电力分析软件对线路保护整定值的计算方法 - 第十三章

13-1
电力分析软件对线路保护整定值的计算方法
电流、电压整定值受电网结构及运行方式影响较大，整定值的准确计算比较复杂，下面以图13-1所示的单侧电源环网供电电网，母线B 、C 间断路器5QF 的保护为例，简单介绍采用EDCS-6110单元线路的各种保护整定值的计算。

假设在图13-1所示的系统中Z AB =2.27Ω，Z BC =2.46Ω，Z AD =2.26Ω，Z DC =2.38Ω,Z F1=0.52Ω, Z F2=0.39Ω
13-1.1 电流速断保护整定值I sdz1的计算
电流速断保护为无时限保护，其动作时间为保护装置的固有动作时间，按“规程”规定微机保护的固有动作时间为40ms 以下。

一．电流速断保护的整定计算
1. 电流速断保护动作电流整定值I szd1的基本计算公式：根据保护的选择性要求，电流速断保护只有在本线路内发生短路时才动作，为使计算简单，通常取线路末端母线（母线C ）短路来计算线路短路电流I dmax ，考虑到末端母线上其它线路近端短路时，短路电流与母线短路电流接近，为保证电流速断保护不误动，则电流速断保护电流整定值为：
为电流速断保护的可靠系数，一般取1.2～1.3。

)
3(m ax
1d I K szd I K I ⅠK K 13-1 单侧电源环网供电网络图
2 （13-1）
为最大运行方式下，线路末端三相短路的最大电流。

可靠系数 系考虑以下因素的影响而设置
a ．躲过末端母线（母线C ）上其它线路近端短路的短路电流
b ． 短路电流的计算误差
c ． 短路时非周期分量的影响
d ． 留有一定裕度
2．三相短路电流的计算
三相短路电流的计算公式为：
E xt —— 系统电源的等效相电势
Z xt —— 系统等效相阻抗，即保护安装处到电源间的等效阻抗，包含保护安装处后方
输电线路阻抗、变压器阻抗、发电机阻抗等。

Z Ld —— 被保护线路短路点到保护安装处的阻抗，其值为Z Ld ＝Z 1·L ， Z 1为线路单位
长度的阻抗，L 为线路长度，计算整定值时，L 为线路全长L max ，故计算整
定值中的 公式为：
3．运行方式对短路电流的影响：电力系统运行方式不同，流过保护装置的短路电流也
不同，流过保护装置短路电流最大的运行方式，称为最大运行方式，短路电流最小的运行方式称为最小运行方式，对于附图1中保护5（即5QF 处装设的保护），全部电源投入且开网（3QF 或7QF 断开）运行时为最大运行方式，只投入内阻较大的一个电源、环网闭网运行（全部QF 投入）为最小运行方式，但对于9、10、11QF 保护，闭网运行时为最大方式，开网运行为最小方式。

a. 最大运行方式短路电流计算，最大运行方式下，C 母线短路时流过保护5的电流计算公式为：
将系统参数代入上式得：
Ld
xt xt
d Z Z E I +=
max
1)3(max L Z Z E I xt xt
d +=
BC
AB Ext
xt
m d Z Z Z E I ++=
.max )3(m ax
d I ⅠK K （13-2）
)
3(m ax
d I
13-3
式中：Z EXt ——电源等效内阻抗，等于两个电源内阻的并联值，即：
由此可得：
在软件中最大运行方式所对应的系统图如下图（1）所示：
软件根据C 点三相短路的计算结果如下：可见由B 点流向线路L_BC 的短路电流正好等于1.211kA ，和上述理论结算的结果相同。

b ． 最小运行方式下，短路电流的计算：最小运行方式下，流过保护5的短路电流
Ω
==223.039.0//52.0Ext Z 46
.227.26
.max ++=
Ext
m d Z I 2
1//E E Ext Z Z Z =kA
I m d 211.146
.227.2223.06
.max =++=
计算公式，以电源E1投入为例。

在软件中最小运行方式所对应的系统图如下图（2）所示：
软件根据C点三相短路的计算结果如下：可见由B点流向线路L_BC的短路电流正好等于1.038kA，和上述理论结算的结果相同。

BC
AB
Ext
n
d Z
Z
Z
E
I
+
+
=1
.
max
05
.1
52
.0
38
.2
26
.2
38
.2
26
.2
46
.2
27
.2
1
=
⨯
+
+
+
+
=
⨯
+
+
+
+
=
E
DC
AD
DC
AD
BC
AB
Ext
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
kA
Z
Z
Z
E
I
BC
AB
Ext
n
d
038
.1
46
.2
27
.2
05
.1
6
1
.
max
=
+
+
=
+
+
=
13-5
二．电流速断保护的有效保护范围
由于电流速断保护的整定值大于末端最大短路电流，故不能保护线路全长，在电流速断保护有效范围末端，最小运行方式下，两相短路时，其短路电流等于电流速断整定值I szd1。

即：
由此解得，电流速断保护的最小长度为：
式中： ——最小运行方式下的系统等效阻抗
电流速断保护的有效范围为： ，一般K x 应≥15％ 为校验简单起见，可计算出在最小运行方式下，线路15%处两相短路时的最
小短路电流， 用 是否大于1来校验电流速断保护是否符合灵敏度要求，K Lm 越大保护范围也越大。

软件根据图（2）所示最小运行方式在线路L_BC 上距B 点0.15处两相短路的计算结果如下：可见由B 点流向线路L_BC 的短路电流正好等于1.545kA 。

)
2(min D I =1.545 kA
K Lm >1可见电流速断保护是否符合灵敏度要求的。

1min
1max )2(min
23szd xt d I L Z Z Ext I
=+*=
⎪
⎪⎭
⎫ ⎝⎛-*=
*max 11
min 231xt szd xt Z I E Z L %100m in
⨯=AB
X L
L K （13-3）
)
2(min D I szd D Lm
I I K /)2(min =m ax ⋅xt Z 28
.1211.1/545.1/)2(min ===szd D Lm I I K
13-1.2 限时电流速断保护整定值的计算 一．限时电流速断保护的作用
限时电流速断保护用来切除本线路电流速断保护范围以外的全长范围内的故障，并对末端短路有足够的灵敏度。

限时电流速断保护是线路的主保护。

二．限时电流速断保护的电流整定值计算
限时电流速断保护的最大保护范围为下级保护的电流速断保护的最小范围，如保护5的限时电流速断保护范围为保护10的速断保护的最小范围。

故其电流整定值为：
—— 某线路限时电流速断保护整定值 —— 下一级线路电流速断整定值
—— 限时电流速断可靠系数：一般取1.1～1.2
三．分支电路对限时电流速断保护电流定值的影响
由于限时电流速断保护要与下一经线路的电流速断保护配合，在有分支电路时流过本保护与下一级保护的电流不同，故分支电路对限时电流速断保护的定值有较大影响。

1. 有源支路对限时电流速断保护定值的影响：以附图2a 所示电网为例，说明有源分支电路对限时电流速断定值的影响。

图13-2a 所示电网的等效电路如图13-2b 。

图中Z A 为电源A 的等效内阻，Z B 为电源B 的等效内阻，Z AB 和Z BC 分别为线路AB 与BC 段的阻抗，在线路2的d 点发生短路时，ZB C1为母线B 到d 点的阻抗，则流过线路1的电流为：
m
szd K n szd I K I ⋅⋅=12Ⅱ2
.szd I m
szd I .1ⅡK
K （13-4）
13-2(a) 带有源支路的供电网络图
B
A
B
13-7
B
AB A B AB B A fz Z Z Z Z Z Z Z K 1
11++=++=
假设在图13-2(b)所示的系统中Z AB =2.27Ω，Z BC =2.46Ω,Z A =0.52Ω, Z F =0.39Ω
式中： = 1+(0.52+2.27)/0.39=8.15为分支系数，
在有源分支电路时，分支系数>1，流过保护1的电流小于流过保护2的电流。

在软件中图13-2(a)所示运行方式所对应的系统图如下图（3）所示：
软件根据图（3）所示运行方式在线C 点处三相短路的计算结果如下：可见由B 点流向线路L_BC 的短路电流正好等于4.362kA ，A 点流向线路L_AB 的短路电流正好等于0.535kA ，
fz
d AB B A B
d
d K I Z Z Z Z I I 21
21=++=Z A
Z B
Z BC1
Z BC2
Z AB
B
C
A d
13-2(b) 图2(a) 的等值电路
A
B
K fz =I 2d /I 1d =4.362/0.535=8.15
可见软件对K fz 的计算结果正好和理论计算结果一致。

2．无源并联支路对限时电流速断保护整定值的影响：以图13-3所示电网为例，在线路2中的d 点短路时，流过线路1的电流为：
假设在图13-3所示的系统中Z AB =2.27Ω，Z BC =2.46Ω,Z A =0.52Ω,线路BC 的长度L bc =1。

式中：L 2为母线B 到短路点d 的距离，假设值为0.3。

式中： =1-(0.3*2.46)/(2*2.46)=0.85 为分支系数，在
有无源并联分支电路时，K fz <1，即流过保护1的电流大于流过保护2的电流。

fz
d BC
BC d d K I Z L Z Z I I 22
12122=-*
=BC
BC BC fz Z L Z Z L
Z Z
K 2122212
1-=-=13-3 具有无源并联支路的供电网
C
A
1
2
d
3
4
5
6
xt E xt
1
13-9
在软件中图13-3所示运行方式所对应的系统图如下图所示：
软件根据上图所示运行方式在线路L_BC1上距B 点0.3处三相短路的计算结果如下：可见由B 点流向线路L_BC 的短路电流正好等于1.492kA ，由A 点流向线路L_AB 的短路电流正好等于1.756kA ，
K fz =I 2d /I 1d =1.492/1.756=0.85
可见软件对K fz 的计算结果正好和理论计算结果一致。