CN103840424B - 自动整定定值的线路微机保护实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明的该自动整定定值的线路微机保护实现方法包括以下步骤：在线路微机保护装置中输入线路所连接负荷的类型、容量和电流互感器变比，保护装置自动计算出线路负荷电流；根据负荷类型自动计算过负荷电流动作值并配置动作时间；根据自动反时限过电流保护公式、配置过电流保护定值和时间常数；输入供电部门提供的进线电流限额，自动计算系统短路阻抗；输入进线变压器的规格参数，自动计算出变压器的短路阻抗；输入线路的规格参数和长度，自动计算出线路的短路阻抗；根据进出线的接线方式和元件短路阻抗，自动计算出线线路末端的短路电流，自动计算出电流速断保护定值并配置动作时间。本发明在线路微机保护装置中固化保护定值计算规则，由装置根据所输入保护的线路和负荷参数自动生成保护定值，无需人工计算和输入定值实现对工矿企业的供电线路保护。

Description

自动整定定值的线路微机保护实现方法

技术领域

本发明属于电力系统微机保护技术领域，具体涉及一种便于工矿企业变电站所使用的自动整定定值的线路微机保护实现方法。

背景技术

微机保护装置能反应电气设备的故障和不正常工作状态并自动迅速地、有选择地动作于断路器将故障设备从系统中切除，保证不故障设备继续正常运行，将事故限制在最小范围，提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全、连续供电。为使保护装置可靠动作，必须根据电网结构、设备参数和负荷性质计算出故障时的电气参数，然后进行整定计算输入保护装置，判别出发生故障发出指令跳开断路器保护设备。通常线路微机保护装置具有电流速断保护、延时电流速断保护、过电流保护、过负荷保护等基本保护功能，根据《DLT 584 3kV～110kV电网继电保护装置运行整定规程》规定，每种功能保护定值的都有固定的计算规则，其计算的依据主要有线路的系统阻抗、型号规格及长度、负荷相关参数，以及供电部门下达的上一级电网给定的保护定值限额。微机保护装置的定值整定计算涉及电力专业知识面广，需要掌握一次设备、微机保护和运行方式等专业知识，计算相对复杂。在电力部门有专门从事微机保护整定计算的人员，根据电网结构、设备参数和运行方式的变化及时调整保护定值，然后由专门人员输入保护装置。在工矿企业的变电站中，往往缺乏专业的保护定值整定人员，负责日常运行维护的电工对保护装置的定值也知之甚少。企业变电站投运之初，电力部门下达变电站进线电源的保护限额，企业需要委托他人对线路及进出线间隔的保护定值进行计算，很多企业仅由安装单位凭经验随意输入。当企业的生产设备或工艺流程发生变化时，往往是忽略了保护装置定值的调整。对企业电气设备的事故调查发现，约有40%是因为保护装置定值的不正确造成了事故的扩大。微机保护装置的定值整定计算根据一定的规则进行的，由于企业变电站的线路保护装置主要以单电源的线路保护为主，相对于电力网的保护装置定值整定计算较为简单，因此可将相关定值计算规则固化在保护装置中，输入参数后由其自动生成保护定值。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种自动整定定值的线路微机保护实现方法，在线路微机保护装置中固化保护定值计算规则，由装置根据所输入保护的线路和负荷参数自动生成保护定值，无需人工计算和输入定值实现对工矿企业的供电线路保护。

本发明的技术解决方案是该自动整定定值的线路微机保护实现方法包括以下步骤：在线路微机保护装置中输入线路所连接负荷的类型、容量和电流互感器变比，保护装置自动计算出线路负荷电流；根据负荷类型自动计算过负荷电流动作值并配置动作时间；根据自动反时限过电流保护公式、配置过电流保护定值和时间常数；输入供电部门提供的进线电流限额，自动计算系统短路阻抗；输入进线变压器的规格参数，自动计算出变压器的短路阻抗；输入线路的规格参数和长度，自动计算出线路的短路阻抗；根据进出线的接线方式和元件短路阻抗，自动计算出线线路末端的短路电流，自动计算出电流速断保护定值并配置动作时间。

本发明的优点是：所述的自动整定定值的线路微机保护实现方法，用于工矿企业的供电线路保护，尤其适用于电压为3－35kV以下企业内部单电源电力线路的出线线路保护，3－35kV线路保护包括电流速断保护、延时电流速断保护、过电流保护、过负荷保护，其中过电流保护具有定时限和反时限两种，考虑到工矿企业的用电特性，本发明的线路微机保护配置的自整定模块中配置了电流速断保护、反时限过电流保护、过负荷保护，在线路保护装置中固化了线路过负荷、过电流保护、电流速断保护定值整定计算的规则，在保护装置中输入线路的型号规格保护装置自动计算出线路能承载的最大电流，输入线路的所带设备装机容量保护装置自动计算本线路的最大负荷电流，输入电流互感器变比及负荷性质相关参数保护装置将自动生成保护定值，实现对线路及所连接设备的保护。

附图说明

图1无进线变压器的出线电气系统图。

图2有进线变压器的出线电气系统图。

图3为自动整定保护定值的线路微机保护装置的逻辑图。

具体实施方式

结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

图1为无进线变压器的出线电气系统图，图2为有进线变压器的出线电气系统图；其中，进线用于从电力系统接受电能，变压器用于将高等级的电压变换成低一级电压等级的电源，母线用于汇集和分配电能，出线连接于母线将输送给变压器和电动机等相关用电设备；变电站的出线回路通常接有变压器、冲击性负荷、一般性负荷和混合性负荷四类用电设备，对于接有变压器的线路，当线路长度小于500米时通常直接采用变压器保护装置，线路保护仅对长度超过500米时对线路进行保护并作为变压器保护的后备保护；冲击性负荷主要有大容量瞬时启动的电动机和电弧炉等用电设备，一般性负荷指照明、加热和不同时启动的小电机等负荷平稳的用电设备，混合性负荷是指既有冲击性负荷又有一般性负荷，当冲击性负荷的比例超过40%时按冲击性负荷考虑。

图3为自动整定保护定值的线路保护装置的逻辑图，输入自动整定定值的功能模块中，在程序中存储了线路保护定值的计算规则，以及根据电力用户终端变电站出线而采取的算法。

该自动整定定值的实现方法包括以下具体步骤：

（1）输入线路所连接的用电设备的类型、容量和电流互感器的变比参数，保护装置将自动计算出线路所连接设备的一次最大负荷电流，并根据电流互感器的变比将一次电流值折算成二次值：I_fh＝S/(√3×U×n_TA)，式中I_fh负荷电流（二次值）；S负荷容量；U出线线路电压；n_TA出线电流互感器变比；

（2）线路保护装置过负荷动作值的自动整定计算：过负荷保护是负荷电流接近或超过用电设备容量时发出告警信号，用于提醒值班电工采取相应降负荷措施；对于连接变压器的线路，过负荷电流动作值设置1.05倍变压器额定电流，经10秒后发过负荷信号；对于连接冲击性负荷线路，过负荷电流动作值设置1.5倍负荷额定电流，经15秒后发过负荷信号；对于连接一般性负荷的线路，过负荷电流动作值设置1.1倍负荷额定电流，经10秒后发过负荷信号用于提醒值班电工采取相应降负荷措施；对于连接混合性负荷的线路，过负荷电流动作值设置1.2倍设备额定电流，经10秒后发过负荷信号；

（3）线路保护装置过电流保护定值的自动整定计算：过电流定值按躲过最大负荷电流I_FH考虑，过电流保护采用反时限原理，反时限特性公式和时间常数由装置根据负荷特性自动配置；对于连接变压器的线路，采用标准反时限公式：t=0.14t_p/[( I_dl /I_p)^0.02－1]，式中I_p电流基准值（二次值），取1.1倍的负荷电流I_fh；I_dl故障电流（二次值）；t_p时间常数，取0.4秒；t保护动作时间；对于连接冲击性负荷的线路，采用极端反时限公式：t=80t_p/[( I_dl/I_p)²－1]，式中I_p电流基准值（二次值），取1.4倍的负荷电流I_fh；I_dl故障电流（二次值）；t_p时间常数，取1秒；t保护动作时间；对于连接一般性负荷的线路，采用标准反时限公式：t=0.14t_p/[( I_dl /I_p)^0.02-1]，式中I_p电流基准值（二次值），取1.2倍的负荷电流I_fh；I_dl故障电流（二次值）；t_p时间常数，取0.5秒；t保护动作时间；对于连接混合性负荷的线路，采用非常反时限公式：t=13.5t_p/[ I_dl / I_p-1]，式中I_p电流基准值（二次值），取1.4倍的负荷电流I_fh；I_dl故障电流（二次值）；t_p时间常数，取0.6秒；t保护动作时间；

（4）根据装置提示输入出线所连接线路的最小截面线路的规格、型号和敷设方式，装置通过查表方式计算出线路的回路阻抗Z_L；线路接线如图2所示，是经过变压器后输出的线路，需要在保护装置中输入变压器的型号、容量、短路电压参数，保护装置则自动计算出变压器的短路阻抗Z_T，并折算到线路出线侧电压；输入电力部门提供的进线电源保护电流限额值I_XE，保护装置计算出系统最小短路电流下的系统短路阻抗，并将结果折算到线路出线侧电压：Z_S＝U/(√3×I_XE)，式中Z_S系统短路阻抗；U 线路电压；I_XE供电部门下达的进线电流限额；计算线路末端三相短路电流，并将结果折算到二次侧，，式中 I_dl线路末端三相短路电流（二次值）；U线路电压；Z_L线路回路阻抗；Z_T变压器短路阻抗；Z_S 根据电流限额推算的系统短路阻抗；n_TA电流互感器变比；

（5）线路保护装置电流速断保护定值的自动整定计算：线路的电流速断保护用来防止线路上发生的金属性短路，切除所有合母线电压低于50～60%额定电压的短路，其动作值与线路末端发生的三相短路电流有关，线路电流速断保护定值I_dz =0.8×I_dl，动作时间取0s。

以图2为例来说明线路微机保护装置实现定值自整定的过程；图2中一条35kV进线，电流限额900A，经容量为6.3MVA电压为35/10.5kV变压器给10kV母线供电，变压器短路电压百分比7.5，母线供给4条10kV出线，参数如下表１：

表１ 线路基本参数

在相应的线路微机保护装置中选择自整定定值功能，装置提示输入线路的电压、电流互感器变比、负荷类型、容量和电压互感器变比，线路导线的型号规格、长度，输入进线电源的电压、电流限额、变压器规格参数，相应的线路保护装置自动计算出所接线路的负荷电流，并根据负荷性质进行过负荷保护定值的计算和动作时间的配置，过程如表２所示：

表2 线路负荷电流及过负荷定值的计算

反时限过电流保护定值的配置，并列出各线路保护装置在1.5倍、2倍、5倍和８倍定值时装置动作时间，如表3所示，保护装置动作时间是根据电流不断增加而按公式减少的曲线。

表3 线路反时限过电流保护的配置及动作时间

根据输入的进线电流保护限额，计算系统短路阻抗

：Z_S＝U/(√3×I_XE)=10000/(1.732×900×35/10)=1.83Ω；保护装置根据输入的变压器参数自动计算出变压器的短路阻抗：X_T=(U_k%/100) × (U² /S_N)=(7.5/100) ×(10²/6.3)=1.2Ω；根据线路参数计算出线路阻抗，加上系统短路阻抗和变压器短路阻抗计算出短路阻抗，计算出每条线路末端的短路电流并折算到二次侧，根据规则计算电流速断保护定值，动作时间为0秒，如表4所示：

表4 短路阻抗、短路电流及速断电流保护定值计算

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，线路保护定值计算规则的差异并不用于限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.自动整定定值的线路微机保护实现方法，其特征是该自动整定定值的实现方法包括以下步骤：在线路微机保护装置中输入线路所连接负荷的类型、容量和电流互感器变比，保护装置自动计算出线路负荷电流；根据负荷类型自动计算过负荷电流定值并配置动作时间；根据自动反时限过电流保护公式、配置过电流保护定值和时间常数；输入供电部门提供的进线电流限额，自动计算系统短路阻抗；输入进线变压器的规格参数，自动计算出变压器的短路阻抗；输入线路的规格参数和长度，自动计算出线路的短路阻抗；根据进出线的接线方式和元件短路阻抗，自动计算出线线路末端的短路电流，自动计算出电流速断保护定值并配置动作时间。

2.根据权利要求1所述的自动整定定值的线路微机保护实现方法，其特征在于该自动整定定值的实现方法包括以下具体步骤：

（1）输入线路所连接的用电设备的类型、容量和电流互感器的变比参数，保护装置将自动计算出线路所连接设备的一次最大负荷电流，并根据电流互感器的变比将一次电流值折算成二次值：I_fh＝S/(×U×n_TA)，式中I_fh负荷电流；S负荷容量；U出线线路电压；n_TA出线电流互感器变比；

（2）线路保护装置过负荷动作值的自动整定计算：过负荷保护是负荷电流接近或超过用电设备容量时发出告警信号，用于提醒值班电工采取相应降负荷措施；对于连接变压器的线路，过负荷电流动作值设置1.05倍变压器额定电流，经10秒后发过负荷信号；对于连接冲击性负荷线路，过负荷电流动作值设置1.5倍负荷额定电流，经15秒后发过负荷信号；对于连接一般性负荷的线路，过负荷电流动作值设置1.1倍负荷额定电流，经10秒后发过负荷信号用于提醒值班电工采取相应降负荷措施；对于连接混合性负荷的线路，过负荷电流动作值设置1.2倍设备额定电流，经10秒后发过负荷信号；

（3）线路保护装置过电流保护定值的自动整定计算：过电流定值按躲过最大负荷电流I_fh考虑，过电流保护采用反时限原理，反时限公式和时间常数由装置根据负荷特性自动配置；对于连接变压器的线路，采用标准反时限公式：t=0.14t_p/[(I_dl/I_p)^0.02－1]，式中I_p电流基准值，取1.1倍的负荷电流I_fh；I_dl故障电流；t_p时间常数，取0.4秒；t保护动作时间；对于连接冲击性负荷的线路，采用极端反时限公式：t=80t_p/[(I_dl/I_p)²－1]，式中I_p电流基准值，取1.4倍的负荷电流I_fh；I_dl故障电流；t_p时间常数，取1秒；t保护动作时间；对于连接一般性负荷的线路，采用标准反时限公式：t=0.14t_p/[(I_dl /I_p)^0.02-1]，式中I_p电流基准值，取1.2倍的负荷电流I_fh；I_dl故障电流；t_p时间常数，取0.5秒；t保护动作时间；对于连接混合性负荷的线路，采用非常反时限公式：t=13.5t_p/[I_dl/I_p-1]，式中I_p电流基准值，取1.4倍的负荷电流I_fh；I_dl故障电流；t_p时间常数，取0.6秒；t保护动作时间；

（4）根据装置提示输入出线所连接线路的最小截面线路的规格、型号和敷设方式，装置通过查表方式计算出线路的回路阻抗Z_L；经过变压器后输出的线路，需要在保护装置中输入变压器的型号、容量、短路电压参数，保护装置则自动计算出变压器的短路阻抗Z_T，并折算到线路出线侧电压；输入电力部门提供的进线电源保护电流限额值I_XE，保护装置计算出系统最小短路电流下的系统短路阻抗，并将结果折算到线路出线侧电压：

Z_S＝U/(×I_XE)，式中Z_S系统短路阻抗；U线路电压；I_XE供电部门下达的进线电流限额；计算线路末端三相短路电流作为故障电流，并将结果折算到二次侧，，式中I_dl故障电流；U 线路电压；Z_L 线路回路阻抗；Z_T 变压器短路阻抗；Z_S 根据电流限额推算的系统短路阻抗；n_TA 电流互感器变比；

（5）线路保护装置电流速断保护定值的自动整定计算：线路的电流速断保护用来防止线路上发生的金属性短路，切除所有合母线电压低于50～60%额定电压的短路，其动作值与线路末端发生的三相短路电流有关，线路电流速断保护定值I_dz =0.8×I_dl，动作时间取0s。