某110kv電力系統(tǒng)繼電保護設計secret

1、某110kV電力系統(tǒng)繼電保護設計摘 要：本次畢業(yè)設計的主要內(nèi)容是110kV電力系統(tǒng)繼電保護的配置，并依據(jù)繼電保護配置原理，對所選擇的保護進行整定和靈敏性校驗，確定方案中的保護。設計分為八個章節(jié)，第三、四章是計算系統(tǒng)的短路電流，確定運行方式；第五章是各種設備的保護配置。其中變壓器保護包括保護原理分析、保護整定計算和靈敏性校驗，主保護采用的是縱聯(lián)差動保護和瓦斯保護，兩者結合做到優(yōu)勢互補，后備保護是復合電壓啟動過電流保護。母線保護包括保護原理分析，采用了完全電流差動保護，簡單可靠。110kV側的輸電線路采用了距離、保護，由于它的電壓等級較高，還考慮了零序電流、保護。對于發(fā)電機主保護采用了縱差動保護，

2、后備保護采用了發(fā)電機定子繞組接地保護。關鍵詞：短路電流，整定計算，靈敏度，繼電保護，微機保護Abstract: This time graduation design of the main contents be the 110 kV electric power system after relay protection of scheme, and according as relay protection scheme principle，To choice of protection carry on complete calculate with the delicate exte

3、nt checkout, to assurance project in of protection.The design is divided into eight chapter, chapter 3 and 4 is calculation system of short circuit electric current, assurance circulate a way; Chapter 5 is protection scheme which is various equipments. Among them transformer protection include prote

4、ction principle analysis, protection complete calculate and delicate extent checkout, central protection is lengthways associated differential protection and gas protection, both combine to attain advantage to with each other repair, spare protection is compound electric voltage start conduct electr

5、icity to flow protection. generatrix line protection include protection principle analysis, adoption complete differential electric current protection, simple credibility. The power line of the 110 kV adopte distance , protection, because of it of the electric voltage grade be higher, also considera

6、tion zero preface electric current , protection.For generator central protection adopte lengthways associated differential protection, spare protection adopte generator stator connect ground protection.Keywords: Short circuit electric current, complete calculation, delicate extent, relay protection,

7、 microcomputer protection目 錄1 前言12 方案比較23 確定運行方式43.1 標幺值計算43.2短路電流的計算53.3 確定運行方式194 短路計算214.1 各種運行方式下各線路電流計算214.2 各輸電線路兩相短路和三相短路電流計算225 繼電保護的配置245.1 繼電保護的基本知識2452 變壓器的保護配置265.2.1 變壓器配置265.2.2 保護配置的整定285.3 母線的保護配置315.3.1 保護配置的原理31電流差動保護配置的整定345.4輸電線路保護配置35保護配置的原理35保護配置的整定385.5發(fā)電機保護配置43保護配置的原理43保護配置的整

8、定456微機成套自動保護裝置476.1發(fā)電機-變壓器組成套自動保護裝置476.2變壓器成套自動保護裝置496.3母線成套自動保護裝置496.4輸電線路成套自動保護裝置507結論528總結與體會539謝辭5510參考文獻56附錄1：外文翻譯571 前言由于電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術，計算機技術與通信技術的飛速發(fā)展又為繼電保護技術的發(fā)展不斷注入新的活力。未來繼電保護的發(fā)展趨勢是向計算化，網(wǎng)絡化及保護，控制，測量，數(shù)據(jù)通信一體化智能化發(fā)展。電能是一種特殊的商品,為了遠距離傳送,需要提高電壓,實施高壓輸電,為了分配和使用,需要降低電壓,實施低壓配電,供電和用電。發(fā)電-輸電-

9、配電-用電構成了一個有機系統(tǒng)。通常把由各種類型的發(fā)電廠,輸電設施以及用電設備組成的電能生產(chǎn)與消費系統(tǒng)稱為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)在運行中,各種電氣設備可能出現(xiàn)故障和不正常運行狀態(tài)。不正常運行狀態(tài)是指電力系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞,但是沒有發(fā)生故障的運行狀態(tài),如:過負荷,過電壓,頻率降低,系統(tǒng)振蕩等。故障主要包括各種類型的短路和斷線,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。本次畢業(yè)設計的主要內(nèi)容是對110kV電力系統(tǒng)繼電保護的配置，參照電力系統(tǒng)繼電保護配置及整定計算，并依據(jù)繼電保護配置原理，對所選擇的保護進行整定和靈敏性校驗從而來確定方案中的保護是否適用來編寫的

10、。設計分八大章節(jié)，其中第三、四章是計算系統(tǒng)的短路電流，確定運行方式；第五章是對各種設備保護的配置，首先是對保護的原理進行分析,保護的整定計算及靈敏性校驗。其中對變壓器保護包括保護原理分析以及保護整定計算和靈敏性校驗，其中主保護采用的是縱聯(lián)差動保護和瓦斯保護，用兩者的結合來做到優(yōu)勢互補，后備保護有復合電壓啟動過電流保護。母線保護包括保護原理分析，采用了完全電流差動保護，簡單可靠。110kV輸電線路采用了距離、保護，同時由于它的電壓等級較高，我還考慮了零序電流、保護。對于發(fā)電機主保護采用了縱差動保護，后備保護采用了發(fā)電機定子繞組接地保護。由于編者水平有限，設計之中難免有些缺陷或錯誤，望批評指正。2

11、 方案比較 本次畢業(yè)設計的主要內(nèi)容是對110kV電力系統(tǒng)繼電保護的配置?？梢砸罁?jù)繼電保護配置原理，根據(jù)經(jīng)驗習慣，先選擇兩套初始的保護方案，通過論證比較后認可其中的一套方案，再對這套方案中的保護進行確定性的整定計算和靈敏性校驗，看看它們是否能滿足要求，如果能滿足便可以采用，如果不能滿足則需要重新選擇，重新整定和校驗。 確定兩個初始方案如下：方案1：保護對象主保護后備保護變壓器縱聯(lián)差動保護、瓦斯保護復合電壓啟動過電流保護、過負荷保護母線電流相位比較式母線差動保護_輸電線路距離、保護零序電流、保護發(fā)電機縱聯(lián)差動保護定子繞組接地保護方案2：保護對象主保護后備保護變壓器電流速斷保護、瓦斯保護復合電壓啟動

12、過電流保護、零序電流保護母線電流相位比較式母線差動保護_輸電線路距離、保護零序電流、保護發(fā)電機縱聯(lián)差動保護定子繞組接地保護對于變壓器而言，它的主保護可以采用最常見的縱聯(lián)差動保護和瓦斯保護，用兩者的結合來做到優(yōu)勢互補。因為變壓器差動保護通常采用三側電流差動，其中高電壓側電流引自高壓熔斷器處的電流互感器，中低壓側電流分別引自變壓器中壓側電流互感器和低壓側電流互感器，這樣使差動保護的保護范圍為三組電流互感器所限定的區(qū)域，從而可以更好地反映這些區(qū)域內(nèi)相間短路，高壓側接地短路以及主變壓器繞組匝間短路故障?？紤]到與發(fā)電機的保護配合，所以我們用縱聯(lián)差動保護作為變壓器的主保護，不考慮用電流速斷保護。瓦斯保護主

13、要用來保護變壓器的內(nèi)部故障，它由于一方面簡單，靈敏，經(jīng)濟；另一方面動作速度慢，且僅能反映變壓器油箱內(nèi)部故障，就注定了它只有與差動保護配合使用才能做到優(yōu)勢互補，效果更佳。后備保護首先可以采用復合低電壓啟動過電流保護，這主要是考慮到低電壓啟動的過電流保護中的低電壓繼電器靈敏系數(shù)不夠高。由于發(fā)電機-變壓器組中發(fā)電機才用了定子繞組接地保護，所以，變壓器不采用零序電流保護。110kV側的母線接線可以采用完全電流差動保護，簡單，可靠也經(jīng)濟。對于110kV側的輸電線路，可以直接考慮用距離保護，因為在電壓等級高的復雜網(wǎng)絡中，電流保護很難滿足選擇性，靈敏性以及快速切除故障的要求，因此這個距離保護也選擇得合理，同

14、時由于它的電壓等級較高，我們還應該考慮給它一個接地故障保護，先選擇零序電流保護，因為當中性點直接接地的電網(wǎng)(又稱大接地電流系統(tǒng))中發(fā)生短路時,將出現(xiàn)很大的零序電流,而在正常運行情況下它們是不存在的。因此,利用零序電流來構成接地短路的保護,就有顯著的優(yōu)點。發(fā)電機則采用縱聯(lián)差動保護作為主保護，定子繞組接地保護作為后備保護。綜上所述，方案1比較合理，方案1保護作為設計的初始保護，在后續(xù)章節(jié)對這些保護進行整定與校驗，是否符合設計要求。3 確定運行方式3.1 標幺值計算 本次設計中取=100MVA, ,系統(tǒng)用一個無限大功率電流代表，它到母線的電抗標幺值。 各元件的電抗標幺值計算如下： 變壓器 變壓器的各

15、繞組短路電壓分別為： 所以，變壓器的電抗值為 變壓器 變壓器 線路 線路 線路 線路 所以，110kV電力系統(tǒng)繼電保護的等值網(wǎng)絡如圖3.1所示。圖3.1 110kV電力系統(tǒng)等值網(wǎng)絡3.2短路電流的計算110kV電力系統(tǒng)正常運行時，發(fā)電機存在三種運行情況，即：兩臺發(fā)電機同時運行、一臺發(fā)電機退出運行另一臺單獨運行和兩臺同時運行；變壓器有兩種運行方式，即：一臺變壓器退出另一臺變壓器單獨運行和兩臺變壓器同時運行。下面分別分析各種情況下系統(tǒng)運行時的轉移電抗，計算電抗和短路電流。（一）兩臺發(fā)電機同時運行，變壓器同時投入運行。 進行網(wǎng)絡化簡： 將組成的三角形電路化簡為由組成的星形電路，計算如下： 系統(tǒng)的等值

16、化簡網(wǎng)絡如圖3.2所示。圖3.2 系統(tǒng)的等值化簡網(wǎng)絡（1）轉移電抗和計算電抗計算 當發(fā)生短路時 =0.18所以，點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡如圖3.3所示。圖3.3 點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機對短路點的計算電抗為： 當發(fā)生短路時 =0.21所以，點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡如圖3.4所示。圖3.4 點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機對短路點的計算電抗為： 當發(fā)生短路時 所以，點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡如圖3.5所示。圖3.5 點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡S點對的轉移電抗為： F點對的轉移電抗為為： 化簡的等值網(wǎng)絡如圖3.6所示。圖3.6 化簡的等值網(wǎng)絡系統(tǒng)S對

17、短路點的計算電抗為： 發(fā)電機對短路點的計算電抗為： （2）由計算曲線數(shù)字表查出短路電流的標幺值如。 （3）計算短路電流有名值。 各點發(fā)生短路時，各電源的基準電流分別為： 系統(tǒng)S 發(fā)電機 查表得短路電流的標幺值和有名值如表3.1。表3.1 短路電流表短路點時間系統(tǒng)S發(fā)電機短路點總電流/kA處短路4 S標么值1.13標么值2.4914.27有名值/kA0.57有名值/kA13.70處短路4 S標么值0.63標么值2.4713.90有名值/kA0.32有名值/kA13.58處短路4 S標么值0.57標么值2.5214.13有名值/kA0.29有名值/kA13.84（二）發(fā)電機停運運行時，系統(tǒng)的等值網(wǎng)

18、絡如圖3.7所示。圖3.7 系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡 進行網(wǎng)絡化簡： =0.0997 系統(tǒng)的等值化簡網(wǎng)絡如圖3.8所示。圖3.8 系統(tǒng)的等值化簡網(wǎng)絡（1）轉移電抗和計算電抗計算 當發(fā)生短路時 =.178 所以，點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡如圖3.9所示。圖3.9 點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機對短路點的計算電抗為： 當發(fā)生短路時 =0.21所以，點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡如圖3.10所示。圖3.10 點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機對短路點的計算電抗為： 當發(fā)生短路時 S點對的轉移電抗為： 點對的轉移電抗為： 化簡的等值網(wǎng)絡如圖3.11所示。圖3.11 化簡的

19、等值網(wǎng)絡系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機對短路點的計算電抗為： （2）由計算曲線數(shù)字表查出短路電流的標幺值。 （3）計算短路電流有名值。（同上） 查表得短路電流的標幺值和有名值如表3.2。表3.2 短路電流表短路點時間系統(tǒng)S發(fā)電機短路點總電流/kA處短路4 S標么值1.13標么值2.1112.17有名值/kA0.57有名值/kA11.6處短路4 S標么值0.63標么值2.4513.79有名值/kA0.32有名值/kA13.47處短路4 S標么值0.54標么值4.8326.80有名值/kA0.27有名值/kA26.53（三）線路處開環(huán)運行時，系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡如圖3.12所示。圖3.12 系統(tǒng)的

20、等值網(wǎng)絡（1）轉移電抗和計算電抗計算 當發(fā)生短路時，F(xiàn)點對的轉移電抗為： =0.54 所以，點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡如圖3.13所示。圖3.13 點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機對短路點的計算電抗為： 當發(fā)生短路時，S點對的轉移電抗為： =0.614所以，點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡如圖3.14所示。圖3.14 點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機對短路點的計算電抗為： 當發(fā)生短路時，S點對的轉移電抗為： 點對的轉移電抗為：系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為：發(fā)電機對短路點的計算電抗為： （2）由計算曲線數(shù)字表查出短路電流的標幺值。 （3）計算短路電流有名值。（

21、同上） 查表得短路電流的標幺值和有名值如表3.3。表3.3 短路電流表短路點時間系統(tǒng)S發(fā)電機短路點總電流/kA處短路4 S標么值1.03標么值2.3931.96有名值/kA0.52有名值/kA31.44處短路4 S標么值0.08標么值2.4713.63有名值/kA0.04有名值/kA13.59處短路4 S標么值2.43標么值2.3213.96有名值/kA1.22有名值/kA12.74（四）線路處開環(huán)運行時，系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡如圖3.15所示。圖3.15 系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡如（1）轉移電抗和計算電抗計算當發(fā)生短路時，F(xiàn)點對的轉移電抗為： =0.45 所以，點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡如圖3.16所示。圖3.1

22、6 點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機對短路點的計算電抗為： 當發(fā)生短路時，等值網(wǎng)絡如圖3.17所示。圖3.17 等值網(wǎng)絡系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機對短路點的計算電抗為： 當發(fā)生短路時，系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機對短路點的計算電抗為： （2）由計算曲線數(shù)字表查出短路電流的標幺值。 （3）計算短路電流有名值。（同上） 查表得短路電流的標幺值和有名值如表3.4。表3.4 短路電流表短路點時間系統(tǒng)S發(fā)電機短路點總電流/kA處短路4 S標么值1.03標么值2.4413.94有名值/kA0.52有名值/kA13.42處短路4 S標么值0.35標么值2.4713

23、.76有名值/kA0.18有名值/kA13.59處短路4 S標么值0.38標么值2.4713.78有名值/kA0.19有名值/kA13.59（五）線路處開環(huán)運行時，系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡如圖3.18所示。圖3.18 系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡（1）轉移電抗和計算電抗計算 當發(fā)生短路時，等值網(wǎng)絡如圖3.19所示。圖3.19 等值網(wǎng)絡系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機對短路點的計算電抗為： 當發(fā)生短路時，S點對的轉移電抗為： =0.787發(fā)生短路時，等值網(wǎng)絡如圖3.20所示。圖3.20 等值網(wǎng)絡如系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機對短路點的計算電抗為： 當發(fā)生短路時，等值網(wǎng)絡如圖3.21所示。圖3.21 等值網(wǎng)絡

24、系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機對短路點的計算電抗為： （2）由計算曲線數(shù)字表查出短路電流的標幺值。（3）計算短路電流有名值。（同上） 查表得短路電流的標幺值和有名值如表3.5。表3.5 短路電流表短路點時間系統(tǒng)S發(fā)電機短路點總電流/kA處短路4 S標么值1.03標么值2.4413.94有名值/kA0.52有名值/kA13.42處短路4 S標么值0.29標么值2.4713.73有名值/kA0.15有名值/kA13.59處短路4 S標么值0.49標么值2.0111.31有名值/kA0.25有名值/kA11.063.3 確定運行方式由3.2節(jié)的計算過程，統(tǒng)計系統(tǒng)各短路點短路時的短路電流如表3.

25、6。表3.6 各短路點短路時的電流總結表運行方式 處短路時的短路電流/kA處短路時的短路電流/kA處短路時的短路電流/kA兩臺發(fā)電機同時運行14.2713.9014.13一臺變壓器停運，另一臺變壓器單獨工作12.16713.7926.80線路處開環(huán)運行31.9613.6313.96線路處開環(huán)運行13.9313.7613.78線路處開環(huán)運行13.9213.7311.31綜上所述：系統(tǒng)S側（處短路時）的最大運行方式為：線路處開環(huán)運行。最小運行方式為：當一臺發(fā)電機停運，另一臺單獨工作時。發(fā)電機-變壓器側（處短路時）的最大運行方式為：兩臺變壓器同時運行時。最小運行方式為：線路處開環(huán)運行。變壓器側（處短

26、路時）的最大運行方式為：當一臺發(fā)電機停運，另一臺單獨工作時。最小運行方式為：線路處開環(huán)運行。4 短路計算4.1 各種運行方式下各線路電流計算 由圖3.17可知，系統(tǒng)S對短路點的轉移電抗為：=0.125 系統(tǒng)折算到110kV的最小阻抗為：由圖3.20可知，系統(tǒng)S對短路點的轉移電抗為：=0.135 系統(tǒng)折算到110kV的最小阻抗為：輸電線路長為100kM，（輸電線路電阻率為0.4/kM）短路電流為： 同理，根據(jù)已知條件得： 輸電線路短路電流為： 輸電線路短路電流為： 輸電線路短路電流為： 4.2 各輸電線路兩相短路和三相短路電流計算 （一）各輸電線路在最小運行方式下的兩相和三相短路電流 系統(tǒng)電抗

27、=0.135 發(fā)電機電抗 =0.13各輸電線路三相短路電流為：輸電線路三相短路電流為： 同理可得，輸電線路三相短路電流為： 輸電線路三相短路電流為： 輸電線路三相短路電流為：各輸電線路兩相短路電流為：輸電線路兩相短路電流為：輸電線路兩相短路電流為：輸電線路兩相短路電流為：輸電線路兩相短路電流為：（二）各輸電線路在最大運行方式下的三相短路電流 輸電線路三相短路電流為： 同理可得，輸電線路三相短路電流為：輸電線路三相短路電流為：輸電線路三相短路電流為：5 繼電保護的配置5.1 繼電保護的基本知識電能是一種特殊的商品,為了遠距離傳送,需要提高電壓,實施高壓輸電,為了分配和使用,需要降低電壓,實施低壓

28、配電,供電和用電。發(fā)電-輸電-配電-用電構成了一個有機系統(tǒng)。通常把由各種類型的發(fā)電廠,輸電設施以及用電設備組成的電能生產(chǎn)與消費系統(tǒng)稱為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)在運行中,各種電氣設備可能出現(xiàn)故障和不正常運行狀態(tài)。不正常運行狀態(tài)是指電力系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞,但是沒有發(fā)生故障的運行狀態(tài),如:過負荷,過電壓,頻率降低,系統(tǒng)振蕩等。故障主要包括各種類型的短路和斷線,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。其中最常見且最危險的是各種類型的短路,電力系統(tǒng)的短路故障會產(chǎn)生如下后果:(1)故障點的電弧使故障設備損壞；(2)比正常工作電流大許多的短路電流產(chǎn)生熱效應和電動力效

29、應,使故障回路中的設備遭到破壞；(3)部分電力系統(tǒng)的電壓大幅度下降,使用戶的正常工作遭到破壞,影響企業(yè)的經(jīng)濟效益和人們的正常生活；(4)破壞電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性,引起系統(tǒng)振蕩,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。繼電保護包括繼電保護技術和繼電保護裝置,且繼電保護裝置是完成繼電保護功能的核心,它是能反應電力系統(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。繼電保護的任務是:(1)當電力系統(tǒng)中某電氣元件發(fā)生

30、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正常運行。(2)當電力系統(tǒng)中某電氣元件出現(xiàn)不正常運行狀態(tài)時,能及時反應并根據(jù)運行維護的條件發(fā)出信號或跳閘。繼電保護裝置的基本原理:我們知道在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時,許多參量比正常時候都了變化，當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作為保護的判據(jù)，構成保護。比如：根據(jù)短路電流較正常電流升高的特點，可構成過電流保護；利用短路時母線電壓降低的特點可構成低電壓保護；利用短路時線路始端測量阻抗降低可構成距離保護；利用電壓與電流之間相位差的改變可構成方向保護。除此之外，根據(jù)線路內(nèi)

31、部短路時，兩側電流相位差變化可以構成差動原理的保護。當然還可以根據(jù)非電氣量的變化來構成某些保護，如反應變壓器油在故障時分解產(chǎn)生的氣體而構成的氣體保護。原則上說：只要找出正常運行與故障時系統(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)，從而構成某種原理的保護，且差別越明顯，保護性能越好。繼電保護裝置的組成： 被測物理量測量邏輯執(zhí)行跳閘或信號 整定值測量元件：其作用是測量從被保護對象輸入的有關物理量（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)比較結果給出邏輯信號，從而判斷保護是否該起動。邏輯元件：其作用是根據(jù)測量部分輸出量的大小，性質，輸出的邏輯狀態(tài)，出現(xiàn)的順序或

32、它們的組合，使保護裝置按一定邏輯關系工作，最后確定是否應跳閘或發(fā)信號，并將有關命令傳給執(zhí)行元件。執(zhí)行元件：其作用是根據(jù)邏輯元件傳送的信號，最后完成保護裝置所擔負的任務。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。對繼電保護的基本要求：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。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。靈敏性：是指在規(guī)定的保護范圍內(nèi)，保護對故障情況的反應能力。滿足靈敏性要求的保護裝置應在區(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出來。

33、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。52 變壓器的保護配置 變壓器配置（一）縱聯(lián)差動保護本次設計所采用的變壓器型號均分別為：SDL-31500/110、SFSL-31500/110、SFL-20000/110、SFL-20000/110。對于這種大型變壓器而言，它都必需裝設單獨的變壓器差動保護，這是因為變壓器差動保護通常采用三側電流差動，其中高電壓側電流引自高壓熔斷器處的電流互感器，中低壓側電流分別引自變壓器中壓側電流互感器和低壓側電流互感器，這樣使差動保護的保護范圍為三組電流互感器所限定的區(qū)域，從而可以更好地反映

34、這些區(qū)域內(nèi)相間短路，高壓側接地短路以及主變壓器繞組匝間短路故障。所以我們用縱聯(lián)差動保護作為兩臺變壓器的主保護，其接線原理圖如圖5.1所示。正常情況下,=即：（變壓器變比） 所以這時Ir=0，實際上，由于電流繼電器接線方式，變壓器勵磁電流，變比誤差等影響導致不平衡電流的產(chǎn)生，故Ir不等于0 ，針對不平衡電流產(chǎn)生的原因不同可以采取相應的措施來減小。盡管縱聯(lián)差動保護有很多其它保護不具備的優(yōu)點，但當大型變壓器內(nèi)部產(chǎn)生嚴重漏油或匝數(shù)很少的匝間短路故障以及繞組斷線故障時，縱聯(lián)差動保護不能動作，這時我們還需對變壓器裝設另外一個主保護瓦斯保護。圖5.1 縱聯(lián)差動保護原理示意圖（二）瓦斯保護瓦斯保護主要用來保護

35、變壓器的內(nèi)部故障，它由于一方面簡單，靈敏，經(jīng)濟；另一方面動作速度慢，且僅能反映變壓器油箱內(nèi)部故障，就注定了它只有與差動保護配合使用才能做到優(yōu)勢互補，效果更佳。(1)瓦斯保護的工作原理：當變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，有輕瓦斯產(chǎn)生，瓦斯繼電器KG的上觸點閉合，作用于預告信號；當發(fā)生嚴重故障時，重瓦斯沖出，瓦斯繼電器的下觸點閉合，經(jīng)中間繼電器KC作用于信號繼電器KS，發(fā)出警報信號，同時斷路器跳閘。瓦斯繼電器的下觸點閉合，也可利用切換片XB切換位置，只給出報警信號。(2)瓦斯保護的整定： 瓦斯保護有重瓦斯和輕瓦斯之分，它們裝設于油箱與油枕之間的連接導管上。其中輕瓦斯按氣體容積進行整定，整定范圍為：250

36、300cm3,一般整定在250cm3 。重瓦斯按油流速度進行整定，整定范圍為：0.61.5m/s,一般整定在1m/s 。瓦斯保護原理如圖5.2所示。圖5.2 瓦斯保護原理示意圖（三）復合電壓啟動的過流保護由于這種保護可以獲得比一般過流保護更高的靈敏性，所以實踐中它常用來作廠變內(nèi)部及低分支外部相間短路故障的后備保護，這里我也用來作為變壓器的后備保護，它是由負序過電壓元件、低電壓元件、過流元件及時間元件構成，其中負序過電壓元件與低電壓元件構成復合電壓啟動元件，其保護原理接線圖如圖5.3所示。復合電壓過流保護的輸入電流取高壓側電流,為保證選擇性,復合電壓啟動元件需要配置兩套,輸入電壓分別取自廠變低壓

37、側兩個支上的電壓。 保護采用兩段延時出口。 以A分支為例: 若發(fā)生相間不對稱短路故障,”U2>”元件啟動,常閉觸點斷開,使”U<”元件啟動； 若發(fā)生三相短路, ”U2>”元件短時啟動, ”U<”元件也啟動,在”U2>”元件返回后,因”U<”元件返回電壓較高,只要相間殘壓不高于返回電壓, ”U<”元件仍保持動作狀態(tài),這時廠變高壓側過流元件”I>”已經(jīng)動作,先按I段延時”U<”元件t1跳開A廠用分支斷路器,若故障不能消除,再按段延時t2動作于解列滅磁。圖5.3 復合電壓啟動的過流保護原理接線圖 保護配置的整定（一）縱聯(lián)差動保護整定 對于本次設計

38、來說，變壓器的主保護有縱聯(lián)差動保護和瓦斯保護，其中瓦斯保護一般不需要進行整定計算，所以僅對縱聯(lián)差動保護進行整定如下： (1)避越變壓器的勵磁涌流： 其中為可靠系數(shù)，取1.3，而為變壓器的額定電流。(2)避越外部短路時的最大不平衡電流：其中Ktx為電流互感器同型系數(shù)，型號相同時取0.5，型號不同時取1，這里為避免以后更換設備的方便故取1；為非周期分量引起的誤差，取1；建議采用中間值0.05；取0.1； 為變壓器外部最大運行方式下的三相短路電流，由前面的計算結果知=995。(3)躲過電流互感器二次回路斷線的最大負荷電流： 而保護基本側的動作電流?。?4)確定差動繼電器的動作電流和基本側差動線圈的匝

39、數(shù)： 差動繼電器的動作電流：其中為電流互感器的一次側額定電流；為電流互感器的二次額定電流。差動線圈匝數(shù)： 實際整定匝數(shù)選用： 所以繼電器的實際動作電流為： 保護裝置的實際動作電流為： 變壓器差動保護參數(shù)計算結果如下表5-1：變壓器額定電壓/kV110110110110額定電流 Ie/A互感器的接線方式Ddyy互感器的計算變比互感器的選擇變比100/5100/5400/5400/5電流互感器二次額定電流58/20=2.958/20=2.9320/80=4320/80=4(5) 校驗保護的靈敏系數(shù):當系統(tǒng)在最小運行方式下,線路處開環(huán)運行發(fā)生兩相短路時,保護裝置靈敏系數(shù)最低,即:顯然靈敏度滿足要求。

40、其中是變壓器差動保護范圍內(nèi)短路時總的最小短路電流有名值(歸算到基本側)。是保護的接線系數(shù),這里取1 。(二) 變壓器的后備保護的整定(1)復合電壓啟動過流保護,下面對它進行整定與靈敏性校驗:過電流元件動作值按躲開廠變額定電流整定,即:對于、：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0.85最小運行方式下,線路開環(huán)運行兩相短路時,保護的靈敏性校驗:，滿足要求。對于、：最小運行方式下, 線路開環(huán)運行兩相短路時,保護的靈敏性校驗:，滿足要求。(2)過負荷保護的整定計算：取可靠系數(shù)Krel為1.05,返回系數(shù)Kres為0.85,IN為保護安裝側變壓器的額定電流

41、。對于、其額定電流為： 所以： 對于、,其額定電流為： 所以： 繼電器選用NSP712系列多功能微機成套保護及自動裝置。5.3 母線的保護配置 保護配置的原理電力系統(tǒng)中的母線是具有公共電氣連接點,它起著匯總和分配電能的作用。所以發(fā)電廠和變電站中的母線是電力系統(tǒng)中的一個重要組成元件。 母線運行是否安全可靠,將直接影響發(fā)電廠,變電站和用戶工作的可靠性,在樞紐變電所的母線上發(fā)生故障時,甚至會破壞整個系統(tǒng)的穩(wěn)定。 引起母線短路故障的主要原因有:由于空氣污潰,導致斷路器套管及母線絕緣子的閃絡；母線電壓和電流互感器的故障；運行人員的誤操作,如帶負荷拉隔離開關、帶接地線合斷路器。母線故障的類型,主要是單相接

42、地和相間短路故障。與輸電線路故障相比較,母線故障的幾率雖較小,但造成的后果卻十分嚴重。因此,必須采取措施來消除或減少母線故障所造成的后果。由設計的已知條件可知,110kV母線均是采用單母線接線,對于單母線我們可以采用母線完全電流差動保護。母線完全差動保護的原理接線圖如圖5.4所示,和其它元件的差動保護一樣,也是按環(huán)流法的原理構成。在母線的所有連接元件上必須裝設專用的電流互感器,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的端子互相連接,在外側的端子也互相連接,差動繼電器則接于兩連接線之間,差動電流繼電器中流過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

43、電流總和為零時,在理想的情況下,二次側電流的總和也為零。此圖為母線外部K點短路的電流分布圖,設電流流進母線的方向為正方向。圖中線路I,II接于系統(tǒng)電源,而線路III則接于負載。 (1)在正常和外部故障時(K點),流入母線與流出母線的一次電流之和為零,即: 而流入繼電器的電流為: 因電流互感器變比nTA相同,在理想情況下流入差動繼電器的電流為零,即Ig=0 但實際上,由于電流互感器的勵磁特性不完全一致和誤差的存在,在正常運行或外部故障時,流入差動繼電器的電流為不平衡電流,即: 圖5.4 母線完全電流差動保護的原理接線圖其中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,所有

44、有電源的線路,都向故障點供給故障電流,即: 其中Ik是故障點的總短路電流,此電流數(shù)值很大,足以使差動繼電器動作。(二)母聯(lián)電流相位比較式母線差動保護由設計的已知條件可知,110kV側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特點就是它的運行方式不是固定不變的,而是有多種運行方式。所以雙母線固定連接運行的完全差動保護對它來說缺乏靈活性,為了克服此缺點,我采用另一種差動保護母聯(lián)電流相位比較式母線差動保護,它很適用于雙母線連接元件運行方式經(jīng)常改變的母線上。母聯(lián)電流相位比較式母線差動保護的原理是比較母線聯(lián)絡斷路器回路的電流與總差動電流的相位關系。該保護的單相原理接線如圖5.5所示。它的主要元

45、件是起動元件KD和選擇元件1KW,2KW 。起動元件KD接于所有引出線的總差動電流,KW的兩個繞組分別接入母聯(lián)斷路器回路的電流和總差動回路的電流,通過比較這兩個回路中電流的相位來獲得選擇性。在圖5.5(a)所示雙母線接線中,假設I,II母線并列運行,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的正方向為由II母線流向I母線,則當I母線上的K1點發(fā)生短路故障時,母聯(lián)電流I5為： 短路電流Ik為： 故,當忽略各電源間相角差和各元件阻抗角差時,I5和Ik同相位,如圖5.5(b)所示。II母線上的K2點發(fā)生短路故障時,母聯(lián)電流I5為： 短路電流Ik仍如式(5.21)所示,所以I5與Ik反

46、相位,如圖5.5(c)所示?？梢?以圖示I5為正方向時,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,差動繼電器KD中的電流為： (a) (b) (c)(a) 原理接線圖; (b), (c) 相量關系圖5.5 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動作時,即表示I母線或II母線發(fā)生了短路故障。1KW,2KW是故障母線的選擇元件,進行I5與Ik的相位比較。當與同時從1KW的兩個繞組的同極性端流進時,1KW處于動作狀態(tài),對2KW處,從同極性端流出,處于不動作狀態(tài)；當-與同時從2KW的兩個繞組的同極性端流進時,2KW處于動作狀態(tài),

47、對1KW處, -從同極性端流出,處于不動作狀態(tài)。由以上分析可見,KD,1KW動作時,判別為I母線短路故障；KD,2KW動作時,判別為II母線上發(fā)生了短路故障。電流差動保護配置的整定 （一）差電流起動元件整定差電流起動元件的動作電流滿足兩個整定條件： （1）按躲開母線外部的最大不平衡電流整定，即： 可靠系數(shù)，取1.3。 電流互感器變比誤差，取0.1 非周期分量系數(shù)，一般電流繼電器取1.52。 母線差動保護外部短路時流過的最大短路電流。 由于起動元件采用BCH2型差動繼電器，故取=1，=0.1，=1.3。起動電流：二次電流為：BCH2型差動匝數(shù)為： 取=3匝，=16A。由于母線保護用110kV系統(tǒng)

48、中，故BCH2短路線匝為BB。 起動元件靈敏度計算：，滿足要求。 （2）電壓閉鎖元件 三個相間電壓元件的動作電壓按躲開正常運行的最底電壓整定，由于母線短路時的電壓閉鎖元件的靈敏度較高，為簡化計算可直接取=6065v。 復合電壓閉鎖元件整定、負序電壓元件動作電壓按經(jīng)驗公式：=（0.060.09），零序電壓元件動作電壓按經(jīng)驗公式=（1520）v。 負序電壓元件和零序電壓元件的靈敏度應高于差電流起動元件靈敏度。 零序電壓元件 =6.6 零序電壓元件 =18 ，滿足要求。繼電器選用DSA2391母線差動保護裝置。5.4輸電線路保護配置保護配置的原理(一) 距離保護電流保護的主要優(yōu)點是簡單，可靠，經(jīng)濟，

49、但它的靈敏性受系統(tǒng)運行方式變化的影響較大，特別是在重負荷，長距離，電壓等級高的復雜網(wǎng)絡中，很難滿足選擇性，靈敏性以及快速切除故障的要求，為此，必須采用性能完善的保護裝置，因而就引入了“距離保護”。距離保護是反饋故障點至保護安裝點之間的距離或阻抗，并根據(jù)距離的遠近而確定動作時間的一種保護裝置。該裝置的主要元件為距離或阻抗繼電器，它可根據(jù)其端子所加的電壓和電流側知保護安裝處至短路點之間的阻抗值，此阻抗稱為阻抗繼電器的測量阻抗。其主要特點是：短路點距離保護安裝點越近，其測量阻抗越??；相反地，短路點距離保護安裝點越遠，其測量阻抗越大，動作時間就越長。這樣就可保證有選擇地切除故障線路，如圖5.6所示，K點短路時，保護1的測量阻抗是Zk，保護2的測量阻抗是（ZAB+ZK）。由于保護1距離短路點較近，而保護2距