基于ETAP仿真软件的继电保护校验

　　摘要：随着冶金企业生产规模的不断扩大,原有继电保护定值可能无法保证可靠性，需要进行校验,由此带来庞大的工作量,而借助工程软件可以极大提高整定效率和质量。对具体工程实例进行继电保护定值计算和校验,并利用ETAP进行保护曲线配合分析。实际运行效果表明,借助ETAP能快速准确地输出TCC曲线,定值及曲线,可以极大地提高校验效率和质量。

　　关键词：继电保护，ETAP，定值校验，保护配合

　　概述：在冶金企业中，随着生产规模的扩大，供电系统短路容量、电源关系都发生了变化，有可能影响到原有继电保护定值的准确性。为此，冶金企业需要对厂内变电所、发电站的电气设备及线路的继电保护定值校核，使其满足选择性、速动性、灵敏性及可靠性的要求。

　　ETAP软件是一款功能全面的电气分析计算软件，可以完成电气系统的建模、仿真计算以及结果分析等工作。由于其简洁的建模方式、全面的数据集成、直观的结果展示以及丰富多样的输出报告等特点，ETAP软件广泛应用在工业企业电气系统建模仿真计算领域。

　　电力论文投稿刊物：《中国电业》(月刊)创刊于1950年，由中国电力报社主办。报道电力工业的重大事件以及电力行业在政策与体制、投资与融资、基本建设、企业管理和经营、杰出人物、农村电气化、世界各国电力发展等多方面的理论研究和工作实践。内容丰富，设计和制作精美。

　　计算模型

　　综保计算模型的选择

　　针对电流速断、定时限过电流保护，国内外的综保厂家均采用“门槛”原则，动作原理是一致的。因此不同模型的选用，对计算结果无影响。可根据现场实际设置的保护功能，选择保护装置模型。

　　异步电动机的启动曲线和过热曲线

　　在电动机的启动瞬间，转子因惯性还未转动起来，旋转磁场以最大的切割速度(同步转速)切割转子绕组，使转子绕组感应起可能达到的最高的电动势，因而，在转子导体中流过很大的电流，这个电流产生抵消定子磁场的磁能。定子为了维护与该时电源电压相适应的原有磁通，遂自动增加电流。因为此时转子的电流很大，故定子电流也增得很大，甚至高达额定电流的4~7倍。

　　随着电动机转速增高，定子磁场切割转子导体的速度减小，转子导体中感应电动势减小，转子导体中的电流也减小，于是定子电流中用来抵消转子电流所产生的磁通影响的那部分电流也减小，所以定子电流就从大变到小，直到正常运行电流。

　　起动电流最大值出现在电机接通电源后的0.02s以内，随着时间的推移按指数规律衰减，衰减速度与电机的时间常数有关。本文采用静态电机起动模型与电动机保护进行配合，能够满足工程计算的需要。

　　ta——电动机的启动时间;

　　tp——电动机启动峰值电流时间;

　　Ie——电动机额定电流;

　　Ia——电动机启动电流;

　　Ip——电动机启动峰值电流(堵转电流)。

　　保护定值校验

　　在冶金企业内部，电气设备的种类与数量繁多，不可能也没有必要对每台设备回路都进行校验，可以仅针对相同类型、容量，且电源来自同一段母线、继电保护定值相同的设备作为典型回路进行校验，其它设备回路定值可参照此回路进行调整。

　　搭建继电保护模型

　　由于企业生产规模的扩大，内部电网系统短路容量与最初设计时可能存在明显偏差，同时，企业在日常生产过程中，有可能调整了系统的运行方式。这些都会直接影响到继电保护定值校验结果的准确性。

　　因此，搭建继电保护模型时，需要收集厂内从总降变电站进线到末级配电室馈线的全部电气系统资料，与业主确认厂内正常运行时的系统运行方式。同时，需要与业主确认近期是否存在可能显著影响短路电流结果的改造，比如增加限流电抗器、发电机数量的调整等。

　　电动机回路继电保护校核

　　电动机回路一般设置电流速断保护、极端反时限过电流保护。主要校验电流速断保护及过电流保护定值及灵敏度。

　　(1)定值大小与保护配合进行校验。

　　通过ETAP继电保护校验功能，生成保护装置配合特性曲线：

　　11091#风口中套泵-100%曲线——电动机的启动曲线;

　　11091#风口中套泵保护-P—继电保护装置保护曲线;

　　11091#风口中套泵—电动机定子过负荷曲线

　　11091#风口中套泵电缆-P——电缆热曲线

　　保护曲线由速断保护与反时限过流保护两条曲线合成，其中X轴数值不随时间变化的部分为速断保护曲线，弧线部分为反时限曲线。电动机启动曲线包括启动曲线与运行曲线两部分，从图中可以看出，速断保护定值大于电机启动值，已躲过电动机启动电流，满足继电保护定值要求。

　　反时限过流保护应躲过电动机启动曲线与运行曲线，同时要小于电动机电子过负荷曲线，以起到保护电动机的作用。当前反时限保护未躲过电机启动曲线，应当在启动时闭锁，启动后投入，作为速断保护的后备保护。

　　(2)速断保护灵敏度校验

　　根据继电保护灵敏度要求，速断保护应在系统最小方式下电动机机端发生二相短路时可靠动作。在报告中，OC1-50代表保护装置速断保护功能，通过校验表明：电动机机端发生最小运行方式的两相短路时，速断保护在50ms后启动，发出跳闸命令，在100ms后，断路器完成跳闸动作，速断保护正确动作。

　　车间动力变压器回路继电保护校核

　　车间动力变压器一般设置电流速断保护和过电流保护。主要校验电流速断保护及过电流保护定值及灵敏度。

　　速断保护定值及灵敏度校验

　　根据继电保护定值要求，速断保护定值的计算条件为：

　　1)应躲过变压器外部三相短路时，流过保护装置的最大短路电流。

　　2)应躲过变压器的励磁电流。

　　按照条件1)的要求，系统最大运行方式下，在变压器二次侧模拟发生三相短路故障。在报告中，OC1-51代表保护装置过流保护功能，通过校验表明：变压器二次侧发生三相短路时，过流保护在300ms后启动，发出跳闸命令，在350ms后，断路器完成跳闸动作，速断保护(OC1-50)没有动作，保护动作序列正确。

　　根据继电保护灵敏度要求，速断保护应在系统最小方式下，保护安装处发生二相短路时可靠动作，即在变压器一次侧模拟两相短路故障。

　　总结

　　ETAP软件建模方便、界面友好，其动作序列仿真功能可以直观反映出保护装置配合关系，最终生成的报告与曲线清晰反映了分析计算的准确性。将模型建立、短路计算、整定配合和时序验证等部分结合成一套完整的体系，适合在冶金企业内部电网继电保护定值校验中应用。

　　作者：郑广龙