電氣自動(dòng)化：電力設計畢業(yè)論文
專(zhuān)科畢業(yè)設計(論文)
題
目：開(kāi)發(fā)區 110kV 電力系統繼電保護設計 張洪偉
學(xué)生姓名：
專(zhuān)業(yè)班級： 自 動(dòng) 化 生 產(chǎn) 設 備 應 用 XX 班 學(xué) 號： 電 XXXXX 工 張俊山 2011 年 3 月 28 日 程 系
院 (系) 機 ： 指導老師： 完成時(shí)間：
某 110kV 電力系統繼電保護設計
摘 要： 本次畢業(yè)設計的主要內容是 110kV 電力系統繼電保護的配置，并依據
繼電保護配置原理，對所選擇的保護進(jìn)行整定和靈敏性校驗，確定方案中的保 護。 設計分為八個(gè)章節，第三、四章是計算系統的短路電流，確定運行方式; 第五章是各種設備的保護配置。其中變壓器保護包括保護原理分析、保護整定 計算和靈敏性校驗，主保護采用的是縱聯(lián)差動(dòng)保護和瓦斯保護，兩者結合做到 優(yōu)勢互補，后備保護是復合電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護。母線(xiàn)保護包括保護原理分析， 采用了完全電流差動(dòng)保護，簡(jiǎn)單可靠。110kV 側的輸電線(xiàn)路采用了距離Ⅰ、Ⅲ保 護，由于它的電壓等級較高，還考慮了零序電流Ⅰ、Ⅲ保護。對于發(fā)電機主保 護采用了縱差動(dòng)保護，后備保護采用了發(fā)電機定子繞組接地保護。
關(guān)鍵詞：短路電流，整定計算，靈敏度，繼電保護，微機保護
目
錄
............................................................................................................................... 1 開(kāi)題報告 ................................................................................................................................
............................................................................................................................... 2 方案比較 ................................................................................................................................
....................................................................................................................... 3 確定運行方式 ........................................................................................................................
3.1 標幺值計算.................................................................................................................... 3.2 短路電流的計算............................................................................................................. 3.3 確定運行方式............................................................................................................... 1
4 短路計算 .............................................................................................................................. 2
4.1 各種運行方式下各線(xiàn)路電流計算............................................................................... 2 4.2 各輸電線(xiàn)路兩相短路和三相短路電流計算............................................................... 2
5 繼電保護的
配置 .................................................................................................................. 2
5.1 繼電保護的基本知識................................................................................................... 2 5.2 變壓器的保護配置..................................................................................................... 2 5.2.1 變壓器配置............................................................................................................2 5.2.2 保護配置的整定....................................................................................................2 5.3 母線(xiàn)的保護配置........................................................................................................... 3 5.3.1 保護配置的原理....................................................................................................3 5.3.2 電流差動(dòng)保護配置的整定.....................................................................................3 5.4 輸電線(xiàn)路保護配置........................................................................................................ 3 5.4.1 保護配置的原理.....................................................................................................3 5.4.2 保護配置的整定.....................................................................................................3 5.5 發(fā)電機保護配置............................................................................................................ 4 5.5.1 保護配置的原理.....................................................................................................4 5.5.2 保護配置的整定.....................................................................................................4
6 結論 ....................................................................................................................................... 4
7 總結與體會(huì ) ........................................................................................................................... 4
8 謝辭 ....................................................................................................................................... 5
9 參考文獻 ............................................................................................................................... 5
1 開(kāi)題報告
由于電力系統的飛速發(fā)展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術(shù)，計算機技術(shù) 趨勢是向計算化，網(wǎng)絡(luò )化及保護，控制，測量，數據通信一體化智能化發(fā)展。
通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護技術(shù)的發(fā)展不斷注入新的活力。未來(lái)繼電保護的發(fā)
電能是一種特殊的商品,為了遠距離傳送,需要提高電壓,實(shí)施高壓輸電,為了分配
使用,需要降低電壓,實(shí)施低壓配電,供電和用電。 發(fā)電----輸電----配電----用電構成
一個(gè)有機系統。 通
常把由各種類(lèi)型的發(fā)電廠(chǎng),輸電設施以及用電設備組成的電能生產(chǎn)與
費系統稱(chēng)為電力系統。電力系統在運行中 ,各種電氣設備可能出現故障和不正常運行
態(tài)。 不正常運行狀態(tài)是指電力系統中電氣元件的正常工作遭到破壞,但是沒(méi)有發(fā)生故障 線(xiàn),如:三相短路,兩相短路,兩相接地短路,單相接地短路,單相斷線(xiàn)和兩相斷線(xiàn)等。
運行狀態(tài),如:過(guò)負荷,過(guò)電壓,頻率降低,系統振蕩等。 故障主要包括各種類(lèi)型的短路和
本次畢業(yè)設計的主要內容是對 110kV 電力系統繼電保護的配置，參照《電力系統繼 性校驗從而來(lái)確定方案中的保護是否適用來(lái)編寫(xiě)的。
電保護配置及整定計算》 ，并依據繼電保護配置原理，對所選擇的保護進(jìn)行整定和靈敏
設計分八大章節，其中第三、四章是計算系統的短路電流，確定運行方式;第五章
是對各種設備保護的配置，首先是對保護的原理進(jìn)行分析 ,保護的整定計算及靈敏性校
驗。其中對變壓器保護包括保護原理分析以及保護整定計算和靈敏性校驗，其中主保護
采用的是縱聯(lián)差動(dòng)保護和瓦斯保護，用兩者的結合來(lái)做到優(yōu)勢互補，后備保護有復合電
壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護。母線(xiàn)保護包括保護原理分析， 采用了完全電流差動(dòng)保護， 簡(jiǎn)單可靠
110kV 輸電線(xiàn)路采用了距離Ⅰ、Ⅲ保護，同時(shí)由于它的電壓等級較高，我還考慮了零序 組接地保護。 由于本人水平有限，設計之中難免有些缺陷或錯誤，望批評指正。
電流Ⅰ、Ⅲ保護。對于發(fā)電機主保護采用了縱差動(dòng)保護，后備保護采用了發(fā)電機定子繞
2 方案比較
本次畢業(yè)設計的主要內容是對 110kV 電力系統繼電保護的配置。 可以依據繼電保
護配置原理，根據經(jīng)驗習慣，先選擇兩套初始的保護方案，通過(guò)論證比較后認可其中
的一套方案，再對這套方案中的保護進(jìn)行確定性的整定計算和靈敏性校驗，看看它們 和校驗。 確定兩個(gè)初始方案如下： 方案 1： 保護對象 變壓器 母線(xiàn) 輸電線(xiàn)路 發(fā)電機 保護對象 變壓器 母線(xiàn) 輸電線(xiàn)路 發(fā)電機 主保護 縱聯(lián)差動(dòng)保護、瓦斯保護 電流相位比較式母線(xiàn)差動(dòng)保護 距離Ⅰ、Ⅲ保護 縱聯(lián)差動(dòng)保護
方案 2：
是否能滿(mǎn)足要求，如果能滿(mǎn)足便可以采用，如果不能滿(mǎn)足則需要重新選擇，重新整定
后備保護 過(guò)負荷保護 零序電流Ⅰ、Ⅲ保護 定子繞組接地保護 后備保護
復合電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護、
___________________________
主保護 電流速斷保護、 瓦斯保護 電流相位比較式 母線(xiàn)差動(dòng)保護 距離Ⅰ、Ⅲ保護 縱聯(lián)差動(dòng)保護
復合電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護、零序電流保護 ___________________________ 零序電流Ⅰ、Ⅲ保護 定子繞組接地保護
對于變壓器而言，它的主保護可以采用最常見(jiàn)的縱
聯(lián)差動(dòng)保護和瓦斯保護，用兩者
的結合來(lái)做到優(yōu)勢互補。因為變壓器差動(dòng)保護通常采用三側電流差動(dòng)，其中高電壓側電
流引自高壓熔斷器處的電流互感器，中低壓側電流分別引自變壓器中壓側電流互感器和
低壓側電流互感器，這樣使差動(dòng)保護的保護范圍為三組電流互感器所限定的區域，從而
可以更好地反映這些區域內相間短路，高壓側接地短路以及主變壓器繞組匝間短路故
障�？紤]到與發(fā)電機的保護配合，所以我們用縱聯(lián)差動(dòng)保護作為變壓器的主保護，不考
慮用電流速斷保護。瓦斯保護主要用來(lái)保護變壓器的內部故障，它由于一方面簡(jiǎn)單，靈
敏，經(jīng)濟;另一方面動(dòng)作速度慢，且僅能反映變壓器油箱內部故障，就注定了它只有與
動(dòng)過(guò)電流保護，這主要是考慮到低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護中的低電壓繼電器靈敏系數不
夠高。由于發(fā)電機-變壓器組中發(fā)電機才用了定子繞組接地保護，所以，變壓器不采用
零序電流保護。110kV 側的母線(xiàn)接線(xiàn)可以采用完全電流差動(dòng)保護，簡(jiǎn)單，可靠也經(jīng)濟。
對于 110kV 側的輸電線(xiàn)路， 可以直接考慮用距離保護， 因為在電壓等級高的復雜網(wǎng)絡(luò )中
電流保護很難滿(mǎn)足選擇性，靈敏性以及快速切除故障的要求，因此這個(gè)距離保護也選擇
得合理，同時(shí)由于它的電壓等級較高，我們還應該考慮給它一個(gè)接地故障保護，先選擇
零序電流保護，因為當中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)(又稱(chēng)大接地電流系統)中發(fā)生短路時(shí),將
出現很大的零序電流,而在正常運行情況下它們是不存在的。因此,利用零序電流來(lái)構成 接地保護作為后備保護。 些保護進(jìn)行整定與校驗，是否符合設計要求。
接地短路的保護,就有顯著(zhù)的優(yōu)點(diǎn)。發(fā)電機則采用縱聯(lián)差動(dòng)保護作為主保護，定子繞組
綜上所述，方案 1 比較合理，方案 1 保護作為設計的初始保護，在后續章節對這
3 確定運行方式
3.1 標幺值計算
本次設計中取 S B =100MVA, uB = uav ,系統用一個(gè)無(wú)限大功率電流代表，它到母 線(xiàn)的電抗標幺值 X s = S B = 100 = 0.125 。 S d 800 各元件的電抗標幺值計算如下： 發(fā)電機F1 和F2
變壓器 B1
x F1 = x F 2 = x d '' xB =
1
SB 100 = 0 .1 3 × = 0 .5 2 SN 25
Vs % SB 1 0 .5 1 0 0 × = × = 0 .3 3 100 S N 1 0 0 3 1 .5
變壓器 B2 的各繞組短路電壓分別為：
V s 1 % = V s (1− 2 ) % + V s ( 3− 1) % − V s ( 2 − 3 ) % = 1 7 + 1 0 .5 − 6 .0 = 2 1 .5
Vs 2 % = Vs (1− 2) % + Vs ( 2 −3) % − Vs ( 3−1) % = 17 + 6.0 − 10.5 = 12.5 Vs 3 % = Vs ( 2 −3) % + Vs ( 3 −1) % − Vs (1 −2) % = 6.0 + 10.5 − 17 = −0.5
所以，變壓器 B2 的電抗值為
xB =
21
Vs % S B 21.5 100 × = × = 0.67 100 S N 100 31.5
xB 22 =
x B 23 =
Vs % S B 12.5 100 × = × = 0.40 100 S N 100 31.5
Vs % S B − 0.5 100 × =
× = −0.016 ≈ 0 100 S N 100 31.5
變壓器 B3
xB3 =
Vs % S B 10.5 100 × = × = 0.525 100 S N 100 20
Vs % S B 10.5 100 × = × = 0.525 100 S N 100 20
變壓器 B4
xB =
4
線(xiàn)路 L1 線(xiàn)路 L2 線(xiàn)路 L3
xL = 0.4 × 100 ×
1
SB 100 = 0.4 × 100 × = 0.33 2 VB 110 2
x L 2 = 0.4 × 50 ×
x L 3 = 0 .4 × 3 0 ×
100 = 0.17 110 2
100 = 0 .0 9 9 1102
線(xiàn)路 L4
x L 4 = 0.4 × 60 ×
100 = 0.2 110 2
所以，110kV 電力系統繼電保護的等值網(wǎng)絡(luò )如圖 3.1 所示。
圖 3.1 110kV 電力系統等值網(wǎng)絡(luò )
3.2 短路電流的計算
110kV 電力系統正常運行時(shí)，發(fā)電機存在三種運行情況，即：兩臺發(fā)電機同時(shí)運行
一臺發(fā)電機退出運行另一臺單獨運行和兩臺同時(shí)運行;變壓器有兩種運行方式，即：一 系統運行時(shí)的轉移電抗，計算電抗和短路電流。 (一)兩臺發(fā)電機同時(shí)運行，變壓器 B1、 B2、 B3、 B4 同時(shí)投入運行。 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )化簡(jiǎn)： x14 = ( x3 /pic/p>
臺變壓器退出另一臺變壓器單獨運行和兩臺變壓器同時(shí)運行。下面分別分析各種情況下
x15 = ( x 2 + x 4 ) /pic/p>
(0.52 + 0.33) × 0.9 = 0.44 0.52 + 0.33 + 0.9
x16 = x11 /pic/p>
0.17 × 0.44 = 0.12 0.17 + 0.44
1 x17 = x8 /pic/p>
將 x10 、x12和x13 組成的三角形電路化簡(jiǎn)為由 x18、x19 和x 20 組成的星形電路，計算 如下：
x18 = x10 x12 0.33 × 0.099 = = 0.052 x10 + x12 + x13 0.33 + 0.099 + 0.20 x10 x13 0.33 × 0.20 = = 0.10 x10 + x12 + x13 0.33 + 0.099 + 0.20 x12 x13 0.099 × 0.20 = = 0.031 x10 + x12 + x13 0.33 + 0.099 + 0.20
x19 =
x20 =
系統的等值化簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò )如圖 3.2 所示。
⇕
圖 3.2 系統的等值化簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò )
(1)轉移電抗和計算電抗計算 當 f 1 發(fā)生短路時(shí) x21 = [( x17 + x 20 ) /pic/p>
= (0.26 + 0.031) × (0.12 + 0.10) + 0.052 0.26 + 0.031 + 0.12 + 0.10
=0.18 所以， f 1 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)的等值網(wǎng)絡(luò )如圖 3.3 所示。
圖 3.3
f 1 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)的等值網(wǎng)絡(luò )
∴系統 S 對短路點(diǎn) f 1 的計算電抗為：
x js = x fi SN 800 = 0.125 × =1 SB 100
發(fā)電機 F1、F2 對短路點(diǎn) f 1 的計算電抗為：
x js = 0.18 ×
2 × 25 = 0.09 100
當 f 2 發(fā)生短路時(shí) x2 2 = [( x1 + x1 8 ) / /( x1 7 + x 2 0)] + x 1 9 (0.125 + 0.052) × (0.26 + 0.031)
=0.21 所以， f 2 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)的等值網(wǎng)絡(luò )如圖 3.4 所示。
圖 3.4
f 2 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)的等值網(wǎng)絡(luò )
∴系統 S 對短路點(diǎn) f 2 的計算電抗為：
x js = x fi SN 800 = 0.21 × = 1.68 SB 100
∴發(fā)電機 F1、F2 對短路點(diǎn) f 2 的計算電抗為：
x js = 0.12 ×
2 × 25 = 0.06 100
當 f 3 發(fā)生短路時(shí) x23 = x1 + x18 = 0.125 + 0.052 = 0.177
x24 = x16 + x19 = 0.12 + 0.10 = 0.22
所以， f 3 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)的等值網(wǎng)絡(luò )如圖 3.5 所示。
圖 3.5
f 3 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)的等值網(wǎng)絡(luò )
S 點(diǎn)對 f 3 的轉移電抗為：
x23 .x 20
0.177 × 0.031
F 點(diǎn)對 f 3 的轉移電抗為為：
x26 = x24 +
x20 + x24 . x20 0.22 × 0.031 = 0.22 + 0.031 + = 0.29 x23 0.177
化簡(jiǎn)的等值網(wǎng)絡(luò )如圖 3.6 所示。
圖 3.6 化簡(jiǎn)的等值網(wǎng)絡(luò )
∴系統 S 對短路點(diǎn) f 3 的計算電抗為：
x js = x fi
SN 800 = 0.23 × = 1.84 SB 100
∴發(fā)電機 F1、F2 對短路點(diǎn) f 3 的計算電抗為：
x js = 0.29 ×
2 × 25 = 0.145 100
(2)由計算曲線(xiàn)數字表查出短路電流的標幺值如。 (3)計算短路電流有名值。 各點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，各電源的基準電流分別為： 系統 S 發(fā)電機 F1、F2
IB =
100 = 0.502 3 × 115 100 IB = = 5.50 3 × 10.5
查表得短路電流的標幺值和有名值如表 3.1。
表 3.1 短路電流表
短路點(diǎn)
時(shí)間 4 S 標么值
系統 S 1.13
發(fā)電機 F1、F2 標么值 2.49
短路點(diǎn)總電流/k
有名值/kA
0.57 0.63 0.32 0.57 0.29
有名值/kA 標么值 有名值/kA 標么值 有名值/kA
13.70 2.47 13.58 2.52 13.84
14.27 13.90 14.13
f 2 處短路 4 S f 3 處短路
4 S
標么值 有名值/kA 標么值 有名值/kA
(二)發(fā)電機 F1 停運 F2 運行時(shí)，系統的等值網(wǎng)絡(luò )如圖 3.7 所示。
圖 3.7 系統的等值網(wǎng)絡(luò )
進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )化簡(jiǎn)： x 2 7 = [( x 3 / / x 6 ) + x 5] / / x 4 / / x1 1 = 0.52 × 0.40 + 0.67 / /0.33 / /0.17 0.52 + 0.40 =0.0997
系統的等值化簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò )如圖 3.8 所示。
圖 3.8 系統的等值化簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò )
(1)轉移電抗和計算電抗計算 當 f 1 發(fā)生短路時(shí)
x2 8 = [( x1 9 / / x 2 7 ) / /( x 1 7 / / x 2 0) + x 2 8
(0.10 + 0.0997) × (0.26 + 0.031) + 0.052 0.10 + 0.0997 + 0.26 + 0.031 =.178 =
所以， f 1 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)的等值網(wǎng)絡(luò )如圖 3.9 所示。
圖 3.9
f 1 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)的等值網(wǎng)絡(luò )
∴系統 S 對短路點(diǎn) f 1的計算電抗為：
x js = x fi SN 800 = 0.125 × =1 SB 100
∴發(fā)電機 F1、F2 對短路點(diǎn) f 1的計算電抗為：
x js = 0.78 ×
25 = 0.445 100
當 f 2 發(fā)生短路時(shí) x 2 9 = [( x1 + x1 8 ) / /( x 1 7 + x 2 0)] + x 1 9
=
(0.125 + 0.052) × (0.26 + 0.031) + 0.1 0.125 + 0.052 + 0.26 + 0.031
=0.21 所以， f2 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)的等值網(wǎng)絡(luò )如圖 3.10 所示。
圖 3.10
f2 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)的等值網(wǎng)絡(luò )
∴系統 S 對短路點(diǎn) f2 的計算電抗為：
x js = x fi SN 800 = 0.21 × = 1.68 SB 100
∴發(fā)電機 F1、F2 對短路點(diǎn) f2 的計算電抗為：
x js = 0.0997 ×
25 = 0.025 100
當 f 3 發(fā)生短路時(shí) x 3 0 = x1 + x1 8 = 0.125 + 0.052 = 0.177
x3 1 = x1 9 + x2 7 = 0.10 + 0.0.0997 = 0.1997
S 點(diǎn)對 f 3 的轉移電抗為：
x32 = x 30 + x 20 + x30 .x20 0.177 × 0.031 = 0.177 + 0.031 + = 0.24 x31 0.1997
F2 點(diǎn)對 f 3 的轉移電抗為：
x 3 3 = 0 .0 3 1 + + 0 .1 9 9 7 +
0 .0 3 1 × 0 .1 9 9 7 = 0 .2 7 0 .1 7 7
化簡(jiǎn)的等值網(wǎng)絡(luò )如圖 3.11 所示。
⇕
圖 3.11 化簡(jiǎn)的等值網(wǎng)絡(luò )
∴系統 S 對短路點(diǎn) f 3 的計算電抗為：
x js = x fi SN 800 = 0.24 × = 1.92 SB 100
∴發(fā)電機 F1、F2 對短路 f 3 點(diǎn)的計算電抗為：
x js = 0.27 ×
25 = 0.067 100
(2)由計算曲線(xiàn)數字表查出短路電流的標幺值。 (3)計算短路電流有
名值。 (同上) 查表得短路電流的標幺值和有名值如表 3.2。
表 3.2 短路電流表
短路點(diǎn)
時(shí)間
系統 S
短路點(diǎn)總電流/k
f 1 處短路
4 S
標么值 有名值/kA 標么值 有名值/kA 標么值 有名值/kA
1.13 0.57 0.63 0.32 0.54 0.27
標么值 有名值/kA 標么值 有名值/kA 標么值 有名值/kA
2.11 11.6 2.45 13.47 4.83 26.53 26.80 13.79 12.17
f 2 處短路 4 S f 3 處短路
4 S
(三)線(xiàn)路 L1 處開(kāi)環(huán)運行時(shí)，系統的等值網(wǎng)絡(luò )如圖 3.12 所示。
圖 3.12 系統的等值網(wǎng)絡(luò )
(1)轉移電抗和計算電抗計算 當 f 1 發(fā)生短路時(shí)，F 點(diǎn)對 f 1 的轉移電抗為：
x34 = x12 + ( x13 + x16 ) +
x12 .( x13 + x16 ) x17
0.099 × (0.20 + 0.12) 0.26
= 0.099 + (0.20 + 0.12) +
=0.54
所以， f 1 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)的等值網(wǎng)絡(luò )如圖 3.13 所示。
圖 3.13
f 1 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)的等值網(wǎng)絡(luò )
∴系統 S 對短路點(diǎn) f 1 的計算電抗為：
x js = x fi
SN 800 = 0.135 × = 1.08 SB 100
∴發(fā)電機 F1、F2 對短路點(diǎn) f 1 的計算電抗為：
x js = x fi SN 25 × 2 = 0.54 × = 0.27 SB 100
當 f 2 發(fā)生短路時(shí)，S 點(diǎn)對 f 2 的轉移電抗為：
x35 = (0.135 + 0.099) + 0.20 +
=0.614
(0.135 + 0.099) × 0.20 0.26
所以， f2 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)的等值網(wǎng)絡(luò )如圖 3.14 所示。
圖 3.14
f2 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)的等值網(wǎng)絡(luò )
∴系統 S 對短路點(diǎn) f2 的計算電抗為：
x js = x fi SN 800 = 0.614 × = 5.526 SB 100
∴發(fā)電機 F1、F2 對短路點(diǎn) f2 的計算電抗為：
x js = 0.12 ×
25 × 2 = 0.06 100
當 f 3 發(fā)生短路時(shí)，S 點(diǎn)對 f 3 的轉移電抗為：
x3 6 = 0.135 + 0.099 = 0.234
F2 點(diǎn)對 f 3 的轉移電抗為：
x3 7 = 0.20 + 0.12 = 0.32
系統 S 對短路點(diǎn) f 3 的計算電抗為： x js = 1.872
(2)由計算曲線(xiàn)數字表查出短路電流的標幺值。 (3)計算短路電流有名值。 (同上) 查表得短路電流的標幺值和有名值如表 3.3。
表 3.3 短路電流表
短路點(diǎn)
時(shí)間 4 S 標么值
系統 S 1.03 0.52 0.08 0.04 2.43 1.22
發(fā)電機 F1、F2 標么值 有名值/kA 標么值 有名值/kA 標么值 有名值/kA 2.39 31.44 2.47 13.59 2.32 12.74
短路點(diǎn)總電流/k
f 1 處短路
有名值/kA
31.96 13.63 13.96
f 2 處短路 4 S f 3 處短路
4 S
標么值 有名值/kA 標么值 有名值/kA
(四)線(xiàn)路 L3 處開(kāi)環(huán)運行時(shí)，系統的等值網(wǎng)絡(luò )如圖 3.15 所示。
圖 3.15 系統的等值網(wǎng)絡(luò )如
(1)轉移電抗和計算電抗計算 當 f 1 發(fā)生短路時(shí)，F 點(diǎn)對 f 1 的轉移電抗為：
x36 =
0 .3 3 + 0 .1 2 +
0 .3 3 × 0 .1 2 0 .2 0 + 0 .2 6
=0.45 所以， f 1 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)的等值網(wǎng)絡(luò )如圖 3.16 所示。
圖 3.16
f 1 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)的等值網(wǎng)絡(luò )
∴系統 S 對短路點(diǎn) f 1 的計算電抗為：
x js = x fi SN 800 = 0.135 × = 1.08 SB 100
x js = x fi
SN 25 × 2 = 0 .4 5 × = 0 .2 2 5 SB 100
當 f 2 發(fā)生短路時(shí)，等值網(wǎng)絡(luò )如圖 3.17 所示。
圖 3.17 等值網(wǎng)絡(luò )
∴系統 S 對短路點(diǎn) f2 的計算電抗為：
x js =
x fi SN 800 = 0 .3 6 5 × = 2 .9 2 SB 100
∴發(fā)電機 F1、F2 對短路點(diǎn) f2 的計算電抗為：
x js = 0.12 ×
25 × 2 = 0.06 100
當 f 3 發(fā)生短路時(shí)，系統 S 對短路點(diǎn) f 3 的計算電抗為：
x js = 1.27 ×
800 = 10.16 100
發(fā)電機 F1、F2 對短路 f 3 點(diǎn)的計算電抗為：
x js = 0.37 ×
25 × 2 = 0.185 100
(2)由計算曲線(xiàn)數字表查出短路電流的標幺值。 (3)計算短路電流有名值。 (同上) 查表得短路電流的標幺值和有名值如表 3.4。
表 3.4 短路電流表
短路點(diǎn)
時(shí)間 4 S 標么值
系統 S 1.03 0.52 0.35 0.18 0.38 0.19
發(fā)電機 F1、F2 標么值 有名值/kA 標么值 有名值/kA 標么值 有名值/kA 2.44 13.42 2.47 13.59 2.47 13.59
短路點(diǎn)總電流/k
f 1 處短路
有名值/kA
13.94 13.76 13.78
f 2 處短路 4 S f 3 處短路
4 S
標么值 有名值/kA 標么值 有名值/kA
(五)線(xiàn)路 L4 處開(kāi)環(huán)運行時(shí)，系統的等值網(wǎng)絡(luò )如圖 3.18 所示。
圖 3.18 系統的等值網(wǎng)絡(luò )
(1)轉移電抗和計算電抗計算 當 f 1 發(fā)生短路時(shí)，等值網(wǎng)絡(luò )如圖 3.19 所示。
圖 3.19 等值網(wǎng)絡(luò )
∴系統 S 對短路點(diǎn) f 1 的計算電抗為：
x js = x fi SN 800 = 0.135 × = 1.08 SB 100
∴發(fā)電機 F1、F2 對短路點(diǎn) f 1 的計算電抗為：
x js = x fi SN 25 × 2 = 0.45 × = 0.225 SB 100
當 f 2 發(fā)生短路時(shí)，S 點(diǎn)對 f 2 的轉移電抗為：
x41 =
0 .1 3 5 + 0 .3 3 +
0 .1 3 5 × 0 .3 3 0 .0 9 9 + 0 .2 6
=0.787
∴ f 2 發(fā)生短路時(shí)，等值網(wǎng)絡(luò )如圖 3.20 所示。
圖 3.20 等值網(wǎng)絡(luò )如
∴系統 S 對短路點(diǎn) f2 的計算電抗為：
x js = x fi SN 800 = 0.787 × = 6.296 SB 100
∴發(fā)電機 F1、F2 對短路點(diǎn) f2 的計算電抗為：
x js = 0.12 ×
25 × 2 = 0.06 100
當 f 3 發(fā)生短路時(shí)，等值網(wǎng)絡(luò )如圖 3.21 所示。
圖 3.21 等值網(wǎng)絡(luò )
∴系統 S 對短路點(diǎn) f 3 的計算電抗為：
x js = 0.264 ×
800 = 2.11 100
發(fā)電機 F1、F2 對短路 f 3 點(diǎn)的計算電抗為：
x js = 0.879 ×
25 × 2 = 0.439 100
(2)由計算曲線(xiàn)數字表查出短路電流的標幺值。 (3)計算短路電流有名值。 (同上) 查表得短路電流的標幺值和有名值如表 3.5。
表 3.5 短路電流表
短路點(diǎn)
時(shí)間 4 S 標么值
系統 S 1.03 0.52 0.29 0.15 0.49 0.25
發(fā)電機 F1、F2 標么值 有名值/kA 標么值 有名值/kA 標么值 有名值/kA 2.44 13.42 2.47 13.59 2.01 11.06
短路點(diǎn)總電流/k
f 1 處短路
有名值/kA
13.94 13.73 11.31
f 2 處短路 4 S f 3 處短路
4 S
標么值 有名值/kA 標么值 有名值/kA
3.3 確定運行方式
由 3.2 節的計算過(guò)程，統計系統各短路點(diǎn)短路時(shí)的短路電流如表 3.6。
表 3.6 各短路點(diǎn)短路時(shí)的電流總結表
運行方式 兩臺發(fā)電機同時(shí)運行 一臺變壓器停運，另 一臺變壓器單獨工作
線(xiàn)路 L1 處開(kāi)環(huán)運行 線(xiàn)路 L3 處開(kāi)環(huán)運行 線(xiàn)路 L4 處開(kāi)環(huán)運行
f 1 處短路時(shí)的
短路電流/kA 14.27 12.167 31.96 13.93 13.92
f 2 處短路時(shí)的
短路電流/kA
13.90 13.79 13.63 13.76 13.73
f 3 處 短路 時(shí)的
短路電流/kA 14.13 26.80 13.96 13.78 11.31
綜上所述： 系統 S 側( f 1 處短路時(shí))的最大運行方式為：線(xiàn)路 L1 處開(kāi)環(huán)運行。 最小運行方式為：當一臺發(fā)電機停運，另一臺單獨工作時(shí)。 發(fā)電機-變壓器側( f 2 處短路時(shí))的最大運行方式為：兩臺變壓器同時(shí)運行時(shí)。 最小運行方式為：線(xiàn)路 L1 處開(kāi)環(huán)運行。
變壓器側( f 3 處短路時(shí))的最大運行方式為：當一臺發(fā)電機停運，另一臺單獨工作時(shí)
最小運行方式為：線(xiàn)路 L4 處開(kāi)環(huán)運行。
4 短路計算
4.1 各種運行方式下各線(xiàn)路電流計算
由圖 3.17 可知，系統 S 對短路點(diǎn) f 1 的轉移電抗為： x f 1 =0.125
∴系統折算到 110kV 的最小阻抗為： Z smin = x f 1 ×
115 2 115 2 = 0.125 × = 16.53 100 100
由圖 3.20 可知，系統 S 對短路點(diǎn) f 1 的轉移電抗為： x f 1 =0.135
∴系統折算到 110kV 的最小阻抗為： Z smax
1
115 2 115 2 = x f1 × = 0.135 × = 17.85 100 100
輸電線(xiàn)路 L1 長(cháng)為 100kM，∴ Z L = 100 × 0.4 = 40 Ω (輸電線(xiàn)路電阻率為 0.4 Ω /kM) 短路電流為：
UN I k min . L1 =
3 115 = 3 = 1.45 kA 40 + 17.85 115 3 = 3 = 1.17 kA 40 + 16.53
Z L1 + Z s max UN
I k max . L1 =
Z L1 + Z s min
同理，根據已知條件得： 輸電線(xiàn)路 L2 短路電流為： Z L = 50 × 0.4 = 20 Ω
2
UN I k min. L =
2
115 3 = 3 = 1.75 kA 20 + 17.85 115 3 = 3 = 1.82 kA 20 + 16.53
Z L + Z s max
2
UN I k max. L =
2
Z L + Z s min
2
UN I k min . L3 =
3
115 = 3 = 2.23kA 12 + 17.85 115 3 = 3 = 2.33 kA 12 + 16.53
Z L3 + Z s max UN
I k max . L 3 =
Z L 3 + Z s min
4
輸電線(xiàn)路 L4 短路電流為： Z L = 60 × 0.4 = 24 Ω
UN I k min. L4 =
3
115 = 3 = 1.59kA 24 + 17.85
Z L4 + Z s max
UN I k max. L =
4
115 3 = 3 = 1.64 kA 24 + 16.53
Z L + Z s min
4
4.2 各輸電線(xiàn)路兩相短路和三相短路電流計算
(一)各輸電線(xiàn)路在最小運行方式下的兩相和三相短路電流 系統電抗 發(fā)電機電抗
xs =0.135 xF =0.13
∴各輸電線(xiàn)路三相短路電流為：
輸電線(xiàn)路 L1 三相短路電流為：
=( 115 115 1 + )× 0.135 + 40 0.13 + 40 3
= 3.308( kA)
同理可得，輸電線(xiàn)路 L2 三相短路電流為： I 2 ( 3 ) = 2 .1 0 7 ( kA ) 輸電線(xiàn)路 L3 三相短路電流為： I 3 ( 3 ) = 1 .4 0 6 ( kA ) 輸電線(xiàn)路 L 三相短路電流為： I
(3)
= 3 .5 0 5 ( k A )
∴各輸電線(xiàn)路兩相短路電流為：
輸電線(xiàn)路 L1 兩相短路電流為： I1 ( 2) = 3 ( 3) I1 = 2.865( kA) 2
3 ( 3) I 2 = 1.825(kA ) 2
輸電線(xiàn)路 L2 兩相短路電流為： I 2 ( 2) =
輸電線(xiàn)路 L2 兩相短路電流為： I 3 ( 2) = 3 I 3 ( 3) = 1.218( kA)
2 3 ( 3) I 4 = 3.035( kA) 2
輸電線(xiàn)路 L2 兩相短路電流為： I 4 ( 2) =
(二)各輸電線(xiàn)路在最大運行方式下的三相短路電流 輸電線(xiàn)路 L1 三相短路電流為： I1 ( 3 ) =
E x (1 1 0 ) 1 115 1 × = × = 955( A ) xs + xL 1 3 0.135 + 40 3
= 193( A )
同理可得，
輸電線(xiàn)路 L2 三相短路電流為： I 2 ( 3 ) 輸電線(xiàn)路 L3 三相短路電流為： I 3 ( 3 ) 輸電線(xiàn)路 L4 三相短路電流為： I 4 ( 3 )
= 129( A )
= 318( A )
5 繼電保護的配置
5.1 繼電保護的基本知識
電能是一種特殊的商品,為了遠距離傳送,需要提高電壓,實(shí)施高壓輸電,為了分配
和使用,需要降低電壓,實(shí)施低壓配電,供電和用電。發(fā)電----輸電----配電----用電構
成了一個(gè)有機系統。通常把由各種類(lèi)型的發(fā)電廠(chǎng) ,輸電設施以及用電設備組成的電能生
產(chǎn)與消費系統稱(chēng)為電力系統。電力系統在運行中 ,各種電氣設備可能出現故障和不正常
運行狀態(tài)。不正常運行狀態(tài)是指電力系統中電氣元件的正常工作遭到破壞 ,但是沒(méi)有發(fā)
生故障的運行狀態(tài),如:過(guò)負荷,過(guò)電壓,頻率降低,系統振蕩等。故障主要包括各種類(lèi)型
斷線(xiàn)等。其中最常見(jiàn)且最危險的是各種類(lèi)型的短路 ,電力系統的短路故障會(huì )產(chǎn)生如下后 果: (1)故障點(diǎn)的電弧使故障設備損壞; 設備遭到破壞; 效益和人們的正常生活; 停電的惡性循環(huán);
(2)比正常工作電流大許多的短路電流產(chǎn)生熱效應和電動(dòng)力效應,使故障回路中的
(3)部分電力系統的電壓大幅度下降,使用戶(hù)的正常工作遭到破壞,影響企業(yè)的經(jīng)濟
(4)破壞電力系統運行的穩定性,引起系統振蕩,甚至使電力系統瓦解,造成大面積
故障或不正常運行狀態(tài)若不及時(shí)正確處理,都可能引發(fā)事故。為了及時(shí)正確處理故
障和不正常運行狀態(tài),避免事故發(fā)生,就產(chǎn)生了繼電保護,它是一種重要的反事故措施。
繼電保護包括繼電保護技術(shù)和繼電保護裝置 ,且繼電保護裝置是完成繼電保護功能的核 或發(fā)出信號的一種自動(dòng)裝置。 繼電保護的任務(wù)是: 力系統中切除,避免故障元件繼續遭到破壞,使非故障元件迅速恢復正常運行。 的條件發(fā)出信號或跳閘。 繼電保護裝置的基本原理:
心,它是能反應電力系統中電氣元件發(fā)生故障和不正常運行狀態(tài),并動(dòng)作于斷路器跳閘
(1)當電力系統中某電氣元件發(fā)生故障時(shí),能自動(dòng),迅速,有選擇地將故障元件從電
(2)當電力系統中某電氣元件出現不正常運行狀態(tài)時(shí),能及時(shí)反應并根據運行維護
我們知道在電力系統發(fā)生短路故障時(shí),許多參量比正常時(shí)候都了變化，當然有的變
化可能明顯，有的不夠明顯， 而變化明顯的參量就適合用來(lái)作為保護的判據， 構成保護
比如：根據短路電流較正常電流升高的特點(diǎn)，可構成過(guò)電流保護;利用短路時(shí)母線(xiàn)電壓
降低的特點(diǎn)可構成低電壓保護;利用短路時(shí)線(xiàn)路始端測量阻抗降低可構成距離保護;利
用電壓與電流之間相位差的改變可構成方向保護。除此之外，根據線(xiàn)路內部短路時(shí)，兩 些保護，如反應變壓器油在故障時(shí)分解產(chǎn)生的氣體
而構成的氣體保護。
側電流相位差變化可以構成差動(dòng)原理的保護。當然還可以根據非電氣量的變化來(lái)構成某
原則上說(shuō)：只要找出正常運行與故障時(shí)系統中電氣量或非電氣量的變化特征(差 繼電保護裝置的組成：
別) ，即可形成某種判據，從而構成某種原理的保護，且差別越明顯，保護性能越好。
被測物理量--→測量--→邏輯--→執行--→跳閘或信號
整定值
測量元件：其作用是測量從被保護對象輸入的有關(guān)物理量(如電流，電壓，阻抗 保護是否該起動(dòng)。
功率方向等) ，并與已給定的整定值進(jìn)行比較，根據比較結果給出邏輯信號，從而判斷
邏輯元件：其作用是根據測量部分輸出量的大小，性質(zhì)，輸出的邏輯狀態(tài)，出現的 并將有關(guān)命令傳給執行元件。 如：故障時(shí)跳閘，不正常運行時(shí)發(fā)信號，正常運行時(shí)不動(dòng)作等。 對繼電保護的基本要求 仍能正常運行，以盡量減小停電范圍。 斷路器的跳閘時(shí)間。
順序或它們的組合，使保護裝置按一定邏輯關(guān)系工作，最后確定是否應跳閘或發(fā)信號
執行元件：其作用是根據邏輯元件傳送的信號，最后完成保護裝置所擔負的任務(wù)
選擇性：是指電力系統發(fā)生故障時(shí)，保護裝置僅將故障元件切除，而使非故障元件
速動(dòng)性：是指保護快速切除故障的性能，故障切除的時(shí)間包括繼電保護動(dòng)作時(shí)間和
靈敏性：是指在規定的保護范圍內，保護對故障情況的反應能力。滿(mǎn)足靈敏性要求 反應出來(lái)。
即不發(fā)生拒絕動(dòng)作也不發(fā)生錯誤動(dòng)作。
的保護裝置應在區內故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置與短路的類(lèi)型如何，都能靈敏地正確地
可靠性：是指發(fā)生了屬于它該動(dòng)作的故障，它能可靠動(dòng)作，而在不該動(dòng)作時(shí)，它能可靠不動(dòng)
5.2 變壓器的保護配置
5.2.1 變壓器配置 (一)縱聯(lián)差動(dòng)保護
本 次 設 計所 采 用 的 變 壓 器 型號 均 分 別 為 ： SDL-31500/110 、 SFSL-31500/110 、
SFL-20000/110、SFL-20000/110。對于這種大型變壓器而言，它都必需裝設單獨的變壓
器差動(dòng)保護，這是因為變壓器差動(dòng)保護通常采用三側電流差動(dòng)，其中高電壓側電流引自
高壓熔斷器處的電流互感器，中低壓側電流分別引自變壓器中壓側電流互感器和低壓側
電流互感器，這樣使差動(dòng)保護的保護范圍為三組電流互感器所限定的區域，從而可以更
好地反映這些區域內相間短路，高壓側接地短路以及主變壓器繞組匝間短路故障。所以
我們用縱聯(lián)差動(dòng)保護作為兩臺變壓器的主保護，其接線(xiàn)原理圖如圖 5.1 所示。正常情況 ' ''
' '' '' I 1 = I 1 ⎯⎯ I 1 = n 2 = → nT (變壓器變比) n1 n2 I '1 n1
所以這時(shí) Ir=0，實(shí)際上，由于電流繼電器接線(xiàn)方式，變壓器勵磁電流，
變比誤差等影響 應的措施來(lái)減小。
導致不平衡電流的產(chǎn)生，故 Ir 不等于 0 ，針對不平衡電流產(chǎn)生的原因不同可以采取相
盡管縱聯(lián)差動(dòng)保護有很多其它保護不具備的優(yōu)點(diǎn)，但當大型變壓器內部產(chǎn)生嚴重漏 還需對變壓器裝設另外一個(gè)主保護——瓦斯保護。
油或匝數很少的匝間短路故障以及繞組斷線(xiàn)故障時(shí)，縱聯(lián)差動(dòng)保護不能動(dòng)作，這時(shí)我們
圖 5.1 縱聯(lián)差動(dòng)保護原理示意圖
(二)瓦斯保護
瓦斯保護主要用來(lái)保護變壓器的內部故障，它由于一方面簡(jiǎn)單，靈敏，經(jīng)濟;另一 用才能做到優(yōu)勢互補，效果更佳。 (1)瓦斯保護的工作原理：
方面動(dòng)作速度慢，且僅能反映變壓器油箱內部故障，就注定了它只有與差動(dòng)保護配合使
當變壓器內部發(fā)生輕微故障時(shí)，有輕瓦斯產(chǎn)生，瓦斯繼電器 KG 的上觸點(diǎn)閉合，作
用于預告信號;當發(fā)生嚴重故障時(shí)，重瓦斯沖出，瓦斯繼電器的下觸點(diǎn)閉合，經(jīng)中間繼 閉合，也可利用切換片 XB 切換位置，只給出報警信號。 (2)瓦斯保護的整定： 輕瓦斯按氣體容積進(jìn)行整定，整定范圍為：250～300cm
3
電器 KC 作用于信號繼電器 KS，發(fā)出警報信號，同時(shí)斷路器跳閘。瓦斯繼電器的下觸點(diǎn)
瓦斯保護有重瓦斯和輕瓦斯之分，它們裝設于油箱與油枕之間的連接導管上。其中 ,一般整定在 250cm3
重瓦斯按油流速度進(jìn)行整定，整定范圍為：0.6～1.5m/s,一般整定在 1m/s 。瓦斯保護
圖 5.2 瓦斯保護原理示意圖
(三)復合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)流保護
由于這種保護可以獲得比一般過(guò)流保護更高的靈敏性，所以實(shí)踐中它常用來(lái)作廠(chǎng)變
內部及低分支外部相間短路故障的后備保護，這里我也用來(lái)作為變壓器的后備保護，它 低電壓元件構成復合電壓?jiǎn)?dòng)元件，其保護原理接線(xiàn)圖如圖 5.3 所示。
是由負序過(guò)電壓元件、低電壓元件、過(guò)流元件及時(shí)間元件構成，其中負序過(guò)電壓元件與
復合電壓過(guò)流保護的輸入電流取高壓側電流 ,為保證選擇性,復合電壓?jiǎn)?dòng)元件需
要配置兩套,輸入電壓分別取自廠(chǎng)變低壓側兩個(gè)支上的電壓。 保護采用兩段延時(shí)出口
以 A 分支為例: 若發(fā)生相間不對稱(chēng)短路故障,”U2>”元件啟動(dòng),常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),使”U<”
元件啟動(dòng); 若發(fā)生三相短路, ”U2>”元件短時(shí)啟動(dòng), ”U<”元件也啟動(dòng),在”U2>”元
件返回后,因”U<”元件返回電壓較高,只要相間殘壓不高于返回電壓, ”U<”元件仍保 開(kāi) A 廠(chǎng)用分支斷路器,若故障不能消除,再按Ⅱ段延時(shí) t2 動(dòng)作于解列滅磁。
持動(dòng)作狀態(tài),這時(shí)廠(chǎng)變高壓側過(guò)流元件”I>”已經(jīng)動(dòng)作,先按 I 段延時(shí)”U<”元件 t1 跳
圖 5.3 復合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)流保護原理接線(xiàn)圖
5.2.2 保護配置的整定 (一)縱聯(lián)差動(dòng)保護整定 不需要進(jìn)行整定計
算，所以?xún)H對縱聯(lián)差動(dòng)保護進(jìn)行整定如下： (1)避越變壓器的勵磁涌流： I dz = k rel × I e = 1.3 ×165 = 214 ( A)
對于本次設計來(lái)說(shuō)，變壓器的主保護有縱聯(lián)差動(dòng)保護和瓦斯保護，其中瓦斯保護一般
其中 k rel 為可靠系數，取 1.3，而 I e = se = 31500 = 165 ( A ) 為變壓器的額定電 3u e 3 × 110 流。 (2)避越外部短路時(shí)的最大不平衡電流：
I dz = k rel ( k txk fzq f i + ∆u110 + ∆ f za ) I dz .max
( 3)
= 1.3 (1× 1× 0.1 + 0.1 + 0.05) × 995 = 323.38
其中 Ktx 為電流互感器同型系數，型號相同時(shí)取 0.5，型號不同時(shí)取 1，這里為避免以后
更換設備的方便故取 1; k fzq 為非周期分量引起的誤差，取 1; ∆ f za 建議采用中間值
的計算結果知 I dz .max ( 3) =995。 (3)躲過(guò)電流互感器二次回路斷線(xiàn)的最大負荷電流：
I dz = 1.3I e = 1.3 ×165 = 214 ( A )
而保護基本側的動(dòng)作電流�。� I dz . js = 1296 ( A ) (4)確定差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流和基本側差動(dòng)線(xiàn)圈的匝數： 差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流： I d z . j . jb . js = I e 2 . jb × I d z . jb . js = 2.38 × 1296 = 18.7 ( A )
I e . jb
165
其 中 I e. jb = I e = 165 ( A ) 為 電 流 互 感 器 的 一 次 側 額 定 電 流 ;
3I e 3 × 165 = 2.38 ( A ) 為電流互感器的二次額定電流。 I e 2. jb = 600 = 600 5 5
差動(dòng)線(xiàn)圈匝數：
w cd . js =
Aw0 I d z . j, jb . js
=
120 = 6 .4 ( t ) 1 8 .7
實(shí)際整定匝數選用：
wcd .z = 6 ( t )
w cd . z
所以繼電器的實(shí)際動(dòng)作電流為： I d z . j. j b = 1 2 0 = 2 0 ( A ) 保護裝置的實(shí)際動(dòng)作電流為：
I dz. jb = I e. jb × I dz. j. jb I ez. jb
= 20 × 165 = 1389 ( A ) 2.38
變壓器差動(dòng)保護參數計算結果如下表 5-1： 變壓器 額定電壓/kV 額定電流 Ie/A 互感器的接線(xiàn)方式 互感器的計算變比 互感器的選擇變比 電流互感器 二次額定電流
B1
110
31500 = 165 3 × 110
B2
110
31500 = 165 3 × 110
B3
110
2000 = 185 3 × 115
B4
110
2000 = 18 3 × 115
D
3 × 165 58 = 5 5
d
3 × 165 58 = 5 5
y
3 × 185 320 = 5 5
y
3 × 185 32 = 5 5
100/5 58/20=2.9
100/5 58/20=2.9
400/5 320/80=4
400/5 320/80=4
當系統在最小運行方式下,線(xiàn)路 L4 處開(kāi)環(huán)運行發(fā)生兩相短路時(shí),保護裝置靈敏系數最低 即:
k im =
k jxI d .∑ .min = I dz. jb
k jx
3 (3) I f .min 1× 3 × 10326 2 1 2 = = 6.3 > 2 1385 I dz. jb
顯然靈敏度滿(mǎn)足要求。其中 I d .∑ .min 是變壓器差動(dòng)保護范圍內短路時(shí)總的最小短路電 流有名值(歸算到基本側)。 k jx 是保護的接線(xiàn)系數,這里取 1 。 (二) 變壓器的后備保護的整定 (1)復合電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)流保護,下面對它進(jìn)行整定與靈敏性校驗: 過(guò)電流元件動(dòng)作值 I op 按躲開(kāi)廠(chǎng)變額定電流 I N .st 整定,即: 對于 B1 、 B2 ： I o p = k rel × I N . st = 1 .1 5 × 3 1 5 0 0 = 2 1 3 ( A )
k re
0 .8 5 3 × 115
其中 Krel 是可靠系數,一般為 1.15～1.25,這里取 1.15, k re 是返回
系數,這里取 0.85 最小運行方式下,線(xiàn)路 L4 開(kāi)環(huán)運行兩相短路時(shí),保護的靈敏性校驗:
3 (3) 3 I × 2107 2 f1. min K = = 2 = 8.57 > 1.3 ，滿(mǎn)足要求。 sen I 213 op
對于 B3 、 B4 ： I op = k rel × I N .st = 1.15 × 20000 = 135 ( A ) 0.85 3 × 115 k re 最小運行方式下, 線(xiàn)路 L4 開(kāi)環(huán)運行兩相短路時(shí),保護的靈敏性校驗:
3 (3) 3 I × 2107 2 f1. min K = = 2 = 13.5 > 1.3 ，滿(mǎn)足要求。 sen I 135 op
(2)過(guò)負荷保護的整定計算： 取可靠系數 Krel 為 1.05,返回系數 Kres 為 0.85,IN 為保護安裝側變壓器的額定電流。 對于 B1 、 B2 其額定電流為：
IN =
31500 3 ×1 1 0 = 165 ( A )
所以：
I o p er =
1 .0 5 k rel × 331 = 409 ( A ) IN = 0 .8 5 k res
對于 B3 、 B4 ,其額定電流為：
IN =
20000 3 ×1 1 0 = 105 ( A )
所以：
I o p er =
1 .0 5 k rel ×105 = 129 (A ) IN = 0 .8 5 k res
繼電器選用 NSP712 系列多功能微機成套保護及自動(dòng)裝置。
5.3 母線(xiàn)的保護配置
5.3.1 保護配置的原理
電力系統中的母線(xiàn)是具有公共電氣連接點(diǎn),它起著(zhù)匯總和分配電能的作用。所以發(fā)
電廠(chǎng)和變電站中的母線(xiàn)是電力系統中的一個(gè)重要組成元件。 母線(xiàn)運行是否安全可靠,將 會(huì )破壞整個(gè)系統的穩定。
直接影響發(fā)電廠(chǎng),變電站和用戶(hù)工作的可靠性,在樞紐變電所的母線(xiàn)上發(fā)生故障時(shí),甚至
引起母線(xiàn)短路故障的主要原因有:由于空氣污潰,導致斷路器套管及母線(xiàn)絕緣子的 地線(xiàn)合斷路器。
閃絡(luò );母線(xiàn)電壓和電流互感器的故障;運行人員的誤操作 ,如帶負荷拉隔離開(kāi)關(guān)、帶接
母線(xiàn)故障的類(lèi)型,主要是單相接地和相間短路故障。與輸電線(xiàn)路故障相比較,母線(xiàn) 障所造成的后果。 母線(xiàn)完全電流差動(dòng)保護。
故障的幾率雖較小,但造成的后果卻十分嚴重。因此,必須采取措施來(lái)消除或減少母線(xiàn)故
由設計的已知條件可知,110kV 母線(xiàn)均是采用單母線(xiàn)接線(xiàn),對于單母線(xiàn)我們可以采用
母線(xiàn)完全差動(dòng)保護的原理接線(xiàn)圖如圖 5.4 所示,和其它元件的差動(dòng)保護一樣,也是按
環(huán)流法的原理構成。在母線(xiàn)的所有連接元件上必須裝設專(zhuān)用的電流互感器 ,而且這些電
流互感器的變比和特性完全相同,并將所有電流互感器的二次繞組在母線(xiàn)側的端子互相
連接,在外側的端子也互相連接,差動(dòng)繼電器則接于兩連接線(xiàn)之間,差動(dòng)電流繼電器中流
過(guò)的電流是所有電流互感器二次電流的相量和。這樣,在一次側電流總和為零時(shí),在理想 進(jìn)母線(xiàn)的方向為正方向。圖中線(xiàn)路 I,II 接于系統電源,而線(xiàn)路 III 則接于負載。
的情況下,二次側電流的總和也為零。此圖為母線(xiàn)外部 K 點(diǎn)短路的電流分布圖,設電流流
(1)在 正常和 外部 故障 時(shí) (K 點(diǎn)), 流 入母線(xiàn) 與流 出母 線(xiàn)的 一次 電流 之和 為零 , 即
∑
•
•
•
•
I =
I
+ I
I
− II
I
III
= 0
• • • 1 • 2
而
流入繼電器的電流為:
I
g
=
I
+
I
−
I
3
=
1
n
TA
⎛ ⎜ ⎝
•
•
•
I
I
+
I
II
−
I
III
⎞ ⎟ ⎠
因電流互感器變比 nTA 相同,在理想情況下流入差動(dòng)繼電器的電流為零,即 Ig=0 部故障時(shí),流入差動(dòng)繼電器的電流為不平衡電流,即:
但實(shí)際上,由于電流互感器的勵磁特性不完全一致和誤差的存在 ,在正常運行或外
• •
I
g
=
I
unb
圖 5.4 母線(xiàn)完全電流差動(dòng)保護的原理接線(xiàn)圖
其中 Iunb 是電流互感器特性不一致而產(chǎn)生的不平衡電流。 (2)母線(xiàn)故障時(shí),所有有電源的線(xiàn)路,都向故障點(diǎn)供給故障電流,即:
•
I
g
=
1
n
TA
⎛ ⎜ ⎝
•
•
I
I
+
I
II
⎞ ⎟ = ⎠
1
•
n
I
K
TA
其中 Ik 是故障點(diǎn)的總短路電流,此電流數值很大,足以使差動(dòng)繼電器動(dòng)作。 (二)母聯(lián)電流相位比較式母線(xiàn)差動(dòng)保護
由設計的已知條件可知,110kV 側的母線(xiàn)是采用雙母線(xiàn)帶旁路母線(xiàn)接線(xiàn),這種接線(xiàn)方
式有一個(gè)特點(diǎn)就是它的運行方式不是固定不變的 ,而是有多種運行方式。所以雙母線(xiàn)固
定連接運行的完全差動(dòng)保護對它來(lái)說(shuō)缺乏靈活性,為了克服此缺點(diǎn),我采用另一種差動(dòng) 改變的母線(xiàn)上。
保護——母聯(lián)電流相位比較式母線(xiàn)差動(dòng)保護,它很適用于雙母線(xiàn)連接元件運行方式經(jīng)常
母聯(lián)電流相位比較式母線(xiàn)差動(dòng)保護的原理是比較母線(xiàn)聯(lián)絡(luò )斷路器回路的電流與總
KD 和選擇元件 1KW,2KW 。起動(dòng)元件 KD 接于所有引出線(xiàn)的總差動(dòng)電流,KW 的兩個(gè)繞組分
別接入母聯(lián)斷路器回路的電流和總差動(dòng)回路的電流 ,通過(guò)比較這兩個(gè)回路中電流的相位
來(lái)獲得選擇性。在圖 5.5(a)所示雙母線(xiàn)接線(xiàn)中,假設 I,II 母線(xiàn)并列運行,I 母線(xiàn)和 II 母 I 母線(xiàn)上的 K1 點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí),母聯(lián)電流 I5 為：
• • 5 • 3
線(xiàn)的連接元件中均有電源線(xiàn)路,規定母聯(lián)電流 I5 的正方向為由 II 母線(xiàn)流向 I 母線(xiàn),則當
I
短路電流 Ik 為：
•
=
I
•
+
I
•
4
• 2
• 3
I
k
=
I
1
+
I
+
I
+
I
4
故,當忽略各電源間相角差和各元件阻抗角差時(shí),I5 和 Ik 同相位,如圖 5.5(b)所示。 II 母線(xiàn)上的 K2 點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí),母聯(lián)電流 I5 為：
•
I
5
= −⎛ ⎜ ⎝
•
• 1
I
+
I
2
⎞ ⎟ ⎠
短路電流 Ik 仍如式(5.21)所示,所以 I5 與 Ik 反相位,如圖 5.5(c)所示�？梢�(jiàn),以圖示 中,差動(dòng)繼電器 KD 中的電流為：
I5 為正方向時(shí),若 I5 與 Ik 同相位,則判別為 I 母線(xiàn)上發(fā)生了短路故障。在圖 5.14(a)接線(xiàn)
• •
I
k
=
I n
K TA
(a) (a) 原理接線(xiàn)圖; (b), (c) 相量關(guān)系 圖 5.5 母聯(lián)電流與短路電流相位比較
(b)
(c)
了短路故障。1KW,2KW 是故障母線(xiàn)的選擇元件,進(jìn)行 I5 與 Ik 的相位比較。當 I w 與 I k 同
•
•
時(shí)從 1KW 的兩個(gè)繞組的同極性端流進(jìn)時(shí),1KW 處于動(dòng)作狀態(tài),對 2KW 處,從同極性端流出
•
•
處于不
動(dòng)作狀態(tài);當- I w 與 I 同時(shí)從 2KW 的兩個(gè)繞組的同極性端流進(jìn)時(shí),2KW 處于動(dòng)作
k
狀態(tài),對 1KW 處, - I w 從同極性端流出,處于不動(dòng)作狀態(tài)。 母線(xiàn)上發(fā)生了短路故障。 5.3.2 電流差動(dòng)保護配置的整定 (一)差電流起動(dòng)元件整定 差電流起動(dòng)元件的動(dòng)作電流滿(mǎn)足兩個(gè)整定條件： (1)按躲開(kāi)母線(xiàn)外部的最大不平衡電流整定，即：
I d = k rel k LH k fzq I d .max
•
由以上分析可見(jiàn),KD,1KW 動(dòng)作時(shí),判別為 I 母線(xiàn)短路故障; KD,2KW 動(dòng)作時(shí),判別為 I
k k k
rel
—可靠系數，取 1.3。 —電流互感器變比誤差，取 0.1
LH fzq
—非周期分量系數，一般電流繼電器取 1.5～2。
I
d .max
—母線(xiàn)差動(dòng)保護外部短路時(shí)流過(guò)的最大短路電流。
由于起動(dòng)元件采用 BCH—2 型差動(dòng)繼電器，故取 k
fzq
=1， k
LH
=0.1， k
rel
=1.3。
起動(dòng)電流： I dz = k k k I = 1.3 × 0.1 × 1 × 14276 = 1854.7( A) rel LH fzq d . max 二次電流為： I dz. j = 1854.7 = 15.46( A )
600 5
BCH—2 型差動(dòng)匝數為： W cd =
( AW ) 60 = = 3.88(匝) I dz. j 15.46
取 W cd =3 匝， I dz. j =16A。由于母線(xiàn)保護用 110kV 系統中，故 BCH—2 短路線(xiàn)匝 為〝B—B〞。
起動(dòng)元件靈敏度計算： K (2) = lm (2)電壓閉鎖元件
(2) I d .min
I dz
=
12167 16 × 600
= 3.8 ，滿(mǎn)足要求。 3
三個(gè)相間電壓元件的動(dòng)作電壓按躲開(kāi)正常運行的最底電壓整定，由于母線(xiàn)短路時(shí) 的電壓閉鎖元件的靈敏度較高，為簡(jiǎn)化計算可直接取 U
dz. j
=60～65v。
復合電壓閉鎖元件整定、負序電壓元件動(dòng)作電壓按經(jīng)驗公式： U =(15～20)v。 U ，零序電壓元件動(dòng)作電壓按經(jīng)驗公式 U e dz.0
dz.2
=(0.06～0.09
負序電壓元件和零序電壓元件的靈敏度應高于差電流起動(dòng)元件靈敏度。 零序電壓元件
U
dz.2
=6.6
K lm =
3U d 0 65 = = 9.8 U 6.6 dz.2
零序電壓元件
U
dz.0
=18
Klm =
3U d 0 65 = = 3.6 ，滿(mǎn)足要求。 U 18 dz.0
繼電器選用 DSA2391 母線(xiàn)差動(dòng)保護裝置。
5.4 輸電線(xiàn)路保護配置
5.4.1 保護配置的原理
(一) 距離保護 電流保護的主要優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，可靠，經(jīng)濟，但它的靈敏性受系統運行方式變化的影
響較大，特別是在重負荷，長(cháng)距離，電壓等級高的復雜網(wǎng)絡(luò )中，很難滿(mǎn)足選擇性，靈敏 離保護” 。
性以及快速切除故障的要求，為此，必須采用性能完善的保護裝置，因而就引入了“距
距離保護是反饋故障點(diǎn)至保護安裝點(diǎn)之間的距離或阻抗，并根據距離的遠近而確定
動(dòng)作時(shí)間的一種保護裝置。該裝置的主要元件為距離或阻抗繼電器，它可根據其端子所
加的電壓和電流側知保護安裝處至短路點(diǎn)之間的阻抗值，此阻抗稱(chēng)為阻抗繼電器的測量
阻抗。其主要特點(diǎn)是：短路點(diǎn)距離保護安裝點(diǎn)越近，其測量阻抗越小;相反地，短路點(diǎn)
距離保護安裝點(diǎn)越遠，
其測量阻抗越大，動(dòng)作時(shí)間就越長(cháng)。這樣就可保證有選擇地切除
(ZAB+ZK) 。由于保護 1 距離短路點(diǎn)較近，而保護 2 距離短路點(diǎn)較遠，所以，保護 1 的動(dòng) 種選擇性的配合是靠適當的選擇各保護的整定阻抗值和動(dòng)作時(shí)限來(lái)完成的。
作時(shí)間就比保護 2 的短。這樣故障就由保護 1 動(dòng)作切除，不會(huì )引起保護 2 的誤動(dòng)作。這
圖 5.6(a) 距離保護的基本原理
圖 5.6(b) 距離保護原理接線(xiàn)圖
(二)零序電流保護
零序電流保護屬于小接地電流系統的保護方式，它利用當系統發(fā)生故璋時(shí)零序電流
的發(fā)生.盡管此種保護方式屬于小接地電流系統，但早已在發(fā)電廠(chǎng)、變電站和配電系統 中得到較廣泛的應用。
采用中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地，能使靈敏而有選擇性的接地保護得以實(shí)現，能減少電弧
接地過(guò)電壓的危險，接地保護是否動(dòng)作于跳閘取決于接地電流的大小，這種接地保護方 其機械強度，給制造帶來(lái)了較大的困難，而且造價(jià)很高。
式的缺點(diǎn)是接地電阻電壓較高(6kV)，接地功耗較大(60 一 75kw)，使電阻器發(fā)熱，影響
中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統，當發(fā)生單相接地故障時(shí)，在接地點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)電感點(diǎn)流
并和系統中的接地電容電流相抵消，可減小流經(jīng)故障點(diǎn)的電流 .在通常情況下，接地電
弧不會(huì )出現，單相接地故障自動(dòng)消除，從而就可減少接地故障引起的停電事故。由于采 護帶來(lái)了一定的困難，因而必須謀求新途徑。
用了消弧線(xiàn)圈，在發(fā)生單相接地故障時(shí)的電流分布發(fā)生了變化，又給實(shí)現有選擇性的保
目前，在變配電系統中為提高供電的可靠性，大多采用小接地電流系統.上述幾種 以考慮。
零序電流保護的接線(xiàn)方式都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應用時(shí)應從經(jīng)濟技術(shù)諸方面綜合加
零序分童的特點(diǎn)，如圖 5.7(a)所示的網(wǎng)絡(luò )，當 A 相發(fā)生金屬性單相接地短路時(shí)， 可
利用對稱(chēng)分量的方法將電流、電壓分解為正序、負序和零序分量，并利用復合序網(wǎng)來(lái)表
示它們之間的關(guān)系.其零序網(wǎng)絡(luò )如圖 5.7 (b)所示，零序電流可看成是在故障點(diǎn)出現一個(gè) 規定從母線(xiàn)流向故障點(diǎn)，零序電壓的正方向是線(xiàn)路指向大地，其主要特點(diǎn)如下:
零序電壓亡，而產(chǎn)生的，零序電流經(jīng)過(guò)變壓器接地中性點(diǎn)構成回路 .零序電流的正方向
1)線(xiàn)路中任何一點(diǎn)發(fā)生接地短路時(shí)，該點(diǎn)的三倍零序電流(或電壓)都等于該點(diǎn)的三 相電流(或電壓)的向 t 和，即
. . 0 . A . B
3I
.
=
I
+
I
+
.
I
B
C
. 0
.
3U
=U
A
+U
+U
C
當系統中 A 相發(fā)生接地短路時(shí)， 故障點(diǎn) D 的電壓U
.
.
DA
故障點(diǎn) = 0，
D 處的零序電壓為
U
DA
=
1 . ( 3 U
.
.
DB
+U
.
DC
)
，即故障點(diǎn)的零序電壓等于非故障相電壓向量和的 1/3. 故障
.
點(diǎn)的電流 I 位相同
。
.
dA
=I
D ,
I
D B
= 0,
I
D C
= 0 . 即故障點(diǎn)的零序電流等于故障點(diǎn)電流的
1/3，并且相
2)故障點(diǎn)的零序電壓最高，其值為 U
.
D0
，距故障點(diǎn)的距離越遠，零序電壓就越低
3)零序電流超前零序電壓 90 ，如圖 5.7 (d)所示，零序電流的分布，主要決定于線(xiàn) 路和中性點(diǎn)接地變壓器的零序阻杭，而與電源的數目和位里無(wú)關(guān)。 4)零序功率 S。=I0·U0，由于故障點(diǎn)零序電壓最高，所以，故障點(diǎn)的零序功率也最 大，距故障點(diǎn)越遠零序功率越小。
0
圖 5.7
接地短路時(shí)的零序等效網(wǎng)絡(luò )
5.4.2 保護配置的整定
(一)輸電線(xiàn)路的距離保護 對于 110kV 及以上電壓級的輸電線(xiàn)路，我們根據經(jīng)驗可以直接考慮用距離保護， 所以這里的 110kV 側我直接進(jìn)行距離保護的整定計算和靈敏度校驗。
' 取 k rel =0.8， k rel =1.2, k st =1, k re =1.15。線(xiàn)路的最大靈敏角根據經(jīng)驗也一般取 60o～
80 ,取 ϕ =80 。 m 對于輸電線(xiàn)路 L 2 距離Ⅰ段： Zop .1 = krel × z1 = 0.8 × 50 × 0.4(Ω )
Z o p .1
o
o
距離Ⅲ段：最小負荷阻抗 Z L . min = 動(dòng)作阻抗為 由于 ϕ
o
v L . min I L . max
=
0 .9 U
0 .9 × 1 1 5
N
=
Z L . max
1 .4 5 3
3 = 4 1 .1( Ω )
Z op .1 =
1 1 × 41.1 = 293.78(Ω ) Z L.min = k rel k stk re 1.2 × 1 × 1.15
o
m
=80 ， c o s ϕ =0.85 得 ϕ
L
= arccos ϕ =31.78 。
整定阻抗
Z z et =
Z o p.1
cos(ϕ m − ϕ L )
=
29.78 = 45.12(Ω ) 0.66
所以， k sen = Z zet = 45.12 = 2.0 >1.5,滿(mǎn)足要求。 Z1 20 (二)零序保護的整定
要對零序保護進(jìn)行整定計算必須先求出發(fā)生接地短路故障時(shí),故障點(diǎn)的最大零序電
流,而只有發(fā)生接地故障時(shí),才會(huì )出現零序電流,所以只考慮單相短路和兩相接地短路。
當 f 2 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)， L2 空載不包括在各序網(wǎng)絡(luò )中。 變壓器 B1 B2 B3 B4 中性點(diǎn)接地應包 括在零序網(wǎng)絡(luò )中。 正序網(wǎng)絡(luò )化簡(jiǎn)過(guò)程如下：
x 2 2 = ( x 1 + x 1 8 ) /pic/p>
(0.125 + 0.052) × (0.26 + 0.031) =0.61 0.125 + 0.052 + 0.26 + 0.031 0.52 × 0.40 + 0.67)/pic/p>
x 2 3 = [( x 3 /pic/pic/p>
將支路 19、22 和 23 并聯(lián)得等值電勢和輸入電抗：
E eq = E1 ( x10 + x22 ) 0.83 × (0.10 + 0.61) = = 0.52 x19 + x22 + x23 0.10 + 0.61 + 0.43 x23 ( x19 + x 22 ) 0.43 × (0.10 + 0.61) = = 0.14 x19 + x22 + x23 0.10 + 0.61 + 0.43
X ff (1) =
正序網(wǎng)絡(luò )如圖 5.8 所示。
⇕
⇕
圖 5.8 正序網(wǎng)絡(luò )
負序網(wǎng)絡(luò )化簡(jiǎn)過(guò)程如下：
x24 = [( x 3 /pic/pic/p>
負序網(wǎng)絡(luò )輸入電抗：
X ff ( 2) =
0.54 × 0.4 +0.67)/pic/p>
( x19 + x22 ) x 23 (0.10 + 0.61) × 0.4 = = 0.25 x19 + x22 + x23 0.10 + 0.61 + 0.4
負序網(wǎng)絡(luò )如圖 5.9 所示。
⇕
⇕
圖 5.9 負序網(wǎng)絡(luò )
零序網(wǎng)絡(luò )化簡(jiǎn)過(guò)程如下：
x2 5 = x1 7 + x1 9 + x 2 0 = 0.16 + 0.3 + 0.093 = 0.58
x26 = ( x5 + x6 ) /pic/p>
零序網(wǎng)絡(luò )輸入電
抗：
X ff ( 0) =
0.67 × 0.4 + 0.33 = 0.58 0.67 + 0.4
x25 x26 0.553 × 0.58 = = 0.28 x25 + x26 0.553 + 0.58
零序網(wǎng)絡(luò )如圖 5.10 所示。
⇕
圖 5.10 零序網(wǎng)絡(luò )
所以，各序的輸入阻抗分別為：
X ff (1) =1.4
X ff ( 2) =0.25
ff ( 2)
X ff ( 0) =0.28
(1) 單相短路時(shí)，因為 x∆ = X ff ( 0) + X
= 0.53 ，電源電勢用次暫態(tài)電勢：取
V f( 0) = E'' = j1.0 ，所以 0 秒時(shí)的短路正序電流為：
If
=
2 (1)*
V f( 0 ) 1.0 = = 0.518 (1) j ( x f 2 (1) + x∆ ) 1.4 + 0.53
f 2 處發(fā)生短路時(shí)，短路點(diǎn)的零序電流為：
I f 2 ( 0 )* = x f 2 ( 2) x f2 ( 2) + x f2 ( 0) I f 2 (1)* =
0.25 × 0.518 = 0.244 1.25 + 0.28
(1,1) 兩相短路時(shí)，因為 x ∆ = X
ff ( 0 )
/pic/p>
ff ( 2 )
=
0.28 × 0.25 = 0.13 ，電源電勢用次暫態(tài)電勢 0.28 + 0.25
取 V f( 0) = E'' = j1.0 ，所以 0 秒時(shí)的短路正序電流為：
V f( 0)
1.0
f 2 處發(fā)生短路時(shí)，短路點(diǎn)的零序電流為： I f 2 ( 0)* = x f 2 ( 2) x f 2 ( 2) + x f 2 ( 0) I f 2 (1)* =
0.25 × 0.65 = 0.31 1.25 + 0.28
2 ( 0 ) max
綜上所示，當 f 2 發(fā)生短路時(shí)的短路點(diǎn)最大零序電流為： I f
= 0.31( kA )
故 110kV 發(fā)生短路時(shí)各線(xiàn)路的零序電流保護整定如下：
' ' 零序Ⅰ段： I op = k rel × 3I f 2 ( 0) max = 1.2 × 3 × 0.31 = 1.12(kA)
零序Ⅲ段： 線(xiàn)路 L1
I o .unb.max = k np k st ∆fI k max. L1 = 1× 1× 0.1× 1170 = 117( kA)
I o p = k r el I o. u n b. max = 1.15 × 117 = 134.6( kA )
線(xiàn)路 L2
I o .u n b. max = k n p k s t∆ fI k max . L = 1× 1× 0.1× 1820 = 182( kA)
2
I o p = k r el I o. u n b. max = 1.15 × 182 = 209.3( kA )
線(xiàn)路 L3
I o .u n b. max = k n p k s t ∆ fI k max . L3 = 1 × 1 × 0.1 × 2330 = 233( kA ) I o p = k r el I o. u n b. max = 1.15 × 233 = 267.9( kA )
線(xiàn)路 L4
I o .u n b. max = k n p k s t∆ fI k max . L4 = 1× 1× 0.1× 1640 = 164( kA )
I o p = k r el I o. u n b. max = 1 .1 5 × 1 6 4 = 1 8 8 .6 ( kA )
其中， k rel 是可靠系數，這里取 1.15;
k np 是非周期分量影響系數，采用自動(dòng)重合閘時(shí)加速為 1.5～2.0，其它為 1; k st 是電流互感器的同型系數，相同為 0.5，不同為 1;
∆f 是電流互感器誤差，取 0.1;
I k max. L 是各輸電線(xiàn)路的最大短路電流， I k max. L1 、 I k max. L2 、 I k max. L3 和 I k max. L4 值如 4.
節中所示。繼電器選用 MLP-71 系列多功能微機線(xiàn)路成套保護及自動(dòng)裝置。
5.5 發(fā)電機保護配置
5.5.1 保護配置的原理
1.保護范圍及特點(diǎn)電流速斷保護僅能對發(fā)電機輸出線(xiàn)路進(jìn)行保護，而當繞組內部
(中性點(diǎn)到輸出端斷路器)有短路現象時(shí)，卻存有死區�？v差保護是用于發(fā)電機內部繞組 靠性。
的短路保護，適用于與外電路并網(wǎng)且中性點(diǎn)側有引出線(xiàn)的機組，該保護具有快速性，可
2.保護的構成及基本原理如圖 5.1l 所示.1 號互感器 ILH 裝在輸出斷路器 DL 附近
4 號互感器 4LH 裝在發(fā)電機中性點(diǎn)引出線(xiàn)上，1LH 和 4LH 型
號變比相同，電流互感器的
極性同名端用“.”號表示，CJ 為差動(dòng)電流繼電器，而互感器之間的范圍即為保護動(dòng)作
區。我們令 1LH 和 4LH 一次側電流分別為 I1 和 I2，二次側電流分別為 i1 和 i2。顯然
當發(fā)電機正常運行時(shí)，有 I1=I2，因為兩互感器變比相同，故有 i1=i2, i2 由結點(diǎn) a 流
進(jìn) Cj，由結點(diǎn) b 流出。而 I1 經(jīng)結點(diǎn) b 流進(jìn) CJ，由結點(diǎn) a 流出。根據克霍夫第一定律 不動(dòng)作.
流入和流出結點(diǎn)的電流應相等。即實(shí)際上繼電器 CJ 中的電流及 Ic=I1=I2=0，所以 C
a
圖 5.1l
縱差保護原理接線(xiàn)圖
當保護區外部短路時(shí)(如 Dl 點(diǎn))電源互感器 ILH 和 4LH 的一次電流是發(fā)電機向故障 CJ 也不動(dòng)作。
點(diǎn)供給的短路電流，仍然有 i1= i2(不過(guò)此時(shí) I1 和 I2 值很大)，i1=i2,CJ 中電流 ic=O
僅當保護區內部短路時(shí)(如發(fā)電機引出線(xiàn)上 D2 點(diǎn))互感器 4LH 一次側電流為發(fā)電機
變化， 故繼電器 CJ 中的電流 iC=i1+12， CJ 中流過(guò)與故障點(diǎn)總短路電流成比例的電流 即 當此電流大于 CJ 的起動(dòng)電流時(shí)，CJ 就動(dòng)作，從而使發(fā)動(dòng)機解列。 由上述分析知，按差動(dòng)原理構成的保護裝置可瞬時(shí)動(dòng)作切除故障。 3.BCH—2 型繼電器的單相差動(dòng)保護原理
繼電器是較早設備中常用的單相保護繼電器。在實(shí)際電路中，考慮的問(wèn)題遠比上述
原理復雜。因為在外部短路時(shí)及正常工作時(shí)，由于 1LH 和 4LH 到保護屏的距離不一樣
互感器的特性也不完全一致(另外還有電流相位差)等因素，差動(dòng)回路中電流繼電器有不
平衡電流存在，特別是在外部短路初瞬時(shí).這種不平衡電流數值較大，可能造成 CJ 誤動(dòng)
作。BCH—2 型繼電器采用的是具有速飽和特性的中間變流器， 其原理因與差動(dòng)保護本身
關(guān)系不大，限于篇幅，不再贅述。在圖 5.12 中 Wl 為差動(dòng)線(xiàn)圈，W2 為平衡線(xiàn)圈，在正常 感應電流，CJ 不動(dòng)作。
工作及外部短路時(shí)，W2 產(chǎn)生的磁通能抵消 WI 所產(chǎn)生的不平衡電流， 從而在 W2 中不產(chǎn)生
圖 5.12 BCH—2 型繼電器動(dòng)作保護原理圖
5.5.2 保護配置的整定 (一)原始數據計算
Se
25
折合至 110kV 平均電壓的發(fā)電機次暫態(tài)電抗值為： x d'' x = x ''d S B = 0 .1 3 × 1 0 0 = 0 .5 2 ， 發(fā)電機額定電流為： I e = (二)差動(dòng)保護整定 (1)按躲開(kāi)外部故障最大不平衡電流整定，即：
I dz = krel k fzq k tx f i I d.max = 1.3 ×1 × 0.5 × 0.1 ×
100 × 103 3 ×10.5 × 0.442 = 809( A)
Se = 3U e
25 = 1.4( kA ) 3 × 10.5
(2)按躲開(kāi)電流互感器二次回路斷線(xiàn)時(shí)整定，即：
取 I dz =1820A，折合至二次側為： I dz . j = 1821820 /(4000 / 5) = 2.3( A ) ，BCH-2 工作線(xiàn)圈匝數 為： W g = 60 = 60 = 26.1(匝 ) ，取 26 匝。 I dz . j 2.3 (三)發(fā)電機定子繞組接地保護
(1)發(fā)電機額定電流為： I e = 1400( A) ，LXHM-1 型零序
電流互感器額定電流為 1750A，當繼電器線(xiàn)圈并聯(lián)時(shí)保護一次動(dòng)作電流為 2.4A。 (2)保護動(dòng)作電流計算
I b p.2
1400 kEb p .b c Eb p . z c 1.4 × 0.06 × 1750 0.1 = + = + = 0.0115( A) z d z. cl.2 + z j zj 10 + 9 9
一次最大不平衡電流為：
I b p.1 = I b p.2 w2 (1 + zj z d z . cl .2
) = 0.0115 × 39 × (1 + 9 ) = 0.85( A ) 10
保護動(dòng)作電流為：
I dz =
1 1 ( k r el 3 I cf + k r'' el I b p ) = ( 2 × 0 .6 9 + 1 .5 × 0 .8 5 ) = 3 .1 2 ( A ) ，該電流小于 kf 0 .8 5
5A，故
可采用。 繼電器動(dòng)作電流計算為：
z d z. j = I dz w 2 (1 + zj z d z . cl .2
) = 3.12 9 39(1 + ) 10 = 0.042( A )
繼電器選用 DD-11/60 系列多功能微機成套保護及自動(dòng)裝置。
6 結論
綜合前面的說(shuō)明與計算結果可知該 110kV 電力系統繼電保護的具體配置如下表：
表 5.2 保護配置表
保護對象 變壓器 母線(xiàn) 輸電線(xiàn)路 發(fā)電機
主保護 縱聯(lián)差動(dòng)保護、瓦斯保護 電流相位比較式母線(xiàn)差動(dòng)保護 距離Ⅰ、Ⅲ保護 縱聯(lián)差動(dòng)保護
后備保護 零序電流保護 零序電流Ⅰ、Ⅲ保護 定子繞組接地保護
復合電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護、
___________________________
經(jīng)過(guò)查找資料以及相關(guān)書(shū)籍可以得到本次畢業(yè)設計需配置的保護的型號如下：
(1)變壓器保護裝置： 采用 NSP712 變壓器差動(dòng)保護，適用于 110 kV 電壓等級的雙圈、三圈變壓器，滿(mǎn)足三側 差動(dòng)的要求。 主要功能： <1> 差動(dòng)速斷保護;比率差動(dòng)保護，采用二次諧波制動(dòng); <2> 復合電壓過(guò)流保護;零序電壓保護;過(guò)負荷保護; <3> CT 斷線(xiàn)判別等功能。 (2)母線(xiàn)差動(dòng)保護裝置： 采用 DSA2391 母線(xiàn)差動(dòng)保護裝置，本裝置為由大規�？删幊踢壿嬰娐泛� intel 80296 為 主 CPU 實(shí)現的母線(xiàn)差動(dòng)保護，適用于 110kV 及以下電壓等級的主接線(xiàn)為單母分段型及雙 母線(xiàn)型最大 8 個(gè)元件的母線(xiàn)差動(dòng)保護。 (3)線(xiàn)路成套保護及自動(dòng)裝置： 采用 MLP-71 系列多功能微機線(xiàn)路成套保護及自動(dòng)裝置，本裝置適用于 110kV 電網(wǎng)長(cháng)/短 輸電線(xiàn)路。 MLP-71 系列是反映輸電線(xiàn)路各種類(lèi)型故障和不正常狀態(tài)的成套保護及自動(dòng)裝 置，包含了相間電流、相間距離、接地距離、零序電流方向等保護段和低周、低壓解列 備用電源自動(dòng)投入等 8 種自動(dòng)裝置功能。 (4)發(fā)電機套保護及自動(dòng)裝置： 采用 DD-11/60 型系列多功能微機線(xiàn)路成套保護及自動(dòng)裝置，本裝置適用于 110kV 發(fā)電 機電壓器組微機保護。 DD-11/60 系列是反映輸電線(xiàn)路各種類(lèi)型故障和不正常狀態(tài)的成套 保護及自動(dòng)裝置。
7 總結與體會(huì )
本次畢業(yè)設計的主要內容是對 110kV 電力系統繼電保護的配置。經(jīng)過(guò)對設計要求
設計內容的分析可知，首先要利用電力系統分析的知識，求出各短路點(diǎn)的短路電流，從
而確定各短路點(diǎn)短路時(shí)系統的最大及最小運行方
式，由于電力系統分析的相關(guān)知識掌握
得比較好，因此這一步進(jìn)行得比較順利。接下來(lái)在最大最小運行方式下求出各出線(xiàn)的最
大最小三相短路電流，兩相短路電流和相應的最大負荷電流，在計算這一步過(guò)程中遇到
了一些小困難，通過(guò)查找相關(guān)的書(shū)籍，同時(shí)在老師的指導下也很快的邁了過(guò)去。其次
根據經(jīng)驗習慣，通過(guò)方案比較，論證選擇了一套初始的保護。為了能夠確定這些保
護是否滿(mǎn)足要求， 是否有足夠的實(shí)用性， 我們還需要對它們進(jìn)行整定計算和靈敏性校驗
對于 110kV 側輸電線(xiàn)路，經(jīng)過(guò)對電流 I，III 段保護的靈敏性校驗不合格后，改用了距
離保護，它的整定計算和靈敏性校驗與電流保護相類(lèi)似，因此很好處理，但是 110kV 側
還必須考慮接地故障保護， 我采用的是零序電流保護， 因為這種保護平時(shí)很少做過(guò)練習
所以感覺(jué)比較陌生，經(jīng)過(guò)多日的參考相關(guān)書(shū)籍，以及在同學(xué)的幫助和老師的輔導下，渡
過(guò)了難關(guān)。對于變壓器， 它涉及的保護較多， 主保護是縱聯(lián)差動(dòng)保護與瓦斯保護的配合
后備保護主要有復合電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護，零序電流保護和過(guò)負荷保護。其中縱聯(lián)差動(dòng)
保護的整定計算和靈敏性校驗過(guò)程比較繁瑣，我根據工具書(shū)《電力系統繼電保護配置原
理及整定計算》上的框架來(lái)進(jìn)行整定和校驗，中間雖然走了不少的彎路，遇到了不少的
困難，但經(jīng)過(guò)認真分析，仔細思考后問(wèn)題仍然得以解決，剩下的復合電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保
護，零序電流保護和過(guò)負荷保護的整定與校驗都容易理解，不難計算，這些是我畢業(yè)設
計能順利完成的一個(gè)基礎;對于母線(xiàn)來(lái)說(shuō)，采用了母聯(lián)電流相位比較式母線(xiàn)差動(dòng)保護
這種保護簡(jiǎn)單，可靠又經(jīng)濟，恰倒好處。這種保護靈活性高，適用于母線(xiàn)連接元件運行
方式經(jīng)常變動(dòng)的母線(xiàn)。這些保護就目前國內繼電保護的發(fā)展水平來(lái)說(shuō)并不是最完美的
它有它的缺陷但也有自身的優(yōu)勢，它只能從某些方面來(lái)滿(mǎn)足繼電保護的四大基本要求 果。
隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展，它將會(huì )被新一代保護所代替，這是無(wú)法避免的，是社會(huì )進(jìn)步的必然結
8 謝辭
本次接近兩個(gè)星期的畢業(yè)設計能夠順利完成離不開(kāi)老師的盡責輔導和同學(xué)們的熱心幫
助。在老師的悉心輔導下，成功的完成了本次設計。在設計過(guò)程中，無(wú)論是在構思步驟，
分析系統網(wǎng)絡(luò )圖，配置保護，還是保護的整定計算和靈敏性校驗上，老師都給與了我極大
的幫助，在我設計遇到困難無(wú)法進(jìn)行時(shí)，給予幫助和引導。 老師的嚴謹治學(xué)態(tài)度、淵博的 了做人的道理。在此我要向我的導師致以最衷心的感謝和深深的敬意。
知識、盡責無(wú)私的奉獻精神使我深受啟迪。我不
僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專(zhuān)業(yè)知識，也學(xué)到
四年來(lái)，老師們在學(xué)習上、生活上給與了我無(wú)微不至的關(guān)懷和照顧，是他們讓我逐步 有我今天的成績(jì)，在這里我表示由衷的感謝。老師，您辛苦了! 最后，衷心感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專(zhuān)家!
成長(cháng)起來(lái)的，沒(méi)有他們的幫助就不會(huì )有現在今天知性的我，自信的我。沒(méi)有他們也就不會(huì )
9 參考文獻
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[13] 電力工業(yè)部西北電力設計院編.電力工程電氣設備手冊.電氣二次部分.北京： 中國電力出版社 1998.
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