配网开关保护定值计算公式

针对配电网开关保护定值的计算，其核心在于确保保护装置在故障时能**可靠、快速、有选择性地**动作。计算过程分为两步：首先根据系统参数计算 **一次值** （即流过开关的实际电流值），再根据互感器变比换算为 **二次值** （即保护装置识别的信号值）。以下是具体的计算公式、方法和依据。

### 一、 主要保护定值的计算公式

配网开关（如柱上智能断路器）的保护配置通常包括 **电流速断保护** 、**定时限过流保护**和**零序保护**等。其定值计算遵循以下通用公式与原则：

1. **电流速断保护（I 段）**
   * **作用** ：快速切除线路近端严重短路故障。
   * **计算公式** ：其一次动作电流值 $I_{dz1}$ 需按躲过被保护线路**末端最大三相短路电流** $I_{d.max}$ 或躲过**配电变压器励磁涌流**来整定。
     * 躲线路末端最大短路电流：$I_{dz1} = K_k \times I_{d.max}$，其中可靠系数 $K_k$ 一般取 1.3。
     * 躲变压器励磁涌流：$I_{dz1} = K_k \times I_N$，其中 $I_N$ 为变压器额定电流，系数 $K_k$ 取 5~10 倍。在实际工程中，常取 8~10 倍。
   * **动作时间** ：一般为 0 秒或一个极短的延时（0~0.15s）。
2. **定时限过流保护（II 段/III 段）**
   * **作用** ：作为速断保护的后备，切除本线路及相邻线路末端的故障。
   * **计算公式** ：其一次动作电流值 $I_{dz2}$ 主要按躲过线路的**最大负荷电流** $I_{fh.max}$ 整定。
     * $I_{dz2} = \frac{K_k}{K_f} \times I_{fh.max}$
     * 其中，可靠系数 $K_k$ 取 1.2，返回系数 $K_f$ 取 0.85~0.95。
     * 也有根据所带配电变压器容量进行简化计算的经验公式：$I = K_k \times P / (1.732 \times U)$，其中计算过流时系数 $K_k$ 取 2。
   * **动作时间** ：需与上下级开关的保护时间配合，按阶梯原则逐级增加一个时间级差 $\Delta t$（通常取 0.3~0.5s）。
3. **零序电流保护**
   * **作用** ：用于检测单相接地故障。
   * **计算公式** ：一次零序电流定值有时取固定值，例如 $I_0 = 40A$ 。二次值需根据零序电流互感器变比换算。
   * **注意** ：在 10kV 不接地或经消弧线圈接地系统中，零序保护可能停用。

### 二、 如何计算“一次值”与“二次值”

计算流程是： **确定一次动作电流 → 根据互感器变比换算为二次值 → 在保护装置中设定** 。

1. **一次值的计算**
   * 一次值是指电力系统一次回路中实际的电流值。计算时，需要收集系统参数，包括：线路阻抗、变压器容量、最大运行方式下的短路电流、最大负荷电流等。
   * 应用上述第一部分的公式，代入可靠系数、返回系数等，计算出保护装置应该动作的 **一次侧电流门槛值** ，即 $I_{dz}$（一次动作电流）。
   * **示例** ：计算一条分支线开关的过流保护，已知其后方配变总容量为 1000kVA，系统电压 10.5kV。则：
     * 配变额定电流 $I_N = \frac{1000}{\sqrt{3} \times 10.5} \approx 55A$ 。
     * 过流保护一次定值按 1.5~2 倍 $I_N$ 整定，范围约为 82.5A ~ 110A。
2. **二次值的计算**
   * 二次值是指接入继电保护装置的电流信号值。由于保护装置无法直接测量高压大电流，必须通过**电流互感器（CT）** 进行转换。
   * **核心换算公式**为：
     * $I_{dz.j} = \frac{I_{dz} \times K_{jx}}{n_{LH}}$
     * 其中：
       * $I_{dz.j}$：需要输入保护装置的 **二次动作电流值** 。
       * $I_{dz}$：计算得到的 **一次动作电流值** 。
       * $K_{jx}$： **接线系数** ，与 CT 接线方式有关（星形接法取 1，三角形接法取 √3）。
       * $n_{LH}$： **电流互感器变比** ，例如 200/5。
   * **示例（接上例）** ：若确定该开关过流一次定值取 120A，CT 变比为 200/5（即 40），接线为星形（$K_{jx}=1$）。
     * 则二次值 $I_{dz.j} = \frac{120 \times 1}{40} = 3A$。
     * 此 3A 即为应设置在保护装置中的电流定值。

### 三、 定值计算的依据与原则

配网保护定值计算并非随意进行，其主要依据包括：

1. **国家与行业标准** ：这是最根本的依据。主要包括《GB/T 14285-2006 继电保护和安全自动装置技术规程》和《DL/T 584-2017 3kV~110kV 电网继电保护装置运行整定规程》。这些标准规定了保护的配置、整定原则及灵敏度要求。
2. **电网企业规范** ：各电网公司会制定更具体的指导意见。例如，《南方电网地区电网继电保护整定原则》及各省公司发布的《10kV 及以下配电网保护装置运行整定指导意见》，这些文件结合了当地电网的实际情况，对可靠系数、时间级差、定值简化计算方案等做出了具体规定。
3. **保护的“四性”要求** ：整定计算必须统筹考虑并权衡 **选择性、速动性、灵敏性和可靠性** 。
   * **选择性** ：故障时仅离故障点最近的开关动作，这是通过**动作电流和时间的阶梯式配合**来实现的。
   * **灵敏性** ：保护装置对故障的反应能力，用灵敏系数校验。例如，要求过流保护在本线路末端故障时，灵敏系数不小于 1.5。
   * 当“四性”无法完全兼顾时，需遵循“保主网、保设备、允许牺牲部分选择性”等取舍原则。
4. **现场经验与简化计算** ：由于配网结构复杂、开关数量多，完全依赖精确计算工作量巨大。因此，在实际工作中形成了许多经验公式和简化原则。例如，根据变电站类型和导线长度直接给出速断定值范围，或根据变压器容量乘以一个经验系数来估算定值。这些方法需要在标准框架下，结合本地网情灵活应用。

**总结而言** ，配网开关保护定值的计算是一个系统性的工程：它以**国家标准和行业规程**为根本依据，运用包含**可靠系数**的公式计算出 **一次值** ，再通过 **CT 变比**严谨地换算为 **二次值** ，最终目的是使保护系统满足**选择性、灵敏性、速动性和可靠性**的核心要求，确保配电网安全稳定运行。随着技术进步，**智能整定系统**正在逐步实现该过程的自动化和标准化。