南京东南建设工程安全鉴定有限公司 江苏省南京市 210000
摘要：总降变电所在电气系统中具有至关重要的位置，因此电气系统的稳定很大程度上取决于总降变电所的保护措施，因此继电保护的整定计算尤为重要，笔者以多年的工作实际来阐述下总降变电所继电保护整定计算分析，以求抛砖头引玉。
关键词：进线 出线 母联 整定计算 继电保护
1 110kV进线
进线保护应与上级变电所保护相配合，如距离（零序接地）保护、光纤差动、方向过流等。因此一般由电力部门进行设计和配置保护装置。
企业内部110kV变电所因为线路短，而110kV主接线多为内、外桥接线，母线上进、出仅有一只断路器，用于主变压器保护，故不设110kV进线保护，只有单母线或单母线分段接线才考虑简单的如下保护。
.png)
1.1 电流速断保护：（主保护）
整定原则：按最大运行方式下主变压器二次侧三相短路，流过高压侧保护装置安装处的穿越电流。
计算公式： Idzj=Kk*Kjx*I（3）k2min/Ki
式中：Idzj--保护装置整定值，A。
Kk--可靠系数，DL定时限为1.2，GL反时限为1.3，
Kjx--接线系数，接于相电流时为1，接于相电流差时为
.png)
，
Ki--电流互感器变比，
I（3）k2min--变压器二次侧三相最大短路，流过高压侧保护装置安装处的电流，A。
灵敏系数校验：按最小运行方式下，保护装置安装处线、两相短路电流来校验：
计算公式： K（2）m=Kmxd*I（3）k1min/（Idzj*Ki）
式中：K（2）m--灵敏系数，取2。
I（3）k1min--保护安装处三相最小短路电流，A。
Kmxd--两相与三相短路灵敏系数之比，为0.87。
Idzj--保护装置整定值，A。
Ki--电流互感器变比，
如果满足不了灵敏度要求，则应按满足灵敏系数要求按下式整定：
计算公式： Idzj=Kmxd*I（3）k1min/（K（2）m*Ki）
式中：Idzj--保护装置整定值，A。
I（3）k1min--保护安装处三相最小短路电流，A。
Kmxd--两相短路与三相短路灵敏系数之比，为0.87。
Ki--电流互感器变比。
K（2）m--灵敏系数，取2。
1.2负序、低电压闭锁、过电流保护（后备保护）
（1）低电压整定：Udzj=Uumin/（Kk*Kf*Ku）
式中：Kk--可靠系数，取1.2。
Kf--返回系数，取1.15。
Ku--电压互感器变比，为Ue/100。
Ue--线路标称电压，
Uumin--运行线路可能的最低电压（0.9～0.95）*Ue。
一般 Udzj= 65V～70V
（2）负序电压整定：Udzj=（0.05～0.07）Ue/Ku
式中：Ue--线路标称电压，
Ku--电压互感器变比，
一般 Udzj=6V～7V，
（3）过电流整定：按避开线路的最大计算负荷电流整定。
计算公式：Idzj=Kk*Kjx*Kgh*Ijs/（Kf*Ki）
式中：Kk--可靠系数，取1.2。
Kjx--接线系数，接于相电流时为1，接于相电流差时为
.png)
。
Kf--返回系数，为0.90～0.95。
Ki--电流互感器变比，
Kgh--过负荷系数，为2～4。
Ijs--线路计算负荷电流，
灵敏系数校验： K（2）m=Kmxd*I（3）k1min/（Idzj*Ki）
式中：Kmxd--两相短路与三相短路灵敏系数之比，为0.87。
Ki--电流互感器变比，
Idzj--保护装置整定值，A。
I（3）K1min--保护安装处最小三相短路电流。
K（2）m--两相短路灵敏系数，取1.5。
时限：延时2秒跳闸。
2 110kV母联
2.1 电流速断整定：（主保护）
整定原则：按电流互感器额定一次电流整定，保护装置的动作电流。
计算公式：
.png)
式中：Idzj--保护装置整定电流，
IeLH--电流互感器额定一次电流，
Kk--可靠系数，取1.3～1.4。
Ki--电流互感器变比，
Kgh--过负荷系数，为2～4。
灵敏系数校验：按最小运行方式下母线两相短路电流来校验：
.png)
式中：Kmxd--两相短路与三相短路灵敏系数之比，为0.87。
Ki--电流互感器变比，
2.2过电流整定（后备保护）
计算公式： Idzj=Kk*Kjx*Ifmax/（Kf*Ki）
式中：Kk--可靠系数，取1.3。
Kjx--接线系数，接于相电流时为1，接于相电流差时为
.png)
。
Ifmax--母线上最大负荷，A
Kf--返回系数，为0.90～0.95。
Ki--电流互感器变比，
灵敏系数校验：按最小运行方式下母线两相短路电流来校验：
K（2）m=Kmxd*I（3）k1min/（Idzj*Ki）≥1.5
式中：K（2）m--两相短路灵敏系数，≥1.5
Idzj--保护装置整定值，A。
I（3）k1min--保护安装处最小三相短路电流。
Kmxd--两相短路与三相短路灵敏系数之比，为0.87。
Ki--电流互感器变比，本例为600/5=120。
时限：延时1.5秒跳闸。
3 母线电压保护（110KV、10KV母线）
电压保护主要是用于电压互感器监测和电压保护，母线三个线电压均小于低压保护定值，持续时间超过整定延时，低电压保护动作报警。当母线PT处于检修位置、小车工作位置异常或二次插头未插入，此时闭锁低电压保护。
3.1 低电压
整定计算公式：Udzj=Uumin/（Kk*Kf*Ku）
式中：Kk--可靠系数，取1.2～1.3。
Kf--返回系数，取1.15。
Ku--电压互感器变比，Ue/100。
Uumin--运行线路可能的最低电压（0.9～0.95）*Ue
Udzj=0.9*100/（1.2*1.15）=65.22V，取70V
时限：Ⅰ段动作电压范围在0.65 Un～0.7 Un之间，延时0.5～1S（用于母线没有自启动电机）；
Ⅱ段动作电压范围在0.45 Un～0.5 Un之间，延时6S～10S之间（用于母线有自启动电机）；
3.2 过电压： Udzj=1.15*100=115V
3.3 电压绝缘监视： Udzj=15V
4 变压器保护
电力变压器继电保护的配置 （见钢铁企业电力设计手册 第658页 表15-2）
.png)
4.1 电流速断保护（主保护）
电压为10KV及以下、容量为10MV.A以下单独运行的变压器，应采用电流速断保护。
电压为10KV及以下、容量为0.4MV.A以上单独运行的变压器，应采用电流速断保护。
整定值：① 按躲开变压器低压侧出口三相短路时，流过保护装置的最大短路电流整定，
计算公式：
.png)
式中：Kk--可靠系数，DL为1.3～1.4，GL为1.5
Kjx--接线系数，电流互感器为星形接线时为1，为三角线接线时为
.png)
Ki--电流互感器变比，
I（3）d2max--变压器低压侧三相短路时，流过保护装置的最大电流电流，
.png)
② 按躲过变压器的励磁涌流
计算公式：
.png)
式中：K--倍数，容量越大，K值越小，见右表。
Ki--电流互感器变比。
Kjx--接线系数，接于相电流为1，接于相电流差为
.png)
。
Ieb--变压器一次侧额定电流电流，
取 ①和②中最大的值作为整定值。
时限： 当变压器高压侧采用断路器时，取动作时间为0.05S；
当采用高压熔断器、接触器时，取动作时间为0.3～0.4S。
灵敏度校验：按系统最小运行下，保护安装处两相短路时，流过保护装置的最小短路电流。
计算公式：K（2）m=I（2）k1min/Idz1=Kmxd*I（3）k1min/（Idzj*Ki）≥ 2
式中：Ki--电流互感器变比，
Kmxd--两相短路与三相短路灵敏系数之比为0.87，
Idz1--保护装置一次动作电流值，
I（2）k1min--保护安装处两相短路时，流过保护装置的最小短路电流，
I（3）k1min--保护安装处三相短路时，流过保护装置的最小短路电流，
注意：如果保护不能满足灵敏度要求，应采用变压器纵联差动保护。
如果采用纵联差动保护，则取消电流速断保护，设计中不要两种保护都同时采用。
4.2 比率制动纵联差动保护（主保护）
4.2.1比率制动纵联差动主保护的技术要求
1）电压为10KV以上、容量为10MV.A以上单独运行的变压器，以及容量为6.3MV.A及以上并列运行的变压器，应采用纵联差动保护。
2）容量为10MV.A以下单独运行的重要变压器，可装设纵联差动保护。
3）电压为10KV的重要变压器或容量为2MV.A以上的变压器，当电流速断保护灵敏度不符合要求时，宜采用纵联差动保护。
4）差动保护范围应包括变压器套管及其引出线，主要反应变压器油箱内部、套管和引出线的相间和接地短路故障，以及绕组的匝间短路故障。如不能包括引出线时，应采取快速切除故障的辅助措施。此时套管和引线故障可由后备保护动作切除。
5）在变压器空载投入、外部短路切除后产生励磁涌流或过励磁时，以及外部短路产生的不平衡电流时，纵联差动保护不应误动作，因为装置是作为变压器内部故障时的保护设备。
6）为提高保护的灵敏度，保护应具有比率制动，在短路电流小于起动制动电流时，保护装置处于无制动状态，其动作电流很小（小于额定电流），保护具有较高的灵敏度，当外部短路电流增大时，保护的动作电流又自动提高，使其可靠动作。
7）在保护区内发生严重故障短路时，为防止因电流互感器饱和而使保护延时动作，纵差保护应设差电流速断辅助保护，以快速切除上述故障。
8）在最小运行方式下，保护区内各侧引出线上两相金属性短路时，保护灵敏度系数不应小于2。
9）保护采用三相三继电器式接线，瞬时动作于各侧断路器跳闸，即高压侧跳闸联跳低压侧开关。
设计手册上介绍的差动保护采用BCH-2、DCD-2、LCD-4、LCD-5等型电磁式继电器，但近十年内都采用微机型差动保护装置，故下面仅介绍微机型差动保护装置。
4.2.2 比率制动纵联差动保护动作方程式如下：
根据变压器正常工作时，各侧流入、流出电流产生的安匝数之和近似为零的条件，建立差动保护平衡方程如下： Ic≥IPO
（当 IZ ≤ IZO 时）
Ic≥IPO + K*（IZ–IZO） （当 IZ > IZO 时）
对于三卷变压器：ÍC=∣Í1-Í2-Í3∣，差动电流等于三侧电流向量和的绝对值。
ÍZ=max｛∣Í1∣、∣Í2∣、∣Í3∣｝，制动电流取三侧电流向量的绝对值最大者。
式中：Ic----差动电流，
IPO---差动最小动作电流整定值，Ipo=（0.2～0.4）I1。
IZ---制动电流，
IZO---最小制动电流整定值，Iro=（0.8～1.0）I1。
K----比率制动特性的斜率， 一般K取0.3～0.5。
IOP---差动速动电流整定值，IOP=（5～7）I1。
Í1、Í2、Í3---变压器各侧电流矢量值。
.png)
各侧电流的方向都以指向变压器为正方向，见上图。各侧电流互感器必须同型号，电流互感器二次侧实测电流尽量接近，因为保护装置内所附变流器变比不超过1.66倍左右。
图中平行于横坐标的AB段称为无制动段，它是由启动电流和最小制动电流构成的，动作值不随制动电流变化而变化。我们希望制动电流小于变压器额定电流时无制动作用，通常选取制动电流等于被保护变压器高压侧的额定电流的二次值，即：IPO=I1/Ki。图中斜线的斜率称为基波制动斜率，当区外故障时短路电流中含有大量的非周期分量，制动Iz增大，当制动动作电流Iz大于启动电流Iz0时，制动电流和差动动作电流的交点E必落在制动区内。
当区内故障时，差电流即动作电流Ic为全部短路电流，制动电流Iz则为流过非电源侧的短路电流，数值较小，平行于纵、横轴的二直线交点F必定落在动作区内，差动保护可靠动作。
4.2.3差流速断保护
.png)
由于比率差动保护需要识别变压器的励磁涌流和过励运行状态，当变压器内部发生严重故障时，不能够快速切除故障，对电力系统的稳定带来严重危害，所以配置差流速断保护，用来快速切除变压器严重的内部故障，防止由于电流互感器饱和引起的纵差保护延时动作。
其整定值①应按躲过变压器的励磁涌流，②最严重外部故障时的不平衡电流，③电流互感器饱和等。一般可取：IOP=KB*I1/Ki。
式中：IOP----差动速动电流整定值，
I1---变压器一次侧额定电流，
Ki---电流互感器变比，
KB---倍数，视变压器容量和系统阻抗的大小。变压器容量越小，
或系统电抗越小，K的取值越大，见上表。
在工程实用整定计算中可选取：IC速=（5～7）I1/Ki。
当任一相差流电流大于差动速断整定值时，差流速断保护瞬时动作，跳开各侧断路器。
4.2.6 CT断线判据：CT断线判据分为两种情况：
1）引起差动启动，但三相电流都大于0.2倍的额定电流时，满足下列条件认为CT断线：
·本侧三相电流中至少一相电流不变；
·最大相电流小于1.1～1.2倍的额定电流；
·任意一相电流为零。
2）未引起差动启动，但满足下列条件认为CT断线，延时10秒发CT断线信号：
·零序电流大于0.1倍的额定电流；
·最大相电流大于0.25倍的额定电流；
·任意一相电流为零。
通过上述计算分析，在工程实例中要切实做好相关保护整定计算，为电气系统的稳定提供保障。
参考文献：
1、钢铁冶金设计手册
2、工业与民用配电设计手册（第四版）