高壓開關(guān)保護(hù)整定計算實例一、引言高壓開關(guān)（如斷路器、負(fù)荷開關(guān)）是電力系統(tǒng)中至關(guān)重要的控制和保護(hù)設(shè)備，其核心功能是在故障發(fā)生時快速、準(zhǔn)確地斷開故障電路，防止故障擴(kuò)大，保護(hù)線路、變壓器、母線等設(shè)備的安全。保護(hù)整定計算是高壓開關(guān)可靠運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其目的是通過合理設(shè)置保護(hù)裝置的電流定值和動作時間，確保保護(hù)具有選擇性、速動性、靈敏性和可靠性（即“四性”）。本文以10kV配電線路斷路器為例，結(jié)合實際工程參數(shù)，詳細(xì)介紹高壓開關(guān)保護(hù)的整定計算過程，涵蓋電流速斷、過電流、零序過電流及過負(fù)荷保護(hù)的整定邏輯與驗證方法，為工程實踐提供參考。二、高壓開關(guān)保護(hù)的基本配置及作用高壓開關(guān)的保護(hù)配置需根據(jù)其所在電力系統(tǒng)的電壓等級、線路類型（如配電線路、輸電線路、變壓器回路）及負(fù)荷特性確定。對于10kV配電線路，常見的保護(hù)配置如下：（一）電流速斷保護(hù)（瞬時過電流保護(hù)）作用：快速切除線路末端以下的嚴(yán)重故障（如相間短路），避免故障擴(kuò)大。特點：動作時間極短（通常為0s），但保護(hù)范圍有限（約為線路全長的15%-80%）。（二）過電流保護(hù)（帶時限過電流保護(hù)）作用：作為電流速斷保護(hù)的后備，切除線路末端及相鄰線路的故障。特點：動作時間按“階梯原則”整定（上級保護(hù)動作時間大于下級），確保選擇性。（三）零序過電流保護(hù)作用：切除線路的接地故障（如單相接地）。特點：針對10kV系統(tǒng)中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的特點，通過檢測零序電流實現(xiàn)保護(hù)。（四）過負(fù)荷保護(hù)作用：防止線路長期過負(fù)荷運行，避免導(dǎo)線過熱損壞。特點：動作時間較長（通常為10-15s），可設(shè)置為報警或跳閘。三、整定計算的基本原則根據(jù)《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)規(guī)程》（DL/T____）及《35kV及以下電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置整定規(guī)程》（DL/T____），保護(hù)整定需遵循以下原則：（一）選擇性上級保護(hù)應(yīng)在下級保護(hù)動作之后動作，確保故障僅由最近的保護(hù)裝置切除。例如，線路末端故障應(yīng)由線路斷路器的速斷保護(hù)切除，而非上級母線斷路器的保護(hù)。（二）速動性故障發(fā)生后，保護(hù)裝置應(yīng)盡快動作，減少故障對設(shè)備的損壞。電流速斷保護(hù)的動作時間通常為0s，過電流保護(hù)的動作時間按階梯原則遞增（如0.5s、1.0s、1.5s）。（三）靈敏性保護(hù)裝置對故障的反應(yīng)能力，需滿足最小運行方式下末端故障的靈敏系數(shù)要求。例如：過電流保護(hù)：靈敏系數(shù)≥1.5；電流速斷保護(hù)：保護(hù)范圍≥線路全長的15%；零序過電流保護(hù)：靈敏系數(shù)≥1.2（中性點不接地系統(tǒng)）。（四）可靠性保護(hù)裝置應(yīng)在故障時可靠動作，在正常運行時不誤動作。通過合理選取可靠系數(shù)（如電流速斷取1.2-1.5）、返回系數(shù)（如電磁型繼電器取0.8-0.85）實現(xiàn)。四、10kV線路斷路器保護(hù)整定計算實例（一）實例參數(shù)某10kV配電線路采用斷路器保護(hù)，線路參數(shù)如下：系統(tǒng)標(biāo)稱電壓：$U_n=10$kV；系統(tǒng)最大運行方式下的等值阻抗：$X_s.max=0.3$Ω；系統(tǒng)最小運行方式下的等值阻抗：$X_s.min=0.5$Ω；線路長度：$L=5$km；線路單位長度阻抗：$X_line.perkm=0.4$Ω/km；線路最大負(fù)荷電流：$I_L.max=300$A；線路末端最大短路電流（最大運行方式）：$I_k.max=2.5$kA；線路末端最小短路電流（最小運行方式）：$I_k.min=1.8$kA；正常運行時最大零序不平衡電流：$I_0.unb=15$A。（二）電流速斷保護(hù)整定1.整定原則電流速斷保護(hù)的整定電流應(yīng)大于線路末端最大短路電流，確保選擇性；動作時間為瞬時（0s）。2.計算公式$$I_{set1}=K_{rel1}\timesI_{k.max}$$其中：$I_{set1}$：電流速斷整定電流（kA）；$K_{rel1}$：電流速斷可靠系數(shù)（取1.3，符合DL/T____要求）；$I_{k.max}$：線路末端最大短路電流（kA）。3.計算過程$$I_{set1}=1.3\times2.5=3.25\text{kA}$$4.動作時間$$t_1=0\text{s}$$5.靈敏性驗證（保護(hù)范圍）電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍需≥線路全長的15%。計算公式為：$$L_{prot}=\frac{1}{X_{line.perkm}}\times\left(\frac{U_n}{\sqrt{3}\timesI_{set1}}-X_{s.min}\right)$$其中：$X_{s.min}$：系統(tǒng)最小運行方式下的等值阻抗（Ω）；$U_n$：系統(tǒng)標(biāo)稱電壓（kV）；$I_{set1}$：電流速斷整定電流（kA）；$X_{line.perkm}$：線路單位長度阻抗（Ω/km）。代入數(shù)值：$$\frac{U_n}{\sqrt{3}\timesI_{set1}}=\frac{10}{1.732\times3.25}\approx1.76\text{Ω}$$$$L_{prot}=\frac{1}{0.4}\times(1.76-0.5)=\frac{1.26}{0.4}=3.15\text{km}$$線路全長5km，保護(hù)范圍占比：$$\frac{3.15}{5}\times100\%=63\%\geq15\%$$結(jié)論：滿足靈敏性要求。（三）過電流保護(hù)整定1.整定原則過電流保護(hù)的整定電流應(yīng)大于線路最大負(fù)荷電流，考慮電動機(jī)自啟動影響；動作時間按階梯原則整定（大于下級保護(hù)最大動作時間）。2.計算公式$$I_{set2}=K_{rel2}\times\frac{K_{self}}{K_{re}}\timesI_{L.max}$$其中：$I_{set2}$：過電流整定電流（kA）；$K_{rel2}$：過電流可靠系數(shù)（取1.2，符合DL/T____要求）；$K_{self}$：自啟動系數(shù)（取1.5，考慮線路上電動機(jī)自啟動電流）；$K_{re}$：返回系數(shù)（取0.85，電磁型繼電器典型值）；$I_{L.max}$：線路最大負(fù)荷電流（kA）。3.計算過程$$I_{L.max}=300\text{A}=0.3\text{kA}$$$$I_{set2}=1.2\times\frac{1.5}{0.85}\times0.3\approx1.2\times1.765\times0.3=0.635\text{kA}$$4.動作時間假設(shè)下級線路保護(hù)的最大動作時間為$t_{lower}=0.5$s，過電流保護(hù)的動作時間按階梯原則整定：$$t_2=t_{lower}+\Deltat=0.5+0.5=1.0\text{s}$$其中$\Deltat$為時間級差（取0.5s，符合DL/T____要求）。5.靈敏性驗證過電流保護(hù)的靈敏系數(shù)需≥1.5，計算公式為：$$K_{sen2}=\frac{I_{k.min}}{I_{set2}}$$其中$I_{k.min}$為線路末端最小短路電流（kA）。代入數(shù)值：$$K_{sen2}=\frac{1.8}{0.635}\approx2.83\geq1.5$$結(jié)論：滿足靈敏性要求。（四）零序過電流保護(hù)整定1.整定原則零序過電流保護(hù)的整定電流應(yīng)大于線路正常運行時的最大零序不平衡電流，動作時間按階梯原則整定（大于下級零序保護(hù)動作時間）。2.計算公式$$I_{set0}=K_{rel0}\timesI_{0.unb}$$其中：$I_{set0}$：零序過電流整定電流（A）；$K_{rel0}$：零序過電流可靠系數(shù)（取1.4，符合DL/T____要求）；$I_{0.unb}$：正常運行時最大零序不平衡電流（A）。3.計算過程$$I_{set0}=1.4\times15=21\text{A}$$4.動作時間假設(shè)下級線路零序保護(hù)的最大動作時間為$t_{lower0}=0.5$s，零序過電流保護(hù)的動作時間：$$t_0=t_{lower0}+\Deltat=0.5+0.5=1.0\text{s}$$5.靈敏性驗證零序過電流保護(hù)的靈敏系數(shù)需≥1.2（中性點不接地系統(tǒng)），計算公式為：$$K_{sen0}=\frac{I_{0.min}}{I_{set0}}$$其中$I_{0.min}$為線路末端最小接地故障電流（A）。假設(shè)10kV系統(tǒng)中性點經(jīng)消弧線圈接地，線路末端最小接地故障電流$I_{0.min}=500$A（合理值），代入數(shù)值：$$K_{sen0}=\frac{500}{21}\approx23.8\geq1.2$$結(jié)論：滿足靈敏性要求。（五）過負(fù)荷保護(hù)整定1.整定原則過負(fù)荷保護(hù)的整定電流應(yīng)大于線路最大負(fù)荷電流，動作時間需大于負(fù)荷波動時間（如10-15s），通常設(shè)置為報警。2.計算公式$$I_{set.L}=K_{rel.L}\timesI_{L.max}$$其中：$I_{set.L}$：過負(fù)荷整定電流（kA）；$K_{rel.L}$：過負(fù)荷可靠系數(shù)（取1.15，符合DL/T____要求）；$I_{L.max}$：線路最大負(fù)荷電流（kA）。3.計算過程$$I_{set.L}=1.15\times0.3=0.345\text{kA}$$4.動作時間過負(fù)荷保護(hù)的動作時間需大于負(fù)荷波動時間（如電動機(jī)啟動時間），?。?$t_L=10\text{s}$$5.靈敏性驗證過負(fù)荷保護(hù)的靈敏系數(shù)要求為：當(dāng)負(fù)荷電流達(dá)到整定電流時，動作時間足夠長（不誤動）；當(dāng)負(fù)荷電流超過整定電流時，能及時動作（不拒動）。計算公式為：$$K_{sen.L}=\frac{I_{L.max}}{I_{set.L}}\approx\frac{0.3}{0.345}\approx0.87<1$$結(jié)論：符合過負(fù)荷保護(hù)的反時限特性要求（動作時間隨負(fù)荷電流增大而縮短）。五、整定計算的注意事項（一）系統(tǒng)運行方式的選擇最大運行方式（系統(tǒng)阻抗最?。河糜谟嬎愣搪冯娏髯畲笾担娏魉贁啾Ｗo(hù)（防止誤動）；最小運行方式（系統(tǒng)阻抗最大）：用于計算短路電流最小值，驗證保護(hù)靈敏性（防止拒動）。（二）系數(shù)選取的合理性可靠系數(shù)：根據(jù)保護(hù)類型選?。ㄈ珉娏魉贁嗳?.2-1.5，過電流取1.1-1.3）；自啟動系數(shù)：根據(jù)線路電動機(jī)負(fù)荷比例選?。ㄈ珉妱訖C(jī)負(fù)荷占比高，取1.5-2.0）；返回系數(shù)：根據(jù)保護(hù)裝置類型選?。ㄈ缥C(jī)保護(hù)取0.9-0.95，電磁型繼電器取0.8-0.85）。（三）保護(hù)配合的正確性上下級保護(hù)的動作時間需滿足階梯原則（時間級差≥0.5s）；不同保護(hù)之間的配合（如電流速斷與過電流保護(hù)）：確保速斷保護(hù)的動作時間小于過電流保護(hù)，避免越級跳閘。（四）特殊情況的處理線路有分支：需考慮分支線路對短路電流的影響，整定電流應(yīng)大于分支線路末端的最大短路電流；光伏接入：需考慮光伏電源對短路電流的貢獻(xiàn)，整定電流應(yīng)大于光伏接入后的最大短路電流；電纜線路：電纜的阻抗較小，短路電流較大，整定電流應(yīng)相應(yīng)增大。六、結(jié)論高壓開關(guān)保護(hù)整定計算是保障電力系統(tǒng)安全運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需嚴(yán)格遵循“選擇性、速動性、靈敏性、可靠性”原則。本文通過10kV配電線路斷路器的實例，詳細(xì)介紹了電流速斷、過電流、零序過電流及過負(fù)荷保護(hù)的整定過程，驗證了各保護(hù)的靈敏性，并總結(jié)了整定計算的注意事項。在工程實踐中，需根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)、線路