变电所继电保护二次回路的初步设计

1、课题名称 变电所继电保护二次回路的初步设计 电气与自动化工程学院电气工程及其自动化摘要随着我国建设的蓬勃发展，供电领域涌进了许多新技术、新设备，国家也相应制定了一系列的技术政策和设计规范。变电所技术经过十多年的发展，已逐步趋向自动化、数字化、智能化。本设计首先对电力系统继电保护的任务和作用、继电保护的基本要求、继电保护的发展现状、继电保护的未来发展趋势做了简要的概述，对系统进行了等值计算。本设计包括二次部分，主要对电流互感器、电网相间保护、电网接地保护和变压器保护的整定计算、配置和选型，同时还计算了短路电流。在完成理论的同时，增加了几幅图纸，以便于更好的理解和计算。关键词：110KV 继电保护

2、 二次回路 整定计算Abstract Along with our country construction of booming development, the power supply realm flow out into many new technique, new equipments, nation also corresponded establishment a series of technique policy and design norm.The substation technique through the development for more than t

3、en years has already gradually inclined to automation and the numeral turn and the intelligence turn.This design first to electric power system after electricity protection of mission and function, after electricity protection of basic request, after electricity protection of development present con

4、dition, after electricity protection of the future development trend did an all say of the synopsis and carried on equivalent calculation to the system.This design include two part, main to electric current with each other the feeling machine, charged barbed wire net be alternate protection, the cha

5、rged barbed wire net connect ground protection and transformer protection of whole settle calculation, allocation with choose a type, in the meantime still calculation short circuit electric current.At completion theories of in the meantime, increment a few diagram paper, in order to in better compr

6、ehension and calculation.目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc199568351第一章 绪论 PAGEREF _Toc199568351 h 4 HYPERLINK l _Toc199568352第一节 本课题现状 PAGEREF _Toc199568352 h 4 HYPERLINK l _Toc199568353第二节 研究意义 PAGEREF _Toc199568353 h 4 HYPERLINK l _Toc199568354第三节 本论文主要工作 PAGEREF _Toc199568354 h 6HYPERLINK l _To

7、c199568355第二章 继电保护概述 PAGEREF _Toc199568355 h 7 第一节 HYPERLINK l _Toc199568356电力系统继电保护的任务和作用 PAGEREF _Toc199568356 h 7 第二节 HYPERLINK l _Toc199568357继电保护的基本要求 PAGEREF _Toc199568357 h 8 第三节 HYPERLINK l _Toc199568358继电保护发展现状 PAGEREF _Toc199568358 h 10 第四节 HYPERLINK l _Toc199568359继电保护的未来发展 PAGEREF _Toc19

8、9568359 h 10HYPERLINK l _Toc199568360第三章 系统的初步设计 PAGEREF _Toc199568360 h 13 HYPERLINK l _Toc199568361第一节 系统的等值计算 PAGEREF _Toc199568361 h 13 HYPERLINK l _Toc199568362第二节 短路计算 PAGEREF _Toc199568362 h 19HYPERLINK l _Toc199568363第四章 互感器的选择及自动装置的配置 PAGEREF _Toc199568363 h 25 HYPERLINK l _Toc199568364第一节

9、电流互感器的选择 PAGEREF _Toc199568364 h 25 HYPERLINK l _Toc199568365第二节 安全自动装置配置原则 PAGEREF _Toc199568365 h 29HYPERLINK l _Toc199568366第五章 电网距离保护的整定计算 PAGEREF _Toc199568366 h 31 HYPERLINK l _Toc199568367第一节 概述 PAGEREF _Toc199568367 h 31 HYPERLINK l _Toc199568368第二节 电网接地保护的整定计算 PAGEREF _Toc199568368 h 31 HYP

10、ERLINK l _Toc199568369第三节 电网相间保护的整定计算 PAGEREF _Toc199568369 h 35HYPERLINK l _Toc199568370第六章 变压器的整定计算 PAGEREF _Toc199568370 h 41 HYPERLINK l _Toc199568371第一节 概述 PAGEREF _Toc199568371 h 41 HYPERLINK l _Toc199568372第二节 差动保护的整定计算 PAGEREF _Toc199568372 h 41 HYPERLINK l _Toc199568373第三节 结论 PAGEREF _Toc19

11、9568373 h 51HYPERLINK l _Toc199568374参考文献 PAGEREF _Toc199568374 h 52HYPERLINK l _Toc199568375致谢 PAGEREF _Toc199568375 h 53第一章 绪论第一节 本课题现状在变电所中，一次设备是重要的，二次设备也是重要的。因为一次设备和二次设备构成一个整体，只有二者都处在良好的状态，才能保证电力生产的安全，尤其是在大型的、现代化的电网中，二次设备的重要性更显的突出。因此，过去那种重一次设备，轻二次设备的观念应该改变。二次回路的故障常会破坏或影响电力生产的正常运行。例如：若某变电所差动保护的二次

12、回路接线有错误，则当变压器带的负荷较大或发生穿越性相间短路时，就会发生误跳闸；若线路保护接线有错误时，一旦系统发生故障，则断路器该跳闸的不跳闸，不该跳闸的却跳了闸，就会造成设备损坏、电力系统瓦解的大事故；若测量回路有问题，就将影响计量，少收或多收用户的电费，同时也难以判定电能质量是否合格。因此，二次回路虽非主体，但它在保证电力生产的安全，向用户提供合格的电能等方面都起着极其重要的作用。第二节 研究意义1、二次回路的内容二次回路的内容包括发电厂和变电所一次设备的控制、调节、继电保护和自动装置、测量和信号回路以及操作电源系统。1）控制回路控制回路是由控制开关和控制对象（断路器、隔离开关）的传递机构

13、及执行（或操动）机构组成的。其作用是对一次开关设备进行“跳”、“合”闸操作。控制回路按自动化程度可分为手动和自动控制两种；按控制距离可分为就地和距离控制两种；按控制方式可分为分散和集中控制两种，分散控制均为“一对一”控制，集中控制有“一对一”和“一对N”的选线控制；按操作电源性质可分为直流和交流操作两种；按操作电源电压和电流大小可分为强电和弱电控制两种。2）调节回路调节回路是指调节型自动装置。它是由测量机构、传送机构、调节器和执行机构组成的，其作用是根据一次设备运行参数的变化，实时在线调节一次设备的工作状态，以满足运行要求。3）继电保护和自动装置回路继电保护和自动装置回路是由测量、比较部分、逻

14、辑判断和执行部分组成的。其作用是自动判别一次设备的运行状态，在系统发生故障或异常运行时，自动跳开断路器，切除故障或发生故障信号，故障或异常运行状态消失后，快速投入断路器，恢复系统正常运行。4）测量回路测量回路是由各种测量仪表及其相关回路组成的。其作用是指示或记录一次设备的运行参数，以便运行人员掌握一次设备运行情况。它是分析电能质量、计算经济指标、了解系统潮流和主设备运行工况的主要依据。5）信号回路信号回路是由信号发送机构、传送机构和信号器具构成的。其作用是反映一、二次设备的工作状态。信号回路按信号性质可分为事故信号、预告信号、指挥信号和位置信号4种；按信号的显示方式可分为灯光信号和音响信号2种

15、；按信号的复归方式可分为手动复归和自动复归2种。6）操作电源系统操作电源系统是由电源设备和供电网络组成的，它包括直流和交流电源系统。其作用是供给上述各回路工作电源。发电厂和变电所的操作电源多采用直流电源系统，简称直流系统，对小型变电所也可采用电源或整流电源。2、整定计算的目的： 继电保护装置与安全自动装置（以下简称继电保护）属于二次系统，但是，它是电力系统中的一个重要组成部分。它对电力系统安全稳定地运行起着极为重要的作用。特别是在现代的超高压，大容量的电力系统中，对继电保护提出了更高的要求，重点是提高其速动性。总之，电力系统一时一刻地也不能离开继电保护，没有继电保护的电力系统是不能运行的。 继

16、电保护工作类别多种多样，诸如设计、制造、调试、安装、运行等等。继电保护整定计算是继电保护工作中的一项重要工作。在电力生产运行工作和电力工程设计工作中，继电保护整定计算是一项必不可少的内容。不同的部门其整定计算的目的是不同的。 电力生产的运行部门，例如电力系统的各级调度部门，其整定计算的目的是对电力系统中已经配置安装好的各种继电保护，那找具体电力系统的参数和运行要求，通过计算分析给出所需的各项整定值，使全系统中各种继电保护有机协调地部署，正确地发挥作用。 电力工程的设计部门其整定计算的目的是按照所设计的电力系统进行计算分析，选择和论证继电保护的装置及选型的正确性，并最后确定其技术规范等等，正确圆

17、满地完成设计任务。 继电保护是建立在电力系统基础之上的，它的构成原则和作用必须符合电力系统的内在规律；同时，继电保护自身在电力系统中也构成一个有严密配合关系的整体，从而形成了继电保护的系统性。因此，继电保护的整定计算是一种系统工程。3、整定计算运行方式的选择原则继电保护整定计算用的运行方式，是在电力系统确定完好运行方式的基础上，在不影响继电保护的保护效果的前提下，为提高继电保护对运行方式变化的适应能力而进一步选择的，特别是有些问题主要是由继电保护方面考虑决定的。例如，确定变压器中性点是否接地运行，当变压器绝缘性能没有特殊规定时，则应以考虑改善零序电流保护性能来决定。整定计算用的运行方法选择合理

18、与否，不仅影响继电保护的保护效果，也会影响继电保护配置和选型的正确性。确定运行方式变化的限度，就是整定最大和最小运行方式，它应以满足常见运行方式为基础，在不影响保护效果的前提下，适当加大变化范围。其一般原则如下：（1）必须考虑检修与故障两种状态的重迭出现，但不考虑多种重迭。（2）不考虑极少见的特殊方式。因为出现特殊方式的机率较小，不能因此恶化了绝大部分时间的保护效果。必要时，可采取临时的特殊措施加以解决。1）线路运行变化限度的选择线路运行变化限度的选择有以下几点：（1）一个厂、站母线上接有多条线路，一般应考虑一条线路检修，另一条线路又遇故障的方式。（2）双回线一般不考虑同时停用。（3）相隔一个

19、厂、站的线路，必要时，可考虑上述（1）的条件重迭。2）流过保护的最大、最小短路电流计算方式的选择（一）相间保护对单测电源的辐射形网络，流过保护的最大短路电流出现在最大方式下，即选择所有机组、变压器、线路全部投入运行的方式。而最小短路电流侧出现最少运行方式下。对于双侧电源的网络，一般（当取X1=X2时）与双侧电源的运行变化无关，可按单侧电源的方法选择。对于环状网络中的线路，流过保护的最大短路电流应选开环运行方式，开环点应选在所整定保护线路的相邻下一级线路上。而对于最小短路电流，则应选闭环运行方式。同时，再合理地停用该保护背后的机组、变压器及线路。（二）零序电流保护对于单侧电源的辐射网络，流过保护

20、的最大零序电流与最小零序电流，其选择方法可参照（一）中所述。只是要注意变压器接地点的变化。对于双侧电源的网络及环状网络，同样也参照（一）中所述。其重点也是考虑变压器接地点的变化。3）选取流过保护最大负荷的方法按负荷电流整定的保护，需要考虑各种运行方式变化时出现的最大负荷电流，一般应考虑到以下的运行变化：（1）备用电源自投引起的负荷。（2）并联运行线路的减少，负荷转移。（3）环状网络的开环运行，负荷转移。对于两侧电源的线路，当一侧电源突然切除发电机，引起另一侧增加负荷。4、变压器的一般配置：1、瓦斯保护。反应变压器内部油箱故障和油面降低，瞬时作用于信号或跳闸。2、差动保护和电流速断保护。反应变压

21、器内部故障和引出线的相间短路、接地短路，并瞬时作用于跳闸。3、过电流保护。反应外部相间短路而引起的短路电流，并作用于上述的后备的保护，带时限动作于跳闸。 4、过负荷保护。反应因过载引起的过电流，这种保护只有在变压器确实有可能过载时才装设，一般作用于信号。5、零序电流保护。反应中性点直接接地电网中，外部接地短路而引起的过电流，瞬时动作于跳闸。6、温度信号。监视变压器温度升高和油冷却系统的故障，作用于信号。第三节 本论文主要工作在本论文中，我只要以整定计算为主。先是对继电保护进行了概述；第三章对系统进行了等值计算；第四章分别对互感器选型进行了计算；第五章主要是计算距离保护,在距离保护中又分为相间保

22、护和接地保护,分别采用三段式保护,第段和第段作为主保护,第段作为后备保护；第六章主要是对变压器进行了整定计算，对变压器我采用了差动保护。第二章 继电保护概述第一节 电力系统继电保护的任务和作用电力系统的故障及不正常运行状态电力系统在运行中，可能出现各种故障何不正常运行状态。最常见同时也是最危险的故障是各种类型的短路，其中包括相间短路和接地短路。此外，还可能发生输电线路断线，旋转电机、变压器同一相绕组的匝间短路等，以及由上述几种故障组合而成的复杂故障。电力系统中发生短路故障时，可能产生下列严重后果：数值较大的短路电流通过故障点时，引燃电弧，使故障设备损坏或烧毁。短路电流通过非故障设备时，产生发热

23、和电动力，使其绝缘遭受到破坏或缩短设备使用年限。电力系统中部分地区电压值大幅度下降，将破坏电能用户正常工作或影响产品质量。破坏电力系统中各发电厂之间并联运行的稳定性，使系统发生振荡，从而使事故扩大，甚至使整个电力系统瓦解。电力系统中电气元件的正常运行遭到破坏时，但没有发生故障，这种情况属于不正常工作状态。例如，因负荷超过供电设备的额定值引起的电流升高，称为过负荷，就是一种常见的不正常工作状态。在过负荷时，使电气元件载流部分和绝缘材料温度升高而过热，加速绝缘材料老化和损坏，并有可能发展成故障。此外，系统中出现有功功率缺额而引起的频率降低，发电机突然甩负荷而产生的电压，以及电力系统振荡等，都属于不

24、正常运行状态。电力系统中发生不正常运行状态和故障时，都可能引起系统事故。事故是指系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能容许的程度，甚至造成人身伤亡和电气设备损坏。系统事故的发生，除自然条件的因素（如遭受雷击等）以外，一般都是由设备制造上的缺陷、设计和安装的错误、检修质量不高或运行维护不当引起的；因此，应提高设计和运行水平，并提高制造与安装质量，这样可能大大减少事故发生的几率。但是不可能完全避免系统故障和不正常运行状态的发生，故障一旦发生，故障量将以近似于光速影响其他非故障设备，甚至引起新的故障。为防止系统事故扩大，保证非故障部分仍能可靠地供电，并维持电力系统

25、运行的稳定性，要求迅速有选择性地切除故障元件。切除故障的时间有时要求短到十分之几到百分之几秒，显然，在这样短的时间内，由运行人员发现故障设备，并将故障设备切除是不可能的。只有借助于安装在每一个电气设备的自动装置，即继电保护装置，才能实现。继电保护装置继电保护装置是指安装在被保护元件上，反应被保护元件故障或不正常运行状态并作用于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。继电保护装置最初是以机电式继电器为主构成的，现代继电保护装置则已发展成以电子元件或微型计算机或可编程序控制器为主构成。“继电保护”一词泛指继电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。三、继电保护装置的基本任务继电保护装置的基本任

26、务为以下几点。自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，并保证其他无故障元件迅速恢复正常运行。反应电气元件不正常运行情况，并根据不正常运行情况的种类和电气元件维护条件。发出信号，由运行人员进行处理或自动地进行调整或将那些继续运行会引起事故的电气元件予以切除。反应不正常运行情况的继电保护装置允许带有一定的延时动作。继电保护装置爱可以和电力系统中其他自动化装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。综上所述，继电保护在电力系统中的主要作用是通过预防事故或缩短事故范围来提高系统运行的可靠性。继电保护装置是电力

27、系统中重要的组成部分，是保证电力系统安全和可靠运行的重要技术措施之一。在现在化的电力系统中，如果没有继电保护装置，就无法维持电力系统的正常运行。第二节 继电保护的基本要求动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四条基本要求，即选择性、速动性、灵敏性、和可靠性，现分别说明下。1、选择性选择性是指继电保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，保证系统中非故障元件仍将继续运行，尽量缩小停电范围。图1-1所示为单侧电源网络，母线A、B、C、D代表相应变电所，断路器1QF8QF都装有继电保护装置P1P8。图1-1当k1点短路时，应由距短路点k1最近的保护装置P1动作，1QF跳闸，将故障线路WL5切除

28、，变电所D停电。当k3点发生短路时，保护装置P7和P5动作，7QF和5QF跳闸，切除故障线路WL1，变电所B仍可由线路WL2继续供电。由此可见，继电保护有选择性动作可将停电范围限制到最小，甚至可以做到不中断向用户供电。对继电保护动作有选择性的要求，同时还必须考虑继电保护装置或断路器由于自身故障等原因而拒绝动作（简称据动）的可能性，因而需要考虑后备保护的问题。如图1-1所示，当k4点短路时，应由继电保护装置P4动作，将故障线路WL4切除，但由于某种原因，保护装置P4据动，此时可由保护装置P3动作，将故障切除。保护装置P3这种作用称为相邻元件的后备保护，由于按上述方式构成的后备保护在远处实现，故又

29、称为远后备保护。同理，保护P7P8也可以作为保护3的后备保护。一般地，把反映被保护元件严重故障，快速动作于跳闸的保护装置称为主保护，而把在主保护系统失效时备用的保护装置称为后备保护。在复杂的高压电力系统中，如果实现远后备保护有困难，则可采用近后备保护方式。即当本元件的主保护拒动时，由本元件另一套保护装置作为后备保护。当断路器拒绝动作时，由同一发电厂或变电所内有关断路器动作，实现后备保护。为此，在每一元件上装设单独得主保护和后备保护，并装设设备的断路器失灵保护。由于这种后备保护作用是在保护安装处实现，故又称它为近后备保护。由于远后备保护是一种完善保护方式，它对相邻元件的保护装置、断路器、二次回路

30、和直流电源引起的拒动，均能起到后备保护作用，同时它的实现简单、经济，因此应优先采用。只有当远后备保护不能满足要求时，才考虑采用近后备保护方式。2、速动性快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下的工作时间，以及缩少故障元件的损坏程度。因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作，切除故障。动作迅速而同时又能满足选择性要求的保护装置，一般结构都比较复杂，价格也比较贵。在一些情况下，允许保护装置带有一定时限切除发生故障的元件。因此，对继电保护速动性的具体要求，应根据电力系统的接线以及保护元件的具体情况来确定。下面列举一些必须快速切除的故障。根据维持系统稳定的要求，必

31、须快速切除高压输电线路上发生的故障。使发电厂或重要用户的母线电压低于允许值（一般为0.7倍额定电压）的故障。大容量的发电机、变压器以及电动机内部发生的故障。110kv线路导线截面过小，为避免过热不允许延时切除的故障等。可能危及人身安全，对通信系统或铁路号志系统有强烈电磁干扰的故障等。故障切除的总时间等于保护装置和断路器动作时间之和。一般快速保护的动作时间为0.060.12s，最快的可达0.020.04s，一般断路器动作时间为0.060.15s，最快的有0.020.06s。3、灵敏性继电保护的灵敏性是指对于保护范围内发生故障或非正常运行状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先规定的保

32、护范围内部发生故障时，不论短路点的位置，短路的类型，通常用灵敏系数（Ksen）来衡量，它决定于被保护元件和电力系统得参数和运行方式。在DL400-1991继电保护和安全自动装置技术规程中，对各类保护的灵敏系数的要求都做了具体的规定。4、可靠性保护装置的可靠性是指在其规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应该动作情况下，则不应该错误动作。继电保护装置误动作和据动作都会给电力系统造成严重的危害。但提高其不误动的可靠性和不拒动的可靠性措施常常是互相矛盾的。由于电力系统得结构和负荷性质的不同，误动和拒动的危害程度有所不同。因而提高保护装置可靠性的重点在不同情况

33、下有所不同。例如，当系统中有充足的旋转备用容量（热备用）、输电线路很多、各系统之间以及电源与负荷之间联系很紧密时，若继电保护装置发生误动作使某发电机、变压器或输电线路切除，给电力系统造成的影响可能不大；但如果发电机、变压器或输电线路故障时继电保护装置拒动，将会造成设备损坏或破坏系统稳定运行，造成巨大损失。在此情况下，提高继电保护不拒动的可靠性比提高不误动的可靠性更加重要。反之，系统旋转备用容量较少，以及各系统之间和电源与负荷之间的联系比较薄弱时，继电保护装置发生误动使某发电机，变压器或某输电线路切除，将会引起对负荷供电的中断，甚至造成系统稳定性的破坏，造成巨大损失；而当某一保护装置拒动时，其后

34、备保护仍可以动作，并切除故障。在这种情况下，提高保护装置不误动的可靠性比提高其不拒动的可靠性更为重要。由此可见，提高保护装置的可靠性要根据电力系统和负荷的具体情况采取适当的对策。可靠性主要针对保护装置本身的质量和运行维护水平而言，一般来说，保护装置的组成元件的质量越高，接线越简单，回路中继电器的触点数量越少，保护装置的可靠性就越高。同时，正确的设计和整定计算，保证安装、调整试验的质量，提高运行维护水平，对于提高保护装置的可靠性也具有重要作用。对于一个确定的保护装置在一个确定的系统中运行而言，在继电保护的整定计算中用可靠系数来校核是否满足可靠性的要求。在国家或行业制定的继电保护运行整定计算规程中

35、，对各类保护的可靠性系数都做了具体规定。第三节 继电保护发展现状电力系统得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，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个阶段。建国后，我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有，在大约10年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。50年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术，建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了知道作

36、用。阿城继电器厂引进消化了当时国外先进的继电器制造技术，建立了我国自己的缉继电器制造业。因而在60年代中我国已建成了继电保护研究、设计、制造、运行和教学的完整体系。这是机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。自50年代末，晶体管继电保护已在开始研究，60年代中到80年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。其中天津大学与南京电力自动化设备厂合作研究的500kv晶体管方向高频保护和南京电力自动化研究院研制的晶体管高频闭锁距离保护，运行于葛洲坝500kv线路上，结束了500kv线路保护完全依靠从国外进口的时代。在此期间，从70年代中，基于集成运算放大器的集成电路保护

37、已开始研究。到80年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到90年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位，这是集成电路保护时代。在这方面南京电力自动化研究院研制的集成电路工频变化量方向高频保护起了重要作用，天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的集成电路相电压补偿式方向高频保护也在多条220kv和500kv线路上运行。我国从70年代末即已开始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。华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学、上海交通大学、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。1984年原华北电力学院

38、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，东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机？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。天津大学与南京自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿方式高频保护，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

39、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。第四节 继电保护的未来发展 继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，自能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。1、计算机化随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。原华北电力学院研制的微机线路保护硬件已经历了3个发展阶段；从8位单CPU结构的微机保护问世，不到5年时间就发展到多CPU结构，后又发展到总线不出模块的大模块结构，性能大大提高，得到了广泛应用。华中理工大学研制的微机保护也是从8位CPU，发展到以工控机核心部分为基础的3

40、2位微机保护。南京电力自动化研究院已开始就研制了16位CPU为基础的微机线路保护，已得到大面积推广，目前也在研究32位保护硬件系统，东南大学研制的微机主设备保护的硬件也经过了多次改进和提高。采用32位微机芯片并非只着眼于精度，因为精度受A/D转换器分辨率的限制，超过16位时在转换速度和成本方面都是难以接受的；更重要的是32位微机芯片具有很高的集成度，很高的工作频率和计算速度，很大的寻址空间，丰富的指令系统和较多的输入输出口。CPU的寄存器、数据总线、地址总线都是32位的，具有存储器管理功能、存储器保护功能和任务转换功能，并将高速缓存（Cache）和浮点数部件都集成在CPU内。 电力系统对微机保

41、护的要求不断提高，除了保护的基本功能外，还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力，与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力，高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。在计算机保护发展初期，曾设想过用同一台小型计算机做成继电保护装置。由于当时小型机体积达、成本高、可靠性差，这个设想是不现实的。现在，同微机保护装置大小相似的工控机的功能、速度、存储容量大大超过了当年的小型机，因此，用成套工控机做成继电保护的时机已经成熟，这将是微机保护的发展方向之一。这种装置的优点有：（1）具有486PC机的全部功能，能满足对当

42、前和未来微机保护的各种功能要求。（2）尺寸和结构与目前的微机保护装置相似，工艺精良、防震、防过热、防电磁干扰能力强，可运行于非常恶劣的工作环境，成本可接受。（3）采用STD总线或PC总线，硬件模块化，对于不同的保护可任意选用不同模块，配置灵活、容易扩展。 继电保护装置的微机化、计算机化是不可逆转的发展趋势。但对如何更好地满足电力系统要求，如何进一步提高继电保护的可靠性，如何取得更大的经济效益和社会效益，尚须进行具体深入的研究。2、网络化计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱，使人类生产和社会生活的面貌发生了根本变化。它深刻影响着各个工业领域，也为各个工业领域提供了强有力的通信

43、手段。到目前为止，除了差动保护和纵联保护外，所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件，缩小事故影响范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。国外早已提出过系统保护的概念，这在当时主要指安全自动装置。因继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范围（这是首要任务），还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动做，确保系统的安全稳定运行。显然，实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络连接起来，亦即实现微机保护装置的网络化。

44、这在当前的技术条件下是完全可能的。对于一般的非系统保护，实现保护装置的计算机联网也有很大的好处。继电保护装置能够得到的系统故障信息愈多，则对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确。对自适应保护原理的研究已经过很长的时间，也取得了一定的成果，但要真正实现保护队系统运行方式和故障状态的自适应，必须获得更多的系统运行和故障信息，只有实现保护的计算机网络化，才能作到这一点。3、保护、控制、测量、数据通信一体化在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一格智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它

45、所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一端。因此，每个微机保护装置不但可完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信功能，亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。目前，为了测量、保护和控制的需要，室外变电站的所有设备，如变压器、线路等的二次电压、电流都必须用控制电缆引到主控室。所敷设的大量控制电缆不单要大量投资，而且使二次回路非常复杂。但是如果将上述的保护、控制、测量、数据通信一体化的计算机装置，就地安装在室外变电站的被保护设备等，将被保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字量后，通过计算机网络送到主控室，则可免除大量的控制电缆。如果用光纤作为

46、网络的传输介质，还可免除电磁干扰。现在光电流互感器（OTA）和光电压互感器（OTV）已在研究试验阶段，将来必然在电力系统中得到应用。在采用OTA和OTV的情况下，保护装置应放在距OTA和OTV最近的地方，亦即应放在被保护设备附近。OTA和OTV的光信号输入到此一体化装置中并转换成电信号后，一方面用作保护的计算判断；另一方面作为测量量，通过网络送到主控室。从主控室通过网络可将对被保护设备的操作控制指令送到此一体化装置，由此一体化装置执行断路器的操作。4、智能化近年来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，在继电保护领域应用的研究也已开始。神经网络是

47、一种非线性映射的方法，很多难以列出方程式或难以求解的复杂的非线性问题，应用神经网络方法则可迎刃而解。例如在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一非线性问题，距离保护很艰难正确做出故障位置的判别，从而造成误动或据动；如果用神经网络方法，经过大量故障样本的训练，只要样本集中充分考虑了各种情况，则在发生任何故障时都可正确判别。其它如遗传算法、进化规划等也都有其独特的求解复杂问题的能力。江这些人工智能方法适当结合可使求解速度更快。可以预见，人工智能技术在继电保护领域必会得到应用，以解决用常规方法难以解决的问题。第三章 系统的初步设计第一节 系统的等值计算一、原始数据1、系统图2、说

48、明/km，低压出线（10kV）后备保护时限均取1秒。发电机及变压器参数按图示额定值进行计算。双绕组变压器=10.5%，变压器零序阻抗是0.8的正序阻抗。发电机参数发电机型号发电机容量（MW）cosxQF2-12-212QF2-25-225QF2-50-250三绕组变压器参数变压器型号容量额定电压 U1-2%U1-3%U2-3%SFSL1-20000100/100/100SFSL1-20000100/100/100SFSL1-20000100/100/100二、系统的等值计算原始网络的等值电路（下面都是标幺值），见图1-1。 图1-1取Sd=100MVA Ud=X1X250X3=X4=XX670

49、XX880X975X10=X11=X12=X13X14X15X1650X17=X1850X19=正序网络及其化简，见图1-2。（a）（b） （c） 图1-2X20=X2X21=X4X22=X23=X24=X18X25=X26=X27=X13X28=X29=X30=X23/XX31=X283)负序网络及其化简 A、B、C处接地，见图1-3。（a） （b）（c）（d）图1-3X1X13X15X27=X4)零序网络及其化简（A、B、C处110KV母线接地，见图1-4）（a） （b）图1-4 X8X9X14X10X11X12X22X23第二节 短路计算一、原始数据1、系统图2、说明/km，低压出线（1

50、0kV）后备保护时限均取1秒。发电机及变压器参数按图示额定值进行计算。双绕组变压器=10.5%，变压器零序阻抗是0.8的正序阻抗。发电机参数发电机型号发电机容量（MW）cosxQF2-12-212QF2-25-225QF2-50-250三绕组变压器参数变压器型号容量额定电压 U1-2%U1-3%U2-3%SFSL1-20000100/100/100SFSL1-20000100/100/100SFSL1-20000100/100/100二、短路电流计算1、网络化简 图1-1取Sd=100MVA Ud=X1X250X3=X4=XX670XX880X975X10=X11=X12=X13X14X15X

51、1650X17=X1850X19=2、三相短路计算：当2#发生三相短路，并计算短路电流。X1X16=X17=将“转移电抗”化为各电源到短路点的“计算电抗”：XcaA =XcaB=XcaC =A厂供给在短路点处产生的短路电流：先求以电源A为基准容量、以短路点平均电压为基准电压的电流基准值：Id1查附录的0s曲线，对应XcaI*= I=查附录的0.2s曲线，对应XcaI0.2= I0查附录的4s曲线，对应XcaI= I=B厂供给在短路点处产生的短路电流：先求以电源A为基准容量、以短路点平均电压为基准电压的电流基准值：Id查附录的0s曲线，对应XcaI*=3.1 I=3.1查附录的0.2s曲线，对应

52、XcaI0.2= 查附录的4s曲线，对应XcaI= IC厂供给在短路点处产生的短路电流：先求以电源A为基准容量、以短路点平均电压为基准电压的电流基准值：Id查附录的0s曲线，对应XcaI*= I=查附录的0.2s曲线，对应XcaI0.2=2.8 I0.查附录的4s曲线，对应XcaI=2.95 I=2.求短路点的三相短路电流：Ik=Ik0.Ik=求三相短路冲击电流（取Kshish=2第四章 互感器的选择及自动装置的配置第一节 电流互感器的选择1）A厂1#变压器一次额定电流110KV侧：IN=210KV侧：IN=电流互感器变比110KV侧计算变比及选用变比：nTA,cal=选用 nTA=10KV侧

53、计算变比及选用变比：nTA,选用 nTA=电流互感器二次额定电流110KV侧：I10K V侧：IA厂2#变压器一次额定电流高压侧：IN,中压侧：IN,低压侧：IN,电流互感器变比选择高压侧：3330.7中压侧：1039.3低压侧：3637.4电流互感器二次额定电流 高压侧：I2N 中压侧：I2N 低压侧：I2N3）A厂3#变压器一次额定电流110KV侧：IN=10KV侧：IN=电流互感器变比110KV侧计算变比及选用变比：nTA,cal=选用 nTA=10KV侧计算变比及选用变比：nTA,选用 nTA=电流互感器二次额定电流110KV侧：I10K V侧：I4）A厂4#变压器一次额定电流110K

54、V侧：IN=210KV侧：IN=电流互感器变比110KV侧计算变比及选用变比：nTA,cal=选用 nTA=10KV侧计算变比及选用变比：nTA,c选用 nTA=电流互感器二次额定电流110KV侧：I10K V侧：I5）B厂5#变压器一次额定电流110KV侧：IN=210KV侧：IN=电流互感器变比110KV侧计算变比及选用变比：nTA,cal=选用 nTA=10KV侧计算变比及选用变比：nTA,选用 nTA=电流互感器二次额定电流110KV侧：I10K V侧：I6）B厂6#变压器一次额定电流110KV侧：IN=210KV侧：IN=电流互感器变比110KV侧计算变比及选用变比：nTA,cal=

55、选用 nTA=10KV侧计算变比及选用变比：nTA,选用 nTA=电流互感器二次额定电流110KV侧：I10K V侧：I7）B厂2#变压器一次额定电流高压侧：IN,中压侧：IN,低压侧：IN,电流互感器变比选择高压侧：3330.7中压侧：1039.3低压侧：3637.4电流互感器二次额定电流 高压侧：I2N 中压侧：I2N 低压侧：I2N8）C厂2#变压器一次额定电流高压侧：IN,中压侧：IN,m低压侧：IN,电流互感器变比选择高压侧：3330.7中压侧：1039.3低压侧：3637.4电流互感器二次额定电流 高压侧：I2N 中压侧：I2N 低压侧：I2N第二节 安全自动装置配置原则安全自动装

56、置可分为自动调节型装置和自动操作型装置，其中发电机自动调节励磁和电力系统自动调频属于自动调节型装置，自动重合闸、备用电源和备用设备自动投入、自动同步并列、自动低频减载、火电厂事故减出力、水电厂事故切机、电气制动、水轮发电机自动起动和调相改发电、抽水蓄能机组由抽水改变发电、自动解列等属自动操作型装置。近几年，随着电力系统的发展及电网安全稳定的需要，故障连锁切除装置、机组低频自起动切负荷装置、故障快关汽门装置、振荡解列装置、过负荷连锁切机装置、机组低频自起动装置、具有故障判断功能的区域性稳定控制装置等新型自动装置也在电力系统中得到了运用。自动重合闸、备用电源和备用设备自动投入装置，可提高供电的可靠

57、性，同步发电机的强行励磁和自动调节励磁装置、电气制动和事故切机可提高电力系统的稳定性，前者还能加快故障切除后电压恢复过程；自动调频装置可以保证电力系统正常运行时有功功率的自动平衡，使系统频率在规定范围内变动；自动按频率减负荷可防止电力系统因事故发生功率缺额时频率的过度降低，保证了电力系统的稳定运行和重要负荷正常工作；自动并列装置不仅保证了同步发电机并列操作的安全性，而且减轻了运行人员的劳动强度；自动解列装置可防止系统稳定破坏时引起系统长期面积停电和对重要地区的破坏性停电。以上这些自动装置，对保证电力系统的安全运行、防止事故的扩大、提高供电可靠性具有重要的作用。在本设计中，我采用自动重合闸装置。

58、考虑到110KV及以上断路器一般采用三相操动机构，因此一般采用三相一次重合闸方式。只有当断路器断流容量允许时，下列线路才可采用两次重合闸方式：（1）无经常值班人员变电所引出的无遥控的单回线。（2）给重要负荷供电，且无备用电源的单回线。（3）双侧电源的单回线路，也可采用下列重合闸方式：1）解列重合闸方式，即将一侧电源解列，另一侧装设线路无电压检定的重合闸方式。2）当水电厂条件许可时，可采用自同步重合闸方式。3）当上述重合闸难于实现时，也可采用同步检定和无压检定的三相重合闸方式。（4）当符合下列条件，且认为有必要时，可采用非同步重合闸方式：1）流过发电机、调相机或电力变压器的冲击电流不超过允许值时

59、。2）在非同步重合闸所产生的振荡过程中，对重要负荷的影响较小，或者可以采取措施减少影响时。3）重合后，电力系统可以迅速恢复同步运行时。第五章 电网距离保护的整定计算第一节 概述距离保护是以反映从故障点到保护安装处之间阻抗（距离）的阻抗继电器为主要元件（测量原件），动作时间具有阶梯特性的保护装置。距离保护一般装设三段，必要时也可采用四段。其中第段可以保护全线路的80%85%，其动作时间为保护装置的固有动作时间的动作时间，第段按阶梯特性与相邻保护相配合，动作时间一般为0.51s，通常能够灵敏而较快速地切除全线路范围内的故障。由、段构成线路的主要保护。第段（）段，其动作时间一般在2s以上，作为后备保

60、护段。距离保护包括起动元件、阻抗测量元件、振荡闭锁元件、瞬时测定元件、时间元件及逻辑元件等一些组成元件（或功能模块），距离保护的核心元件是阻抗测量元件，不同特性的阻抗测量元件及其整定配合的方法不完全相同。在本设计中，我装设三段式保护，第、段作为主保护。第段作为后备保护。第二节 电网接地保护的整定计算本线路是由110KV电压降到10KV，在线路上我采用距离三段式保护。1、A厂1#1)接地距离段的整定计算按可靠躲过本线路末端接地故障整定 Zset=41式中 Krel ZL ZT2）接地距离段的整定计算按本线路末端接地故障有足够灵敏度整定为 Z50=36式中 Ksen ZL2、A厂2#1)接地距离段