短路电流计算及机组保护整定计算

李洪宝

摘要：继电保护是构成电力系统安全稳定运行的主要防线之一。继电保护的灵敏性、选择性、速动性很大程度上取决于保护定值是否正确、合理，一般根据系统最大运行方式的短路电流值来进行整定计算，根据系统最小运行方式的短路电流值来进行灵敏性校验，必须进行反复而周密的计算。

关键词：继电保护；发电机保护配置；整定值配合；整定计算

一、短路电流的计算

1.1系统元件参数及换算

计算短路电流时，先要知道系统中各元件的参数，如系统元件的阻抗、系统电压、电源容量等，然后通过网络变换求得电源至短路点之间的等值总阻抗，最后按照公式求出短路电流。

系统的参数可以用有名值表示，也可以用标么值表示。有名值一般用于低压系统，标么值则广泛应用于高压系统。有名值与标么值之间可通过公式进行换算。

1.2网络变换

网络变换的目的是简化短路电路，以求得电源至短路点的等值总阻抗。

1.3短路电流的计算

短路电流计算应根据系统最大运行方式求出最大短路电流值，用以校验电气设备的动稳定。热稳定及分段能力，整定继电保护装置；还应根据系统最小运行方式求出最小短路电流值，作为校验继电保护装置灵敏系数和校验电动机启动的依据。

二、发电机的保护配置

发电机定子绕组或输出端部发生相间短路故障或相间接地短路故障，将产生很大的短路电流，大电流产生的热、电动力或电弧可能烧坏发电机线圈、定子铁芯及破坏发电机结构。

转子绕组两点接地或匝间短路，将破坏气隙磁场的均匀性，引起发电机剧烈振动而损坏发电机；另外，还可能烧伤转子及损坏其他励磁装置。

发电机异常运行也很危险发电机过电压、过电流及过激磁运行可能损坏定子绕组。

为确保发电机安全经常运行，必须配置完善的保护系统。

2.1发电机主保护

发电机主保护有：纵差保护、横差保护，发电机定子绕组匝间保护，转子两点接地保护等。

2.2发电机后备保护

发电机后备保护主要有：复压闭锁过流保护；对称过流及过负荷保护；不对称过流及过负荷保护及负序过电流保护；转子过流及过负荷保护；带记忆的低压闭锁过流保护。

2.3其他故障保护

发电机单相接地保护，发电机失磁保护。

2.4发电机异常运行保护

发电机异常运行保护有：发电机过电压保护；发电机过激磁保护；逆功率保护；转子一点接地保护；定子过负荷保护、非全相运行保护、频率异常保护等。

2.5非电量保护

非电量保护主要用：热工保护跳闸、中控室操作台跳闸、励磁联跳、主气门关联跳等。

2.6临时性保护

临时性保护是指发电机正常运行时应退出的保护。其中，有发电机误上电保护及发电机启、停机保护等。

三、整定值配合

整定配合主要指相邻元件上、下级保护之间及同套保护各阶段之间的定值配合，此外，尚有不同出口方式之间的配合。其目的是确保各继电保护之间动作的选择性，使之不会造成保护的越级跳闸。

保护定值配合，有动作量及动作延时两方面的配合。

相邻元件上、下级保护定值配合的要点是：

（1）动作延时的配合，上级保护的动作时间比下一级保护动作时间长，大一个Δt。

（2）上一级保护的动作量（例如动作电流）大于下一级保护的动作量，因此，对同一点故障，下一级保护的反应灵敏度比上一级保护高，而动作时间短。为此，上级保护的动作量应为下级保护的动作量乘以可靠系数。

对于某一元件的多段保护的整定应按段分别进行，第一段保护的保护范围，通常为被保护对象全部范围的80％，其余各段保护的整定应按上、下级保护的配合来整定。

当一个保护需要与几个下级保护整定配合时，应与其中最不灵敏的一个保护配合。

时间级差Δt应按下式计算：

Δt=t1+t2+t3+t4

式中t1―上级保护动作时间负误差；

t2―下级保护动作时间正误差；

t3―继电器的跳闸时间；

t4―时间裕度；

对于微机保护，t1、t2均很小，不会超过50ms。t3与断路器的类别有关，真空断路器及SF6断路器的动作时间不大于30ms；t4通常取0.1。

综上所述Δt取0.3s是适宜的。

四、发电机保护整定计算

以下为某工程发电机保护部分整定计算实例：

发电机额定功率12MW，CT变比：1200/5。

五、结语

随着电网规模的不断扩大,电网结构也日趋复杂。不仅造成继电保护整定计算的工作量越来越大,而且使继电保护整定值的配合越来越困难。而选择合理的运行方式进行计算,对保证继电保护装置的可靠运行以及充分发挥继电保护装置的性能具有十分重要的作用。

参考文献：

[1]盛海华,赵纪元,奚洪磊.适应智能电网继电保护定值的在线管控方案[J].电力系统自动化,2016,15:154-158.

[2]杨增力,周虎兵,王友怀.面向智能电网的继电保护在线应用系统[J].湖北电力,2011,04:65-67+82.

[3]《电力主设备继电保护的理论时间及运行案例》