某110KV變電站畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目 某 110/10kv 變電站 繼電保護(hù)設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè) 電氣工程與自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 重慶交通大學(xué) 2010 年 前 言隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電能已經(jīng)成為各方面建設(shè)及人們生活中不可缺少的能源，電能的使用已遍及各行各業(yè)，電力系統(tǒng)電能質(zhì)量逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，如何保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行成為重要研究對(duì)象，變電站作為電力系統(tǒng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，對(duì)電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著舉足輕重的作用，是電能傳輸與控制的樞紐，其安全、穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要。繼電保護(hù)裝置作為變電站重要二次設(shè)備，對(duì)一次系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)視，迅速反應(yīng)異常和事故，然后作用于斷路器，進(jìn)行保護(hù)控制。繼電保護(hù)裝置是一種有繼電器

2、和其他輔助元件構(gòu)成的安全裝置，它能夠反映電氣元件的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)信號(hào)，是電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的可靠保證。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)出跳閘信號(hào)將故障設(shè)備切除，保證無(wú)故障部分繼續(xù)運(yùn)行；當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)繼電保護(hù)發(fā)出信號(hào)以便運(yùn)行人員及時(shí)對(duì)不正常工作狀態(tài)進(jìn)行處理，防止不正常運(yùn)行工作狀態(tài)發(fā)展成為故障而造成事故。該設(shè)計(jì)研究的對(duì)象主要是針對(duì) 110kv 變電站繼電保護(hù)裝置，其中包括主變壓器的保護(hù)以及母線保護(hù)、110kv 線路保護(hù)、10kv 線路保護(hù)。本設(shè)計(jì)共分為八章，第一章是設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，主要是對(duì)該設(shè)計(jì)要求，條件以及設(shè)計(jì)的相關(guān)理念進(jìn)行闡述說(shuō)明；第二章是電氣主接線及短路計(jì)

3、算，繪出了電力系統(tǒng)的電氣主接線，并對(duì)其進(jìn)行了短路計(jì)算；第三章是繼電保護(hù)的基本知識(shí)；第四章則是變壓器保護(hù)；第五章是母線保護(hù)；第六章是線路保護(hù)。該設(shè)計(jì)基本上能滿足 110kv 變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的要求，以及能保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基本要求。目 錄前前 言言 .2 2摘要摘要 .i iabstractabstract .iiii第一章第一章 設(shè)計(jì)說(shuō)明設(shè)計(jì)說(shuō)明 .1 1第二章第二章 電氣主接線及短路計(jì)算電氣主接線及短路計(jì)算 .2 22.1 電氣主接線及二次接線如圖.22.2 短路計(jì)算的目的和簡(jiǎn)化假設(shè).22.3 短路計(jì)算的方法.22.3 主要設(shè)備及選型.32.4 三相短路計(jì)算.42.4.1 短路電流

4、接線圖：.4第三章第三章 繼電保護(hù)的基本知識(shí)繼電保護(hù)的基本知識(shí) .8 83.1 繼電保護(hù)的任務(wù)是: .83.2 繼電保護(hù)裝置的組成： .93.3 對(duì)繼電保護(hù)的基本要求： .9第四章第四章 主變壓器保護(hù)設(shè)計(jì)主變壓器保護(hù)設(shè)計(jì) .11114.1 電力變壓器的故障、不正常工作狀態(tài)及其保護(hù)方式.114.1.1 變壓器故障 .114.1.2 變壓器不正常工作狀態(tài) .114.1.3 變壓器保護(hù)方式 .114.1.4 變壓器異常運(yùn)行保護(hù)和必要的輔助保護(hù)的配置.124.2 變壓器氣體保護(hù)（瓦斯保護(hù)）.124.2.1 本變電站瓦斯保護(hù)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)介 .124.2.2.氣體保護(hù)工作原理.134.3 變壓器差動(dòng)保護(hù).14

5、4.3.1 變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的原理 .144.3.2 變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算 .154.4 變壓器電流速斷保護(hù).174.5 變壓器相間短路的后備保護(hù)及過(guò)負(fù)荷保護(hù).17第五章第五章 母線保護(hù)母線保護(hù) .19195.1 母線保護(hù)設(shè)計(jì)原則.195.1.1 母線的短路故障 .195.1.2 母線故障的保護(hù)方式 .195.2 母線保護(hù)原理.205.2.1 母線完全差動(dòng).205.2.2 母聯(lián)電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù) .215.2.3 斷路器失靈保護(hù) .235.3 110kv母線保護(hù).235.4 10kv母線保護(hù).24第六章第六章 線路保護(hù)線路保護(hù) .26266.1 無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù).266.2

6、 帶時(shí)限電流速斷保護(hù).276.3 定時(shí)限過(guò)電流保護(hù).286.4 110kv 線路保護(hù) .286.5 10kv 線路保護(hù) .29第七章、總結(jié)與體會(huì)第七章、總結(jié)與體會(huì) .3131謝辭謝辭 .3131參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .3333附錄附錄 .34342010 屆電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)i摘 要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是 110kv 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的配置，并依據(jù)繼電保護(hù)配置原理，對(duì)所選擇的保護(hù)進(jìn)行整定和靈敏性校驗(yàn)，確定保護(hù)方案。首先是計(jì)算系統(tǒng)的短路電流，確定運(yùn)行方式；接著我繼電保護(hù)的基本知識(shí)做了一個(gè)大致的介紹。然后主要講的是對(duì)電力變壓器的保護(hù)，分為氣體瓦斯保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)，電流速斷保護(hù)和變壓器相間短路

7、的后背保護(hù)及過(guò)負(fù)荷保護(hù)。并對(duì)母線進(jìn)行了保護(hù)設(shè)計(jì)，分別介紹了保護(hù)設(shè)計(jì)的原則和母線各種保護(hù)的原理，緊接著根據(jù)實(shí)際情況，對(duì) 110kv 母線和 10kv 母線做了保護(hù)的整定計(jì)算。最后主要設(shè)計(jì)了 110kv 和 10kv 出線的線路保護(hù)，采用了三段式對(duì) 110kv進(jìn)線和 10kv 出線分別做了線路保護(hù)。除此之外，還分別繪制了電氣主接線圖和二次回路圖。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：母線保護(hù)，線路保護(hù)，主變壓器保護(hù)； 毛婭婕：某鋼廠 110kv 變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)iiabstractthis graduation design is for 110 kv electric power system ，the main

8、contents is the relay protection, and according to relay protection scheme principle， choice the proper protection and calculate with the delicate extent checkout, to assurance project in protection.first，i calculated the short-circuit current .then i made a general introduction of relay protection

9、of basic knowledge. the following basically is designed for the power transformer which divided into gas gas protection, differential protection, the protection and transformer and velocity of short-circuit protection and overload protection. then, bus protection design are introduced, which includi

10、ng the design principle and the bus protection principles of various protection, then according to the actual situation , ive designed the 110 kv bus and 10kv bus protection and its setting calculation. chapter 6 major design for the 110 kv line and 10kv line protection. besides, i also have drawn t

11、he main electrical wiring diagram and the secondary circuit diagram.keywords : bus protection，line protection，transformer protection;2010 屆電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)1第一章 設(shè)計(jì)說(shuō)明為確保 110kv 變電站安全穩(wěn)定的運(yùn)行，即便是遇到事故故障也能迅速準(zhǔn)確的切斷事故故障，使其不擾亂電力系統(tǒng)的供電的正常秩序，我對(duì)該變電站設(shè)計(jì)了一系列的繼電保護(hù)裝置。本設(shè)計(jì)共分為七大章，第一章為設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，這是對(duì)該設(shè)計(jì)的一種闡述說(shuō)明；第二章主要講的是電氣主接線及短路計(jì)算，第三章

12、對(duì)繼電保護(hù)的基本知識(shí)做了一個(gè)大致的介紹，第四章是電力變壓器的保護(hù)，其中包括主變壓器保護(hù)設(shè)計(jì)分析、變壓器的主保護(hù)和后備保護(hù)以及其他保護(hù)等；第五章則分為 110kv 母線保護(hù)、10kv 母線保護(hù)等節(jié)敘述的，主要是對(duì)母線保護(hù)的配置與計(jì)算；第六章則是線路部分，內(nèi)容同樣包括了110kv 進(jìn)線線路保護(hù)、10kv 出線線路保護(hù)等節(jié)；第七章則是我對(duì)本次設(shè)計(jì)的總結(jié)與體會(huì)。該畢業(yè)設(shè)計(jì)是考驗(yàn)我們電氣工程及自動(dòng)化畢業(yè)生綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)、專(zhuān)業(yè)知識(shí)和實(shí)踐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，將調(diào)查研究、設(shè)計(jì)、計(jì)算等資料進(jìn)行分析整理、歸納總 結(jié)后形成的說(shuō)明性文件。它是畢業(yè)設(shè)計(jì)的文字表達(dá)形式，也是畢業(yè)生必須要完成的基本訓(xùn)練的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。它通常由畢

13、業(yè)生在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行，是考核學(xué)生運(yùn)用科學(xué)的思維和方法進(jìn)行工程設(shè)計(jì)能力的基本依據(jù)。該設(shè)計(jì)包括以下任務(wù)：1.根據(jù)一次部分電氣主接線設(shè)計(jì)和負(fù)荷情況，進(jìn)行短路電流計(jì)算；2.進(jìn)行 110/10kv 主變壓器保護(hù)的配置與整定計(jì)算；3.進(jìn)行 110kv 電源進(jìn)線，110kv 母線分段斷路器保護(hù)的配置與整定計(jì)算；4.進(jìn)行 10kv 饋出線，10kv 母線分段斷路器保護(hù)的配置與整定計(jì)算；5.繪制電氣主接線圖，繪制 110kv 線路控制回路圖，繪制主變高、低壓側(cè)操作及控制信號(hào)回路圖；繪制 10kv 線路二次回路接線圖。6.編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，編寫(xiě)計(jì)算書(shū)。毛婭婕：某鋼廠 110kv 變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)2第二章 電氣主

14、接線及短路計(jì)算2.1 電氣主接線及二次接線如圖 見(jiàn)附錄。2.2 短路計(jì)算的目的和簡(jiǎn)化假設(shè)在電力系統(tǒng)中短路故障對(duì)電力系統(tǒng)可能造成極為嚴(yán)重的后果，所以一方面應(yīng)采取措施以限制短路電流，另一方面要正確選擇電氣設(shè)備、載流導(dǎo)體和繼電保護(hù)裝置。這一切都離不開(kāi)短路電流計(jì)算。概括起來(lái)，計(jì)算短路電流的主要目的在于：（1） 、為選擇和校驗(yàn)各種電氣設(shè)備的機(jī)械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性提供依據(jù)，為此，計(jì)算短路沖擊電流以校驗(yàn)設(shè)備的機(jī)械穩(wěn)定性，計(jì)算短路電流的周期分量以校驗(yàn)設(shè)備的熱穩(wěn)定性；（2） 、為設(shè)計(jì)和選擇發(fā)電廠和變電站的電氣主接線提供必要的依據(jù)；（3） 、為合理配置電力系統(tǒng)中各種繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置并正確整定其參數(shù)提供可靠的依據(jù)。

15、在實(shí)際短路計(jì)算中，為了簡(jiǎn)化計(jì)算工作，通常采用一些簡(jiǎn)化假設(shè)，其中包括：（1） 、負(fù)荷用恒定電抗表示或略去不計(jì)；（2） 、認(rèn)為系統(tǒng)中各元件參數(shù)恒定，在高壓網(wǎng)絡(luò)中不計(jì)元件的電阻和導(dǎo)納，即各元件均用純電抗表示，并認(rèn)為系統(tǒng)中個(gè)發(fā)電機(jī)的電勢(shì)同相位，從而避免了復(fù)數(shù)的運(yùn)算；（3） 、系統(tǒng)除不對(duì)稱(chēng)故障處出現(xiàn)局部不對(duì)稱(chēng)外，其余部分是三相對(duì)稱(chēng)的。2.3 短路計(jì)算的方法本變電的短路計(jì)算采用最常用的標(biāo)么值計(jì)算法。因?yàn)楸咀冸娝鶎儆谙鄬?duì)對(duì)較復(fù)雜的高壓供電系統(tǒng)，計(jì)算短路電流時(shí)采用標(biāo)么制進(jìn)行計(jì)算比較簡(jiǎn)便。標(biāo)么制屬于相對(duì)電位制的一種，在標(biāo)么制計(jì)算時(shí)，各電氣元件的參數(shù)都用標(biāo)么值表示。在短路計(jì)算中所遇到的電氣量有功率、電壓、電流和電

16、抗等四個(gè)量。某一電氣量的標(biāo)么值就是它的實(shí)際值（有名值）與一個(gè)預(yù)先選定的同單位的基準(zhǔn)值的比值。下面我們就要標(biāo)么值法進(jìn)行短路電流的計(jì)算。2010 屆電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)32.3 主要設(shè)備及選型1. 主變壓器型號(hào)： sfz7-31500/110, 31500kva 額定電壓： 1108 1.25%/10.5kv 接線組別： yd 11 阻抗電壓： uk=10.2%2. 110kv 設(shè)備(1)110kv 斷路器型號(hào)： lw-126/t3150-40額定電壓： 126kv額定電流： 3150a開(kāi)端能力： 40ka(2)110kv 隔離開(kāi)關(guān)型號(hào)： gw22-126dw11額定電壓： 126kv額定

17、電流： 1250a1 秒熱穩(wěn)定電流：31.5ka動(dòng)穩(wěn)定電流： 80ka(3)電容式電壓互感器型號(hào)： tyd110/-0.02h, tyd110/-0.01h33額定電壓： 110/0.1/0.1/0.1kv, 110/0.1/0.1kv33333(4)氧化鋅避雷器型號(hào)： y10w1-108/281 hy5wz1-17/45(5)電流互感器型號(hào)： lcwb6-110w2級(jí)次組合： 5p20/5p20/5p20/0.5/0.2s額定電流比： 2 400/53. 10kv 開(kāi)關(guān)柜 真空斷路器： zn65-12 額定電壓： 12kv毛婭婕：某鋼廠 110kv 變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)4 進(jìn)線及分段開(kāi)關(guān)：40

18、00a 40ka 饋線開(kāi)關(guān)： 1250a 31.5ka4. 10kv 并聯(lián)電容器 型號(hào)： tbb10-6000/200-ak 額定容量： 6000kvar2.4 三相短路計(jì)算2.4.1 短路電流接線圖：圖 2-1 短路電流接線圖數(shù)據(jù)計(jì)算 本次設(shè)計(jì)中取=100mvabs 各元件的電抗標(biāo)幺值計(jì)算如下：變壓器： xb= 100%ukudsd（2.1）=0.2691002 .105 .31100輸電線路：xl= xl=0.0301 udsd（2.2）所以，110kv 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的等值網(wǎng)絡(luò)如圖2010 屆電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)5圖 2-2 等值阻抗圖d-1 110kv 母線發(fā)生短路時(shí)的短路電

19、流 e*=1 sd=100mv.a ud=uav i* = =33.2 0301. 0*e0301. 01（2.3） i = i* id = 33.2=17.38ka 1103100（2.4）短路沖擊電流峰值: ish=ksh17.38=1.817.38=44.32ka 22（2.5）短路容量: 1*100s331.10.0301jzdsmvax（2.6）d-2 10kv 母線發(fā)生短路時(shí)假設(shè)雙變并列運(yùn)行：毛婭婕：某鋼廠 110kv 變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)6 x*=0.0301+0.269/2=0.1646 i*=6.0751646. 01 i = i*id =6.075=33.4ka5 .1031

20、00短路沖擊電流峰值 ish=ksh33.4=1.833.4=85.2ka22短路容量:1*1*1100100100s6071001000.2692331.1jzdlldsmvaxxxxs假設(shè)單變運(yùn)行： x* =0.0301+0.269=0.2991 i* = =3.3432991. 01 i = i*id =3.343=18.38ka5 .103100短路沖擊電流峰值 ish=ksh18.4=1.818.4=46.9ka22短路容量:1*1*1100100100s3341001000.269331.1jzdlldsmvaxxxxs因此，短路電流計(jì)算結(jié)果如下表：短路點(diǎn)平均電壓運(yùn)行方式短路電流周

21、期分量的起始值穩(wěn)態(tài)短路電流值短路沖擊電流峰值短路容量upiiichs短路點(diǎn)編號(hào)短路點(diǎn)位置千伏千安千安千安兆千安d-1110 千伏母線11517.3817.3844.32331.12010 屆電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)7d-210 千伏母線10.5雙變并列運(yùn)行33.433.485.2607d-210 千伏母線10.5單變運(yùn)行18.418.446.9334表 1，短路電流計(jì)算結(jié)果表根據(jù)系統(tǒng)提供資料得知：主變按本期規(guī)?？紤]時(shí)變電站 110kv 母線上最大運(yùn)行方式下的三相短路電流為9.33ka；主變按最終規(guī)?？紤]時(shí)變電站 110kv 母線上最大運(yùn)行方式下的三相短路電流為17.38ka。為了將來(lái)主變?cè)?/p>

22、容時(shí)不更換其他設(shè)備，所以本次設(shè)備選型按最終規(guī)?？紤]，主變參數(shù)按選型變壓器 sfz9-63000/110 參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。由上表可以看出，最終規(guī)模形成后，此站在正常運(yùn)行方式下不允許主變并列運(yùn)行（倒閘操作過(guò)程除外） 。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮以此為設(shè)備選型依據(jù)毛婭婕：某鋼廠 110kv 變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)8第三章 繼電保護(hù)的基本知識(shí)電能是一種特殊的商品,為了遠(yuǎn)距離傳送,需要提高電壓,實(shí)施高壓輸電,為了分配和使用,需要降低電壓,實(shí)施低壓配電,供電和用電。發(fā)電-輸電-配電-用電構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)系統(tǒng)。通常把由各種類(lèi)型的發(fā)電廠,輸電設(shè)施以及用電設(shè)備組成的電能生產(chǎn)與消費(fèi)系統(tǒng)稱(chēng)為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)在運(yùn)行中,各種電氣設(shè)備可

23、能出現(xiàn)故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)。不正常運(yùn)行狀態(tài)是指電力系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞,但是沒(méi)有發(fā)生故障的運(yùn)行狀態(tài),如:過(guò)負(fù)荷,過(guò)電壓,頻率降低,系統(tǒng)振蕩等。故障主要包括各種類(lèi)型的短路和斷線,如:三相短路,兩相短路,兩相接地短路,單相接地短路,單相斷線和兩相斷線等。其中最常見(jiàn)且最危險(xiǎn)的是各種類(lèi)型的短路,電力系統(tǒng)的短路故障會(huì)產(chǎn)生如下后果:(1)故障點(diǎn)的電弧使故障設(shè)備損壞；(2)比正常工作電流大許多的短路電流產(chǎn)生熱效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng),使故障回路中的設(shè)備遭到破壞；(3)部分電力系統(tǒng)的電壓大幅度下降,使用戶(hù)的正常工作遭到破壞,影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和人們的正常生活；(4)破壞電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,引起系統(tǒng)振蕩,

24、甚至使電力系統(tǒng)瓦解,造成大面積停電的惡性循環(huán)；故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)若不及時(shí)正確處理,都可能引發(fā)事故。為了及時(shí)正確處理故障和不正常運(yùn)行狀態(tài),避免事故發(fā)生,就產(chǎn)生了繼電保護(hù),它是一種重要的反事故措施。繼電保護(hù)包括繼電保護(hù)技術(shù)和繼電保護(hù)裝置,且繼電保護(hù)裝置是完成繼電保護(hù)功能的核心,它是能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障和不正常運(yùn)行狀態(tài),并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。3.1 繼電保護(hù)的任務(wù)是:(1)當(dāng)電力系統(tǒng)中某電氣元件發(fā)生故障時(shí),能自動(dòng),迅速,有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除,避免故障元件繼續(xù)遭到破壞,使非故障元件迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。2010 屆電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)9(2)當(dāng)電力

25、系統(tǒng)中某電氣元件出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí),能及時(shí)反應(yīng)并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件發(fā)出信號(hào)或跳閘。繼電保護(hù)裝置的基本原理:我們知道在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí),許多參量比正常時(shí)候都了變化，當(dāng)然有的變化可能明顯，有的不夠明顯，而變化明顯的參量就適合用來(lái)作為保護(hù)的判據(jù)，構(gòu)成保護(hù)。比如：根據(jù)短路電流較正常電流升高的特點(diǎn)，可構(gòu)成過(guò)電流保護(hù)；利用短路時(shí)母線電壓降低的特點(diǎn)可構(gòu)成低電壓保護(hù)；利用短路時(shí)線路始端測(cè)量阻抗降低可構(gòu)成距離保護(hù)；利用電壓與電流之間相位差的改變可構(gòu)成方向保護(hù)。除此之外，根據(jù)線路內(nèi)部短路時(shí)，兩側(cè)電流相位差變化可以構(gòu)成差動(dòng)原理的保護(hù)。當(dāng)然還可以根據(jù)非電氣量的變化來(lái)構(gòu)成某些保護(hù)，如反應(yīng)變壓器油在故障時(shí)分解產(chǎn)生

26、的氣體而構(gòu)成的氣體保護(hù)。原則上說(shuō)：只要找出正常運(yùn)行與故障時(shí)系統(tǒng)中電氣量或非電氣量的變化特征（差別） ，即可形成某種判據(jù)，從而構(gòu)成某種原理的保護(hù)，且差別越明顯，保護(hù)性能越好。3.2 繼電保護(hù)裝置的組成： 被測(cè)物理量測(cè)量邏輯執(zhí)行跳閘或信號(hào) 整定值測(cè)量元件：其作用是測(cè)量從被保護(hù)對(duì)象輸入的有關(guān)物理量（如電流，電壓，阻抗，功率方向等） ，并與已給定的整定值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果給出邏輯信號(hào)，從而判斷保護(hù)是否該起動(dòng)。邏輯元件：其作用是根據(jù)測(cè)量部分輸出量的大小，性質(zhì)，輸出的邏輯狀態(tài)，出現(xiàn)的順序或它們的組合，使保護(hù)裝置按一定邏輯關(guān)系工作，最后確定是否應(yīng)跳閘或發(fā)信號(hào)，并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行元件。執(zhí)行元件：其作用是

27、根據(jù)邏輯元件傳送的信號(hào)，最后完成保護(hù)裝置所擔(dān)負(fù)的任務(wù)。如：故障時(shí)跳閘，不正常運(yùn)行時(shí)發(fā)信號(hào)，正常運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作等。3.3 對(duì)繼電保護(hù)的基本要求：選擇性：是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置僅將故障元件切除，而使非故障元件仍能正常運(yùn)行，以盡量減小停電范圍。毛婭婕：某鋼廠 110kv 變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)10速動(dòng)性：是指保護(hù)快速切除故障的性能，故障切除的時(shí)間包括繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間和斷路器的跳閘時(shí)間。靈敏性：是指在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)，保護(hù)對(duì)故障情況的反應(yīng)能力。滿足靈敏性要求的保護(hù)裝置應(yīng)在區(qū)內(nèi)故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置與短路的類(lèi)型如何，都能靈敏地正確地反應(yīng)出來(lái)?？煽啃裕菏侵赴l(fā)生了屬于它該動(dòng)作的故障，它能可靠動(dòng)作，而在

28、不該動(dòng)作時(shí)，它能可靠不動(dòng)。即不發(fā)生拒絕動(dòng)作也不發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作。2010 屆電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)11第四章 主變壓器保護(hù)設(shè)計(jì)4.1 電力變壓器的故障、不正常工作狀態(tài)及其保護(hù)方式4.1.1 變壓器故障變壓器故障分為油箱內(nèi)故障和油箱外故障。油箱內(nèi)故障，主要有繞組的相間短路、接地短路和匝間短路等。油箱內(nèi)產(chǎn)生的高溫電弧，不僅會(huì)損壞絕緣、燒毀鐵芯。而且由于絕緣材料和變壓器油受熱分解產(chǎn)生大量氣體，有可能引起變壓器油箱爆炸。油箱外故障，主要有套管和引出線上的相間短路及接地短路。4.1.2 變壓器不正常工作狀態(tài)變壓器不正常工作狀態(tài)，主要有外部短路引起的過(guò)電流、過(guò)負(fù)荷、油箱漏油引起的油位下降、冷卻系統(tǒng)故障、

29、油溫升高、外部接地短路引起中性點(diǎn)過(guò)電壓、繞組過(guò)電壓或頻率降低引起過(guò)勵(lì)磁等。4.1.3 變壓器保護(hù)方式變壓器保護(hù)分為電量保護(hù)和非電量保護(hù)。反應(yīng)變壓器故障的保護(hù)動(dòng)作于跳閘，反應(yīng)變壓器不正常工作狀態(tài)的保護(hù)動(dòng)作與信號(hào)。對(duì)于上述故障和不正常工作狀態(tài)，變壓器應(yīng)裝設(shè)如下保護(hù)：（1）.氣體保護(hù)，又稱(chēng)瓦斯保護(hù)。反應(yīng)油箱內(nèi)故障和油面降低。（2）.縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)。反應(yīng)變壓器繞組和引出線的相間短路、中性點(diǎn)直接接地側(cè)繞組和引出線的接地短路。（3）.相間短路后備保護(hù)。反應(yīng)外部相間短路引起的過(guò)電流和作為氣體保護(hù)、縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)的后備保護(hù)。例如：過(guò)電流保護(hù)、低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)、復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)、負(fù)

30、序過(guò)電流保護(hù)等。（4）.零序保護(hù)。用于反應(yīng)變壓器高壓側(cè)（或中壓側(cè)） ，以及外部元件的接地短路。變壓器中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)；變壓器中性點(diǎn)可能接地或不接地運(yùn)行時(shí)，應(yīng)裝設(shè)零序電流、電壓保護(hù)。（5）.過(guò)負(fù)荷保護(hù)。反應(yīng)變壓器過(guò)負(fù)荷。（6）.過(guò)勵(lì)磁保護(hù)。反應(yīng) 500kv 及以上變壓器過(guò)勵(lì)磁。毛婭婕：某鋼廠 110kv 變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)124.1.4 變壓器異常運(yùn)行保護(hù)和必要的輔助保護(hù)的配置溫度信號(hào)裝置；以檢測(cè)變壓器的油溫，防止變壓器油劣化加速，對(duì)變壓器溫度及油箱內(nèi)壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障，應(yīng)按現(xiàn)行電力變壓器標(biāo)準(zhǔn)的要求，裝設(shè)可作用于信號(hào)或動(dòng)作于跳閘的裝置。冷卻風(fēng)機(jī)自啟動(dòng)。用變壓器一相電流的

31、 70%來(lái)啟動(dòng)冷卻風(fēng)機(jī)，防止變壓器油溫過(guò)高。根據(jù)以上要求并聯(lián)系實(shí)際，決定為本變電所配置以下的保護(hù)。4.2 變壓器氣體保護(hù)（瓦斯保護(hù)）4.2.1 本變電站瓦斯保護(hù)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)介按 gb50062-92 規(guī)定，800kva 及以上的油浸式變壓器和 400kva 及以上的車(chē)間內(nèi)油浸式變壓器均應(yīng)裝瓦斯保護(hù)。本設(shè)計(jì)采用瓦斯保護(hù)作為主保護(hù)之一，瓦斯保護(hù)是反映變壓器 內(nèi)部故障最有效最靈敏的保護(hù)裝置，是最重要的變壓器的保護(hù)之一 ，它可以反映油箱內(nèi)的一切故障。包括：油箱內(nèi)的多相短路、繞組匝間短路、繞組與鐵芯或與外殼間的短路、鐵芯故障、油面下降或漏油、分接開(kāi)關(guān)接觸不良或?qū)Ь€焊接不良等。瓦斯保護(hù)動(dòng)作迅速、靈敏可靠而且結(jié)

32、構(gòu)簡(jiǎn)單。但是它不能反映油箱外部電路（如引出線上）的故障，所以不能作為保護(hù)變壓器內(nèi)部故障的唯一保護(hù)裝置。對(duì)于變壓器油箱內(nèi)的故障，差動(dòng)保護(hù)對(duì)此無(wú)反應(yīng)。又如變壓器繞組產(chǎn)生少數(shù)線匝的匝間短路,雖然短路匝內(nèi)短路電流很大會(huì)造成局部繞組嚴(yán)重過(guò)熱產(chǎn)生強(qiáng)烈的油流向油枕方向沖擊,但表現(xiàn)在相電流上卻并不大,因此差動(dòng)保護(hù)沒(méi)有反應(yīng),但瓦斯保護(hù)對(duì)此卻能靈敏地加以反應(yīng),這就是差動(dòng)保護(hù)不能代替瓦斯保護(hù)的原因。瓦斯保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，對(duì)緩慢發(fā)展的故障，其靈敏性比變壓器的差動(dòng)保護(hù)優(yōu)越，能夠反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部各種類(lèi)型的故障，但對(duì)變壓器油箱外部套管引出線上的短路不能反應(yīng)，對(duì)絕緣突發(fā)性擊穿的反應(yīng)不及差動(dòng)保護(hù)；而且在強(qiáng)烈地震期間和變

33、壓器新投入時(shí)，瓦斯保護(hù)不能投到跳閘位置,所以瓦斯保護(hù)一般與差動(dòng)保護(hù)共同使用構(gòu)成變壓器的主保護(hù)。2010 屆電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)134.2.2.氣體保護(hù)工作原理 油浸式變壓器是利用變壓器油作為絕緣和冷卻介質(zhì)的，變壓器油箱內(nèi)部故障產(chǎn)生的電弧或內(nèi)部某些部件發(fā)熱時(shí)，使變壓器絕緣材料和變壓器油分解產(chǎn)生氣體（含有瓦斯成分） 。利用氣體上升、右面下降和氣體壓力構(gòu)成的保護(hù)裝置，成為氣體保護(hù)。 氣體保護(hù)分為輕氣體和重氣體。輕氣體主要反應(yīng)變壓器內(nèi)部輕微故障和變壓器漏油，動(dòng)作于信號(hào)。重氣體主要反應(yīng)變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障，動(dòng)作于跳閘。 當(dāng)變壓器出現(xiàn)內(nèi)部故障時(shí)，產(chǎn)生的氣體將聚集在瓦斯繼電器的上部，使油面降低。當(dāng)油面

34、降低到一定程度后，上浮筒便下沉，使水銀接點(diǎn)接通，發(fā)出信號(hào)。如果是嚴(yán)重故障，油流會(huì)沖擊擋板，使之偏轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)擋板后的連動(dòng)桿向上轉(zhuǎn)動(dòng)，挑動(dòng)與水銀接點(diǎn)卡環(huán)相連的連動(dòng)環(huán)，使水銀接點(diǎn)分別向與油流垂直的兩側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩水銀接點(diǎn)同時(shí)接通，使開(kāi)關(guān)跳閘或發(fā)出信號(hào)。 圖 4-1 瓦斯繼電器的安裝示意圖氣體保護(hù)動(dòng)作迅速，靈敏度高。但它不反應(yīng)油箱外的引出線和套管上的任何故障，因此必須與變壓器縱差保護(hù)（或電流速斷保護(hù)）配合，共同作為變壓器的主保護(hù)。 毛婭婕：某鋼廠 110kv 變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)14圖 4-2 瓦斯保護(hù)原理示意圖4.3 變壓器差動(dòng)保護(hù)對(duì)于大容量的變壓器，縱差保護(hù)是必不可少的主保護(hù)，它可以反應(yīng)變壓器繞組、套管

35、及引出線的各種故障，與氣體保護(hù)相配合作為變壓器的主保護(hù)。4.3.1 變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的原理縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是反應(yīng)被保護(hù)變壓器各端流入和流出電流的相量差。對(duì)雙繞組變壓器實(shí)現(xiàn)縱差動(dòng)保護(hù)的原理接線如下圖所示。 圖 4-3 差動(dòng)保護(hù)的原理接線圖為了保證縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的正確工作，應(yīng)使得在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，兩個(gè)二次電流相等，差回路電流為零。在保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)，流入差回路的電流為短路點(diǎn)的短2010 屆電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)15路電流的二次值，保護(hù)動(dòng)作。 應(yīng)使 (4.1)tnta2ta1nn結(jié)論：適當(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的變比?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)有較高的靈敏度。4.3.2 變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算 主變 s

36、fz-31500/110,31500kva 110+81.25%/10.5kv yd11，uk=10.2%根據(jù)第 2 章提供的一次部分的原始數(shù)據(jù)，計(jì)算如下： i1e=165 110331500（4.2）i2e=1732.1 110331500（4.3）110kv 側(cè) ct 采用接線可得： ni（d）= （4.4516535286）10kv 側(cè) ct 采用 y 形接線： ni（y）=346 （4.551732）則實(shí)際額定電流即差動(dòng)保護(hù)臂中的電流：in1=4.76 (4.6)35/300165in1=4.33 (4.7)5/20001732則不平衡電流：iab= in1- in1=4.76-4.3

37、3=0.43 （4.8）毛婭婕：某鋼廠 110kv 變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)16項(xiàng)目各側(cè)數(shù)據(jù)額定電壓（kv）110（99）10.5額定電流（a）=165（183.7）110331500=1732.1110331500互感器接線方式d 接線y 接線互感器計(jì)算變比=516535286=34651732互感器選擇變比530052000保護(hù)臂中電流（a）=4.76（5.3）35/300165=4.335/20001732不平衡電流（a）4.76-4.33=0.43注：括號(hào)內(nèi)數(shù)值是在-81.25%抽頭電壓時(shí)的計(jì)算值表 2，計(jì)算數(shù)據(jù)表（1（在變壓器的各側(cè)中，二次額定電流最大一側(cè)稱(chēng)為基本側(cè)。從表中可以看出，取11

38、0kv 側(cè)作為基本側(cè)。（2）計(jì)算差動(dòng)保護(hù)基本動(dòng)作電流a）躲過(guò)勵(lì)磁涌流條件 iop=krelitn.d=1.3165=214.5 (a) （4.9）其中為可靠系數(shù)，取 1.3，而 itn.d=165 為變壓器的額定電流。krel110331500b）在正常運(yùn)行情況下，為防止電流互感器二次回路斷線時(shí)引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，保護(hù)裝置的動(dòng)作電流應(yīng)大于變壓器的最大負(fù)荷電流（條件） iop=krelil.max=1.3165=214.5 (a) （4.10）c） 躲過(guò)外部短路時(shí)最大不平衡電流的條件 iop=krel（kstkerr+u+fs）i（3）k2.max =1.3（1 1 0.1+0.1+0.05）

39、9.33=3.03 2010 屆電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)17(4.11)其中 kst 為電流互感器同型系數(shù)，型號(hào)相同時(shí)取 0.5，型號(hào)不同時(shí)取 1，這里為避免以后更換設(shè)備的方便故取 1；kerr 為非周期分量引起的誤差，取 1；fs 建議采用中間值 0.05；u 取 0.1；i（3）k2.max為變壓器外部最大運(yùn)行方式下的三相短路電流，由前面的計(jì)算結(jié)果知=9.33。(3).maxdzi綜合上述三種不同情況下計(jì)算的動(dòng)作電流，取最大值為最終計(jì)算結(jié)果則：ik=214.5（a） (4.12)4.4 變壓器電流速斷保護(hù)對(duì) 6.3mva 以下廠用工作變壓器和并列運(yùn)行的變壓器，以及 10mva 以下廠用

40、備用變壓器和單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，當(dāng)后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)限大于 0.5s 時(shí)，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。他與氣體保護(hù)配合，可以保護(hù)變壓器內(nèi)部和電源側(cè)套管及引出線上全部故障。保護(hù)動(dòng)作電流取下列兩條件的較大者作為整定值:1、躲開(kāi)變壓器負(fù)荷側(cè)母線上短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的最大短路電流： iset = krelik。max (4.13)krel為可靠系數(shù)，取 1.31.4；ik。max為變壓器負(fù)荷側(cè)母線母線上最大短路電流。單變運(yùn)行時(shí)： iset = krelik。max =1.318.3=23.79 (4.14) 雙變運(yùn)行時(shí)：iset = krelik。max =1.333.4=43.42 (4.15)2、躲過(guò)變壓器空載投入

41、時(shí)的勵(lì)磁涌流 iset=(35)in =（35）158.1=474.3790.5（a） (4.16)綜合上述兩種不同情況下計(jì)算的動(dòng)作電流，取最大值為最終計(jì)算結(jié)果則： ik = 790.5靈敏系數(shù)校驗(yàn)：毛婭婕：某鋼廠 110kv 變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)18 ksen = ik1.min/ ik = =19.04 2 5 .7901738023（4.17）ik1.min為 110kv 側(cè)兩相短路電流。滿足要求。4.5 變壓器相間短路的后備保護(hù)及過(guò)負(fù)荷保護(hù)相間短路的后備保護(hù)用于反應(yīng)外部相間短路引起的變壓器過(guò)電流，同時(shí)作為瓦斯保護(hù)和縱差保護(hù)（或電流速斷保護(hù)）的后備保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)限按電流保護(hù)的階梯形原則來(lái)整

42、定，延時(shí)動(dòng)作于跳開(kāi)變壓器各電源側(cè)斷路器，并發(fā)相應(yīng)信號(hào)。一般采用過(guò)流保護(hù)、復(fù)合電壓起動(dòng)過(guò)電流保護(hù)或負(fù)序電流單相低電壓保護(hù)等。變壓器的后備保護(hù)的整定(1)復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)流保護(hù),下面對(duì)它進(jìn)行整定與靈敏性校驗(yàn):過(guò)電流元件動(dòng)作值按躲開(kāi)主變額定電流整定,即:iop.in stiop = =213（a） stnrerelikk.11533150085. 015. 1(4.17)其中 krel是可靠系數(shù),一般為 1.151.25,這里取 1.15,是返回系數(shù),這里取kre0.85, 為主變額定電流。stni.保護(hù)的靈敏性校驗(yàn): ksen=70.61.3 iopif min.232131738023（4.18）

43、 為 110kv 側(cè)母線短路電流，iop 為過(guò)電流元件動(dòng)作值。min. fi 滿足要求。(2)過(guò)負(fù)荷保護(hù)的整定計(jì)算：取可靠系數(shù) krel為 1.05,返回系數(shù) kres為 0.85,in為保護(hù)安裝側(cè)變壓器的額定電流。2010 屆電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)19其額定電流為：in = (4.19)(165110331500a所以： iop= in = 165=203.8 (4.20)krkrel85. 005. 1 為了防止過(guò)負(fù)荷保護(hù)外部短路時(shí)誤動(dòng)作，其動(dòng)作時(shí)限應(yīng)比變壓器后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)限長(zhǎng)一個(gè) t，一般取 910s。第五章 母線保護(hù)母線故障如未裝設(shè)專(zhuān)用的母線保護(hù)，需靠相鄰元件的保護(hù)作為后備，將延

44、長(zhǎng)故障切除時(shí)間，并且往往要擴(kuò)大停電范圍，甚至釀成系統(tǒng)性大面積停電。由于母線保護(hù)涉及開(kāi)關(guān)較多，誤動(dòng)作后果特別嚴(yán)重，所以要求它比其他保護(hù)具有更高的安全性。5.1 母線保護(hù)設(shè)計(jì)原則5.1.1 母線的短路故障母線式電能集中和分配的場(chǎng)所，是電力系統(tǒng)的重要組元件之一。母線發(fā)生故障將使接于母線的所有元件被迫切除，造成大面積用戶(hù)停電，電器設(shè)備遭到嚴(yán)重迫害，甚至使電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行破壞，導(dǎo)致電力系統(tǒng)瓦解，后果十分嚴(yán)重。母線故障的原因有：母線絕緣子和斷路器套管的閃絡(luò)，裝于母線上的電壓互感器和裝在母線和斷路器之間的電流互感器故障，母線隔離開(kāi)關(guān)和空氣斷路器的支持絕緣子損壞，運(yùn)行人員的誤操作等。母線上發(fā)生的短路故障，主要

45、是各種類(lèi)型的接地和相間短路。毛婭婕：某鋼廠 110kv 變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)205.1.2 母線故障的保護(hù)方式母線故障，如保護(hù)動(dòng)作遲緩，將會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性遭到破壞，從而使事故擴(kuò)大，因此母線必須選擇合適的保護(hù)方式。母線故障的保護(hù)方式有兩種：一種是利用供電元件的保護(hù)兼母線故障保護(hù)，另一種是采用專(zhuān)用母線保護(hù)。一般來(lái)說(shuō)母線故障可以利用供電元件的保護(hù)來(lái)切除。圖 5-1 母線保護(hù)圖b 處的母線故障，可由 1dl 處的或段切除，2dl 和 3dl 處的發(fā)電機(jī)、變壓器的過(guò)流保護(hù)切除。缺點(diǎn)：延時(shí)太長(zhǎng)，當(dāng)雙母線或單母線時(shí)，無(wú)選擇性。所以下列情況應(yīng)裝設(shè)專(zhuān)門(mén)的母線保護(hù)：母線保護(hù)應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)其可靠性，并盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。

46、對(duì)電力系統(tǒng)的單母線和雙母線保護(hù)采用差動(dòng)保護(hù)一般可以滿足要求，所以得到廣泛應(yīng)用。母線上連接元件較多，所以母差保護(hù)的基本原則為：（1） 、幅值上看：正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)，即)0()0(outinii 0i 母線故障時(shí) 0 動(dòng)作outidzdiii（2） 、相位上看：正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)，流入、流出電流反相位 母線故障時(shí) 流入電流同相位母差保護(hù)分為：1 母線完全差動(dòng) 2.電流比相式差動(dòng)保護(hù) 3.斷路器失靈保護(hù) 由設(shè)計(jì)的已知條件可知,110kv 母線均是采用單母線接線,對(duì)于單母線我們可以采用母線完全電流差動(dòng)保護(hù)。5.2 母線保護(hù)原理5.2.1 母線完全差動(dòng)母線完全差動(dòng)保護(hù)的原理接線圖如圖 5.4 所示

47、,和其它元件的差動(dòng)保護(hù)一樣,也是按環(huán)流法的原理構(gòu)成。在母線的所有連接元件上必須裝設(shè)專(zhuān)用的電流互感器,而且這些電流互感器的變比和特性完全相同,并將所有電流互感器的二次繞組在母線側(cè)的端2010 屆電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)21子互相連接,在外側(cè)的端子也互相連接,差動(dòng)繼電器則接于兩連接線之間,差動(dòng)電流繼電器中流過(guò)的電流是所有電流互感器二次電流的相量和。這樣,在一次側(cè)電流總和為零時(shí),在理想的情況下,二次側(cè)電流的總和也為零。此圖為母線外部 k 點(diǎn)短路的電流分布圖,設(shè)電流流進(jìn)母線的方向?yàn)檎较?。圖中線路 i,ii 接于系統(tǒng)電源,而線路 iii 則接于負(fù)載。 (1)在正常和外部故障時(shí)(k 點(diǎn)),流入母線與

48、流出母線的一次電流之和為零,即: 0iiiiiiiiii（5.1） 而流入繼電器的電流為: 1231giiiiiitaiiiiiiin（5.2）因電流互感器變比 nta相同,在理想情況下流入差動(dòng)繼電器的電流為零,即 ig=0 但實(shí)際上,由于電流互感器的勵(lì)磁特性不完全一致和誤差的存在,在正常運(yùn)行或外部故障時(shí),流入差動(dòng)繼電器的電流為不平衡電流,即: gunbii圖 5-2 母線完全電流差動(dòng)保護(hù)的原理接線圖其中 iunb是電流互感器特性不一致而產(chǎn)生的不平衡電流。 (2)母線故障時(shí),所有有電源的線路,都向故障點(diǎn)供給故障電流,即: （5.311giiiktataiiiinn） 其中 ik是故障點(diǎn)的總短路

49、電流,此電流數(shù)值很大,足以使差動(dòng)繼電器動(dòng)作。毛婭婕：某鋼廠 110kv 變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)225.2.2 母聯(lián)電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)由設(shè)計(jì)的已知條件可知,110kv 側(cè)的母線是采用雙母線帶旁路母線接線,這種接線方式有一個(gè)特點(diǎn)就是它的運(yùn)行方式不是固定不變的,而是有多種運(yùn)行方式。所以雙母線固定連接運(yùn)行的完全差動(dòng)保護(hù)對(duì)它來(lái)說(shuō)缺乏靈活性,為了克服此缺點(diǎn),我采用另一種差動(dòng)保護(hù)母聯(lián)電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù),它很適用于雙母線連接元件運(yùn)行方式經(jīng)常改變的母線上。母聯(lián)電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)的原理是比較母線聯(lián)絡(luò)斷路器回路的電流與總差動(dòng)電流的相位關(guān)系。該保護(hù)的單相原理接線如圖 5.5 所示。它的主要元件是起

50、動(dòng)元件 kd 和選擇元件 1kw,2kw 。起動(dòng)元件 kd 接于所有引出線的總差動(dòng)電流,kw 的兩個(gè)繞組分別接入母聯(lián)斷路器回路的電流和總差動(dòng)回路的電流,通過(guò)比較這兩個(gè)回路中電流的相位來(lái)獲得選擇性。在圖 5.5(a)所示雙母線接線中,假設(shè) i,ii 母線并列運(yùn)行,i 母線和 ii 母線的連接元件中均有電源線路,規(guī)定母聯(lián)電流 i5的正方向?yàn)橛?ii 母線流向i 母線,則當(dāng) i 母線上的 k1點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí),母聯(lián)電流 i5為： 534iii（5.4） 短路電流 ik為： 1234kiiiii故,當(dāng)忽略各電源間相角差和各元件阻抗角差時(shí),i5和 ik同相位,如圖 5.5(b)所示。ii 母線上的 k2

51、 點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí),母聯(lián)電流 i5為： 512iii 短路電流 ik仍如式(5.21)所示,所以 i5與 ik反相位,如圖 5.5(c)所示?？梢?jiàn),以圖示 i5為正方向時(shí),若 i5與 ik同相位,則判別為 i 母線上發(fā)生了短路故障。在圖5.14(a)接線中,差動(dòng)繼電器 kd 中的電流為： kktaiin（5.5） 2010 屆電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)23 (a) (b) (c)(a) 原理接線圖; (b), (c) 相量關(guān)系圖 5-3 母聯(lián)電流與短路電流相位比較所以電流 ik的相位就是短路電流 ik的相位,并且 kd 動(dòng)作時(shí),即表示 i 母線或 ii母線發(fā)生了短路故障。1kw,2kw 是故

52、障母線的選擇元件,進(jìn)行 i5與 ik的相位比較。當(dāng)與同時(shí)從 1kw 的兩個(gè)繞組的同極性端流進(jìn)時(shí),1kw 處于動(dòng)作狀態(tài),對(duì) 2kw 處,從同wiki極性端流出,處于不動(dòng)作狀態(tài)；當(dāng)-與同時(shí)從 2kw 的兩個(gè)繞組的同極性端流進(jìn)時(shí),wiki2kw 處于動(dòng)作狀態(tài),對(duì) 1kw 處, -從同極性端流出,處于不動(dòng)作狀態(tài)。wi由以上分析可見(jiàn),kd,1kw 動(dòng)作時(shí),判別為 i 母線短路故障；kd,2kw 動(dòng)作時(shí),判別為ii 母線上發(fā)生了短路故障。母線差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作原理建立在基爾霍夫電流定律的基礎(chǔ)上。把母線視為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)流入母線電流之和為零，而內(nèi)部短路時(shí)為總短路電流。假設(shè)母線上各引出線電流互感

53、器的變比相同，二次側(cè)同極性端連接在一起，按照?qǐng)D一接線則在正常及外部短路時(shí)繼電器中電流為零。 實(shí)際上由于電流互感器有誤差，在外部短路時(shí)繼電器中有不平衡電流出現(xiàn)，差動(dòng)保護(hù)的啟動(dòng)電流必須躲開(kāi)最大的不平衡電流才能保證選擇性。毛婭婕：某鋼廠 110kv 變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)245.2.3 斷路器失靈保護(hù) 電力系統(tǒng)中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)故障、繼電保護(hù)動(dòng)作而斷路器拒絕動(dòng)作的情況。這種情況下，可導(dǎo)致設(shè)備燒毀，擴(kuò)大事故范圍，甚至使系統(tǒng)得穩(wěn)定運(yùn)行遭到破壞。因此，對(duì)于較重要的設(shè)備，應(yīng)裝設(shè)斷路器失靈保護(hù)。斷路器失靈保護(hù)有稱(chēng)后備接線，它是防止因斷路器拒絕動(dòng)而擴(kuò)大事故的一項(xiàng)措施，斷路器失靈保護(hù)的工作原理是，當(dāng)線路、變壓器或母線

54、發(fā)生短路并伴隨斷路器失靈時(shí)。相應(yīng)的繼電保護(hù)動(dòng)作，出口中間繼電器發(fā)出斷路器跳閘脈沖。由于短路故障未被切除，故障元件的繼電器仍處于動(dòng)作狀態(tài)，此時(shí)利用裝設(shè)在故障元件上的故障判別元件，來(lái)判別斷路器仍處于合閘狀態(tài)。如故障元件出口中間繼電器觸點(diǎn)和故障判別元件的觸點(diǎn)同時(shí)閉合時(shí)，失靈保護(hù)被啟動(dòng)。在經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)限后失靈保護(hù)出口繼電器動(dòng)作，跳開(kāi)與失靈的斷路器相連的母線上的各個(gè)斷路器，將故障切除。保護(hù)由啟動(dòng)元件、時(shí)間元件、閉鎖元件和出口回路組成，為了提高保護(hù)動(dòng)作的可靠性，啟動(dòng)元件必須同時(shí)具備下列兩個(gè)條件才能啟動(dòng)：（1）故障元件的保護(hù)出口繼電器動(dòng)作后不返回（2）在故障保護(hù)元件的保護(hù)范圍內(nèi)短路依然存在，即失靈判別元件啟動(dòng)

55、。為防止失靈保護(hù)誤動(dòng)作，在失靈保護(hù)接線中加設(shè)了閉鎖元件，常用的閉鎖元件由負(fù)序電壓。零序電壓和低電壓繼電器組成，通過(guò)“與”門(mén)構(gòu)成斷路器失靈保護(hù)的跳閘出口回路。5.3 110kv 母線保護(hù)完全電流差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流按以下原則整定： （1）按躲開(kāi)母線外部的最大不平衡電流整定，即： （5.5.maxkkkiidrel lhfzq d） 可靠系數(shù)，取 1.3。krel 電流互感器變比誤差，取 0.1klh 非周期分量系數(shù)，一般電流繼電器取 1.52。kfzq 母線差動(dòng)保護(hù)外部短路時(shí)流過(guò)的最大短路電流。.maxid2010 屆電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)25 由于起動(dòng)元件采用 bch2

56、型差動(dòng)繼電器，故取=1，=0.1，=1.3。kfzqklhkrel起動(dòng)電流：idz= =1.3=1.3 0.1 1 17380=2259.4（a）krelklhkfzq.maxid 二次電流為：idz.j=37.65(a) 53004 .2259（5.6） (2)由于母線差動(dòng)保護(hù)電流回路中連接元件較多，接線復(fù)雜，因此，電流互感器二次回路斷線的幾率比較大，為了防止在正常運(yùn)行情況下，任一電流互感器二次回路斷線時(shí)引起保護(hù)誤動(dòng)作，啟動(dòng)電流應(yīng)大于任一連接元件中最大的負(fù)荷電流 iop，即iop = talrelnikmax.（5.7） = = 376.5 5300173803 . 1為可靠系數(shù)，取 1.3

57、；為保護(hù)處的短路電流；為電流互感器變比。 relkmax.litan靈敏度按下式計(jì)算ksen = = (5.8)iopil max.5 .37617380=46.12 滿足要求。式中母線短路時(shí)短路電流。max.li5.4 10kv 母線保護(hù)根據(jù) dl400繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程中，非專(zhuān)門(mén)的母線保護(hù)裝設(shè)原則：對(duì)于發(fā)電廠和主要變電所的 310kv 分段母線及并列運(yùn)行的雙母線，一般可由變壓器的后備保護(hù)實(shí)現(xiàn)母線的保護(hù)。對(duì)重要 310kv 分段母線，宜采用不完全電流差動(dòng)式母線保護(hù)，保護(hù)僅接入有電源支路的電流。保護(hù)由兩段組成：其第一段采用無(wú)時(shí)限或帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)，當(dāng)靈敏系數(shù)不符合要求時(shí)，可采用

58、電流閉鎖電壓速斷保護(hù)；第二段采用過(guò)電流保護(hù)，當(dāng)毛婭婕：某鋼廠 110kv 變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)26靈敏系數(shù)不符合要求時(shí)，可將一部分負(fù)荷較大的配電線路接入差動(dòng)回路，以降低保護(hù)的起動(dòng)電流。2010 屆電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)27第六章 線路保護(hù)輸電線路發(fā)生短路時(shí)，電流突然增大，電壓降低，利用電流突然增大使保護(hù)動(dòng)作而構(gòu)成的保護(hù)裝置，稱(chēng)作電流保護(hù)。相間短路的電流保護(hù) 根據(jù)線路故障對(duì)主、后備保護(hù)的要求，線路相間短路的電流保護(hù)有三種：第一，無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)或無(wú)時(shí)限電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)；第二，帶時(shí)限電流速斷保護(hù)或帶時(shí)限電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)；第三，定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)或低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)。6.1 無(wú)時(shí)限電流

59、速斷保護(hù)無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)依靠動(dòng)作電流來(lái)保證其選擇性，即被保護(hù)線路外部短路時(shí)流過(guò)該保護(hù)的電流總小于其動(dòng)作電流，不能動(dòng)作；而只有在內(nèi)部短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的電流才有可能大于其動(dòng)作電流，使保護(hù)動(dòng)作。故無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)不必外加延時(shí)元件即可保證保護(hù)的選擇性 。無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的靈敏度是通過(guò)保護(hù)范圍的大小來(lái)衡量的，即它所保護(hù)的線路長(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。保護(hù)在不同運(yùn)行方式下和不同短路類(lèi)型時(shí)，保護(hù)的靈敏度即保護(hù)范圍各不相同。應(yīng)采用最不利情況下保護(hù)的保護(hù)范圍來(lái)校驗(yàn)保護(hù)的靈敏度，一般要求保護(hù)范圍不小于線路全長(zhǎng)的 15% 。圖 6-1 無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)整定計(jì)算示意圖abc1qf2qfsmaxsminzz3qfmin

60、lmaxlact1iil0213kact1relkbmaxik i毛婭婕：某鋼廠 110kv 變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)28當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式變化很大，或者保護(hù)線路的長(zhǎng)度很短時(shí)，無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的靈敏度就會(huì)不滿足要求甚至沒(méi)有保護(hù)范圍，此保護(hù)不宜使用，此時(shí)可采用無(wú)時(shí)限電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)。電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)是采用電流、電壓元件相互閉鎖實(shí)現(xiàn)的保護(hù)，只要有一個(gè)元件不動(dòng)作，保護(hù)即被閉鎖。 6.2 帶時(shí)限電流速斷保護(hù)電流保護(hù)第段只能保護(hù)線路的一部分，而該線路剩下部分的短路故障必須依靠電流保護(hù)第段來(lái)可靠切除。這樣，線路上的電流保護(hù)第段和第段共同構(gòu)成整個(gè)被保護(hù)線路的主保護(hù)，它能以盡可能快的速度，可靠并有選擇性地切除