KV變電站繼電保護設(shè)計

1、TAIYUAN UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY畢業(yè)設(shè)計（論文） 110KV變電站的繼電保護設(shè)計學(xué) 生 姓 名 _ _學(xué) 號 _班 級 _ _所屬院（系）_指 導(dǎo) 教 師 _ _ 2011年 6 月 15 日太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué)院（直屬系）： 華科學(xué)院 時間： 2011年3月8 日學(xué) 生 姓 名李宇鵬指 導(dǎo) 教 師潘峰設(shè)計（論文）題目臨汾城北110KV變電站的繼電保護 主要研究內(nèi)容繼電保護的重要性、線路保護及短路電流，變壓器的差動保護、瓦斯保護，簡單介紹后備保護如相間距離保護、接地距離保護和零序電流保護，其中線路保護包括保護原理、保護

2、整定計算和靈敏性校驗；研究方法查閱整定計算和繼電保護相關(guān)書籍，選出符合自己設(shè)計題目的要求的整定方法，所有的計算公式建立在理論基礎(chǔ)上，通過實際原始數(shù)據(jù)為依據(jù)進行設(shè)計；主要技術(shù)指標(或研究目標)主要設(shè)計線路和變壓器的繼電保護項目，以城北站原始數(shù)據(jù)為依據(jù)，根據(jù)地方用電情況設(shè)計繼電保護項目，確保繼電保護的的可靠性、選擇性、靈敏性和速動性。教研室意見教研室主任（專業(yè)負責人）簽字： 年 月 日 目錄摘 要IIIAbstractIV緒 論- 1 -第1章 繼電保護基礎(chǔ)- 3 -1.1 概述- 3 -1.2 繼電保護的基本原理和任務(wù)- 3 -1.3 繼電保護裝置的基本結(jié)構(gòu)- 3 -1.4 繼電保護的基本要求-

3、 4 -1.5 互感器基礎(chǔ)- 4 -第2章 參數(shù)設(shè)定及阻抗計算- 7 -2.1 參數(shù)設(shè)定- 7 -2.2 阻抗歸算- 7 -第3章 線路的繼電保護- 9 -3.1 線路的整定- 9 -3.1.1 短路電流計算- 9 -3.1.2 整定計算- 13 -3.1.3 定時限過電流保護- 17 -3.1.4 靈敏度校驗- 19 -3.1.5 保護動作時間整定- 21 -3.2線路的電流保護- 21 -3.3線路的接地保護- 25 -3.4線路的距離保護- 26 -3.5線路的縱聯(lián)差動保護- 30 -3.6線路的高頻保護- 31 -第4章 主變壓器的繼電保護- 33 -4.1 主變的整定- 33 -4.

4、1.1 短路電流計算- 33 -4.1.2 計算各種方式下的一次短路電流值- 34 -4.1.3 主變（1B、2B）電流互感器參數(shù)、額定電流、平衡系數(shù)的計算- 34 -4.1.4 計算差動保護一次動作電流- 35 -4.1.5 差動繼電器動作電流和差動線圈匝數(shù)計算- 36 -4.1.6 其他側(cè)工作線圈和平衡線圈匝數(shù)的計算- 36 -4.1.7 整定匝數(shù)與計算匝數(shù)不等引起的相對誤差- 36 -4.1.8 校驗保護靈敏度- 36 -4.2 變壓器保護的配置- 36 -4.3 變壓器的瓦斯保護- 37 -4.4 變壓器的差動縱聯(lián)保護- 38 -4.5 相間短路后備保護- 39 -4.6 接地短路后備

5、保護- 42 -4.7 過負荷保護- 42 -4.8 非電量保護- 43 -第5章、主變、線路保護的選型及裝置介紹- 44 -5.1 主變保護的選型及裝置介紹- 44 -5.2 線路保護的選型及裝置介紹- 44 -總結(jié)- 46 -參考文獻- 47 -致 謝- 48 - 摘 要中國的電力工業(yè)作為國家最重要的能源工業(yè)，一直處于優(yōu)先發(fā)展的地位，電力企業(yè)的發(fā)展也是令人矚目的。電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對繼電保護不斷提出新的要求，也使得繼電保護得以飛速的發(fā)展。本次畢業(yè)設(shè)計以臨汾城北110KV變電站的變壓器、輸電線路和電氣接線方式作為主要原始數(shù)據(jù)，本設(shè)計圍繞110KV變電站的繼電保護設(shè)計，根據(jù)原始資料提供的變電站

6、一次系統(tǒng)圖，重點介紹變壓器的差動保護和瓦斯保護，及線路的速斷保護和過流保護，及其整定計算內(nèi)容。通過計算和比較確定了變電站中電氣設(shè)備的保護和自動裝置的初步設(shè)計方案和配置選型，確定了保護計算的運行方式。關(guān)鍵詞：線路繼電保護，變壓器的繼電保護，短路計算，整定計算AbstractChina's power industry as the country's most important energy industry and has been in priority development of position, the electric power enterprise's

7、 development is remarkable. The rapid development of electric power system of relay protection continuously put forward new requirements, but also makes the relay protection to rapid development. The graduation design of transformer substation north 110KV Lin Fen, transmission line and electrical wi

8、ring way as main raw data, the design of 110 kv substations around the relay protection design, according to primitive material provides substation, mainly introduce the first system chart of transformer differential protection and gas protection, and wiring in quick break protection and over curren

9、t protection, and setting calculation content. Through calculation and comparison identified in the substation of electric equipment protection and automatic device preliminary design scheme and configuration selection, determine the protection calculation of operation mode. Keywords: Circuit relay

10、protection, transformer of relay protection, short circuit calculation and setting calculation 緒 論電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術(shù)、計算機技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護技術(shù)的發(fā)展不斷地注入了新的活力，因此，繼電保護技術(shù)在40余年的時間里完成了發(fā)展的4個歷史階段。繼電保護技術(shù)經(jīng)歷了基于集成運算放大器的集成電路保護、超大規(guī)模集成電路的集成電路保護、微機保護等。繼電保護技術(shù)未來趨勢是向計算機化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。本次畢業(yè)設(shè)計是作者在臨汾城北

11、變電站參觀學(xué)習時，以變電站的建站的原始數(shù)據(jù)為依據(jù)，本變電所110KV有兩回進線，可采用單母線分段接線，當一段母線發(fā)生故障時，分段斷路器自動切除故障段，保障正常母線不間斷供電。35KV和10KV出線有較多重要用戶，所以均采用單母線分段接線方式。主變壓器110KV側(cè)中性點經(jīng)隔離開關(guān)接地，并裝設(shè)避雷器保護。計算用到的一切數(shù)據(jù)全部來自該變電站的真實數(shù)據(jù)，但整定計算結(jié)果是不一樣的，原因是變電站的繼電保護全是微機保護，整定計算的公式與理論公式有所出入。設(shè)計計算時查閱了相關(guān)繼電保護和整定計算相關(guān)的書籍，并得到了有關(guān)繼電保護工程師的理論幫助，從許多的整定方法中選出與自己設(shè)計課題相符的整定方式，所有的計算公式全

12、是建立在理論基礎(chǔ)上的。設(shè)計共分為五章，對繼電保護的基礎(chǔ)和線路繼電保護方法做了簡單闡述，主要部分是系統(tǒng)短路電流計算和線路保護整定計算，以及變壓器的相關(guān)保護，分別對各個短路的進行了三相短路、兩相短路、兩相接地短路和單相接地短路計算。變電站的#1、#2輸電線路的主保護是光纖縱聯(lián)差動保護，后備保護是相間距離保護、接地距離保護和零序電流保護，所以這次設(shè)計對保護線路進行這幾種保護的整定計算。臨汾城北110KV變電站按六臺主變設(shè)置總平，五臺10/10k容量為5x40M雙卷有載調(diào)壓變壓器，一臺110/35kV，容量為20MVA的雙卷有載調(diào)壓變壓器。對于其二期工程將裝設(shè)一臺40MVA,一臺31.5MVA的主變壓

13、器。對于各級電壓的出線，110KV進線最終三回，目前投入使用兩回，10KV出線五十三回，目前投入使用二十四回。對于無功補償要求，按照無功功率就地平衡的原則，及省電力公司批復(fù)的文件要求（變電站的無功補償后，功率因數(shù)不小于0.98），本設(shè)計按主變（最終規(guī)模）容量的15考慮，采用靜止無功自動補償方式，設(shè)兩組7500千乏電容器，預(yù)留5x7500千乏電容器組的位置。采用屋內(nèi)柜式無功補償，接線型式為單星形，串聯(lián)電抗器接于電源側(cè)以限制涌流及抑制高次諧波。其電氣主接線為雙母線接線型式，10kV最終規(guī)模為、段單母線分段型式，、段單母線分段型式。各電壓等級中性點接地方式：110kV系統(tǒng)通過變壓器中性點直接接地。1

14、0kV系統(tǒng)采用不接地方式。站內(nèi)分隔成四個部分：110kV配電區(qū)、主變、10kV配電及控制室建筑區(qū)、電容補償裝置區(qū)。站區(qū)南側(cè)為110kV配電裝置，采用半高型軟母線布置方式；站區(qū)北側(cè)為10kV配電區(qū)；站區(qū)中央為主變布置，與110kV配電區(qū)分列路兩旁；電容補償裝置在站區(qū)的東面；控制室及附屬建筑區(qū)布置在站區(qū)北面，進站大門在站區(qū)西側(cè)。為了防止直擊雷危害站內(nèi)的電力設(shè)施，設(shè)四支30米高獨立避雷針聯(lián)合保護站區(qū)。為防止沿線路的雷電侵入波和操作過電壓對設(shè)備的危害，110kV、10kV母線及10kV出線口裝設(shè)氧化鋅避雷器。110kV母線上所裝避雷器與主變壓器的電氣距離經(jīng)計算約為140m，根據(jù)交流電氣裝置的過電壓保護

15、和絕緣配合規(guī)程規(guī)定，金屬氧化物避雷器至主變的最大電氣距離為120m（進線回路數(shù)為2，避雷線長度為1.5km），故在每臺主變壓器回路上各裝設(shè)氧化鋅避雷器一組。為了保護和工作需要，全站設(shè)主接地網(wǎng)，其電阻不大于0.5歐，主網(wǎng)埋深0.8米；獨立避雷針應(yīng)設(shè)獨立接地網(wǎng)，其電阻不大于10歐。根據(jù)需要，城北站的主變選擇為SZ10-31500/110,110±8x1.25%/10.5 （Ynd11 ）Uk=14.7%一臺；SZ10-40000/110,110±8x1.25%/10.5（Ynd11）Uk=14.7%一臺；110kV斷路器LW25-126W（40kA）；電流互感器LB7-110W

16、；隔離開關(guān)GW4-110DW/1600A；避雷器YH10WZ-100/260W；10kV開關(guān)柜XGN2A-12Z系列；避雷器HY5W-17/45。對于城北站的電氣二次保護部分采用先進的綜合自動化系統(tǒng)，按無人值班要求設(shè)計。設(shè)備采用微機綜合自動化裝置，綜合考慮監(jiān)控、保護、計量、遠動、低周減載、小電流接地選線、微機五防及交直流電源。綜自系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、控制保護信息處理、信息網(wǎng)絡(luò)部分組成。具有“遙測、遙信、遙控、遙調(diào)”，遠方、就地操作閉鎖及遙控跳閘閉鎖重合閘功能。事故信號、預(yù)告信號重復(fù)動作、遠方及就地復(fù)歸，發(fā)生事故推畫面，在主接線顯示并伴有語音報警及文字說明，同時打印記錄。10kV線路、10kV分段并

17、列監(jiān)控保護裝置就地安裝于開關(guān)柜小門上，二次消諧裝置分別裝在10kV兩段PT柜小門上。主變及110kV線路監(jiān)控保護裝置組屏裝于控制室內(nèi)：綜合測控屏1面（通訊管理單元、溫度變送器、智能規(guī)約轉(zhuǎn)換器、10kV PT保護、），公用屏1面，變壓器監(jiān)控保護屏2面(變壓器差動保護裝置、變壓器非電量保護裝置、變壓器兩側(cè)后備保護裝置、變壓器監(jiān)控裝置)，110kV線路監(jiān)控保護裝置屏2面（含110kV PT并列裝置1套），110kV母聯(lián)保護測控屏1面，110kV母線保護屏1面，電度表屏2面，本期上1面。電度表采用多功能電度表，設(shè)低周低壓減載屏2面、故障錄波屏2面，本期均各上1面。10kV電度表裝于開關(guān)柜小門上，主變兩

18、側(cè)及110kV線路電度表裝于控制室電度表屏上。第1章 繼電保護基礎(chǔ)1.1 概述電力系統(tǒng)的規(guī)模隨著經(jīng)濟的發(fā)展越來越大，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。運行就得要求安全可靠電能質(zhì)量高、經(jīng)濟性好。由于自然條件、設(shè)備及人為因素的影響，可能出現(xiàn)各種故障和不正常運行狀態(tài)。故障中最常見，危害最大的是各種型式的短路。故障或不正常運行狀態(tài)若不及時正確處理，都可能引發(fā)事故。為了及時正確處理故障和不正常運行狀態(tài)，避免事故發(fā)生，就產(chǎn)生了繼電保護，它是一種重要的反事故措施。繼電保護裝置是完成繼電保護功能的核心，它是能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障和不正常運行狀態(tài),并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。1.2 繼電保護的基本原理和

19、任務(wù)在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，許多參量比正常時候都有了變化，有的變化明顯，有的不明顯。明顯的有電流劇增、電壓大幅下降、線路測量阻抗減少、功率方向變化、負序或零序分量出現(xiàn)等，根據(jù)不同電氣量的變化，可構(gòu)成不同原理的繼電保護配置。不論那種電氣量變化，當其測量值超過一定數(shù)值時，繼電保護將有選擇地切除故障或顯示電氣設(shè)備的異常情況。如：根據(jù)短路電流較正常電流升高的特點，可構(gòu)成過電流保護；利用電壓與電流之間相位差的改變可構(gòu)成方向保護等。繼電保護的任務(wù)是：（1）當電力系統(tǒng)中某電氣元件發(fā)生故障時，能自動、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)正常運行。（2）當電

20、力系統(tǒng)中某電氣元件出現(xiàn)不正常運行狀態(tài)時，能及時反應(yīng)并根據(jù)運行維護的條件發(fā)出信號或跳閘。1.3 繼電保護裝置的基本結(jié)構(gòu)繼電保護裝置一般由現(xiàn)場信號輸入部分、測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分組成。（1）現(xiàn)場信號輸入部分：現(xiàn)場信號送入繼電保護裝置一般要進行必要的前置處理，如隔離、電平轉(zhuǎn)換、低通濾波等，使繼電器能有效地檢測各現(xiàn)場物理量。（2）測量部分：是測量從被保護對象輸入的有關(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行比較，根據(jù)比較結(jié)果給出邏輯信號，從而判斷保護是否該起動。（3）邏輯部分：是根據(jù)測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，使保護裝置按一定邏輯關(guān)

21、系工作，最后確定是否應(yīng)跳閘或發(fā)信號，并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行元件。（4）執(zhí)行部分：是根據(jù)邏輯元件傳送的信號，最后完成保護裝置所擔負的任務(wù)。如：故障時跳閘，不正常運行時發(fā)信號，正常運行時不動作等。1.4 繼電保護的基本要求根據(jù)繼電保護任務(wù)，對動作于跳閘的繼電保護其具有選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。這些要求是相輔相成、相互制約的，需要根據(jù)具體的使用環(huán)境進行協(xié)調(diào)保證。（1）選擇性：是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置僅將故障元件切除，而使非故障元件仍能正常運行，以盡量減小停電范圍。（2）速動性：是指保護快速切除故障的性能，故障切除的時間包括繼電保護動作時間和斷路器的跳閘時間。（3）靈敏性：是指在規(guī)定的保護

22、范圍內(nèi)，保護對故障情況的反應(yīng)能力。滿足靈敏性要求的保護裝置應(yīng)在區(qū)內(nèi)故障時，不論短路點的位置與短路的類型如何，都能靈敏地正確地反應(yīng)出來。（4）可靠性：是指發(fā)生了屬于它該動作的故障，它能可靠動作，而在不該動作時，它能可靠不動。即不發(fā)生拒絕動作也不發(fā)生錯誤動作。1.5 互感器基礎(chǔ)電壓互感器電壓互感器是隔離高電壓，供繼電保護、自動裝置和測量儀表獲取一次電壓信息的傳感器。是一種特殊型式的變壓器。電壓互感器具有如下特點：（1）容量?。ㄍǔＶ挥袔资不驇装俜玻?。（2）一次電壓不受二次電壓的影響。（3）正常運行時近似空載，二次電壓基本上等于二次感應(yīng)電動勢。（4）二次側(cè)嚴禁短路，二次一般接有熔斷器保護。電壓

23、互感器是一個內(nèi)阻極小的電壓源，正常運行時負載阻抗很大，相當于開路狀態(tài)，二次側(cè)僅有很小的負載電流。當二次側(cè)短路時，負載阻抗為零，將產(chǎn)生很大的短路電流，會將電壓互感器燒壞。電壓互感器的接線方式常見的有四種方式，如圖1.1所示。圖1.1 三相五柱式電壓互感器接線方式單相式。用一個單相電壓互感器接于電路中，供測量線電壓。兩個單相電壓互感器接成V/V形，供測量各個線電壓和測量電能。三個單相電壓互感器接成Y0/Y0形，供電給需要線電壓的儀表、繼電器，并供電給絕緣監(jiān)察電壓表。三個單相三線圈電壓互感器或一個三相五芯柱三線圈電壓互感器接成Y0/Y0/(開口三角形)。接成Y0的二次線圈，供電給需要線電壓的儀表、繼

24、電器及作為絕緣監(jiān)察的電壓表；輔助二次線圈接成開口三角形，構(gòu)成零序電壓過濾器，供電給監(jiān)察線路絕緣的電壓互感器。當某一相接地時，開口三角形兩端將出現(xiàn)近100V的零序電壓，使電壓繼電器動作，給予信號。電流互感器電流互感器就是把大電流按比例降到可以用儀表直接測量的數(shù)值，并作為各種繼電保護的信號源。電流互感器具有如下特點：（1）二次側(cè)接的是儀表和繼電器的電流線圈，阻抗很小，接近于短路工作狀態(tài)。（2）二次側(cè)阻抗很小，N1/N2也很小，故對一次側(cè)的電流幾乎無影響，一次側(cè)電流取決于電網(wǎng)負載。（3）I1=N1/N2I2，如測得I2，而N1，N2已知，就可得到I1。（4）電流互感器在正常運行時，二次電流產(chǎn)生的磁通

25、勢起去磁作用，勵磁電流甚小，鐵芯中的總磁通很小，二次繞組的感應(yīng)電動勢不超過幾十伏。如果二次側(cè)開路，二次電流的去磁作用消失，其一次電流安全變?yōu)閯畲烹娏?，引起鐵芯內(nèi)磁通劇增，鐵芯處于高度飽和狀態(tài)，加之二次繞組的匝數(shù)很多，根據(jù)電磁感應(yīng)定律E=4.44fNBS，二次繞組兩端會產(chǎn)生很高的電壓，不但可能損失二次繞組的絕緣，而且將嚴重危及人身安全。因此，應(yīng)特別注意防止二次繞組開路。電流互感器的接線方式常見的有三種方式，如圖1.2所示。 圖1.2 電流互感器接線方式（a）兩相不完全星形 （b）兩相電流差三相三繼電器式接線方式又叫三相星形、安全星形接線方式。這種接線方式廣泛用在負荷一般不平衡的三相四線制系統(tǒng)中，

26、作三相電流、電能測量及電流繼電器保護之用，如各種相間短路和單相接地短路故障。兩相兩繼電器式接線方式又叫不完全星形接線方式。此種接法由兩只電流互感器和兩只電流繼電器裝在U、W（A、C）兩相上對應(yīng)連接起來。適用于變壓器中性點不接地或經(jīng)過消弧線圈接地的電力系統(tǒng)的線路電流保護。它能滿足各種相間短路的要求。兩相一繼電器式接法方式又叫兩相電流差式接法。此種接法由兩只電流互感器分別裝在U、W（A、C）兩相上，采用一只電流繼電器，接于兩相電流差回路。對于不同形式的故障，流過繼電器的電流不同。適用于三相三線制電力系統(tǒng)中的相間短路保護。第2章 參數(shù)設(shè)定及阻抗計算2.1 參數(shù)設(shè)定 平均電壓基準功率 變壓器額定功率2

27、.2 阻抗歸算線路阻抗標幺值，線路阻抗有名值，其中，即線路阻抗都為歸算至側(cè)的值。1)10kV側(cè)L104L107 L1011 L1012L1015L1019有名值（）100.9705153.6508136.0907100.9705144.8707188.77102)35kV側(cè)L31L32 L33 L34L35L36有名值（）63.637756.566842.425160.102363.637742.42513)110kV側(cè)基準阻抗，阻抗標幺值，其中為阻抗有名值。L11L12XT-1XT-2大方式小方式零序大方式小方式零序標幺值0.12700.18150.06270.04180.09490.048

28、80.03350.0696（1）110kV側(cè)最大、最小阻抗標幺值（2）110kV側(cè)最大、最小阻抗有名值4)主變（1）歸算到110kV側(cè)的變壓器阻抗標幺值則，=，同理,變壓器阻抗標幺值:（2）歸算到110kV側(cè)的變壓器阻抗有名值高壓側(cè)中壓側(cè)低壓側(cè)標幺值0.2764-0.01740.1799有名值（）33.4414-2.102421.7649第3章 線路的繼電保護3.1 線路的整定 短路電流計算線路末端最大三相短路電流：（1）35kV側(cè)1）L31線路末端最大三相短路電流2）L32線路末端最大三相短路電流：3）L33線路末端最大三相短路電流：4）L34線路末端最大三相短路電流：5）L35線路末端最大

29、三相短路電流：6）L36線路末端最大三相短路電流：（2）10kV側(cè)1）L104線路末端最大三相短路電流2）L107線路末端最大三相短路電流 3）L1011線路末端最大三相短路電流4）L1012線路末端最大三相短路電流5）L1015線路末端最大三相短路電流： 6）L1019線路末端最大三相短路電流： 整定計算保護的段定值為（1）35kV側(cè)1）L31線路保護的段定值為 ，滿足要求。2）L32線路保護的段定值為，滿足要求。3）L33線路保護的段定值為，滿足要求。4）L34線路保護的段定值為，滿足要求。5）L35線路保護的段定值為，滿足要求。6）L36線路保護的段定值為，滿足要求。（2）10kV側(cè)1）

30、L104線路保護的段定值為，滿足要求。2）L107線路保護的段定值為，滿足要求。3）L1011線路保護的段定值為，滿足要求。4）L1012線路保護的段定值為，滿足要求。5）L1015線路保護的段定值為，滿足要求。6）L1019線路保護的段定值為，滿足要求。 定時限過電流保護 （歸算到側(cè)電流，功率因數(shù)， 0.95系數(shù)是考慮電壓降低5%時，輸送最大功率）（1）35kV側(cè)1）L31線路2）L32線路3）L33線路4）L34線路5）L35線路6）L36線路（2）10kV側(cè)1）L104線路2）L107線路3）L1011線路4）L1012線路5）L1015線路6）L1019線路 靈敏度校驗作本線路后備保護

31、時，按本線路末端最小兩相短路電流校驗。（1）35kV側(cè)1）L31線路，靈敏度滿足要求。2）L32線路，靈敏度滿足要求。3）L33線路，靈敏度滿足要求。4）L34線路，靈敏度滿足要求。5）L35線路，靈敏度滿足要求。6）L36線路，靈敏度滿足要求。（2）10kV側(cè)1）L104線路，靈敏度滿足要求。2）L107線路，靈敏度滿足要求。3）L1011線路，靈敏度滿足要求。4）L1012線路，靈敏度滿足要求。5）L1015線路，靈敏度滿足要求。6）L1019線路，靈敏度滿足要求。圖3.1 主接線原理圖 保護動作時間整定保護的時限按階梯原則，比相鄰元件后備保護最大動作時間大一個時間級差。3.2線路的電流保

32、護電力系統(tǒng)正常運行時，輸電線路上流過負荷電流，額定情況下，母線電壓為額定電壓。當輸電線路發(fā)生相間短路時，各電源至短路點之間的回路上流過短路電流，故障相母線電壓降低為殘余電壓。利用這一特征反應(yīng)故障的發(fā)生，可構(gòu)成電流電壓保護。過電流保護就是在線路電流達到電流整定值時電流繼電器動作；低電壓保護就是在母線電壓低于電壓整定值時低電壓繼電器動作。常見的線路相間短路保護電流電壓保護有瞬時電流速斷保護、限時電流速斷保護、定時限過電流保護。單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)中，如圖3.2所示。A、B、C都裝設(shè)有電流保護，在線路L1上任意一點發(fā)生的短路故障，A保護1可靠動作，并跳開斷路器1QF，切除故障。同理，對于線路L2和L3

33、上的短路故障，B、C保護2、3分別起動并跳開2QF、3QF。瞬時電流速斷保護瞬時電流速斷保護可作為快速切除被保護元件出口處的嚴重短路故障保護，其動作不帶時限，僅有保護裝置固有動作時間。以圖3.2中線路AB的保護1為例，為保證選擇性，在相鄰線路BC出口短路時，保護1瞬時電流速斷保護不應(yīng)該起動，為此其動作電流應(yīng)躲過線路末端B點的最大短路電流，因此瞬時電流速斷保護得動作電流按躲過本線路末端短路時流過保護的最大短路電流來整定，即：圖3.2電流保護原理與特性圖 （3-1）式中 瞬時電流速斷保護的動作電流； 可靠系數(shù)，取1.21.3； 被保護線路末端短路時，流過保護的最大短路電流。從圖2-1中可以看出，瞬

34、時電流速斷不能保護線路全長，只能保護線路首段的一部分，最大運行方式發(fā)生三相短路時，保護區(qū)長度為Lmax；最小運行方式下發(fā)生兩相短路時，保護區(qū)長度為Lmin，保護范圍因系統(tǒng)運行方式和故障形式而改變。電流速斷保護的靈敏度用保護范圍百分比來表示。一般要求最大保護范圍達線路全長的50%，最小保護范圍達線路全長的15%20%。電流速斷保護的單向原理接線如圖3.3所示，電流繼電器KA接于電流互感器TA的二次側(cè)，它動作后起動中間繼電器KM，其觸電閉合后，使操作電源經(jīng)信號繼電器KS接通繼電器的跳閘線圈YR，使斷路器QF跳閘。圖3.3 瞬時電流速斷保護單相原理接線限時電流速斷保護限時電流速斷保護的保護范圍為線路

35、全長，其保護范圍必然要延伸到相鄰線路的一部分，并保證其保護范圍不超過相鄰線路的瞬時電流速斷保護，它的動作電流應(yīng)按躲過相鄰線路瞬時電流速斷的動作電流來整定。對圖3.3中保護1，應(yīng)為 （3-2）式中 保護1限時電流速斷的動作電流； 下一級線路瞬時電流速斷的動作電流； 可靠系數(shù)，取1.11.2。為了保證選擇性，限時電流速斷應(yīng)有時限，其動作時限t1,應(yīng)比相鄰線路瞬時電流速斷保護的動作時間t2,I大一個，即 （3-3）在線路末端校驗保護1限時電流速斷保護在最小運行方式下發(fā)生兩相短路時的靈敏度系數(shù) （3-4）式中 被校驗保護1的段動作電流； 在校驗點發(fā)生最小兩相短路時，流過被校驗保護的短路電流。如果靈敏度

36、不能滿足要求時，可考慮與下線路的限時電流速斷保護相配合，其動作時限也必須比下一線路的限時電流速斷大一個，以保證選擇性。3.2.3定時限過電流保護過電流保護動作通常按躲開最大負荷電流整定。正常運行時，保護應(yīng)可靠不誤動，在其保護范圍內(nèi)發(fā)生短路故障時，反應(yīng)于短路電流而動作。其保護范圍不僅能覆蓋本線路的全長，而且也能覆蓋相鄰線路的全長。以圖1-1為例。線路L1的過電流保護動作值Iop應(yīng)躲過正常運行最大負荷電流 （3-5）當相鄰元件三相短路故障切除后，負荷自起動時，保護1在最大自起動電流Ist下應(yīng)可靠地返回。所以，保護1的返回電流Ire應(yīng)滿足。引入可靠系數(shù)krel，可選擇返回電流滿足。動作電流與返回電流

37、之間滿足關(guān)系 （3-6）所以，過電流保護的動作電流可整定為 （3-7）式中 可靠系數(shù)，一般取1.251.25；自起動系數(shù)，由負荷性質(zhì)決定，其數(shù)值大于或等于1；返回系數(shù)，一般取0.85。這樣整定的過電流保護一般都很靈敏，當線路L3上k3點短路時，短路電流由電源經(jīng)線路L1、L2至短路點。短路電流經(jīng)過的各線路的線路過電流保護可能都會起動。按選擇性的要求，此時應(yīng)由保護裝置3動作，使斷路器3QF跳閘。故障切除后，短路電流消失，各保護裝置都返回。為保證過電流保護的選擇性，各保護裝置應(yīng)具有不同的動作時間，即 （3-8）引入時間級差，使 （3-9） （3-10）為了降低整個電網(wǎng)保護的動作時間，在滿足選擇性的前

38、提下，應(yīng)盡量小。根據(jù)斷路器和繼電器的型式不同，在0.350.6s之間，一般取0.5s。過電流保護的靈敏度是用靈敏系數(shù)來校驗的，靈敏系數(shù)就是在被保護元件靈敏度校驗點發(fā)生金屬性相間短路時，流過繼電保護的最小短路電流與動作電流之比，即 （3-11）式中 靈敏系數(shù)；靈敏度校驗點兩相短路時流過繼電器的最小短路電流；保護的動作電流。由于定時限過電流保護的動作時間是按階梯原則進行整定的，在靠近電源處的過電流保護的動作時限可能較長，所以，過電流保護一般作為后備保護，可采用瞬時電流速斷保護和限時電流速斷保護作為線路的主保護。為了迅速、可靠地切除線路故障，通常采用三段式電流保護。瞬時電流速斷保護為I段，限時電流速

39、斷保護為II段，定時限過電流保護為III段，如圖3.4所示。圖3.4 三段式電流保護原理接線圖3.3線路的接地保護在中性點直接接地電網(wǎng)中，當發(fā)生單相接地短路時，將出現(xiàn)大的短路電流，一般都裝有接地短路保護。三段式零序電流保護是常用的中性點直接接地電網(wǎng)接地故障主保護。典型的配置是以瞬時零序電流速斷保護作為I段，限時零序電流速斷保護作為II段，定時限零序電流保護作為III段，根據(jù)具體需求，有時是四段保護。圖3.5是三段式零序電流保護的原理接線圖。圖中三個電流互感器輸出零序電流，零序電流繼電器反應(yīng)此零序電流而分別起動。圖3.5 零序電流保護原理接線圖瞬時零序電流速斷保護的動作電流應(yīng)躲過下一級相鄰線路出

40、口處發(fā)生接地短路是流過保護安裝處的最大三倍零序電流，即： （3-12）限時零序電流速斷保護的動作電流應(yīng)躲過下一級相鄰元件放入瞬時零序電流速斷保護范圍末端發(fā)生接地短路時流過保護安裝處的三倍零序電流，即： （3-13）在本段線路末端校驗靈敏度時，要求，若不能滿足，可考慮與相鄰線路零序II段配合。定時限零序過電流保護動作電流應(yīng)躲過零序電流濾過器輸出的最大不平衡電流，即 （3-14）當中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地短路故障時，整個電壓系統(tǒng)產(chǎn)生零序電壓；非故障線路零序電流為本身對地電容電流之和，相位超前零序電流90°；故障線路零序電流為所有非故障元件對地電容電流之和，相位滯后零序電壓90

41、76;。因此，構(gòu)成中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障的常用電流電壓保護：絕緣監(jiān)視裝置，零序電流保護，零序功率方向保護。3.4線路的距離保護對于線路保護，故障點位置或者故障點到保護安裝處的距離與線路阻抗有良好的線性關(guān)系，當在理想條件下發(fā)生金屬性短路時，故障點安裝處的線路阻抗即短路阻抗Zk就是保護安裝處電壓于電流的比值即測量阻抗ZK。如果把測量阻抗于規(guī)定保護范圍邊界的整定阻抗Zset進行比較，就可以確定短路故障點的位置，經(jīng)過邏輯判斷，再決定保護是否應(yīng)該動作以及如何動作。這就是距離保護，也叫阻抗保護。其保護不受系統(tǒng)運行方式的影響，在選擇性、靈敏性及可靠性上都十分優(yōu)良。距離保護的核心就是阻抗繼電器，其基本原

42、理如圖3.6所示。常用的阻抗繼電器動作特性有圓特性、直線特性、多邊形特性等。圖3.7是阻抗平面上的全阻抗特性。它是一個以原點為圓心、以Zset為半徑的圓面，圓內(nèi)是動作區(qū)，當ZK指向圓上時，ZK等于動作阻抗Zop，繼電器臨界動作。所以，全阻抗特性阻抗繼電器的動作方程就是：幅值比較式： （3-15）圖3.6 阻抗繼電器基本原理圖3.7 全阻抗特性相位比較式： （3-16）全阻抗特性阻抗繼電器不具有方向性，即使與不在同一個半平面，只要滿足幅值式，繼電器也動作。圖3.7是方向阻抗特性。它是一個以Zset為直徑、經(jīng)過原點的圓面。所以，方向阻抗特性阻抗繼電器的動作方程就是：幅值比較式： （3-17）相位比

43、較式： （3-18）方向阻抗特性阻抗繼電器具有方向性，必須在以Zset為法線的半平面里，繼電器才有可能動作。 3.4.1距離保護的構(gòu)成距離保護主要由起動部分、距離部分和邏輯執(zhí)行部分組成。起動部分完成整套保護的起動，有的起動元件可兼作震蕩閉鎖元件或距離III段的測量元件。距離部分是指距離I、圖3.8方向阻抗特性II段阻抗繼電器，通常，距離保護I、II段共用一個阻抗繼電器，在保護起動后0.1s時，由起動元件實現(xiàn)整定值由I段到II段的切換。邏輯執(zhí)行部分主要完成延時和跳閘等功能。3.4.2距離保護的整定計算距離保護一般采用三段式保護，I、II段構(gòu)成主保護，III段作為后備保護。距離保護的整定需要確定各

44、段保護的整定阻抗Zset、靈敏度和動作時間，并要求校驗靈敏度。以圖3.9為例說明。圖3.9 距離保護的整定計算圖（1）距離I段動作阻抗應(yīng)按躲過線路末端短路的條件選擇，即 （3-19）式中 I段可靠系數(shù)，取0.80.85；被保護線路的阻抗。I段保護范圍為線路全長80%85%，距離保護I段沒有時限，只有保護回路的固有延時，一般不超過0.1s。在選擇I、II段阻抗繼電器靈敏角時，應(yīng)盡量使靈敏角接近線路阻抗角，當時，整定阻抗與動作阻抗幅值相等，即。（2）距離II段動作阻抗應(yīng)按躲過相鄰線路I段保護末端短路的條件選擇，即 （3-20）式中 相鄰線路距離I段動作阻抗。在被保護線路末端校驗距離II段靈敏度Ks

45、 （3-21）距離II段的動作時間應(yīng)選擇比之配合的保護動作時間多一個 （2-22）一般選擇。（3）距離III段距離保護III段測量元件一般由起動元件兼任。當采用阻抗元件時，可選擇全阻抗繼電器，若靈敏度不夠，也可選擇方向阻抗繼電器。距離保護III段在正常運行及外部故障切除后本線路最大負荷自起動過程中，不能誤動作。所以，其動作阻抗應(yīng)按躲過自起動過程中最小負荷阻抗進行選擇 （3-23）采用全阻抗繼電器時 （3-24）采用方向阻抗繼電器時 （3-25）由于負荷阻抗角較小，一般在0o25o之間。距離III段的動作時間應(yīng)比所有相鄰元件的后備保護的動作時間大至少一個 （3-26）在被保護線路末端校驗距離II

46、I段作為本線路近后備保護的靈敏度Ks （3-27）在相鄰線路末端校驗距離III段作為相鄰線路遠后備保護的靈敏度Ks （3-28）3.5線路的縱聯(lián)差動保護輸電線路的的縱聯(lián)差動保護由于采用的通道不同，在裝置原理、結(jié)構(gòu)、性能和適用范圍等方面具有很大的差別?？v聯(lián)光纖差動保護是最簡單的一種，它是用光導(dǎo)纖維作為通信信道的縱聯(lián)差動保護，尤其對于整定配合比較困難的短線路優(yōu)越性更明顯。光纖差動保護在線路保護中已經(jīng)應(yīng)用很廣泛了。輸電線路的縱聯(lián)差動保護就是用某種通信通道將輸電線路兩端的保護裝置縱向連接起來，將各端的電氣量傳送到對端，將兩端的電氣量比較，以判斷故障在本線路范圍內(nèi)還是在線路范圍之外，從而決定是否切斷被保

47、護的線路?？v聯(lián)差動保護的基本原理是基于比較被保護線路始端和末端電流的大小和相位原理構(gòu)成的。如圖3.10所示。在線路的兩端裝設(shè)特性和變比完全相同的電流互感器，兩側(cè)電流互感器一次回路的正極性均接于靠近母線的一側(cè)，二次回路的同極性端子相連接，差動繼電器則并聯(lián)在電流互感器的二次端子上。圖3.10 線路縱聯(lián)差動保護區(qū)外故障圖當線路正常運行或外部故障時，流入差動繼電器的電流是兩側(cè)電流互感器二次側(cè)電流之差，近似為零，也就是相當于繼電器中沒有電流流過，即流入繼電器線圈的電流為 （3-29）式中 nTA電流互感器變比。但實際上，由于兩側(cè)電流互感器的勵磁特性不可能完全一致，因此，繼電器線圈會流入不平衡電流，繼電器

48、不動作。為了保證差動保護動作的選擇性，差動繼電器動作電流必須躲過最大不平衡電流。如圖3.11所示，當線路內(nèi)部故障時，流入繼電器線圈的電流為兩側(cè)電源供給短路點的總電流，大于繼電器的動作電流，繼電器動作，將線路兩側(cè)的斷路器跳開。即流入繼電器線圈的電流為 （3-30）式中 流入故障點總的短路電流。圖3.11 線路縱聯(lián)差動保護區(qū)內(nèi)故障圖從以上分析可知，縱聯(lián)差動保護裝置的保護范圍就是線路兩側(cè)電流互感器之間的距離。保護范圍以外短路時，保護不動作，故不需要與相鄰元件的保護在動作值和動作時限上相互配合，因此，它可以實現(xiàn)全線瞬時動作切除故障。3.6線路的高頻保護在高壓線路上，為了減輕故障所造成的損失，保證電力系

49、統(tǒng)的并列運行的穩(wěn)定性，提高輸送功率，需要瞬時切除線路上任何一點發(fā)生的短路故障。電流保護、距離保護等僅反應(yīng)線路本段電氣量變化，很難同時滿足高壓線路在選擇性和速動性上的要求。必須綜合反應(yīng)線路兩側(cè)故障電氣量，才能實現(xiàn)全線速動。但必須把故障特征信息可靠地傳送到對端，就必須借助于某種介質(zhì)通道。高頻保護就是借助高頻通道傳送故障電氣量特征信息，綜合兩側(cè)的故障電氣量特征，當判斷出故障是在本線路內(nèi)時，迅速發(fā)出跳閘命令，切除故障的保護。高頻通道有“相相”制和“相地”制兩種方式，前者以輸電線路的兩相作為高頻加工通道，它的傳輸效率高，設(shè)備多，造價高；后者僅采用一相線路，設(shè)備少，投資少。目前，許多國家都采用這種后者。圖

50、3.12所示為為“相地”制高頻通道。它由輸電線路、高頻阻波器、結(jié)合電容器、連接濾波器、高頻電纜和高頻收發(fā)信機等部分組成。目前，廣泛采用的高頻保護按工作原理的不同可分為兩大類，既方向高頻保護和相差高頻保護。方向高頻保護的基本原理是以比較被保護線路兩端的功率方向，來判別輸電線路的內(nèi)部或外部故障，當被保護線路內(nèi)部發(fā)生故障時，兩側(cè)的功率方向都是從母線流向線路，功率方向元件皆動作，兩側(cè)高頻保護都不發(fā)生閉鎖信號，故輸電線路兩側(cè)的斷路器立即跳閘；當在外部發(fā)生故障時，靠近故障點一側(cè)的保護發(fā)出閉鎖信號。相差高頻保護的基本原理是比較兩端電流的相位的保護，若線路兩側(cè)電源電動勢同相位，系統(tǒng)各元件阻抗角相等，則當線路內(nèi)

51、部故障時，兩側(cè)電流同相位；當外部故障時，兩側(cè)電流相位差為180o。它就是利用這種原理構(gòu)成保護裝置。圖3.12高頻通道的構(gòu)成示意圖1阻波器；2組合電容器；3連接濾波器；4高頻電纜；5高頻收發(fā)信機；6刀閘第4章 主變壓器的繼電保護4.1 主變的整定 短路電流計算圖4.1為該變電站進線、變壓器等效阻抗圖。圖4.1 變電站進線、變壓器等效阻抗圖要計算最大三相短路電流及兩相短路電流，所以系統(tǒng)阻抗用等值最大阻抗。對于110kV母線故障，考慮兩條進線同時運行的情況以計算最大三相短路電流及兩相短路電流；對于35kV母線故障，因為不考慮兩臺主變長期并列運行，所以按分列運行情況進行計算，計算最大三相短路電流及兩相短路電流；對于10kV母線故障，因為不考慮兩臺主變長期并列運行，所以按分列運行情況進行計算，計算最大三相短路電流及兩相短路電流。計算結(jié)果見表1。三相短路電流求兩相短路電流值時，可將三相短路電流值乘以即得：兩相短路電流式中 電源到短路點的計算電抗標幺值；該母線電壓等級下的基準電流，故所以 表