KV变电站继电保护设计

1、TAIYUAN UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY毕业设计（论文） 110KV变电站的继电保护设计学 生 姓 名 _ _学 号 _班 级 _ _所属院（系）_指 导 教 师 _ _ 2011年 6 月 15 日太原科技大学毕业设计（论文）任务书学院（直属系）： 华科学院 时间： 2011年3月8 日学 生 姓 名李宇鹏指 导 教 师潘峰设计（论文）题目临汾城北110KV变电站的继电保护 主要研究内容继电保护的重要性、线路保护及短路电流，变压器的差动保护、瓦斯保护，简单介绍后备保护如相间距离保护、接地距离保护和零序电流保护，其中线路保护包括保护原理、保护

2、整定计算和灵敏性校验；研究方法查阅整定计算和继电保护相关书籍，选出符合自己设计题目的要求的整定方法，所有的计算公式建立在理论基础上，通过实际原始数据为依据进行设计；主要技术指标(或研究目标)主要设计线路和变压器的继电保护项目，以城北站原始数据为依据，根据地方用电情况设计继电保护项目，确保继电保护的的可靠性、选择性、灵敏性和速动性。教研室意见教研室主任（专业负责人）签字： 年 月 日 目录摘 要IIIAbstractIV绪 论- 1 -第1章 继电保护基础- 3 -1.1 概述- 3 -1.2 继电保护的基本原理和任务- 3 -1.3 继电保护装置的基本结构- 3 -1.4 继电保护的基本要求-

3、 4 -1.5 互感器基础- 4 -第2章 参数设定及阻抗计算- 7 -2.1 参数设定- 7 -2.2 阻抗归算- 7 -第3章 线路的继电保护- 9 -3.1 线路的整定- 9 -3.1.1 短路电流计算- 9 -3.1.2 整定计算- 13 -3.1.3 定时限过电流保护- 17 -3.1.4 灵敏度校验- 19 -3.1.5 保护动作时间整定- 21 -3.2线路的电流保护- 21 -3.3线路的接地保护- 25 -3.4线路的距离保护- 26 -3.5线路的纵联差动保护- 30 -3.6线路的高频保护- 31 -第4章 主变压器的继电保护- 33 -4.1 主变的整定- 33 -4.

4、1.1 短路电流计算- 33 -4.1.2 计算各种方式下的一次短路电流值- 34 -4.1.3 主变（1B、2B）电流互感器参数、额定电流、平衡系数的计算- 34 -4.1.4 计算差动保护一次动作电流- 35 -4.1.5 差动继电器动作电流和差动线圈匝数计算- 36 -4.1.6 其他侧工作线圈和平衡线圈匝数的计算- 36 -4.1.7 整定匝数与计算匝数不等引起的相对误差- 36 -4.1.8 校验保护灵敏度- 36 -4.2 变压器保护的配置- 36 -4.3 变压器的瓦斯保护- 37 -4.4 变压器的差动纵联保护- 38 -4.5 相间短路后备保护- 39 -4.6 接地短路后备

5、保护- 42 -4.7 过负荷保护- 42 -4.8 非电量保护- 43 -第5章、主变、线路保护的选型及装置介绍- 44 -5.1 主变保护的选型及装置介绍- 44 -5.2 线路保护的选型及装置介绍- 44 -总结- 46 -参考文献- 47 -致 谢- 48 - 摘 要中国的电力工业作为国家最重要的能源工业，一直处于优先发展的地位，电力企业的发展也是令人瞩目的。电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，也使得继电保护得以飞速的发展。本次毕业设计以临汾城北110KV变电站的变压器、输电线路和电气接线方式作为主要原始数据，本设计围绕110KV变电站的继电保护设计，根据原始资料提供的变电站

6、一次系统图，重点介绍变压器的差动保护和瓦斯保护，及线路的速断保护和过流保护，及其整定计算内容。通过计算和比较确定了变电站中电气设备的保护和自动装置的初步设计方案和配置选型，确定了保护计算的运行方式。关键词：线路继电保护，变压器的继电保护，短路计算，整定计算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 绪 论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，因此，继电保护技术在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。继电保护技术经历了基于集成运算放大器的集成电路保护、超大规模集成电路的集成电路保护、微机保护等。继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。本次毕业设计是作者在临汾城北

11、变电站参观学习时，以变电站的建站的原始数据为依据，本变电所110KV有两回进线，可采用单母线分段接线，当一段母线发生故障时，分段断路器自动切除故障段，保障正常母线不间断供电。35KV和10KV出线有较多重要用户，所以均采用单母线分段接线方式。主变压器110KV侧中性点经隔离开关接地，并装设避雷器保护。计算用到的一切数据全部来自该变电站的真实数据，但整定计算结果是不一样的，原因是变电站的继电保护全是微机保护，整定计算的公式与理论公式有所出入。设计计算时查阅了相关继电保护和整定计算相关的书籍，并得到了有关继电保护工程师的理论帮助，从许多的整定方法中选出与自己设计课题相符的整定方式，所有的计算公式全

12、是建立在理论基础上的。设计共分为五章，对继电保护的基础和线路继电保护方法做了简单阐述，主要部分是系统短路电流计算和线路保护整定计算，以及变压器的相关保护，分别对各个短路的进行了三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路计算。变电站的#1、#2输电线路的主保护是光纤纵联差动保护，后备保护是相间距离保护、接地距离保护和零序电流保护，所以这次设计对保护线路进行这几种保护的整定计算。临汾城北110KV变电站按六台主变设置总平，五台10/10k容量为5x40M双卷有载调压变压器，一台110/35kV，容量为20MVA的双卷有载调压变压器。对于其二期工程将装设一台40MVA,一台31.5MVA的主变压

13、器。对于各级电压的出线，110KV进线最终三回，目前投入使用两回，10KV出线五十三回，目前投入使用二十四回。对于无功补偿要求，按照无功功率就地平衡的原则，及省电力公司批复的文件要求（变电站的无功补偿后，功率因数不小于0.98），本设计按主变（最终规模）容量的15考虑，采用静止无功自动补偿方式，设两组7500千乏电容器，预留5x7500千乏电容器组的位置。采用屋内柜式无功补偿，接线型式为单星形，串联电抗器接于电源侧以限制涌流及抑制高次谐波。其电气主接线为双母线接线型式，10kV最终规模为、段单母线分段型式，、段单母线分段型式。各电压等级中性点接地方式：110kV系统通过变压器中性点直接接地。1

14、0kV系统采用不接地方式。站内分隔成四个部分：110kV配电区、主变、10kV配电及控制室建筑区、电容补偿装置区。站区南侧为110kV配电装置，采用半高型软母线布置方式；站区北侧为10kV配电区；站区中央为主变布置，与110kV配电区分列路两旁；电容补偿装置在站区的东面；控制室及附属建筑区布置在站区北面，进站大门在站区西侧。为了防止直击雷危害站内的电力设施，设四支30米高独立避雷针联合保护站区。为防止沿线路的雷电侵入波和操作过电压对设备的危害，110kV、10kV母线及10kV出线口装设氧化锌避雷器。110kV母线上所装避雷器与主变压器的电气距离经计算约为140m，根据交流电气装置的过电压保护

15、和绝缘配合规程规定，金属氧化物避雷器至主变的最大电气距离为120m（进线回路数为2，避雷线长度为1.5km），故在每台主变压器回路上各装设氧化锌避雷器一组。为了保护和工作需要，全站设主接地网，其电阻不大于0.5欧，主网埋深0.8米；独立避雷针应设独立接地网，其电阻不大于10欧。根据需要，城北站的主变选择为SZ10-31500/110,110±8x1.25%/10.5 （Ynd11 ）Uk=14.7%一台；SZ10-40000/110,110±8x1.25%/10.5（Ynd11）Uk=14.7%一台；110kV断路器LW25-126W（40kA）；电流互感器LB7-110W

16、；隔离开关GW4-110DW/1600A；避雷器YH10WZ-100/260W；10kV开关柜XGN2A-12Z系列；避雷器HY5W-17/45。对于城北站的电气二次保护部分采用先进的综合自动化系统，按无人值班要求设计。设备采用微机综合自动化装置，综合考虑监控、保护、计量、远动、低周减载、小电流接地选线、微机五防及交直流电源。综自系统由数据采集、控制保护信息处理、信息网络部分组成。具有“遥测、遥信、遥控、遥调”，远方、就地操作闭锁及遥控跳闸闭锁重合闸功能。事故信号、预告信号重复动作、远方及就地复归，发生事故推画面，在主接线显示并伴有语音报警及文字说明，同时打印记录。10kV线路、10kV分段并

17、列监控保护装置就地安装于开关柜小门上，二次消谐装置分别装在10kV两段PT柜小门上。主变及110kV线路监控保护装置组屏装于控制室内：综合测控屏1面（通讯管理单元、温度变送器、智能规约转换器、10kV PT保护、），公用屏1面，变压器监控保护屏2面(变压器差动保护装置、变压器非电量保护装置、变压器两侧后备保护装置、变压器监控装置)，110kV线路监控保护装置屏2面（含110kV PT并列装置1套），110kV母联保护测控屏1面，110kV母线保护屏1面，电度表屏2面，本期上1面。电度表采用多功能电度表，设低周低压减载屏2面、故障录波屏2面，本期均各上1面。10kV电度表装于开关柜小门上，主变两

18、侧及110kV线路电度表装于控制室电度表屏上。第1章 继电保护基础1.1 概述电力系统的规模随着经济的发展越来越大，结构越来越复杂。运行就得要求安全可靠电能质量高、经济性好。由于自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态。故障中最常见，危害最大的是各种型式的短路。故障或不正常运行状态若不及时正确处理，都可能引发事故。为了及时正确处理故障和不正常运行状态，避免事故发生，就产生了继电保护，它是一种重要的反事故措施。继电保护装置是完成继电保护功能的核心，它是能反应电力系统中电气元件发生故障和不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。1.2 继电保护的基本原理和

19、任务在电力系统发生短路故障时，许多参量比正常时候都有了变化，有的变化明显，有的不明显。明显的有电流剧增、电压大幅下降、线路测量阻抗减少、功率方向变化、负序或零序分量出现等，根据不同电气量的变化，可构成不同原理的继电保护配置。不论那种电气量变化，当其测量值超过一定数值时，继电保护将有选择地切除故障或显示电气设备的异常情况。如：根据短路电流较正常电流升高的特点，可构成过电流保护；利用电压与电流之间相位差的改变可构成方向保护等。继电保护的任务是：（1）当电力系统中某电气元件发生故障时，能自动、迅速，有选择地将故障元件从电力系统中切除，避免故障元件继续遭到破坏，使非故障元件迅速恢复正常运行。（2）当电

20、力系统中某电气元件出现不正常运行状态时，能及时反应并根据运行维护的条件发出信号或跳闸。1.3 继电保护装置的基本结构继电保护装置一般由现场信号输入部分、测量部分、逻辑部分和执行部分组成。（1）现场信号输入部分：现场信号送入继电保护装置一般要进行必要的前置处理，如隔离、电平转换、低通滤波等，使继电器能有效地检测各现场物理量。（2）测量部分：是测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流，电压，阻抗，功率方向等），并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出逻辑信号，从而判断保护是否该起动。（3）逻辑部分：是根据测量部分输出量的大小，性质，输出的逻辑状态，出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定逻辑关

21、系工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。（4）执行部分：是根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如：故障时跳闸，不正常运行时发信号，正常运行时不动作等。1.4 继电保护的基本要求根据继电保护任务，对动作于跳闸的继电保护其具有选择性、速动性、灵敏性和可靠性。这些要求是相辅相成、相互制约的，需要根据具体的使用环境进行协调保证。（1）选择性：是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量减小停电范围。（2）速动性：是指保护快速切除故障的性能，故障切除的时间包括继电保护动作时间和断路器的跳闸时间。（3）灵敏性：是指在规定的保护

22、范围内，保护对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。（4）可靠性：是指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，而在不该动作时，它能可靠不动。即不发生拒绝动作也不发生错误动作。1.5 互感器基础电压互感器电压互感器是隔离高电压，供继电保护、自动装置和测量仪表获取一次电压信息的传感器。是一种特殊型式的变压器。电压互感器具有如下特点：（1）容量小（通常只有几十伏安或几百伏安）。（2）一次电压不受二次电压的影响。（3）正常运行时近似空载，二次电压基本上等于二次感应电动势。（4）二次侧严禁短路，二次一般接有熔断器保护。电压

23、互感器是一个内阻极小的电压源，正常运行时负载阻抗很大，相当于开路状态，二次侧仅有很小的负载电流。当二次侧短路时，负载阻抗为零，将产生很大的短路电流，会将电压互感器烧坏。电压互感器的接线方式常见的有四种方式，如图1.1所示。图1.1 三相五柱式电压互感器接线方式单相式。用一个单相电压互感器接于电路中，供测量线电压。两个单相电压互感器接成V/V形，供测量各个线电压和测量电能。三个单相电压互感器接成Y0/Y0形，供电给需要线电压的仪表、继电器，并供电给绝缘监察电压表。三个单相三线圈电压互感器或一个三相五芯柱三线圈电压互感器接成Y0/Y0/(开口三角形)。接成Y0的二次线圈，供电给需要线电压的仪表、继

24、电器及作为绝缘监察的电压表；辅助二次线圈接成开口三角形，构成零序电压过滤器，供电给监察线路绝缘的电压互感器。当某一相接地时，开口三角形两端将出现近100V的零序电压，使电压继电器动作，给予信号。电流互感器电流互感器就是把大电流按比例降到可以用仪表直接测量的数值，并作为各种继电保护的信号源。电流互感器具有如下特点：（1）二次侧接的是仪表和继电器的电流线圈，阻抗很小，接近于短路工作状态。（2）二次侧阻抗很小，N1/N2也很小，故对一次侧的电流几乎无影响，一次侧电流取决于电网负载。（3）I1=N1/N2I2，如测得I2，而N1，N2已知，就可得到I1。（4）电流互感器在正常运行时，二次电流产生的磁通

25、势起去磁作用，励磁电流甚小，铁芯中的总磁通很小，二次绕组的感应电动势不超过几十伏。如果二次侧开路，二次电流的去磁作用消失，其一次电流安全变为励磁电流，引起铁芯内磁通剧增，铁芯处于高度饱和状态，加之二次绕组的匝数很多，根据电磁感应定律E=4.44fNBS，二次绕组两端会产生很高的电压，不但可能损失二次绕组的绝缘，而且将严重危及人身安全。因此，应特别注意防止二次绕组开路。电流互感器的接线方式常见的有三种方式，如图1.2所示。 图1.2 电流互感器接线方式（a）两相不完全星形 （b）两相电流差三相三继电器式接线方式又叫三相星形、安全星形接线方式。这种接线方式广泛用在负荷一般不平衡的三相四线制系统中，

26、作三相电流、电能测量及电流继电器保护之用，如各种相间短路和单相接地短路故障。两相两继电器式接线方式又叫不完全星形接线方式。此种接法由两只电流互感器和两只电流继电器装在U、W（A、C）两相上对应连接起来。适用于变压器中性点不接地或经过消弧线圈接地的电力系统的线路电流保护。它能满足各种相间短路的要求。两相一继电器式接法方式又叫两相电流差式接法。此种接法由两只电流互感器分别装在U、W（A、C）两相上，采用一只电流继电器，接于两相电流差回路。对于不同形式的故障，流过继电器的电流不同。适用于三相三线制电力系统中的相间短路保护。第2章 参数设定及阻抗计算2.1 参数设定 平均电压基准功率 变压器额定功率2

27、.2 阻抗归算线路阻抗标幺值，线路阻抗有名值，其中，即线路阻抗都为归算至侧的值。1)10kV侧L104L107 L1011 L1012L1015L1019有名值（）100.9705153.6508136.0907100.9705144.8707188.77102)35kV侧L31L32 L33 L34L35L36有名值（）63.637756.566842.425160.102363.637742.42513)110kV侧基准阻抗，阻抗标幺值，其中为阻抗有名值。L11L12XT-1XT-2大方式小方式零序大方式小方式零序标幺值0.12700.18150.06270.04180.09490.048

28、80.03350.0696（1）110kV侧最大、最小阻抗标幺值（2）110kV侧最大、最小阻抗有名值4)主变（1）归算到110kV侧的变压器阻抗标幺值则，=，同理,变压器阻抗标幺值:（2）归算到110kV侧的变压器阻抗有名值高压侧中压侧低压侧标幺值0.2764-0.01740.1799有名值（）33.4414-2.102421.7649第3章 线路的继电保护3.1 线路的整定 短路电流计算线路末端最大三相短路电流：（1）35kV侧1）L31线路末端最大三相短路电流2）L32线路末端最大三相短路电流：3）L33线路末端最大三相短路电流：4）L34线路末端最大三相短路电流：5）L35线路末端最大

29、三相短路电流：6）L36线路末端最大三相短路电流：（2）10kV侧1）L104线路末端最大三相短路电流2）L107线路末端最大三相短路电流 3）L1011线路末端最大三相短路电流4）L1012线路末端最大三相短路电流5）L1015线路末端最大三相短路电流： 6）L1019线路末端最大三相短路电流： 整定计算保护的段定值为（1）35kV侧1）L31线路保护的段定值为 ，满足要求。2）L32线路保护的段定值为，满足要求。3）L33线路保护的段定值为，满足要求。4）L34线路保护的段定值为，满足要求。5）L35线路保护的段定值为，满足要求。6）L36线路保护的段定值为，满足要求。（2）10kV侧1）

30、L104线路保护的段定值为，满足要求。2）L107线路保护的段定值为，满足要求。3）L1011线路保护的段定值为，满足要求。4）L1012线路保护的段定值为，满足要求。5）L1015线路保护的段定值为，满足要求。6）L1019线路保护的段定值为，满足要求。 定时限过电流保护 （归算到侧电流，功率因数， 0.95系数是考虑电压降低5%时，输送最大功率）（1）35kV侧1）L31线路2）L32线路3）L33线路4）L34线路5）L35线路6）L36线路（2）10kV侧1）L104线路2）L107线路3）L1011线路4）L1012线路5）L1015线路6）L1019线路 灵敏度校验作本线路后备保护

31、时，按本线路末端最小两相短路电流校验。（1）35kV侧1）L31线路，灵敏度满足要求。2）L32线路，灵敏度满足要求。3）L33线路，灵敏度满足要求。4）L34线路，灵敏度满足要求。5）L35线路，灵敏度满足要求。6）L36线路，灵敏度满足要求。（2）10kV侧1）L104线路，灵敏度满足要求。2）L107线路，灵敏度满足要求。3）L1011线路，灵敏度满足要求。4）L1012线路，灵敏度满足要求。5）L1015线路，灵敏度满足要求。6）L1019线路，灵敏度满足要求。图3.1 主接线原理图 保护动作时间整定保护的时限按阶梯原则，比相邻元件后备保护最大动作时间大一个时间级差。3.2线路的电流保

32、护电力系统正常运行时，输电线路上流过负荷电流，额定情况下，母线电压为额定电压。当输电线路发生相间短路时，各电源至短路点之间的回路上流过短路电流，故障相母线电压降低为残余电压。利用这一特征反应故障的发生，可构成电流电压保护。过电流保护就是在线路电流达到电流整定值时电流继电器动作；低电压保护就是在母线电压低于电压整定值时低电压继电器动作。常见的线路相间短路保护电流电压保护有瞬时电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电流保护。单侧电源辐射形电网中，如图3.2所示。A、B、C都装设有电流保护，在线路L1上任意一点发生的短路故障，A保护1可靠动作，并跳开断路器1QF，切除故障。同理，对于线路L2和L3

33、上的短路故障，B、C保护2、3分别起动并跳开2QF、3QF。瞬时电流速断保护瞬时电流速断保护可作为快速切除被保护元件出口处的严重短路故障保护，其动作不带时限，仅有保护装置固有动作时间。以图3.2中线路AB的保护1为例，为保证选择性，在相邻线路BC出口短路时，保护1瞬时电流速断保护不应该起动，为此其动作电流应躲过线路末端B点的最大短路电流，因此瞬时电流速断保护得动作电流按躲过本线路末端短路时流过保护的最大短路电流来整定，即：图3.2电流保护原理与特性图 （3-1）式中 瞬时电流速断保护的动作电流； 可靠系数，取1.21.3； 被保护线路末端短路时，流过保护的最大短路电流。从图2-1中可以看出，瞬

34、时电流速断不能保护线路全长，只能保护线路首段的一部分，最大运行方式发生三相短路时，保护区长度为Lmax；最小运行方式下发生两相短路时，保护区长度为Lmin，保护范围因系统运行方式和故障形式而改变。电流速断保护的灵敏度用保护范围百分比来表示。一般要求最大保护范围达线路全长的50%，最小保护范围达线路全长的15%20%。电流速断保护的单向原理接线如图3.3所示，电流继电器KA接于电流互感器TA的二次侧，它动作后起动中间继电器KM，其触电闭合后，使操作电源经信号继电器KS接通继电器的跳闸线圈YR，使断路器QF跳闸。图3.3 瞬时电流速断保护单相原理接线限时电流速断保护限时电流速断保护的保护范围为线路

35、全长，其保护范围必然要延伸到相邻线路的一部分，并保证其保护范围不超过相邻线路的瞬时电流速断保护，它的动作电流应按躲过相邻线路瞬时电流速断的动作电流来整定。对图3.3中保护1，应为 （3-2）式中 保护1限时电流速断的动作电流； 下一级线路瞬时电流速断的动作电流； 可靠系数，取1.11.2。为了保证选择性，限时电流速断应有时限，其动作时限t1,应比相邻线路瞬时电流速断保护的动作时间t2,I大一个，即 （3-3）在线路末端校验保护1限时电流速断保护在最小运行方式下发生两相短路时的灵敏度系数 （3-4）式中 被校验保护1的段动作电流； 在校验点发生最小两相短路时，流过被校验保护的短路电流。如果灵敏度

36、不能满足要求时，可考虑与下线路的限时电流速断保护相配合，其动作时限也必须比下一线路的限时电流速断大一个，以保证选择性。3.2.3定时限过电流保护过电流保护动作通常按躲开最大负荷电流整定。正常运行时，保护应可靠不误动，在其保护范围内发生短路故障时，反应于短路电流而动作。其保护范围不仅能覆盖本线路的全长，而且也能覆盖相邻线路的全长。以图1-1为例。线路L1的过电流保护动作值Iop应躲过正常运行最大负荷电流 （3-5）当相邻元件三相短路故障切除后，负荷自起动时，保护1在最大自起动电流Ist下应可靠地返回。所以，保护1的返回电流Ire应满足。引入可靠系数krel，可选择返回电流满足。动作电流与返回电流

37、之间满足关系 （3-6）所以，过电流保护的动作电流可整定为 （3-7）式中 可靠系数，一般取1.251.25；自起动系数，由负荷性质决定，其数值大于或等于1；返回系数，一般取0.85。这样整定的过电流保护一般都很灵敏，当线路L3上k3点短路时，短路电流由电源经线路L1、L2至短路点。短路电流经过的各线路的线路过电流保护可能都会起动。按选择性的要求，此时应由保护装置3动作，使断路器3QF跳闸。故障切除后，短路电流消失，各保护装置都返回。为保证过电流保护的选择性，各保护装置应具有不同的动作时间，即 （3-8）引入时间级差，使 （3-9） （3-10）为了降低整个电网保护的动作时间，在满足选择性的前

38、提下，应尽量小。根据断路器和继电器的型式不同，在0.350.6s之间，一般取0.5s。过电流保护的灵敏度是用灵敏系数来校验的，灵敏系数就是在被保护元件灵敏度校验点发生金属性相间短路时，流过继电保护的最小短路电流与动作电流之比，即 （3-11）式中 灵敏系数；灵敏度校验点两相短路时流过继电器的最小短路电流；保护的动作电流。由于定时限过电流保护的动作时间是按阶梯原则进行整定的，在靠近电源处的过电流保护的动作时限可能较长，所以，过电流保护一般作为后备保护，可采用瞬时电流速断保护和限时电流速断保护作为线路的主保护。为了迅速、可靠地切除线路故障，通常采用三段式电流保护。瞬时电流速断保护为I段，限时电流速

39、断保护为II段，定时限过电流保护为III段，如图3.4所示。图3.4 三段式电流保护原理接线图3.3线路的接地保护在中性点直接接地电网中，当发生单相接地短路时，将出现大的短路电流，一般都装有接地短路保护。三段式零序电流保护是常用的中性点直接接地电网接地故障主保护。典型的配置是以瞬时零序电流速断保护作为I段，限时零序电流速断保护作为II段，定时限零序电流保护作为III段，根据具体需求，有时是四段保护。图3.5是三段式零序电流保护的原理接线图。图中三个电流互感器输出零序电流，零序电流继电器反应此零序电流而分别起动。图3.5 零序电流保护原理接线图瞬时零序电流速断保护的动作电流应躲过下一级相邻线路出

40、口处发生接地短路是流过保护安装处的最大三倍零序电流，即： （3-12）限时零序电流速断保护的动作电流应躲过下一级相邻元件放入瞬时零序电流速断保护范围末端发生接地短路时流过保护安装处的三倍零序电流，即： （3-13）在本段线路末端校验灵敏度时，要求，若不能满足，可考虑与相邻线路零序II段配合。定时限零序过电流保护动作电流应躲过零序电流滤过器输出的最大不平衡电流，即 （3-14）当中性点不接地系统中发生单相接地短路故障时，整个电压系统产生零序电压；非故障线路零序电流为本身对地电容电流之和，相位超前零序电流90°；故障线路零序电流为所有非故障元件对地电容电流之和，相位滞后零序电压90

41、76;。因此，构成中性点不接地系统单相接地故障的常用电流电压保护：绝缘监视装置，零序电流保护，零序功率方向保护。3.4线路的距离保护对于线路保护，故障点位置或者故障点到保护安装处的距离与线路阻抗有良好的线性关系，当在理想条件下发生金属性短路时，故障点安装处的线路阻抗即短路阻抗Zk就是保护安装处电压于电流的比值即测量阻抗ZK。如果把测量阻抗于规定保护范围边界的整定阻抗Zset进行比较，就可以确定短路故障点的位置，经过逻辑判断，再决定保护是否应该动作以及如何动作。这就是距离保护，也叫阻抗保护。其保护不受系统运行方式的影响，在选择性、灵敏性及可靠性上都十分优良。距离保护的核心就是阻抗继电器，其基本原

42、理如图3.6所示。常用的阻抗继电器动作特性有圆特性、直线特性、多边形特性等。图3.7是阻抗平面上的全阻抗特性。它是一个以原点为圆心、以Zset为半径的圆面，圆内是动作区，当ZK指向圆上时，ZK等于动作阻抗Zop，继电器临界动作。所以，全阻抗特性阻抗继电器的动作方程就是：幅值比较式： （3-15）图3.6 阻抗继电器基本原理图3.7 全阻抗特性相位比较式： （3-16）全阻抗特性阻抗继电器不具有方向性，即使与不在同一个半平面，只要满足幅值式，继电器也动作。图3.7是方向阻抗特性。它是一个以Zset为直径、经过原点的圆面。所以，方向阻抗特性阻抗继电器的动作方程就是：幅值比较式： （3-17）相位比

43、较式： （3-18）方向阻抗特性阻抗继电器具有方向性，必须在以Zset为法线的半平面里，继电器才有可能动作。 3.4.1距离保护的构成距离保护主要由起动部分、距离部分和逻辑执行部分组成。起动部分完成整套保护的起动，有的起动元件可兼作震荡闭锁元件或距离III段的测量元件。距离部分是指距离I、图3.8方向阻抗特性II段阻抗继电器，通常，距离保护I、II段共用一个阻抗继电器，在保护起动后0.1s时，由起动元件实现整定值由I段到II段的切换。逻辑执行部分主要完成延时和跳闸等功能。3.4.2距离保护的整定计算距离保护一般采用三段式保护，I、II段构成主保护，III段作为后备保护。距离保护的整定需要确定各

44、段保护的整定阻抗Zset、灵敏度和动作时间，并要求校验灵敏度。以图3.9为例说明。图3.9 距离保护的整定计算图（1）距离I段动作阻抗应按躲过线路末端短路的条件选择，即 （3-19）式中 I段可靠系数，取0.80.85；被保护线路的阻抗。I段保护范围为线路全长80%85%，距离保护I段没有时限，只有保护回路的固有延时，一般不超过0.1s。在选择I、II段阻抗继电器灵敏角时，应尽量使灵敏角接近线路阻抗角，当时，整定阻抗与动作阻抗幅值相等，即。（2）距离II段动作阻抗应按躲过相邻线路I段保护末端短路的条件选择，即 （3-20）式中 相邻线路距离I段动作阻抗。在被保护线路末端校验距离II段灵敏度Ks

45、 （3-21）距离II段的动作时间应选择比之配合的保护动作时间多一个 （2-22）一般选择。（3）距离III段距离保护III段测量元件一般由起动元件兼任。当采用阻抗元件时，可选择全阻抗继电器，若灵敏度不够，也可选择方向阻抗继电器。距离保护III段在正常运行及外部故障切除后本线路最大负荷自起动过程中，不能误动作。所以，其动作阻抗应按躲过自起动过程中最小负荷阻抗进行选择 （3-23）采用全阻抗继电器时 （3-24）采用方向阻抗继电器时 （3-25）由于负荷阻抗角较小，一般在0o25o之间。距离III段的动作时间应比所有相邻元件的后备保护的动作时间大至少一个 （3-26）在被保护线路末端校验距离II

46、I段作为本线路近后备保护的灵敏度Ks （3-27）在相邻线路末端校验距离III段作为相邻线路远后备保护的灵敏度Ks （3-28）3.5线路的纵联差动保护输电线路的的纵联差动保护由于采用的通道不同，在装置原理、结构、性能和适用范围等方面具有很大的差别。纵联光纤差动保护是最简单的一种，它是用光导纤维作为通信信道的纵联差动保护，尤其对于整定配合比较困难的短线路优越性更明显。光纤差动保护在线路保护中已经应用很广泛了。输电线路的纵联差动保护就是用某种通信通道将输电线路两端的保护装置纵向连接起来，将各端的电气量传送到对端，将两端的电气量比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外，从而决定是否切断被保

47、护的线路。纵联差动保护的基本原理是基于比较被保护线路始端和末端电流的大小和相位原理构成的。如图3.10所示。在线路的两端装设特性和变比完全相同的电流互感器，两侧电流互感器一次回路的正极性均接于靠近母线的一侧，二次回路的同极性端子相连接，差动继电器则并联在电流互感器的二次端子上。图3.10 线路纵联差动保护区外故障图当线路正常运行或外部故障时，流入差动继电器的电流是两侧电流互感器二次侧电流之差，近似为零，也就是相当于继电器中没有电流流过，即流入继电器线圈的电流为 （3-29）式中 nTA电流互感器变比。但实际上，由于两侧电流互感器的励磁特性不可能完全一致，因此，继电器线圈会流入不平衡电流，继电器

48、不动作。为了保证差动保护动作的选择性，差动继电器动作电流必须躲过最大不平衡电流。如图3.11所示，当线路内部故障时，流入继电器线圈的电流为两侧电源供给短路点的总电流，大于继电器的动作电流，继电器动作，将线路两侧的断路器跳开。即流入继电器线圈的电流为 （3-30）式中 流入故障点总的短路电流。图3.11 线路纵联差动保护区内故障图从以上分析可知，纵联差动保护装置的保护范围就是线路两侧电流互感器之间的距离。保护范围以外短路时，保护不动作，故不需要与相邻元件的保护在动作值和动作时限上相互配合，因此，它可以实现全线瞬时动作切除故障。3.6线路的高频保护在高压线路上，为了减轻故障所造成的损失，保证电力系

49、统的并列运行的稳定性，提高输送功率，需要瞬时切除线路上任何一点发生的短路故障。电流保护、距离保护等仅反应线路本段电气量变化，很难同时满足高压线路在选择性和速动性上的要求。必须综合反应线路两侧故障电气量，才能实现全线速动。但必须把故障特征信息可靠地传送到对端，就必须借助于某种介质通道。高频保护就是借助高频通道传送故障电气量特征信息，综合两侧的故障电气量特征，当判断出故障是在本线路内时，迅速发出跳闸命令，切除故障的保护。高频通道有“相相”制和“相地”制两种方式，前者以输电线路的两相作为高频加工通道，它的传输效率高，设备多，造价高；后者仅采用一相线路，设备少，投资少。目前，许多国家都采用这种后者。图

50、3.12所示为为“相地”制高频通道。它由输电线路、高频阻波器、结合电容器、连接滤波器、高频电缆和高频收发信机等部分组成。目前，广泛采用的高频保护按工作原理的不同可分为两大类，既方向高频保护和相差高频保护。方向高频保护的基本原理是以比较被保护线路两端的功率方向，来判别输电线路的内部或外部故障，当被保护线路内部发生故障时，两侧的功率方向都是从母线流向线路，功率方向元件皆动作，两侧高频保护都不发生闭锁信号，故输电线路两侧的断路器立即跳闸；当在外部发生故障时，靠近故障点一侧的保护发出闭锁信号。相差高频保护的基本原理是比较两端电流的相位的保护，若线路两侧电源电动势同相位，系统各元件阻抗角相等，则当线路内

51、部故障时，两侧电流同相位；当外部故障时，两侧电流相位差为180o。它就是利用这种原理构成保护装置。图3.12高频通道的构成示意图1阻波器；2组合电容器；3连接滤波器；4高频电缆；5高频收发信机；6刀闸第4章 主变压器的继电保护4.1 主变的整定 短路电流计算图4.1为该变电站进线、变压器等效阻抗图。图4.1 变电站进线、变压器等效阻抗图要计算最大三相短路电流及两相短路电流，所以系统阻抗用等值最大阻抗。对于110kV母线故障，考虑两条进线同时运行的情况以计算最大三相短路电流及两相短路电流；对于35kV母线故障，因为不考虑两台主变长期并列运行，所以按分列运行情况进行计算，计算最大三相短路电流及两相短路电流；对于10kV母线故障，因为不考虑两台主变长期并列运行，所以按分列运行情况进行计算，计算最大三相短路电流及两相短路电流。计算结果见表1。三相短路电流求两相短路电流值时，可将三相短路电流值乘以即得：两相短路电流式中 电源到短路点的计算电抗标幺值；该母线电压等级下的基准电流，故所以 表