变电站继电保护设计

变电站继电保护设计

目录

课程设计任务书....................................................2

一、目的任务......................................................2

二、设计内容......................................................2

1、主要内容...................................................2

2、原始数据...................................................3

3、设计任务...................................................3

系统的初步配置方案................................................6

1.1.(1)电力系统继电保护的定义...........................6

1.2.(2)继电保护装置的组成.................................6

1.测量部分..................................................6

2.逻辑部分..................................................6

3.执行部分..................................................6

1.3.(3)对继电保护装置的要求..............................7

1.4.(4)继电保护装置的作用.................................8

2.保护原理叙述..................................................10

2.1.瓦斯保担...............................................10

1一般性检验项目：...........................................12

2试验项目...................................................12

3.2.纵联差动保井................................................14

1.减小稳态情况下的不平衡电流...............................15

2.减小电流互感器的二次负荷.................................15

3.采用带小气隙的电流互感器.................................15

3.零序电压电流保护...........................................15

1.原理以及特点.............................................16

3.1.4.三段式距离保护.......................................16

3.2.三段式电流保护.........................................16

短路计算.........................................................17

最大最小运行方式正序图...........................................17

3.3.短路计算................................................17

保护的整定计算...................................................19

10kV线路的三段式电流保护...................................19

35kV线路的三段式电流保护...................................20

1

变压器的保护.................................................21

变压器的接地后备保护.............................................24

保护配置汇总.....................................................26

总结与心得体会...................................................28

参考文献.........................................................29

课程设计任务书

一、目的任务

电力系统继电保护课程设计是一个实践教学环节，也是学生接受专业训练的

重要环节，是对学生的知识、能力和素质的一次培养训练和检验。通过课程设计，

使学生进一步巩固所学理论知识，并利用所学知识解决设计中的一些基本问题,

培养和提高学生设计、计算，识图、绘图，以及查阅、使用有关技术资料的能力。

本次课程设计主要以中型企业变电所主变压器及相邻线路为对象，主要完成继电

保护概述、主变压器及线路继电保护方案确定、短路电流计算、继电保护装置整

定计算、绘保护配置图等设计和计算任务。为以后深入学习相关专业课、进行毕

业设计和从事实际工作奠定基础。

二、设计内容

1、主要内容

(1)熟悉设计任务书，相关设计规程，分析原始资料，借阅参考资料。

(2)继电保护概述，主变压器继电保护方案确定，线路保护方案的确定。

(3)短路电流计算。

(4)继电保护装置整定计算。

(5)各种保护装置的选择。

(6)撰写设计报告，绘图等。

机

序号实践/实习/实验项目名称教学时数

动

熟悉设计任务书，相关设计规程，分析原始资料，

14

借阅参考资料等

继电保护概述，主变压器、线路继电保护方案确定

26

等

3各继电保护原理图设计，短路电流计算等8

4继电保护装置整定计算10

2

5各种保护装置的选择4

6撰写设计报告，绘图等8

7考核4

合计44（2周）

2、原始数据

某变电所电气主接线如图1所示，已知两台变压器均为三绕组、油浸式、强

迫风冷、分级绝缘,SFS7-40000/110其参数如下:SF40MVA；电压为110±2X2.5%

/38.5±2X2.5%/HkV；Vy/d„（Y0/y/A-12-11）；短路电压电（%）

=10.5,UHL（%）=17,UML（%）=6.5O两台变压器同时运行，UOkV侧的中性点只有

一台接地，若只有一台运行，则运行变压器中性点必须接地，其余参数如图1。

3、设计任务

结合系统主接线图，要考虑L1L2两条UOkV高压线路既可以并联运行也可

以单独运行。针对某一主变压器及相邻线路的继电保护进行设计，变压器的后备

保护（定时限过电流电流）作为线路的远后备保担。

已知条件如下：

（1）变压器35kV母线单电源辐射形线路L5L6的保护方案拟定为三段式电流保

护，保护采用两相星形接线，馈出线定时限过流保护最大的时限为2.0s,

线路L5L6的正常最大负荷电流为250A,

（2）变压器10kV母线母线单电源辐射形线路L3L4的保护方案拟定为三段式电

流保护，保护采用两相星形接线，馈出线定时限过流保护最大的时限为2.

5s,线路L5L6的正常最大负荷电流为280A,

（3）L1L各线路均装设距离保护，试对其相间短路保护1,11,111段进行整定

计算，即求各段动作阻抗和动作时限t\tj、并校验

其灵敏度，线路L1L2的最大负荷电流为变压器额定电流的2倍，功率为数

cos（p=0.9,各线路每千米阻抗Z1二0.4。,阻抗角（pL=70。，电动机自启动系数

-5,继电器的返回系数Krc=l.2,并设Krol'=0.85,Krol''=0.8,Krol

'''=1.2,距离III段采用方向阻抗继电器，

（4）变压器主保护采用能保护整个变压器的无时限纵差保护，变压器的后备保

护作为线路的远后备保护。变压器相邻线路L1L2零序电流I段整定值为

1620A,变压器相邻线路零序电流III段整定值为660A.

注：

名单序号为3,4的同学，用Si=1010MVA,Skm『510MVA进行计算：

5

系统的初步配置方案

1.1.(1)电力系统继电保护的定义

继电保护装置，是指装设于整个电力系统的各个元件上，能在指定区域内快

速准确地对电气元件发生的各种故障或不正常运行状态做出响应，并在规定的时

限内动作，使断路器跳闸或发出信号的一种反事故自动装置。由于最初的继电保

护装置是由机电式继电器为主构成的，故称为继电保护装置。现代继电保护装置

己发展成为由电子元器件或微型计算机为主构成的，但仍沿用此名称。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。

继电保护装置的基本任务是：

(1)自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，并最大限度地

保证其他无故障部分的正常运行不受影响。

(2)能对电气元件的不正常运行状态做出反应，并根据运行维护规范发出告

警信号，或自动减负荷，或延时跳闸，使系统运行人员根据告警的种类采取相应

的措施进行处理，避免引起更大的系统故障。

(3)可以和电力系统中其他自动装置如自动重合闸装置相配合，在条件允许

时，可采取预定措施，尽快地恢复供电和设备运行，从而提高电力系统运行的可

靠性。

在电力系统中应用各种继电保护装置，尽管它们在结构上各不相同,但基本上是由测量、

逻辑、执行三部分组成。

1.2.(2)继电保护装置的组成

1.测量部分

测量部分的功能是测量从被保护对象输入的有关电气量，并与已给定的整定

值进行比较，根据比较的结果，给出“是”、“非”或“大于”、“不大于”或

“等于0”、“等于1”等逻辑信号，从而判断保护是否应该起动。

2.逻辑部分

逻辑部分的功能是根据测量部分各个输出量的大小、性质，输出的逻辑状态、

出现的顺序以及这些状态和顺序的组合，使保护装置按给定的逻辑关系工作，确

定是否应该使断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传送给执行部分。继电保护

中常用的逻辑电路有“或”、“与”、“非”、“延时起动”、“延时返回”以

及“记忆”电路等。

3.执行部分

执行部分的功能是根据逻短部分传送的信号，最后完成保护装置所担负的任

务，如故障时动作于跳闸、不正常运行时发出信号、正常运行时不动作等。

6

需要指出的是，仅靠继电保护装置是不能达到保护电力设备的目的，只有通

过互感器、断路器(含操作机构)、继电保护装置、工作电源及其相互间的连接

电缆的协调配合，才能实现继电保护的工作任务。

1.3.(3)对继电保护装置的要求

选择性

继电保护动作的选择性是指电力系统中有故障时，应由距故障点最近的

保护装置动作，仅将故隙元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以

保证系统中的无敌故障部分仍能继续安全运行。

在要求继电保护动作有选择性的同时，还必须考虑继电保护或断路器有

拒绝动作的可能性，因而就需要有后备保护。

速动性

快速的切除故障可以提高电力系统并联运行的稳定性，减少用户在电压

降低情况下工作的时间，以及缩小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。助作迅速而同时乂能满足选择性

要求的保护装置，一般都架构比较复杂，价格比较昂贵。在一些情况下，允

许保护装置带有一定的延时切除故障。

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被保

护元件的具体情况来确定。

灵敏性

继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生在任何故障或不正常运

行状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在实现规定的保护范

围内部故障时，不论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过

度电阻，都能敏锐感觉、正确反应。保护装置的灵敏性通常用灵敏系数来衡

量，它主要取决于被保护元件和电力系统的参数和运行方式。

可靠性

保护装置的可靠性是指在该保护装置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装置不应该动作的

情况下，则不应该误动作。

可靠性主要取决于保护装置本身的质量和运行维护水平。一般来说，保

护的原理完善，装置组成元件的质量越高、接线越简单、模拟式保护回路中

7

继电器的接点数量越少，保护装置的工作就越可靠。同时，精细的制作工艺、

正确地调整试验、良好的运行维护以及丰富的运行经验，对于提高保护的可

靠性也具有重要的作用。

以上对继电保护装置所提出的四项基本要求是互相紧密联系的，有时是

相互矛盾的。例如，为了满足选择性，有时就要求保护动作必须具有一定的

延时，为了保证灵敏度，有时就允许保护装置无选择地动作，再采用自动重

合闸装置进行纠正，为了保证快速性和灵敏性，有时就采用比较复杂和可靠

性稍差的保护。总之，要根据具体情况(被保护对象、电力系统条件、运

行经验等)，分清主要矛盾和次要矛盾，统筹兼顾，力求相对最优。

1.4.(4)继电保护装置的作用

继电保护一定程度上保护电力系统设备和线路的正常运行为电网的正

常运行发挥着重要的作用。继电保护在电力系统的设备和线路有所异常或事

故时会发生跳闸或报警保护电力设备免受损害因为设备一旦损害不仅使企

业受到经济损失还会影响电网的正常运转如果更好的对继电器进行故障处

理也是电力企业维修人员急切需要解决的问题为了保证继电保护的正常运

行除了日常的维护保养和巡视外还需要现场工作人员对继电保护装置的结

构及运行状态有详细的了解及时进行检测，及时发现故障隐患及时进行修理

以确保继电保护装置的正常运转。保证继电系统的可靠性是发挥继电保护装

置作用的前提，在继电保护装置进行工作运转的过程中机电系统的可靠性是

前提条件，只有机电系统拥有了良好的性能和质量在技术上占有•定的优势

那么就会为继电保护的正常运行创造有利的条件。继电保护在电力系统安全

运行中的作用主要有以下三点：保障电力系统的安全性。在电力系统进行正

常运行的工作中，如果中途某个零部件发生了故障那么继电保护装置就可以

测试到其状态然后向其最近的断路器发出预警作出跳闸处理这样的话一方

面既可以使元器件尽量小的受到损坏另一方面乂可以使电力系统继续正常

运行避免了以为部分元器件的故障而为整个电力系统带来瘫痪保证了电力

系统运行的稳定性。对电力系统的不正常工作进行提示。在电力系统的运行

中继电保护装置可以对运行中出现的不良状况进行检测如果是有某些零部

件发生了异常那么保护装置可以根据异常的程度深浅对其进行不同程度的

8

处置。如果是情况不太严重的那么保护装置可以对其进行调整避免了人工的

手动操作。如果是对电力系统的运行有一定的威胁的故障那么就会发出预警

报告，或者是自动切除。对电力系统的运行进行监控。继电保护不仅仅是一

个事故处理与反应装置.同时也是监控电力系统正常运行的装置。

(5)系统运行方式选择

电力系统不同的运行方式影响保护的性能，所配置的保护应该能满足系

统各种运行方式下对继电保护选择性、可靠性、灵敏性、速动性的要求。所

以需要对系统运行方式分析，使用分析、计算的结果对继电保护进行整定和

灵敏度校验。继电保护装置的作用是起到反事故的自动装置的作用，必须正

确地区分“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”，以实现继电保护的功能。因此，通过检测各种状态下被保护元件

所反映的各种物理量的变化并予以鉴别。依据反映的物理量的不同，保护装

置可以构成下述各种原理的保护。

最大运行方式：电力系统中，当电网运行状态改变时，短路电流也发生

显著的变化，对电力系统危害最大的是短路故障，电力系统中可能发生的短

路故障，主要有三相短路、两相短路和单相短路，而过大的长时间的短路电

流会损坏电力设备，为防止短路故障带来的危害，必须设法降低短路电流或

者缩短短路故障时间，缩短短路故障时间是依靠选用和整定好继电保护装置,

在故障电流造成危害前即被自动切断，但是从短路故障电流产生到继电保护

装置动作这个时间段内，电力设备应能承受短路电流的冲击。所以在设计发、

变电站时，我们需要选择开关电器和确定继电保护装置整定值，往往需要根

据电力系统不同运行方式下的短路电流值来计算和校验所选用电器的稳定

度和继电保护装置的灵敏度。因此要按最大运行方式计算该电流值；当校验

继电保护装置的灵敏度时，又要知道最小短路电流时灵敏度系数是否合格，

所以要算出最小运行方式下的最小短路电流。在本次设计过程中，系统最大

运行方式(Skmax=1150MVA)

最小运行方式：是系统在该方式下运行时，具有最大的短路阻抗值，发

生短路后产生的短路电流最小的一种运行方式。一般根据系统最小运行方式

的短路电流值来校验继电保护装置的灵敏度。在本次设计过程中，系统最小

运行方式为(Skmm=550MVA)

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选择系统配置

因为有变压器并联，所以至少有一台变压器直接接地。

根据《继电保护和安全自动装置技术规程》UOKV保护装置的配置:

序号保护名称保护类型被保护装置

1差纵保护主保护

2瓦斯保护主保护

变压器

3高压侧复合电压启动的过电流保护相间短路后备保护

4零序电压电流保护接地短路后备保护

5110KV三段式距离保护In主保护，in后备保护110KV线路

635KV三段式电流保护In主保护，in后备保护35KV线路

710KV三段式电流保护In主保护，III后备保护10KV线路

2.保护原理叙述

2.1.瓦斯保护

瓦斯保护是属于非电气量保护，装在油箱和油枕之间，分过气流和过油

流，如果变压器内部发生短路，那么短路电流会分解变压器油而产生气体,

让瓦斯继电器发出告警信号（轻瓦斯保护），短路严重的时候，气温很高,

会让油面上升，冲到瓦斯继电器的动作位置，发出跳闸信号（重瓦斯保护），

由于瓦斯保护可以保护到差动保护所保护不到的位置一一铁芯。

（1）定义

瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期，纤维素和有机质经厌氧菌的作用分

解而成。在高温、高压的环境中，在成煤的同时，由于物理和化学作用，继

续生成瓦斯。瓦斯是无色、无味的气体，但有时可以闻到类似苹果的香味，

这是由于芳香族的碳氢气体同瓦斯同时涌出的缘故。瓦斯对空气的相对密度

是0.554,在标准状态下瓦斯的密度为0.716kg/m3,瓦斯的渗透能力是空气

的1.6倍，难溶于水，不助燃也不能维持呼吸，达到一定浓度时，能使人因

缺氧而窒息，并能发生燃烧或爆炸。

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瓦斯的主要成分是烷烧，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷

和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气

体，如氮和氨等。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为

液体。如遇明火，即可燃烧，发生“瓦斯”爆炸，直接威胁着矿工的生命

安全。在气体保护继电器内，上部是一个密封的浮筒，下部是一块金属档板，

两者都装有密封的水银接点。浮筒和档板可以围绕各自的轴旋转。在正常运

行时，继电器内充满油，浮筒浸在油内，处于上浮位置，水银接点断开；档

板则由于本身重量而下垂，其水银接点也是断开的。当变压器内部发生轻微

故障时，气体产生的速度较缓慢，气体上升至储油柜途中首先积存于气体继

电器的上部空间，使油面下降，浮筒随之下降而使水银接点闭合，接通延时

信号，这就是所谓的“轻瓦斯”；当变压器内部发生严重故障时，则产生强

烈的瓦斯气体，油箱内压力瞬时突增，产生很大的油流向油枕方向冲击，因

油流冲击档板，档板克服弹簧的阻力，带动磁铁向弹簧触点方向移动，使水

银触点闭合，接通跳闸回路，使断路器跳闸，这就是所谓的“重瓦斯”。重

瓦斯动作，立即切断与变压器连接的所有电源，从而避免事故扩大，起到保

护变压器的作用。

气体继电器有浮筒式、档板式、开口杯式等不同型号。大多采用QJ-80

型继电器，其信号回路接上开口杯，跳闸回路接下档板。所谓瓦斯保护信号

动作，即指因各种原因造成继电器内上开口杯的信号回路接点闭合，光字牌

灯亮。

规程规定：对于容量为800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上

的车间内油浸式变压器，应装设瓦斯保护。

（2）保护范围

瓦斯保护是变压器的主要保护，它可以反映油箱内的一切故障。包括：

油箱内的多相短路、绕组匝间短路、绕组与铁芯或与外壳间的短路、铁芯故

障、油面下降或漏油、分接开关接触不良或导线焊接不良等。瓦斯保护动作

迅速、灵敏可靠而旦结构简单。但是它不能反映油箱外部电路（如引出线上）

的故障，所以不能作为保护变压器内部故障的唯一保护装置。另外，瓦斯保

护也易在一些外界因素（如地震）的干扰下误动作。变压器有载调压开关的

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瓦斯继电器与主变的瓦斯继电器作用相同、安装位置不同，型号不同。瓦斯

保护一般分为轻瓦斯和重瓦斯两类。

轻瓦斯：变压器内部过热，或局部放电，使变压器油油温上升，产生一定

的气体,汇集于继电器内，达到了一定量后触动继电器，发出信号。

重瓦斯：变压器内发生严重短路后，将对变压器油产生冲击，使一定油

流冲向继电器的档板,动作于跳闸。

（3）安装方式和试验项目

瓦斯继电器安装在变压器到储油柜的连接管路上，安装时应注重：

1首先将气体继电器管道上的碟阀关严。如碟阀关不严或有其他情况,

必要时可放掉油枕中的油，以防在工作中大量的油溢出。

2新气体继电器安装前，应检查有无检验合格证书，口径、流速是否正

确，内外部件有无损坏，内部如有临时绑扎要拆开，最后检查浮筒、档板、

信号和跳闸接点的动作是否可靠，并关好放气阀门。

3气体继电器应水平安装，顶盖上标示的箭头方向指向油枕，工程中答

应继电器的管路轴线方向往油枕方向的一端稍高，但与水平面倾斜不应超过

4%o

4打开碟阀向气体继电器充油，布满油后从放气阀门放气。如油枕带有

胶囊，应注重充油放气的方法，尽量减少和避免气体进入油枕。

5进行保护接线时，应防止接错和短路，避免带电操作，同时要防止使

导电杆转动和小瓷头漏油。

6投入运行前，应进行绝缘摇测及传动试验。

气体继电器在安装使用前应作如下一些检验项目和试验项目：

1一般性检验项目：

玻璃窗、放气阀、控针处和引出线端子等完整不渗油，浮筒、开口杯、

玻璃窗等完整无裂纹。

2试验项目

2.1密封试验：整体加油压（压力为20mPa,持续时间为lh）试漏，应

无渗透漏。

2.2端子绝缘强度试验：出线端子及出线端子间耐受工频电压2000v,

持续Imin,也可用2500v兆欧表摇测绝缘电阻，摇测bnin代替工频耐压,

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绝缘电阻应在300mQ以上。

2.3轻瓦斯动作容积试验：当壳内聚积250s300cm3空气时，轻瓦斯应

可靠动作。

2.4重瓦斯动作流速试验。

（4）动作原因以及处理

1轻瓦斯动作的原因

1.1因滤油、加油或冷却系统不严密以至空气进入变压器。

1.2因温度下降或漏油致使油面低于气体继电器轻瓦斯浮筒以下

1.3变压器故障产生少量气体

1.4变压器发生穿越性短路故障。在穿越性故障电流作用下，油隙'用的

油流速度加快，当油隙内和绕组外侧产生的压力差变化大时，气体继电器就

可能误动作。穿越性故障电流使绕组动作发热，当故障电流倍数很大时，绕

组温度上升很快，使油的体积膨胀，造成气体继电器误动作。

1.5气体继电器或二次回路故障。

以上所述因素均可能引起瓦斯保护信号动作。

变压器瓦斯保护装置动作后，应马上对其进行认真检查、仔细分析、正

确判定，立即采取处理措施。

1瓦斯保护信号动作时，立即对变压器进行检查，查明动作原因，是否

因积聚空气、油面降低、二次回路故障或上变压器内部邦联造成的。如气体

继电器内有气体，则应记录气体量，观察气体的颜色及试验上是否可燃，并

取气样及油样做色谱分析，可根据的关规程和导则判定变压器的故障性质。

色谱分析是指对市收集到的气体用色谱仪对其所含的氢气、氧气、一氧化碳、

二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙快等气体进行定性和定量分析，根据所含

组分名称和含量准确判定邦联性质，发展趋势、和严重程度。

若气体继电器内的气体无色、无臭且不可燃，色谱分析判定为空气，则

变压器可继续运行，并及时消除进气缺陷。

若气体继电器内的气体可燃且油中溶解气体色谱分析结果异常，则应综

合判定确定变压器是否停运。

2瓦斯继电器动作跳闸时，在查明原因消除故障前不得将变压器投入运

行。为查明原因应重点考虑以下因素，作出综合判定。

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a.是否呼吸不畅或排气未尽；

b.保护及直流等二次回路是否正常；

c.变压器外观有无明显反映故障性质的异常现象；

d.气体继电器中积聚的气体是否可燃；

e.气体继电器中的气体和油中溶解的气体的色谱分析结果；

f.必要的电气试验结果；

g.变压器其它继电保护装置的动作情况。

3.2.纵联差动保护

差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，当变压器正常工作或区外故障时,

将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流（折算后的电流）相等，

差动继电器不动作。

（1）差动保护

差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，当变压器正常工作或区外故

障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流（折算后的电

流）相等，差动继电器不动作。当变压器内部故障时，两侧（或三侧）向故

障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流的和正比于故障点电流，差

动继电器动作。

差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时，

一直用于变压器做主保护。另外差动保护还有线路差动保护、母线差动保护

守守。

变压器差动保护是防止变压器内部故障的主保护。其接线方式，按回路

电流法原理，把变压器两侧电流互感器二次线圈接成环流，变压器正常运行

或外部故障，如果忽略不平衡电流，在两个互感器的二次回路臂上没有差电

流流入继电器。

如果内部故障，如图《差动保护》ZD点短路，流入继电器的电流等于

短路点的总电流。当流入继电器的电流大于动作电流，保护动作断路器跳闸。

差动保护是变压器的主保护，是按循环电流原理装设的。

主要用来保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各

种相间短路故障，同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。

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在绕组变压器的两侧均装设电流互感器，其二次侧按循环电流法接线,

即如果两侧电流互感器的同极性端都朝向母线侧，则将同极性端子相连，并

在两接线之间并联接入电流继电器。在继电器线圈中流过的电流是两侧电流

互感器的二次电流之差，也就是说差动继电器是接在差动回路的。要求不平

衡电流应尽量的小，以确保继电器不会误动。

（2）主要措施

1.减小稳态情况下的不平衡电流

变压器差动保护各侧用的电流互感器，选用变压器差动保护专用的D

级电流互感器；当通过外部最大稳态短路电流时，差动保护回路的二次负荷

要能满足10%误差的要求。

2.减小电流互感器的二次负荷

这实际上相当于减小二次侧的端电压，相应地减少电流互感器的励磁电

流。减小二次负荷的常用办法有：减小控制电余的电阻（适当增大导线截面，

尽量缩短控制电缆长度）；采用弱电控制用的电流互感器（二次额定电流为1

A）等。

3.采用带小气隙的电流互感器

这种电流互感器铁芯的剩磁较小，在一次侧电流较大的情况下，电流互

感落不容易饱和。因而励磁电流较小，有利于减小不平衡电流。同时也改善

了电流互感器的暂态特性。比率差动保护是差动保护的一种。差动保护需采

取比率差动的原理：防止在变压器区外故障（穿越性故障）时，高低压侧C

T传变特性不一致，导致差流的产生，并且超过定值而动作，当采用了带比

率制动的差动保护后，随着穿越电流的增大，差动启动的门槛将会抬高，保

证穿越性故障不误动。

3.零序电压电流保护

零序电压保护指在大电流接地系统发生接地故障后，利用零序电压构成

保护接地短路的继电保护装置。.正常情况下，UA+UB+UC的向量和为0,当

系统发生单相接地后，UA+UB+UC的向量和不再为0,这个不为0的值变是零

序电压，通过检测该电压能够反映系统是否发生单相接地故障，这就是零序

过电压保护。.零序电压原理构成的匝间短路保护可应用于各种发电机组，

15

尤其是中性点没有引出三相六端子的发电机。

1.原理以及特点

零序电流保护：中性点直接接地系统发生接地短路，将产生很大的零序

电流，利用零序电流分量构成保护，可以作为一种主要的接地短路保护。零

序过流保护不反应三相和两相短路，在正常运行和系统发生振荡时也没有零

序分量产生，所以它有较好的灵敏度。但零序过流保护受电力系统运行方式

变换影响较大，灵敏度因此降低，特别是短距离线路上以及复杂的环网中，

由于速动段的保护范围太小，甚至没有保护范围，致使零序电流保护各段的

性能严重恶化，使保护动作时间很长，灵敏度很低。零序电流保护的最大特

点是：只反映接地故障，因为系统中的其他非接地短路故障不会产生零序电

流，所以零序电流保护不受任何故障干扰。

3.1.4.三段式距离保护

三段式距离保护主要用于输电线的保护，一般是三段或四段式。期一、

二段带方向性，作为本线段的主保护，第一段保护线路的80%-90%。第

二段保护余下的10%-10%并相邻母线的后各保护。

3.2.三段式电流保护

其实三段式电流保护是指：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。

16

短路计算

最大最小运行方式正序图

最大运行方式正序图最小运行方式正序图

3.3.短路计算

根据原始数据计算各元件电抗参数，取基准容量S/IOOMVA,基准电玉为

UB=Uav

标幺值法进行短路计算的步骤

标幺值法进行短路计算的步骤如下：

①选择基准容量、基准电压、计算短路点的基准电流。

②绘制短路回路的等效电路。

③计算短路回路中各元件的电抗标幺值。

④求总电抗标幺值，化简电路。

⑤计算三相短路电流周期分量有效值及其他短路参数

17

3.3.1.各元件阻抗计算

电源电抗

Xsmax=1=

意=0・196

Xsmin=W=^=0-。99

变压器各侧阻抗

Uki%=j(10.5+17-6.5)=10.5

Uk2%=1(10-5+6.5-17)=0

Uk3%=46.5+17-10.5)=6.5

一Ukl％Sb.10.5

TH100XX

X100詈=6263

—Uk2%“Sb_0100

TMX---=0

X100u110040

—Uk3%“Sb—6.5100

XTLX~jy-0.163

_100Xu「100

计算线路阻抗(Xi=0.4C/km)

XLI=XL2=XILIx需=0.4x12x泻=0.036

XL3=XL4=X1L3x藁=0.4x10x券=3.628

XL5=XL6=X1L5x费=0.4x25x券=0.73

求各点短路电流

由主接线分析可知，变压器的主保护按一台变压器单独运行为保护的计算方

式，保护时，变压器后备保护作保护线路的远后备保护时，要校验k3、k4两点

的灵敏系数，因此，除需要计算kl、k2两点最大、最小运行方式短路电流外，

还需计算k3、k4两点的最小短路电流。

=iQQxio3=5500A=5.5RA

B1V3X1O.5

.100X103""AYL'I,A

片2F

=~~V3-X-3-7--=1560A=1.56KA

KI：

=，B1=-=10.13KA

kl.maxXgki.min0.099+0.018+0.263+0.163

=v*B1=------------------=8.36KA

kl.minXSklmax0.196+0.036+0.263+0.163

18

I⑵=

kl.minTXIkrmin=TX8.36=7.24KA

K2：

i(3)，B2—L56_4

^2.maxxEk2,min-0.099+0.018+0.263+0—11'…

i(3)拾2_L56_392KA

，2.minX£k2,max-0.196+0.036+0.263+0-—'

噌min=枭Ian=枭3.92=3.39KA

K3:

i(3)，B1=5,5=i32KA

^3.maxX£k3.min-0.099+0.018+0.263+0.163+3.628-'

i(3)电1—'5=i28KA

，3.minX£k3.max-0.196+0.036+0.263+0.163+3.628-'、'

i(2)=—x璐)min=—x1.28=1.11KA

*k3.min2K3.rnin2

K4：

[⑶1,56

1B2==]41KA

k4.maxXEk4,min0.099+0.018+0.263+0+0.73

i(3)，B21,56

==]27KA

“4.minXgk4,max0.196+0.036+0.263+0+0.73

[⑵=x

k4.min—2Xk4,min=—21・27=1.1KA

表1短路电流汇总表

短路点K1K2K3K4

最大运行方式下的三相短路电流（A）10130410013201410

最小运行方式下的三相短路电流（A）8360392012801270

最小运行方式下的两相短路电流（A）7240339011101100

保护的整定计算

10kV线路的三段式电流保护

线路L3瞬时电流速断

岫3=K%X噌max=―x1320=1716A

19

_Kwl<i-el1k3)rnax

I

I0P.KA3一=4.29A

Ki5

K$en笑=422

动作时限整定：2=OS

线路L3定时限过电流保护

ilII_K%Kss【L.max

%et.3一jz出啜詈=823.53A

III_盟t.3_823.53_1qrA

OP.KA3—~600—o.OOH

K1T

《en建=135>13

动作时限整定：型=2.5+0.5=3S

35kV线路的三段式电流保护

线路人瞬时（无时限）电流速断

lets=K%X吼ax=13X1410=1833A

_KwKrel噌max1833

=4LCA

IOP.KA5-20004.58A

5

题=鬻="5"5

Ksen

动作时限整定：匕=OS

线路L3定时限过电流保护

T|II_^rel^ss^L.max1.25x1.8x250”A

ket.5—u---------------=661.76A

0.85

fill__651.76_(-r-iA

SP.KA5--600-D.D'A

伯min—I】。。

in=1.66>1.5

sets661.76

动作时限整定：=2+0.5=2.5S

llOkV线路的三段式距离保护

距离保护I保护

L]—L«2=12km

ZL1=ZL2=0.4x12=4.8。

z!et.i=K%XZL1=0.85x4.8=4.08Q

20

动作时限整定：t；=OS

距离保护I【保护

2

„Uk%U36.5110

ZT1=x—=—x——=19.66Q

100SN10040

Zhi=嚷1x(ZL1+Kbminx§)=0.8x(4.8+2X等)=19.57。

Ksen=^-=—=4.08>1.25

sen

ZL14.8

动作时限整定:t?=t；+At=0.5S

距离保护in保护

ITN=-^―==209.95A

INV3X110V3X110

ZLmin=丁—祝=136.12A

Lmin百X209.95X2

7III_______________J______________7

"•I—K%x2KreX8s"setf)y"in

=----------5-^-——x136.12=87.6

1.2xl.2xl.5xcos^70-26)

近后备：

^=^=18,25>1,5

Ksenl

远后备:

87.6

=1.99>1.2

^Ll+Kb.maxxzT48+2x1966

动作时限整定：即=呼+At=0.5+0.5=IS

变压器的保护

变压器的整定计算

表2变压器的整定计算

各侧数据

数据名称

HOkV38.5kVUkV

400004000040000

变压器的额定电流A-------=210-......=600------=2099

V3x1106x38.5V3x11

电流互感器接线方式YYY

21

2106002099

电流互感器变比计值

555

选择电流互感器标准2506002200

变比555

电流互感器二次回路210600一2099

—=4.2-----=5——=4.77

额定电流A50120440

变压器的纵差保护

最小动作电流

=

ket.min^rel(^st^unp△fT+AU+AfCa)XI2NJ1

=(0.2〜0.5)x4.2

=0.84〜2.1A

比例制动系数

K=Krei(KstKunpAtT+AU+Afca)=1.5x(0.1+0.1+0.05)=0.375

取0.4,厂家一般给定范围为0.3~0.5

二次谐波制动系数的确定：K2=0.175

厂家给定的范围一般范围0.15~0.20,可根据运行经验选择

差动电流速断整定值

Iqb.set=Krel.ixI2N./1=5X4.2=21A

根据经验容量越大倍数相应减小，容量为40MVA,Krei.i可取3-6

平衡系数的计兑

确定拐点电流

k=(0.5—0.8)I2N

建议取：

0.7I2Nh=0.7x4.2=2.94A

差动电流速断灵敏度校验:

22

1k.min-【kl.minx—=7240x—=658.2A

110110

T_【k.min_658.2

lr—=13.16A

nTA50

_%=4=0.627

Iqb.set21

动作时间为:0s

变压器的瓦斯保护

本体重瓦斯0.8〜l.0s/m,0s跳主变压器各测

有载重瓦斯0.8〜1.0s/m,Os跳主变压器各测

轻瓦斯250cm3发信号。

变压器的相间短路后备保护

UOkV高压侧后备保护

过流元件动作值：

Iseth=等XI2N.h=x4.2=6.42A（取7A）

Ik.min=I2inX捻=7240x缶=658.2A

二次侧：

♦鬻=鬻=13.加

灵敏度校验：

%=汽=券=1・88>1.5

②35kV中压侧后各保护

过流元件动作值：

lset.m=置义l2N,m=乂5=7.65A（取8A）

二次侧：

Ir=%迎=%=28.25A

r）TA120

灵敏度校验：

KSen=占=等=3.53>1.5

③10kV低压侧后备保护

过流元件动作值：

23

IsetJ=善XI2N.I=孤X4.77=7.3A（取7.5A）

、reU.oo

二次侧：

I==—=16.45A

rnTA440

灵敏度校验：

④低电压元件动作值：

Uses=(0.6~0.7)Un/l=60〜70V取70V

各侧电压互感器二次额定电压均为100V

负序电压元件的动作电压：

Useth=(0.06〜0.07)Unh=6〜7V取7V

变压器的接地后条保护

零序电流保护

对中性点直接接地零序电流保护I段：

4etl=WeiXKbmaxx-max=X1X1620=1944A

对中性点直接接地零序电流保护II段：

L=4xKbmaxX唱max=L2X1X660=792A

②零序电压保护

零序电压继电器的动作电压按躲过部分接地网发生单相接地短路时，保护安

装处可能出现的最大零序电压整定，一般可取：Uset.i=180V

由于零序电压保护是在中性点接地变压器全部断开后才动作，因此保护动作

时限不需要与电网中其他接地保护的动作时限相配合，可整定较小，为躲开电网

单相接地短路暂态过程的影响，保护通常取：t=0.3〜0.5s

变压器的过负荷保护

动作电流的整定：按变压器一次额定电流来整定，保护装置一次侧动作电流。

【set=》XI

KreNT

继电器的动作的电流：

高压侧:

24

0=259.41A

ket./i=浅U.ODx21

i259.4「，八

5.19A

*op.KA——TAU-=

中压侧:

T1.05,V

600=741.18A

[set.m——U.ODx

_741.18,REA

Urp.KA—120=6.18A

低压侧：

2099=2592.88A

set.i=黑U.oox

i_2592.88_加A

opKA-440=5.89A

25

保护配置汇总

表3线路保护配置汇总表

保护设

保护类型整定值继电器动作值灵敏度动作结果

备

距离I段4.08

L1L2距

距离II段19.574.08跳闸

离保护

距离in段225.09近46.9/远9.2

电流I段17164.294.22

L3L4电