微机保护整定计算原则剖析

一、 线路保护测控装置

装置适用于10/35kV的线路保护，对馈电线，一般设置三段式电流保护、低周减载、三相一次重合闸和后加速保护以及过负荷保护，每个保护通过控制字可投入和退出。为了增大电流速断保护区，可引入电压元件，构成电流电压连锁速断保护。在双电源线路上，为提高保护性能，电流保护中引入方向元件控制，构成方向电流保护。其中各段电流保护的电压元件和方向元件通过控制字可投入和退出。 （一）电流速断保护（Ⅰ段）

作为电流速断保护，电流整定值IdzⅠ按躲过线路末端短路故障时流过保护的最大短路电流整定，时限一般取0～0.1秒，写成表达式为：

IdzⅠ =KImax Imax =EP/(ZP min+Z1L)

式中:K为可靠系数，一般取1.2～1.3;

Imax为线路末端故障时的最大短路电流; EP 为系统电压；

ZP min为最大运行方式下的系统等效阻抗； Z1为线路单位长度的正序阻抗； L为线路长度

（二）带时限电流速断保护（Ⅱ段）

带时限电流速断保护的电流定值IdzⅡ应对本线路末端故障时有不小于1.3～1.5的灵敏度整定，并与相邻线路的电流速断保护配合，时限一般取0.5秒，写成表达式为：

Idz.Ⅱ =KIdzⅠ.2

式中:K为可靠系数，一般取1.1～1.2;

IdzⅠ.2为相邻线路速断保护的电流定值

（三）过电流保护（Ⅲ段）

过电流保护定值应与相邻线路的延时段保护或过电流保护配合整定，其电流定值还应躲过最大负荷电流，动作时限按阶梯形时限特性整定，写成表达式为：

Idz.Ⅲ =K max｛IdzⅡ.2 ,IL｝

式中:K为可靠系数，一般取1.1～1.2;

IdzⅡ.2为相邻线路延时段保护的电流定值; IL 为最大负荷电流

（四）反时限过流保护

由于定时限过流保护（Ⅲ段）愈靠近电源，保护动作时限愈长，对切除故障是不利的。为能使Ⅲ段电流保护缩短动作时限，第Ⅲ段可采用反时限特性。

反时限过电流保护的电流定值按躲过线路最大负荷电流条件整定，本线末端短路时有不小于1.5的灵敏系数，相邻线路末端短路时,灵敏系数不小于1.2,同时还要校核与相邻上

下一级保护的配合情况。

选择哪一条反时限特性曲线完全取决于负荷特性和与其他相邻继电保护相配合。反时限特性特别适用于保护直配线、变压器、电动机以及低压配电线路，尤其是在线路有分支线，且分支线用高压熔断器保护时具有更优秀的保护特性。

（五）电压闭锁的电流保护

一般情况下，电压元件作闭锁元件，电流元件作测量元件。

对Ⅰ、Ⅱ电流保护，电压元件应保证线路末端故障有足够的灵敏度。对Ⅲ电流保护，电压元件应躲过保护安装处的最低运行电压。

低电压闭锁元件引入电流保护，可提高电流保护的工作可

靠性，也可提高电流保护的灵敏度。低电压元件的动作电压一般取60%～70%的额定电压。 （六）低周减载

为防止重合闸期间，低周减载误动作，一般设置低电压、

低电流以及滑差闭锁元件。低电压元件的动作值取65%～70%的额定电压，低电流元件的动作值取10%的额定电流，滑差闭锁元件取3Hz/S。为防止暂态误动作，设置 0.3～1秒的延时。 （七）低压减载

电力系统有时会出现有功功率和无功功率缺额的情况。无

功功率缺额会带来电压的降低，从而导致有功功率负荷降低，这样系统频率可能降低很少或不降低。在这种情况下，借助低周减载来保证系统稳定运行是不够的，这时还需装设低压减负荷装置，即低压减载。

按动力负荷的允许临界电压为65%～75%Ue,也可根据小系统无功平衡情况取70%～80% Ue，动作时间一般取1～2秒。

二、 变压器主保护装置 （一）差动电流速断保护定值

差动电流速断保护定值应躲过外部故障的最大不平衡电流和空投变压器时的初始励磁涌流，表达式为：

Isd =max｛K1Ie,K2Ibp.max｝

式中：K1为倍数，视变压器容量和系统电抗大小而定，一般变压器容量在6.3MVA以下，K=7～12；

6.3～31.5MVA，K=4.5～7; 40～120MVA， K=3～6; 120MVA以上， K=2～5

Ie为变压器额定电流； K2为可靠系数，取1.3～1.5;

Ibp.max为外部故障时的最大不平衡电流, Ibp.max由下面的表达式确定：

Ibp.max=（K1K2K3+△U+△m）IK.max

式中：K1为同型系数，型号相同时取0.5，不同时取1；

K2为非周期分量系数，一般取1.5～2;

K3为电流互感器变比误差引起的不平衡电流系数，一

般取K3=10%；

△U为偏离额定电压最大的调压百分比，如调压抽头为±2×2.5%时，则△U=5%；

△m为保护装置电流平衡调整不连续引起的不平衡电流系数，一般取0.05;

IK.max为外部故障时通过变压器基本侧的最大短路电流。 （二）比率差动保护定值

本装置采用两折线比率制动特性，需确定的参数是最小动作电流Ibl，拐点电流Ib以及比率制动系数Kbl。 1、最小动作电流Ibl

最小动作电流应躲过外部故障切除时差动回路的不平衡电流，即 Ibl=KIbp 式中：

K为可靠系数，对双绕组变压器取1.2～1.3，对三绕组

变压器取1.4～1.5，对谐波较为严重的场合应适当增加；

Ibp为变压器正常运行时差动回路的不平衡电流，可认

为变压器处在额定运行状况，Ibp由下面表达式确定：

Ibp=（K1K2K3+△U+△m）Ie

式中：Ie为变压器基本侧的额定电流，其他参数同上

面外部故障时的最大不平衡电流表达式中的意义相同。 一般取Ibl=（0.2～0.5）Ie 。 2、拐点电流Ib

比率差动元件的拐点电流Ib 一般取0.5～1.0倍的额定电流，以保证匝间短路在制动电流小于额定电流即Izd＜Ie时，没有制动作用。 3、制动系数Kbl

制动系数Kbl的整定可按下式整定： Kbl=(KIbp.max-Ibl)/(Izd.max-Ib)

式中：K为可靠系数，取1.3～1.5;

Ibp.max为外部故障时的最大不平衡电流，同上； Izd.max为最大制动电流，考虑到区外故障时的制动电

流均是通过变压器的短路电流，即Izd.max=IK.max 制动系数Kbl一般取0.3～0.7。 4、 CT断线闭锁

正常情况下判别CT断线是通过检查高、中、低三侧电流，如果其中某侧有一相无流，即认为该相CT断线。为防止变压器故障时CT断线误闭锁，装置设置了一门槛电流ICT，只有所有电流小于ICT时才开放CT断线检查。ICT按最大负荷电流整定。

三、变压器后备保护测控装置 （一）带复合电压闭锁的电流保护

为了防止变压器外部故障引起的过电流及作为变压器的后备保护，应装设带复合电压闭锁的过电流保护。变压器过电流保护的装设可按以下原则确定：

（1） 对于单侧电源的变压器。后备保护装设于电源侧，作

为差动保护、瓦斯保护或相邻元件的后备。

（2） 对于多侧电源的变压器，后备保护应装设于变压器各

侧，其作用为：

a. 作为变压器差动保护的后备，要求动作后起动总出口

继电器。

b. 变压器各侧装设的后备保护，主要作为各侧母线和线

路的后备保护，要求只动作于跳开本侧的短路器。 c. 作为变压器短路器与其电流互感器之间死区故障的后

备保护。 1、电流定值

a、按躲过变压器最大负荷电流整定，即 Idz =KIL.max

式中：K为可靠系数，取1.1～1.2;

IL.max 为变压器的最大负荷电流

b、按与相邻保护配合整定。当变压器低压侧具有出线保

护时，应与其配合，即

Idz =KIdz.L

式中：K为可靠系数，取1.2～1.5;

Idz.L 为变压器低压出线电流保护定值，应取各出线中的最大值。 2、时间定值

a、单侧电源变压器

动作时间t应与负荷侧出线保护动作时间tl相配合，即t=tl+△t;

b、多侧电源变压器

各侧的后备保护动作时间与各侧出线动作时间相配合，动

作后跳三侧短路器的保护段的动作时间应能与各侧的保护动作时间相配合。 3、复合电压定值 a、低电压定值

当低电压元件取之于变压器低压侧电压互感器时，应躲过正常运行时可能出现的最低电压，一般取0.6～0.8Ue 。

当低电压元件取之于变压器高压侧电压互感器时，一般取0.7Ue 。

对发电厂的升压变压器，当低电压元件取发电机侧电压互感器时，应躲过发电机失磁运行的最低电压，一般取0.5～0.6Ue 。

b、负序电压定值

负序电压定值的整定按躲过正常运行时的最大不平衡电压整定，一般负序电压取0.06～0.08Ue。 （二）变压器的零序保护

对于中性点直接接地电网中的变压器，应装设零序（接地）

保护，作为变压器和相邻元件（包括母线）接地故障的后备保护。

在变压器的零序电流保护中，只有在低压侧绕组零序等值

电抗不为零且高压侧和中压侧中性点均接地的三绕组变压器以及自耦变压器上，才需零序方向元件。对普通的三绕组变压器和双绕组变压器的零序电流保护，不需零序方向元件。

当变压器中性点不接地运行时，采用零序过电压元件和间

隙零序电流来构成变压器的零序保护。 1、零序电流Ⅰ段定值

零序电流Ⅰ段整定电流与相邻线路的零序过流保护Ⅰ段配合，即

I01.dz=KC0I01.L

式中，K为可靠系数，取1.1；

C0为零序电流分配系数，等于流过本保护的零序电

流与流过线路零序电流之比；

I01.L为与之配合的相邻线路零序电流保护的定值。

零序Ⅰ段保护设两个时限t1和t2，t1与相邻零序电流保护Ⅰ

段配合，取t1=0.5～1s，动作于母线解列或跳分段断路器，以缩小故障影响范围；t2=t1+△t跳开变压器高压侧断路器。 2、零序电流Ⅱ段定值

零序电流Ⅱ段整定电流与相邻线路的零序过流保护后备段配合，即

I02.dz=KC0I02.L

式中，K为可靠系数，取1.1；

C0为零序电流分配系数，等于流过本保护的零序电流与流过线路零序电流之比；

I02.L为与之配合的相邻线路零序电流保护后备段的定值。

零序Ⅱ段保护设两个时限t3和t4，t3=tmax+△t，其中tmax为

相邻线路零序电流保护后备段的最大动作时限，t3动作于母线解列或跳分段断路器；t4=t3+△t跳开变压器高压侧断路器。 3、间隙零序电流保护

对中性点装设放电间隙的分级绝缘变压器，当变压器中性

点不接地运行时，投入间隙零序电流保护和零序电压保护，作为变压器中性点不接地运行时的零序保护。

电网内发生一点接地故障，若变压器零序后备保护动作，

则首先切除其他中性点直接接地运行的变压器。倘若故障点仍然存在，变压器中性点电位升高，放电间隙击穿，间隙零

序电流保护动作，经短延时（0～0.1s）将母联解列，经稍长延时（0.3～0.5s）切除不接地运行的变压器。

间隙零序电流保护一次动作值通常取100A。

4、零序电压保护

零序电压保护定值应躲过电网存在中性点情况下单相接

地时开口三角侧的最大零序电压，一般取180V。 （四）过负荷

过负荷保护安装地点，要能反映变压器所有绕组的过负荷

情况。因此，双绕组升压变压器应装设在低压侧（主电源侧），双绕组降压变压器应装设在高压侧。

由于过负荷保护（发信号）为预报性质的，可按正常运行

情况下允许过负荷倍数1.25、动作时间25min考虑，一般过负荷动作时间取9～10s，足以躲过变压器保护最长动作时间。

四、 低压变压器保护测控装置

低压变压器是指3～10kV/400V的变压器，当变压器采用真空断路器、少油开关或熔断器加接触器时，可选用不能装置对变压器进行保护和测控。变压器高压侧是中性点非直接接地电网，低压侧是三相四线制供电，中性点接地运行。 （一）高压侧过电流保护

高压侧过电流保护一般采用两段式定时限保护以及独立的反时限过流保护。 1、 电流Ⅰ段保护

电流Ⅰ段保护作为高压侧绕组内部、引出线上的相间短路故障保护，整定电流按下列条件整定： a、躲过外部短路时流过保护的最大短路电流

Idz1=KIK.max

式中 K为可靠系数，取1.3；

IK.max为最大运行方式下变压器低压母线三相短路时流过变压器高压侧的电流值。

b、躲过变压器励磁涌流

Idz1=KIe.

式中 K为倍数，取4～5； Ie为变压器高压侧额定电流

电流Ⅰ段定值取两者中的较大值，时限一般取0～0.1s。 2、电流Ⅱ段保护

电流Ⅱ段保护作为变压器及其低压侧相邻元件的相间短路

故障保护，整定电流应与低压侧过流保护配合，时限一般取0.1～1s。

Idz2=KI’dz.

式中 K为可靠系数，取1.2；

I’dz.为折算到变压器高压侧的过流保护定值 3、电流反时限保护

当变压器采用熔断器加接触器时，为便于保护配合，过流

保护可采用反时限特性。其电流定值可整定与过流Ⅱ段Idz2相同，时间定值由变压器及其低压侧相邻元件发生相间短路时的故障电流以及过流动作时间计算求到。 （二）低压侧零序电流保护

零序电流取用低压侧中性线电流，一般设有两段定时限零

序过流保护以及独立的反时限零序过流保护，整定电流应躲过正常运行时中性线上流过的最大不平衡电流，该电流一般不会超过变压器低压侧额定电流的25%，即

I0dz=K(25%Ie)

式中 K为可靠系数，取1.2； Ie为变压器低压侧额定电流。

五电容器保护测控装置

（一） 过电流保护

过流Ⅰ段动作电流按躲过电容器充电电流计算，时限一般整定0.2s。

Idz.1=KIeC

式中 K为倍数，取4～5倍；

IeC为电容器组额定电流；

过流Ⅱ动作电流按躲过电容器组额定电流整定，时限一般整定0.3～0.5s。

Idz.2=K1 K2IeC

式中 K1为可靠系数，取1.25；

K2为谐波系数，取1.2～1.25；

IeC为电容器组额定电流；

反时限过流电流定值与过流Ⅱ动作电流相同，时间定值按照两倍反时限动作电流动作时间为1s计算求得。 （二） 不平衡电流保护

不平衡电流保护动作电流按下式整定，即

Ibp=15%IeC

式中IeC为一组电容器的额定电流 时限一般整定0.15～0.2s。

（三）零序过流保护

零序过流保护的动作电流按20A整定（一次值），动作时

间整定为0.5s左右。

（四）过电压保护

电容器组只能允许在1.1倍额定电压下长期运行，当供电

母线稳态电压升高时，过电压保护应动作切除电容器。 （五）低电压保护

低电压保护动作值按下式整定，即

Udz=KUe

式中 K为系统正常运行时可能出现的最低电压系数，一般取0.5；

低电压保护动作时限应小于供电电源重合闸的最短时限。

五、 备用电源自投及分段保护装置 （一）低压元件动作值

工作母线失压时，低压元件应可靠动作。但工作母线的出

线发生短路故障时，故障由出线断路器切除后，低压元件的动作电压应避越电动机自起动时的最低母线电压；此外，工作母线上的电抗器发生短路故障，低压元件不应动作。

考虑上述情况后，低压元件的动作值一般取25%～30%的

额定电压。

（二）进线有压定值

有压定值一般取70%额定电压。 （三） 进线无流定值

进线无流定值一般取5%～10%的额定电流。

（四）动作时间

当工作母线失压后，低压元件起动，经延时跳开工作母线

受电侧断路器，然后合备用电源。如果网络内发生短路故障时，低压元件也可能动作，所以设置延时是保证备自投动作选择性的重要措施。延时时间为

tbzt=tmax+△t

式中 tmax为网络内发生使低压元件动作的短路故障时，切

除该故障的保护最大动作时间；

△t为时间级差，取0.5s

需要指出，当存在两级备自投时，低压侧的动作时间应比

高压侧的动作时间大一个时间级差，以避免高压侧工作母线失压时低压侧备自投不必要的动作。 （五）充电及分段保护

充电保护的动作值应保证该母线上短路故障时有不低于

1.5的灵敏度，时间可整定为0～0.1s。

对于分段保护，过流Ⅰ段动作值与动作时限与出线的电流

速断保护配合；过流Ⅱ段动作值与动作时限与出线的电流Ⅱ段保护配合。

六、 电动机保护测控装置

（一）电流速断保护 1、速断动作电流高值

速断动作电流高值按电动机起动时最大起动电流整定，

Isd.h =K1K2Ie

式中 K1是可靠系数，取1.5；

K2是起动电流倍数，一般取4～7倍； Ie是电动机的额定电流。

2、 速断动作电流低值

速断动作电流低值应躲过外部故障切除，电压恢复过程中电动机的自起动电流，一般自起动电流取5Ie；此外，还应躲过供电母线三相短路故障时电动机的反馈电流。电动机反馈电流的特点是幅度大、衰减快，电动机的反馈电流可达起动电流的90%左右。

（1）当电动机采用真空断路器或少油开关控制时，因动作快速，故不计反馈电流的衰减，于是速断动作电流低值为

Isd.L =K1(90%Iqd)= K1K2(90%Ie) 式中 K1是可靠系数，取1.3；

K2是起动电流倍数，一般取4～7倍； Ie是电动机的额定电流。

（2）当电动机采用熔断器加接触器控制时，因保护带有0.3～0.4s的延时，所以可认为反馈电流已衰减完毕。此时，只需躲过自起动电流，即

Isd.L =K1(5Ie)

式中 K1是可靠系数，取1.1；

Ie是电动机的额定电流。

3、速断保护的动作时限

（1）当电动机采用真空断路器或少油开关控制时，动作时限取0～0.1s。

（2）当电动机采用熔断器加接触器控制时，动作时限应与熔断器熔断时间配合，当故障电流大于接触器允许的切断电流时，熔断器应在保护动作前熔断，故保护动作时限为

tsd=trd+△t

式中 trd是熔断器的熔断时间，取0.1s左右；

△ t是时间裕度，取0.2～0.3s。

（二）正序过流定值：

正序过流保护对电动机在起动结束后的堵转及对过负荷提供快速保护，动作电流整定为

I1dz = K1Ie

式中 K1是可靠系数，取1.3～1.5；

Ie是电动机的额定电流。

正序过流保护动作时间可按电动机允许堵转时间整定。 （三）负序过流定值

本装置负序电流保护的动作判据为

a、t=

T I21I2dz ,当1<

I2I2dz <2时；

b、t=T ,当

I22I2dz时

式中 I2为电动机运行时的负序电流；

I2dz为负序电流定值，取30%～40%Ie；

T为负序时间定值,取1～1.5s。

（四） 零序电流保护定值

1、零序电流动作判据

为防止在电动机较大的起动电流下，由于不平衡电流引起的误动作，采用最大相电流作为制动量，动作判据为

a、I0I0dz ,当 Imax<1.05In时；

Imax1.05InI0dz b、I0 14 ,当 Imax>1.05In时

式中 I0是电动机运行时的零序电流；

I0dz是零序电流动作值； In是电动机额定电流；

Imax是电动机运行时的最大相电流值。

2、零序电流动作值I0dz

（1）中性点不接地网络，零序电流一次动作值应躲过外部单相接地时的电容电流，即

I0dz=K（3ωC0E）

式中 K为可靠系数，保护投发信时取2.5～3;投跳闸时

取3～4;

C0为电动机一相绕组对地电容； E为相电动势。

（2）中性点经电阻接地，6kV供电网中性点一般经20欧姆接地，单项接地电流为173A，由此得到零序电流保护一次动作电流为

I0dz=173A/K

式中 K为可靠系数，取1.5～2。 3、零序电流保护动作时限

当电动机采用真空断路器或少油开关控制时，动作时限取0～0.1s。当电动机采用熔断器加接触器控制时，动作时限取0.3～0.4s。 （五）过热保护 1、电动机发热模型

tK1(I1/In)2K2(I2/In)21.052式中τ是发热时间常数；

In是电动机的额定电流； I1：正序电流； I2：负序电流；

K1：正序电流发热系数，电动机起动中K1=0.5,起动结束

K1=1； K2：负序电流的发热系数，K2=3～10，一般取K2=6。 2、发热时间常数τ的确定

发热时间常数有电动机制造厂提供，，如果厂家没有提供，

可按以下几种方法进行估算。 （1）根据电动机过负荷能力估算

假设电动机在N倍过负荷时允许运行T秒，则 τ=（N2－1.052）×T

（2）由电动机起动电流下的定子温升决定

τ=

eN2T 0 式中 θe是电动机的额定温升；

N是电动机起动电流倍数； T是电动机起动时间； θ0是电动机起动时的温升。

（3）由电动机的温升值和电流密度估算

Mτ=150e21

1.05Jee式中θe是电动机定子绕组额定温升；

θM是电动机采用的绝缘材料的极限温升； Je是定子绕组额定电流密度

例如电动机采用B级绝缘，其极限温升θM =800C，电动

机定子绕组额定温升θe =400C，定子绕组额定电流密度Je=3.5A/mm2，则τ=

150401.053.52801=466(s) 403、 过热告警值

过热告警值通常取70%～80%过热累积跳闸值。 （六）低电压保护

在厂用电电动机中，对于有中间煤仓制粉系统的磨煤机和

灰渣泵、灰浆泵、碎煤机等的电动机，低电压保护的动作电压为

Udz=（65%～70%）Ue （高压电动机） Udz=（60%～70%）Ue （低压电动机）

动作时限为0.5s。

对于具有自动投入备用机械的给水泵和凝结水泵以及循

环水泵的电动机、送风机和直吹炉制粉系统磨煤机的电动机，低电压保护的动作电压为

Udz=（45%～50%）Ue （高压电动机） Udz=（40%～45%）Ue （低压电动机）

动作时限为9～10s。

（七）起动时间过长保护 起动时间过长保护动作判据：

t>1.2tqd.max

式中 tqd.max为实测的电动机最长的起动时间。

当电动机三相电流均从零发生突变时认为电动机开始起动，起动电流达到10%额定电流时开始计时，起动电流峰值后下降到110%额定电流时停止计时，所测时间即为电动机

的起动时间。

七、 电动机差动保护装置

电动机差动保护主要用于容量2MW及以上电动机，容量在2MW以下，如果电流速断保护的灵敏度不足时也需要配电动机差动保护。

（一）差动速断电流Isd的整定

差动速断电流定值应按躲过各种不平衡电流和涌流整定，一般取3～8倍的额定电流，并在机端保护区内三相故障时有1.2的灵敏度。

必须指出，作为电动机的纵差保护，应注意电流互感器二次负载阻抗的匹配，否则电动机起动时导致不平衡电流增大，甚至造成误动作可能。 （二）最小动作电流Ibl的整定

Ibl应躲过电动机正常运行时差动回路的最大不平衡电流计算，即

Ibl=K1K2K3K4Ie

式中 K1是电流互感器综合误差系数，取10%；

K2是同型系数，电流互感器型号相同时取0.5,不同时取1；

K3是外部故障切除引起电流互感器误差增大的系数（非周期分量系数），对异步电动机纵差动保护取1，

对 同步电动机纵差动保护取1.5～2； K4是可靠系数，取1.5; Ie是电动机的额定电流。 (三）拐点电流Ib

拐点电流Ib一般取电动机额定电流。 (四)差动比率系数Kbl

差动比率系数Kbl一般取0.3～0.4。