10kV配电工程继电保护整定计算
电力系统继电保护专题答疑
之继电保护整定计算
说明：本专题所用例题主要选自《电力系统继电保护整定计算》（许建安、王凤华编，中国水利水电出版社）和《电力系统继电保护习题集》（张保会、潘贞存编，中国电力出版社）。
专题一：线路阶段式电流电压保护
图 1 典型中低压电力网络图
1、保护Ⅰ段整定
（1）短路计算
最大短路电流（系统最大运行方式下发生三相短路）
I kB max =
（3）
E S
X S .min +X AB
=
E S
X S .min +x l ⨯L AB
最小短路电流（系统最小运行方式下发生两相短路）
I kB min =
（3）
2
E S
X S .max +X AB
=
2
E S
X S .max +x l ⨯L AB
（2）Ⅰ段整定值
I set .1=K rel I kB max
t set .1=0
Ⅰ
ⅠⅠ（3）
s
（3）校验最小保护区
L m in =
1⎛E S
-X S .m ax Ⅰ x 1⎝2I set .1
⎫
⎪⎪⎭
最小保护区百分比为
m =
L min L AB
⨯100%＞（15%~20%）
说明：对于线路变压器组，变压器故障时，无论是2QF/3QF 动作跳闸还是1QF 跳闸，LD 都失去负荷，故允许保护1的Ⅰ段伸入变压器。
LD
图 2 线路变压器组
2、保护Ⅱ段整定
保护1的Ⅱ段不超过保护2的Ⅰ段
I set .1=K rel I set.2
Ⅱ
ⅡⅠ
相邻母线有多个元件时，取I Ⅰ中较大者。 set.2如何确保选择性？
t set .1=t set .2+∆t
Ⅱ
Ⅰ
说明：分支系数问题
分支系数定义：相邻下一级线路保护Ⅰ段末端短路时，流过故障线路的短路电流与保护安装处的短路电流之比。
（1）助增情况（不考虑助增情况，保护缩短） （2）外汲情况（不考虑外汲情况，保护伸长）
I set .1=
Ⅱ
1k b
K rel I set .2
ⅡⅠ
保护校验 Ⅱ段只做近后备
在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路时，最小灵敏系数
K sen =
I kB m in I
Ⅱset .1（2）
＞1.5
3、保护Ⅲ段整定
最大负荷电流
I L max =
（此处0.95是考虑到启动时电压可能低于额定电压5%，故取0.95U ） Ⅲ段整定值
I
Ⅲset .1
=
K rel K ss
K re
Ⅲ
Ⅲ
I L m ax
t set .1=max {t set . next }+∆t
Ⅲ
灵敏度校验
1）作线路AB 的近后备
K sen =
Ⅰ
I kB m in I
Ⅲset .1
（2）
＞1.5
2）作相邻线路BC 的远后备
I kC min =
（2）
E S
2X S .max +X AB +X BC
K sen =
Ⅱ
I k C m in I
Ⅲset .1
（2）
＞1.2
【例题1】
如图所示35kV 单侧电源放射状网络，AB 和BC 均设有三段式电流保护。已知：
（1）线路L AB =20km ，L BC =30km，线路电抗x 1=0.4Ω/km 。
（2）变电所B 、C 中变压器连接组别为Y/d-11，且在变压器上装设差动保护。
（3）线路AB 的最大传输功率为P m ax =9.5MW ，自启动系数取1.3。 cos ϕ=0.9，（4）T1、T2变压器归算到被保护线路电压等级的阻抗为28Ω，系统电抗为
X s.max =7.9Ω，X s.min =5.4Ω
。
试对线路AB 的保护进行整定计算与校验。
三段式电流保护整定总结
1）制定等值电路图，求取元件参数 2）制定最大最小运行方式
3）求取最大最小运行方式下母线三相短路电流 4）按最大运行方式整定 5）按最小运行方式校验
专题二：三段式零序电流保护
1、零序Ⅰ段
（1）躲开被保护线路末端单相或两相短路接地时保护安装处最大的3倍零序电流。
I 0set .1=K rel ⋅3I 0.max
Ⅰ
Ⅰ
其中
1）单项接地：3I 0
(1)
=
3E 1
2Z 1∑+Z 0∑
(1,1)
=2）两相短路接地：3I 0
3E 1
Z 1∑+2Z 0∑
（2）躲开被保护线路断路器三相不同时合闸（按始端断线计算）时保护安
装处最大的3倍零序电流。
I 0set .1=K rel ⋅3I 0. ust
Ⅰ
Ⅰ
其中
1）接通一相，相当于两相断线
3I 0=3⨯
E 1-E 22Z 1∑+Z 0∑
2）接通两相，相当于一相断线
3I 0=3⨯
E 1-E 2Z 1∑+2Z 0∑
选择其中数值最大者。
采用单相重合闸时，应该设置灵敏Ⅰ段和不灵敏Ⅰ段，以躲开非全相运行时又发生系统振荡出现的零序电流。
2、零序Ⅱ段
被保护线路存在多个相邻下一级设备时，首先按与各个相邻下一级线路的Ⅰ段相配合整定，然后选择数值较大者。
I 0set .1=
Ⅱ
Ⅱ
K rel k b min
Ⅱ
I 0set .2
Ⅰ
t 0set .1=∆t
灵敏度校验
K sen =
3I o
Ⅱ
min
I 0set .1
＞1.3~1.5
（不满足要求时可以和下一级的零序Ⅱ段配合）
3、零序Ⅲ段
整定原则：
（1）按躲过相邻线路出口处三相短路时保护安装处的最大不平衡电流整定，短路点也可选择在被保护线路末端。
I 0set.1=K rel I unb .max =K rel K np K st K er I k .max
Ⅲ
Ⅲ
Ⅲ
(3)
（2）与相邻下一级线路的零序Ⅲ段进行灵敏度配合，即保护范围要小于相邻下一级线路零序Ⅲ段的保护范围。
I 0set.1=
Ⅲ
K rel
k b min
Ⅲ
I 0set.2
Ⅲ
灵敏度校验 近后备：K sen =
3I o
Ⅲ
min
I 0set .13I o
Ⅲ
min
＞1.3~1.5
远后备：K sen =
Ⅲ
Ⅲ
I 0set .1
＞1.2
t 0set .1=max {t 0set . next }+∆t
【例题2】
如下图所示220kV 网络，对断路器1处配置的三段式零序电流保护（不考虑非全相运行状态时系统发生振荡的情况）进行整定，计算定值、动作时间并校验灵
ⅡⅢ
敏度。（K Ⅰ=K rel =K rel =1.2，零序最大不平衡电流的计算系数综合考虑为rel
K np K tx K er =0.1。C 母线三段零序电流保护动作时间为1秒）。
X1=15
X0=12X1=40X0=115
220kV
X1=30X0=110X1=25X0=17
三段式零序电流保护整定总结
1）制定等值三序电路图，求取元件参数 2）制定最大最小运行方式
3）求取最大最小运行方式下母线单相短路零序电流和两相短路接地零序电流
4）注意零序电流要按零序网络分配回去
4）按最大运行方式整定 5）按最小运行方式校验
专题三：阶段式距离保护整定
1、距离Ⅰ段
1）按躲过相邻下一级设备出口处（被保护线路末端）短路来整定
ⅠⅠ
Z set .1=K rel Z AB
其中，可靠系数取0.8~0.85。按此原则整定的距离Ⅰ段在任何系统运行方式下保护范围为线路全长的80%~85%。
2）对线路-变压器组按躲过变压器出口处短路来整定 Z set .1=K rel （Z AB +Z T ）
其中，可靠系数取0.75，此情况下距离Ⅰ段可能保护线路全长。 距离Ⅰ段的动作时限 t Ⅰ=0 s set .1
Ⅰ
Ⅰ
2、距离Ⅱ段
1）按与相邻下一级设备距离Ⅰ段相配合来整定 Z set .1=K rel （Z AB +k b .min Z set .2）其中，可靠系数取0.8。
最小分支系数为相邻下一级设备距离Ⅰ段保护范围末端三相短路时，相邻下一级设备电流与被保护线路电流之比的最小值。
t set .1=t set .2+∆t
Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅱ
Ⅰ
2）按躲过相邻变压器出口处短路来整定 Z set .1=K rel （Z AB +k b .min Z T ）
Ⅱ
Ⅱ
其中，可靠系数取0.7。
最小分支系数为变压器出口处三相短路时，变压器电流与被保护线路电流之比。
Ⅱ
t set .1=0.5 s （考虑变压器主保护采用差动保护）
3）灵敏度校验
K sen =
Ⅱ
Z set .1Z AB
Ⅱ
＞1.5
3、距离Ⅲ段
1）按躲过线路上最小负荷阻抗整定 最小负荷阻抗
Z L .min =
(0.9～1) U ϕ
I L .max
Z set .1=
Ⅲ
Z L .min
Ⅲ
K rel K re K ss cos （ϕsen -ϕL ）
其中，可靠系数取1.2~1.3，阻抗继电器返回系数取1.1~1.25，自启动系数取1.5~3，阻抗继电器灵敏角一般等于线路阻抗角，ΦL 是负荷阻抗角。
2）Ⅲ段时限
t set .1=t set .2+∆t
Ⅲ
Ⅲ
3）灵敏度校验 ①近后备
K sen （1）=
Ⅲ
Z set .1Z AB
Ⅲ
＞1.5
②远后备
K sen （2）=
Ⅲ
Z set .1
Z AB +k b .max Z BC
Ⅲ
＞1.2
最大分支系数为相邻下一级设备距离Ⅰ段保护范围末端三相短路时，相邻下一级设备电流与被保护线路电流之比的最大值。
【例题3】
已知系统参数如下:
1）系统的正序阻抗Z l =0.45Ω/km ，ϕk =65︒；
2）线路上采用三段式距离保护，阻抗原件采用方向阻抗继电器，继电器的最灵敏角ϕsen =65︒；
3）保护2、3的Ⅲ段最长时限为2s ；
4）线路AB 、BC 的最大负荷电流为I L .max =400A ，功率因数为cos ϕ=0.9，自启动系数K ss =2；
5）变压器采用差动保护，两台变压器的容量相等，S N =15MV A ， 短路电压百分比U k %=10.5，变比110/10.5kV；
6）系统的阻抗，Z S 1=10Ω，Z S 2.min =30Ω，Z S 2.max =∞。 试对保护1的各段进行整定。