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一、 概述
某电站保护装置是由武汉某电气自动化有限责任公司生产的IMP3000 系列微机
继电保护装置,该装置保护范围包括发电机、主变、线路等。本计算书内容包括计
算数据、三相短路计算成果、保护配置、定值计算、定值清单。
二、 计算数据
1、发电机
SWF1000-6/1180 Pn=1000KW,Un=6.3KV,COSΦ=0.8,Ie=114.6A,1000r/min,
Ifdn=267A, Ufn=45V,Xk=1.03,
Xd=1.17, Xd’=0.19, Xd”=0.13。
CT 变比:150/5
2、主变
S9-2500/35,2500KVA,38.5±2×2.5%/6.3KV,Yd11,Ud=6.5%
CT 变比:高压侧 50/5,低压侧 300/5。
3、近区变
S9-1250/35,1250KVA,38.5±2×2.5%/10.5KV,Yd11,Ud=6.5%
CT 变比:高压侧 50/5,低压侧 75/5。
4、景康一级电站(系统侧)
装机 2×2500KW,主变:容量 6300KVA,Xd=7.5%。
5、35KV 线路
1)、景康一级线路
导线型号-LGL-95,线路长 3.5KM。
2)、冶炼厂线路
导线型号-LGL-95,线路长 0.8KM。末端变压器单台容量 3150KVA,按远
景两台主变计算。
6、10KV 线路
导线型号-LGJ-50,线路长 16KM,按末端变压器单台容量 200KVA 计算。
基准电流 37KV:Ij=1.56 KA 10.5KV:Ij=5.50 KA 6.3KV:Ij=9.16 KA
系统额定参数
:
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名称 额定容量
KVA
额定电压
KV
额定电流A CT 变比 额定二次
电流 A
发电机 1250 6.3 114.6 150/5 3.82
高压侧 38.5 37.5 50/5 3.75
主变 低压侧
2500
6.3 229.1 300/5 3.82
高压侧 38.5 20.6 50/5 2.06 近区变
低压侧
1250
10.5 68.7 75/5 4.58
一级线路 6300 38.5 97.5 150/5 3.25
冶炼厂线路 6300 38.5 97.5 150/5 3.25
10KV 线路 1250 10.5 68.7 75/5 4.58
三、 三相短路计算
1、接线图
至冶炼厂(6.4M)
LGJ-95/0.8KM
Z1=0.5078/KM
10KV
6.3KV
35KV35KV
6.3KV
1250KVA
Ud%=6.5
2500KVA
Ud%=6.5
6300KVA
Ud%=7.5
LGJ-95/3.5KM
Z1=0.5078/KM
2×1000KW
景康二级电站
2×2500KW
景康一级电站
1S
LGJ-50/16KM
Z1=0.571+ j0.344/KM
2、网络参数
取 Sj=100MVA Uj= 1.05Un
电抗标幺值计算
:
发电机:X*"=Xd"%/100*Sj/Sn
变压器:X*b=Uz"%/100*Sj/Sn
线 路:X*=X*Sj/Uj2
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计算结果见下表:
基准电压 容量 有名值 标幺值 名 称 KV MVA
某 1F 6.3 1.250 0.13 10.4
某 2F 6.3 1.250 0.13 10.4
某主变 37 2.500 0.065 2.6
二级 10KV 变 10.5 1.250 0.065 5.2
景康一级线路 37 0.1299
冶炼厂线路 37 0.0297
冶炼厂主变 37 3.150 0.07 2.2222
10KV 线路 10.5 10.58∠30.3°
10 末端降压变 10.5 0.200 0.04 20
景康一级 1F 6.3 3.125 0.21 6.72
景康一级 2F 6.3 3.125 0.21 6.72
景康一级主变 37 6.300 0.075 1.1905
最大方式系统电抗:2.925 最小方式系统电抗:4.968
2、三相短路电流计算成果
2.1、电站网络图(最大运行方式):
2500KVA6250KVA
x
2.2519
x
1.2
x
0.1299
x
9.136+j25.344
景康二级景康一级
简化等值网络图(最大运行方式)
d-1
d-2 d-4
d-5
x
5.2
x
3.36
35KV
6.3KV
x
2.6
35KVd-3
6.3KV
d-6
x
5.2
2.2、电站网络图(最小运行方式):
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1250KVA3125KVA
x
1.2
x
0.1299
x
2.2519
x
9.136+j25.344
d-5
d-4
x
5.2
d-2
d-1
等值网络图(最小运行方式)
景康一级电站 景康二级电站
6.3KV
d-3 35KV
x
2.6
6.3KV
35KV
x
6.72
d-6
x
10.4
2.3、短路电流计算成果
D1(A) D2(A) D3(A) D4(A) D5(A) D6(A) 短路点
运行方式
二级站发
电机出口
35KV
母线
冶炼厂线
路末端
10KV
母线
10KV 线路末
端变低压侧
一级站线
路末端
一 级
支流 1369 364 213 491 110 389
二 级
支流 1604 215 103 228 48 215
最 大
运 行
方式
合计 2973 578 315 720 158 604
一 级
支流 942 217 156 387 108 224
二 级
支流 801 127 73 165 45 126
最小
运 行
方式
合计 1744 344 228 552 154 350
注:10KV 末端变以单台容量最大 200KVA 计算,短路电流为 10KV 线路流过电流。
四、 保护配置
1、发电机保护配置
1)二段式比率制动差动保护
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2)复合电压启动过电流保护
3)过负荷保护
4)失磁保护
5)过电压保护
6)转子一点接地保护
7)定子接地保护
8)温度信号装置
2、主变保护配置
1)二段式比率制动差动保护
2)低压侧复合电压启动过电流保护
3)限时电流速断保护
4)过负荷保护
5)瓦斯保护
6)温度信号装置
3、近区变保护配置
1)限时电流速断保护
2)高压侧复合电压启动过电流保护
3)过负荷保护
4)过电流保护
5)瓦斯保护
6)温度信号装置
4、35KV 线路保护
1)三段式过电流保护
2)单相接地保护
3)过负荷告警功能
4)三相一次重合闸功能
5、10KV 线路保护
1)三段式过电流保护
2)单相接地保护
3)过负荷告警功能
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4)三相一次重合闸功能
五、 整定计算
1、发电机保护整定
计算数据
Ie=114.6A CT 变比 150/5 二次额定电流 In=114.6/30=3.82A
z 发电机差动保护整定计算
发电机纵差动保护的动作电流应根据以下两个原则来整定:
1)正常情况下,电流互感器二次回路断线时保护不应动作;
2)外部故障时,纵差动保护不应动作。
差动速断保护定值:取 4~12 倍定子二次额定电流
即:Isd=5*Ie/nLH=5×114.6/30=19.1 A
差动动作电流定值:取 0.15~2 倍 CT 二次额定电流
即:Icd=0.3* Ie/nLH=0.3×114.6/30=1.146≈1.1 A
比率制动系数:取值范围 0.15~0.4,建议取 0.2
灵敏度校验:Klm= .minsc
act
I
I
=0.866×801/(1.1×30)=21.0>2 满足要求。
z 复合电压启动过电流保护
1)电流元件定值计算:
Izd= Krel In
Kr
× =1.2/0.9×3.82=5.1 A
式中:Krel 为可靠系数,取 1.2;Kr 为返回系数,取 0.9;In 为发电机的额定二
次电流
灵敏度校验:
2)电压元件定值计算:
系统低电压
Uzd=0.7Un=0.7×100=70V
式中 Un 额定线电压二次值。
负序电压:
Ufzd=0.065Un=0.065×100=6.5V
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灵敏度校验: Klm= . min
2
sc
act
I
I
=0.866×127*38.5/6.3/5.1/30=4.4>1.5
动作时间:Tzd=2S
z 过电压保护
Uzd=1.5Un=1.5×100=150V
动作时间:Tzd=0.5S
z 过负荷保护
Izd= k
f
nK I
K
× =1.05/0.9*114.6/30=4.46A
动作时间:Tzd=5S
z 失磁保护
主判别阻抗圆整定为:
ZA= ef LHd
YHef
1 U nj X
2 n3 I
− ’ =-j1/2*0.19*6300/1.732/114.6*30/60
=1.51Ω∠-90°
ZB= ef LHk d
YHef
U njK X
n3 I
− =-j1.2*1.17*6300/1.732/114.6*30/60
=22.3Ω∠-90°
闭锁圆整定:取圆直径比主判别圆大 1.2 倍,即:
ZA′=1.51Ω∠-90°
ZB′=1.2 ZB=1.2×22.3Ω∠-90°=26.8Ω∠-90°
系统低电压闭锁元件:按躲过系统最低运行电压整定,即:
Udzj=
k YH
0.9Ue 0.9*6000
K n 1.2*60
= =75V
转子低电压闭锁元件:取 0.8 倍空载励磁电压
Uzd=18V
动作时间整定:t1=1.5S,主判别圆动作于跳闸;
t2=7S,闭锁圆动作发信号。
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z 转子一点接地保护
接地电阻定值:
Zzd.l=5KΩ
动作时间:t=3S
z 3Uo 定子接地保护
电压元件定值:Uzd=Kk*Uunb.max =1.3*10=13V
式中 Uunb.max为实测不平衡电压,其中含有大量三次谐波。
(定值计算中取最大不平衡电压为 10V,根据实测值校正)
2、主变保护
高压侧:TA 一次电流=2500/√3/35=41.2A
TA 二次电流=41.2/(50/5)*√3=7.14A
低压侧:TA 一次电流=2500/√3/6.3=229.1A
TA 二次电流=229.1/(300/5)=3.82A
z 比率差动保护整定计算
平衡系数计算(以高压侧为基准):
Kph=Ieh/Iel=7.14/3.82=1.87 (根据实际差动电流修正)
差动速断保护定值:取保护安装侧 4~12 倍二次额定电流,取 K=6 计算
Izd.sd=K*Ig=6*7.14=42.84A
比率差动动作电流定值:
Icd=Kk〔Ktx×fwc+ΔU+Δfph〕×In
=1.5*(1*0.1+0.05+0.05)*7.14=2.14 A
比率制动系数:取值范围 0.15~0.4,建议取 0.2
灵敏度校验:
Klm=
2
.mindI
Icd
=[0.866*1560/(10.4+2.6)]/(50/5)*√3/2.14=8.41>2
灵敏度符合要求。
z 限时电流速断保护
按躲过 35KV 母线出线最大短路电流整定
电流元件定值:
Izd=Kk*Isc.L。max/nLH=1.3×215*38.5/6.3/(300/5)=28.5A
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灵敏度校验:
Klm= . min
2
sc
act
I
I
= 127*38.5/6.3/60/28.5=0.45
动作时间:t=0.5S
z 低压侧复合电压启动过电流保护
1)电流元件定值:
Izd= Krel In
Kr
× =1.2/0.9*3.82=5.1A
2)电压元件定值:
系统低电压
Uzd=0.7Un=0.7×100=70V
负序电压:
Ufzd=0.065Un=0.065×100=6.5V
式中 Un 额定线电压二次值。
灵敏度校验:Klm= . min
2
sc
act
I
I
=0.866×127*38.5/6.3/5.1/60=2.19>1.5
时间定值:t=1.5S
z 过负荷告警
电流定值:
Izd= k
f
nK I
K
× =1.05/0.85*229/60=4.7A
时间定值:t=5S
3、近区变保护
保护装于 35KV 侧,CT 变比:50/5=10,Ie=18.7A,Ie2=1.87A
z 限时电流速断保护
按躲过 10KV 出线最大短路电流整定
电流元件定值:
Izd=Kk*Isc.L。max/nLH=1.3*1560/(2.925+5.2+10.584) /(50/5)=10.8A
灵敏度校验:Klm= . min
2
sc
act
I
I
=0.866*552*10.5/37/10/10.8=1.3
动作时间:0.5S
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z 复合电压启动过电流保护
1)电流元件定值:
Izd= Krel In
Kr
× =1.2/0.9*1250/35/√3/(50/5)=2.7A
2)电压元件定值:
系统低电压
Uzd=0.7Un=0.7×100=70V
负序电压:
Ufzd=0.065Un=0.065×100=6.5V
式中 Un 额定线电压二次值。
灵敏度校验:Klm= . min
2
sc
act
I
I
=0.866×552*10.5/38.5/2.7/10=4.8>1.5
时间定值:t=1.5S
z 过负荷告警
电流定值:
Izd= k
f
nK I
K
× =1.05/0.9*18.7/(50/5)=2.18A
时间定值:t=5S
4、35KV 线路保护
1)景康一级输电线路保护
CT 变比:150/5=30, Ie=97.5A,Ie2=3.25A
z 电流Ⅰ段(方向电流速断保护)
Iact=Kk*Isc.6.max=1.2×215=258A
式中 Isc.6.max为 D6 点短路时二级站流过的短路电流。
电流定值:
Izd=Iact/nLH=258/30=8.6A
灵敏度校验:
Klm=
2
sc.min
act
I
I
=126*0.866/258=0.42
方向元件:投
时间元件:t=0S
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z 电流Ⅱ段(方向限时电流速断保护)
与一级站主变配合
Iact=Kk×Isc..max=1.2*1.56*1000/(5.2+2.6+0.1299+1.2)=205 A
灵敏度校验:
Klm=
2
sc.min
act
I
I
=126*0.866/205=0.53<1.3 不符合要求
下面按满足灵敏度要求整定:
Iact=126*0.866/1.3=84A
电流定值:
Izd=Iact/nLH=84/30=2.8A
方向元件:投(动作电流小于额定电流,需投入方向元件闭锁)
时间元件:t=0.5S
z 电流Ⅲ段(定时限过电流保护)
动作电流:
Iact=Kk/Kr*IL.max=1.2/0.9*6250/35/√3=145.6A
电流定值:
Izd=Iact/nLH=145.6/30=4.85A
灵敏度校验:
Klm=
2
sc.min
act
I
I
=9160/(10.4+2.6+0.1299+1.2+6.72)*6.3/38.5*0.866/145.6
=0.42<1.2 不符合要求
下面按满足灵敏度要求整定:
Iact=9160/(10.4+2.6+0.1299+1.2+6.72)*6.3/38.5*0.866/1.2=51.4A
电流定值:
Izd=Iact/nLH=51.4/30=1.71A
方向元件:投(动作电流小于额定电流,需投入方向元件闭锁)
时间元件:t=1 S
z 过负荷告警
电流定值:
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Izd= k
f
nK I
K
× =1.05/0.9*103/(150/5)=4.0A
时间定值:t=5S
z 自动重合闸
按检查线路同期重合闸
同期动作角整定:
dz (1 )
ch yx
ch f ch
t
t K t
δδ = + + =
70*0.7
0.4*(1 0.95) 0.7+ + =33°
允许频差:⊿fyx= dz
360
f
cht
δ δ+ =(70-33)/0.4/360=0.26
重合闸时间整定:
tch=tdz.1.max-tdz.2.max+tt.2-tt.1-tt.1+ty=1.5-0.5+0.1-0.1-0.4+0.1=0.7S
2)冶炼厂输电线路保护(不带方向闭锁)
z 电流Ⅰ段(电流速断保护)
Iact=Kk*Isc.3.max=1.2×1560/(2.925+0.0297)=633.5A
式中 Isc.3.max为 D3 点短路时流过的最大短路电流。
电流定值:
Izd=Iact/nLH=633/30=21.1A
灵敏度校验:
Klm=
2
sc.min
act
I
I
=228*0.866/633.5=0.31
时间元件:t=0S
z 电流Ⅱ段(限时电流速断保护)
与冶炼厂主变配合
Iact=Kk×Isc..max=1.2*1.56*1000/(2.925+2.2519)=361.6A
灵敏度校验:
Klm=
2
sc.min
act
I
I
=228*0.866/361.6=0.54<1.3 不符合要求
下面按满足灵敏度要求整定:
Iact=228*0.866/1.3=151.9A
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电流定值:
Izd=Iact/nLH=151.9/30=5.06A
时间元件:t=0.5S
z 电流Ⅲ段(定时限过电流保护)
动作电流:
Iact=Kk/Kr*IL.max=1.2/0.85*6300/37/√3=139A
电流定值:
Izd=Iact/nLH=137.7/30=4.6A
时间元件:t=1 S
z 过负荷告警
电流定值:
Izd= k
f
nK I
K
× =1.05/0.85*98/(150/5)=4A
时间定值:t=5S
z 自动重合闸
时间元件:t=0.3S
5、10KV 线路保护
z 电流Ⅰ段(电流速断保护)
Iact=Kk*Isc.5.max=1.2×5.5*1000/(2.925+5.2+10.584)=352.8A
式中 Isc.5.max为线路末端短路时流过的最大短路电流。
电流定值:
Izd=Iact/nLH=352.8/15=23.5A
灵敏度校验:
Klm=
2
sc.min
act
I
I
=√3/2*5.5*1000/(4.968+5.2+10.584)/352.8=0.65
时间元件:t=0 S
z 电流Ⅱ段(限时电流速断保护)
与末端主变配合
Iact=Kk×Isc..max=1.2*158=190A
灵敏度校验:
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Klm=
2
sc.min
act
I
I
=√3/2*154/190=0.7>1.3 不符合要求
下面按满足灵敏度要求整定:
Iact=154*0.866/1.3=102.6A
电流定值:
Izd=Iact/nLH=102.6/15=6.8A
时间元件:t=0.5S
z 电流Ⅲ段(定时限过电流保护)
动作电流:
Iact=Kk/Kr*IL.max=1.2/0.85*69=97A
电流定值:
Izd=Iact/nLH=97/15=6.5A
时间元件:t=1 S
z 过负荷告警
电流定值:
Izd= k
f
nK I
K
× =1.05/0.85*69/(75/5)=5.7A
时间定值:t=5S
z 自动重合闸
时间元件:t=0.3S
六、 定值清单
发电机保护
序号 项目 代号 单位 数值 备注
1 比率差动保护
差动速断电流 Izd.sd A 19.1
差动动作电流 Izd.cd A 1.1
比率制动系数 Kzd 0.2
灵敏度 Kmi 21.0
2 复合电压过电流保护
动作电流 Idz A 153
电流元件 Izd A 5.1
低电压 Uzd V 70.0
负序电压 Ufzd V 6.5
筑
龙
网
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时间元件 tzd s 2
投/退 投
灵敏度 Kmi 4.4
3 过电压保护
动作电压 Udz KV 9
电压元件 Uzd V 150
时间元件 tzd s 0.5
投/退 投
4 过负荷保护
动作电流 Idz A 141.5
电流元件 Izd A 4.46
时间元件 tzd s 5
投/退 投
灵敏度 Kmi
5 失磁保护
阻抗元件 Za ZA Ω 1.51
阻抗元件 Zb ZB Ω 22.3 Zb’=26.7Ω
系统低电压 Udz V 75
转子低电压 Udz.l V 18 0.8 倍空载励磁电压
时间元件 tzd s 1.5
投/退 投
灵敏度 Kmi
6 转子一点接地保护
转子接地电阻 Zzd.l KΩ 5.00
时间元件 tzd s 3
投/退 投
灵敏度 Kmi
7 3Uo 定子接地保护
电压元件 Uzd V 13.00
时间元件 tzd s 8
投/退 投
灵敏度 Kmi
主变保护
序号 项目 代号 单位 数值 备注
1 比率差动保护
平衡系数 1.87 根据实际差流修正
差动速断电流 Izd.sd A 42.84
差动动作电流 Izd.cd A 2.14
比率制动系数 Kzd 0.2
二次谐波制动比 0.15
筑
龙
网
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灵敏度 Kmi 8.41
2 限时电流速断保护
动作电流 Idz A 1710
电流元件 Izd A 28.5
时间元件 tzd s 0.5
投/退 投
灵敏度 Kmi 0.45
3 低压侧复合电压过电流保护
动作电流 Idz A 306
电流元件 Izd A 5.1
低电压 Uzd V 70
负序电压 Ufzd V 6.5
时间元件 tzd s 1.5
投/退 投
灵敏度 Kmi 2.2
4 过负荷保护
动作电流 Idz A 282
电流元件 Izd A 4.7
时间元件 tzd s 5
投/退 投
灵敏度 Kmi
近区变保护
序号 项目 代号 单位 数值 备注
1 限时电流速断保护
动作电流 Idz A 108
电流元件 Izd A 10.8
时间元件 tzd s 0.5
投/退 投
灵敏度 Kmi 1.3
2 高压侧复合电压过电流保护
动作电流 Idz A 27
电流元件 Izd A 2.7
低电压 Uzd V 70
负序电压 Ufzd V 6.5
时间元件 tzd s 1.5
投/退 投
灵敏度 Kmi 4.8
3 过负荷保护
动作电流 Idz A 21.8
电流元件 Izd A 2.18
筑
龙
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时间元件 tzd s 5
投/退 投
景康一级 35KV 线路保护
序号 项目 代号 单位 数值 备注
1 电流Ⅰ段(方向电流速断保护)
电流元件 Izd A 8.6
时间元件 tzd s 0
方向元件 投
投/退 投
电流元件灵敏度 Kmi 0.42
2 电流Ⅱ段(方向限时电流速断保护)
动作电流 Idz A 84
电流元件 Izd A 2.8
时间元件 tzd s 0.5
方向元件 投
投/退 投
灵敏度 Kmi 1.3
3 电流Ⅲ段(定时限过电流保护)
动作电流 Idz A 51.4
电流元件 Izd A 1.71
时间元件 tzd s 1
方向元件 投
投/退 投
灵敏度 Kmi 1.2
4 过负荷保护
电流元件 Izd A 4.0
时间元件 tzd s 5
投/退 投
5 自动重合闸——按电站侧允许冲击电流为 3Ie 计算
检查同期/无压 同期
同期动作角 δdz 度 33°
允许频差 ⊿fyx Hz 0.26
重合闸时间 tch s 0.7
投/不投 投
冶炼厂 35KV 线路保护
序号 项目 代号 单位 数值 备注
1 电流Ⅰ段(电流速断保护)
电流元件 Izd A 21.1
时间元件 tzd s 0
方向元件 不投
筑
龙
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第 18 页 共 19 页
投/退 投
电流元件灵敏度 Kmi 0.31
2 电流Ⅱ段(限时电流速断保护)
动作电流 Idz A 151.9
电流元件 Izd A 5.06
时间元件 tzd s 0.5
方向元件 不投
投/退 投
灵敏度 Kmi 1.3
3 电流Ⅲ段(定时限过电流保护)
动作电流 Idz A 139
电流元件 Izd A 4.6
时间元件 tzd s 1
方向元件 不投
投/退 投
4 过负荷保护
电流元件 Izd A 4
时间元件 tzd s 5
投/退 投
5 自动重合闸——按电站侧允许冲击电流为 3Ie 计算
检查同期/无压 无压
重合闸时间 tch s 0.3
投/不投 投
10KV 线路保护
序号 项目 代号 单位 数值 备注
1 电流Ⅰ段(电流速断保护)
电流元件 Izd A 23.5
时间元件 tzd s 0
方向元件 不投
投/退 投
电流元件灵敏度 Kmi 0.65
2 电流Ⅱ段(限时电流速断保护)
动作电流 Idz A 102.6
电流元件 Izd A 6.8
时间元件 tzd s 0.5
方向元件 不投
投/退 投
灵敏度 Kmi 1.3
3 电流Ⅲ段(定时限过电流保护)
动作电流 Idz A 97
筑
龙
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电流元件 Izd A 6.5
时间元件 tzd s 1
方向元件 不投
投/退 投
4 过负荷保护
电流元件 Izd A 5.7
时间元件 tzd s 5
投/退 投
5 自动重合闸——按电站侧允许冲击电流为 3Ie 计算
检查同期/无压 无压
重合闸时间 tch s 0.3
投/不投 投