毕业设计-某220kV电网继电保护配置及整定计算.doc

西安电力高等专科学校_电力工程_ 系_2013_届毕业设计（论文）题目：某220kv电网继电保护配置及整定计算学 号： 4110122 姓 名： 张 萱 指导教师： 員 超 专 业： 继电保护及自动化班 级： 12101 完成时间：2013 年 06 月12 日 摘 要 本文是以某220kv电网继电保护配置及整定计算为课题。通过分析原始资料中主要设备的参数，首先，对电力系统继电保护原理及电力系统故障分析进行全面系统的复习、查阅相关资料，加深理解；其次，结合相关参数和各种继电保护原理，确定适用于变压器的保护方案，最后，分别对变压器的进行各种保护整定和配置计算。 通过本次设计掌握和巩固电力系统继电保护的相关专业理论知识，熟悉电力系统故障分析的计算技能和计算步骤，根据技术规范，选择和论证继电保护的配置选型的正确性并培养自己在实践工程中的应用能力、创新能力和独立工作能力。 本设计在满足选择性、速动性、灵敏性、可靠性的基础上，对220kv电网的继电保护配置及整定计算的计算方法进行了较为全面的论述，确定电网继电保护整定方案，进而进行整定计算。 关键词：电能，电气设备，继电保护，保护设计 目 录摘 要4绪 论6第一章 保护原理与配置91.1 电力变压器保护91.1.1 瓦斯保护91.1.2 纵差保护101.1.4 变压器相间短路的后备保护141.2 阶段式电流保护191.3 母线保护原理及配置21第二章 原始资料分析232.1 水电厂系统主接线图232.2 系统电气设备基本参数242.2.1 水轮机242.2.2 升压变压器242.2.3 输电线路242.2.4 一号主变压器242.2.5 输电线路252.2.6 二号主变压器252.2.7 输电线路262.2.8 三号变压器1#与2#26第三章 短路计算273.1 短路电流计算的目的及一般规定273.2 参数设定及阻抗归算283.3 短路电气的计算30第四章 继电保护主要设备的整定计算324.1 二号变压器整定计算324.1.1 2 号变压器主保护整定计算324.1.2 2 号变压器后备保护整定计算344.2 线路电流保护整定计算364.3 三号变压器整定计算384.3.1 3号变压器主保护整定计算384.3.2 3号变压器后备保护整定计算38结 论39参考文献40 绪 论 一、电力系统继电保护的基本任务 电力系统是由发电机、变压器、母线、输电线路及用电设备等组成的统一整体。电力系统中的各种电气设配在运行中都有可能发生各种故障或出现不正常运行状态。 电力系统故障时指电力系统一次设备在运行过程中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作、设计制造缺陷等原因引发的短路、断线等情况。电力系统中最常见和最危险的故障类型是短路故障。因此，继电保护的基本任务是：（1） 当电力系统发生故障时，有选择性地将故障元件从系统中快速、自动地切除，使其损坏程度减至最轻，以避免故障元件继续遭到破坏，保证系统其他非故障部分能继续运行。 （2）反应电力设备的不正常运行状态，在有人值班的情况下，一般发出报警信号，提醒值班人员进行处理；在无人值班情况下，继电保护装置可视设备承受能力作用于减负荷或延时跳闸。由此可见，继电保护在电力系统中的主要作用是通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全供电。因此，继电保护是电力系统重要的组成部分，是保证电力系统安全可靠运行的不可缺少的技术措施。在现代的电力系统中，如果没有专门的继电保护装置，要想维持系统的正常运行是根本不可能的。 二、对继电保护的基本要求 电力系统中的电力设备和线路，应装设反应短路故障和异常运行的保护装置。对于反应电力系统故障而要求作用于断路器跳闸的继电保护装置，应满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。 （1）可靠性：可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护性能的最根本要求。所谓安全性，是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动作。所谓信赖性，是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不发生拒绝动作。 （2）选择性：所谓继电保护装置动作的选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路器拒绝动作时，应由相邻设备或线路的保护将故障切除。 总之，要求继电保护装置有选择地动作，是提高电力系统供电可靠性的基本条件，保护装置无选择性的动作，又没有采取措施（如线路的自动重合闸）予以纠正，是不允许的。继电保护课程设计真稿 （3）速动性：继电保护的速动性是指尽可能快地切除故障，以减小设备及用户在大短路电流、低电压下运行的时间，降低设备的损坏程度，提高电力系统并列运行的稳定性。 （4）灵敏性：继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。为满足上述四点基本要求，确保故障元件能够从电力系统中被切除，电气设备和线路短路故障的保护应有主保护和后备保护，必要时可增设辅助保护。 （1）主保护主保护是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。(2) 后备保护 后备保护是主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。后备保护可分为远后备和近后备两种方式。远后备是当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护实现后备。 近后备是当主保护拒动时，由该电力设备或线路的另一套保护实现后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现的后备保护。 (3) 辅助保护 辅助保护是为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。 (4) 异常运行保护 异常运行保护是反应被保护电力设备或线路异常运行状态的保护。 三、设计原则和一般规定： 电网继电保护和安全自动装置是电力系统的重要组成部分，对保证电力系统的正常运行，防止事故发生或扩大起了重要作用。 应根据审定的电力系统设计（二次部分）原则或审定的系统接线及要求进行电网继电保护和安全自动装置设计。设计应满足继电保护和安全自动装置技术规程（sdj6-83）、110220kv电网继电保护与安全自动装置运行条例等有关专业技术规程的要求。 要合理处理好继电保护和安全自动装置与其保护对象电网部分的关系，二次部分应满足电力系统技术导则、电力系统安全稳定导则等有关技术规程的要求，这是电力系统安全经济的基础。在确定电网结构、厂站主接线和运行方式，必须统筹考虑继电保护和安全自动装置配置的合理性与可能性。在此基础上，继电保护和安全自动装置的设计应能满足电网结构和主变接线的要求，适应电网和主变运行灵活性的需求。 继电保护和安全自动装置由于本身的特点和重要性，要求采用成熟的特别是符和我国电网要求的有运行经验的技术。不合理的电网结构、厂站主接线和运行方式必将导致继电保护和安全自动装置配置的困难，接线复杂，有时为适应一次部分某些特殊需要采用一些不成熟的保护装置，由此往往引起保护误动，甚至使一般性故障扩大为系统故障，设计必须引以为戒。电网继电保护和安全自动装置应符合可靠性、安全性、灵敏性、速动性的要求。要结合具体条件和要求，从装置的选型、配置、整定、实验等方面采取综合措施，突出重点，统筹兼顾，妥善处理，以达到保证电网安全经济运行的目的。 第一章 保护原理与配置1.1 电力变压器保护 1.1.1 瓦斯保护 一、瓦斯保护配置原则1）0.4mva及以上车间内油浸式变压器和0.8mva及以上油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当壳内故障产生大量瓦斯时，应瞬时动作于断开变压器各侧断路器。 2）带负荷调压变压器充油调压开关，亦应装设瓦斯保护。 3）瓦斯保护应采取措施，防止因瓦斯继电器的引线故障、震动等引起瓦斯保护误动作。 4）变压器非电气量保护不应启动失灵保护。 根据上述规程，本电网中的2#变压器与3#变压器均应装设瓦斯保护作为主保护之一。 二、瓦斯保护范围 瓦斯保护是变压器的主要保护，它可以反映油箱内的一切故障。包括：油箱内的多相短路、绕组匝间短路、绕组与铁芯或与外壳间的短路、铁芯故障、油面下降或漏油、分接开关接触不良或导线焊接不良等。瓦斯保护动作迅速、灵敏可靠而且结构简单。但是它不能反映油箱外部电路（如引出线上）的故障，所以不能作为保护变压器内部故障的唯一保护装置。另外，瓦斯保护也易在一些外界因素（如地震）的干扰下误动作。 三、瓦斯保护的原理 当变压器内部发生轻微故障时,气体产生的速度较缓慢，气体上升至储油柜途中首先积存于气体继电器的上部空间，使油面下降，上开口杯随之下下降而使干簧继电器动作，接通延时信号，这就是所谓的“轻瓦斯”；当变压器内部发生严重故障时，则产生强烈的瓦斯气体，邮箱内压力瞬时突增，产生很大的油流向油枕方向冲击，因油流冲击挡板，挡板克服弹簧的阻力，带动磁铁向干簧触点方向移动，使干簧继电器动作，接通跳闸回路，使断路器跳闸，这就是所谓的“重瓦斯”。 重瓦斯保护动作于跳闸，轻瓦斯动作于信号。四、变压器温度及压力保护 变压器非电量保护除了瓦斯保护外，还包括温度及压力保护等。由于非保护动作量不需电气量运算。通常根据运行经验、测试等方法获得。变压器温度及压力保护是对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行电力变压器标准的要求，装设可作用于信号式动作于跳闸的装置。 1.1.2 纵差保护 一、纵差保护配置原则对变压器的内部、套管及引出线的短路故障，按其容量及重要性的不同，应装设下列保护作为主保护，并瞬时动作于断开变压器的各侧断路器： 1） 电压在10kv及以下、容量在10mva及以下的变压器，采用电流速断保护。 2） 电压在10kv及以上、容量在10mva及以上的变压器，采用纵差保护。对于电压为10kv的重要变压器，当电流速断保护灵敏度不符合要求时也可采用纵差保护。 3） 电压为220kv及以上的变压器装设数字式保护时，除非电量保护外，应采用双重化保护配置。当断路器具有两组跳闸线圈时，两套保护宜分别动作于断路器的一组跳闸线圈。根据上述规程，本电网中的2#变压器采用纵联差动保护作为主保护，而3#变压器由于其容量在10mva以下，故采用电流速断保护作为主保护。 二、纵联差动保护原理 主变差动保护作为变压器的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障，差动保护是输入的两端ct电流矢量差，当两端ct电流矢量差达到设定的动作值启动动作元件。差动保护是保护两端电流互感器之间的故障（即保护范围在输入的两端ct之间的设上），正常情况流进的电流和流出的电流在保护内大小相等，方向相反，相位相同，两者刚好抵消，差动电流等于零；故障时两端电流向故障点流，在保护内电流叠加，差动电流大于零。驱动保护出口继电器动作，跳开两侧的断路器，使故障设备断开电源。 纵联差动保护是按比较被保护元件（1号主变）始端和末端电流的大小和相位的原理而工作的。为了实现这种比较，在被保护元件的两侧各设置一组电流互感器ta1、ta2，其二次侧按环流法接线，即若两端的电流互感器的正极性端子均置于靠近母线一侧，则将他们二次的同极性端子相连，再将差动继电器的线圈并入，构成差动保护。其中差动继电器线圈回路称为差动回路，而两侧的回路称为差动保护的两个臂。 纵联差动保护是按比较被保护的变压器两侧电流的大小和相位的原理实现的。纵差保护在发电机上的应用比较简单，但是作为变压器内部故障的主保护，纵差保护将有许多特点和困难。变压器具有两个或更多个电压等级，构成纵差保护所用电流互感器的额定参数各不相同，由此产生的纵差保护不平衡电流将比发电机的大得多，纵差保护是利用比较被保护元件各端电流的幅值和相位的原理构成的，根据kcl基本定理，当被保护设备无故障时恒有各流入电流之和必等于各流出电流之和。外部短路时，流入差动继电器的电流为最大不平衡电流。 （1-1） 内部短路时，无论是单电源，还是双电源，保护都能正确测量到短路点电流。 （1-2）变压器纵差保护与发电机纵差保护一样，也可采用比率制动方式或标积制动方式达到外部短路不误动和内部短路灵敏动作的目的。纵联差动保护（比率制动式纵差保护）是比较被保护设备各引出端电气量（例如电流）大小和相位的一种保护。三、差动保护不平衡电流产生的原因与对策 在实际运行中，由于各种因素的影响会引起差动回路中流过不平衡电流，而且不平衡电流往往对于变压器差动保护的正常工作影响很大，如果不能够很好解决这些问题，就会直接影响变压器差动保护的性能，甚至造成变压器差动保护误动或拒动。 1、不平衡电流产生的原因 各侧电流互感器的特性不可能完全一致，例如110kv侧是使用断路器中的套管式电流互感器，而6kv侧多数是在高压开关柜内装设独立的环氧树脂浇铸式电流互感器，这两者之间不但型号不同，而且特性也不一致，势必在差回中引起不平衡电流。变压器的励磁涌流也是引起不平衡电流的一个原因，变压器空载合闸或外部短路故障切除后电压恢复时，在变压器电源侧绕组中将产生很大的励磁涌流，达到额定电流的6-8倍，由于此电流只流过变压器电源侧绕组，因此，在差回路中必然要出现较大的不平衡电流。此外，运行中的变压器带负荷调压使分接开关位置改变后，电流互感器二次电流的平衡关系被破坏，在差回路中产生不平衡电流。变压器区外短路时，由于穿越性短路电流使ta铁芯饱和，从而使不平衡差流增大，而且穿越性电流越大，不平衡差流就越大，二者呈现线性关系。 2、对于不平衡电流的对策 对于电流互感器型号不同的对策是使用厂家相同、伏安特性相同、准确级次相同的电流互感器，对于励磁涌流的影响可以使用带有速饱和线圈的差动继电器，或者使用带有二次谐波制动的微机保护装置进行克服，对于改变有载分接开关与区外穿越性故障的情况可以相应引入复式比率差动保护，就是按复式比率大小而动作的差动保护，它能满足正常运行、区外故障、内部故障及励磁涌流等多种情况对保护的要求。在变压器严重内部故障时，短路电流很大的情况下，ta严重饱和产生很大的不平衡电流，影响了复式比率差动保护的快速动作，所以差动保护还应有差动速断保护，作为辅助保护，以加快保护动作速度。 1.1.3 电流速断保护 一、变压器的电流速断保护由于瓦斯保护不能反映变压器箱体外部故障，所以对于200010000kva及以下的中、小容量变压器，若灵敏度满足要求时，应采用电流速断保护来瞬时切除变压器电源测套管引出线及部分绕组的故障。这样用电流速断与瓦斯保护相配合，即可瞬时切除变压器电源侧套管、引出线及箱体内的各种故障。 2、 接线及整定计算 电流速断保护装置装设在变压器的电源侧。当电源侧为大接地电流系统时，保护装置采用三相完全星型接线；当电源侧为小接地电流系统时，采用两相不完全星型接线或采用两相三继电器式接线。 其定值按下述条件计算： （1）按躲过变压器外部短路故障时流过变压器的最大短路电流整定，即 （1-3）式中 -可靠系数，取1.41.5。当采用反时限特性继电器时，可取 1.61.8； -变压器外部故障时流过保护的最大短路电流。 （2）按躲过变压器空投时的励磁涌流计算，即 （1-4）式中 -可靠系数，取35。对变压器额定容量较大者，取较小值； 反 之，取较大值； -变压器额定电流。取上述计算值较大者。灵敏度校验：需要用变压器低压侧最小两相短路电流校验电流速断保护装置的灵敏度，即 （1-5）式中 -保护安装处母线短路时的最小短路电流。灵敏度不应小于2。当灵敏度不满足要求时，若保护定值系按躲过励磁涌流的条件决定，则可使电流速断保护带有少许延时（如带2.0s延时），这样定值计算中的值不必取35倍，而可适当减小（如取23倍），以提高保护的灵敏度。 1.1.4 变压器相间短路的后备保护 一、变压器相间短路后备保护的整定原则对外部相间短路引起的变压器过电流，变压器应装设相间短路后备保护。保护带延时跳开相应的断路器。相间短路后备保护宜选用过电流保护、复合电压（负序电压和线间电压）启动的过电流保护或复合电流保护（负序电流和单相式电压启动的过电流保护）。 1）35kv66kv及以下中小容量的降压变压器，宜采用过电流保护。保护的整定值要考虑变压器可能出现的过负荷。 2）110kv500kv降压变压器、升压变压器和系统联络变压器，相间短路后备保护用过电流保护不能满足灵敏性要求时，宜采用复合电压起动的过电流保护或复合电流保护。 所以，本电网中2#变压器的相间短路后备保护采用过电流保护，若过电流保护不满足灵敏性要求时，采用复合电压启动的过电流保护或复合电流保护。对3#变压器的相间短路后备保护采用过电流保护。 二、过电流保护 变压器过电流保护的工作原理与线路定时限过电流保护相同。保护动作后跳开变压器两侧的断路器。 过电流保护整定计算步骤如下： （1）保护的启动电流按躲过变压器的最大负荷电流整定 （1-6）式中 -可靠系数，取1.2-1.3； -返回系数，取0.85-0.95； -变压器可能出现的最大负荷电流。 （2）变压器的最大负荷电流的确定。 1）对并联运行的变压器，应考虑切除一台变压器后的负荷电流。当各台变压器的容量相同时，可按下式计算： （1-7）式中 n-并联运行变压器的最少台数； -每台变压器的额定电流。 2)对降压变压器，应考虑负荷中电动机自起动时的最大电流，即： （1-8） 式中 -综合负荷的自启动系数，对于110kv的降压变压站，低压 6-10kv侧取=1.5-2.5，中压35kv侧取=1.5-2； -正常工作时的最大负荷电流，一般选择变压器额定电流。 （3）保护的灵敏度系数校验 （1-9） 作为近后备保护，取变压器低压侧母线为校验点，要求=1.52.0；作为远后备保护，取相邻线路末端为校验点，要求1.2。 （4）保护的动作时限。过电流保护的动作时限应比相邻元件保护的最大动作时限打一个阶梯时限。三、过负荷保护 对于6.3mva及以上电力变压器，当数台并列运行或单独运行，并作为其他符合的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，将设过负荷保护。对于自耦变压器和多绕组变压器，保护应能反映公共绕组及各侧过负荷的情况，过负荷保护采用单相式，带时限动作于信号。在无人值班的变电所，必要时过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷。中小容量的变压器过负荷保护采用定时限动作特性，动作电流也是按最大允许负荷电流下能可靠返回的条件整定。它的动作时间应与变压器允许的过负荷时间相配合，同时应大于相间故障后备保护的最大延时，一般可增大（12）。对于升压变压器，过负荷保护装设在主电源侧（低压侧）；三绕组升压变压器，过负荷保护装设在发电机电压侧和无电源侧；如三侧均有电源，三侧均应装设过负荷保护。对于降压变压器，双绕组变压器的过负荷保护装设在高压侧。单侧电源的三绕组降压变压器，过负荷保护装在电源侧和绕组容量较小的一侧；若三侧容量相同，过负荷保护仅在电源侧装设。两侧电源的三绕组降压变压器或联络变压器，三侧均应装设过负荷保护。 （一）变压器的过负荷保护 变压器的过负荷电流在大多数情况下是三相对称的，过负荷保护作用于信号，同时闭锁有载调压。所以只采用一个电流元件，接于任一相电流中，经延时动作于信号。 （二）过负荷保护的整定 1.动作电流的整定 过负荷保护的动作电流应按躲开变压器的额定电流整定，即 （1-10）式中 -可靠系数，取1.05； -返回系数，取0.85。 2.动作时限的整定过负荷保护动作时限应比变压器的后备保护动作时限大一个，一般取510s。此外，有些过负荷保护采用反时限特性及测量过负荷倍数有效值来构成。 1.1.5 变压器接地短路后备保护 一、变压器接地短路后备保护的配置原则与110kv及以上中性点直接接地电网连接的降压变压器、升压变压器和系统联络变压器，对外部单相接地短路引起的过电流，应装设接地短路后备保护，该保护宜考虑能反映电流互感器与断路器之间的接地故障。 1）在中性点直接接地的电网中，如变压器中性点直接接地运行，对单相接地引起的变压器过电流，应装设零序过电流保护，保护可由两段组成，其动作电流与相关线路零序过电流保护相配合。2）对自耦变压器和高、中压侧均直接接地的三绕组变压器，为满足选择性要求，可增设零序方向元件，方向宜指向各侧母线。 3）普通变压器的零序过电流保护，宜接到变压器中性点引出线回路的电流互感器；零序方向过电流保护宜接到高、中压侧三相电流互感器的零序回路；自耦变压器的零序过电流保护应接到高、中压侧三相电流互感器的零序回路。 4）高压侧电压为500kv及以上的变压器，应装设过励磁保护，在变压器允许的过励磁范围内，保护作用于信号，当过励磁超过允许值时，可动作于跳闸。 5）为提高切除自耦变压器内部单相接地短路故障的可靠性，可增设只接入高、中压侧和公共绕组回路电流互感器的星形接线电流分相差动保护或零序差动保护。 针对2#变压器高压侧（110kv及以上）单相接地短路应装设零序保护，作为变压器高压绕组和相邻元件接地故障主保护的后备。 二、中性点直接接地变压器的零序电流保护 1、零序电流保护的配置中性点直接接地运行变压器的零序电流保护原理接线图如图1-3所示。图中零序电流保护段作为变压器及母线的接地故障后备保护，其启动电流和延时应与相邻元件单相接地保护段配合，通常以较短延时=0.51.0s 动作于跳母联或分段断路器，以较长的延时有选择地动作于断开变压器各侧断路器。 图 1-3 零序电流保护段作为引出线接地故障的后备保护，其动作电流和延时应与相邻元件接地后备段相配合。通常应比相邻元件零序保护后备段最大延时大一个，以断开母联断路器或分段断路器，动作与断开变压器各侧断路器。 2、零序电流保护的整定计算 （1）零序段的动作电流按与相邻元件零序电流段或段或快速主保护相配合整定，即 （1-11）式中 -零序段的动作电路； -可靠系数，可取1.1； -零序电流分支习俗，其值等于相邻元件零序电流保护段保 护区末端发生接地短路时，流过本保护的零序电流与流过故 障线路的零序电流之比，取各种运行方式的最大值； -与之配合的相邻元件零序电流保护相关段的动作电流。 零序电流段的动作时限为、。 （2）零序电流段的动作电流按与相邻元件零序后备保护动作电流配合整定，即 （1-12）式中 -零序段的动作电流； -可靠系数，可取1.1； -零序电流分支系数，其值等于相邻元件零序电流保护后备段 保护区末端发生接地短路时，流过本保护的零序电流与流过 故障线路的零序电流之比，取各种运行方式的最大值； -与之配合的相邻元件零序电流保护后备段动作的电路。 零序电流段的动作时限为、。是指相邻元件零序保护后备段最大延时时间。 （3）灵敏系数校验。保护的灵敏系数为 （1-13）式中 -零序段（零序段）校验点接地短路时流过保护的最小 零序电流； -零序段（零序段）零序电流保护的动作电流。 1.2 阶段式电流保护 一、对相间短路，应按下列规定装设保护装置： 1）单侧电源线路：可装设一段或两段式电流速断保护和过电流保护，必要时可增设复合电压闭锁元件。 由几段线路串联的单侧电源线路及分支线路，如上述保护不能满足选择性、灵敏性和速动性的要求时，速断保护可无选择地动作，但应以自动重合闸来补救。此时，速断保护应躲开降压变压器低压母线的短路。 2） 中性点经低电阻接地的单侧电源线路装设一段或两段三相式电流保护，作为相间故障的主保护和后备保护；装设一段或两段零序电流保护，作为接地故障的主保护和后备保护。 串联供电的几段线路，在线路故障时，几段线路可以采用前加速的方式同时跳闸，并用顺序重合闸和备用电源自动投入装置来提高供电可靠性。 3）可能出现过负荷的电缆线路或电缆与架空混合线路，应装设过负荷保护，保护宜带时限动作于信号，必要时可动作于跳闸。 根据上述线路保护配置装设规则第一条，本电网中35kv线路采用电流速断保护作为主保护，过电流保护作为后备保护。 二、阶段式电流保护原理 电网担负着由电源向符合输送电能的任务，正常运行时线路上流的是负荷电流；当电力线路发生相间短路时，故障相的电流会急剧增大（是正常运行时负荷电流的几倍）、电压会急剧下降、电流和电压的相角急剧变化、测量阻抗会减小。可以根据这些变化构成各种相间短路保护，下面介绍三段式电流保护。 1本电网35kv线路的主保护采用瞬时电流速断保护。整定原则：保护的动作电流是按躲过线路末端最大短路电流来整定的。可保证在其他各种运行方式和短路类型下，其保护范围据不至于超出本线路范围。但是，保护范围就必然不能包括被保护线路的全长，因为只有当短路电流大于保护的动作电流时，保护才能动作。最大的保护范围为，最小的保护范围为。可以看出，这种保护的缺点是不能保护线路的全长，而且随着系统运行方式及故障类型的不同，其保护范围也要发生的相应变化。无时限电流速断保护的优点是：因为不反应下一线路的故障，所以动作时限将不受下一线路保护时限的牵制，可以瞬时动作。2.限时电流速断保护整定原则：按躲过相邻线路瞬时电流速断确定整定值。 无时限电流速断保护（也称电流i段保护）虽然能实现快速动作，但却不能保护线路的全长。因此，必须装设第ii段保护，即限时电流速断保护，用以反应无时限电流速断保护区外的故障。对第ii保护的要求是能保护线路的全长，还要有尽可能短的动作时限。限时电流速断保护要求保护线路的全长，那么其保护区必然会延伸至下一线路。因为本线路末端短路时流过保护装置的短路电流与下一线路始端短路时的短路电流相等，再加上还有运行方式下保护范围必然会延伸到下一线路。为尽量缩短动作的动作时限，通常要求限时电流速断延伸至下一线路的保护范围不能超过下一线路无时限电流速断保护的保护范围，因为线路的l1限时电流速断保护的动作电流应大于下一线路无时限电流速断保护的动作电流。3.本电网35kv线路的后备保护采用定时限过电流保护。整定原则：动作电流必须大于负荷电流，在最大负荷电流时保护装置不动作，当下一级线路发生外部短路时，如果本级电流继电器已经起动，则在下级保护切除故障电流之后，本级保护应能可靠地返回。 无时限电流速断保护和限时电流速断保护相配合能保护线路全长，可作为线路的主保护用。为防止本线路的主保护发生拒动，必须给线路装设后备保护，以作为本线路的近后备和下一线路的远后备。这种后备保护通常采用定时限过电流保护（又称为第iii段保护），其动作电流按躲过最大负荷电流整定，动作时限按保证选择性的阶梯时限来整定。定时限过电流保护原理接线图与限时电流速断保护相同，但由于保护范围和保护的作用不同，其动作电流和动作时限则不同。 工作原理：正常运动时，线路流过负荷电流，保护不动；当线路发生短路故障时，保护启动，经过保证选择性的延时动作，将故障切除。 1.3 母线保护原理及配置 一、引起母线故障的原因 运行经验表明，母线故障大多是单相接地短路和由其引起的相间短路。造成母线短路的主要原因是：母线绝缘子、断路器套管以及电压、电流互感器、避雷器等的套管和支持绝缘子的闪络或损坏；运行人员的误操作，如带地线误合闸或带负荷拉开隔离开关产生电弧等。尽管母线故障几率比线路要少，并且通过提高运行维护水平和设备质量、采用防误操作闭锁装置，可以大大减少母线故障的次数。但是，由于母线在电力系统中所处的重要地位，利用母线保护来减小故障所造成的影响仍是十分必要的。 二、母线保护的方式 母线保护的方式主要利用供电元件的保护装置来保护母线和装设专用的母线保护两种。 1、利用供电元件的保护装置保护母线由于低压电网中发电厂或变电站母线大多采用单母线接线或单母分段接线，且与系统的电气距离较远，母线故障一般不致对系统稳定和供电可靠性带来严重影响，所以通常可不装设专用的母线保护，而是利用供电元件（发电机、变压器或有电源的线路等）的后备保护来切除母线故障。 2、装设专用的母线保护 利用供电元件的后备保护来保护母线简单、经济，但切除故障时间较长，不能有选择性地切除故障母线，特别是对于高压电网难以满足稳定和运行上的要求。 根据有关规程规定，一下情况应装设专用母线保护： （1）220500kv母线，应装设能快速而有选择地切除故障的母线保护。对3/2断路器接线，每组母线宜装设两套母线保护。 （2）110kv双母线。 （3）110kv单母线、重要发电厂或110kv以上重要变电站的3566kv母线；按电力系统稳定和保证母线电压的要求需快速切除故障母线时。 （4）在3566kv电网中，对主要变电站的3566kv双母线或分段单母线需快速而又选择地切除一组或一段母线上的故障，以保证系统安全稳定运行和可靠供电时。双母线保护的要求是：必须快速有选择地切除故障母线，应能可靠、方便地适应母线运行方式的变化，接线尽量简化。对于中性点直接接地系统，为反应相间短路和单相接地短路，须采用三相式接线；对中性点非直接接地系统，只需反应相间短路，可采用两相式接线。据上所述，本电网的35kv母线不需装设专用的母线保护，而是利用供电元件的保护装置保护母线。110kv及以上母线需装设专用的母线保护。 第二章 原始资料分析2.1 水电厂系统主接线图 图2-1 本设计用到的电气主接线图其中，水电厂变、1号变电站、2号变电站220kv侧、110kv侧中性点均为直接接地运行方式。2.2 系统电气设备基本参数 2.2.1 水轮机额定容量：94117.6kva额定电压：13.8kv额定电流：3937.6a功率因数：0.85次暂态电抗：0.2015暂态电抗;0.2710 2.2.2 升压变压器额定容量：100mva额定电压：24213.8kv短路电压百分数：13.45%容量比：100100 2.2.3 输电线路型号：lgj-40035长度：92.2km单位长度的阻抗：0.4186km 2.2.4 一号主变压器 额定容量：150000kva 额定电流：376.5/715.7/2474.4a 额定电压：23012135kv容量比：100100100 接线方式：yn/yn0/d11 表2-1 一号主变参数值表短路电压（高）14.62%短路电压（高中）13.73%短路电压（中）-0.885%短路电压（高低）24.18%短路电压（低）9.57%短路电压（中低）8.68% 2.2.5 输电线路 型号：lgj-240/40 长度：70km 单位长度的阻抗：0.4045km 表2-2 输电线路参数值表全长阻抗r8.643x27.02z28.3144x081.06计算采用值标幺值（基准容量） 有名值（基准电压）正序0.214097 (100mva) 28.3144 (115kv) 2.2.6 二号主变压器 额定容量：10000kva 电压比：11081.25%/38.522.5%/10.5kv 容量比：100100100 接线方式：yn/yn0/d11 表2-3 二号变压器参数值表短路电压（高）11.01%短路电压（高中）10.67%短路电压（中）-0.34%短路电压（高低）17.52%短路电压（低）6.51%短路电压（中低）6.17% 2.2.7 输电线路 型号：lgj-70/20 长度：20.62km 单位长度的阻抗：0.58676km 表2-4 输电线路参数值表全长阻抗r8.69545x8.41296z12.09912x0计算采用值标幺值（基准容量）有名值（基准电压）正序0.88379 (100mva)12.09912 (37kv) 2.2.8 三号变压器1#与2# 额定容量：2000kva 额定电压：35/10.5kv 额定电流：33/109.97a 短路电压百分数：6.65% 容量比：100100 第三章 短路计算3.1 短路电流计算的目的及一般规定 一、短路电流计算的目的 在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中一个重要环节，计算的目的主要如下：1)在选择电气主接线时，为了比较各种接线的方案，或确定某一接线是否需采用限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。 2) 在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障清况下都能安全、可靠地运行，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。 3)在设计屋外高压配电装置时需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。 4)在选择继电保护方式和进行整定计算时需以各种短路时的短路电流为依据。 二、短路电流计算的一般规定 1)计算的基本情况： 1.电力系统中所有电源均在额定负荷下运行。 2.所有同步电机都具有自动调整励磁装置。 3.短路发生在短路电流为最大的瞬间。 4.所有电源的电动势相位角相同。 5.应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点电弧电阻对异频电动机的作用。仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。 2)接线方式 计算短路电流时所有的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式 (最大运行方式)。 3)计算容量应按本工程设计规划容量计算。 4)短路种类： 按三相短路计算为短路计算点，对于带电抗器的6-10kv出线与厂用分支回路，在选择母线至母线隔离开关之间的引线套管时，短路计算点该取在电抗器前，选择其余的导体和电器时，短路计算点应取在电抗器后。 三、短路电流计算方法：实用短路电流计算法运算曲线法 假设：1）正常工作时，三相系统对称运行； 2）所有电源的电动势相位角相同； 3）系统中的同步和异步电机均为理想电机； 4）电力系统中各元件磁路不饱和； 5）短路发生在短路电流为最大值瞬间； 6）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流； 7）除计算短路电流的衰减时间常数外，元件的电阻不考虑； 四、短路计算的基本步骤 1) 选择计算短路点。 2) 画等值网络图。 3) 化简等值网络图。 4) 求计算电抗。 5) 由运行曲线进出各电源供给的