电力系统继电保护设计

1、毕业设计题目 5 # 电力系统继电保护设计 学生所在学院 电气信息学院 专 业 电气工程及其自动化 学 号 学 生 姓 名 蒋 衍 圣 指 导 教 师 李 佑 光 助理指导教师 起 止 日 期 2015.01.06-2014.05.18重庆大学城市科技学院学 生 毕 业 设 计 开 题 报 告一、课题的目的及意义（含国内外的研究现状分析）： 1、研究意义继电保护是一种电力系统的反事故自动装置，它在电力系统中的作用十分重要，可以说没有继电保护技术的发展，就没有现代电力系统的今天。随着我国电力工业的迅速发展，各大电力系统的容量和电网区域不断扩大，网络接线越发复杂，继电保护装置广泛应用于电力系统、农

2、网和小型发电系统，这一现状对继电保护的选择性，可靠性，快速性以及灵敏性都提出了更高的要求。继电保护装置应在系统发生故障或不正常运行时，迅速，准确的切除故障元件或发出信号以便及时处理，因此，继电保护装置是电网及电气设备安全可靠运行的保证。电力系统继电保护的设计与配置是否合理直接影响到电力系统的安全运行。如果设计与配置不当，保护将不能正确工作（误动或拒动），从而扩大事故停电范围，给国民经济带来严重的恶果，有时还可能造成人身和设备安全事故。因此，合理地选择保护方式和正确地整定计算，对保证电力系统的安全运行有非常重要的意义。2、 研究现状电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技

3、术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力。我国从70年代末即已开始了计算机继电保护的研究，高等院校和科研院所起着先导的作用。重庆大学、华中科技大学、东南大学、华北电力大学、西安交通大学、天津大学、上海交通大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同形式的微机保护装置。华北电力大学在1984年研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路。在主设备保护方面，东南大学和华中科技大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和变压器组保护也相继于1989、1994年通过鉴定，投入运行。南京电力自动化研究

4、院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护，西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993、1996年通过鉴定。至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。可以说从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。3、 未来发展趋势 继电保护技术未来发展趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和通信一体化发展。随着计算机技术的飞

5、速发展及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展，出现了一些引人注目的新趋势。二、课题任务、重点研究内容、实现途径、条件： 1、课题任务：5#电力系统继电保护设计 （1）电力系统情况：系统如下图所示。 （2）任务书要求： 用标准图符重做系统图，并标出各元件的标识； 用标幺制计算个元件参数，写出过程，列出参数表； 画出全系统等值电路图，标出编号和参数； 选择短路点计算各短路电流周期分量，写出计算公式、过程步骤，列出结果数据表； 计算流过各保护的最大负荷电流，列出数据表； 发电机只配定子绕

6、组住保护、变压器只配电气量主保护、线路配置完整保护、母线保护不 要求，闭环网络按开环运行方式考虑保护的配置与整定。 对各保护进行整定计算，写出整定计算过程与结果，列出保护配置及定值清单表； 到实验室用软件作仿真计算全个系统的参数，校验计算成果。如有问题重新修改。 编写设计说明书或毕业设计论文，必须按论文要求格式，图文并茂，逻辑性强，语言流畅，文字简练。 把握好时间节点、独立按时完成任务，提交电子和纸质文档。 2、 重点研究内容 （1）短路电流计算（2）负荷计算（3）整定计算3、 实现途径（1）认真阅读、研究并理解任务。（2）大量查阅相关资料、接受指导老师专业指导。（3）完成相关计算，并按照相关

7、要求完成论文书写。4、现有基础和具备条件大学四年系统地学习了相关专业知识，打下了一定的理论基础；导师的悉心指导和谆谆教诲，打下了一定的思想基础；学校充足的实验设备和导师提供的参考资料，打下了一定的物质基础。 报告人签名：蒋衍圣 日期：2015年3月8日三、指导教师意见：注:此报告，学生应根据教师下发的任务书，独立撰写，在毕业设计（论文）开始后两周内完成。表格篇幅不够可自行增加页数。摘 要继电保护作为电力系统中发生故障或者异常状况监测的主要设施，通过对故障现象进行分析，从而发出相关警报信号或者暂时隔离、切除这一缺陷状态的。就一般情况而言，当电力系统发生故障或者处于非正常运行状态的时候，将对用电设

8、备的安全生产造成巨大的威胁，甚至会造成更加严重的后果。因此为了在工作中确保电力设备的运行安全和稳定，减少由电力事故引起的大面积停电或者重要设施破坏，必须在工作中对继电保护装置进行研究与优化，确保其能够可靠、准确、快速的控制线路。本文以某（110kv）系统为例，详细讲述了该系统的设计过程。为保证继电保护所应该具有的可靠性、选择性、灵敏性、速动性,充分发挥继电保护装置的作用，保证系统安全稳定地运行，做好短路电流计算以及各保护的整定计算工作是本系统设计的必要条件。关键词：继电保护 短路计算 整定计算AbstractIn power system relay protection as a failu

9、re or abnormal condition monitoring of the main facilities, through analyze the fault phenomenon, to make relevant alarm signal or temporary isolation, removal of the defect status. In terms of the general situation, when the abnormal operation of the power system failure or when the poses a great t

10、hreat to the safety in production of electrical equipment, will be even more serious consequences. So in order to ensure the operation of the power equipment in the work safety and stability, reduce blackouts caused by power accident or important facilities damaged, must work in study and optimizati

11、on of relay protection device, ensure it can be reliable, accurate and fast control circuit. In this paper a (110 kv) system as an example, the system design process is described in detail. In order to ensure the reliability of relay protection should have, selectivity, sensitivity, quick action, gi

12、ve full play to the role of the relay protection device, ensure the safe and stable operation of system, completes the short circuit current calculation and protection setting calculation work is a necessary condition for the system design. Keywords: Relay protection Short circuit calculation Settin

13、g calculation目 录第一章 引 言11.1综述11.2继电保护研究情况及未来发展趋势11.2.1研究现状11.2.2未来趋势21.3设计的主要内容2第二章 保护配置原则及方案选择22.1 配置原则22.1.1 发-变组保护配置原则32.1.2 变压器保护配置原则52.1.3 线路保护配置原则62.2选择方案7第三章 短路计算83.1系统情况93.1.1 #5电力系统图93.1.2 系统参数93.2 基准值选择93.3.1各元件等值电抗计算103.3.2 最大负荷电流计算123.4短路电流计算133.4.1线路1始端发生三相短路时的短路电流133.4.2线路1末端发生三相短路时的短路

14、电流143.4.3线路2始端发生三相短路时的短路电流153.4.4线路2末端发生三相短路时的短路电流153.4.5线路3始端发生三相短路时的短路电流163.4.6线路3末端发生三相短路时的短路电流173.4.7线路4始端发生三相短路时的短路电流183.4.8线路4末端发生三相短路时的短路电流19第四章 保护配置及整定计算204.1 变压器保护配置204.1.1变压器配置204.1.2保护配置的整定224.2发电机保护配置254.2.1 保护配置的原理254.2.2 保护配置的整定264.3接地距离保护的配置和整定274.3.1保护1的配置和整定274.3.2 保护2的配置和整定294.3.3

15、保护3的配置和整定304.3.4保护4的配置和整定31第五章 总 结34致 谢35第1章 引 言1.1综述 在我国,地区级电网主要是指 35110kV 电网，它具有电压等级低，接入的电厂容量较小，输电距离短等特点。110kV 电网在各地区的普及度越来越高，在电网中承担了很大一部分的电力传输。110kV 电网的形成和不断拓展的过程，体现了电网结构不断与电力负荷增长、城市规划以及供电可靠性相适应的过程。在电网的运行过程中，故障是不可避免的，为了电网能够在出现故障时，也能及时排除并安全稳定的继续运行，继电保护装置是不可缺少的。继电保护作为电力系统中发生故障或者异常状况监测的主要设施，是通过对故障现象

16、进行分析，从而发出相关警报信号或者暂时隔离、切除这一缺陷状态的。就一般情况而言，当电力系统发生故障或者处于非正常运行状态的时候，将对用电设备的安全生产造成巨大的威胁，甚至会造成更加严重的后果。因此为了在工作中确保电力设备的运行安全和稳定，减少由电力事故引起的大面积停电或者重要设施破坏，必须在工作中对继电保护装置进行研究与优化，确保其能够可靠、准确、快速的控制线路。继电保护装置是电力系统安全稳定运行的重要防线，为保证继电保护充分发挥作用，继电保护必须满足可靠性、选择性、灵敏性、速动性的要求，而除了可靠性需要依赖于继电保护装置本身，选择性、灵敏性、速动性都是由保护定值决定的，因此做好电网继电保护定

17、值的整定计算工作对于保证电力系统的安全运行是非常重要的。1.2继电保护研究情况及未来发展趋势1.2.1研究现状电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力。我国从70年代末即已开始了计算机继电保护的研究，高等院校和科研院所起着先导的作用。重庆大学、华中科技大学、东南大学、华北电力大学、西安交通大学、天津大学、上海交通大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同形式的微机保护装置。华北电力大学在1984年研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机

18、保护的推广开辟了道路。在主设备保护方面，东南大学和华中科技大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和变压器组保护也相继于1989、1994年通过鉴定，投入运行。南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护，西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993、1996年通过鉴定。至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。可以说从90

19、年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。1.2.2未来趋势继电保护技术未来发展趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和通信一体化发展。随着计算机技术的飞速发展及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展，出现了一些引人注目的新趋势。1.3设计的主要内容(1)用标准图符重做系统图，并标出各元件的标识；(2)用标幺制计算个元件参数，写出过程，列出参数表；(3)画出全系统等值电路图，标出编号和参数；(4)选择短路点计算各短路电流周期分量，写出计算公式、过程步骤，列出结果数据

20、表；(5)计算流过各保护的最大负荷电流，列出数据表；(6)发电机只配定子绕组主保护、变压器只配电气量主保护、线路配置完整保护、母线保护不要求，闭环网络按开环运行方式考虑保护的配置与整定。(7)对各保护进行整定计算，写出整定计算过程与结果，列出保护配置及定值清单表；第二章 保护配置原则及方案选择2.1 配置原则电力系统的所有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会发生如短路、断路等故障。最常见同时也是最危险的故障是发现各种类型的短路。故障和不正常运行状态都可能在电力系统中引起事故。为了避免不必要的损失，在电力系统的各部分配置各种保护，保证电力系统安全稳定的运行

21、。本文以110KV电力系统为例，进行保护配置，110KV系统见图2.1.图2.1 110KV电力系统图2.1.1 发-变组保护配置原则按照继电保护和安全自动装置技术规程可知：对发电机定子绕组及其引出线的相间短路故障，应按下列规定配置相应的保护作为发电机的主保护；(1) 1MW 及以下单独运行的发电机，如中性点侧有引出线，则在中性点侧装设过电流保护，如中性点侧无引出线，则在发电机端装设低电压保护。(2) 1MW 及以下与其它发电机或与电力系统并列运行的发电机，应在发电机端装设电流速断保护。如电流速断灵敏系数不符合要求，可装设纵联差动保护；对中性点侧没有引出线的发电机，可装设低压过流保护。(3)

22、1MW 以上的发电机，应装设纵联差动保护。(4) 对 100MW 以下的发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机与变压器宜分别装设单独的纵联差动保护功能。(5) 对 100MW 及以上发电机变压器组，应装设双重主保护，每一套主保护宜具有发电机纵联差动保护和变压器纵联差动保护功能。(6) 在穿越性短路、穿越性励磁涌流及自同步或非同步合闸过程中，纵联差动保护应采取措施，减轻电流互感器饱和及剩磁的影响，提高保护动作可靠性。(7) 纵联差动保护，应装设电流回路断线监视装置，断线后动作于信号。电流回路断线允许差动保护跳闸。(8) 本条中规定装设的过电流保护、电流速断保护、低电压保护、低压过

23、流和差动保护均应动作于停机。对发电机定子匝间短路，应按下列规定装设定子匝间保护：(1) 对定子绕组为星形接线、每相有并联分支且中性点侧有分支引出端的发电机，应装设零序电流型横差保护或裂相横差保护、不完全纵差保护。(2) 50MW 及以上发电机，当定子绕组为星形接线，中性点只有三个引出端子时，根据用户和制造厂的要求，也可装设专用的匝间短路保护。对发电机外部相间短路故障和作为发电机主保护的后备，应按下列规定配置相应的保护，保护装置宜配置在发电机的中性点侧：(1) 对于 1MW 及以下与其它发电机或与电力系统并列运行的发电机，应装设过流保护。(2) 1MW 以上的发电机，宜装设复合电压(包括负序电压

24、及线电压)起动的过电流保护。灵敏度不满足要求时可增设负序过电流保护。(3) 50MW 及以上的发电机，宜装设负序过电流保护和单元件低压起动过电流保护。(4) 自并励(无串联变压器)发电机，宜采用带电流记忆(保持)的低压过电流保护。(5) 并列运行的发电机和发电机变压器组的后备保护，对所连接母线的相间故障，应具有必要的灵敏系数。(6) 本条中规定装设的以上各项保护装置，宜带有二段时限，以较短的时限动作于缩小故障影响的范围或动作于解列，以较长的时限动作于停机。(7) 对于按规定装设了定子绕组反时限过负荷及反时限负序过负荷保护，且保护综合特性对发电机变压器组所连接高压母线的相间短路故障具有必要的灵敏

25、系数，并满足时间配合要求，可不再装设4.2.6.2 条规定的后备保护。保护宜动作于停机。对发电机定子绕组的异常过电压，应按下列规定装设过电压保护：(1) 对水轮发电机，应装设过电压保护，其整定值根据定子绕组绝缘状况决定。过电压保护宜动作于解列灭磁。(2) 对于 100MW 及以上的汽轮发电机，宜装设过电压保护，其整定值根据定子绕组绝缘状况决定。过电压保护宜动作于解列灭磁或程序跳闸。对过负荷引起的发电机定子绕组过电流，应按下列规定装设定子绕组过负荷保护：(1) 定子绕组非直接冷却的发电机，应装设定时限过负荷保护，保护接一相电流，带时限动作于信号。(2) 定子绕组为直接冷却且过负荷能力较低(例如低

26、于1.5 倍、60s)，过负荷保护由定时限和反时限两部分组成。定时限部分：动作电流按在发电机长期允许的负荷电流下能可靠返回的条件整定，带时限动作于信号，在有条件时，可动作于自动减负荷。2.1.2 变压器保护配置原则按照继电保护和安全自动装置技术规程可知：（1）反映变压器线圈及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地的纵差动保护。（2）反映变压器内部各种故障和油面降低的瓦斯保护及有载调压的瓦斯保护。（3）反映变压器外部短路引起的过电流和作为变压器主保护后备保护的相间后备保护。（4）反映大接地电网外部接地短路的零序电流、电压后备保护。（5）0.4MVA 及以上车间内油浸式变压器和0.8MV

27、A 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。带负荷调压变压器充油调压开关，亦应装设瓦斯保护。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。（6）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。（7）电压在 10kV 以上、容量在10MVA 及以上的变压器，采用纵差保护。（8）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。（9）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

28、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。（10）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。（11）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。（12）对降压变压器，升压变压器和系统联络变压器，根据各侧接线、连接的系统和电源情况的不同，应配置不同的相间短路后备保护，该保护宜考虑能反映电流互感器与断路器之间的故障。（13）单侧电源双绕组变压器和三绕组变压器，相间短路后

29、备保护宜装于各侧。非电源侧保护带两段或三段时限，用第一时限断开本侧母联或分段断路器，缩小故障影响范围；用第二时限断开本侧断路器；用第三时限断开变压器各侧断路器。电源侧保护带一段时限，断开变压器各侧断路器。（14）两侧或三侧有电源的双绕组变压器和三绕组变压器，各侧相间短路后备保护可带两段或三段时限。为满足选择性的要求或为降低后备保护的动作时间，相间短路后备保护可带方向，方向宜指向各侧母线，但断开变压器各侧断路器的后备保护不带方向。（15）低压侧有分支，并接至分开运行母线段的降压变压器，除在电源侧装设保护外，还应在每个分支装设相间短路后备保护。2.1.3 线路保护配置原则按照继电保护和安全自动装置

30、技术规程可知：110kV220kV 中性点直接接地电力网的线路，应按规程装设反应相间短路和接地短路的保护。（1）110kV 双侧电源线路符合下列条件之一时，应装设一套全线速动保护。a.根据系统稳定要求有必要时；b线路发生三相短路，如使发电厂厂用母线电压低于允许值（一般为60%额定电压），且其他保护不能无时限和有选择地切除短路时；c如电力网的某些线路采用全线速动保护后，不仅改善本线路保护性能，而且能够改善整个电网保护的性能。（2） 对多级串联或采用电缆的单侧电源线路，为满足快速性和选择性的要求，可装设全线速动保护作为主保护。（3）110kV 线路的后备保护宜采用远后备方式。（4）单侧电源线路，可

31、装设阶段式相电流和零序电流保护，作为相间和接地故障的保护，如不能满足要求，则装设阶段式相间和接地距离保护，并辅之用于切除经电阻接地故障的一段零序电流保护。（5）双侧电源线路，可装设阶段式相间和接地距离保护，并辅之用于切除经电阻接地故障的一段零序电流保护。2.2选择方案 本次毕业设计的主要内容是对5#电力系统继电保护的配置。可跟据继电保护配置原理，先选择两套保护方案，通过比较后认可其中的一套方案，再对这套方案中的保护进行确定性的整定计算和灵敏性校验，看看它们是否能满足要求，如果能满足便可以采用，如果不能满足则需要重新选择，重新整定和校验。 表2-1 方案选择表方案1保护对象主保护后备保护变压器纵

32、联差动保护、瓦斯保护复合电压启动过电流保护、过负荷保护母线不要求无输电线路距离、保护零序电流、保护发电机纵联差动保护定子绕组接地保护方案2保护对象主保护后备保护变压器电流速断保护、瓦斯保护复合电压启动过电流保护、零序电流保护母线不要求无输电线路距离、保护零序电流、保护发电机纵联差动保护定子绕组接地保护 对于变压器而言，它的主保护可以采用最常见的纵联差动保护和瓦斯保护，用两者的结合来做到优势互补。变压器差动保护通常采用三侧电流差动，其中高电压侧电流引自高压熔断器处的电流互感器，中低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器，这样使差动保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域，从而

33、可以更好地反映这些区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障。考虑到与发电机的保护配合，所以采用纵联差动保护作为变压器的主保护，不考虑用电流速断保护。瓦斯保护主要用来保护变压器的内部故障，它由于一方面简单，灵敏，经济；另一方面动作速度慢，且仅能反映变压器油箱内部故障，就注定了它只有与差动保护配合使用才能做到优势互补，效果更佳。后备保护首先可以采用复合低电压启动过电流保护，这主要是考虑到低电压启动的过电流保护中的低电压继电器灵敏系数不够高。由于发电机-变压器组中发电机采用了定子绕组接地保护，所以，变压器不采用零序电流保护。110kV侧的母线接线可以采用完全电流差动保护，简单，可靠

34、也经济。但此设计对母线保护不进行要求，对于110kV侧的输电线路，可以直接考虑用距离保护，因为在电压等级高的复杂网络中，电流保护很难满足选择性，灵敏性以及快速切除故障的要求，因此这个距离保护也选择得合理，同时由于它的电压等级较高，我们还应该考虑给它一个接地故障保护，先选择零序电流保护，因为当中性点直接接地的电网(又称大接地电流系统)中发生短路时,将出现很大的零序电流,而在正常运行情况下它们是不存在的。因此,利用零序电流来构成接地短路的保护,就有显著的优点。发电机则采用纵联差动保护作为主保护，定子绕组接地保护作为后备保护。 综上所述，方案1比较合理，方案1保护作为设计的初始保护，在后续章节对这些

35、保护进行整定与校验，是否符合设计要求。第3章 短路计算计算短路电流的目的是为了选择保护方式和确定保护装置的整定参数。因此要求计算得比较准确。计算短路电流时，运行方式的确定非常重要，因为它关系到所选定的保护是否经济合理简单可靠，以及是否能满足灵敏度的要求等一系列问题。短路电流计算原则：（1） 忽略发电机、变压器等阻抗参数的电阻部分，并假定旋转电机的负序电抗等于正序阻抗。（2） 发电机电势可以假定均等于 1（标幺值）且相位一致。（3） 不考虑短路电流的衰减以及强励的作用。（4） 不计线路电容电流和负荷电流的影响。（5） 不计故障的电阻和接地电阻。3.1系统情况3.1.1 #5电力系统图图3-1#5

36、电力系统图3.1.2 系统参数3号母线运行电压：121KV；6号母线运行电压：38.5KV；1、2号发电机：40MV cos=0.8 Vn=10.5KV Xd=1.0 Xd=0.13；3、4号发电机：60MV cos=0.8 Vn=10.5KV Xd=0.9 Xd=0.11；1、2变压器：Sn=45MV.A、Vs=10.5%、Po=14KW、Ps=95KW、Io%=1.0；3、4变压器：Sn=25MV.A、Vs=10.5%、Po=13KW、Ps=80KW、Io%=1.1；5、6变压器：Sn=80MV.A、Vs=10.5%、Po=15KW、Ps=100KW、Io%=1.0；1、3号线路：ro=0

37、.165、Xo=0.409KV、bo=2.82106、L=50KM；2、4号线路：ro=0.165、Xo=0.409KV、bo=2.82106、L=50KM；1号集中负荷：5+j2MW；2号集中负荷：20+j9MW；3号集中负荷：15+j4MW；4号集中负荷：4+j2MW；5号集中负荷：20+j10MW；6号集中负荷：16+j5MW；3.2 基准值选择在电力系统计算中，广泛采用标幺值。标幺制是相对单位制中的一种，在标幺制中各物理量都用标幺值表示。标幺值=实际有名值（任意单位）/基准值（与有名值同单位）标幺值是一个没有量纲的数值。对于同一个实际值，当所选基准值不同时，其标幺值也不同。所以当诉说一

38、个物理量的标幺值时，必须同时说明其基准值多大，否则仅有一个标幺值是没有意义的。采用标幺值的目地是为了简化计算和便于对计算结果做出分析评价，在选择基准值时应考虑尽量实现这些目的。电力系统的各电气量基准值的选择，在符合电路基本关系的前提下，原则上可以任意选取。四个物理量的基准值都要分别满足以上的公式，因此，四个基准值只能任选两个，其余两个则由其关系式决定。基准功率：，基准电压：基准电流：基准电抗：电压标幺值： 3.3各个元件参数计算及负荷电流计算3.3.1各元件等值电抗计算发电机等值电抗计算(1)#1、2发电机G1、G2电抗标幺值计算 (2)#3、4发电机G3、G4电抗标幺值计算 变压器等值电抗计

39、算（1） #1、2变压器T1、T2等值电抗计算（2） #3、4变压器T3、T4等值电抗计算（3） #5、6变压器T5、T6等值电抗计算 线路等值电抗计算（1） #1、3线路L1、L3等值电抗计算正序及负序电抗 零序电抗： （2） #2、4线路L2、L4等值电抗计算正序及负序电抗 零序电抗： 所以，电力系统继电保护的等值网络如图3-2所示：图3-2 #5号系统等值电路图3.3.2 最大负荷电流计算（1） #3母线最大负荷电流计算最大负荷电流计算（折算到110KV）（2） #6母线最大负荷电流计算最大负荷电流计算（折算到110KV）（3） #7母线最大负荷电流计算最大负荷电流计算（折算到110KV

40、）（4） #9母线最大负荷电流计算最大负荷电流计算（折算到110KV）（5） #8母线最大负荷电流计算最大负荷电流计算（折算到110KV）（6） #10母线最大负荷电流计算最大负荷电流计算（折算到110KV）3.4短路电流计算 由于短路电流计算是电网继电保护配置设计的基础，因此分别考虑最大运行方式（四台发电机全部投入）时各线路始末端短路的情况，最小运行方式（#1、2发电机，#3、4发电机各有一台投入）时各线路始末端短路的情况。3.4.1线路1始端发生三相短路时的短路电流（1）最大运行方式下#1、2发电机提供的短路电流#3、4发电机提供的短路电流（2）最小运行方式下#1、2发电机提供的短路电流#

41、3、4发电机提供的短路电流3.4.2线路1末端发生三相短路时的短路电流（1）最大运行方式下#1、2发电机提供的短路电流#3、4发电机提供的短路电流（2）最小运行方式下#1、2发电机提供的短路电流#3、4发电机提供的短路电流3.4.3线路2始端发生三相短路时的短路电流（1）最大运行方式下#1、2发电机提供的短路电流#3、4发电机提供的短路电流（2）最小运行方式下#1、2发电机提供的短路电流#3、4发电机提供的短路电流3.4.4线路2末端发生三相短路时的短路电流（1）最大运行方式下#1、2发电机提供的短路电流#3、4发电机提供的短路电流（2）最小运行方式下#1、2发电机提供的短路电流#3、4发电机

42、提供的短路电流3.4.5线路3始端发生三相短路时的短路电流（1） 最大运行方式下#1、2发电机提供的短路电流#3、4发电机提供的短路电流（2） 最小运行方式下#1、2发电机提供的短路电流#3、4发电机提供的短路电流3.4.6线路3末端发生三相短路时的短路电流（1）最大运行方式下#1、2发电机提供的短路电流#3、4发电机提供的短路电流（2）最小运行方式下#1、2发电机提供的短路电流#3、4发电机提供的短路电流3.4.7线路4始端发生三相短路时的短路电流（1）最大运行方式下#1、2发电机提供的短路电流#3、4发电机提供的短路电流（2）最小运行方式下#1、2发电机提供的短路电流#3、4发电机提供的短

43、路电流3.4.8线路4末端发生三相短路时的短路电流（1）最大运行方式下#1、2发电机提供的短路电流#3、4发电机提供的短路电流（2）最小运行方式下#1、2发电机提供的短路电流#3、4发电机提供的短路电流第4章 保护配置及整定计算4.1 变压器保护配置4.1.1变压器配置（1）纵联差动保护本次设计所采用的变压器型号均分别为：SDL-31500/110、SFSL-31500/110、SFL-20000/110、SFL-20000/110。对于这种大型变压器而言，它都必需装设单独的变压器差动保护，这是因为变压器差动保护通常采用三侧电流差动，其中高电压侧电流引自高压熔断器处的电流互感器，中低压侧电流分

44、别引自变压器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器，这样使差动保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域，从而可以更好地反映这些区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障。所以我们用纵联差动保护作为两台变压器的主保护，其接线原理图如图5.1所示。正常情况下, 即： （变压器变比） 所以这时Ir=0，实际上，由于电流继电器接线方式，变压器励磁电流，变比误差等影响导致不平衡电流的产生，故Ir不等于0 ，针对不平衡电流产生的原因不同可以采取相应的措施来减小。尽管纵联差动保护有很多其它保护不具备的优点，但当大型变压器内部产生严重漏油或匝数很少的匝间短路故障以及绕组断线故障时，纵联差动保护不

45、能动作，这时我们还需对变压器装设另外一个主保护瓦斯保护。图4-1 纵联差动保护原理示意图（2）瓦斯保护瓦斯保护是变压器内部故障的主要保护元件，对变压器匝间和层间短路、铁芯故障、套管内部故障、绕组内部断线及绝缘劣化和油面下降等故障均能灵敏动作。当油浸式变压器的内部发生故障时，由于电弧将使绝缘材料分解并产生大量的气体，从油箱向油枕流动，其强烈程度随故障的严重程度不同而不同，反应这种气流与油流而动作的保护称为瓦斯保护，也叫气体保护。瓦斯保护的工作原理：当变压器内部发生轻微故障时，有轻瓦斯产生，瓦斯继电器KG的上触点闭合，作用于预告信号；当发生严重故障时，重瓦斯冲出，瓦斯继电器的下触点闭合，经中间继电

46、器KC作用于信号继电器KS，发出警报信号，同时断路器跳闸。瓦斯继电器的下触点闭合，也可利用切换片XB切换位置，只给出报警信号。瓦斯保护的整定： 瓦斯保护有重瓦斯和轻瓦斯之分，它们装设于油箱与油枕之间的连接导管上。其中轻瓦斯按气体容积进行整定，整定范围为：250300cm3,一般整定在250cm3 。重瓦斯按油流速度进行整定，整定范围为：0.61.5m/s,一般整定在1m/s 。瓦斯保护原理如图4-2所示。图4-2 瓦斯保护原理示意图（3）复合电压启动的过流保护由于这种保护可以获得比一般过流保护更高的灵敏性，所以实践中它常用来作厂变内部及低分支外部相间短路故障的后备保护，这里我也用来作为变压器的

47、后备保护，它是由负序过电压元件、低电压元件、过流元件及时间元件构成，其中负序过电压元件与低电压元件构成复合电压启动元件，其保护原理接线图如图4-3所示。复合电压过流保护的输入电流取高压侧电流,为保证选择性,复合电压启动元件需要配置两套,输入电压分别取自厂变低压侧两个支上的电压。 保护采用两段延时出口。 以A分支为例: 若发生相间不对称短路故障,”U2”元件启动,常闭触点断开,使”U”元件短时启动, ”U”元件返回后,因”U”元件返回电压较高,只要相间残压不高于返回电压, ”U”已经动作,先按I段延时”U”元件B1跳开A厂用分支断路器,若故障不能消除,再按段延时B2动作于解列灭磁。图4-3 复合

48、电压启动的过流保护原理接线图4.1.2保护配置的整定（1）纵联差动保护整定 对于本次设计来说，变压器的主保护有纵联差动保护和瓦斯保护，其中瓦斯保护一般不需要进行整定计算，所以仅对纵联差动保护进行整定如下：避越变压器的励磁涌流： 其中为可靠系数，取1.3，而为变压器的额定电流。避越外部短路时的最大不平衡电流： =其中Ktx为电流互感器同型系数，型号相同时取0.5，型号不同时取1，这里为避免以后更换设备的方便故取1；为非周期分量引起的误差，取1；建议采用中间值0.05；取0.1； 为变压器外部最大运行方式下的三相短路电流，由前面的计算结果知=995。躲过电流互感器二次回路断线的最大负荷电流： 而保

49、护基本侧的动作电流取： 确定差动继电器的动作电流和基本侧差动线圈的匝数： 差动继电器的动作电流： 其中为电流互感器的一次侧额定电流； 为电流互感器的二次额定电流。差动线圈匝数： 实际整定匝数选用： 所以继电器的实际动作电流为： 保护装置的实际动作电流为： 变压器差动保护参数计算结果如下表4-1：表4-1变压器差动保护参数表变压器额定电压/kV110110110110额定电流 Ie/A互感器的接线方式Ddyy互感器的计算变比互感器的选择变比100/5100/5400/5400/5电流互感器二次额定电流58/20=2.958/20=2.9320/80=4320/80=4校验保护的灵敏系数:当系统在

50、最小运行方式下,线路L4处开环运行发生两相短路时,保护装置灵敏系数最低,即: 显然灵敏度满足要求。其中是变压器差动保护范围内短路时总的最小短路电流有名值(归算到基本侧)。是保护的接线系数,这里1 。(2) 变压器的后备保护的整定复合电压启动过流保护,下面对它进行整定与灵敏性校验:过电流元件动作值按躲开厂变额定电流整定,即:对于B1、B2： 其中Krel是可靠系数,一般为1.151.25,这里取1.15, Kre是返回系数,这里取0.85最小运行方式下,线路开环运行两相短路时,保护的灵敏性校验:，满足要求。对于B3、B4： 最小运行方式下, 线路L4开环运行两相短路时,保护的灵敏性校验:，满足要

51、求。过负荷保护的整定计算：取可靠系数Krel为1.05,返回系数Kres为0.85,IN为保护安装侧变压器的额定电流。对于B1、B2其额定电流为： 所以： 对于B3、B4,其额定电流为： 所以： 4.2发电机保护配置4.2.1 保护配置的原理发电机定子相间故障由电流纵联差动作主保护，发电机电流纵联差动保护原理与极短输电线电流纵联差动保护相同。发电机匝间短路故障除横联电流差动作为主保护外，还可以有根据其他原理的保护。纵联差动保护是发电机内部相间短路的主保护。因此，它应能快速而灵敏地切除内部所发生的故障。同时，在正常运行及外部故障时，又应保证动作的选择性和工作的可靠性。根据接线方式和位置的不同又可分为完全纵联差动和不完全纵联差动。比率制动式完全纵联差动保护是发电机内部相间短路故障的主保护，其原理接线如图4-5所示。不完全纵联差动保护也是发电机内部故障的主保护，既能反映发电机（或发变组）内部各种相间短路，也能