保护 辅导 相间短路距离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 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.max 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 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.max 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 2m2
A -
B K A -B b K
1
1
1
+===+=+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bmin 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.2
sen 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.min 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 ϕϕ-()
（4-14）
式中 set ϕ——整定阻抗的阻抗角；ϕL ——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.2
sen(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)2i =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。

【算例3】 试根据下列数据整定点1处距离保护的Ⅰ段和Ⅱ段(见图4-7)的一次动作阻
抗.已知AB 线路长25km ,10.45/km Z =Ω；BC 为二条平行线路,其中一回线路的全阻抗为
31.4Ω,另一回路线的全阻抗为34.6Ω；平行线路上未装设横联差动保护(取可靠系数I II rel rel K =K =0.8)。

X
图4-7 算例3图
解：
I I
set1rel 1AB 0.80.45259Z =K Z l =⨯⨯=Ω
I I
set2rel BC1Z =0.831.4=25.12Z =K ⨯Ω I
I
set1rel BC2Z =0.834.6=27.68Z =K ⨯Ω
保护1的距离II 段需与两个相邻线路的I 段配合，取较小值作为整定值。

1）与保护2距离I 段配合
bmin234.60.231.4
0.6231.434.6
K +⨯=
=+
II I set1
AB bmin2set20.8()0.8(11.250.6225.12)21.5(Z Z K Z =+=⨯+⨯=Ω) 2）与保护3距离I 段配合
bmin331.40.234.6
0.5831.434.6
K +⨯=
=+
II I set1
AB bmin3set30.8()0.8(11.250.5827.68)21.8(Z Z K Z =+=⨯+⨯=Ω)
取II 段定值为21.5Ω.
保护动作灵敏度为 II set1
sen AB
21.5 2.49
Z K Z ==
=
满足要求
【算例5】 如图4-10中，各线路均装有距离保护，试对保护1的相间短路距离保护I 、II 、III 段进行整定计算，即求各段动作阻抗set Z '，set Z ''，set Z ，动作时间t '，t ''，t 和校验其灵敏性，即求sen %l ，sen K ''，sen(1)K ，sen(2)K 。

已知线路A-B 的最大负荷电流为I D.max =350A ，功率因数cos ϕD ＝0.9，所有线路单位阻抗1z ＝0.4Ω/km ，阻抗角L ϕ＝70
，自起动系数ss K ＝1.5，正常时母线最低电压min N 0.9L U U ⋅=（N U =110kV ）。

其
4-10。

k S T =25ΩX s2min =25Ω
图4-10算例5的网络接线图
解：
（1）有关元件阻抗的计算
A-B 线路的正序阻抗 Z AB =z 1﹒L AB =0.4×30=12（Ω） B-C 每回线路的正序阻抗 Z BC = z 1﹒L BC =0.4×60=24（Ω） 变压器的等值阻抗 22T T k T
115Z =U %0.10544.1()31.5
U S =⨯
=Ω
（2）距离I 段的整定
1）整定阻抗 I
I AB=set.1rel
0.8512=10.2()Z K
Z =⨯Ω
2）动作时间。

（第I 段实为保护装置的固有动作时间）0=I
t s 3）保护范围 1min AB
%100%85%⋅'=
⨯=set Z l Z
（3）距离II 段的整定
1）整定阻抗。

按下列两个条件选择：
①与相邻线路保护3（或保护5）的I 段配合
II II I set.1rel AB b.min set.3(+)Z K Z K Z =
式中 I I
set.3rel BC Z K Z =＝0.85BC Z ＝0.85×24＝20.4（Ω）
b.min K 为保护3的I 段末端发生短路时对保护1而言的最小分支系数。

如图4-10
，当保护的
3的I 段末端K 1点短路时，分支系数可按下式求出
S1AB S2
BC
S1AB
2b.min 1
S2
BC
S2
Z +(10.15)Z 1.15(
1)22
X X Z X I K I X Z X +++=
=
⨯
=+⨯
1
图4-11 距离II 段分支系数的等值电路 图4-12 距离III 段灵敏度的等值电路
可以看出，为了使 b.min K 为最小，S1X 应选用可能的最小值，即s1.min X ，而s2X 应选用可能最大值，即s2.max X ，而相邻线路的并列平行二分支应投入，因而
b.min 2012 1.15(
1)
1.1930
2
K +=+=
因而，II 段的定值为
II II I set.1rel AB b.min set.3(+)0.8(12 1.1920.4)29()Z K Z K Z ==⨯+⨯=Ω
②按躲开相邻变压器低压侧出口K 2点短路整定，即与相邻变压器瞬动保护（其差动保
护）配合。

II II set.1rel AB b.min T (+)Z K Z K Z =
这里 b.min K 为相邻变压器出口K 2点短路时对保护1的分支系数，由图4-11可见，当K 2点短路时
S1A-B S2
2b.min 1
S2
Z +20121 2.0730
X X I K I X ++=
=
=
+=
II II
set.1rel AB b.min T (+)0.7(12 1.1944.1)72.2()Z K Z K Z ==⨯+⨯=Ω
此处取II
rel K =0.7是因为变压器的电抗计算值一般误差比较大。

取以上两个计算结果中较小者为整定值，即取II
set.129()Z =Ω。

2）灵敏性校验：按本线路末端短路求灵敏系数为
II
set.1
sen A-B
29 2.42 1.5Z 12
Z K =
=
=>
满足要求。

3）动作时间，与相邻线路保护的I 段动作时限相配合
II I I
1350.5(s)t t t t t =+∆=+∆=
（4）距离III 段的整定
1）整定阻抗：按躲开最小负荷阻抗整定
Lmi n Lmin
Lmax
163.5()U Z I ===Ω 设相间距离III 段采用方向阻抗继电器，整定计算公式为
III
L.min
set.1)
rel ss re set L cos(Z Z K K K ϕϕ-=
取rel K ＝1.2，re K ＝1.15，ss K ＝1.5和set 70ϕ=
，当D cos 0.9ϕ=时，D 25.8ϕ=
，可得
III
set.1163.5
110.2()1.2 1.15 1.5cos(7025.8)
Z =
=Ω⨯⨯-
2）灵敏性校验（求灵敏系数）：
①当本线路末端短路时，灵敏系数为
III set.1
sen(1)A-B
110.29.18 1.512
Z K Z =
=
=>
满足要求。

②当相邻元件末端短路时的灵敏系数： 相邻线路末端短路时
III set.1
sen(2)A-B b.max next
Z Z K Z K =
+⨯
确定式中 b.max K 为相邻线路BC 末端短路时对保护1而言的最大分支系数。

该系数如图4-4所示，可按下式计算
2s1.max A-B
b.ma x 1
s2.min
251211 2.4825
X Z I K I X ++=
=
+=
+=
此时，s1X 取可能最大值，即取s1s1max X X =，s2X 应取可能最小值，即取s2s2.min X X =，而相邻平行线路处于一回线停运状态（这时分支系数为最大）。

于是 sen(2)110.2 1.54 1.212 2.4824K =
=>+⨯，满足要求。

相邻变压器低压侧出口K 2点短路时，此时的最大分支系数仍为2.48，
III
set.1
sen(2)A-B .max T
110.20.9Z 12 2.4844.1
b Z K Z K =
=
=+⨯+⨯＜1.2
作为变压器的远后备保护不满足要求，变压器需增加近后备保护。

3）动作时间
133=+∆t t t 或1102=+∆t t t 取其中较长者为整定时限 1102 1.520.5 2.5(s)t t t =+∆=+⨯=
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1千米的线路，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。