供配电微机常用保护整定计算

供配电微机常用保护整定计算

潘 飞

(大连西太平洋石油化工有限公司 116600)

摘 要 本文根据对供配电微机综合保护控制装置的实验摸索和理论研究，结合目前国内外常用微机综合保护控制装置的特点，简化了供配电设备微机常用保护的整定计算方法，给出了实用的计算数据。

关键词 供配电，微机保护，综合保护，整定计算

1 引言

随着微计算机技术的发展，微机综合保护控制装置（以

下简称微机保护）将在供配电系统保护中获得广泛的应用。如何将微机保护设置的恰到好处是摆在每个微机保护应用人员的重要任务。

微机保护装置的各种保护功能通常具有4~6段，每段保护既可选定时限也可为反时限，如将定时限动作时间设为0即成为速断保护，而且还可以通过编程自定义您所需要的各种保护和控制的新功能组合，再将多种保护和控制功能组成保护控制功能组，多组保护控制功能组之间可根据输入状态自动转换。考虑经济和安装等问题而不必装设的机电式保护功能在微机保护中已变的非常容易实现。

2 微机保护整定计算基础

由于互感器、断路器等测量和执行元件及微机保护自

身性能的提高，以及利用微计算机对多个供配电所或大型供配电系统的全部微机保护进行整定计算的需要，用于机电式保护继电器的部分整定计算方法已不能适应其要求，应给予修正。

2.1 互感器变比

在微机保护整定计算中，为了适应互感器二次数值的不同，不是采用互感器变比参与计算，用物理量作为整定值，而是用互感器的一次值作为计算参数，采用标幺值作为整定数据。 2.2 接线系数

由于机电式继电器的电流输入可为单相也可为两相差接，因此在整定计算时必须采用接线系数加以区分，而微机保护装置是同时输入三相数据，如仅有两相输入源也可由这两相输入源之和取反的方式作为第三相输入源，据此，在微机保护整定计算时已不需考虑接线系数。 2.3 返回系数

微机保护不必因接点压力问题考虑返回系数，通常过量动作返回系数Kre大于0.95，欠量动作Kre小于1.05，一些微机保护甚至达到0.98或1.02。又因|1－Kre|<5%，这在工程计算时仅仅是一个附加概念，完全可以通过可靠系数加

以适当补偿，所以可在微机保护整定计算中删除返回系数。2.4 整定计算基础

由于在微机保护整定计算时可不必考虑接线系数和返回系数，使保护计算公式得到简化。 2.4.1 保护整定计算

电流保护整定计算公式： Iset=Krel×Ien.max/ITA.p

ITA.s

(1)

式中：

Krel—可靠系数； Ien.max—最大允许电流；

ITA.p—电流互感器一次电流，A； ITA.s—电流互感器二次电流，A。 电压保护整定计算公式： Uset.=Kset.v UTV.s (2)

式中：

Kset.v—电压整定系数；

UTV.s—电压互感器二次电压，V。 2.4.2 反时限保护整定时间计算

反时限整定时间计算公式： tset=top/(K/((Kmax/Krel)α－1)+L) (3)

式中：

top—反时限保护动作时间，s； Kmax—最大负荷系数，见表－1； K，α，L－标准特性反时限常数[1]

。

表－1最大负荷系数表 保护设备 Kmax 供配电线路 KL.max=2~3，宜取2.5 配电变压器 KT.max=2~3，宜取3 电动机 KM.max=Kst 电容器 KC.max=2~3，宜取3 表中：

Kst—电动机启动电流倍数。 2.4.3 反时限保护曲线选择

反时限保护曲线宜选择：

表－2反时限保护曲线选择表

保护设备 反时限保护曲线 电动机 IEEE或IEC非常反时限曲线 电容器 C02或US短时反时限曲线 配电变压器 IEEE或IEC非常反时限曲线 供配电线路 IEEE适度或IEC标准反时限曲线 2.4.4 热过负荷整定计算[1]

虽然热过负荷保护功能有许多种，但典型还是热等效电流法。该方法是基于负荷电流的正序和负序分量计算得到一个热映像[2]，该热映像的曲线通常分为三段，即运行加热曲线段、启动加热曲线段和冷却曲线段，通过调整运行热时间常数Thot.run、启动热时间常数Thot.st及冷却时间常数Tcool可改变各段曲线参数。

热过负荷动作时间通过下式计算得到： thot..op=Thot×ln(((Ieq/Iset.hot.)2–i)/((Ieq/Iset.hot.)2–thresh)) =Thot×ln((Khot2–i)/(Khot2–thresh)) s

(4)

其中：

Thot—热时间常数，s，分为运行热时间常数Thot.run和

启动热时间常数Thot.st两段；

Ieq—热等效电流，Ieq=K221I1K2I2，其中：

I1—正序电流分量； I2—负序电流分量； K1—正序电流识别因子。 K2—负序电流识别因子。 Iset.hot—热过负荷整定电流，A； Khot—热比值，Khot=Ieq/Iset.hot.； i—初始热状态值；

thresh—热过负荷报警整定值或热过负荷跳闸整定值。 2.5 灵敏系数检验

电流保护最大整定值应检验灵敏系数，其计算如下： Ksen≥1000×Imin/(Iset.max×ITA.p)

(5)

式中：

Ksen—灵敏系数，见表－3；

Imin—微机保护安装处最小故障电流，KA； Iset.max—电流保护最大整定值。

表－3灵敏系数表 保护类型 Ksen 相过电流主保护 1.5 相速断主保护 2 相电流后备保护 1.2 零序电流保护 1.5 2.6 检验值计算

随着微计算机的普及，在计算保护整定值的同时应给出

其检验值。

电流检验值计算公式： Ich=Kch×Iset×ITA.s

A (6) 电压检验值计算公式： Uch=Kch×Uset×UTV.s

V

(7)

式中：

Kch—检验系数，见表－4。

表－4检验系数表 Kch 过量动作 欠量动作 保护启动检验系数 1.05 0.95 保护返回检验系数 0.95 1.05 2.7 电压保护推荐安装方式

为使供配电所内的微机保护系统构成简单，节省投资，推荐采用将电动机和电容器的电压保护统一至供配电系统的安装方式。

在整定计算前，应首先熟悉微机保护的各种功能，根据供配电系统的运行特点，选取投入的主保护和后备保护，仔细选择表－5~10内的数据，代入或作为函数调用式－1~7即可计算得到各种保护的整定值、灵敏系数及检验值。

3 电动机保护计算

3.1 电动机热过负荷保护整定[2~4]

电动机热过负荷保护[3]~[5]不但考虑供配电线路、定子

绝缘及负序电流引起的热过负荷，还要考虑启动及机械故障。因此，与配电变压器及电力电容器相比，电动机的热过负荷保护最为复杂。 3.1.1 电流识别因子整定

电流识别因子通常取：

表－5电动机识别因子数据表 识别因子 启动过程 正常运行 K1 3 1 K2 3 5 电流识别因子可简化为：K1=1，K2=5。

3.1.2 运行热时间常数整定

电动机运行热时间常数为Ieq位于0和2倍的Iset.hot.之间。整定时不能仅仅考虑定子线圈，还应顾及电动机的机械故障，可通常取Thot.run=6 min。 3.1.3 起动热时间常数整定

当热等效电流Ieq大于2倍的Iset.hot时，为电动机起动热时间常数。按热态允许再起动[5]一次考虑，设i=0.75，thresh=0.99，根据式(4)计算：

Thot.st=tst/(60×ln(((Kst/Krel)2–0.75)/((Kst/Krel)2–0.99))) (8) 式中：

tst—电动机启动时间，s。 3.1.4 冷却热时间常数整定

当电动机停止运行时采用该时间常数。根据电动机的散热特性通常取Tcool =60 min。

电动机微机保护计算数据如下：

表－6电动机保护整定计算数据表 保护投入 Krel Ien.max tset 热过负荷 1.08 IN.M thot..op 定时限相电流 1.5~1.8 IN.M (1.1~1.2)×tst 宜取1.6 Ist.M 0s 反时限相电流 1.25 Ist.M tst 定时限负序电流 0.15 (1.1~1.2)×tst 0.8 IN.M toc.u+△t 三相电流之和 定时限零序电流 0.1×Ist.M (1.1~1.2)×tst 专用零序互感器 1.25 定时限零序电流 宜取1A △t 表中：

△

t—时间级差，0.3~0.5s，宜取0.35s；

toc.u—上级供配电所配出相电流保护动作时间； IN.M—电动机额定电流，A；

Ist.M—电动机启动电流电流，Ist.M=Kst×IN.M。 最后还应给出电动机的低电压保护动作时间tuv.M.op。

4 电容器保护计算

电容器热过负荷保护整定数据为： K1=K2=1，Thot=16 min，Tcool=30 min。 电容器微机保护计算数据如下：

表－7电容器保护整定计算数据表 保护投入 Krel Ien.max tset 热过负荷 1.08 IN.C thot..op 定时限相电流 1.5~2 IN.C 0.3~1s 宜取1.6 IC.max 0.1~0.2s 反时限相电流 1.25 IC.max 0.2~0.3s 定时限负序电流 2.5 IN.C △t 三相电流之和 定时限零序电流 0.25×IN.C △t 专用零序互感器 1.25 定时限零序电流 宜取1A △t 表中：

IN.C—电容器额定电流，A；

IC.max—电容器最大负荷电流，IC.max=KC.max×IN.C。

5 配电变压器保护计算

配电变压器热过负荷保护整定数据为： K1=K2=1，Thot=90 min，Tcool=60 min。 变压器微机保护计算数据如下：

表－8配电变压器保护整定计算数据表 保护投入 Krel Ien.max tset 热过负荷 1.08 I1N.T thot..op 定时限相电流 1.25 IT.max toc.d+△t 1.5 Ik.max 0s 反时限相电流 1.25 IT.max toc.d+△tIDMT 定时限负序电流 0.8 I1N.T toc.d+△t 三相电流之和 (0.15~0.3) 定时限零序电流 toc.d+△t 专用零序互感器 1.25 宜取0.2×I1N.T 定时限零序电流 宜取1A toc.d+△t 表中：

I1N.T—配电变压器一次额定电流，A；

IT.max—变压器最大负荷电流，IT.max=KT.max×I1N.T； Ik.max—变压器低压母线三相短路电流； toc.d—下级相电流保护动作时间；

△

tIDMT—反时限时间级差，0.5~0.7s，宜取0.5s。

6 供配电线路保护计算

供配电线路微机保护计算数据如下：

表－9供配电线路保护整定计算数据表 保护投入 Krel Ien.max tset 定时限相电流 1.25 IL.max toc.d+△t 反时限相电流 1.25 IL.max toc.d+△tIDMT 定时限负序电流 0.8 IL.30 toc.d+△t 三相电流之和 (0.15~0.3) 定时限零序电流 toc.d+△t 专用零序互感器 1.25 宜取0.2×IL.30 (5~10)A 定时限零序电流 宜取5A toc.d+△t 表中：

IL.30—供配电线路计算电流，A；

IL.max—供配电线路最大负荷电流，IL.max=KL.max×IL.30。7 供配电系统保护[6]

供配电系统微机保护计算数据如下：

表－10进线及母联定时限相电流保护数据表

保护投入 Krel Ien.max tset 进线定时限相电流 ttie.o=tmax+△t 1.25 Imax.run ttie.c=ttie.o+△t 母联定时限相电流 tmax+△t

表－11定时限电压保护数据表 保护投入 Kset.v tset.v 备自投低电压 0.15~0.3 宜取0.25 备自投过电压 0.65~0.75 宜取0.7 tau.u+2×△t 定时限零序过电压 宜取0.15 toc.u+△t 电动机低电压 0.4~0.8 宜取0.5 0.5s 宜取9s 电容器低电压 0.5~0.6 宜取0.5 宜取1.5s 电动机过电压 宜取1.1 宜取3.1 min 电容器过电压 取1.1 宜取3 min 表中：

ttie.o—母联断开时进线保护动作时间； ttie.c—母联闭合时进线保护动作时间；

tmax—供配电所内最大定时限相过电流保护动作时间； tau.u—上级供配电所母线备自投动作时间，并应

tau.u≥tmax；

Imax.run—最大运行电流，A。 7.1 最大运行电流估算

最大运行电流应取其以下估算之大者。 7.1.1 电动机启动时最大运行电流估算

启动电流最大的电动机（不参加再起动）启动时的最大运行电流：

İM.max.st=İst.max+İmax.run A (9)

式中：

İst.max—最大的电动机启动电流，A；

İmax.run—除启动电动机以外的最大运行电流，A。 可估算为

IM.max.st=Ist.max +Kmax.run×(∑IN.inst－IN.st.max) =(Kst.max－Kmax.run)×IN.st.max+Kmax.run×∑IN.inst A

(10)

式中：

Kst.max—最大启动电流的电动机启动电流倍数； IN.st.max—最大启动电流的电动机额定电流，A； ∑IN.inst—全部安装电气设备额定电流之和，A； Kmax.run—最大运行系数[8]： Kmax.run=Imax.run/∑IN.inst

(11)

通常Kmax.run取0.6~1，对于主接线为单母线分段的变配电所宜取0.7，而单母线的变配电所宜取0.95。最大运行系数与各企业电气设备运行状态、安装台数及变配电所类型有关。在同样条件下，母线上安装的电气设备台数越多运行系数越小，而分变配电所的运行系数应大于主变配电所。 7.1.2 备用电源自动投入时最大运行电流估算

备用电源自动投入时最大运行电流为 İmax.au=∑İrun.max.Fbus+∑İrun.runbus

A (12)

式中：

∑İrun.max.Fbus—故障母线段运行设备最大电流和，A； ∑İrun.runbus—运行母线段运行电流和，A。 可估算为

Imax.au=Kmax.run×(∑Imax.inst.Fbus+∑IN.inst.runbus) A (13) 式中：

∑Imax.inst.Fbus—故障母线段安装设备最大电流和，A； ∑IN.inst.runbus—运行母线段安装设备额定电流和，A。 当变配电所的主接线为单母线时∑IN.inst.runbus＝0。

8 结束语

目前，供配电微机综合保护装置已在我国得到了广泛

的应用，但一些电气人员对微机保护的设计、安装、整定和检验的计算，以及运行管理方面还缺乏深刻的认识，为此既不能大材小用，又不可画蛇添足。望本文能够为电气人员利用微计算机对供配电微机综合保护装置的整定计算及应用方面提供一定的参考。

参考文献

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潘飞，微机电动机过负荷保护，电气&智能建筑，2006(1-2)

[2] 潘飞，SPAM150C保护装置在石化企业的应用，电工技术杂志，2004(10)

[3] 潘飞，P220电动机保护装置在石化企业的应用，电气&智能建筑，2005(1)

[4] 潘飞，微机电动机保护装置新技术，电气&智能建筑，2006(5) [5] 潘飞，电动机再起动技术，电工技术杂志，2004(3) [6] 潘飞，F35多功能馈线管理继电器在单母线分段系统的应用，电力系统自动化，2003(17)

[7] 3~110kV电网继电保护装置运行整定规程，DL/T584-95 [8]

刘介才，《工厂供用电实用手册》，2001 收稿日期：2006年9月28日

该文已在2006年第12期《电气&智能建筑》杂志建筑强电册上发表。