小型水电站联络线路及变压器发电机继电保护设计

1、第一部分 设计说明书1 系统概述本次设计是针对小型水电站联络线路及变压器、发电机继电保护设计。1.1 原始资料 系统接线如图1.1图1.1 系统接线图 设备参数各设备参数如表1.1、表1.2所示：表1.1 发电机参数表发电机序号容量 (MVA)额定电压(kV)功率因数cos正序电抗负序电抗#1、#2、#319.510.50.950.2050.241#4、#5410.50.950.20.241表1.2 变压器参数表变压器序号变压器容量(kVA)变比短路电压(%)-1B20000121(%5)/10.510.52B40000121(%5)/38.5(%5)/10.51810.56.53B、4B40

2、000110（%5）/38.5(%5)/1110.5186.55B、6B400010.5/38.57110kV线路LGJ-185，35kV线路LGJ-70，接地线GJ-35。L1、L2、L3输送的最大工作电流均为419.89A，CT变比500/5。3B、4B的38.5kV侧线路输送的最大工作电流641.50A，CT变比800/5，11kV侧线路输送的最大工作电流2194.43A，CT变比3000/5。短路计算时，忽略线路电阻不计，取欧/公里，。所有发电机均为低水头，径流式，定子绕组单星型接线，其上游有一水电站，=0.817，=0.241，n=150转/分。变压器绝缘采用分级绝缘，中性点不允许过

3、电压。110kV线路切除故障时间0.5s满足系统稳定要求，所有发电机均装有自动电压调整器。取基准容量100MVA，基准电压取平均额定电压。1.2 运行方式的确定继电保护中考虑运行方式，是为了确定保护的整定值和校验保护的灵敏度。用最大的运行方式下的短路电流来整定保护，用最小运行方式下的最小短路电流来校验保护的灵敏度。对于不同安装地点的保护装置，应根据网络接线的实际情况，选取最大和最小运行方式。在系统最大运行方式下发生三相短路故障时，通过保护装置的短路电流为最大，而系统最小运行方式下，两相短路时则短路电流为最小1。因此，针对图1.1选择确定运行方式：(1)最大运行方式：#1、#2、#3、#4、#5

4、发电机组投入运行，系统按最大方式运行。(2)最小运行方式：#1、#2（或#3）、#5发电机组运行，系统按最小方式运行。1.3 变压器中性点接地的数目和位置的确定我国110kV及以上电压等级的变压器绕组都采用Y0连接；35kV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地，35kV及以下电压等级变压器绕组都采用连接。本设计根据以下四条原则选择变压器中性点接地的方式、数目和位置3：(1) 主变压器的110500kV侧采用中性点直接接地方式(2) 主变压器的663kV侧采用中性点不直接接地或经消弧线圈接地方式，在663kV电网中，当单相接地故障电流大于30A(610kV电网)，或者10A(2063kV电网

5、)时，中性点必须经消弧线圈接地。(3) 663kV电网中需要安装的消弧线圈应由系统统筹规划，分散布置。应避免整个电网只装一台消弧线圈，也应避免在一个变电所中装设多台消弧线圈。在任何运行方式下，电网不得失去消弧线圈的补偿。(4) 当两台变压器合用一台消弧线圈时，应分别经隔离开关与变压器中性点相连，且平时只合用其中一组隔离开关。根据以上原则得出，本设计变压器中性点接地的位置及数目为：其中1B、4B变压器中性点接地，2B中压侧绕组中性点经消弧线圈接地。高压侧绕组备用接地，3B变压器高压侧星型绕组备用接地。2 短路计算说明2.1 短路电流计算的目的在电力系统和电气设备的设计和运行中，短路计算是解决一系

6、列技术问题所不可缺少的基本计算5，这些问题主要是：(1) 选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，例如断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等，必须以短路计算作为依据。包括计算冲击电流以校验设备的电动力稳定度；计算若干时刻的短路电流周期分量以校验设备的热稳定度；计算指定时刻的短路电流有效值以校验断路器的断流能力等。(2) 为了合理地配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数，必须对电力网中发生的各种短路类型（按最严重情况）进行计算和分析。(3) 在设计和选择电气主接线时，为了比较各种不同方案的接线图，确定是否需要采取限制短路电流的措施等，都要进行必要的短路电流计算。(4) 在设计屋外配电装置时，需

7、按短路条件校验相间和相对地安全距离。(5) 接地装置的设计，也需要短路电流。(6) 确定输电线路对通讯的干扰，对已发生故障进行分析，都必须进行短路计算。(7) 进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响等，也包含有一部分计算。2.2 短路电流计算的条件为使所选继电保护装置具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作验算用的短路电流应按下列条件确定：(1) 容量和接线：按工程设计最终容量计算并考虑电力系统远景发展规划，一般为本期工程建成后的510年，其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式。(2) 短路种类：

8、一般按三相短路验算，若其它种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算。(3) 正常工作时，三相系统对称运行。(4) 所有电源的电动势相位角相同。(5) 电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。(6) 短路发生在短路电流为最大值的瞬间。(7) 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。(8) 元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。(9) 输电线路的电容略去不计。2.3 绘制等效电路图(1) 短路点的选取如图2.1图2.1 等效网络图由计算书所得结果可知：35kV线路侧，由于线路较长，且#4、#5发电机容量又小，所供给的短路电流很小，可以

9、忽略。同时，由于3B、4B变压器未带上负荷，处于空载状态。当计算系统的短路电流时，对系统无很大影响，故忽略。(2) 最大运行方式下等效电路图如图2.2图2.2 最大运行方式下等值网络图(3) 最小运行方式下的正、负、零序网络如图2.3 (a)(b)图2.3 最小运行方式下正、负、零序网络图(a)正、负序网络图 (b) 零序网络图2.4 短路计算结果由后面的计算说明书可得最大、最小运行方式下各短路点在各序网络下的短路电流的结果如表2.1、2.2所示：表2.1 最大运行方式下的短路电流结果表短路点三相短路电流（kA）两相短路电流（kA）两相接地短路电流（kA）单相短路（kA）点2.169点1.31

10、7点4.533点0.823点5.149表2.2 最小运行方式下的短路电流结果表短路点两相短路电流（kA）两相接地短路电流（kA）单相短路电流（kA）点1.7250.4240.876点1.8481.8231.823点2.2940.777点8.314点22.383 变压器继电保护方式选择、配置3.1变压器概述(1) 电力变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备，它的安全运行是电力系统可靠工作的必要条件。(2) 电力变压器有别于发电机，它无旋转部件，是一种静止的电气设备，结构比较简单，运行可靠性高，发生故障的机会相对较少。但是，变压器是连续运行的，停电机会很少，而且绝大部分安装在室外，受自然环境影响

11、较大。另外，变压器时刻受到外接负荷的影响，特别是受电力系统短路故障的威胁较大。因此，电力变压器在运行中，仍然可能发生各种类型的故障或出现不正常的工作状态。它的故障对电力系统的安全连续运行会带来严重影响，特别是大容量变压器的损坏，对系统的影响更为严重。因此，考虑到变压器在电力系统中的重要地位及其故障和不正常工作状态可能造成的严重后果，必须根据电力变压器容量和重要程度装设相应的继电保护装置14。(3) 电力变压器的故障通常可分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障主要是指发生在变压器油箱内包括高压侧或低压侧绕组的相间短路、匝间短路、中性点直接接地系统侧绕组的单相接地短路。变压器油箱内部故障是很

12、危险的，因为故障点的电弧不仅会损坏绕组绝缘与铁心，而且会使绝缘物质和变压器油剧烈汽化，由此可能引起油箱的爆炸。所以，继电保护应尽可能快地切除这些故障。油箱外部故障最常见的主要是变压器绕组引出线和套管上发生的相间短路和接地短路（直接接地系统）。(4) 变压器的不正常工作状态主要有过负荷、外部短路引起的过电流、外部接地短路引起的中性点过电压、油箱漏油引起的油面降低或冷却系统故障引起的温度升高等。此外，大容量变压器，由于其额定工作磁通密度较高，工作磁密与电压频率比成正比例，在过电压或低频率下运行时，可能引起变压器的过励磁故障等。变压器继电保护4的任务就是反应上述故障或异常运行状态，并通过断路器切除故

13、障变压器，或发出信号告知运行人员采取措施消除异常运行状态。同时，变压器保护还应能用作相邻电气元件的后备保护。3.2 变压器的保护措施3.2.1 变压器的保护配置要求(1) 反应变压器油箱内部各种故障和油面降低的瓦斯保护。0.8MVA及以上油浸式变压器和0.4MVA及以上车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。带负荷调压的油浸式变压器的调压装置，亦应装设瓦斯保护。对高压侧未装设断路器的线路变压器组，未采取瓦斯保护能切除变压器内部故障的技术措施时，瓦斯保护仅动作于信号13。(2) 反应变压器绕组和

14、引出线、套管及内部短路故障的纵联差动保护或电流速断保护，对其中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路也能起保护作用。保护瞬时动作于断开变压器的各侧断路器。对6.3MVA以下并列运行的变压器以及10MVA以下单独运行的变压器，当后备保护时间大于0.5s时，应装设电流速断保护。对6.3MVA及以上厂用工作变压器和并列运行的变压器，10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器，以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵联差动保护。对高压侧电压为330kV及以上变压器，可装设双重纵联差动保护。对于发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机装设单独的

15、纵联差动保护。当发电机与变压器之间没有断路器时，100MVA及以下发电机与变压器组共用纵联差动保护；100MVA以上发电机，除发电机变压器共用纵联差动保护外，发电机还应单独装设纵联差动保护。对200MVA及以上的发电机变压器组，为了提高快速性，在机端还宜增设复合电流速断保护，亦可在变压器上增设单独的纵联差动保护，即采用双重快速保护方式。(3) 反应变压器外部相间短路并作瓦斯保护和纵联差动保护（或电流速断保护）后备的过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护、负序电流保护和阻抗保护，保护动作后应带时限动作于跳闸。过电流保护宜用于降压变压器。复合电压起动的过电流保护，宜用于升压变

16、压器、系统联络变压器和过电流保护不满足灵敏性要求的降压变压器。负序电流和单相式低电压起动过电流保护，可用于63MVA及以上升压变压器。当采用上述(2)、(3)的保护不满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。(4) 中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流保护。110kV及以上中性点直接接地电网中，如果变压器中性点可能接地运行，对于两侧或三侧电源的升压变压器或降压变压器应装设零序电流保护，作变压器主保护的后备保护，并作为相邻元件的后备保护。中性点分为分级绝缘的变压器的零序保护；变压器中性点为分级绝缘，部分变压器不接地运行时，变压器的零序保护有下列两种方式：当变压器中性点装设放电间隙

17、时，变压器应装设与中性点经常接地变压器的零序电流保护作为变压器中性点接地运行时的零序保护，并应增设一段零序电流保护和零序电压保护作为变压器中性点不接地运行时的保护。增设的零序电流保护一次动作电流值取100A，零序电压保护应躲开系统接地短路时，变压器中性点可能出现的最大零序电压，并应在综合阻抗与之比超过允许值时动作。一般电压整定值为180V左右。普通三绕组变压器，当高压侧和中压侧不同时接地运行，或同时接地运行但低压侧等值电抗不等于零时，其零序保护构成与双绕组升压变压器零序保护基本相同，区别在于对中性点必须接地运行或装设放电间隙的变压器，其零序电流保护段和段分别经延时和动作于本侧解列。发生一点接地

18、故障时候首先切除直接接地的变压器，若故障仍存在，变压器中性点电位升高，放电间隙击穿，起动增设的零序电流保护，瞬时动作切除不接地的变压器。若放电间隙未被击穿，则零序电压保护动作，经0.5s延时切除变压器。当变压器中性点不装设放电间隙时，应装设两段零序电流保护和零序电流电压保护。前者用于变压器中性点接地运行时的保护；后者用于变压器中性点不接地运行时的保护。零序电流保护装置第一段的动作电流和延时与相邻元件接地保护段或段配合，动作于母线解列。(5) 反应变压器对称过负荷的过负荷保护。对于400kVA及以上的变压器，当台数并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护

19、。对自耦变压器和多绕组变压器，保护装置应能反应公共绕组及各侧过负荷的情况。过负荷保护应接于一相电流上，带时限动作于信号。在无经常值班人员的变电所，必要时过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷12。(6) 反应变压器过励磁的过励磁保护。现代大型变压器的额定磁密近于饱和磁密，频率降低或电压升高时容易引起变压器过励磁，导致铁心饱和，励磁电流剧增，铁心温度上升，严重过热会使变压器绝缘劣化，寿命降低，最终造成变压器损坏。因此，高压侧为500kV的变压器宜装设过励磁保护。3.3 变压器的保护配置3.3.1 主保护的配置选用二次谐波制动的差动保护及波形对称原理的变压器差动保护作主保护，其原因是利用各自的优势，

20、进行互补。现在较成熟的变压器差动保护都是利用二次谐波制动原理躲励磁涌流的方式,躲开变压器外部短路时的最大不平衡电流及确定比率制动判据，但使用二次谐波制动原理，当变压器空载合闸时发生单相或两相内部故障，差动保护因涌流制动而不动作15。大型变压器时间常数都很长，一般涌流过程超过5s，在发生上述故障时，主保护要等到涌流消失才能出口，延误动作时间。选用过电流、过负荷保护为变压器的后备保护，同时选用零序电流保护作为变压器的接地后备保护。本设计对两台主变压器的保护配置如表3.1所示表3.1 主变压器保护配置保护名称动作条件动作类型瓦斯保护产生轻瓦斯/产生重瓦斯动作于发信号/跳闸纵联差动保护（主保护）大于继

21、电器的启动电流时动作于跳闸过电流保护（后备保护）大于高压侧电流继电器动作电流动作于跳闸或解列灭磁小于低电压继电器的动作电压小于负序电压继电器的动作电压过负荷保护大于变压器的额定电流动作于信号零序电流保护大于高压侧零序电流/电压整定值动作于解列或灭磁(1) 采用BCH1型差动保护装置进行整定：确定基本侧，在变压器的各侧中，二次额定电流最大的一侧称为基本侧。各侧二次电流的计算方法如下：a按额定电压及变压器的最大容易计算各侧一次额定电流；b按和算出各侧电流互感器的一次额定电流；c按下式计算各侧电流互感器的二次额定电流 （3.1）式中 电流互感器的接线系数，星形接线时，；三角形接线时，；确定装置的动作

22、电流，装置的动作电流按下面三个条件，选其中最大者为基本侧动作电流a躲开变压器的励磁涌流 ： （3.2）式中 可靠系数，取1.5；变压器基本侧的额定电流b躲开电流互感器二次回路断线时变压器的最大负荷 （3.3）式中 变压器基本侧的最大负荷电流，当它无法确定时，可用变压器的额定电流。 c躲开变压器外部短路时的最大不平衡电流： （3.4）式中 外部短路时，流过变压器基本侧的最大短路电流；同型系数，对变压器或母线的差动保护取1，对发电机取0.5；的10%误差，取0.1；变压器分接头位置的改变范围，最大为15%；继电器整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差。计算办法如下： （3.5）式中 平衡线圈的计算

23、匝数；平衡线圈的整定匝数；差动线圈的整定匝数。在初步计算时，由于、还不能确定，不能求出，所以可以先采用进行计算，继电器动作电流： （3.6）确定基本侧差动线圈的匝数： （3.7）式中 60BCH1型差动继电器动作安匝。按继电器的实有抽头，选用较小而接近的匝数作为差动线圈的整定匝数，根据选用的算出继电器的实际动作电流和保护的一次动作电流： （3.8） （3.9）确定平衡线圈匝数和非基本侧工作线圈匝数：a平衡线圈匝数： （3.10） （3.11）式中 、分别为变压器两侧流入继电器的电流；选取接近的匝数作为平衡线圈的整定匝数b非基本侧工作线圈的匝数： （3.12）确定在上面的计算中采用了0.05的值

24、。现根据前面计算所得数值用计算，若0.05，则以上计算完成；若0.05，则应根据的大小代入式：（3.13）则需重新计算动作电流。校验灵敏度，灵敏度校验应按内部短路时的最小短路电流进行。 （3.14）式中 变压器内部故障时，归算至基本侧最小短路电流。制动系数的确定：为防止保护在外部故障时误动作，应采用可能最大的制动系数，使不平衡电流不超过带制动情况下的动作电流。制动系数： （3.15）式中 可靠系数取1.3；正常或外部故障时，通过继电器差动线圈的电流；正常或外部故障时通过继电器制动线圈的电流；外部故障时，流过制动线圈侧电流互感器的最大周期分量电流。(2) 过电流保护整定计算原则电流继电器及电压继

25、电器的动作值整定原则如下：电流元件和电压元件的动作值： （3.16） （3.17）式中 可靠系数，取1.11.2；电流继电器返回系数，取0.85；电压继电器返回系数，取1.15；最低工作电压，一般取0.9。4 发电机继电保护方式选择、配置4.1 发电机概述(1) 发电机是电力系统最重要的设备之一，发电机的安全运行对保证电力系统的稳定运行和电能质量起着决定性的作用。机组容量越大，其作用越重要。 发电机由于结构复杂，在运行中可能发生故障和异常运行状态，这样会对发电机造成危害。同时，由于系统故障也可能损伤发电机，特别是现代的大中型发电机的单机容量大，对系统影响大，出了故障维修困难。因此，必须针对可能

26、发生的各种不同故障和不正常的运行状态进行分析，并有针对性的配置完善的继电保护装置11。(2) 发电机的故障通常发电机内部故障和外部故障。发电机内部故障主要是指发生在发电机定子的相间短路、匝间短路、单相接地短路以及发电机转子绕组的一点接地和两地接地、过负荷。还包括有发电机失磁以及过激磁、失步异常运行等故障。所以，继电保护应尽可能快地切除这些故障4。4.2 发电机的保护措施4.2.1发电机的保护配置要求(1) 100MW以下发电机保护配置100MW以下发电机应装设下列故障及异常运行保护装置：定子绕组相间短路保护定子绕组接地保护定子绕组匝间短路保护发电机外部相间短路保护对称过负荷保护励磁回路一点及两

27、点接地保护上述各项保护，根据故障和异常运行的性质，动作于以下出口方式：停机：断开发电机断路器、灭磁、关闭主汽门，锅炉甩负荷。解列灭磁：断开发电机断路器、灭磁、关闭主汽门，锅炉甩负荷解列：断开发电机断路器。母线解列：断开分段或母线联络断路器(2) 定子绕组相间短路保护构成对发电机定子绕组及引出线的相间短路故障，应装设下列相应的保护装置作为发电机的主保护。1MW及以下单独运行的发电机，如中性点有引出线，则在中性点侧装设过电流保护；如中性点无引出线，则在发电机机端装设低电压保护。1MW及以下与其他发电机或电力系统并列运行的发电机，应装在发电机端装设电流速断保护，如电流速断保护灵敏性不符合要求，可装设

28、纵联差动保护。对1MW以上的发电机，应装设纵联差动保护(3) 根据发电机容量的不同，纵联差动保护构成有以下几种方式：由DL11型电流继电器和继电器线圈回路中串联附加电阻的方式构成。继电器线圈回路中的附加电阻是用来限制继电器回路中的不平衡电流，并加快不平衡电流的衰减。由带饱和电流互感器的BCH2型继电器构成。这种保护能很好的躲过不平衡电流的影响。6MW及以上的发电机推荐采用这种构成方式。对容量为100MW及以上和阻抗较大的发电机采用BCH2型继电器构成。对100MW及以上大容量发电机推荐采用新型带比率制动特性的整流型或晶体管型差动继电器。(4) 反应定子绕组匝间短路的保护发电机匝间故障包括同相同

29、分支的匝间短路和同相异分支的匝间短路，对于这种故障，纵差保护不能反应，按下述原则装设匝间短路保护。对定子绕组为星型接线、每相有并联分支、且中性点有分支引出端子的发电机，应装设单继电器式横差保护。横差保护是利用反应两个支路电流之差的原理，由一个电流继电器接至装在两组星型绕组中性点联线上的电流互感器二次回路上。对50MW及以上的发电机，当定子绕组为星型，且中性点只有三个引出端子时，也应装设专用的匝间短路保护(转子谐波电流匝间短路保护装置)。(5) 发电机外部相间短路保护当外部故障引起过电流，如连接在母线上的变压器、线路发生短路且相应的保护或断路器拒绝动作。相间短路后备保护配置原则如下：对于1MW及

30、以下于其他发电机或电力系统并列运行的发电机，应装设过电流保护。保护装置配置在发电机的中性点侧，动作电流按躲过最大负荷电流整定。1MW以上的发电机，宜装设复合电压(包括负序电压及线电压)引起的过电流保护。50MW及以上的发电机，可装设负序电流保护和单元件低电压起动过电流保护。当上述保护不能满足灵敏性要求时，可采用低阻抗保护。(6) 定子绕组过负荷对定子绕组非直接冷却的发电机，应装设定时限过负荷保护，保护装置接于一相电流。保护由一个电流继电器和时间继电器组成，带时限动作于信号。对50MW及以上的发电机，应装设定时限负序过负荷保护，保护装置一般与发电机的负序过电流保护组合在一起。保护装置的动作电流按

31、躲过最大负荷发电机长期允许的负序电流和躲过最大负荷下负序电流滤过器的不平衡电流整定，带时限动作于信号。(7) 励磁回路接地保护对发电机励磁回路的接地故障应装设下述励磁回路接地保护或接地检查装置:100MW以下的汽轮发电机，对一点接地故障，可采用定期检查装置。对两点接地故障，应装设两点接地保护装置。定期检测装置在一个控制室内集中控制的全部发电机公用一套。转子水内冷发电机和100MW及以上的汽轮发电机，应装设励磁回路一点接地保护和两点接地保护装置。一点接地保护装置每台发电机装设一套。正常投入运行的两点接地保护装置，每台发电机装设一套。正常不投入运行，一点接地后再投入运行的两点接地保护装置对于单元控

32、制的发电机每台机装设一套；在主控制室集中控制的全部发电机可公用一套。一点接地保护带时限动作于信号，两点接地保护应带时限动作于停机。4.3 发电机的保护配置4.3.1 故障时的保护配置方案本设计中对三台发电机故障时的保护配置如表4.1：表4.1 发电机保护配置保护动作类型发电机差动保护动作于全停发电机匝间保护动作于全停发电机定子接地保护动作于解列灭磁发电机转子一点接地动作于信号发电机转子两点接地动作于跳闸4.3.2 异常运行时的保护配置方案对三台发电机异常运行时的保护配置如表4.2：表4.2 发电机异常运行时的保护配置保护方式动作类型发电机定子对称过负荷定时限动作于信号及减少出力；反时限动作于解

33、列或程序跳闸发电机定子不对称过负荷动作于发信号转子绕组过负荷保护定时限动作于信号及减少出力；反时限动作于解列或程序跳闸过激励保护t1动作于发信号及降低励磁电流；t2动作于解列灭磁或跳闸失步保护t1动作于发信号；t2动作于解列灭磁反映定子绕组相间短路故障，对于容量为1MW及以上的发电机，装设纵联差动保护；纵联差动保护通常由带速饱和变流器的差动继电器（如BCH2型）构成。它的保护有：动作电流大于发电机额定电流和动作电流小于发电机额定电流两种2。现对两种方案进的整定介绍如下：(1) 动作电流，大于发电机额定电流保护的动作电流按下述两条件计算，选其中较大者为整定值。躲开发电机外部短路时的最大不平衡电流

34、 （4.1）式中 可靠系数，取1.3；考虑非周期分量影响的系数，对BCH2取1，否则取2；电流互感器同型系数，取0.5；电流互感器的最大相对误差，取0.1；在发电机外部三相短路时，流经保护的最大周期性短路电流。躲开发电机的最大负荷电流： （4.2）式中 可靠系数，取1.3；发电机额定电流。差动继电器差动线圈匝数按下式确定： （4.3）式中 型继电器的动作安匝，通常为60。差动保护的灵敏度： （4.4）式中 单台单独运行的发电机，在其出口短路时，流过继电器的最小电流。(2) 动作电流小于发电机额定电流方案继电器平衡线圈匝数的确定，为保证在电流互感器二次回路一相断线时，非断线相的继电器不误动作，平

35、衡线圈匝数应满足 （4.5）式中 可靠系数，取1.1；发电机的二次额定电流。 选取接近且小于的匝数作为平衡线圈的整定匝数继电器差动线圈匝数的确定，由于差动线圈和平衡线圈的极性相反，为保证断线相的继电器能可靠不动作，要求差动线圈的匝数应满足 （4.6）式中 可靠系数，取1.1；发电机的二次额定电流。保护的动作电流，若认为，则由公式（4.5）和式（4.6）得，在临界动作情况下，则 （4.7）若，则。保护的灵敏度： （4.8）式中 发电机出口两相短路时，流经保护的最小周期性短路电流。断线监视继电器的动作电流，按大于正常运行时的最大不平衡电流整定。根据经验： （4.9）为防止断线信号装置在外部故障时，

36、由于不平衡电流的影响而误发信号，其动作时限应大于发电机后备保护的动作时限。本设计采用动作电流大于发电机额定电流方案进行差动保护设计。(3) 发电机高灵敏度纵联差动保护的原理图如图4.1：图4.1 发电机高灵敏度纵联差动保护原理图注：、和、分 别为BCH2型继电器的差动线圈和平衡线圈；为断线监视线圈。5 110kV线路保护方式的选择、配置5.1 110kV线路概述(1) 中性点直接接地电网线路保护的构成方式在我国除个别110kV及154kV地区电网外，其余110kV及以上电压等级电网均属于中性点直接接地电网，应装设防御单相及多相短路与接地的保护，其构成方式列于下表5.1表5.1 线路保护构成方式

37、电压等级（kV）线路情况相间及接地保护主保护后备保护单一化双重化远后备近后备110一 般110重要复杂网络220一 般220重要及短路线主保护与后备保护的连接方式应根据线路重要程度决定，通常由一套装置构成 或分别由两套装置构成6；对于特别重要的线路，保护构成上应采用双重化措施，保护双重化不仅在电气回路中要独立，在构成原理上也尽可能不同。(2) 中性点直接接地电网的特点及其对继电保护的影响选择输电线路的保护方式及设计保护装置必须根据电网的电气特征进行。从继电保护观点来看，中性点直接接地电网的特点及对保护的影响主要有以下几点：中性点直接接地的高压电网最显著的特点是单相接地时有较大的零序电流，因此要

38、要求快速切除故障，以减少对设备及通信线路的危险影响。由于短路、操作或负载突变，可能引起系统振荡，产生电气量的对称脉动变化，因此要求装设振荡闭锁装置，以区别短路和单纯的振荡，或者使保护继电器不反应或躲过振荡的影响。当送电线路采用单相自动重合闸或按相检修时，将出现短时或长期非全相运行，产生稳定的负序和零序分量，使反应稳态负序电压或电流的常规闭锁启动方式失效，要求采用更完善时如突变原来构成的振荡闭锁装置。对超高压送电线路，当输送功率较大时，负荷阻抗可能接近短路阻抗，因此要求保护具有区分短路和负荷状态的能力。(3) 主保护和后备保护送电线路的主保护从动作时间上划分为全线瞬时动作及按阶梯时限特性动作两类

39、。当要求对被保护线路全线任何地点的任何故障均能瞬时有选择性的切除时，应采用全线瞬时动作的保护作为主保护。如各类纵联差动保护及凭借通道以进行逻辑判断而实现全线有选择性速切的保护。带辅助导线的纵联差动保护：当需要装设辅助导线时，被保护线路长度一般不超过57km；当借用通信线作辅助导线时，根据采用纵差保护用辅助导线允许电阻及电容值，核算允许线路长度。高频相差保护：双侧电源无分支线路的送电线时，线路长度一般不大于250km；一般不用于分支线，当用于有分支线，但无分支电源的送电线时，应校验分支负荷的影响，必要时在分支线侧装设防御低压侧外部故障时的高频闭锁发信装置。高频方向保护：用于双侧电源的无分支送电线

40、；当用于有分支送电线时，根据分支线电源有无及大小状况，在分支线侧装设第三个半套（完全或不完全）高频方向保护。高频闭锁距离保护：适用于110220kV线路作主保护兼后备保护；对具有分支线或分支电源的送电线适应性较好高频远方跳闸保护：多用于110kV及以上送电线和带有变压器组的线路，适应性较强；用于远方传送跳闸信号（如远距离切机、切负荷等）。5.2 110kV线路的保护措施 (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10。 根据系统稳定要求有必要时； 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；

41、 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。 单侧电源线路，可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。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。 对带分支的110kV线路，不宜在电网的联络线上接入分支线路或分支变压器。对带分支的线

42、路，可装设与不带分支时相同的保护，但应考虑下述特点，并采取必要的措施。5.3 110kV线路的保护配置(1) 三段式电流保护: 电流速断、限时电流速断和过电流保护都是反映电流升高而动作的保护装置。它们之间的区别主要在于按照不同的原则选择启动电流。速断是按照躲开某一点的最大短路电流来整定；限时电流速断是按照躲开下一级相邻元件电流速断保护的动作电流整定；而过电流保护则是按照躲开最大负荷电流来整定6。(2) 方向性电流保护: 对于多侧电源供电的网络，三段式电流保护不能满足系统运行要求，当故障发生在保护所保护的线路的反方向时可能会发生误动作。因此，为了消除这种无选择的动作，就需要在可能发生误动作的保护

43、上增设一个功率方向闭锁元件，该元件只当短路功率方向由母线流向线路时动作，而当短路功率方向由线路流向母线时不动作，从而使继电保护的动作具有一定的方向性(3) 距离保护距离保护是反映故障点至保护安装地点之间的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的。距离保护作为主保护的后备保护，也分为、段距离保护。距离保护的第段是瞬时动作的，其整定为，即只能保护本线路全长的80%85%，距离段保护整定是其不超出下一条线路距离段保护范围，同时带上高出一个t的时限，以保证选择性。距离段整定原则是其启动阻抗要按照躲开正常运行时的最小负荷阻抗来选择，动作时限按阶梯原则进行计算。距离保护第一段的可靠系数取0.8，则

44、。由于该保护只能保护本线路全长的80%，则为了切除本线路末端20%范围内的故障，则需要设置距离保护段，对于距离保护段的保护可靠系数取0.8，则动作阻抗为，根据工程手册，110kV及以上电压等级线路需装设全线速动保护，故距离保护二段作为本线路的主保护。(4) 振荡闭锁回路当电力系统中发生同步振荡或异步运行时，各点的电压、电流和功率的幅值和相应都将发生周期性的变化。电压和电流之比所代表的阻抗继电器的测量阻抗也将周期性地变化。当测量阻抗进入动作区域时，保护将发生误动作。因此，对于距离保护必须考虑电力系统同步振荡或异常运行即为系统振荡对其工作的影响电力系统中由于输电线路输送功率过大，超过静稳定极限，由

45、于无功功率不足而引起系统电压降低，或由于短路故障切除缓慢，或由于非同期自动重合闸不成功，这些因素都可能引起系统振荡。对于系统振荡时可能误动作的保护装置，应装设专门的振荡闭锁回路，以防止系统振荡时误动。当系统振荡使两侧电源之间的角度摆到时，保护所受的影响与在系统振荡中心处三相短路时的效果是一样的，因此，就必须要求振荡闭锁回路能够有效地区分系统振荡和发生三相短路这两种不同情况。振荡闭锁启动元件的整定振荡闭锁元件的计算振荡闭锁元件的启动方式很多，目前系统中常用的有的复合方式和的增量复合方式两种，无论采用哪一种启动方式，其整定值应以保证本线路末端及保护动作区末端不对称短路时有足够灵敏度，并保证本线路末

46、端三相对称短路能可靠动作为原则2。实用上，一般都不计算。因成套距离保护都给出了固定抽头。在躲开最大不平衡电流的前提下，通常选用较灵敏的抽头位置。振荡闭锁回路其他元件的整定a振荡闭锁开放时间原则上应在保证距离保护第段可靠动作的前提下尽量缩短，一般取b振荡闭锁整组复归时间当采用预定延时复归方式时，其复归时间应大于相邻线路重合闸周期加上重合于永久性故障保护再次动作的最长时间，并保留一定的裕度，通常取69s。c判断振荡用的相电流继电器的定值，应可靠躲开正常最大负荷电流。当电流互感器二次额定电流为5A时，一般整定为68A。断线闭锁元件的整定对目前系统中采用的断线闭锁元件，整定值一般都不进行精确计算，通常

47、采用的电压继电器的规格，取其中间值，然后经现场模拟电压回路断线，以检验其灵敏度与可靠性。为了在保护范围内故障时加速保护的动作，可在距离保护上加设高频部分，以构成高频闭锁距离保护。从而它既能在在内部故障时快速地切除被保护范围内任一点故障，又能在外部故障时作为下一条线路和变电所线路的后备。目前，高频保护按其原理的不同可以分为两大类：即方向高频保护和相差高频保护。相差高频保护的基本原理则是比较两端电流的相位（给定正方向是由母线流向线路）。 (5) 高频闭锁距离保护高频闭锁距离保护是控制收发信机发出高频闭锁信号，闭锁两侧距离保护的原理构成的高频保护为高频闭锁距离保护，它能使保护无延时地切除被保护线路任

48、一点的故障2。高频方向保护是由线路两侧的方向元件分别对故障的方向作出判断，并根据高频讯号的情况来决定是否跳闸的保护。这种保护原则上应有两个主要元件：一个是启动元件，在外部短路时，它启动发信机发出高频信号；另一个是方向元件，在正方向短路时，准备跳闸。我们采用的是反向负序方向继电器作启动元件，用正序负序功率方向继电器作方向元件，为了提高保护的可靠性，加装了负序电流元件，如下列图5.1所示图5.1 高频闭锁距离保护原理方框图注：负序电流启动元件；距离测量元件；、阻抗继电器； 切换继电器；、连接片这种逻辑结构的保护在线路内部故障时，两侧不动作，不发高频闭锁信号，保证可靠跳闸；外部故障时，近故障侧的动作

49、发高频讯号，闭锁保护。由于这种保护的结构比较简单，需进行整定计算的主要有启动元件，方向元件的动作值和负序电流回路的负序电流动作值三部分。高频闭锁距离保护对本线路内部故障应全线加速动作，对外部故障则按距离保护相互配合的原则动作。它是将距离保护和高频保护结合为一体的保护装置。当输电线路内部故障时，它能瞬时地从被保护线路两端切除故障；当输电线路外部故障时，其距离段仍然能起后备保护的作用。因此，它保留了高频保护和距离保护各自的优点，并大大的简化了保护装置。但由于这两种保护的接线互相连接在一起，当距离保护检修时，高频保护也必须退出工作，这是它的主要缺点。由于它的构成与高频闭锁方向保护很相似，因此在整定计

50、算时可以参照有关组成元件的特点记性，即距离保护部分按距离保护的整定原则进行整定，对高频部分可按高频的具体构成特点参阅高频闭锁方向保护进行整定计算。高频闭锁距离保护的距离元件采用第段方向距离元件以保证正确判断短路电流方向和保护线路全长。本设计采用高频闭锁距离保护，距离保护是两段式距离保护，、段距离测量元件合用一组阻抗继电器，由切换继电器QHJ实现切换；采用负序电流元件作为启动元件，负序电流元件既是振荡闭锁回路的启动元件，也是距离保护独立工作时距离保护的启动元件。距离元件作用是判断故障的方向，以控制发信机是否停止发信。因此，距离元件必须有方向性，能够保护线路全长，采用第段方向距离元件作为高频闭锁距

51、离保护的距离元件。当被保护线路内部发生故障时，两侧负序电流元件启动。一方面经过时间元件及，启动发信机向对侧保护发出高频闭锁信号；另一方面经为动作准条件。与此同时，阻抗继电器动作后，开放一方面准备发保护跳闸信号，一方面闭锁，使本侧发信机停止信号。同样，对侧阻抗测量元件也动作，使对侧也停止发信。于是，收信机收不到闭锁信号，门开放，经保护瞬时动作跳闸。时间元件延时7ms返回，即高频信号只允许发7ms的时间6。当故障发生在本侧阻抗继电器保护范围以外时，两侧的负序电流元件均动作，分别启动本侧发信机，发出高频闭锁信号，两侧阻抗继电器均不动作，门、门均不开放，保护装置不会误跳闸。当故障发生在本侧阻抗继电器的

52、保护范围以内时，两侧的负序电流元件均动作，分别启动该侧发信机发出高频信号，并开放振荡闭锁回路。本侧阻抗继电器也动作，门开放，准备跳闸和通过门停止本侧发信机；但对侧阻抗继电器不动作，对侧发信机仍继续发出高频信号，所以本侧门被闭锁，两侧断路器不会误跳闸。若下一条线路的保护或断路器拒绝动作时，本侧保护按时限跳闸，一般地，=0.5s系统振荡时，由于无负序电流，因此，负序电流启动元件不会动作，距离元件虽然会误动，但门不开放，断路器不会误跳闸。启动元件（负序相敏功率方向元件）的计算：对BFG型的高频闭锁方向保护从相敏元件相量图的分析可知，在整定相敏方向元件时可简化为负序电流进行整定计算。故正向负序功率方向元件只需计算正向负序动作电流，反向负序功率方向元件只需计算反向负序动作电流。正向负序动作电流的整定，选下述两条件中最大的为整定值：保证被保护线路末端故障时有足够的灵敏度 （5.1）式中 被保护线路末端故障时流经本侧的最小负序电流；当时，按计算；当时，按计算；灵敏系数，取1.52。躲开空载线路两相先合闸时出现的稳态负序电容电流： （5.2）式中 计及负序电容电流暂态过程的可靠系数，取2.53