董仁祎毕业设计

三峡大学科技学院毕业设计题目萧氏集团中低压配电网改造中继电保护故障分析与优化设计学生姓名：董仁祎学号：2010209239专业：发电厂及电力系统班级：20102092指导教师：熊同强评阅教师：完成日期二○一三年五月二十日内容摘要继电保护是电力系统设计有关事故时减小停电范围、限制事故对设备损害的这样一个领域。电力系统继电保护的设计与配置是否合理，直接影响电力系统的安全运行，故选择保护方式时，满足继电保护的基本要求。选择保护方式和正确的整定计算，以保证电力系统的安全运行。输电线路继电保护主要是阶段式电流保护，即第Ⅰ段为电流速断保护，第Ⅱ段为限时电流速断保护，第Ⅲ段为过电流保护。它以第Ⅰ段和第Ⅱ段作为主保护，以第Ⅲ段作为辅助保护。当第Ⅰ、Ⅱ段灵敏系数不够时，可采用电流、电压联锁速段保护。第Ⅰ段保护动作时间短，速动性好，但其动作电流较大，不能保护线路全长，保护范围最小;第Ⅱ段保护有较短的动作时限，而且能保护线路全长，却不能作为相邻元件的后备保护；第Ⅲ段保护的动作电流较前两段小，保护范围大，既能保护本线路的全长又能作为相邻线路的后备保护，灵敏性最好，但其动作时限较长，速动性差。使用Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段组成的阶段式电流保护的主要优点是简单、可靠，并且在一般情况下能够满足快速切除故障的要求。本次毕业设计的题目是萧氏集团中低压配电网改造中继电保护故障分析与优化设计。主要任务是为保证电网的安全运行,需要对电网配置完善的继电保护装置.根据该电网的结构、电压等级、线路长度、运行方式以及负荷性质的要求，给萧世集团中低压配电网络设计合适的继电保护。关键词：中低压网络、继电保护、整定计算、故障分析、设计原理AbstractTherelayprotectionisrelatedtotheaccidentdesigningthepowersystemreduceoutagerange,limitofequipmentaccidentdamagesuchafield.Electricpowerdesignandconfigurationofrelayprotectionsystemisreasonable,directlyaffectthesafeoperationofthepowersystem,thechoiceofprotectionmethod,meetthebasicrequirementsofrelayprotection.Selectionofprotectionmodecalculationandsettingtheright,inordertoensurethesafeoperationofpowersystem.Relayprotectionoftransmissionlineisthemainstagecurrentprotection,ofthesectionisthecurrentquick-breakprotection,thesecondsectionistheinstantaneousovercurrentprotection,thethirdsectionforovercurrentprotection.Itisinthefirstparagraphofsectionasthemainprotection,insegmentIIIasauxiliaryprotection.WhenthearticleI,SectionIIthesensitivitycoefficientisnotenough,canusecurrent,voltageinterlockingspeedprotection.Thefirstsectionprotectionactiontimeisshort,goodspeed,buttheactioncurrentislarge,full-lengthcannotprotectcircuit,protectionrangeminimum;secondsectionprotectionhasashortactiontime,andcanprotectthelinelength,butnotasaback-upprotectionofadjacentelements;ChapterIIIactioncurrentprotectionovertheprevioustwosmall,bigprotectionrange,full-lengthcanprotectthelinecanbeusedasbackupprotection,adjacentlinesensitivityisbest,buttheactiontimeislonger,thespeeddifference.ThemainadvantageofusingthesectionI,SectionII,IIIpartstagecurrentprotectionissimple,reliable,andcanmeettherequirementsoffastfaultclearingingeneral.Thegraduationprojectisthesubjectofanalysisandoptimizationdesignofrelayprotectionandfaultoflow-voltagedistributionnetworkreconstructionofXiao'sgroup.Themaintaskistoensurethesafeoperationofpowergrid,theneedforrelayprotectiondeviceconfigurationperfect.Accordingtothepowergridstructure,thevoltagelevel,linelength,operatingmodeandloadpropertiesrequirements,torelayprotectionoflow-voltagedistributionnetworkXiaoShigroupdesignappropriate.Keywords:lowvoltagenetwork,relayprotection,settingcalculation,faultanalysis,designprinciple目录内容摘要 2Abstract 2前言 61继电保护的概论 61.1继电保护的概念及任务 61.2继电保护技术发展简史 71.3继电保护的基本原理和保护的组成 8反应系统正常运行与故障时电器元件 81.4继电保护的基本要求 102.中低压线路网络故障分析 122.1常见故障原因分析 12雷电事故 123中性点接地的选择 143.1中低压中性点的选择 143.1.1中低压中性点不接地 143.1.2中低压中性点经消弧线圈接地 143.2距离保护三段式 143.2.1线路继电保护的配置 153.2.2距离保护各段的整定计算 154.电网相间短路的电流保护 184.1.1瞬时电流速断保护的工作原理 184.1.2原理接线 19瞬时电流速断保护的整定计算 204.2限时电流速断电流保护 22限时电流速断保护的工作原理 224.2.2限时电流速断保护的整定计算 234.2.3限时电流速断保护的单相原理接线 244.3定时限过电流保护 25定时限过电流保护的工作原理 25定时限时电流保护的整定计算 264.3.3定时限过电流保护原理图 275零序电流保护的整定计算 285.1等效电路的建立 285.2零序电流保护瞬时段（Ⅰ段）的整定计算 285.3零序电流保护（Ⅱ段）的整定计算 295.4零序电流保护（Ⅲ段）的整定计算 295.5零序方向元件灵敏度的校验 306.高频保护 326.1高频保护整定时考虑的几个问题 326.1.1高频信号注意事项 326.2高频闭锁距离保护的整定计算 337.自动重合闸的选择 337.1自动重合闸的基本概念 337.1.1概述 33系统需求 357.2.2自动重合闸的类型 367.2.3自动重合闸与继电保护的配合 377.3自动重合闸的选择 387.3.1自动重合闸的配置原则 38自动重合闸的选择 398.标幺制 398.1标幺制的概念 398.2标么值的折算. 398.2输电线路参数的计算 40结束语 40谢辞 41参考文献 42前言电力系统是由发电、变电、输电、供电、配电、用电等设备和技术组成的一个将一次能源转换为电能的统一系统。电能是现代社会中最重要、也最为方便的能源。而发电厂正是把其他形式的能量转换为电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换为适合用户需要的其他形式的能量。再输送电能的过程中，电力系统希望线路有比较好的可靠性，因此在电力系统受到外界干扰时，保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作，从而切断故障点极大限度的降低电力系统供电范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。本次设计的任务主要包括:继电保护运行凡是的选择、电网各个元件参数及符合电流计算、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校正、继电保护零序电流整定计算和校正、对所选择的保护装置进行综合评价。1继电保护的概论1.1继电保护的概念及任务自1901年第一代机电型感应式过流继电器在电力系统应用以来，继电保护已经经历了一个多世纪的发展，经历了机电式、整流式、晶体管式、集成电路式、微处理机式等不同的发展阶段。尽管其研究工作不断发展和完善，但是继电保护的基本原理并没有变，至今仍然应用于电力系统继电保护领域中。电力系统继电保护是反映电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态而动作于断路器跳闸或发生信号的一种自动装置。继电保护的基本任务是：电力系统发生故障时，自动、快速、有选择地将故障设备从电力系统中切除，保证非故障设备继续运行，尽量缩小停电范围;电力系统出现异常运行状态时，根据运行维护的要求能自动、及时、有选择地发出告警信号或者减负荷、跳闸。1.2继电保护技术发展简史上世纪90年代出现了装于断路器上并直接作用于断路器的一次式的电磁型过电流继电器，本世纪初，随着电力系统的发展，继电器才开始广泛应用于电力系统的保护。这个时期可认为是继电保护技术发展的开端。1901年出现了感应型过电流继电器。1908年提出了比较被保护元件两端的电流差动保护原理。1910年方向性电流保护开始得到应用，在此时期也出现了将电流与电压比较的保护原理，并导致了本世纪29年代初距离保护的出现。随着电力系统载波通讯的发展，在1927年前后，出现了利用高压输电线上高频载波电流传送和比较输电线两端功率或相位的高频保护装置。在50年代，微波中继通讯开始应用与电力系统，从而出现了利用微波传送和比较输电线两端故障电气量的微波保护。早在50年代就出现了利用故障点产生的行波实现快速继电保护的设想。经过20余年的研究，终于诞生了行波保护装置。显然，随着光纤通讯将在电力系统中的大量采用，利用光纤通道的继电保护必将得到广泛的应用。以上是继电保护原理的发展过程。与此同时，构成继电保护装置的元件、材料、保护装置的结构型式和制造工艺也发生了巨大的变革.50年代以前的继电保护装置都是由电磁型感应型或电动型继电器组成的这些继电器统称为机电式继电器.本世纪50年代初由于半导体晶体管的发展开始出现了晶体管式继电保护装置称之为电子式静态保护装置.70年代是晶体管继电保护装置在我国大量采用的时期满足了当时电力系统向超高压大容量方向发展的需要.80年代后期标志着静态继电保护从第一代(晶体管式)向第二代(集成电路式)的过渡.目前后者已成为静态继电保护装置的主要形式.在60年代末有人提出用小型计算机实现继电保护的设想由此开始了对继电保护计算机算法的大量研究对后来微型计算机式继电保护(简称微机保护)的发展奠定了理论基础.70年代后半期比较完善的微机保护样机开始投入到电力系统中试运行.80年代微机保护在硬件结构和软件技术方面已趋于成熟并已在一些国家推广应用这就是第三代的静态继电保护装置.微机保护装置具有巨大的优越性和潜力因而受到运行人员的欢迎.进入90年代以来它在我国得到了大量的应用将成为继电保护装置的主要型式.可以说微机保护代表着电力系统继电保护的未来将成为未来电力系统保护控制运行调度及事故处理的统一计算机系统的组成部分.1.3继电保护的基本原理和保护的组成继电保护装置要起到反事故的自动装置作用，必须正确区分“正常”与“不正常”运行状态，被保护元件的“外部故障”与“内部故障”，以实现继电保护功能。对此，通过检测各种状态下被保护元件所反应的各种物理量的变化，并予以鉴别，依据反应的物理量的不同，保护装置构成各种原理的保护。1.3.1反应系统正常运行与故障时电器元件一端所测基本参数的变化而构成的原理（单端测量原理，也称阶段式原理）1-3(图一)阶段式原理图运行参数：I、U、Z∠φ反应I↑→过电流保护反应U↓→低电压保护反应Z↓→低阻抗保护(距离保护)1.3.2反应电气元件内部故障与外部故障电气元件内部故障与外部故障（及正常运行）时两端所测电流相位和功率方向的差别而构成的原理（双端测量原理，也称差动式原理）以A-B线路为例：1-3（图二）双端测量原理规定电流正方向：保护处母线→被保护线路规定电压正方向：母线高于中性点利用以上差别，可构成差动原理保护。如：纵联差动保护；方向高频保护；相差高频保护等。1.3.3保护装置的组成部分┌──┐┌──┐┌──┐输入─→│测量│─→│逻辑│─→│执行│─→输出信号└──┘└──┘└──┘信号↑└整定值1.4继电保护的基本要求要求是：选择性、速动性、灵敏性、可靠性。1.4.1选择性：系统中发生故障时，保护装置应有选择地切除故障部分，非故障部分继续运行；1-4（图一）选择性原理图d3点短路：6动作：有选择性；5动作：无选择性如果6拒动，5再动作：有选择性(5作为6的远后备保护)d1点短路：1、2动作：有选择性；3、4动作：无选择性后备保护（本元件主保护拒动时）：(1)由前一级保护作为后备叫远后备.(2)由本元件的另一套保护作为后备叫近后备.1.4.2迅速性“短路时，快速切除故障这样可以①缩小故障范围，减少短路电流引起的破坏；②减少对用记的影响；③提高系统的稳定性；快速保护:几个工频周期，微机保护：(30ms以下)故障切除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0.06-0.1(2s,最快的可达0.02-0.04s;一般断路器动作时间为，最快的有。目前常用的无时限整套保护的动作时间表带方向或不带方向的电流电压速断保护装置各型距离保护装置高频保护装置线路横差或纵差保护装置元件纵差保护装置1.4.3灵敏性指继电保护装置对保护设备可能发生的故障和正常运行的情况，能够灵敏的感受和灵敏地作，保护装置的灵敏性以灵敏系数衡量。1.4.4可靠性图0-3反应一端电气量的保护及其运行工况(a)正常运行状态(b)故障状态对各种故障和不正常的运方式，应保证可靠动作，不误动也不拒动，即有足够的可靠。（主保护对动作快速性要求相对较高；后备保护对灵敏性要求相对较高。）2.中低压线路网络故障分析2.1常见故障原因分析2.1.1雷电事故水利工程建设中架空配电线路一般较长，跨越林区及再山顶处的杆塔，见祝福旁的配电变压器，在雷雨季节期间常遭雷击，由此产生的事故是架空线路较常见的。其现象有绝缘子击穿或爆裂，断线，避雷器爆裂，配电变压器烧毁等。绝缘子质量不过或存在隐患运行，尤其是配电线路瓷质绝缘子使用年久，绝缘性能下降，在雷击时易引起线路接地或相间短路。配电线路防雷措施不足。10~35kv系统网络覆盖面积大，遭受雷击的概率相对增多，不仅直击雷造成危害，而且由于防雷措施不够完善，绝缘水平和耐雷水平较低，地闪，云闪形成的感应过电压也能造成相当大的危害，导致设备损坏，危及电网安全。六氟化硫断路器保护整定值不适合。避雷器性能下降或失效。接地不合格。2.1.2接地事故（1）污闪故障。10~35kv配电网络中因绝缘子污秽闪络，使线路多点接地的故障也经常发生。绝缘子污秽放电，是造成线路单相接地的主要原因。（2）铁磁谐振过电压。10~35kv配电系统属于中性点不接地系统，随着其规模的扩大，网络对地电容越来越大，在该网络中电磁式电压互感器和空载变压器的非线性电感相对较大，感抗比容抗大的多，而且电磁式电压互感器一次线圈中性点直接接地，受雷击，倒闸操作等的激发，往往能形成铁磁谐振，谐振产生的过电压最高越到达线电压的3倍，能引起绝缘闪络，避雷器爆炸，甚至电气设备烧毁。（3）弧光接地过电压。当发生单相接地时，完好相电压将升高到线电压，但是假如发生单相间歇性的对地闪络、线路下的树木在大风作用下间歇性地对导线形成放电，接地点电弧间歇性地熄灭与重燃，引起电网运行状态的瞬息变化，导致电磁能的强烈振荡，并在健全相和故障相产生暂态过电压，健全相得最大过电压为线电压的3.5倍，故障相得最大过电压可达到2倍。假如网络中存在绝缘弱点，势必会引起击穿、导致短路危及电气设备，形成严重事故。2.1.3自然因素造成的事故（1）树障的影响。在农村，线路与树木平行或交叉的比比皆是。树刮倒砸线。树枝刮断落在线上，树枝摆动扫线，以及人为的伐树致使树倒砸线上，造成线路故障，危及相当严重。（2）风的影响。风力过大，超过杆塔的机械强度，就会使杆塔倾斜或损坏。3中性点接地的选择3.1中低压中性点的选择中性点非直接接地电网单相接地保护，除对人身及设备安全有要求时，接地保护动作于跳闸外，一般仅动作于信号。中低压中性点不接地3-1（图一）中心点不接地当中性点不接地时，单相接地电流为线路对地电容电流。如图为A相接地时电容电流的分布、相量图、等效电路图。A相接地故障时，A相对地电容被短接，相当于容抗为∞，A相对地电容电流为零，A相对地电压也变为零，而其它两相对地电压则升高倍，该两相对地电容电流也相应增大倍。3-1（图二）单相接地故障时三相系统的电容电流分布图中低压中性点经消弧线圈接地当中性点经消弧线圈接地时，单相接地电流则为经消弧线圈补偿后的残余电流。通常这些电流值很小与零序电流过滤器的不平衡电流大小相近，给单相接地保护构成带来较大的困难。发生单相接地时结论为：（1）故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高倍。全系统出现零序电压，大小为故障相相电压，相位相反。（2）采用全补偿方式IL=IC即经消弧线圈的电流仅通过接地点和故障线路的故障相。缺点为难以区分故障相与非故障相。（3）采用过补偿方式IL>IC流经故障相的零序电流为线路对地电容电流和补偿后的残余电流之和，其合成的电流将大于故障线路对地电容电流。3.2距离保护三段式3.2.1线路继电保护的配置（1）短路保护采用两相两继电流保护，它是一种阶段式电流保护。以第1段、第2段电流速断保护作为主保护，以第3段过电流保护作为后备保护。（2）接接地系统中单相接地故障的保护方式之一：零序电流保护。3.2.2距离保护各段的整定计算3-2（图一）速断保护时序（1）第Ⅰ段整定计算动作阻抗按下述情况计算。对输电线路，按保护范围不伸出线路末端整定，即式中——可靠系数，一般取0.8~0.85；——被保护线路l的阻抗。第一段的动作时限为继电器本身的固有时限，通常取。（2）第Ⅱ段的整定计算动作阻抗按如下条件计算，一般选其中最小者为整定值。按躲过相邻变压器其他侧母线故障整定式中：——本线路正序阻抗——相邻变压器阻抗——可靠系数。取0.8~0.85——可靠系数。取0.7~0.75——助增系数，一般大于1按保证保护范围末端短路时有足够的灵敏度整定，即第Ⅱ段保护的灵敏系数为：>1.3（3）第Ⅲ段的整定计算动作阻抗通常按躲过最小负荷阻抗整定。对全阻抗继电器对方向阻抗继电器上两式中——最小负荷阻抗，；——可靠系数，取1.3；——继电器的返回参数，取1.15~1.25；——负荷自起动参数；取1.5~2.5——电网额定相电压；、——分别为阻抗元件的最灵敏角和负荷阻抗角。第Ⅲ段保护的灵敏系数：作近后备时作远后备时式中——相邻线路末端短路时，实际可能的最大分支系数。保护的动作时限（4）、继电器阻抗值：（5）、起动元件的整定：负序电流与零序电流元件作为装置的起动元件，与相电流元件辅助起动元件配合，起动发信并构成振荡闭锁回路。负序与零序电流元件按以下原则整定：1）、本线路末端两相短路负序电流元件灵敏度大于42）、本线路末端单相或两相接地短路，负序零序电流元件灵敏度均大于43）、距离保护第Ⅲ段保护范围末端两相短路，负序电流元件灵敏度大于24）、距离保护第Ⅲ段保护范围末端单相或两相接地短路，负序或零序电流元件灵敏度均大于2，相电流元件的整定为：——最大负荷电流——可靠系数，取1.2~1.3——返回系数，取0.854.电网相间短路的电流保护在电网中35kv及以下的较低电压的网络中主要采用三段式电流保护，最主要的优点就是简单、可靠，并且在一般情况下也能够满足快速切除故障的要求。三段式过流保护包括：

1、瞬时电流速断保护（简称电流速断保护或电流ⅰ段）

2、限时电流速断保护（电流ⅱ段）

3、过电流保护（电流ⅲ段）。电流速断、限时电流速断和过电流保护都是反应电流增大而动作的保护，它们相互配合构成一整套保护，称做三段式电流保护，它们的不同是保护范围不同。三段的区别主要在于起动电流的选择原则不同。其中速断和限时速断保护是按照躲开某一点的最大短路电流来整定的，而过电流保护是按照躲开最大负荷电流来整定的。

1、瞬时电流速断保护：保护范围小于被保护线路的全长一般设定为被保护线路的全长的85%

2、限时电流速断保护：保护范围是被保护线路的全长或下一回线路的15%

3、过电流保护：保护范围为被保护线路的全长至下一回线路的全长

4.1瞬时电流速断保护输电线路发生短路时，电流突然增大，电压降低。利用电流突然增大使保护动作而构成的保护装置，称为电流保护。通常输电线路电流保护采用阶段式电流保护，采用三套电流保护共同构成三段式电流保护。可以根据具体的情况，只采用速断加过流保护或限时速断加过流保护，也可以三段同时采用。4.1.1瞬时电流速断保护的工作原理瞬时电流速断保护又称Ⅰ段电流保护，它是反应电流增大而能瞬时动作切除故障的电流保护。图形符号：Ｉ＞当系统电源电势一定，线路上任一点发生短路故障时，短路电流的大小与短路点至电源之间的电抗（忽略电阻）及短路类型有关，三相短路和两相短路时，流过保护安装地点的短路电流可用下式表示 式中——系统等电源相电势；——系统等效电源到保护安装处之间的电抗；——线路千米长度的正序电抗；——短路点至保护安装处距离。当系统运行方式一定时，和是常数，流过保护安装处的短路电流，是短路点至保护安装处距离的函数。短路点距离电源越远（越大），短路电流值越小。4.1.2原理接线4-1（图一）瞬时电流速断保护原理接线图瞬时电流速断保护单相原理接线，如图所示，它是由电流继电器KA（测量元件）、中间继电器KM、信号继电器KS组成。正常运行时，流过线路的电流是负荷电流，其值小于其动作电流，保护不动作。当在被保护线路的速断保护范围内发生短路故障时，短路电流大于保护的动作值，KA常开触电闭合，启动中间继电器KM，KM触电闭合，启动信号继电器KS，并通过断路器的常开辅助触电，接到跳闸线圈YT构成通路，断路器跳闸切除故障线路。因电流继电器的触电容量比较小，若直接接通跳闸回路，会被破坏，而KM的触点容量较大，可直接接通跳闸回路。另外，考虑当线路上装有管型避雷器时，当雷击线路使避雷器放电时，而避雷器放电的时间约为0.01s，相当于线路发生顺势短路，避雷器放电完毕，线路即恢复正常工作。在这个过程中，瞬时电流速断保护不应误动作，因此可利用带延时0.06～0.08s中间继电器来增大保护装置固有动作时间，以防止管型避雷器放电引起瞬时电流速断保护的误动作。信号继电器继电器KS的作用以指示保护动作，以便运行人员处理和分析故障。4.1.3瞬时电流速断保护的整定计算在继电保护装置的整定计算中，一般考虑两种极端的运行方式，即最大运行方式和最小运行方式。流过保护安装处的短路电流最大时的运行方式称为系统最大运行方式，此时系统阻抗为最小；反之，当流过保护安装处的短路电流最小的运行方式称为系统最小运行方式，此时系统阻抗为最大。图2.2—1中曲线表示最大运行方式下三相短路电流随的变化曲线，曲线表示最小运行方式下两相短路电流随的变化曲线。设保护1、2分别为线路曲线和的瞬时电流速断保护。在线路AB瞬时电流速断保护区内发生故障时，保护1应瞬时动作；在线路BC瞬时保护的保护区内发生故障时，保护2应瞬时动作。4-1（图二）曲线表示最大运行方式曲线表示最小运行方式为保证选择性，对保护1而言，本线路末端短路时应瞬时动作切除故障；在相邻线路首端点短路时，不应动作，而应由保护2动作跳开断路器切除故障但由于被保护线路末端短路与相邻线路出口处短路的短路电流几乎相等，保护1无法区别被保护线路末端短路故障和点的短路故障。因此，瞬时电流速断保护1的动作电流应按大于本线路末端短路时流过保护安装处的最大短路电流来整定，即式中—保护1无时限电流速断保护的动作电流，又称一次动作电流；—可靠系数，考虑到继电器的整定误差、短路电流计算误差和非周期分量的影响等而引入的大于1的系数，一般取1.2～1.3。—被保护线路末端末端B母线上三相短路时保护安装测量到的大短路电流，一般取次暂态短路电流周期分量的有效值。瞬时电流速断保护确定整定值时，保证了在相邻线路上发生短路故障保护1不会误动作。当然这样选择保护动作电流之后，瞬时电流速断保护必然不能保护线路全长。同时从图还可以看出，瞬时电流速断保护范围随系统运行方式和短路类型而变。在最大运行方式下三相短路时，保护范围最大为；在最小运行方式下两相短路时，保护范围最小为。对于短线路，由于线路首末端短路时，短路电流数值相差不大，在最小运行方式下保护范围可能为零。瞬时电流速断保护的选择性是依靠保护整定值保证的瞬时电流速断保护的灵敏系数，是用其最小保护范围来衡量的，规程规定，最小保护范围不应小于线路全长的。图中在最小保护区末端（交点N）发生短路故障时，短路电流等于由式所决定的保护的动作电流，即解得最小保护长度式中—系统最小运行方式下，最大等值电抗；—输电线路千米正序电抗。同理，最大保护区末端短路时，即解得最大保护长度式中—系统最大行方式下，最小等值电抗。通常规定，最大保护范围不应小于被保护线路的，最小保护范围不应小于被保护线路全长。4.2限时电流速断电流保护由于瞬时电流速断保护不能保护线路全长，当被保护线路末端附近短路时，必须由其他的保护来切除。为了满足速动的要求，保护的动作时间应尽可能的短。为此，可增加一套带时限的电流速断保护，用以切除瞬时电流速断保护范围以外的短路故障，这种带时限的电流速断保护范围以外的短路故障，这种带限时的电流速断保护，称为限时电流速断保护。要求限时电流速断保护被保护线路的全长。4.2.1限时电流速断保护的工作原理限时电流速断保护的工作原理，可用图3.1—1说明。线路L1和L2上分别装有瞬时电流速断保护，其动作电流分别为、，保护范围如图所示。设在线路L1和L2的保护装置还装有限时电路速断保护，以保护1的限时电路速断保护为例，要使其能保护L1的全长，即线路L1末端短路时应该可靠地动作，则其动作电流必须小于线路末端的短路电流最小短路电流。4-2(图一)限时电流速断保护的工作原理由以上分析可知，若要是限时电路速断保护能够保护线路全长，其保护范围必然要延伸到相邻线路以部分。为满足选择性必须给限时电流速断保护增加一定的时限，此时限既能保证选择性又能满足速动性的要求，即尽可能短。鉴于此，可首先考虑使它的保护范围不超出相邻线路瞬时电流速断保护的保护范围，而动作时限则比相邻线路的无时限电速断保护长一个时限级差，用表示。可见限时电流速断保护是通过动作值和动作时限来保证选择性的。4.2.2限时电流速断保护的整定计算为了满足选择性，保护1限时电流速断保护的动作电流应大于保护2的瞬时电流速断保护的动作电流，4-2（图二）写成等式式中—变压器低压母线D点发生短路故障时，流过保护安装最大短路电流。为了保证选择性，保护1的限时电流速断保护的动作时限，还要与保护2的瞬时电流速断保护、保护3的差动（或瞬时电流速断保护）动作时限、相配合，即式中—时限级差。对于不同型式的断路器及保护装置，在0.3～0.6范围内。灵敏度对灵敏度的要求：1.3～1.5如果灵敏系数不能满足要求时，一般可用降低保护动作电流的方法来解决，即本线路限时电流速断保护的启动电流与相邻线路的限时速断相配合。即4.2.3限时电流速断保护的单相原理接线限时电流速断保护的单相原理接线图所示。它与瞬时电流速断保护相似，只是时间继电器KT代替了中间继电器KM。当保护范围内发生短路故障时，电流继电器KA动作后，必须经时间继电器的延时，启动信号继电器，动作于断开断路器。4-2（图三）限时电流速断保护单相原理接线图限时电流速断保护灵敏性较高，能保护线路的全长，并且还可作为本线路瞬时电流速断保护的后备保护。这样，瞬时电流速断保护与限时电流速断保护配合使用，可以使全线路范围的短路故障都能在0.5s内动作于跳闸，切除故障。所以，这两种保护可组合构成线路的主保护。4.3定时限过电流保护4.3.1定时限过电流保护的工作原理定时限过电流保护是指按躲过最大负荷电流整定，并以动作时限保证其选择性的一种保护。输电线路正常运行时它不应启动，发生短路且短路电流大于其动作电流时，保护启动延时动作于断路器跳闸。过电流保护不仅能保护本线路的全长，也能保护相邻线路的全长，是本线路的近后备和相邻线路的远后备保护。4-3（图一）定时限过电流保护的工作原理及时限特性以图为例分析过电流保护的工作原理。此图为单侧电源辐射形电网，图中线路保护1、保护2、保护3装有定时限过电流保护。当线路L3上点发生短路时，短路电流将流过保护1、2、3，一般均大于保护1、2、3均将同时启动。但根据选择性的要求，应该由距离故障点最近的保护3动作，使断路器QF3跳闸，切除故障，而保护1、2则在故障切除后立即返回。显然要满足故障切除后，保护1、2立即返回的要求，必须依靠各保护装置具有不同的动作时限来保证。用、、分别表示保护装置1、2、3的动作时限，则有写成等式从上式可见，保护装置动作时间是从用户到电源逐渐增加，越靠近电源，保护动作时间越长。特点：形状象一个阶梯，故称为梯形时限特性。由于保护时间是固定的，与短路电流大小无关，故此种保护称为定时限过电流保护。4.3.2定时限时电流保护的整定计算4-3（图二）定时限过电流保护的动作电流需按以下两个原则整定：在被保护线路流过最大负荷电流时，保护装置不应动作。（2）相邻线路短路故障切除后，保护应可靠返回过电流保护的动作电流为4.3.3定时限过电流保护原理图单相式原理接线图4-3（图三）定时限过电流保护单相式原理接线图构成装置的主要元件有：1KA、2KA、3KA——电磁式电流继电器，为保护的测量元件。KT——电磁式时间继电器，保护的逻辑元件（延时）KS——信号继电器，保护的出口元件KM——中间继电器，保护的出口元件。保护装置动作过程：正常运行情况下，电流继电器1KA-3KA中流过对应的二次电流，其触点断开，时间继电器KT线圈不带电，触点也断开，跳闸线圈YT不带电，断路器QF处于合闸状态。当线路发生短路故障时，短路电流经电流互感器转变为二次电流流入1KA-3KA中相应的继电器，由于电流大于该电流继电器的动作电流而起动。又由于1KA-3KA的常开触点是并联的，因此，只有其中一个KA起动，其常开触点闭合，就能使KT起动。经过一个固定时间t其触点闭合，正电源经KT触点、KS线圈上时，使KM动作，其触点闭合。于是正电源经KM触点断路器辅助触点QF1送至断路器跳闸线圈YT上从而使断路器跳闸切除故障。在KT触点闭合起动KM时，也使KS起动，其触点闭合。同时KS掉电并发出信号。当故障不是发生在本线路，而是在下一段线路，但因短路电流仍流过这段线路的保护，因此1KA-3KA也起动，使KT励磁，但在KT的触点尚未闭合时，由于下一段线路的保护装置整定时间短，也将故障切除，故短路电流消失，KA返回，KT断电返回，整套保护返回。5零序电流保护的整定计算在中性点直接接地的线路中，接地故障占总故障次数的90%以上。因此，接地短路的保护是高压电网中的重要保护之一。接地短路的保护可以采用带零序电流补偿的接地距离保护或高频保护，也可以采用零序电流保护。5.1等效电路的建立5-1（图一）零序电流保护的时限特性5.2零序电流保护瞬时段（Ⅰ段）的整定计算躲开线路末端接地短路时最大零序电流式中——可靠系数，取1.3——接地短路的最大零序电流。单相接地短路时的零序电流为而两相接地短路的零序电流为 取两者最大值灵敏度校验：5.3零序电流保护（Ⅱ段）的整定计算按躲开本线路末端母线上变压器的另一侧母线接地短路时流过的最大零序电流整定：——线路末端变压器另一侧母线发生接地短路时流过保护的最大零序电流灵敏度校验：5.4零序电流保护（Ⅲ段）的整定计算（1）躲开下一线路始端三相短路时的式中———非周期分量系数，采用重合闸加速后取15~2，否则取1———电流互感器的同型系数，同型时取0.5，不同时取1———电流互感器的10%误差，取0.1———相邻线路始端三相的最大短路电流灵敏度校验：作近后备时：———本线路末端接地短路时最小零序电流作远后备时：———相邻线路末端接地短路时最小零序电流———最大分支系数5.5零序方向元件灵敏度的校验5-5（图一）零序方向保护工作原理的分析(a)网络接线(b)f1点短路的零序电流(c)f2点短路的零序电流零序方向元件（继电器）在零序电流保护中是个判断功能元件，要求它比零序电流各段保护有较高的灵敏度。阶段式零序电流保护一般共用一个方向元件。根据零序电流、电压的分布规律，当接地短路点远离保护安装处时，其灵敏度将逐渐降低。因此，零序方向元件的灵敏度应按零序电流保护中最后一段保护的保护范围末端进行校验，要求灵敏系数不小于1.2。对本线路的灵敏系数要求不小于2。方向元件的灵敏系数计算为式中——零序方向元件端子上的短路零序功率；、——分别为在灵敏度校验点放生的接地短路，保护安装处的零序电压和流过保护的零序电流；——分别为电流互感器的变流比和电压互感器的零序电压变比。通常电压互感器的变比有两种，即；——零序方向元件的动作功率，一般可以从继电器技术说明书中可查得，感应型零序方向继电器动作功率约为20VA，晶管型和整流型的零序方向继电器动作功率约为（2~3）VA。5-5（图2）三段式零序方向电流保护的原理接线图6.高频保护6.1高频保护整定时考虑的几个问题系统中发生故障时高频保护将某种电量（简称判别量）转换为高频电波，借助于通道传给对侧，然后，线路每一侧按照对侧与本侧判别量之间之间的关系来判断区内或区外故障。由于选取的判别量不同，判别量的传送方式和采用通道的情况不同，就出现了各种形式的高频保护装置。高频保护是利用线路两侧的高频讯号情况来决定是否应动作的，故线路两侧高频保护必须同时运行，不能单侧运行。由于线路两侧高频保护相当一个整体，故要求：（1）：线路两侧采用型号采用相同的保护装置。（2）：线路两侧高频保护的整定值相同。由于高频保护的构成方向不同，故必须根据所采用的保护方式决定整定方法。目前高频保护主要有以下几种：相差高频保护、高频闭锁方向、零序电流保护、高频闭锁距离6.1.1高频信号注意事项高频信号频率和通道的选择将对保护的动作性能带来很大的影响，因此在选择频率和通道时必须注意：（1）高频信号在线路上传输过程中，有能量衰耗，线路愈长，衰耗愈大，选用的频率愈高，衰耗也愈大。如果高频信号的衰耗过大，将使高频收讯机不能正常准确工作。为此，在线上要使用较低频率，在短线上要使用较频率，通常使用频率为150—200KHz。（2）为了消除相邻线路之间的高频干扰，相邻线路高频保护的信号频率不应相同，要有5—10KHz左右的差别。（3）在电力系统中，载波通讯和高频保护都要使用高频信号，这两者的频率不能相同，高频设备要单独设置，高频加工设备最好分别装在不同的相别上。为了提高高频信号的传输效率，在长线路的高频保护中还可考虑采用相—相式的高频通道。6.2高频闭锁距离保护的整定计算高频闭锁距离保护主要由起讯元件、停讯元件和高频收发讯机构成。采用距离保护的起动元件兼做高频保护的起讯元件，而利用方向阻抗元件兼做高频保护的停讯元件。利用半导体距离保护构成高频闭锁距离保护，其中的复合电流元件兼做高频保护的起讯元件，同时兼做断线闭锁和振荡闭锁元件。高频主保护和后备保护复合为一体。既有整套高频主保护的功能，又有整套后备保护的作用。7.自动重合闸的选择7.1自动重合闸的基本概念7.1.1概述在电力系统中,输电线路(特别是架空线路)最容易发生故障。运行经验证明,架空线路的故障大多是暂时性的。例如,由于雷电过电压引起的绝缘子表面的闪络、大风引起的短时碰线、通过鸟类的身体的放电以及树枝等物掉落在导线上引起的短路等。当故障线路被迅速断开后,电弧熄灭,故障点的绝缘强度重新恢复,这时,如果把断开的线路断路器重新合上,就能使输电线路继续供电。因此,称这类故障为暂时性故障。此外,也还有永久性故障,例如,倒塔杆、断线、绝缘子击穿或损坏等引起的故障,在故障线路被断开以后,故障点的绝缘强度不能恢复,即故障仍然存在,这时即使再合上断路器,输电线路还要再次断开,因而不能立即恢复正常供电。由于输电线路上发生的故障绝大多数是暂态性故障。因此，在线路被断开以后再进行一次重合闸,就有可能提高供电的可靠性。当然,重新合上断路器的工作可由运行人员手动操作进行。但因停电时间过长,用户的电动机多数可能停转,效果就不显著。为此,在电力系统中广泛地采用自动重合闸装置（缩写为AAR）,当断路器跳闸以后,它能够自动地将断路器合闸。在线路上装设自动重合闸装置以后,由于它不能判别是暂时性故障还是永久性故障,因此,重合闸后就有可能成功(即恢复供电),也可能不成功。根据运行资料统计,重合闸的成功率(重合闸的成功数与总动作数之比)在60%～90%之间,可见其成功率是相当高的。采用自动重合闸的技术经济效果主要可以归纳如下:（1）可以提高输电线路供电的可靠性,减少线路的停电机会,特别是对于单侧电源的单回线路尤为显著。（2）可以提高并列运行的稳定性。（3）在电网的设计和建设过程中,由于考虑了自动重合闸的作用,可以暂架设或不架设双回线路,节约投资。（4）对由于断路器本身机构不良或继电保护误动作而引起的误跳闸,能起纠正作用。对于自动重合闸的经济效益,应该用无重合闸时,由于停电而造成的国民经济损失来衡量,自动重合闸本身的投资很低,工作可靠,因而经济效益显著,在电力系统中得到了广泛的应用。对于1kV及以上电压的架空线路和电缆与架空的混合线路,有断路器的一般都应装设自动重合闸装置,在用高压熔断器的线路上,可采用自动重合熔断器。此外,在供给地区负荷的电力变压器上以及变电所的母线上,必要时也可以装设自动重合闸装置。但事物都是一分为二的,采用自动重合闸装置后,在重合于永久性故障时,也会带来以下不利后果:（1）使电力系统又一次受到短路电流的冲击,可能引起电力系统振荡。（2）使断路器的任务更加繁重,因为它要在很短的时间内,连续两次切断故障电流。当油断路器第一次切断故障电流时,由于电弧的作用,使断路器触头周围的油灰化和分解,因此，使用自动重合闸装置时，必须考虑油断路器断流容量。7.2自动重合闸的基本要求7.2.1系统需求为了满足系统运行的需要,自动重合闸应满足下列基本要求。（1）在下列情况下,自动重合闸装置不应动作。1）由值班人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时。2）手动投入断路器,由于线路上存在故障,随即由保护动作将其断开.因为在这种情况下,故障大多都是属于永久性的。它可能是由于检修质量不合格、隐患未能消除或者是保安地线没有拆除等原因造成的。因此,即使再重合一次也不可能成功。3）在某些不允许重合的情况下例如,断路器处于不正常状态(如气压、液压降低等)以及变压器内部故障,差动或瓦斯保护动作使断路器跳闸时,均应使闭锁装置不进行重合闸。（2）除上述条件外,当断路器由继电保护动作或其他原因而跳闸后,重合闸都应该动作,使断路器重新合闸。在某些情况下(如使用单相重合闸时),也允许只在保护动作于跳闸后进行重合闸。（3）用不对应原则启动,即当断路器操作把手在合闸位置而断路器处在跳闸位置时启动重合闸。这种方式可以保证无论什么原因使断路器跳间后(包括偷跳和误跳),都能进行一次重合闸。当手动操作断路器跳闸,由于两者的位置是对应的,因此,不会启动重合闸。当利用保护来启动重合闸时,由于保护动作很快,可能使重合闸来不及启动。因此,必须采取措施(如设置自保持回路或记忆回路等)来保证装置可靠动作。（4）自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定。如一次重合闸就只应该动作一次。当重合于永久性故障而再次跳间后,就不应该再动作。装置本身也不允许出现元件损坏或异常时,使断路器多次重合的现象,以免损坏断路器设备和扩大事故范围。（5）自动重合闸在动作以后,应能够自动复归。当自动重合闸成功动作一次，应能自动复归，准备好再次动作。（6）自动重合间时间应尽可能短,以缩短停电的时间。因为电源中断后,电动机的转速急剧下降,停电时间越长,电动机转速越低,重合闸后自起动就越困难,会拖延恢复正常工作的时间。但重合闸的时间也不能太短,因为:1）要使故障点的绝缘强度来得及恢复；2）要使断路器的操作机构来得及恢复到能够重新合闸的状态。重合闸的动作时间一般采用0.5∽1.5s。（7）自动重合闸装置应有与继电保护配合加速切除系统故障的回路。加速方式可分为前加速和后加速。1）前加速方式就是在重合闸前保护以瞬时或缩短ΔT时间,快速切除故障。重合于永久性故障时保护将延时切除故障。2）后加速方式就是在重合闸前保护瞬时或后备时间切除故障,重合于永久性故障时,保护将瞬时或后备缩短△T时间,快速切除故障。（8）在两侧电源的线路上采用重合闸时应考虑同步问题。7.2.2自动重合闸的类型自动重合闸的采用是系统运行的实际需要。随着电力系统的发展，自动重合闸的类型一般有以下三类：三相重合闸所谓三相重合闸是指不论在输、配线上发生单相短路还是相间短路时，继电保护装置均将三相断路器同时跳开，然后启动自动重合闸同时合三相断路器的方式。若故障为暂时性故障，则重合闸成功；否则保护再次动作，跳三相断路器。三相重合闸结构相对比较简单，保护出口可直接动作控制断路器，保护之间互为后备的保护性能良好。（2）单相重合闸所谓单相重合闸，就是指线路上发生单相接地故障时，保护动作只断开故障相的断路器，然后进行单相重合。如果故障是暂时性的，则重合闸后，便可恢复三相供电；如果故障是永久性的，而系统又不允许长时间非全相运行，则重合后，保护动作，使三相断路器跳闸，不在进行重合。（3）综合重合闸在线路上设计自动重合闸时，将单相重合闸和三相重合闸综合到一起，当发生单相接地故障时，采用单相重合闸方式工作；当发生相间短路时，采用三相重合闸方式工作。综合考虑这两种重合闸方式的装置称为综合重闸装置。7.2.3自动重合闸与继电保护的配合重合闸和继电保护之间的密切良好的配合可以较迅速切除多数情况下的故障，提高供电的可靠性和安全性，对系统的安全稳定产生极其重要的作用。目前，在电力系统中，自动重合闸与继电保护配合的方式有两种，即自动重合闸前加速保护动作和自动重合闸后加速保护动作。(1)自动重合闸前加速保护动作方式：217-2（图一）自动重合闸前加速保护动作方式简称“前加速”。所谓前加速就是在重合闸动作之前加速继电保护跳闸。“前加速”的优点是，能快速切除瞬时性故障，是暂时性故障来不及发展成为永久性故障，而且使用设备少，只需一套ARD自动装置；其缺点是，重合于永久性故障时，再次切除故障的时间延长，装有重合闸线路的断路器的动作次数较多，而且若此断路器的重合闸拒动，就会扩大停电范围，甚至在最后一级线路上发生故障，也可能造成全网络停。“前加速”方式只适用于35kv及以下的网络。自动重合闸后加速保护动作方式7-2（图二）自动重合闸后加速保护动作方式简称“后加速”。所谓后加速就是重合闸装置之后加速继电保护跳闸。“后加速”的优点是，第一次跳闸也是有选择性的不会扩大事故。在重要的高压网络中，不允许无选择性跳闸，故应用这种方式特别适用。同时，这种方式使用再次断开永久性故障的时间缩短，有利于系统并联运行的稳定性；其缺点是，第一次切除故障可能会带时限。“后加速”方式适用于35kv以上的高压网络中。7.3自动重合闸的选择7.3.1自动重合闸的配置原则自动重合闸的配置原则根据电力系统的结构形状、电压等级、系统稳定要求、负荷状况、线路上装设的继电保护装置及断路器性能，以及其它技术经济指标等因素决定。其配置原则：（1）1kv及以上架空线路及电缆与架空混合线路，在具有断路器的条件下，当用电设备允许且无备用电源自动投入时，应装设自动重合闸装置；（2）旁路断路器和兼作旁路的母联断路器或分段断路器，应装设自动重合闸装置；（3）低压侧不带电源的降压变压器，可装设自动重合闸装置；（4）必要时，母线故障也可采用自动重合闸装置。总结多年来自动重合闸运行的经验可知，线路自动重合闸的配置和选择应根据不同系统结构、实际运行条件和规程要求具体确定。一般在选择自动重合闸类型时可作如下考虑：1）110kv及以下的单侧电源线路一般采用三相一次重合闸装置；2）220kv、110kv及以下双电源线路用合适方式的三相重合闸能满足系统稳定和运行要求时，可采用三相自动重合闸；3）双电源220kv及以上电压的单回联络线，适合采用单相重合闸；主要的110kv双电源单回路联络线，采用单相重合闸对电网安全运行效果显著时，可采用单相重合闸；4）330~550kv线路，一般情况下应装综合重合闸装置；5）在带有分支的线路上使用单相重合闸时，分支线侧是否采用单相重合闸，应根据有无分支电源，以及电源大小和负荷大小确定，分支处装单相重合闸。自动重合闸的选择由自动重合闸的配置原则，线路CD、BD和DE的两侧都装设三相自动重合闸装置。8.标幺制8.1标幺制的概念标幺制（perunit）电路计算中各物理量和参数均以其有名值与基准值的比值表示无量纲体制。例如物理量A，有其相应基准值A