大型水电站主设备继电保护整定计算系数选择的几点见解

大型水电站主设备继电保护整定计算系数选择的几点见解
摘要：该文对大型水电站主设备继电保护整定计算中所选取的计算系数的取值方式进行了讨论，通过对传统电磁式保护及目前广泛应用的微机保护的不同点分析的基础上，对保护整定用的计算系数的选取进行了综合分析，给出了合理的取值选择。

关键词：继电保护可靠系数灵敏系数返回系数
继电保护的整定值一般是通过计算公式计算得出的，为使整定值符合电力系统正常运行及故障状态下的规律，达到正确整定目的，计算公式中需要引入各种整定系数。

整定系数应根据保护装置的构成原理、检测精度、动作速度、整定条件以及电力系统运行特性等因素来选择。

1 可靠系数的选择
由于计算、测量、调试及继电器等各项误差的影响，使保护的整定值偏离预定数值可能引起误动作，为此，整定计算公式中引入了可靠系数Kk。

对于反应量值增大而动作的保护整定计算，可靠系数Kk ＞1，取值一般在1.15～2之间；对于反应欠量而动作的保护整定计算，可靠系数Kk＜1，取值在0.8～0.9之间。

选择Kk值的大小取决于整定计算时所采用的计算量（如短路电流Id）的误差大小。

以下以反应电流量的保护可靠系数选择为例进行
简要的分析。

对于反映电流量的保护，分为主保护保护（如电流速断或差动保护）与后备保护（如过流保护），两种类型的电流保护在整定计算时，由于所选取的电流类型不同，所以在整定计算中所选取的可靠系数也有差别：对于在整定计算过流保护的启动电流Iop时，由于应用的是最大负荷电流Imax或额定电流IN，电流取值为稳态值，量值的精度仅取决于测量装置的精度，而不牵扯到计算过程，因此较准确，则选取Kk可以较小些，一般取值在1.1～1.2之间；对于电流速断或差动保护，整定计算采用的计算量为次暂态短路电流，在工程实用短路电流计算中，为简化计算过程进行了一些合理的假设，使得计算得到的与实际发生短路故障时的电流误差较大，因此宜选择较大的可靠系数，一般取值在1.5～2之间。

对反应电流量的保护可靠系数的选择举例中可以看出，可靠系数的选择与整定计算时所采用的计算量是息息相关的。

2 灵敏系数的选择
灵敏系数是判别保护范围内部故障在最不利的情况下短路时，保护装置动作的灵敏性。

灵敏系数一般分为主保护灵敏系数和后备保护灵敏系数两种，前者是对被保护对象的全部范围而言，后者则是对被保护对象的相邻保护对象的全部范围而言，因此主保护与后备保护在灵敏系数的取值方面有所不同。

在大型机组纵差保护灵敏系数取值上，《导则》中对发电机，变压器的纵差保护要求灵敏系数不小于2，这个要求主要是针对电磁式保护装置的元件参数离散性高，为防止保护拒动，要求保护装置具有较高的灵敏系数。

随着微机保护以及数字信号处理器的普及，进一步提高了数据处理能力和运算速度，微机保护动作离散值小，动作逻辑可靠，因此，在保护范围的边界上，灵敏系数就能适当取低一点。

因此，在2006年发布的《继电保护和安全自动装置技术规程》GB/T 14285-2006中就对发电机、变压器、电动机纵差保护的最小灵敏系数降低取至1.5[1]。

校验灵敏度时除应注意一般以金属性短路为计算条件，选取不利的短路类型等因素外，对于经Y，d接线变压器之后的不对称短路，由于变压器两侧短路电流分布会发生变化，因此在计算灵敏系数时需要对不同相别，不同相的保护的灵敏度进行综合分析。

例如对于大型水电站的厂用电系统中，有些电厂厂用变压器厂用分支回路为两相电流互感器，当厂用变压器为Y，d11接线组别时，对于厂用分支装有两相电流互感器接线回路中，低压侧发生两相短路时，反应到厂变高压侧的电流在幅值上有两相为低压侧三相短路电流的一半，有一相的幅值等于低压侧三相短路电流[2]，因此其灵敏系数应为：
式中：Id(3)——为厂变低压侧三相短路电流；
Idz——厂变高压侧保护动作电流；
n——厂变变比；
对于厂用分支装有三相电流互感器接线回路中，当低压侧发生两相短路时，总有一相电流互感器反应为低压侧三相短路电流，因此，此时的灵敏系数应为：
综上可得，对于厂用分支装两相电流互感器与装三相电流互感器的两种情况，厂变高压侧所装保护的灵敏系数的计算方法不同，其灵敏系数相差两倍。

3 返回系数的选择
按躲过正常运行条件来整定的保护，例如按最大负荷电流整定的过电流保护及按最低运行电压整定的低电压保护，当系统故障时动作，而故障消失后应可靠返回，否则将发生误动。

另外，对于发电机和变压器的过激磁保护，当发电机和变压器瞬间过电压时，它可能动作，当电压恢复正常时，它应可靠返回。

因此，整定计算公式中引入返回系数，其定义为Kf＝返回量/动作量，对于过量动作的保护返回系数Kf<1，欠量动作的保护返回系数Kf>1。

《导则》中保护返回系数取值范围一般为0.85～0.95，准确选择其数值需要结合保护装置的特性综合考虑。

对于采用电磁型继电器的
模拟量保护，由于内部弹簧阻力、轴承摩擦等因素，返回系数一般取值在0.85～0.9；对于微机型保护装置，由于装置本身的返回量值与动作量值相差很小，虽能实现动作值与返回值相同，使返回系数取到1，但这样可能造成当故障电流与动作电流接近时，继电器频繁地动作又返回，造成出口抖动，因此，微机保护也需要考虑返回系数接近1但不等于1的数值，一般取为0.95。

由于目前已广泛采用微机保护，因此在考虑返回系数时，可直接取为0.95，过激磁保护可适当提高，取为0.98。

4 结语
本文对大型水电站主设备保护整定计算中所用的可靠系数、灵敏系数、返回系数等系数的选择及取值方法进行了介绍，并对微机保护中所用的系数的取值提出了合理化的建议。

参考文献
[1] 国家标准化委员会．继电保护和安全自动装置技术规程[M]．北京：中国电力出版社，2006．
[2] 高春如．大型发电机组继电保护整定计算与运行技术[M]．2版.北京：中国电力出版社，2010.。