继电保护整定计算基础知识及实际应用

•对于环网的助增系数或分支系数，也随故障点不同而不同， 但容易失去配合点往往在保护范围末端。故障点可设在保护 范围末端。
根据被保护的故障对象（相间、接地）设置故障类型！
1 继电保护整定的基本概念
1.8 运行方式组合
注入 助增

汲取 外吸

IA
IB
根据计算目的（最大、最小）电压、电流、分支系数 等要求，通过合理安排线路的投运和停运、变电站内 变压器的投运和停运及中性点接地方式变化、电厂内 机组的投运和停运，构造出电力系统在实际运行中可 能出现的运行方式，从而保证离线整定计算所得的保 护定值在常见系统运行方式下不会误动或拒动。
原理级定值：后备保护定值，需要相互配合，与具体的 保护装置型号无关 装置级定值：不需配合的定值项和控制字
原理级整定：分段整定，逐级配合。后备保护可以 不完全配合，即时间上配合，定值上不配合。 装置级整定：分装置类型，在制定装置模板时 需定义定值项整定计算原则
1 继电保护整定的基本概念
1 继电保护整定的基本概念
1.3 保护分类
电力系统中的电力设备和线路，应装设短路故障和异常运行的保护 装置。电力设备和线路短路故障的保护应有主保护和后备保护，必 要时可增设辅助保护。
主保护
主保护是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择 性地切除被保护设备和线路故障的保护。如线路的纵连保护。
1.12 整定计算中常用的术语
背侧母线
A R1 B R2
对侧母线
C
S1
S2 S3
整定保护
相邻厂站
目
录
2
继电保护整定的故障计算
2 继电保护整定的故障计算
2.1 概述
故障计算是继电保护整定计算和故障分析的基础。
故障计算的基本模型：
基于节点导纳矩阵故障计算 基于节点阻抗矩阵故障计算 现代电网的特点 网络规模越来越庞大和复杂；
整定范围定值配合
整定设备的M段分别与N个配合设备配合，由范围小逐级范围大 直至满足灵敏度，得到N个整定范围定值。它们都满足灵敏度， 不一定都满足选择性，如：第I个配合设备配合的范围最大，第 J个配合设备配合的范围最小，显然，取范围最大的作为整定值， 必然，与范围最小配合设备配合时失配。因此，最终的整定范 围定值=MIN{得到的N个整定范围定值}
相间距离保护
接地距离保护
B3
B k3
L2
Bk9
零序电流保护 断路器失灵保护
L1
L9
B4 B k7 L12 L5 Bk12 L11 B10
注：
主保护动作阶段 近后备保护动作阶段 远后备保护动作阶段
1 继电保护整定的基本概念
1.4 保护“四性”
可靠性
可靠性是指保护该动作时应动作，不该动作时不动作，即不误 动、不拒动。为保证可靠性，在装置选择上应选用硬件和软件可 靠的装置，在保护配置上，220kV及以上电压等级电网的线路保 护一般采用近后备保护方式，110kV及以下电压等级电网一般采 用远后备保护方式。
运行方式组合是整定计算的重要环节， 决定了保护定值的适用性！
1 继电保护整定的基本概念
1.9 阶段式保护（定时限保护）
将保护分为若干段，各段保护动作时间固定，随着保护范围的 扩大，动作时间逐渐延长。通过动作时间来保证选择性。如三 段式距离保护、两段式零序电流保护。
1 2 3 4
(a) t
Ⅱ t1
tⅡ 2
线路主保护：纵联电流差动保护、纵联距离保护、纵联方向保护
变压器主保护：电流差动保护、瓦斯保护
母线保护：电流差动保护
1 继电保护整定的基本概念
1.3 保护分类
后备保护
后备保护是主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。 后备保护分为远后备和近后备两种方式。
远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或 线路的保护实现后备。 近后备保护：当主保护拒动时，由该电力设备或线路的另一 套保护实现后备的保护；当断路器拒动时，由 断路器失灵保护来实现的后备保护。
灵敏度系数的计算： 过流保护：Ksen=Imin/Iset 距离保护：Ksen=Zset/Zline 式中：Ksen为灵敏度系数，Imin为线末故障的最小电流，Iset电流保 护定值，对于零序电流保护均为3I0，Zset为距离保护定值， Zline为线路阻抗定值。
1 继电保护整定的基本概念
1.4 保护“四性”
1 继电保护整定的基本概念
1.4 保护“四性”
速动性和可靠性主要通过加强主保护配置、 选择技术成熟原理先进硬件可靠的保护装置 来保证；灵敏性和选择性主要通过选择合理 的运行方式、正确的配合关系以及准确的计 算公式来保证。
1 继电保护整定的基本概念
1.5 逐级配合
阶段式保护逐级配合是指，在两维平面（横坐标保护范围，纵坐 标动作时间）上，整定定值多折线与配合定值多折线不相交，其 间的空隙是配合系数。即定值和时间均取得配合，否则失配。以 一个整定设备的M段与N个配合设备配合为例：
tⅠ 1
t tⅠ 2
(b)
Ⅱ t1
t tⅠ 3
l
t
t tⅡ 2
tⅠ 1 tⅠ 2
(c)
tⅠ 3
l
• 阶段式零序电流保护主要用于电网联系不够紧 密的地区。电流受系统运行方式较大。 • 阶段式距离保护可以用于各种电网。
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1.10 反时限电流保护
动作时间是故障电流的函数，电流越大动作时间越短，通 过选取适当的函数和参数，自然满足选择性。
速动性
速动性是指保护装置应能尽快切除短路故障，以提高系统稳定 性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围。继电 保护在满足选择性的前提下，应尽可能的加快保护动作时间。
在保护配置上，通过配置全线速动主保护、相间和接地故障的 速动段保护来快速切除故障。整定计算中，可通过合理的缩小 后备保护的动作时间级差来提高快速性。对于系统稳定及设备 安全有重要影响对动作时间有要求的保护应保证其速动性，必 要时可牺牲选择性。
1 继电保护整定的基本概念
1.2 保护范围
电网或电力主设备发生故障时，保护装置可以可 靠动作的区域。
一类固定不受运行方式影响，如：线路的纵联保护、变压 器的差动保护、距离保护Ⅰ段。
一类不固定受运行方式影响，如：零序电流保护、距离保护II、 III段。
保护范围由一个保护定值决定的。因此，同原理保护配合往往是 定值上的配合，即用配合定值乘以助增系数或分支系数。不同原 理保护配合就不能在定值上取得配合，这是因为各序网络独立， 存在不同的电流分配系数，两类保护定值没有固定的关系。
1.6 助增系数
注入 助增

汲取 外吸

IA
IB
整定线路
配合线路
电流： 注入、汲取 助增： 助增、外吸 • 助增系数： • 分支系数： 配合线路电流/整定线路电流 整定线路电流/配合线路电流
IB

IA

IA

IB

1 继电保护整定的基本概念
1.7 故障点设置
• 计算灵敏性时，故障点设在保护范围内灵敏度最低处； 计算选择性时，故障点设在保护范围外灵敏度最高处。 • 对无零序互感线路，离保护安装点愈近故障灵敏度愈高， 因此故障点设在保护范围末端。它是保护范围内灵敏度最低 处，又是保护范围外灵敏度最高处。 对零序互感线路，由于互感的取磁作用，零序电流随故障点 远去有可能单调减后又单调升，但不会单调升后又单调减。 故障点可设在非故障线路的出口或末端。
整定计算是针对具体的电力系统，通过网络计算 工具进行分析计算、确定配置的各种保护系统的保护 方式、得到保护装置的定值以满足系统的运行要求。 继电保护装置是通过安装处采集的电压、电流， 根据动作判据认定是否动作、何时动作。整定计算就 是计算动作判据的整定值和动作时间，以保证故障发 生在保护范围内，按配合时间的要求可靠地动作（灵 敏性）；在保护范围外可靠地不动作（选择性）。
1 继电保护整定的基本概念
1.5 逐级配合
• 完全配合：定值和时间均有配合
t II A t
A
I A
t
B
I B
t
t II B
• 不完全配合：定值不配合，时间有配合
t II A t IA
A B
t IB
t
t II B
• 完全不配合：定值有配合，时间无配合； 定值、时间均无配合
1 继电保护整定的基本概念
3n*3n维矩阵
写成矩阵形式，并假设网络元件参数三相对称得：
2 继电保护整定的故障计算
2.2 基于节点导纳矩阵故障计算
故障计算网络方程

电网正常运行状态下的网络方程简写为 ： Y(0) V(0) =I(0) 电网发生故障瞬间，设其网络方程为： Y(f) V(f) =I(f) 故障瞬间电流不能突变，故有：I(f)=I(0)
线路间零序互感越来越复杂。
2 继电保护整定的故障计算
2.2 基于节点导纳矩阵故障计算
电力系统网络方程
三相导纳型网络方程： 三序导纳型网络方程：
Y(abc) V(abc) =I(abc)
Y(120) V(120) =I(120)
V(120)为n维向量， Y(120)为
设网络节点数为n，则I(120)、
1 继电保护整定的基本概念
1.3 保护分类
辅助保护
辅助保护是为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备 保护退出运行而增设的简单保护。如零序电流保护。
B9 B8 L7 L6 B7
纵联速动主保护
L8 Bk10 B5 L3 B k4 B1 B k1 L10 Bk2 B6 Bk11 L13 B12 B11 L4 B2 Bk6 Bk8 B k5
0.14 t p t I ( ) 0.02 1 Ip
tp为时间常数，Ip为 电流基准值，I为流 过保护的电流
反时限（零序）电流保护主要用于电网联系紧密的 地区。电流受系统运行方式较小，元件停运不会影 响其选择性。
国内应用较少
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1.11 原理级整定和装置级整定
装置定值项拆分：原理级定值和装置级定值
为保证选择性，对相邻设备和线路有配合要求的保护和同 一保护内有配合要求的两元件(如起动与跳闸元件、闭锁与 动作元件)，其灵敏系数及动作时间应相互配合。
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1.4 保护“四性”
灵敏性
灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生故障时，保护装 置具有的正确动作能力的裕度，它反映了保护对故障的反应能力， 一般以灵敏系数来描述。灵敏度系数指在被保护对象末段发生金 属性短路时，故障量与整定值（反映故障量上升的保护，如电流 保护）或整定值与故障量之比（反映故障量下降的保护，如阻抗 保护）。
继电保护整定计算基础知识 及实际应用
湖北电力调度控制中心 2016.7
目
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继电保护整定的基本概念 继电保护整定的故障计算 继电保护整保护整定的整定原则
继电保护整定的关键技术
目
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继电保护整定的基本概念
1 继电保护整定的基本概念
1.1 整定计算的目的
(4)
(5)

导纳矩阵具有可迭加性， Y(f) 可由Y(0)和故障修改导纳矩阵迭 加而成，即：

（ 6）
其中nf为故障重数，每一重故障都对应一个修改导纳矩阵△Y(f)， △Y(f)取决于故障地点和故障类型，反映该故障对三序网络结构和 参数的影响。
2 继电保护整定的故障计算
2.2 基于节点导纳矩阵故障计算
Y(f)的求取

将（6）式中的 Y(0) 重新记为 Y(f0) 。
设网络节点数为 n ，故障时需要增设的节点数为 m，则 Y(f) 和 Y(f0) 的维数为 3(n+m)×3(n+m) 。

Y(f) 的形成可以分为两个阶段： 根据故障位置增设节点(母线上短路，不新增节点；线路中间 短路，新增一个节点；线路中间断线，新增两个节点；断路器 开断，新增一个节点)，形成 Y(f0) 。
1 继电保护整定的基本概念
1.5 逐级配合
整定时间定值配合 在整定范围定值的同时，也得到 N个整定时间定值。显然， 如果最终的整定时间定值=MAX{得到的N个整定时间定 值}，肯定满足选择性。
降低最终的整定时间定值肯定不满足选择性。如：第I个 配合设备配合的时间最大，无论与之配合范围定值如何， 要降低配合时间定值，必然要缩小配合范围定值，否则失 配。在整定配合范围定值时，已经计算出不能缩小配合范 围定值，否则灵敏度不足。因此，两者不能兼顾。
安全性：区外故障可靠不动作
可信赖性：区内故障可靠动作
整定计算中，主要通过制定简单、合理的保护方案来保证。 另外在运行方式变化时应对定值进行调整以保证保护系统 可靠动作。
1 继电保护整定的基本概念
1.4 保护“四性”
选择性
选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，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