抽水蓄能电站厂用电继电保护整定.docx

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抽水蓄能电站厂用电继电保护整定

抽水蓄能电站厂用电继电保护整定

1　范围

本标准规定了抽水蓄能电站厂用电系统继电保护的整定计算原则和方法。

本标准适用于抽水蓄能电站高压厂用变压器保护、低压厂用变压器保护、高压厂用电动机保护、高低压厂用母线保护、柴油发电机保护、SFC输入和输出变压器保护、备用电源自动投入装置的整定计算。

2　规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T14285继电保护和安全自动装置技术规程

GB/T15544.1三相交流系统短路电流计算第1部分：

电流计算

DL5163 水电工程三相交流系统短路电流计算导则

NB/T35010水力发电厂继电保护设计规范

3　基本规定

继电保护装置应满足可靠性、选择性、速动性、灵敏性的基本要求。

整定计算应遵循动作值和动作时限逐级配合的原则。

整定计算内容应包括高压厂用变压器高低压侧、低压厂用变压器高低压侧、SFC输入变压器高低压侧、SFC输出变压器高低压侧等处的三相短路、两相短路、单相接地短路电流的计算。

厂用电短路电流计算原则：

a）按照GB/T15544、DL5163执行。

b）不计发电电动机、变压器、电动机等阻抗参数中的电阻分量；可假设发电电动机的负序阻抗与正序阻抗相等。

c）发电电动机的正序阻抗可采用次暂态电抗Xd"的饱和值。

d）各发电电动机的等值电动势（标么值）可假设为1且相位一致。

e）只计算短路暂态电流中的周期分量，但在纵联差动保护装置（简称纵差保护）的整定计算中以非周期分量系数Kap考虑非周期分量的影响。

f）发电电动机电压应采用额定电压值，系统侧电压可采用额定电压值或平均额定电压值，不考虑变压器电压分接头实际位置的变动。

g）不计故障点的相间和对地过渡电阻。

与运行方式有关的继电保护的整定计算，应以正常运行方式为计算用运行方式，以最小运行方式校验灵敏度。

4　整定计算条件

h）全厂主接线图；

i）高、低压厂用电系统接线图；

j）系统阻抗；

k）厂用电系统的运行方式说明；

l）发电电动机、主变压器、高压厂用变压器、低压厂用变压器、SFC输入和输出变压器、限流电抗器、柴油发电机、高压电动机、低压电动机等的电气参数；

m）保护用电流、电压互感器的型号、变比、准确级等参数；

n）继电保护的配置及相应原理图；

o）继电保护及安全自动装置的说明书；

p）高、低压电动机的起动方式及运行特性；

q）整定计算需要的其他资料。

5　整定计算原则

5.1　高压厂用变压器保护

比率制动式纵差保护

整定原则

r）最小动作电流按躲过高压厂用变压器正常运行时可能出现的最大不平衡电流整定；

s）起始制动电流应结合纵差保护动作特性进行整定；

t）制动特性斜率按区外短路故障最大穿越性短路电流作用下可靠不误动整定；

u）二次谐波制动百分比按高压厂用变压器最大励磁涌流纵差保护不误动整定；

v）差动速断保护按躲过高压厂用变压器最大励磁涌流和区外三相短路最大不平衡电流整定；

w）纵差保护的灵敏系数按最小运行方式下纵差保护区内高压厂用变压器低压引出线上两相短路校验；

x）差动速断保护的灵敏系数按正常运行方式下保护安装处电源侧两相短路校验。

动作特性参数的整定

图1所示为高压厂用变压器纵差保护动作特性，动作特性上方为动作区、下方为制动区（也称不动作区）。

图1　纵差保护动作特性

说明：

Iop——差动电流；

Iop.min——最小动作电流；

Iop.max——最大动作电流；

Ires——制动电流；

Ires.0——起始制动电流；

Ires.max——最大制动电流。

制动特性的动作区方程：

（1）

式中：

S——折线斜率。

由式

（1）可导出，Kres与S之间的关系：

（2）

式中：

Kres——制动系数，为Iop与Ires之比。



a）最小动作电流的整定

（3）

式中：

Ie——高压厂用变压器基准侧二次额定电流；

Krel——可靠系数，取1.3～1.5；

Ker——电流互感器的比误差，10P型取0.03×2，5P型和TP型取0.01×2；

ΔU——高压厂用变压器调压引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值（百分值）；

Δm——由于电流互感器变比未完全匹配产生的误差，初设时取0.05。

在实际整定计算过程中，应现场实测最大负载时差回路的不平衡电流，一般选取最小动作电流整定值为Iop.min＝（0.4～0.6）Ie。

若现场实测不平衡电流较大，确有必要时，最小动作定值也可大于0.6Ie。

b）起始制动电流Ires.0的整定

结合纵差保护动作特性，可取Ires.0＝（0.4～1.0）Ie。

c）动作特性折线斜率S的整定

纵差保护的动作电流应大于外部短路时流过差动回路的不平衡电流。

高压厂用变压器普通双绕组变压器纵差保护回路最大平衡电流计算公式为：

（4）

式中：

Ker、ΔU、Δm的含义同式（3），但Ker=0.1；

na——电流互感器的变比；

Kcc——电流互感器的同型系数，Kcc＝1.0；

Ik.max——外部短路时，最大穿越短路电流周期分量；

Kap——非周期分量系数，两侧同为TP级电流互感器取1.0；两侧同为P级电流互感器取1.5～2.0。

纵差保护的最大动作电流：

（5）

式中：

Krel——可靠系数，取1.3～1.5。

最大制动系数：

（6）

最大制动电流

（7）

式中最大制动电流Ires.max的选取，在实际计算时应根据纵差保护制动原理以及制动电流的选择方式确定。

根据Iop.min、Ires.0、Ires.max、Kres.max按式

（2）可计算出纵差保护动作特性曲线中折线的斜率S，当Ires.max=Ik.max时：

（8）

灵敏系数校验

根据计算最小短路电流和相应的制动电流，在动作特性曲线上查得对应的动作电流为I＇op，则灵敏系数为：

（9）

式中：

Ik.min——高压厂用变压器低压引出线上两相短路流过保护安装处的最小短路电流；

要求Ksen≥1.5。

差动速断保护的整定

（10）

式中：

Iop——差动速断保护的动作电流；

Ie——高压厂用变压器高压侧二次额定电流；

K——倍数，6300kVA及以下的高压厂用变压器K值取7～12；（6300～31500）kVA的高压厂用变压器K值取4.5～7.0。

要求Ksen≥1.2。

二次谐波制动系数的整定

整定为15%～20%。

保护出口瞬时动作于跳开高压厂用变压器两侧断路器。

瞬时电流速断保护

整定原则

d）动作电流按躲过高压厂用变压器低压侧出口三相短路时流过保护安装处的最大短路电流及变压器的最大励磁涌流整定；

e）灵敏系数按最小运行方式下高压厂用变压器高压侧两相短路时流过保护安装处短路电流校验。

动作电流

f）按躲过高压厂用变压器低压侧出口三相短路时流过保护安装处的最大短路电流整定

（11）

式中：

Krel——可靠系数，取1.2～1.3；

——高压厂用变压器低压侧出口三相短路流过保护安装处的一次电流；

na——高压厂用变压器保护安装处电流互感器变比。

g）按躲过变压器最大励磁涌流整定

整定值为KIe，Ie为高压厂用变压器高压侧二次额定电流；K值根据高压厂用变压器的容量选取，6300kVA及以下的取7～12；（6300～31500）kVA的取4.5～7.0。

灵敏系数校验

（12）

式中：

——最小运行方式下高压厂用变压器高压侧两相短路，流过保护安装处的一次电流；

na——高压厂用变压器保护安装处电流互感器变比。

要求Ksen≥1.5。

保护出口瞬时动作于跳开高压厂用变压器两侧断路器。

定时限过电流保护

整定原则

y）动作电流按躲过低压侧母线上电动机最大自起动电流及最大容量电动机起动电流，并与下一级过流保护最大动作电流配合整定；

zz）灵敏系数按最小运行方式下高压厂用变压器低压侧两相短路时流过保护安装处最小短路电流校验；

aa）动作时限按与下一级过流保护最长动作时限配合整定。

动作电流

h）按躲过低压侧母线上电动机最大自起动电流整定

（13）

（14）

式（13）、（14）中：

Krel——可靠系数，取1.1～1.2；

XT——高压厂用变压器电抗标么值；

Xst.Σ——电动机自起动综合电抗的标么值；

Kst.Σ——电动机自起动综合电流倍数；

ST.N——高压厂用变压器额定容量；

SM.Σ——参与自起动电动机额定视在功率的总和；

UM.N——高压电动机的额定电压；

UT.N——高压电动机所连接母线的额定电压；

SB——短路计算的基准容量；

UB——短路计算的基准电压；

Uk%——高压厂用变压器短路电压百分比；

na——高压厂用变压器保护安装处电流互感器变比。

i）按躲过低压侧母线最大容量电动机起动电流整定

（15）

式中：

Krel——可靠系数，取1.2～1.3；

Ie——高压厂用变压器高压侧额定电流。

Kst——直接起动最大容量电动机的起动电流倍数，可取6～8倍；

IM.N.max——直接起动最大容量电动机的额定电流；

na——高压厂用变压器保护安装处电流互感器变比。

j）按与下一级最大过流保护的最大动作电流配合整定

（16）

式中：

Krel——可靠系数，取1.1～1.2；

——下一级过流保护的最大动作电流。

灵敏系数校验

（17）

式中：

——最小运行方式下，高压厂用变压器低压侧两相短路，流过保护安装处的一次电流；

na——高压厂用变压器保护安装处电流互感器变比。

要求Ksen≥1.3。

动作时限

与下一级过流保护最长动作时限top.dow.max配合整定，动作时限top.Ⅲ=top.dow.max+Δt，Δt为时间级差，取0.2s～0.4s。

保护出口动作于跳开高压厂用变压器两侧断路器。

过负荷保护

整定原则

动作电流按躲过高压厂用变压器高压侧额定电流整定。

动作电流

（18）

式中：

Krel——可靠系数，取1.05～1.1；

Kr——返回系数，取0.85～0.95；

Ie——高压厂用变压器高压侧二次额定电流。

动作时限

取5s～10s。

保护出口动作于信号。

低压侧单相接地保护

整定原则

bb）动作电压按躲过正常运行时最大不平衡电压整定；

cc）动作时限按躲过电力系统暂态时间整定。

动作电压

（19）

动作时限

取0.5s～1s。

保护出口动作于信号。

5.2　低压厂用变压器保护

纵差保护

低压厂用变压器装设纵差保护的，整定计算见5.1.1。

瞬时电流速断保护

整定原则

dd）动作电流按躲过低压厂用变压器低压侧三相短路时流过保护安装处的最大短路电流及低压厂用变压器的最大励磁涌流整定；

ee）灵敏系数按最小运行方式下低压厂用变压器高压侧两相短路时流过保护安装处最小短路电流校验。

动作电流

k）按躲过低压厂用变压器低压侧三相短路时流过保护安装处的最大短路电流整定

（20）

式中：

Krel——可靠系数，取1.2～1.3；

——低压厂用变压器低压侧三相短路的最大短路电流；

na——保护安装处电流互感器的变比。

l）按躲过变压器最大励磁涌流整定

可取7Ie～12Ie，Ie为低压厂用变压器高压侧二次额定电流。

灵敏系数校验

（21）

式中：

——最小运行方式下，低压厂用变压器高压侧两相短路时流过保护安装处的最小短路电流；

na——保护安装处电流互感器的变比。

要求Ksen≥1.5。

保护出口动作于瞬时跳开低压厂用变压器两侧断路器。

定时限过电流保护

整定原则

ff）动作电流按躲过低压厂用变压器所带负荷中需要自起动的电动机最大起动电流，并与低压厂用变压器的低压侧开关短延时保护的动作电流配合；

gg）灵敏系数按最小运行方式下低压厂用变压器低压侧两相短路时流过保护安装处的最小短路电流校验；

hh）动作时限与低压厂用变压器的低压侧开关短延时保护的动作时限配合。

动作电流

m）按躲过低压厂用变压器所带负荷中需要自起动的电动机最大起动电流整定

（22）

式中：

Krel——可靠系数，取1.2～1.3；

Ie——低压厂用变压器高压侧二次额定电流；

Kst——自起动系数。

其数值由下式求出：

（23）

式中：

Ist.max——需要自起动电动机的最大起动电流；

——除Ist.max外其他正常负荷总电流；

Ie——低压厂用变压器基准侧二次额定电流。

n）按与低压厂用变压器的低压侧开关短延时保护的动作电流配合整定

（24）

式中：

Krel——可靠系数，取1.1～1.2；

——低压厂用变压器的低压侧开关短延时保护的动作值。

灵敏系数校验

（25）

式中：

——最小运行方式时，低压厂用变压器低压侧两相短路流过保护安装处的最小短路电流；

na——保护安装处电流互感器变比。

要求Ksen≥1.3。

动作时限

与低压厂用变压器低压侧开关短延时保护的动作时限top.dow.max配合整定，动作时限top.Ⅲ=top.dow.max+Δt，Δt为时间级差，取0.2s～0.4s。

保护出口动作于跳开低压厂用变压器两侧断路器。

反时限过电流保护

整定原则

ii）动作电流按躲过低压厂用变压器额定电流整定；

jj）特性时间常数按躲过电动机自起动时间及与低压厂用变压器的低压侧开关定时限、反时限过流保护配合整定。

动作电流

（26）

式中：

Krel——可靠系数，取1.1～1.2；

Ie——低压厂用变压器高压侧的二次额定电流。

特性时间常数

以极端反时限过电流保护为例。

1）按躲过电动机自起动时间整定

（27）

式中：

Top——反时限过流保护的特性时间常数；

Krel.t——可靠系数，取1.2～1.3；

tst.Σ——电动机自起动时间；

Ist.Σ——电动机自起动电流。

2）按与下一级定时限过流保护最长动作时限配合整定

（28）

式中：

——低压厂用变压器低压母线三相短路流过保护安装处的一次电流；

top.max——低压厂用母线出线定时限过流保护最长动作时限。

Δt——时间级差。

3）按与下一级反时限过流保护动作特性配合整定

（29）

式中：

——低压厂用变压器低压母线三相短路流过保护安装处的一次电流；

tk——下一级反时限过流保护出口处三相短路电流

对应的动作时限（由下一级反时限保护动作特性曲线计算）；

如果上下级反时限特性曲线不一致，需校核两套反时限曲线在配合范围内不应相交；

Δt——时间级差。

保护出口动作于跳开低压厂用变压器两侧断路器。

低压侧零序过流保护

整定原则

kk）动作电流按躲过低压厂用变压器最大负荷时的不平衡电流，并与下一级电流保护配合；

ll）灵敏系数按低压厂用变压器低压母线接地的最小短路电流校验；

mm）动作时限按与下一级电流保护配合整定。

动作电流

o）按躲过低压厂用变压器最大负荷时的不平衡电流整定

（30）

式中：

Krel——可靠系数，取1.3～1.5；

Iunb——低压厂用变压器最大负荷时不平衡电流的一次值，取0.2～0.3倍的变压器额定电流；

na——低压厂用变压器低压侧中性点零序电流互感器的变比。

p）按与下一级电流保护配合整定

1）当下一级有零序电流保护时，应与下一级零序过电流保护最大动作电流配合整定

（31）

式中：

Iop.0.l.max——低压厂用变压器低压侧下一级零序过电流保护最大动作电流；

Krel——可靠系数，取1.1～1.2。

2）当下一级无零序电流保护时，应与下一级相电流保护最大动作电流配合整定

（32）

式中：

Iop.l.max——低压厂用变压器低压侧下一级相电流保护最大动作电流；

Krel——可靠系数，取1.1～1.2。

灵敏系数校验

（33）

式中：

——低压厂用变压器低压母线接地最小短路电流；

要求

≥2。

动作时限

q）与下一级零序电流保护最大动作时限top.0.max配合，动作时限top=top.0.max+Δt，Δt为时间级差，取0.2s～0.4s；

r）与下一级相电流保护最大动作时限top.dow.max配合，动作时限top=top.dow.max+Δt，Δt为时间级差，取为0.2s～0.4s。

保护出口动作于跳开低压厂用变压器两侧断路器。

5.3　高压电动机保护

电流速断保护

整定原则：

nn）动作电流高定值按躲过电动机的最大起动电流整定；

oo）动作电流低定值按躲过电动机自起动电流或区外三相短路时电动机最大反馈电流整定；

pp）灵敏系数按电动机入口处两相短路最小短路电流校验。

动作电流

s）动作电流高定值

（34）

式中：

Krel——可靠系数，取1.5；

Kst——电动机起动电流倍数,可取（6～8）倍；

Im.n——电动机额定电流二次值。

t）动作电流低定值

1）按躲过电动机自起动电流计算

（35）

式中：

Krel——可靠系数，取1.3；

Kast——电动机自起动电流倍数，可取5～7；

2）按躲过区外三相短路时电动机最大反馈电流计算

（36）

式中：

Krel——可靠系数，取1.3；

Kfb——区外出口短路时最大反馈电流倍数，取6。

灵敏系数校验

（37）

式中：

─电动机入口处两相短路最小短路电流二次值。

要求Ksen≥2。

保护出口动作于跳闸。

过电流保护

整定原则

qq）动作电流按躲过电动机额定电流及正常运行最大负荷电流整定；

rr）动作时限按躲过电动机起动时间整定。

动作电流

（38）

式中：

Krel——可靠系数，取1.3～1.5；

Im.n——电动机额定电流二次值；

Im.n.f——电动机正常运行最大负荷电流二次值。

动作时限

电动机起动时间tst.max+Δt，Δt为时间级差，取1s～5s。

保护出口动作于跳闸。

负序过电流保护

整定原则

ss）电动机可根据实际情况配置Ⅰ段～Ⅱ段定时限负序过电流保护；

tt）Ⅰ段按保证电动机两相运行有足够灵敏度整定，Ⅱ段按躲过正常运行时可能的最大负序电流整定；

uu）Ⅰ段保护的动作时限按与高压线路非全相运行保护最长动作时限配合整定，Ⅱ段保护的动作时限按躲过系统不正常运行出现负序电流最长时间整定。

动作值

vv）Ⅰ段负序过电流保护整定

1）动作电流

（39）

式中：

Im.n——电动机额定电流二次值。

2）动作时限

动作时限t2.op.Ⅰ=top.max+Δt，Δt为时间级差，取0.2s～0.4s；top.max高压线路非全相运行保护最长动作时限或相邻设备出口两相短路的负序反馈电流持续时间。

ww）Ⅱ段负序过电流保护整定

1）动作电流

（40）

式中：

Im.n——电动机额定电流二次值。

2）动作时限

取5s～10s。

Ⅰ段保护出口动作于跳闸，Ⅱ段保护出口动作于信号。

长起动保护

整定原则：

xx）动作电流按躲过电动机最大负荷电流整定；

yy）动作时限按躲过电动机起动时间整定。

动作电流

（41）

式中：

Krel——可靠系数，取1.5～2；

Im.n.f——电动机最大负荷电流二次值。

动作时限

电动机起动时间tst.max+Δt；Δt时间级差，取1s～5s。

保护出口动作于跳闸。

过负荷保护

整定原则

zzz）动作电流按躲过电动机最大负荷电流整定；

aaa）动作时限按躲过电动机起动时间整定。

动作电流

（42）

式中：

Krel——可靠系数，取1.05～1.1；

Kr——返回系数，取0.85～0.95；

Im.n.f——电动机最大负荷电流二次值。

动作时限

电动机起动时间tst.max+Δt；Δt时间级差，取1s～5s。

保护出口动作于信号。

低电压保护

整定原则：

按电动机起动和正常运行时的最低电压整定。

动作电压

（43）

式中：

Un——电动机额定电压。

动作时限

取0.5s。

保护出口动作于跳闸。

5.4　高低压母线保护

高压母线进线过电流保护

整定原则

bbb）动作电流按躲过高压母线上最大容量电动机起动电流及高压母线所接电动机自起动电流之和，并与下一级速断及限时速断保护配合整定；

ccc）灵敏系数按最小运行方式下，高压母线两相短路电流进行校验；

ddd）动作时限按与下一级速断及限时速断保护动作时限配合整定。

动作电流

u）按躲过高压母线上最大容量电动机起动电流整定

（44）

式中：

Krel——可靠系数，取1.2～1.3；

Iwt——高压母线的正常工作电流；

Kst——高压母线上最大容量电动机起动电流倍数，可取5～7；

Ie——电动机额定电流；

na——保护安装处电流互感器变比。

v）按躲过高压母线所接电动机自起动电流之和整定

（45）

（46）

式45、46中：

Krel——可靠系数，取1.1～1.2；

Kss——电动机综合起动系数；

Iwt——高压母线的正常工作电流；

uk%——高压厂变短路电压百分比；

Kq——电动机起动系数，可取5～7；

SN——高压厂变的额定容量；

S∑——高压母线上的电动机总容量。

w）按与下一级速断及限时速断保护配合整定

（47）

式中：

Krel——可靠系数，取1.1～1.2；

Iop.down——下一级速断及限时速断保护动作电流值。

灵敏系数校验

（48）

式中：

—最小运行方式下,高压母线两相短路电流一次值；

na——保护安装处电流互感器变比。

要求Ksen≥1.2

动作时限

与下一级速断或限时电流速断保护动作时限to。

downp配合整定，动作时限top=top。

down+Δt，Δt为时间级差，取0.2s～0.4s。

保护出口动作于跳开高压母线进线断路器。

高压母线联络断路器过电流保护

高压母线联络断路器过电流保护整定计算见5.4.1高压母线进线过电流保护。

低压母线长延时过电流保护

整定原则

eee）动作电流按躲过低压母线的最大负荷电流整定；

fff）动作时限按躲过电动机最长自起动时间整定。

动作电流

（49）

式中：

Krel——可靠系数，取1.1～1.2；

If——低压母线的最大负荷电流二次值。

动作时限

电动机最长自起动时间tst.max+Δt；Δt时间级差，取1s～5s。

低压母线短延时过电流保护

整定原则

ggg）动作电流按与下一级速断或短延时保护最大动作电流配合，并躲过所带电动机自起动电流整定；

hhh）动作时限按与下一级速断或短延时保护配合整定。

动作电流

x）按与下一级速断或短延时保护最大动作电流配合整定

（50）

式中：

Krel——可靠系数，取1.1～1.2；

Iop.down.ma