电力系统继电保护-毕业论文设计

PAGEPAGE33第页，共33页1前言《电力系统继电保护》作为电气工程及其自动化的一门主要课程，在完成了理论的学习的基础上，为了进一步加深对理论知识的理解，本专业特进行了此次的继电保护课程设计。电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态。最常见同时也是最危险的故障是各种形式的短路，它严重的危机设备的安全和系统的可靠运行。此外，电力系统还会出现各种不正常的运行状态，最常见的如过负荷等。在电力系统中，除了采取各项积极措施，尽可能地消除或减少发生故障的可能性以外，一旦发生故障，如果能够做到迅速地、有选择性地切除故障设备，就可以防止事故的扩大，迅速恢复非故障部分的正常运行，使故障设备免于继续遭受破坏。然而，要在极短的时间内发现故障和切除故障设备，只有借助于特别设置的继电保护装置才能实现。伴随着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注入了新的活力。因此，继电保护技术得天独厚，在接近半个世纪里的时间里完成了发展的4个历史阶段：继电保护萌芽期、晶体管继电保护、集成运算放大器的集成电路保护和计算机继电保护。继电保护技术未来趋势是计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化的发展。电力系统继电保护的基本作用是：在全系统范围内，按指定分区实时的检测各种故障和不正常运行状态，快速及时地采取故障隔离或告警等措施，以求最大限度地维持系统的稳定，保持供电的连续性，保障人身的安全，防止或减轻设备的损坏。2设计资料分析与参数计算电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖的地域辽阔。因此，受自然条件、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。为此，还应设置以各级计算机为中心，用分层控制方式实施的安全监控系统，它能对包括正常运行在内的各种运行状态实施控制。这样才能更进一步地确保电力系统的安全运行。图2.1.1电网接线2.1参数分析及计算2.1.1原始资料分析本次设计按照设计要求对原始数据进入分析整理可知：⑴各变电站、发电厂的操作直流电源电压；⑵发电厂最大发电电容为2×50+1×100=200MW，最小发电容量为50MW正常发电容量为100+1×50=150MW；⑶线路=0.4/km，=3/km；⑷变压器均为，D11，110±2×2.5%10.5KV，；⑸△t=0.5S,负荷侧后备保护=1.5S，变压器和母线均配置有差动保护，=1.3。⑹发电厂升压变中性点直接接地，其他变压器不接地。⑺降压变压器差动保护时限为0″。过电流保护为1″。2.1.2输电线路等值电抗计算选取基准功率：，基准电压：，基准电流：；基准电抗：；电压标幺值：⑴线路L1（断路器1和5之间的线路）等值电抗计算正序以及负序电抗：零序电抗：⑵线路L2（断路器6和8之间的线路）等值电抗计算正序以及负序电抗：零序电抗：⑶线路L3（断路器7和9之间的线路）等值电抗计算（与L2相同）⑷线路L4（断路器4和10之间的线路）等值电抗计算正序以及负序电抗：零序电抗：⑸线路L5（断路器2和3之间的线路）等值电抗计算正序以及负序电抗：零序电抗：2.1.3变压器等值电抗计算⑴变压器T1、T2标幺值计算⑵变压器T3标幺值计算⑶变压器T4标幺值计算⑷变压器T5标幺值计算2.1.4发电机等值电抗计算⑴发电机G1、G2电抗标幺值计算⑵发电机G3电抗标幺值计算2.2系统运行方式和变压器中性点接地方式的确定电力系统的中性点是指：三相电力系统中星形连接的变压器或发电机中性点。目前我国的电力系统采用中性点运行方式主要有三种，中性点不接地，经过消弧线圈和直接接地，前两种称不接地电流系统；后一种又称为大接地电流系统。如何选择发电机或变压器中性点的运行方式，是一种比较复杂的综合性的技术经济问题，不论采用哪一种运行方式，都涉及到供电可靠性，过电压绝缘配合，继电保护和自动装置的正确动作，系统的布置，电讯及无线电干扰，接地故障时对生命的危险以及系统稳定等一系列问题。本课程设计网络是110KV。电力网中性点的接地方式，决定了变压器中性点的接地方式。主变压器的110KV侧采用中性点直接接地方式：⑴凡是中低压有电源的升压站和降压站至少有一台变压器直接接地；⑵终端变电所的变压器中性点一般接地；⑶变压器中性点接地点的数量应使用电网短路点的综合零序电抗；⑷变电所只有一台变压器，则中性点应直接接地，当变压器检修时，可做特殊运行方式处理；⑸选择接地点时应保证任何故障形式都不应使电网解列成为中性点不接地系统，双母线界限有两台及以上变压器时，可考虑两台主变压器中性点接地。根据上述原则本次设计的变压器中性点的接地方式可为：⑴发电厂1有两台变压器，可只将其中一台中性点直接接地，也可将两台都直接接地，为提高可靠性将本次设计选择将两台变压器都直接接地；发电厂2只有一台变压器应中性的直接接地。⑵两变电站都只有一台变压器，应中性点直接接地。3线路保护配置3.1线路保护的一般原则⑴装设母线保护的几种情况：1)3～10KV分段母线及并列运行的双母线，一般可由发电机和变压器后备保护实现对母线的保护，下列情况应装设母线保护：①需快速油选择性地切除一段或一组母线上的故障，以保证发电厂及电力网安全运行和重要负荷的可靠供电时；②当线路断路器不允许切除线路电抗器前的短路时。2）35～66KV电网中，主要变电所的35～66KV双母线或分段母线，需快速而有选择地切除一段或一组母线上故障，以保系统规定运行和可靠供电时，应装设母线保护。3）110KV母线中，下列情况应装设母线保护：①110KV双母线装设专用母线保护；②110KV单母线、重要发电厂或110KV以上重要变电所的110KV单母线，需要快切除母线上故障时，应装设母线保护。4）220～500KV母线，对双母线接线，应装设能快速有选择切除故障的母线保护，对一个半断路器接线，每组母线装设两套母线保护。⑵目前国内110KV以上母线保护装置的原理有以下几种：1）完全电流差动。由母线内部或外部故障时流入母线电流之差或和电流为判据，采用速饱和变流器防止区外故障一次电流中的直流分量导致TA饱和引起母差误动。2）母联电流相位比较式母线保护。比较母线差动电流和流过母联断路器的电流相位不同为判据。3）电流差动利用带比率制动特性的电流继电器构成，解决了TA饱和引起母差保护在区外故障时误动问题。4）中阻抗快速母差保护。以电流瞬时值测定和比较为基础，其差动和启动元件在TA饱和前动作，动作速度快，有利于系统稳定。5）以电压公频变化量幅值和低电压元件为启动元件，差流元件保持的母差保护。微机型母线保护一般均具有低电压或复合电压闭锁，启动断路器失灵保护、母线充电保护及TA断线闭锁装置等功能。3.2接地故障采取的措施电力系统中采用的中性点接地方式，通常有中性点直接接地、中性点经消弧线圈接地和中性点不接地三种。一般110KV以上电压等级的电网均采用中性点直接接地方式，称为大接地电流系统。110KV以下电压等级的电网采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式，称为小接地电流系统大接地电流系统中发生单相接地短路时，故障相流过的短路电流较大，对设备造成的危害较大，继电保护必须通过断路器切除故障。根据我国电力系统几十年的故障情况统计，在大接地电流系统中，接地故障的次数为所有故障的90%左右。因此，采用专门的零序电流保护以保护接地故障，具有显著的优越性。小接地电流系统中发生单相接地时，因不能形成短路电流的通道，不会产生大的电流，设备允许继续运行。因此，不要求继电保护快速动作切除故障。但是，由于单相接地后，完好相对地电压升高，往往造成设备绝缘击穿故障扩大。因此，继电保护必须及时发现单相接地故障，发出信号，使运行人员采取措施消除故障。小电流接地系统单相接地(以下简称单相接地)是配电系统最常见的故障，多发生在潮湿、多雨天气。由于树障、配电线路上绝缘子单相击穿、单相断线以及小动物危害等诸多因素引起的。单相接地不仅影响了用户的正常供电，而且可能产生过电压，烧坏设备，甚至引起相间短路而扩大事故。因此，熟悉接地故障的处理方法对值班人员来说十分重要。3.2.1几种接地故障的特征⑴当发生一相(如A相)不完全接地时，即通过高电阻或电弧接地，这时故障相的电压降低，非故障相的电压升高，它们大于相电压，但达不到线电压。电压互感器开口三角处的电压达到整定值，电压继电器动作，发出接地信号。⑵如果发生A相完全接地，则故障相的电压降到零，非故障相的电压升高到线电压。此时电压互感器开口三角处出现100V电压，电压继电器动作，发出接地信号。⑶电压互感器高压侧出现一相(A相)断线或熔断件熔断，此时故障相的指示不为零，这是由于此相电压表在二次回路中经互感器线圈和其他两相电压表形成串联回路，出现比较小的电压指示，但不是该相实际电压，非故障相仍为相电压。互感器开口三角处会出现35V左右电压值，并启动继电器，发出接地信号。⑷由于系统中存在容性和感性参数的元件，特别是带有铁芯的铁磁电感元件，在参数组合不匹配时会引起铁磁谐振，并且继电器动作，发出接地信号。⑸空载母线虚假接地现象。在母线空载运行时，也可能会出现三相电压不平衡，并且发出接地信号。但当送上一条线路后接地现象会自行消失。3.2.2单相接地故障的处理⑴处理接地故障的步骤：①发生单相接地故障后，值班人员应马上复归音响，作好记录，迅速报告当值调度和有关负责人员，并按当值调度员的命令寻找接地故障，但具体查找方法由现场值班员自己选择。②详细检查所内电气设备有无明显的故障迹象，如果不能找出故障点，再进行线路接地的寻找。③将母线分段运行，并列运行的变压器分列运行，以判定单相接地区域。④再拉开母线无功补偿电容器断路器以及空载线路。对多电源线路，应采取转移负荷，改变供电方式来寻找接地故障点。⑤采用一拉一合的方式进行试拉寻找故障点，当拉开某条线路断路器接地现象消失，便可判断它为故障线路，并马上汇报当值调度员听候处理，同时对故障线路的断路器、隔离开关、穿墙套管等设备做进一步检查。⑵处理接地故障的要求：①寻找和处理单相接地故障时，应作好安全措施，保证人身安全。当设备发生接地时，室内不得接近故障点4m以内，室外不得接近故障点8m以内，进入上述范围的工作人员必须穿绝缘靴，戴绝缘手套，使用专用工具。②为了减小停电的范围和负面影响，在寻找单相接地故障时，应先试拉线路长、分支多、历次故障多和负荷轻以及用电性质次要的线路，然后试拉线路短、负荷重、分支少、用点性质重要的线路。双电源用户可先倒换电源再试拉，专用线路应先行通知。若有关人员汇报某条线路上有故障迹象时，可先试拉这条线路。③若电压互感器高压熔断件熔断，不得用普通熔断件代替。必须用额定电流为0.5A装填有石英砂的瓷管熔断器，这种熔断器有良好的灭弧性能和较大的断流容量，具有限制短路电流的作用。3.3相间短路所采取的配置⑴电磁型继电器电磁型继电器在35KV及以下电网的电力线路和电气设备继电保护装置中大量地被采用，电流继电器是实现电流保护的基本元件。电磁型继电器基本结构型式有螺管线圈式、吸引衔铁式和转动舌片式三种。⑵晶体管型继电器晶体管型继电器的功能是有晶体管开关电路完成的。晶体管型电流继电器由电压形成回路——电流变换器TA将输入电流变换成与之成正比的电压；整流比较回路及执行回路——单稳态触发器构成。晶体管型时间继电器由两个三极管及阻容延时电路组成。⑶电流互感器CT电流互感器的作用是将高压设备中的额定大电流变换成5A或1A的小电流，以便继电保护装置或仪表用于测量电流。电流互感器由铁芯及绕组组成。1）CT的作用①电流互感器将高压回路中的电流变换为低压回路中的小电流，并将高压回路与低压回路隔离，使他们之间不存在电的直接关系。②额定的情况下，电流互感器的二次侧电流取为5A，这样可使继电保护装置和其它二次回路的设计制造标准化。③继电保护装置和其它二次回路设备工作于低电压和小电流，不仅使造价降低，维护方便，而且也保证了运行人员的安全。2）CT的选择和配置①型号：电流互感器的型号应根据作用环境条件与产品情况选择。②一次电压：电流互感器安装处一次回路工作电压电流互感器的额定电压③一次回路电流：—电流互感器安装处一次回路最大电流—电流互感器一次侧额定电流。⑷电压互感器PT电压互感器的任务是将很高的电压准确地变换至二次保护及二次仪表的允许电压，使继电器和仪表既能在低压情况下工作，又能准确地反映电力系统中高压设备的运行情况。电压互感器分为电磁式电压互感器和电容式电压互感器两种：1）PT的作用①电压互感器的作用是将一次侧高电压成比例的变换为较低的电压，使二次系统与一次系统的隔离，保证了工作人员的安全。②电压互感器二次侧电压通常为100V,这样可以做到测量仪表及继电器的小型化和标准化。2）PT的配置原则：①型式：电压互感器的型式应根据使用条件选择，在需要检查与监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有三绕组的单相互感器组。次电压的波动范围：1.1>>0.9二次电压：100V准确等级：电压互感器应在哪一准确度等级下工作，需根据接入的测量仪表继电器与自动装置及设备对准确等级的要求来确定。⑤二次负荷：3.4重合闸3.4.1自动重合闸在电力系统中的作用运行经验表明，在电力系统的故障中，输电线路（尤其是架空线路）的故障占了绝大部分，而且，绝大部分是瞬时性的。例如,由于雷电引起的绝缘子表面闪络，大风引起的短路碰线，通过鸟身体的放电以及树枝杂物掉落在到导线上引起的短路等。当故障线路被继电保护装置的动作跳闸后，故障点的电弧即行熄灭，绝缘强度重新复原，这时如果把断开的线路重新投入，就能恢复正常供电，因此，这类故障是瞬时性故障。此外，线路上也会发生永久性故障，例如，线路倒杆断线，绝缘子击穿或损坏等引起的故障，在故障线路被继电保护装置断开后，由于故障依然存在，即使把断开的线路重新投入，线路还会杯继电保护装置再次断开。鉴于输电线路上发生的故障大多数是瞬时性的，因此，在线路被断开之后再次进行一次重合闸以恢复供电，显然提高了供电的可靠性。当然，重新合上断路器的工作也可以由运行人员手动操作，但手动合闸时，停电时间较长，大多数用户的电机可能停转，因而重新合闸所取得的效果并不显著，并且加重了运行人员的劳动强度。为此，在电力系统中广泛采用自动重合闸装置（缩写为ARD），当断路器跳闸后，它能自动将断路器重新合闸。自动重合闸本身并不能判断故障是瞬时性的还是永久性的，因此，重合闸动作之后有可能成功（即恢复供电），也可能不成功。根据多年来运行资料的统计，重合闸的成功率是相当高的，一般可达60%～90%。根据有关规定，在1KV及以上电压的架空线路以及电缆与架空线的混合线路上，凡装有断路器的，一般都应该装设自动重合闸装置。在用高压熔断器保护的线路上，可采用自动重合熔断器。但是，采用自动重合闸之后，当重合于永久性故障时，系统将再次受到短路电流的冲击，可能引起电力系统振荡。同时断路器在短时间内连续两次切断短路电流，这就恶化了断路器的工作条件。由于油断路器，其实际切断容量将比额定切断容量降低80%左右。因此，在短路电流比较大的电力系统中，装设油断路器的线路往往不能使用自动重合闸。自动重合闸装置视其功能可分为三相自动重合闸、单相自动重合闸或综合自动重合闸。在我国110KV及其以下的系统普遍采用三相自动重合闸装置，220KV及以上系统采用综合重合闸装置（包括单相自动重合闸）。3.4.2自动重合闸与继电器保护的配合在电力系统中，继电保护与自动重合闸配合工作，在许多情况下，可以简化保护，加速切除故障，提高供电的可靠性。所以几点保护与自动装置有着非常密切的关系。继电保护与三相一次重合闸的配合方式有两种：即自动重合闸前加速与自动重合闸后加速。⑴自动重合闸前加速重合闸前加速一般简称为“前加速”。所谓“前加速”就是当线路发生短路时，第一次是由无选择性电流速断保护瞬时切除故障，然后重合闸。如果是瞬时性故障，则在重合闸以后就恢复了供电，纠正了无选择性的动作。如果是永久性故障，第二次保护的动作就按有选择性方式启动并切除故障。下面以图3.4.1的单侧电源辐射形电网为例说明前加速的工作原理。图3.4.1中电网的每条线路上均装有过电流保护，其动作时限按阶梯原则选择，在靠近电源侧的L1线路上装有无选择性电流速断保护和自动重合闸装置。为了使无选择性电流速断的动作范围不致伸的太长，其动作电流按躲过变压器低压侧短路的最大短路电流来整定，保护装置瞬时动作。图3.4.1重合闸前加速动作原理说明图当相同电压级的线路、母线（变电所A的母线除外）或变压器侧发生短路时，装在变电所A的无选择性电流速断瞬时将1QF跳闸。断路器跳闸后，由自动地将无选择性电流速断保护1闭锁，使其退出工作，然后再由自动重合闸将被跳开的断路器重合闸，若是瞬时性故障，则线路恢复工作；若是永久性故障，则自带延时的过电流保护油选择性地将故障切除。重合闸前加速的优点是接线简单，动作迅速，只需一套自动重合闸装置，使瞬时性故障来不及发展成永久性故障。缺点是，重合于永久性故障线路时，再次切除故障的时间较长，装有重合闸装置的断路器动作次数多，若断路器或自动重合闸拒绝动作合闸时，停电范围将扩大，前加速方式主要用于35KV以下的网络。⑵自动重合闸后加速自动重合闸后加速又简称“后加速”，所谓后加速就是当线路发生故障时，保护装置有选择性动作切除故障，然后进行重合闸。如果重合于永久性故障，则在断路器合闸后，加速保护动作，瞬时切除故障，与第一次动作是否带有时限无关。图3.4.2重合闸后加速保护动作原理说明图后加速的工作原理可用图3.4.2所示的网络来说明。在单电源辐射形电网中，每条线路上都装设有选择性动作的保护和自动重合闸装置。当任一线路上发生故障时，首先由故障线路的保护装置有选择性动作，将故障切除，然后由故障线路的重合闸装置将线路重新投入，同时将选择性保护的延时部分退出工作。如果是瞬时性故障则重合成功，恢复正常供电。如果是永久性故障，故障线路的保护将加速动作，瞬时将故障再次切除。重合闸后加速的优点是，保护首次动作是有选择性的不会扩大事故。再次切除永久性故障的时间加快，而且仍然有选择性，这有利于系统并列运行的稳定性。其缺点是，保护好首次切除故障可能带来延时，当主保护拒动，而由后备保护动作跳闸时，时间可能比较长。每台断路器处需装设一套重合闸装置，与前加速相比，较为复杂，而投资也较大。后加速方式广泛应用于35KV以上的网络及对重要用户供电的线路。3.4.3综合重合闸在采用单相重合闸以后，如果发生各种相间故障时仍然需要切除三相，然后再进行三相重合闸，如重合不成功则再次进行重合。因此，实际上在实现单相重合闸时，也总是把实现三相重合闸的问题结合在一起考虑，故称它为“综合重合闸”。

实现综合重合闸回路接线时，应考虑的一些基本原则如下：

⑴单相接地短路时跳开单相，然后进行单相合闸，如重合不成功则跳开三相而不再进行重合；

⑵各种相间短路时跳开三相，然后进行三相重合。如重合不成功，仍跳开三相，而不再进行重合；

⑶当选相元件拒绝动作时，应跳开三相并进行三相重合；

⑷对于非全相运行中可能误动作的保护，应进行可靠的闭锁；对于在单相接地时可能误动作的相间保护（如距离保护），应有防止单相接地误跳三相的措施；

⑸当一相跳开后重合闸拒绝动作时，为防止线路长期出现全相运行，应将其它两相自动断开；

⑹任两相的分相跳闸继电器动作后，应联跳第三相，使三相断路器均跳闸；

⑺无论单相或三相重合闸，在重合不成功之后，均应考虑能加速切除三相，即实现重合闸后加速；

⑻在非全相运行过程中，如又发生另一相或两相的故障，保护应能有选择性地予以切除；

⑽对空气断路器或液压传动地油断路器，当气压或液压低至不允许实行重合闸时，应将重合闸回路自动闭锁；但如果在重合闸过程中下降到低于允许值时，则应保证重合闸动作的完成。3.5双侧电源的整定原则和计算及保护3.5.1整定原则设保护1装有电流速断，其起动电流计算后为,它与短路电流变化曲线的交点M即为保护1电流速断的保护范围。当在此点发生短路时，短路电流即为，速断保护刚好动作。根据以上分析，保护2的限时电流速断不应超过保护1电流速断的范围，因此在单侧电源供电的情况下，它的起动电流就应该整定为>

上式中不可取等号，因为保护1和保护2的安装地点不同，使用的电流互感器和继电器不同，故它们之间的特性很难完全一样，会导致其中之一误动作。引入可靠系数,则得其中一般取为1.1-1.2。从以上分析中已经得出，限时速断的动作时限t2,应选择得比下一条线路速断保护的动作时限t1高出一个时间阶段，即现以线路A-B上发生故障时，保护1和保护2的配合关系为例，说明确定的原则如下：⑴应包括故障线路DL的跳闸时间,因为在这一段时间里，故障并未消除，因此保护2在故障电流的作用下仍处于起动状态。⑵应包括故障线路保护1中时间继电器的实际动作时间比整定值要大才能动作。⑶应包括保护2中时间继电器可能比预定时间提早动作闭合它的触点。⑷如果保护2中的测量元件（电流继电器）在外部故障切除后，由于的影响而不能立即返回时，则中还应包括测量元件延迟返回的惯性时间。⑸考虑一定的裕度，再增加一个裕度时间,就得到t2″和t1″之间的关系为或等于，对于通常采用的断路器和间接作用的二次式继电器而言，位于0.35-0.6之间，通常多取为0.5s。3.5.2双侧电源的优缺点应用时间继电器的原因：采用了时间继电器，则当电流继电器动作后还必须经过一段延时t2才能动作与跳闸，而如果在以前故障已经切除，则电流继电器立即返回，整个保护随即恢复原状，而不会误动作。定时限过电流保护：其起动电流按照躲开最大负荷电流来整定，正常时不应该起动而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大而动作，在一般情况下，它不仅能够保护本线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长，以起到后备保护的作用。为保证在正常运行情况下过电流保护绝不动作，显然保护装置的起动电流必须整定得大于该线路上可能出现的最大负荷电流。然而，在实际上确定保护装置的起动电流时，还必须考虑在外部故障切除后，保护装置是否能够返回的问题。在故障切除后电压恢复时，电动机要有一个自起动的过程。电动机的自起动电流要大于它正常工作的电流，因此，引入一个自起动系数来表示自起动时最大电流与正常运行时最大负荷电流之比，即保护4和5在这个电流的作用下必须立即返回。为此应使保护装置的返回电流大于。引入可靠系数，则由于保护装置的起动与返回是通过电流继电器来实现的。因此，继电器返回电流与起动电流之间的关系也就代表着保护装置返回电流与取得道路之间的关系。引入继电器的返回系数，则保护装置的起动电流即为式中——可靠系数，一般采用1.15-1.25；——自起动系数，数值大于1，应由网络具体接线和负荷性质确定；——电流继电器的返回系数，一般采用0.85.由这一关系可见，当越小时，则保护装置的起动电流越大，因而其灵敏性就越差。这是不利的。这就是为什么要求过电流继电器应有较高的返回系数的原因。3.5.3灵敏性的校验当过电流保护作为本线路的主保护时，应采用最小运行方式下本线路末端两相短路时的电流进行校验，要求>1.3-1.5；当作为相邻线路的后备保护时，则应采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路时的电流进行校验，此时要求>1.2.此外，在各个过电流保护之间，还必须要求灵敏系数相互配合，即对同一故障点而言，要求越靠近故障点的保护应具有越高的灵敏系数。在后备保护之间，只有当灵敏系数和动作时限都相互配合时，才能切实保证动作的选择性。这一点在复杂网络的保护中，尤其应该注意。缺陷：当故障越靠近电源端时，短路电流越大，此时过电流保护动作切除故障的时限反而越长，所以过电流保护较少用来作主保护。4整定计算4.1短路电流的计算及整定4.1.1短路电流计算的目的⑴在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。⑵在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值，计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流计算冲击值，用以校验设备动稳定。⑶在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。⑷在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。⑸接地装置的设计，也可用短路电流。针对本次设计，短路电流计算的主要目的是：继电保护的配置和整定。4.1.2短路电流的一般规定⑴计算的基本情况①电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；②所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）；③短路发生在短路电流为最大值瞬间；④所有电源的电动势相位角相同；⑤应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时予以考虑。⑵接线方式计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。⑶计算容量应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划⑷短路种类一般按三相短路计算，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统以及自耦变压器等回来中的单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况的进行校验。⑸短路计算点在正常接线方式时，同过电气设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。4.1.3短路电流计算步骤⑴选择计算短路点。⑵画等值网络（次暂态网络）图。①首先去掉系统中的所有负荷分支、线路电容、各元件的电阻，发电机电抗用次暂态电抗＂。②选取基准电容和基准电压（一般去各级的平均电压）。③将各元件电抗换算为同一基准的标幺电抗。④绘出等值网络图，并将每个元件电抗统一编号。⑶化简等值网络：为计算不同短路点的短路电流值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出个电源与短路点之间的电抗，即转移电抗。⑷计算电抗。⑸计算无限大容（或＞3）的电源供给的短路电流周期分量。⑹计算短路电流周期分量有名值和短路容量。⑺绘制短路电流计算结果表。4.1.4流经各保护的短路计算⑴流经保护1的短路计算经以上最大运行方式原则的分析，当d1点短路时，开环点在AD上，流经保护1的短路电流最大。最大运行方式正、负序阻抗图如图4.1.1。图4.2.1d1点最大运行方式正、负序阻抗图由图4.1.1得：110KV侧：所以在最大运行方式下d1点短路时流经保护1的三相短路电流为：QUOTEQUOTE经以上最小运行方式原则的分析得，最小运行方式正负序阻抗图见图4.1.2：图4.1.2d1点最小运行方式正负序阻抗由图4.1.2得：所以在最小运行方式下d1点短路时流经保护1的两相短路电流为：⑵流经保护3的短路计算经以上最大运行方式原则的分析，当d3点短路时，开环点在L1上，流经保护6的短路电流最大。由以上分析得以下各图。最大运行方式正负序阻抗图见图4.1.3：图4.1.3d2点最大运行方式正负序阻抗由图4.1.3得：所以在最大运行方式下d2点短路时流经保护3的三相短路电流为：经以上最小运行方式原则的分析得最小运行方式正负序阻抗图见图4.1.4：图4.1.4d2点最小运行方式正负序阻抗由图4.1.4得：所以在最小运行方式下d3点短路时流经保护3的两相短路电流为：流经其他保护各短路点的短路计算如表4.1.1：表4.1.1流经保护各短路点的短路计算短路点最大运行方式最小运行方式（KA）（KA）d10.1291.080.1600.3874.200.3961.080.3961.1881.186d30.1411.080.1410.4233.8450.4531.080.4531.3591.036d50.2501.080.2500.7502.1710.4731.080.4731.4190.851d80.1531.080.1530.4593.5431.1611.081.1613.4830.404d100.2001.080.2000.6002.7111.1611.081.1613.4830.404⑶电流保护整定计算对各保护1进行电流速断保护（电流I段）的整定计算①保护1躲开下一条线路出口处的短路时的起动电流可靠系数保护点的电流速断保护的起动电流如表4.1.2：表4.1.2各保护的电流速断保护的起动电流保护1保护3保护5保护8保护105.465.002.8224.6063.524②电流速断保护的保护范围（灵敏度）校验对保护1进行保护范围（灵敏度）校验对其他保护进行保护范围（灵敏度）校验也满足要求，具体数值如表4.1.3所示。表4.1.3各保护的电流速断保护的灵敏度校验保护1保护3保护5保护8保护1043.29%35.47%28.43%24.56%48.78%4.2距离保护整定计算4.2.1距离保护Ⅰ段整定计算⑴当被保护线路无中间分支线路（或分支变压器）时，定值计算按躲过本线路末端故障整定，一般可按被保护线路正序阻抗的80%-85%计算，即式中:：距离保护=1\*ROMANI段的整定阻抗；Z1：被保护线路的正序相阻抗；：可靠系数，可取0.8～0.85；⑵当线路末端仅为一台变压器时（即线路变压器组）其定值计算按不伸出线路末端变压器内部整定，即按躲过变压器其他各侧的母线故障定式中:ZT：线路末端变压器的阻抗；：可靠系数，取0.7；：可靠系数，取0.8～0.85；Z1：线路正序阻抗。保护动作时间按t=0秒整定。4.2.2距离保护=2\*ROMANII段整定计算按与相邻线路距离保护I段配合整定式中:Z1：被保护线路阻抗；：相邻变压器的正序阻抗；：可靠系数，取0.8～0.85；：可靠系数，取0.7；：助增系数，选取可能的最小值。距离保护第Ⅱ段灵敏度：若灵敏系数不满足要求，可按与相邻线路距离保护Ⅱ段相配合的条件整定动作阻抗，即：：可靠系数，一般取0.8～0.85；：可靠系数，一般取0.8；：相邻线路距离保护Ⅱ段动作阻抗。这时，保护1QF距离Ⅱ段动作时限为：4.2.3距离保护=3\*ROMANIII段整定计算①躲开最小负荷阻抗远后备采用度接线的方向阻抗继电器式中:：可靠系数，取1.2～1.3；：返回系数，取1.15～1.25：：自起动系数，取2；UN：电网的额定电压IL。max：最大负荷电流；Ψm：阻抗元件的最大灵敏角，取70度；Ψl：负荷阻抗角，取26度；②相间距离保护第Ⅲ段动作时间为：③相间距离保护第Ⅲ段灵敏度校验：当作近后备时:当作远后备时:式中，——分支系数最大值。如果相邻线路为变压器则无须校验远后备。距离保护各保护的第Ⅰ段、第Ⅱ段、第Ⅲ段的整定值如表4.1.4所示。表4.1.4整定阻抗值表整整定值保护点第Ⅰ段第Ⅱ段第Ⅲ段保护1点13.60s28.50.5s153.42.0s保护2点8.50s33.51s176.32.5s保护3点8.50s31.81s146.72.5s保护4点6.80s24.30.5s165.62.0s保护5点13.60s27.60.5s132.32.0s保护6点6.120s34.31.5s137.92.5s保护8点6.120s45.71.5s214.72.5s保护10点6.80s27.20.5s97.62.5s4.3零序电流保护整定计算4.3.1零序电流保护=1\*ROMANI段的整定⑴按躲开本线路末端接地短路的最大零序电流整定，即=I0。max式中:：可靠系数，取1.2～1.3；计算时取1.3I0。max：线路末端接地短路时流过保护的最大零序电流。⑵按躲开线路断路器三相不同时合闸的最大零序电流整定，即=3I0。max式中：：可靠系数，取1.1～1.2；计算时取1.13I0。max：断路器三相不同时合闸所产生的零序电流最大值。⑶如果线路上采用单相自动重合闸时，零序电流速断应躲过非全相运行又产生振荡时出现的最大零序电流。4.3.2零序电流保护=2\*ROMANII段的整定此段保护一般担负主保护任务，要求在本线路末端达到规定的灵敏系数。此段保护的整定原则也适用于零序电流保护=3\*ROMANIII段的整定。此段保护按满足以下条件整定：⑴按与相邻下一级线路的零序电流保护=1\*ROMANI段配合整定，即=/Kb。min式中:：可靠系数，取1.15～1.2；Kb。min：分支系数，按实际情况选取可能的最小值；：相邻下一级线路的零序电流保护=1\*ROMANI段整定值。当按此整定结果达不到规定灵敏系数时，可改为与相邻下一级线路的零序电流保护=2\*ROMANII段配合整定。⑵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。⑶当本段保护整定时间等于或低于本线路相间保护某段的时间时，其整定值还必须躲开该段相间的保护范围末端发生相间短路的最大不平衡电流。4.3.3零序电流保护=3\*ROMANIII段保护的整定此段保护一般是起后备保护作用。=3\*ROMANIII段保护通常是作为零序电流保护=2\*ROMANII段保护的补充作用。对后备保护的要求是在相邻下一级线路末端达到规定的灵敏系数。零序电流保护=3\*ROMANIII段保护按满足以下条件整定：⑴按与相邻下一级线路的零序电流保护=2\*ROMANII段保护配合整定。当本保护的零序电流保护=2\*ROMANII段已达到规定的灵敏系数时，此零序电流保护=3\*ROMANIII段也可按与相邻下一级线路的零序电流保护=3\*ROMANIII段配合整定，以改善后备性能。⑵按躲开下一条线路出口处发生三相短路时，保护装置零序电流滤过器中的最大不平衡电流来整定=式中:：可靠系数。取1.1～1.2；：非周期分量系数，取1.5；：电流互感器的同性系数，取0.5；：电流互感器的10%误差，取0.1；：本级线路末端三相短路的最大短路电流。⑶按零序电流保护=2\*ROMANII段整定中的3项条件整定。⑷按零序电流保护=2\*ROMANII段保护整定中的4项条件整定。⑸当零序电流保护最后一段整定值较小时，其下限条件应大于变压器中、低压侧相间短路的最大不平衡电流。零序=3\*ROMANIII段的灵敏度：线路末端灵敏度计算为后备保护灵敏度计算为零序电流保护各参量值如表4.1.5所示：表4.1.5零序电流保护各参量值参参量保护数Xff（0）Xff（1）Xff（2）E1I（1）f（a）.0I（1.1）f（a）.010.18Ω0.09Ω0.09Ω1.03Ω1.17KA1.35KA20.11Ω0.08Ω0.08Ω1.04Ω2.31KA2.08KA30.091Ω0.089Ω0.089Ω1.06Ω2.36KA2.35KA40.13Ω0.08Ω0.08Ω1.03Ω2.13KA1.82KA50.15Ω0.12Ω0.12Ω1.04Ω1.60KA1.48KA60.18Ω0.07Ω0.07Ω1.02Ω1.91KA1.42KA70.18Ω0.07Ω0.07Ω1.02Ω1.91KA1.42KA80.20Ω0.09Ω0.09Ω1.05Ω1.66KA1.28KA90.20Ω0.09Ω0.09Ω1.05Ω1.66KA1.28KA100.14Ω0.09Ω0.09Ω1.04Ω1.95KA1.69KA5保护装置的选择电力变压器的继电保护

⑴基本概念

1）励磁涌流：当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能出现数值很大的励磁电流，即为励磁涌流。铁心中的磁通不能突变，因此，将出现一个非周期分量的磁通，其幅值为。这样在经过半个周期以后，铁心之中的磁通达到2。其数值最大可达额定电流的6—8倍。2）最小起动电流：当中没有电流时，为使差动继电器起动，需在工作线圈中加入一个电流，由此电流产生的磁通在中感应一定的电势，它刚好能使执行元件动作，此电流称作继电器的最小起动电流。

⑵保护类型

1）故障类型及不正常运行状态

①变压器的内部故障可分为油箱内和油箱外故障两种：油箱内故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损，油箱外的故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。（上述接地短路均系对中性点直接接地电力网的一侧而言）

②变压器的不正常运行状态主要有：由于变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；由于负荷超过额定容量引起的过负荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低。2）相应保护类型①瓦斯保护：针对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低而装设，反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯保护动作与信号，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧的短路器。应装设瓦斯保护的变压器容量界限是：800kVA及以上的油浸式变压器河400kVA及以上的车间内油浸式变压器。②纵差动保护：a、要实现变压器的纵差动保护就适当地选择两侧电流互感器的变比，使其比值等于变压器的变比。

b、保护特点：需要躲开流过差动回路中的不平衡电流。c、差动继电器类型：带有速饱和变流器的差动继电器及具有比率制动和二次谐波制动的差动继电器。③电流和电压保护：根据变压器容量和系统短路电流水平的不同，实现保护的方式有：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以及负序过电流保护等。④零序保护：对中性点直接接地电力网内，由外部接地短路引起过电流时，如变压器中性点接地运行则应装设零序电流保护，当有选择性要求时应增设零序方向元件。⑤过负荷保护：对400KVA以上的变压器，当数台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。⑥过励磁保护：高压侧电压为500KVA及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流的升高，应装设过励磁保护。6保护的综合评价⑴方向性电流保护在单电源环行网络和多电源辐射形电网中，都能保证动作的选择性。但由于保护中采用了方向元件使接线复杂，投资增加。另外，当保护安装地点附近正方向发生三相短路时，由于母线电压降至零，保护装置拒动，出现“死区”。方向过电流保护，常用于35KV以下的两侧电源辐射型电网和单电源环行电网中作为主要保护，在电压为35KV及110KV辐射型电网，常常与电流速断保护配合使用，构成三段式方向电流保护，作为线路相间短路的整套保护。⑵零序电流保护和方向性零序保护相间短路电流保护的三相星形接线方式，可以保护单相接地短路。由于零序电流保护有许多独特的优点，所以常常采用专门的零序保护。零序保护的主要优点如下：①零序电流保护比相间短路的电流保护有较高的灵敏度。对零序Ⅰ段，由于线路的零序阻抗大于正序阻抗。使线路始末两端电流变化较大，因此使零序Ⅰ段的保护范围增大，即提高了灵敏度；对零序Ⅲ段，由于起动值是按不平衡电流来整定的，所以比相间短路的电流保护的起动值小，即灵敏度高。②零序过电流保护的动作时限较相间保护短。③零序电流保护不反应系统的振荡和过负荷。④零序功率方向元件无死区，副方电压回路断线时，不会误动作。⑤接线简单可靠。零序电流的缺点是不能反映相间短路。⑶距离保护距离保护的主要优点：①能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求。②阻抗继电器是同时反应电压的降低与电流的增大而动作的，因此距离保护较电流保护有较高的灵敏度。其中Ⅰ段距离保护基本不受运行方式的影响，而Ⅱ、Ⅲ段仍受系统运行方式的影响，但比电流保护要小些，保护区域和灵敏度比较稳定。距离保护的主要缺点：①不能实现全线瞬动。对双侧电源线路，将有全线的30%～40%以第Ⅱ段时限跳闸，这对稳定有较高要求的超高压远距离输电系统来说是不能接受的。②阻抗继电器本身比较复杂，还增设了振荡闭锁装置，因此，距离保护装置调试比较麻烦，可靠性也相对低些。结束语：本次设计是针对与110KV电网在不同运行方式以及短路故障类型的情况下进行的分析计算和整定的。通过具体的短路电流的计算发现电流的三段式保护不能满足要求，故根据本次设计的实际要求，以及继电保护“四性”的总要求故采用了反应相间短路的距离保护和反应接地故障的零序电流三段式保护。由于本次设计涉及到不同运行方式下的不同类型的短路电流的计算，这对本次设计增加了难度。在进行设计时首先要将各元件参数标准化，而后对每一个保护线路未端短路时进行三相短路电流的计算，二相短路电流的计算及零序电流的计算。在整定时对每一个保护分别进行零序电流保护的整定和距离保护阻抗的整定，并且对其进行灵敏度较验。通过这次设计，在获得知识之余，还加强了个人的独立提出问题、思考问题、解决问题能力，从中得到了不少的收获和心得。在思想方面上更加成熟，个人能力有进一步发展，本次课程设计使本人对自己所学专业知识有了新了、更深层次的认识。在这次设计中，我深深体会到理论知识的重要性，只有牢固掌握所学的知识，才能更好的应用到实践中去。这次设计提高了我们思考问题、解决问题的能力，它使我们的思维更加缜密，这将对我们今后的学习、工作大有裨益。此次课程设计能顺利的完成与同学和老师的帮助是分不开的，在对某些知识模棱两可的情况下，多亏有同学的热心帮助才可以度过难关；更与老师的悉心教导分不开，在有解不开的难题时，多亏老师们的耐心指导才使设计能顺利进行。在此衷心感谢盛义发老师的悉心教导和各位同学的帮助。参考文献[1]孙国凯，霍利民，柴玉华主编．电力系统继电保护原理[M]．北京:中国水力水电出版社，2010.1[2]何仰赞，温增银主编.电力系统分析（第三版）[M].武汉：华中科技大学出版社，2010.1[3]刘笙主编.电气工程基础[M].北京：科学出版社，2008.8[4]贺家李，宋从钜主编.电力系统继电保护原理（第三版）[M].北京：中国电力出版社，1994.10[5]何瑞文，陈少华.电力系统继电保护课程设计模式的探索与实践[J].电力系统及其自动化学报.第21卷第3期.125—128[6]西北电力设计院.电力工程电气设计手册[M].北京：中国电力出版社，1996[7]周文俊.电气设备实用手册[M].北京：中国水利水电出版社，1999[8]吕继绍.电力系统继电保护设计原理[M].北京：中国水利电力出版社，2003基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用