(整理)升壓站繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)50224754

1、前言在 21 世紀(jì)，電力是當(dāng)今世界不可或缺的能源?？萍嫉倪M(jìn)步，電力系統(tǒng)飛快發(fā)展，帶動(dòng)了繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的進(jìn)步。雖然我國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展起步比較晚，但是隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，大量的科研人員對(duì)于繼電保護(hù)技術(shù)的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步。目前，我國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)已經(jīng)從機(jī)電式發(fā)展到了微機(jī)式保護(hù)時(shí)代，并且已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。在電力系統(tǒng)中，由于設(shè)備絕緣的老化、損壞，雷擊、外力因素，設(shè)備缺陷，設(shè)計(jì)和安裝的錯(cuò)誤，工作人員的誤操作等原因，這些原因可能導(dǎo)致發(fā)生各種各樣故障和不正常運(yùn)行的情況。為了保證在電力系統(tǒng)發(fā)生問題的時(shí)候能及時(shí)處理， 系統(tǒng)中的設(shè)備必須裝設(shè)功能齊全、 性能可靠的保護(hù)裝置。升壓站繼電保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要結(jié)

2、合理論和實(shí)際情況，確保繼電保護(hù)設(shè)計(jì)能夠保證在電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常和故障的情況下可靠動(dòng)作。在這種要求下，為此必須從電力系統(tǒng)全局出發(fā)， 研究變電站的供電與配電保護(hù)設(shè)計(jì)；分析研究供配電的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)方案，結(jié)合電力系統(tǒng)自動(dòng)化，設(shè)計(jì)繼電保護(hù)的應(yīng)用方案。第1章主接線設(shè)計(jì)1.1 總體設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)的主要目的是完成升壓站繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)材 料，運(yùn)用電氣工程及其自動(dòng)化方面的專業(yè)知識(shí)，結(jié)合實(shí)際，完成升壓站繼 電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)變電站主接線的基本接線形式；畫出一次系統(tǒng)等效 圖，進(jìn)行短路計(jì)算，完成相關(guān)電氣系統(tǒng)設(shè)備的選型；設(shè)計(jì)系統(tǒng)中各元件保 護(hù)配置方案和進(jìn)行保護(hù)方案的介紹分析，計(jì)算繼電保護(hù)的參數(shù)設(shè)置與整定,

3、完成設(shè)計(jì)任務(wù)。1.2 電氣主接線的選擇1.2.1 10kV側(cè)母線接線形式如圖1-1所示,10kV側(cè)母線采用雙母線分段接線形式。圖1-1雙母線分段接線此種接線方式可有效縮小線路故障時(shí)全站的停電范圍，充分提高供電可靠性。如圖1-1所示，通過分段斷路器把其中一條母線分成兩端，分別 是W和W1段，每段通過各自的母聯(lián)斷路器與另一條母線連接，這種情況 下，進(jìn)出線路平均的分布在兩端母線上。如果其中一條母線發(fā)生故障，另 一條母線在保護(hù)裝置的作用下，會(huì)把分段斷路器斷開，緊接著把發(fā)生故障 的母線所接的回路斷開，使故障母線所接回路斷電；這種情況下，人工可 以把發(fā)生故障的母線所接設(shè)備倒接非故障母線，恢復(fù)供電。1.2.

4、2 110kV側(cè)母線接線形式如圖1-2所示，110kV側(cè)母線采用雙母線接線形式。雙母線的特點(diǎn)是有兩組母線，在其中一組母線故障時(shí)，另一組母線能夠可以代替故障母線運(yùn)行。如圖1-2所示，兩組母線 W1和W2可以有效提高供電的可靠性。圖1-2雙母線接線優(yōu)點(diǎn)：檢修其中一組母線時(shí)，對(duì)另一組母線無影響，并且另一組母線 可以作為故障母線的備用。缺點(diǎn)：在圖中可以看出進(jìn)線和出線回路之間增加了一組隔離開關(guān)，使設(shè) 備占有面積和投資增加；同時(shí)在改變運(yùn)行方式的過程中，如進(jìn)行倒閘操作 時(shí)，比較復(fù)雜；特別當(dāng)母線出線故障時(shí)，需要在短時(shí)間切除較多的回路時(shí)在這種情況下，如果進(jìn)行把故障母線所接設(shè)備倒到備用母線上的操作，操作難度大，并

5、存在一定的風(fēng)險(xiǎn)第2章短路計(jì)算及電氣設(shè)備選擇2.1 短路計(jì)算1 .等效電抗值計(jì)算Sb =100MV A, UB=Uav發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值： xG1 = X；2 =x；t *SB =0.12*10- =0.8P COS12 0.8(1) * U k % Sd 10.5 100變壓命電抗標(biāo)幺值： Xt1 =Xt2=*= =0.7100 SN 10015線路電抗標(biāo)幺值： X；1 = X；2 = Xl T -%=1.4*40*002 =0.121U2V1152圖2-1系統(tǒng)等效阻抗圖(2) di點(diǎn)短路：基準(zhǔn)電流：I j = SB = J00 = 5.50kA3U p 3 10.5di點(diǎn)短路總阻抗為：Z* =

6、0.8短路電流：I； =250kA =6.87kA0.8短路電流最大有效值：I cki = 1.52 Idti = 10.442kA沖擊電流：ick1 =1.82、,21；1 =17.49kA(3) d2點(diǎn)短路:I .由發(fā)電機(jī)G而來的短路電流,基準(zhǔn)電流：L =SB100,3Up - 3 10.55.50kAd2點(diǎn)短路總阻抗：Z =0.7短路電流:4詈二7.86kAn.由系統(tǒng)s而來的電流,基準(zhǔn)電流:IjSB1003U p 3 115=0.502kA短路電流:4甯=0.717kA7 86kA 0 717kA，所以 d2 點(diǎn)短路電流取 1； =7.86kA短路沖擊電流最大有效值:Ick1 =1.52

7、1dti =11.95kA Ck Id I沖擊電流：限=1.8 2I：1=20.00kA(3) d3點(diǎn)短路:基準(zhǔn)電流：ISB100. J 3Up 3 1150.502kAI .由G1而來的短路電流,、，wtt r 、.*總阻抗：Z =0.121+0.7+0.8=1.62tt 0.502kA短路電流：1dl = =0.31kA1.62n.由G而來的短路電流, .總阻抗：Z =0.7 0.8 =1.5短路電流：I ； = 0502kA = 0.335kA 1.5所以，短路電流的總和為：I； =0.31 0335 =0.645短路電流最大有效值：晨1 u1.52l；i =0.98kA沖擊電流 ick

8、i =1.8 2ldti =1.64kA2.2部分電氣設(shè)備的選擇2.2.1 母線及線路的選型1. . 110kV側(cè)母線對(duì)于高電壓母線的選取原則是根據(jù)發(fā)熱是否符合條件。已知 110kV母 線的電源進(jìn)線是兩回，每一回在允許條件下最大可以輸送32000kVA負(fù)荷，故線路中最大持續(xù)工作電流按最大負(fù)荷來計(jì)算：Imax =1.05le= 1.05S/ .3 Ue= (1.05 32000)/(.3 110)= 176.36A通過查詢相關(guān)資料LGL-185/10鋼芯鋁絞線在最高允許溫度+70度的持續(xù)工作電流可以達(dá)到539A,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2. ll0kV側(cè)主變壓器引接線主變壓器引接線的設(shè)計(jì)主要參照它的持續(xù)工

9、作電流，并且依據(jù)經(jīng)濟(jì)電 流密度作為選擇標(biāo)準(zhǔn)。Imax =1ge= 1.05S/ 3 Ue= (1.05 32000)/(.3 110)-82.67ATmax=5500h,查表得：鋼芯鋁絞線的經(jīng)濟(jì)電流密度為：J=1.2A/mm2；Sj =lmax/J =82.67/1.2 = 68.89mm2 o通過查詢相關(guān)資料LGL-185/10鋼芯鋁絞線在最高允許溫度+70度的持續(xù)工作電流可以達(dá)到539A,達(dá)到設(shè)計(jì)要求3. 110kV側(cè)出線Imax”Ie= 1.05S/ 3 Ue= (1.05 30000)/(、3 110)-165.34ATmax =5500h ,查表得：鋼芯鋁絞線的經(jīng)濟(jì)電流密度為：J =

10、1.2A/mm2 ；Sj =Imax/J =165.34/1.2 =137.78mm2。查相關(guān)資料可知選擇LGL-150/25鋼芯鋁絞線比較合理；它在允許最高溫度+70度的情況下持續(xù)工作電流可以達(dá)到478A,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。4. 10kV側(cè)主母線對(duì)于高電壓母線的選取原則是根據(jù)發(fā)熱是否符合條件。已知 110kV母 線的電源進(jìn)線是兩回，每一回在允許條件下最大可以輸送15000kVA負(fù)荷，故線路中最大持續(xù)工作電流按最大負(fù)荷來計(jì)算：I max= 1.05e= 1.05S/ 3 Ue-(1.05 9500)/( , 3 10)= 525.91A查相關(guān)的資料知 LGL-185/10鋼芯鋁絞線在允許最高溫度+

11、70度時(shí)最大持續(xù)工作電流可以達(dá)到552A,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2.2.2 其他電氣設(shè)備的選擇1. 110kV側(cè)斷路器的選擇ich=20.00kA； I、g=7.86kA； Ue=110kVImax =1ge= 1.05S/ 3 Ue= (1.05 32000)/(.3 110)-176.36A查資料應(yīng)該選取 SW4-110/1000型斷路器。SW4 -110/1000型斷路器參 數(shù)如下：額定電壓：Ue =110kV ,額定電流：Ie=1000A三秒熱穩(wěn)定電流：63=405;額定短路開斷電流： Ikd=31.5kA額定峰值耐受電流：Imax = Idw=100kA;額定短路關(guān)合電流： 100kA 動(dòng)穩(wěn)

12、定校驗(yàn)：Imax =176.36Aie；葭=20.00kA 小=100kA 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)合格。熱穩(wěn)定校驗(yàn)：Qk=Qp -QnpT =護(hù)時(shí)間 拄分閘時(shí)間 =0.5+0.1 =0.6s Qp =T (I2 10I2/212)/12= 0.6 (11.952 10 11.852 11.72)/12 = 84.2Qnp =I2MT ,查表得：T =0.05Qnp =11.952x0.05 =7.14; Qk =84.2 + 7.14 = 91.346 *S _2 :Q承受=I rw Trw 40黑3 = 4800 kA S ； Q承受a Qk熱私、入E校驗(yàn)曰格o 所以，所選斷路器滿足要求。2. l10k

13、V側(cè)隔離開關(guān)的選擇Ue =110kV , I max =176.36A emax查設(shè)備手冊(cè)試選 GW4 -110/2000型隔離開關(guān)，參數(shù)如下： 額定電壓：Ue =110kV ；額定電流：Ie=2000A動(dòng)穩(wěn)定電流：Idw=55kA; 5s熱穩(wěn)定電流：14kA 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：Imax =173.36A Ie ; & = 23.705kA Qd ,熱穩(wěn)定校驗(yàn)合格。所選隔離開關(guān)滿足要求。3. 10kV側(cè)斷路器的選擇 I max = 1.05 I e=1.05S/ 3 Ue = (1.05 15000)/( 3 10) = 909.33A短路點(diǎn)參數(shù)：ich =17.49kA； I = I0o=6.87

14、kA； Ue=10kV查設(shè)備手冊(cè)試選 SW2-10/1000型真空斷路器。SW2-10/1000型真空斷 路器參數(shù)如下：額定電壓：Ue =10kV ；額定電流：Ie =1000A三秒熱穩(wěn)定電流：Irw3 = 20kA,額定短路開斷電流： Ikd=31.5kA 額定峰值耐受電流：I max = I dw = 50kA ,額定短路關(guān)合電流： 50kA 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：Imax =545.60AIe；蜃=18.94kA Qk 熱穩(wěn)定校驗(yàn)合格。所以，所選斷路器滿足要求。4. 10kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇Ue =10kV , I max =909.33A查設(shè)備手冊(cè)試選 GW4-35型隔離開關(guān)，參數(shù)如下：額定電壓

15、：Ue=10kV；額定電流：Ie=1000A；動(dòng)穩(wěn)定電流：Idw=40kA 2s熱穩(wěn)定電流：16kA動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：Imax =909.33AIe；葭=17.49kA Idw 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)合格。熱穩(wěn)定校驗(yàn)：Qk =28.97 +2.845 = 31.46kA2 ,S ; 10I2/2 I2)/12= 0.6 (11.952 10 11.872 11.792)/12 = 84.54Qnp =I2MT ,查表得：T =0.05 2Qnp =11.952m005 = 7.14 ; Qk =84.54+7.14 =91.68kA ,SImax = 1.05Ie1.05Sn1.05 15000,3 110=

16、82.67AUe =110kV選?。篖CWD-110, 300/5, 0.5/D/D電流互感器參數(shù)：1秒熱穩(wěn)定電流：40kA;動(dòng)穩(wěn)定電流：100kA100kA動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：% = 18.94kA ； ich 100kA動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)合格。熱穩(wěn)定校驗(yàn) Qd =32.305kA2S ;Q承受=I rw2 Trw = 402 M 1 = 1600 kA2，S ； Qd Q承受熱穩(wěn)定校驗(yàn)合格。6. 110kV進(jìn)線側(cè)電流互感器的選擇Imax =(1.05m60000)/(T3m110)=173.36A ； Ue=110kV選取：LCWD -110 , 400/5, 0.5/D/D,校驗(yàn)同上。7. 110kV出

17、線側(cè)電流互感器的選擇Imax =(1.05父30000)/(03M110) =165.34A; Ue =110kV選?。篖CWD -110 , 400/5, 0.5/D/D,校驗(yàn)同上。8. 10kV主變壓器電流互感器的選擇Imax = (1.05 父31500)/(73 父35) =545.61A, Ue =110kV選?。篖QZ-35, 600/5, 0.5/D電流互感器參數(shù)：短時(shí)熱穩(wěn)定電流：31.5kA,動(dòng)穩(wěn)定電流：80kA動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：葭=18.94kA； G W80kA；動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)合格。熱穩(wěn)定校驗(yàn)：Qd -32.305 kA2 *SQ承受=I rw2XTrw =31.52 M1 = 99

18、2.25kA2*SQd 2I act式中IK.min 變壓器電源側(cè)兩相金屬性短路時(shí)的最小短路電流或電源側(cè)為 直接接地時(shí)金屬性接地故障的最小短路電流。Ksen =k= 6.87kA =26.07 2,滿足要求，選擇可行。Iact 263.55A act3.2.3過電流保護(hù)保護(hù)的原理接線圖如圖5.5所示，電流速斷保護(hù)的裝設(shè)位置應(yīng)根據(jù)變壓器的容量大小以及電源配置，對(duì)于容量小的變壓器，并且電源是單側(cè)電 源，裝設(shè)位置應(yīng)在變壓器電源側(cè)。變壓器相間短路的后備保護(hù)既可以作為變壓器主保護(hù)的后備保護(hù)又可 以作為相鄰母線的后備保護(hù)。動(dòng)作電流IOP的整定原則是要躲過變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流ILmax。l. max

19、I _ K 同 IOP -I L.maxKre式中：Krei 可靠系數(shù),一般取 1.21.3；Kre 返回系數(shù)，一般取 0.85 0.95。K 1.3IOP = r ILmax =150.6A-230.3AKre.0.85保護(hù)的靈敏度為：K _ I k. minK sen - I op式中：Ik.min 最小運(yùn)行方式下，在靈敏度校驗(yàn)點(diǎn)發(fā)生兩相短路時(shí)流過保護(hù)裝置的電流。最小短路電流應(yīng)根據(jù)變壓器連接組別保護(hù)的接線方式確定。在被保護(hù)變壓器受電側(cè)母線上短路時(shí)，要求Ksen=1.52；并且要求在后備保護(hù)范圍末端發(fā)生短路時(shí)需要滿足要求Ksen = 1.5。二詈二墨:34.21.5,滿足要求Up圖3-4變壓

20、器電流速斷保護(hù)單相原理接線圖第四章 母線繼電保護(hù)4.1 母線故障母線在電力系統(tǒng)具有十分重要的地位，在電力系統(tǒng)中具有無可替代的作用。依據(jù)實(shí)際的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，母線的故障主要是各種相間的短路故障和單相接地故障。如果母線出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致母線上連接的設(shè)備停電，造成大片區(qū)域停電，甚至可能破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，造成巨大的事故和經(jīng)濟(jì)損失。母線的故障的原因有斷路器套管及母線絕緣子閃絡(luò)、誤碰和誤操作、母線電壓互感器故障等原因會(huì)造成母線的故障。4.2 母線保護(hù)方式母線保護(hù)的主要方式有兩種，如下所示：1. 利用相鄰元件的保護(hù)裝置來保護(hù)母線正常情況下，母線不會(huì)出現(xiàn)故障。如果需要母線保護(hù)，需要把母線所接設(shè)備的保護(hù)的二次回路匯集

21、起來，這樣會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且可能會(huì)出現(xiàn)所接支路的元器件或者回路的異常，或者人為的誤操作，而使母線保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致母線所接設(shè)備停電，造成嚴(yán)重后果。故對(duì)于母線電壓在35kV及以下者，對(duì)于保護(hù)的要求不是很高時(shí)，可以通過母線所接設(shè)備的保護(hù)裝置以一定的延時(shí)切除母線上的故障。如圖4-1 (a)所示在母線上發(fā)生異常情況下，可以利用發(fā)電機(jī)的保護(hù)裝置使發(fā)電機(jī)側(cè)的斷路器斷開把母線故障切除；圖 4-1 (b)在母線上k1點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，可以利用變壓器的過電流保護(hù)保護(hù)裝置消除母線故障；在圖4-1 (c)中，在母線的k2點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，通過電源線路保護(hù)裝置切除故障。(a)(b)Ms k2(c)圖4-1利用供電元件保護(hù)裝置切

22、除母線故障(a)利用發(fā)電機(jī)過電流保護(hù)；(b)利用變壓器過電流保護(hù)；(c)利用供電電源線路的第H、山段保護(hù)2.裝設(shè)專門的母線保護(hù)如果母線在其它設(shè)備保護(hù)范圍內(nèi)，就可以不為母線配置專門的保護(hù)裝 置。這種情況下，如果母線出現(xiàn)故障，可以有其它設(shè)備的保護(hù)裝置來切除 母線上的故障。這種情況下，不需要添加新的保護(hù)裝置，簡(jiǎn)化了保護(hù)回路， 節(jié)省了成本，但是存在的問題是，保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間較長(zhǎng)，在遇到母線接線 十分復(fù)雜的情況下，選擇那一個(gè)母線動(dòng)作，存在困難。所以在母線接線比 較復(fù)雜的情況下，需要配置專用的保護(hù)裝置。4.3母線差動(dòng)保護(hù)差動(dòng)保護(hù)的特點(diǎn)是能夠十分明確的區(qū)分內(nèi)、外故障，并且選擇準(zhǔn)確率 高，保護(hù)動(dòng)作快，故在發(fā)電機(jī)

23、保護(hù)、變壓器保護(hù)和輸電線路的保護(hù)中得到 了廣泛的使用。在母線差動(dòng)保護(hù)中， 需要考慮母線上所接的各種電氣設(shè)備， 如果所接的設(shè)備很多，對(duì)保護(hù)的設(shè)計(jì)構(gòu)成影響時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)保護(hù)，可以從 以下三點(diǎn)考慮：(1)母線作為各個(gè)連接設(shè)備的公共電氣連接點(diǎn),故所連接設(shè)備的電流符合基爾霍夫電流定律。這就是說，母線無故障或母線之外出現(xiàn)異常時(shí)， 流入母線的電流與流出的電流存在相等的關(guān)系。(2)在母線故障的情形下電流的流向是所連接的設(shè)備的短路電流流向 故障點(diǎn)，沒有連接電源的設(shè)備除外。(3) 一般規(guī)定在正方向的方向上，流入母線的電流和流出母線的電流在正常情況下應(yīng)該具有相反的相位，因此，一般情況下，如果母線無故障 或者母線之外發(fā)

24、生故障時(shí)，母線所連接的設(shè)備中至少有一個(gè)設(shè)備中電流與 其它所連接的設(shè)備的電流方向相反，可是在母線發(fā)生故障的時(shí)候，母線上 所連接的設(shè)備的電流方向一致，除無電流流過的設(shè)備。4.3.1母線不完全電流差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成原理母線保護(hù)所用的電流互感器的裝設(shè)位置是在有電源連接的設(shè)備上，如 發(fā)電機(jī)、變壓器、分段斷路器和聯(lián)絡(luò)斷路器。電流互感器應(yīng)選用統(tǒng)一的型 號(hào)和變比，二次繞組的連接方法是環(huán)流法。正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)提供電流送往系統(tǒng)及各負(fù)荷，故有I i = I 口 + I m + I iv + I v流入差動(dòng)繼電器中的電流為 I I - I n - I m 11V *IvI m =nTAnTA圖4-2母線不完全電流差動(dòng)保

25、護(hù)的單相原理接線圖采用兩段式結(jié)構(gòu)：第I段是差動(dòng)電流速斷保護(hù)，第R段是差動(dòng)過電流 保護(hù)。差動(dòng)電流速斷保護(hù)反應(yīng)被保護(hù)母線上的短路及母線供電的引出線電 抗器之前發(fā)生的短路，保護(hù)裝置能夠瞬間跳開母線上各個(gè)連接元件的斷路 器。第R段是差動(dòng)過電流保護(hù)，其作用一方面是作第I段速斷保護(hù)的后備,另一方面也作為各引出線保護(hù)的后備。4.3.2母線不完全電流差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算母線差動(dòng)保護(hù)通常采用BCH型差動(dòng)繼電器，故整定計(jì)算應(yīng)按下列條件進(jìn)行，并取最大值作為整定值。(1)整定計(jì)算時(shí)需要避過發(fā)生外部故障時(shí)的最大不平衡電流(系統(tǒng)中各 個(gè)互感器誤差均按 10的算)，即：I .=K,I,=0 1K,I, /nact rel u

26、nb max rel k max nTA式中Krel可靠系數(shù)，取1.31.5；I unbmax 一母線外部所接各個(gè)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)可能出現(xiàn)的最大不平衡 電流；iKmax 母線外部故障時(shí)，通過發(fā)生故障元件的最大短路電流(周期 分量)；HtaTA變比。1 act由第3章短路計(jì)算得知IKmax =6.87A ;電流互感器變比nTA選取 300/5 = 60,可靠系數(shù) Krei 取 1.5, WJ=KrelIunbmax = 0.1K,el I ax /門1人=0.1*1.4* 6.87kA/60 = 17.175A(2)整定需要依據(jù) TA二次回路斷線時(shí)流過的最大負(fù)荷支路的負(fù)荷電 流，即：中 110am

27、 axKrelI act K re1110a max / nTA一支路最大負(fù)荷電流；可靠系數(shù)，取 1.3。為了在TA二次回路發(fā)生斷線時(shí)， 保護(hù)裝置不至于誤動(dòng)作， 需要配置斷線監(jiān)視裝置，在接到二次回路斷線的信號(hào)時(shí)，能夠及時(shí)把差動(dòng)保護(hù)裝置閉 鎖。斷路閉鎖裝置的動(dòng)作電流按躲過正常運(yùn)行時(shí)的不平衡電流整定。根據(jù) 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，一般取I act = 0.2I N / nTA式中In 一一最大負(fù)荷支路的一次額定電流SN3Un9500.3 10-548.48A電流互感器變比 ha選取300/5=60 ,所以Iact =0.2IN /nTA =0.2*548.48/60 =1.83A綜上可得IactH7.175A母

28、線完全電流差動(dòng)保護(hù)的靈敏度校驗(yàn)按下式進(jìn)行：Ksen-2I act式中，Ik min 一一母線短路時(shí)最小短路電流二次值。電流互感器變比 nTA選取300/ 5 = 60由第3章短路計(jì)算得知,母線短路時(shí)最小短路電流二次值Ik min =7.86kA/60 =131A ,故靈敏度K senkm= 131A =7.632,靈敏度滿足要求。Iact 17.175A第五章 由口線路繼電保護(hù)5.1 距離保護(hù)的基本原理5.1.1 距離保護(hù)的基本原理距離保護(hù)主要依據(jù)發(fā)生故障的地點(diǎn)與保護(hù)裝置安裝處之間距離，來判 斷是否動(dòng)作的保護(hù)裝置。距離保護(hù)的核心元件是阻抗繼電器。具測(cè)量阻抗 的大小主要根據(jù)短路點(diǎn)與保護(hù)裝置安裝處

29、的距離遠(yuǎn)近來判斷。依據(jù)距離遠(yuǎn) 近，來選擇動(dòng)作時(shí)限，從而可以保證能夠有選擇性的把線路中發(fā)生的故障 消除。故障點(diǎn)與保護(hù)裝置安裝處之間的阻抗為保護(hù)裝置安裝處電壓與電流的 關(guān)系，即Z=U /I o通過分析可知，距離的函數(shù)可以作為保護(hù)裝置的動(dòng)作 時(shí)限。即t= f(Zil)式中 乙正序阻抗(被保護(hù)線路的單位長(zhǎng)度阻抗)；l 長(zhǎng)度(短路發(fā)生點(diǎn)與保護(hù)裝置間的距離)。圖5-1距離保護(hù)的作用原理圖(a)網(wǎng)絡(luò)圖；(b)時(shí)限特性如圖5-1 (a)所示，如果 K點(diǎn)出現(xiàn)短路，保護(hù)裝置 1和保護(hù)裝置2的測(cè)量阻抗數(shù)值不一致，分別是Zab+Zk、ZK o顯然保護(hù)裝置1的測(cè)量阻抗數(shù)值大，保護(hù)裝置 2的測(cè)量阻抗數(shù)值小。由以上分析可知

30、，故障的切除將 由保護(hù)2來做，在保護(hù)裝置 2動(dòng)作后，線路中故障消除之后，保護(hù)裝置1不會(huì)發(fā)生動(dòng)作。實(shí)現(xiàn)這樣的動(dòng)作主要依靠短路點(diǎn)與保護(hù)裝置的距離遠(yuǎn)近來 進(jìn)行。5.1.2 距離保護(hù)的時(shí)限特性對(duì)于距離保護(hù)的時(shí)限特性是動(dòng)作時(shí)間t與故障發(fā)生點(diǎn)與保護(hù)裝置安裝處距離的函數(shù)關(guān)系t = f(l)。如圖5-1 (b)所示，通過對(duì)比會(huì)發(fā)現(xiàn)三段距離 保護(hù)與三段式的電流保護(hù)的時(shí)限特性類似。由圖分析可知，保護(hù)I段保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間是固定的和動(dòng)作時(shí)瞬時(shí)的，保護(hù)范圍為線路 AB的全長(zhǎng)，可是當(dāng) BC出口處發(fā)生短路的時(shí)候保護(hù)2不應(yīng)該發(fā)生動(dòng)作，所以必須滿足zJi Zab。由于PT、CT以及距離繼電器存在誤差，需要引入可靠系數(shù)K:oz

31、。Zab式中K3 距離保護(hù)I段可靠系數(shù)，當(dāng)Zab為計(jì)算值時(shí)，取0.8 ； 當(dāng)Zab為測(cè)量值時(shí)，令 Zab =。.85。同理，保護(hù)2的I段依次整定值為之=CZbc由以上分析可知，距離保護(hù) I段只能保護(hù)線路的 80% 90% ,顯然不能繼電保護(hù)的要求，為了實(shí)現(xiàn)保護(hù)線路的全長(zhǎng)，需要設(shè)置距離保護(hù)R段距離保護(hù)n段保護(hù)定值的整定與電流速斷保護(hù)的整定方法類似，即確保R段整定值保護(hù)范圍不超出下一條線路(如有多條線路取量最短者)距離保護(hù)第I段的保護(hù)范圍，這種情況下距離保護(hù)1的R段一次側(cè)整定值計(jì)算如下：Z；p1 =K：(Zab +ZBcK；ei)式中：K：距離保護(hù)II段的可靠系數(shù)，取0.8。為了獲得選擇性，保護(hù)1

32、的距離n段動(dòng)作時(shí)限t；應(yīng)該比距離保護(hù) 2的I段動(dòng)作時(shí)間t；多一定的時(shí)間 N ,即t； =t2：t在以上的分析中，距離保護(hù)的I段和r段之間可以互相配合，共同作為本線路的主保護(hù)。為了作為相鄰線路的距離保護(hù)和短路器拒動(dòng)的遠(yuǎn)后備 保護(hù)，此外還設(shè)有距離保護(hù)田段來加強(qiáng)保護(hù)，并且距離保護(hù)田段可以作為 之前兩端距離保護(hù)的近后備保護(hù)。距離保護(hù)田段動(dòng)作阻抗應(yīng)按躲過正常負(fù)荷電流整定，而動(dòng)作時(shí)限按階 梯時(shí)限原則整定，整定時(shí)要比下一段線路的距離保護(hù)田段多一定時(shí)間，即m m tl fax5.1.3 三段式距離保護(hù)原理框圖距離保護(hù)的原理框圖如圖7.2所示，它由啟動(dòng)回路、測(cè)量回路，和邏輯回路三部分組成。KCW圖5-2三段式距

33、離保護(hù)構(gòu)成單相原理框圖5.2 阻抗繼電器的接線方式5.2.1 單相補(bǔ)償式阻抗繼電器阻抗繼電器是距離保護(hù)裝置的核心元件，它的主要作用是當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，測(cè)量短路點(diǎn)與保護(hù)安裝處的阻抗，判斷保護(hù)是否動(dòng)作單相補(bǔ)償式阻抗繼電器的特性是其測(cè)量阻抗等于加入繼電器電壓U K和.電流Ik的比值,即Z工 ZK = .I K需要指出的是：關(guān)于阻抗繼電器的“測(cè)量阻抗”、“整定阻抗”、“動(dòng) 作特性”和“接線方式”等的概念是距離保護(hù)的基礎(chǔ)，現(xiàn)今距離保護(hù)不論采 用何種保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)保護(hù)的目的，除了人工智能式以外，其基本原理還都是 建立在這些基本概念之上的。由于阻抗繼電器都是接于電流互感器和電壓互感器的二次側(cè)，其測(cè)量阻 抗與系統(tǒng)一

34、次側(cè)的阻抗之間存在下列關(guān)系U k U(B) nTVU(B) nTA n nTAZ k 二 二二二 Z1 K I BC nTAI BC nTVnTV式中U(B)加于保護(hù)裝置的一次側(cè)電壓，即母線B的電壓；Ibc 流入保護(hù)裝置的一次電流，流向?yàn)閺腅gIJC;nTV PT勺變比；nTA 線路B-C上TA的變比；Z 二次側(cè)的測(cè)量阻抗。如果保護(hù)裝置的整定阻抗經(jīng)計(jì)算以后為Z；a,則按式(7-8),繼電器的整定阻抗應(yīng)該選擇為ZK.act =ZJ nTA act nTV7.3所示。Uk依據(jù)實(shí)際情況，為了簡(jiǎn)化繼電器的接線方式和數(shù)量，消除過度電阻和互 感器誤差等對(duì)于保護(hù)不利的因素。接線圖如圖圖5-3網(wǎng)絡(luò)接線圖5.2

35、.2對(duì)接線的基本要求為了實(shí)現(xiàn)距離保護(hù)可以可靠有效動(dòng)作，在距離繼電器中加入的電壓U K和I K要才兩足以下要求：(1 )繼電器的測(cè)量阻抗應(yīng)該與短路發(fā)生點(diǎn)到保護(hù)裝置安裝處的距離成正比關(guān)系；(2)繼電器的測(cè)量阻抗需要不隨發(fā)生的故障類型的改變而改變，也就 是說距離保護(hù)的范圍不能隨意變化。如果阻抗繼電器加入的電壓和電流分別是U AB和I A I B時(shí)，我們稱這種接線方式為“ 0。接線”，為U AB和IA時(shí)稱之為“ +30。接線”等等。在 三相中分別用繼電器K1、K2、K3時(shí)，常用的幾種接線方式的名稱及相應(yīng)的電壓和電流組合如表5-1所示。表5-1阻抗繼電器采用不同接線方式時(shí)，接入的電壓和電流關(guān)系K1K2K

36、3.U K.I K.U K.I K.U K.I K0接線.U ABI A I B.U BC.I B I C.U CA.I C I A+30接線.U AB.I A.U BC.I B.U CA.I C-30 接線.U AB.-I A.U BC.-I C.U CA.-I A相電壓和具有 .K3I o補(bǔ)償?shù)南嚯娏鹘?線.U A.I a + K3I o.U B.Ib + K3I。.U C.I c+ K3I 05.2.3相間短路阻抗繼電器 00接線方式這是在距離保護(hù)中廣泛采用的接線方式，現(xiàn)根據(jù)表7.1所示的關(guān)系，對(duì)各種相問短路時(shí)繼電器的測(cè)量阻抗分析如下。測(cè)量阻抗的表示方式是用系統(tǒng) 中的一次阻抗來表示。1

37、.三相短路如圖5-4所示，在線路中出現(xiàn)三相短路的情況時(shí)，由于三相的關(guān)系是對(duì) 稱的，所以三個(gè)繼電器的工作情況應(yīng)該相同。因此，可以選取其中的一個(gè)進(jìn)線路每行分析。以K1為例，設(shè)短路點(diǎn)至保護(hù)裝置安裝地點(diǎn)之間的距離為l ,千米的正序阻抗為 Z1,則保護(hù)安裝地點(diǎn)的電壓Uab應(yīng)為.U AB = U A _U B = I AZ1l - I B Z1l = (I A_ I B)Z1l因此，在三相短路時(shí)，繼電器K1的測(cè)量阻抗為7ZK1通過上面的分析計(jì)算，在發(fā)生三相短路的時(shí)候，三個(gè)繼電器都必須保證 可以準(zhǔn)確測(cè)量短路發(fā)生地點(diǎn)與保護(hù)裝置安裝處的阻抗，這種情況下，三個(gè)繼電器能夠滿足繼電保護(hù)的要求，即可靠動(dòng)作圖5-4三相短

38、路時(shí)測(cè)量阻抗的分析2.兩相短路 .如圖7.5 ,設(shè)以AB相問短路為例，則故障環(huán)路的電壓U ab為.U AB = I AZ1l - I B Z1l = (I A- I B)Z1l因此，繼電器K1的測(cè)量阻抗為.Z(2) = u abZK1Z1lI A - I B通過上面的計(jì)算可知，其繼電器測(cè)量到的阻抗與發(fā)生三相短路的測(cè)量阻抗在 數(shù)值上相等，故 K1能夠可靠動(dòng)作。圖5-5 AB兩相短路時(shí)測(cè)量阻抗的分析在A相和B相出現(xiàn)短路的情況下，此時(shí)可以看出在兩個(gè)繼電器K才口K3上所加電壓為非故障相間的電壓，和Uab相比，在數(shù)值上比之前的大，電流只存在一個(gè)，而且為故障相的電流，數(shù)值較（Ia_Ib）為小，故測(cè)量阻抗大

39、，總而言之，就是說距離繼電器不能如實(shí)反映短路點(diǎn)與保護(hù)裝置安裝處的阻抗。通過分析可知，在上述兩相故障的情況下，只有繼電器K1能夠測(cè)量到準(zhǔn)確的阻抗，故可以可靠動(dòng)作。故當(dāng)BC和CA兩相之間出現(xiàn)短路時(shí)，對(duì)應(yīng)能夠可靠動(dòng)作的繼電器是 K2和K3 ,所以具體情況要具體分析。3.中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中的兩相接地短路如圖5-6所示，A相和B相發(fā)生故障，此時(shí)地中由短路電流流回。因此，.I A I B o圖5-6 AB兩相接地短路時(shí)測(cè)量阻抗的分析這種情況下，可以把 A相和B相叫做“導(dǎo)線一地”的送電線路，并且與互感器耦合在一起，ZL表示輸電線路每千米的自感阻抗，ZM表示輸電線路每千米的互感阻抗，則保護(hù)裝置安裝地點(diǎn)的故障

40、相電壓應(yīng)為.U A = I AZ1l I B ZMl.U B uI B Z1l - I A ZMl因此，繼電器K1的測(cè)量阻抗為億L M)l =ZJ小1)U AB _ (Ia-I b)(Zl -ZM)lZK1 =-.I A I BI A - I B由此可見，在A相和B相發(fā)生短路的情況下,K1能夠準(zhǔn)確的測(cè)量到阻抗,并且與三相短路時(shí)一致， K1能夠可靠地動(dòng)作5.2.4接地短路阻抗繼電器的接線方式在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，如果零序保護(hù)不能滿足繼電保護(hù)要求時(shí)， 這種情況下應(yīng)考慮選用接地距離保護(hù)，接地距離保護(hù)可以準(zhǔn)確的反應(yīng)電網(wǎng)中 的短路情況。在采用接地距離保護(hù)的情況下，繼電器的接線方式會(huì)發(fā)生很大 的改變，

41、以下內(nèi)容是對(duì)接線方式的討論。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障相的情況是電壓降低和電流變大，此外， 會(huì)出現(xiàn)任意兩相之間的電壓升高的情況。因此，在這種情況下選擇把發(fā)生故 障相的電壓和電流加入到繼電器中。例如，對(duì)A相阻抗繼電器采用.U K = U A , I K = I A至于這種接線是否滿足要求，現(xiàn)分析如下：將故障點(diǎn)的電壓 Uka和電流I A分解為對(duì)稱分量，則.I A = I1 +I2 + I 0.U kA =Uk1 +Uk2 + U k0 =0按照各序的等效網(wǎng)絡(luò)，在保護(hù)安裝地點(diǎn)母線上各對(duì)稱分量的電壓與短路 點(diǎn)的對(duì)稱分量電壓之間，應(yīng)具有如下的關(guān)系Ui =Uki + I1 Z1l .U2 =Uk2+|2Z

42、/， .Uo = U k + I oZ0l因此，保護(hù)安裝地點(diǎn)母線上的用目電壓即應(yīng)為.U A =U Ai U A2 U A0 =U k1I 1 Z1lU k1I 2Z1l U k0I 0 Z0l.=Zll( I 1 I 2 I 0 _0) = Zll (I A - I 0 I o )ZiZi= 乙l(I A IoZZ1)Z1.如果采用Uk =Ua和Ik = I A的接線方式時(shí)，則繼電器的測(cè)量阻抗為 .U KI0Zk =Zil (Zo -Zi)l.I KIA.此測(cè)量阻抗之值與 乜之比值有關(guān)，而這個(gè)壁紙因受中性點(diǎn)接地?cái)?shù)目與分布 .I A的影響，并不等于常數(shù)，這種情況下，繼電器無法正確的測(cè)量到保護(hù)裝置

43、安 裝處與短路地點(diǎn)的阻抗，不能使用這種方式。.在發(fā)生單相接地時(shí)，必須保證繼電器的測(cè)量阻抗不受Io的影響，根據(jù)以上分析的結(jié)果，就應(yīng)該給阻抗繼電器加入如下的電壓和電流.U K = U A .Z - z.，I K =Ia+I01 = I a + K3Io乙式中k =Z二冬。一般可近似認(rèn)為零序阻抗角和正序阻抗角相等，因而3Z1K是一個(gè)實(shí)數(shù)，這樣，繼電器的測(cè)量阻抗是 .r U K Z1l(I A K3I0)力Zk - Zil.I K I A K3I o上述繼電器能夠準(zhǔn)確的測(cè)到短路點(diǎn)與保護(hù)裝置安裝處的阻抗，通過比較 數(shù)值，觀察到其數(shù)值與相間短路時(shí)阻抗繼電器的測(cè)量阻抗一致，說明可以可靠地進(jìn)行保護(hù)，此種接線方式得到了廣泛使用為了能夠及時(shí)任一相發(fā)生的單相接地短路，在距離保護(hù)的設(shè)計(jì)中需要采.用三個(gè)繼電器，具接線方式分別為：Ua、Ia+K3Io;Ub、Ib+K3I0；Uc、.I C +K310。在發(fā)生兩相接地短路和三相短路的時(shí)候，上述接線方式能夠及時(shí)反應(yīng)出來，此時(shí)接于故障相的阻抗繼電器的測(cè)量阻抗亦為乙l。結(jié)論本次課程設(shè)計(jì)主要研究升壓站的繼電保護(hù)系統(tǒng)，通過為期兩個(gè)多月的研究分析，順利的完成了設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過程中，認(rèn)識(shí)到知識(shí)的欠缺，分析能力的不足，這些問題導(dǎo)致設(shè)計(jì)緩慢。為了順利的完成設(shè)計(jì)，我努力學(xué)