躲开所有变压器的励磁涌流。要求①当系统至变压器端部阻抗与变压器本身阻抗相比较可以忽略时TNopII)4~3(②当系统至变压器端部阻抗与变压器本身阻抗相比较不能忽略时TNopII)4~3(TTZZZmin（3）按躲背侧母线故障整定)3(max.krelopIKI背侧母线故障的最大短路电流数值。)3(max.kI电流速断保护其保护性能好坏的主要标志是保护区的大小。最小保护区按最小运行方式下两相短路计算。延时电流速断保护（1）与相邻线路电流、电压元件均作为测量元件的电流电压速断保护配合opbrelIIopIKKImax.LsopIsrelIIopZZUEKImin.)3(线路背侧系统在最大运行方式下的最小等值阻抗。min.sZ最大分支系数。max.bK（2）与相邻线路只有电流测量元件的速断保护配合opbrelIIopIKKImax.（3）与相邻线路只有电压测量元件的电流电压速断保护配合LsopIsrelIIopZZUEKImin.)3(（4）与相邻线路延时电流电压保护配合opbrelIIopIKKImax.LsopsrelIIopZZUEKImin.)3(tttII（1）按躲过最大负荷电流整定定时限过电流保护max.LrerelIIIopIKKI（2）与相邻线路过电流保护配合IIIopbrelIIIopIKKImax.