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中北大学分校学位论文（设计）学 位 论 文10kv变电所继电保护设计作 者 姓 名： 专 业 名 称： 电气工程及其自动化 学 号： 指 导 教 师： 完 成 日 期： 2008年6月 中北大学分校10kv变电所继电保护设计摘 要继电保护及安全自动装置是保证电网安全运行，保护电气设备免受损坏，防止事故扩大的主要装置，是电力系统不可缺少的重要组成部分。继电保护及安全自动装置的配置、使用和维护不当或不正确动作，必将引起事故或使事故扩大，损坏电气设备甚至造成电力系统崩溃瓦解，所以对保护及自动装置的原理、性能，运行人员必须熟练掌握，并在运行中正确操作，精心维护。 本文对继电保护进行了细细的阐述，包括继电保护的发展、现状和当前的形势。其中主要介绍了有哪几种继电保护，自动装置和各种监视、测量、控制和保护回路的设计。还有在继电保护设计中，我们容易忽略的几个方面，并且对于出线段的防雷也有进一步的了解。关键词：继电保护；安全自动装置；防雷10KV substation relay designAbstractProtection and automatic safety devices to ensure safe operation of power grids, the protection of electrical equipment from damage, prevent accidents expansion of the main installations, the power system is an important and indispensable component. Protection and automatic safety device configuration, use and maintenance of incorrect or improper actions will certainly cause an accident or expansion of the accident, causing damage to electrical equipment and even the collapse of the power system collapse, and automatic devices for the protection of the principles of performance, running Personnel must be familiar and running in the proper operation and careful maintenance. This paper was careful to relay exposition, including the development of protection, status and the current situation. Most of them were introduced which of several relay, and various automatic device surveillance, measurement, control and protection circuit design. Protection is also available in the design, we easily overlook the few, and the Chuxian of mine have a better understanding. Keywords: protection; automatic safety devices; mine目录摘 要IAbstractII引言11.1电力系统继电保护的作用31.2继电保护的发展简史31.3继电保护的现状与发展趋势42 10KV变电所继电保护72.1 概述72.2 对继电保护装置的基本要求72.3 不同类型的继电保护82.3.1 线路保护82.3.2变压器保护92.3.3分段母线保护112.4防雷保护153 10 kV线路保护的整定193.1 10kV线路的具体问题193.1.1 保护整定应考虑系统运行方式193.1.2整定计算方案193.1.3 实例分析213.2三相一次重合闸234 10kv系统微机保护及其应用254.1 10kv供电系统的重要性和必要性254.2工程应用264.2.1 工程简介264.2.2 系统方案264.3系统的主要功能特点274.3.1 DVP-600系列保护监控装置274.3.2 CAN实时通讯网络284.4监测与分析294.4.1数据294.4.2继电保护的管理294.4.3 网络及应用设计304.4.4系统功能及特点324.4 结论32510KV继电保护中容易被忽视的问题及对策335.1线路中励磁涌流问题335.1.1线路中励磁涌流对继电保护装置的影响335.1.2防止涌流引起误动的方法335.2 TA饱和问题345.2.1 TA饱和对保护的影响345.2.2 避免TA饱和的方法345.3 所用变保护345.3.1 所用变保护存在的问题345.3.2 解决办法35结论36参考文献37附录1 10kv二次线路原理图38A38B39C40附录2 英文文献及翻译41英文文献41中文翻译43致谢4546引言在电力系统中，各种类型的、大量的电气设备通过电气线路紧密地联结在一起。由于其覆盖的地域极其辽阔、运行环境极其复杂以及各种人为因素的影响，电气故障的发生是不可避免的。由于电力系统的特殊性，上述五个环节应是环环相扣、时时平衡、缺一不可，又几乎是在同一时间内完成的。在电力系统中的任何一处发生事故，都有可能对电力系统的运行产生重大影响。电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等五个环节组成的。在电力系统中，各种类型的、大量的电气设备通过电气线路紧密地联结在一起。由于其覆盖的地域极其辽阔、运行环境极其复杂以及各种人为因素的影响，电气故障的发生是不可避免的。由于电力系统的特殊性，上述五个环节应是环环相扣、时时平衡、缺一不可，又几乎是在同一时间内完成的。在电力系统中的任何一处发生事故，都有可能对电力系统的运行产生重大影响。例如，当系统中的某工矿企业的设备发生短路事故时，由于短路电流的热效应和电动力效应，往往造成电气设备或电气线路的致命损坏还有可能严重到使系统的稳定运行遭到破坏；当10KV不接地系统中的某处发生一相接地时，就会造成接地相的电压降低，其他两相的电压升高，常此运行就可能使系统中的绝缘遭受损坏，也有进一步发展为事故的可能。 10KV供电系统是电力系统的一部分。它能否安全、稳定、可靠地运行，不但直接关系到企业用电的畅通，而且涉及到电力系统能否正常的运行。因此要全面地理解和执行地区电业部门的有关标准和规程以及相应的国家标准和规范。 由于10KV系统中包含着一次系统和二次系统。又由于一次系统比较简单、更为直观，在考虑和设置上较为容易；而二次系统相对较为复杂，并且二次系统包括了大量的继电保护装置、自动装置和二次回路。所谓继电保护装置就是在供电系统中用来对一次系统进行监视、测量、控制和保护，由继电器来组成的一套专门的自动装置。为了确保10KV供电系统的正常运行，必须正确的设置继电保护装置。1绪论1.1电力系统继电保护的作用电力系统由发电机、变压器、母线、输配电线路及用电设备组成，系统中各元件通过电或磁联系起来。电力系统运行过程中任一元件发生故障都会立即在不同程度上影响到系统的正常运行，造成对用户的停电或少送电，电能质量严重下降，设备的毁坏及系统运行稳定的破坏和瓦解等。在未有故障发生，电力系统处于异常运行状态时，例如过负荷，会使元件载流部分和绝缘材料的温度不断升高，加速绝缘的老化和损坏，极易发展为事故。电力工业的重要性和电力生产的连续性就要求在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性、防患于未然以外，还应采取有效措施，当电力系统异常运行时及时发出报警信号提醒运行人员及时处理，一旦发生故障时，准确而迅速地将故障元件切除，避免事故的延伸和扩大。这就要在电力系统的电气元件上装设自动保护装置。1.2继电保护的发展简史电力系统继电保护技术是随着电力系统的发展而发展的，是与对电力系统运行可靠性要求的不断提高密切相关的。熔断器就是最早出现的简单过电流保护，这种保护时至今日仍被广泛应用于低压线路和用电设备，其特点是融保护装置与切断故障装置于一体，最为简单直接。随着电力系统的发展，发电机的容量、用电设备的功率不断增大，电网接线不断复杂化，电力系统中正常工作电流和短路电流不断增大，单纯采用熔断器保护就难以实现选择性和快速性的要求。19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电磁型过电流继电器。20世纪初继电器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压与电流相比较的保护原理，导致了20世纪20年代初距离保护装置的出现。在1927年前后基于电力系统载波通信的发展，出现了利用高压输电线路上高频载波电流传送和比较输电线路两端功率方向和电流相位的高频保护装置。在20世纪50年代，微波中继通信开始应用于电力系统，继而出现了利用微波传送和比较输电线路两端故障电气量的微波保护。20世纪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，这些继电器都具有机械转动部件，统称为机电式继电器。由这些继电器组成的继电保护装置称为机电式保护装置。20世纪50年代出现了晶体管式继电保护装置。这种保护装置体积小，功率消耗小，动作速度快，无机械转动部分，称为电子式静态保护装置。由于晶体管易受电力系统中及外界电磁干扰，在当时晶体管继电保护装置的工作可靠性低于机电式保护装置，后来其抗干扰问题得到了满意的解决，使晶体管继电保护装置的正确动作率达到了和机电式保护装置同样的水平，于20世纪70年代在我国大量采用，满足了当时电力系统向超高压大容量发展方向的要求。随着集成电路技术的发展，20世纪80年代后期，静态继电保护从第一代晶体管式向第二代集成电路式过渡。在20世纪60年代末，就已提出用小型计算机实现继电保护的设想。但在当时计算机的质量和可靠性还不能满足要求，而且价格昂贵，难以实际采用。但由此开始了对计算机继电保护算法的开发和测试方面的研究，为后来的微型计算机式继电保护的发展奠定了理论基础。70年代初数字计算机首先在电力系统离线计算方面得到应用。1975年初英国GEC公司应用微处理机于变电所的控制和自动重合闸。1979年美国电气和电子工程学会（IEEE）的教育委员会组织了第一次世界性的计算机保护研究班，之后，世界各大继电器制造商先后推出了各种商业性微机保护装置。20世纪80年代微型计算机保护在硬件结构和软件技术方面已趋成熟，并已在一些国家推广应用。这是第三代的静态继电保护装置。我国在微机保护方面的研究工作起步较晚，但进展却很快。1984年国内第一套微机距离样机在河北马头电厂试运并通过鉴定，1986年国内第一台微机高压线路保护装置研制成功并投入试运行，现在新投入使用的高中压等级继电保护设备几乎均为微机继电保护产品。1.3继电保护的现状与发展趋势机电式继电保护所采用的元件、材料、结构形型式和制造工艺在过去的50余年里经历了重大的改进积累了丰富的运行经验，工作比较可靠，因而目前电力系统中仍在使用这种保护装置。但这种保护装置体积大，消耗功率大，动作速度慢，机械转动部分和触点容易磨损或粘连，调试维护比较复杂，不能完全满足当前超高压大容量电力系统的要求。微型计算机保护具有巨大的分析、计算和逻辑判断能力，可以用以实现任何性能完善且复杂的保护原理。计算机保护可连续不断地对本机的工作情况进行自检，其工作可靠性很高。利用计算机的可编程及通讯能力，计算机保护还可以提供在传统系统中无法实现的其他可能的优点，如用来实现故障录波、故障测距、事故顺序记录和调度计算机交换信息等功能，这对简化保护的调试、事故分析及事故后的处理都具有重大的意义。有一种观点可以被接受，制造继电保护装置在经济上和技术上最好的办法就是采用数字计算机实现。20世纪90年代以来，微型计算机保护系统在我国得到大量的应用。预计未来几年内，微型机保护将朝着通用性、网络化、动作过程透明化方向发展，并可以方便地与电子互感器、光学互感器实现连接。近几年由光纤技术的发展引起的传感器设计和通信系统的发展为行波继电保护和自适应继电保护的应用和发展提供了契机。早在20世纪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，由于行波现象涉及到相当高的频率成份，利用当今的技术，行波继电器不可能完全在数字计算机上实现，我们期待着模数转换（ADC）和处理器设计方面的发展来解决高频输入和必要的计算速度方面的问题，使行波继电保护技术得以广泛应用。自适应继电保护是在20世纪80年代提出的较新的研究课题。自适应保护可以定义为能够根据电力系统运行方式和故障状态的变化而实时改变保护性能、特性或定值的保护。这种理论关键的设想是对保护系统做某种改变来响应电力系统频繁的变化，设法使继电器的整定值在可能出现的各种电力系统情况下都正确，以显著改进保护性能。电力系统是一个复杂的系统，除正常运行方式的变化外，系统中还可能发生各种类型的故障，故障可能是瞬时的或永久的，故障又可能是金属性短路也可能是经过过渡电阻短路等，要适应电力系统的变化是十分困难的任务。在自适应保护中需要及时采集电力系统运行状态和故障过程的变化信息，及时分析并加以处理，从实质上说自适应保护是一个具有反馈的控制系统，它需要从远方获取大量的实时数据和中等数量的非实时数据，此时光纤通信线路是用于这种大量数据转换的唯一方便的媒介,显然高速通信和数据处理是行波继电保护和自适应继电保护的基本元件。另外，模糊理论、小波技术和波形特征等也为微型机保护提供了广阔的发展空间，随着科技的不断进步，由计算机继电保护的发展而推动并持续发展的保护系统必将得以实现并被大量应用。2 10KV变电所继电保护2.1 概述（1）变电站10kV进线保护段的构成：在离开变电站一定距离的架空线路上采用绝缘导线，以防止外界因素引起的短路事故；在每基电杆的三相绝缘子旁并联一只带外串联间隙金属氧化物避雷器，抑制工频续流起弧，使绝缘子导线免于雷击造成的断线故障。（2）10kv进线发生故障的故障点距变电站越远短路电流越小；短路点与变电站距离一定时，导线截面积越大短路电流越大；同塔线路回数越少短路电流越小。工程应用中可根据10kv进线的短路电流水平确定进线保护段长度，一般情况下直接采用12km。（3）对变电站10kv进线采用进线保护段前后的雷电侵入波过电压计算结果表明，引入进线保护段前后变压器遭受的雷电过电压水平无明显变化，不影响变电站的雷电侵入保护。在现有变电站10kv进线装设进线保护段时，杆塔接地电阻可按自然接地电阻考虑。（4）变电站10kv进线保护段可降低变压器遭受大短路电流冲击损坏的概率，且不影响变电站的雷电侵入波过电压水平，是提高电网可靠性的有效措施。2.2 对继电保护装置的基本要求对继电保护装置的基本要求有四点:选择性、灵敏性、速动性和可靠性。1)选择性。当供电系统中发生故障时,继电保护装置应能有选择性地将故障部分切除,也就是它应该首先断开距离故障点最近的断路器,以保证系统中其他非故障部分能继续正常运行。系统中的继电保护装置能满足上述要求的,就称为有选择性;否则就称为没有选择性。2)灵敏性。灵敏性系指继电保护装置对故障和异常工作状况的反映能力。在保护装置的保护范围内,不管短路点的位置如何,不论短路的性质怎样,保护装置均不应产生拒绝动作;但在保护区外发生故障时,又不应该产生错误动作。保护装置灵敏与否,一般用灵敏系数来衡量。保护装置的灵敏系数应根据不利的运行方式和故障类型进行计算。灵敏系数Km为被保护区发生短路时,流过保护安装处的最小短路电流Id.min与保护装置一次动作电流Idz的比值,即: （2.1）灵敏系数越高,则反映轻微故障的能力越强。各类保护装置灵敏系数的大小,根据保护装置的不同而不尽相同。对于多相保护,Idz取两相短路电流最小值Idz;对于10 kV不接地系统的单相短路保护,Idz取单相接地电容电流最小值Ic.min。3)速动性。速动性是指保护装置应能尽快地切除短路故障。缩短切除故障的时间,就可以减轻短路电流对电气设备的损坏程度,加快系统电压的恢复,从而为电气设备的自动启动创了有利条件,同时还提高了发电机并列运行的稳定性。4)可靠性。保护装置应能正确的动作,并随时处于准备状态。如不能满足可靠性的要求,保护装置反而成为了扩大事故或直接造成故障的根源。为确保保护装置动作的可靠性,要求保护装置的设计原理、整定计算、安装调试正确无误;同时要求组成保护装置的各元件的质量可靠,运行维护得当,系统应尽可能地简化有效,以提高保护的可靠性。2.3 不同类型的继电保护2.3.1 线路保护为了降低变压器遭受大短路电流冲击的概率，确定变电站10kv进线保护段的构成为：在离开变电站一定距离的架空线路上采用绝缘导线，可减少由树木、鸟类、积雪或施工等外部原因引起的架空线路短路故障，提高配电网的供电可靠性；在该段线路上每基电杆的三相绝缘子旁并联一只带外串联间隙金属氧化物避雷器，释放雷电过电压能量、抑制工频续流起弧，防止因雷击闪络引起的绝缘导线断线和相间短路等故障，如图所示：图2.1 10kv进线保护段示意图Fig.2.1 10kv line into the protection of the diagram其中主要有一下几种保护方法：（1）速断保护A，C二相中任何一相电流幅值大于整定值时，则速断保护动作。返回系数大于0.94， 保护可瞬时动作或带短延时。反映于电流增大而瞬时动作的电流保护。 整定按照躲开下一条线路出口处短路的条件，保护范围不能保护线路全长，且直接受系统运行方式变化的影响。 (2) 过流保护A,C二相中任何一相电流幅值大于整定值时，相应的定时器启动，返回系数大于0.94，当定时器时间大于整定时间时，保护动作。启动电流按照躲开最大负荷电流来整定，保护范围不但能够保护线路全长，也能保护相邻线路全长，起到后备保护的作用。(3) 重合闸及前加速和后加速重合闸的原因是考虑到有可能某一时刻的故障并不是永久性的故障，当电缆短路时速断保护使断路器动作， 同时重合闸功能启动， 在经过设定的时间之后， 合闸继电器发出合闸指令重合闸， 然后判断线路是否还有故障。 在非永久性故障的情况下， 重合闸后由于电缆分开了，没有短路，因此，线路恢复正常，而如果发生的是永久性故障，重合闸之后还会发生同样的故障，这样就能区分永久性故障和暂时性故障。后加速是指在重合闸之后如果线路上还存在故障， 就立刻跳闸， 并且是永久性跳闸,不再启动重合闸，前加速则是当线路上没有故障，也没有手动跳闸，也没有总控单元传来的跳闸命令时，而断路器却动作了， 在这种情况下必须马上合闸， 并指示保护单元内部有故障。(4) 单相接地保护在小电流接地的电力系统中，如果发生单相接地故障时， 只有很小的接地电容电流， 然而相间电压仍然是对称的，因此可暂时继续运行。 但是由于非故障相的对地电压要升高为原来对地电压的3 倍，所以仍有可能引起非故障相对地绝缘击穿而导致两相接地短路,并引起开关跳闸，线路停电。利用单相接地所产生的零序电流使保护装置动作，并给予信号。单相接地保护电流按躲过被保护线路最大非故障接地的线路电容电流。2.3.2变压器保护1)当配电变压器容量小于400 kVA时,一般采用高压熔断器保护;2)当配电变压器容量为400 kVA630 kVA,高压侧采用断路器时,应装设过电流保护,而当过流保护时限大于0.5 s时,还应装设电流速断保护;对于车间内油浸式配电变压器还应装设气体保护;3)当配电变压器容量为800 kVA及800 kVA以上时,应装设过电流保护,而当过流保护时限大于0.5 s时,还应装设电流速断保护;对于油浸式配电变压器还应装设气体保护;另外尚应装设温度保护。下面介绍几种常用的保护：(1) 差动保护主变的差动是主变的主保护，保护的范围是主变三侧（ 三圈式） 以内的区域， 在范围内的故障，由于电流方向发生了变化，会产生电流差流过差动继电器而动作。在高压侧的保护范围外发生短路，也会产生过电流，但不动作，因为电流的方向没有变化。在高压侧的保护范围外发生短路时，差动就不起作用，只有靠后备保护过流保护动作以保护变压器。根据基尔霍夫电流定律，把变压器看作 个大接点，正常运行时及外部故障时，流入变压器的电流等于流出的电流，变压器这个接点内没有电流，即差电流为零，保护不动作。当变压器内部故障时，各侧电流只有流入这个接点的电流（无源侧不提供短路电流），没有流出的电流，差电流为各侧提供的短路电流之和，保护动作。当变压器空投时，只有一侧有电流，这时靠二次谐波或利用其他原理保护闭锁。变压器的单相动作原理接线如图 ，保证在正常负荷情况下或外部短路故障时，通过继电器的电流等于两侧电流之差，即 Ikil=i1-i2如图（a）。当保护范围内发生故障时，通过继电器的电流等于两侧电流之和，即Ikil=i1+i2 ，如图（b）。图2.2 变压器单相动作原理图Fig.2.2 Transformer principle of single-phase action(2) 速断保护速断保护的作用是防御内部及外部引线的短路。电流速断保护应按躲过系统最大运行方式下变压器低压侧三相短路时，流过高压侧的短路电流配置。变压器电流速断保护的优点是接线简单。动作迅速，缺点是灵敏度低，往往满足不了要求。 (3) 过负荷保护变压器过负荷保护在大多数情况下都是三相对称的，故保护装置只采用个电流继电器接于一相上，并经过一定延时作用于信号来反映对称过负荷。过负荷保护的配置原则是应能反映变压器各侧绕组的过负荷情况。对于双绕组升压变压器，过负荷保护装于低压侧；而对于双绕组降压变压器，则装于高压侧；对于三绕组变压器， 若三侧绕组容量相同，过负荷保护装在电源侧；若三侧绕组容量不相同，则只有电源侧和绕组容量较小的一侧装设过负荷保护。 两侧电源的三相绕组降压变压器或联络变压器，三侧均装设过负荷保护5。2.3.3分段母线保护对于不并列运行的分段母线,应装设电流速断保护,但仅在断路器合闸的瞬间投入,合闸后自动解除;另外应装设过电流保护。如采用的是反时限过电流保护时,其瞬动部分应解除;对于负荷等级较低的配电所可不装设保护。过电流保护的作用是防御内部和外部相间短路及作后备保护。过电流保护按躲过可能出现的最大过负荷电流配置。其保护工作如下图：图2.3 过流保护电路图Fig.2.3 Overcurrent protection circuit(1)反时限过流保护继电保护的动作时间与短路电流的大小有关，短路电流越大，动作时间越短；短路电流越小，动作时间越长，这种保护就叫做反时限过电流保护。 继电器的构成 :反时限过电流保护是由GL-15(25)感应型继电器构成的。这种保护方式广泛应用于一般工矿企业中，感应型继电器兼有电磁式电流继电器(作为起动元件)、电磁式时间继电器(作为时限元件)、电磁式信号继电器(作为信号元件)和电磁式中间继电器(作为出口元件)的功能，用以实现反时限过电流保护；另外，它还有电磁速断元件的功能，又能同时实现电流速断保护。采用这种继电器,就可以采用交流操作，无须装设直流屏等设备；通过一种继电器还可以完成两种保护功能(体现了继电器的多功能性)，也可以大大简化继电保护装置。但这种继电器虽外部接线简单，但内部结构十分复杂，调试比较困难；在灵敏度和动作的准确性、速动性等方面也远不如电磁式继电器构成的继电保护装置。 反时限过电流保护的基本原理 :当供电线路发生相间短路时，感应型继电器KA1或(和)KA2达到整定的一定时限后动作，首先使其常开触点闭合，这时断路器的脱扣器YR1或(和)YR2因有KA1或(和)KA2的常闭触点分流(短路)，而无电流通过,故暂时不会动作。但接着KA1或(KA2)的常闭触点断开，因YR1或(和)YR2因“去分流”而通电动作，使断路器跳闸，同时继电器本身的信号掉牌掉下，给出信号。 在这里应予说明，在采用“去分流”跳闸的反时限过电流保护装置中，如继电器的常闭触点先断开而常开触点后闭合时，则会出现下列问题： 1）继电器在其常闭触点断开时即先失电返回，因此其常开触点不可能闭合，因此跳闸线圈也就不能通电跳闸； 2）继电器的常闭触点如先断开,CT的二次侧带负荷开路，将产生数千伏的高电压、比差角差增大、计量不准以及铁心发热有可能烧毁绝缘等，这是不允许的。 (2)定时限过流保护继电保护的动作时间与短路电流的大小无关，时间是恒定的，时间是靠时间继电器的整定来获得的。时间继电器在一定范围内是连续可调的，这种保护方式就称为定时限过电流保护。 定时限过电流保护是由电磁式时间继电器(作为时限元件)、电磁式中间继电器(作为出口元件)、电磁式电流继电器(作为起动元件)、电磁式信号继电器(作为信号元件)构成的。它一般采用直流操作，须设置直流屏。定时限过电流保护简单可靠、完全依靠选择动作时间来获得选择性，上、下级的选择性配合比较容易、时限由时间继电器根据计算后获取的参数来整定，动作的选择性能够保证、动作的灵敏性能够满足要求、整定调试比较准确和方便。这种保护方式一般应用在1035KV系统中比较重要的变配电所。定时限过电流保护的基本原理:10KV中性点不接地系统中，广泛采用的两相两继电器的定时限过电流保护的原理接线图。它是由两只电流互感器和两只电流继电器、一只时间继电器和一只信号继电元件)、电磁式电流继电器(作为起动元件)、电磁式信号继电器(作为信号元件)构成的。它一般采用直流操作，须设置直流屏。定时限过电流保护简单可靠、完全依靠选择动作时间来获得选择性，上、下级的选择性配合比较容易、时限由时间继电器根据计算后获取的参数来整定，动作的选择性能够保证、动作的灵敏性能够满足要求、整定调试比较准确和方便。这种保护方式一般应用在1035KV系统中比较重要的变配电所6。 当被保护线路只设有一套保护，且时间继电器的容量足大时，可用时间继电器的触点去直接接通跳闸回路，而省去出口中间继电器。 当被保护线路中发生短路故障时，电流互感器的一次电流急剧增加，其二次电流随之成比例的增大。当CT的二次电流大于电流继电器的起动值时，电流继电器动作。由于两只电流继电器的触点是并联的，故当任一电流继电器的触点闭合，都能接通时间继电器的线圈回路。这时，时间继电器就按照预先整定的时间动作使其接点吸合。这样，时间继电器的触点又接通了信号继电器和出口中间继电器的线圈，使其动作。出口中间继电器的触点接通了跳闸线圈回路，从而使被保护回路的断路器跳闸切断了故障回路，保证了非故障回路的继续运行。而信号继电器的动作使信号指示牌掉下并发出警报信号。由上不难看出，保护装置的动作时间只决定于时间继电器的预先整定的时间，而与被保护回路的短路电流大小无关，所以这种过电流保护称为定时限过电流保护。 (3) 零序电流保护电力系统中发电机或变压器的中性点运行方式，有中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点直接接地三种方式。10kV系统采用的是中性点不接地的运行方式。系统运行正常时，三相是对称的，三相对地间均匀分布有电容。在相电压作用下，每相都有一个超前900的电容电流流入地中。这三个电容电流数值相等、相位相差1200，其和为零.中性点电位为零。假设A相发生了一相金属性接地时，则A相对地电压为零，其他两相对地电压升高为线电压，三个线电压不变。这时对负荷的供电没有影响。按规程规定还可继续运行2h，而不必切断电路。这也是采用中性点不接地的主要优点。但其他两相电压升高，线路的绝缘受到考验、有发展为两点或多点接地的可能。应及时发出信号，通知值班人员进行处理。10kV中性点不接地系统中，当出现一相接地时，利用三相五铁心柱的电压互感器(PT)的开口三角形的开口两端有无零序电压来实现绝缘监察。它可以在PT柜上通过三块相电压表和一块线电压表(通过转换开关可观察三个线电压)看到“一低、两高、三不变”。接在开口三角形开口两端的过电压继电器动作，其常开接点接通信号继电器，并发出预告信号。采用这种装置比较简单，但不能立即发现接地点，因为只要网络中发生一相接地，则在同一电压等级的所有工矿企业的变电所母线上，均将出现零序电压，接有带绝缘监视电压互感器的电力用户都会发出预告信号。也就是说该装置没有选择性。为了查找接地点，需要电气人员按照预先制定的“拉路序位图，依次拉路查找，并随之合上未接地的回路，直到找到接地点为止。可以看出，这种方法费力、费时、安全性差，在某些情况下这样做还是不允许的。因此，这种装置存在一定的缺陷。当网络比较复杂、出线较多、可靠性要求高，采用绝缘监察装置是不能满足运行要求时，可采用零序电流保护装置。它是利用接地故障线路零序电流较非接地故障线路零序电流大的特点构成的一种保护装置。零序电流保护一般使用在有条件安装零序电流互感器的电缆线路或经电缆引出的架空线路上。当在电缆出线上安装零序电流互感器时，其一次侧为被保护电缆的三相导线，铁心套在电缆外，其二次侧接零序电流继电器。当正常运行或发生相间短路时，一次侧电流为零。二次侧只有因导线排列不对称而产生的不平衡电流。当发生一相接地时，零序电流反映到二次侧，并流入零序电流继电器，使其动作发出信号。在安装零序电流保护装置时，特别注意的一点是:电缆头的接地线必须穿过零序电流互感器的铁心。这是由于被保护电缆发生一相接地时，全靠穿过零序电流互感器铁心的电缆头接地线通过零序电流起作用的。否则互感器二次侧也就不能感应出电流，因而继电器也就不可能动作。不难理解，当某一条线路上发生一相接地时，非接地线路上的零序电流为本身的零序电流。因此，为了保证动作的选择性，在整定时，保护装置的启动电流Iop(E)应大于本线路的电容电流，即: ( 2.2 )式中保护装置的启动电流:一可靠系数，如无延时，考虑到不稳定间歇性电弧所发生的振荡涌流时，取45:如延时为0.55时，则取1.52; 相电压值; 被保护线路每相的对地电容:被保护线路的总电容电流。按上式整定后，还需校验在本线路上发生一相接地时的灵敏系数凡，由于流经接地线路上的零序电流为全网络中非接地线路电容电流的总和，可用表示，因此灵敏系数为: ( 2.3 )上式可改写成: ( 2.4)式中Cs同一电压等级网络中，各元件每相对地电容之和;与相对应的对地电容电流之和。对电缆线路取大于或等于1.25;架空线路取1.5;对于架空线路，由于没有特制的零序电流互感器，如欲安装零序电流保护，可把三相三只电流互感器的同名端并联在一起，构成零序电流过滤器，再接上零序电流继电器。其动作电流整定值中，要考虑零序电流过滤器中不平衡电流的影响。2.4防雷保护防雷是一个重要的措施变电所防雷保护是一个系统工程，它由3个子系统即三道防线组成7：第一道防线，即第一子系统的作用是防止雷直击变电所电力设备。雷击是无法阻止的，只能通过拦截导引改变其入地路径。好的设计和建设，能避免破坏性后果。这道防线由拦截受雷（接闪）、引流、接地散流防护系统组成。接闪器有避雷针（线），小变电所大多采用独立避雷针，大变电所大多在变电所架构上采用避雷针或避雷线，或这两者结合，对引流线和接地装置都有严格的要求。事实上，避雷针（线）的拦截雷效应，即对被保护物的保护作用（保护范围），与雷电极性、雷电通道电荷分布、空间电荷分布、先导头部电位、放电定位高度、避雷针的数量和高度、被保护物的高度以及相互之间的位置、当时的大气条件和地理条件等因素有关。一般地说，地理条件（包括地貌和地质结构）影响雷击先导阶段电场分布，从而影响到主放电的发展；大气条件的影响是空气湿度和温度愈高，避雷针（线）保护效果就愈小；还有，雷电流幅值（或放电定位高度）愈大，避雷针（线）拦截雷范围就愈大，也即是保护范围愈大。拦截雷的避雷针保护范围与这么多因素有关，而且这些因素中许多是随机性的，能完全免遭雷击的避雷针（线）绝对保护范围是没有的。所谓保护范围是指被保护物在此空间范围内遭受雷击的概率在可接受值之内。各种文件规定的不同保护范围只是允许遭受雷击的概率不同而已。美国推荐性的IEEEstd 1421991中第3331节介绍：计算避雷针保护范围时采用滚球半径（即雷击半径）为30 m，大约保护范围内雷击概率为01，采用45 m，大约为05。企图从一些很不够的条件和参数开发定量求出避雷针（线）不同保护范围绕击率的计算方法，如电气几何击距法，滚球法，抛球法等，都是积极的、有益的。但迄今为止，这些方法算出的避雷针（线）在不同保护范围时的绕击率都是定性的，定量是不可信的。正如前述，避雷针（线）保护范围受很多因素影响，其中一些因素的影响至今无法定量。这些方法中应用的一个关键参数，如电气几何击距法中的击距、滚球法和抛球法中的球半径，定性上是随着雷电流增大而增大，定量就难了。至今，人们还不知击距或球半径3060 m的长空气隙击穿电压值，不讨论实验室空气间隙放电是否逼真自然雷击放电。至今世界上最大实验室做的最长的雷电冲击波空气间隙放电距离也只有10 m左右，将其向外延长用到3060 m或以上，有的按3 kVcm，有的按5 kVcm推算，得出了很多在同一雷电流下不同击距或球半径的计算公式，这是必然结果。同时，从实验室雷电冲击波10 m左右空气间障放电电压值，外延用于确定3060 m或以上的自然雷击放电电压值，令人难以置信。此外电气几何击距法、滚球法、抛球法的一个共同特点是谁距离短就击谁，也与实验室获得的放电现象不符合，放电有分散性和曲折多分支路，并不一定击中距离短的物体。鉴于上述理由，电力行业标准DLT 6201997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合，关于避雷针（线）的保护范围仍沿用过去方法。统计我国4 272变电所运行年的经验，表明按这种方法计算的保护范围绕击率为007次100所a5，这是可以接受的，没有必要改变，否则会造成混乱和浪费。变电所现行的直击雷防护的可靠性，比沿架空输电线路导线侵入的雷电防护高10倍以上。变电所的危险主要来自沿架空输电线路导线上的侵入波。第二道防线，即第二子系统为进线保护段。雷击进线保护段首端及以外时，绝大部分雷电流被引入地中，只有很小部分的雷电流沿架空线路导线侵入变电所。雷电波沿架空线路导线传播时，受冲击电晕和大地效应影响而衰减，能降到变电所电气装置绝缘强度的允许值。变电所的主要危险是来自进线保护段之内的架空线路遭雷击，反击导线或绕击导线产生雷电侵入波，因此进线段又称危险段。加强进线段防雷保护是十分重要的，要求避雷线具有很好的屏蔽和较高的耐雷水平。不管如何，反击和绕击仍是可能的。因此，变电所设防（第三道防线）要求的进线保护段（危险段）愈短愈好，这样允许侵入波的陡度和幅值较大。第三道防线，即第三子系统期望将侵入变电所的雷电波降低到电气装置绝缘强度允许值以内。我国主要是采用金属氧化物避雷器（MOA），西方国家除用MOA外，还在所有电气装置上安装空气间隙，在MOA失效后空气间隙可作为后备保护。由这三个子系统的三道防线构成一个完整的变电所防雷保护系统。这三道防线各负其责，缺一不可，不存在谁替代谁的问题。只是视具体情况不同，哪一道防线设置保护元件多少不同而已。现在市场上的各种防雷保护装置，实际上只是整个防雷保护系统中的一个保护元件，只起某一方面的保护作用，那种把这三道防线割裂开来，孤立设置的方法是错误的。三道防线之间关系密切，互相影响，尤其是二、三道防线之间，若第三道防线能力强，可缩短第二道防线危险段的长度，提高变电所耐雷可靠性；若第二道防线能力很强，可以减轻第三道防线负担，变电所耐雷可靠性将得到提高。结论：（1）变电所发生的雷电过电压是随机的，是具有统计性的概率分布的。因此，其防雷保护，不应全国“一刀切”。业主和设计者应因地制宜地对变电所设防，因设防不当，造成不应有的损失（包括设防浪费和事故损失），应由主事者负全责，“标准”不应当“替罪羊”。（2）变电所防雷保护是一个系统工程，由三个子系统即三道防线组成。这三道防线各负其责，缺一不可，不存在谁替代谁的问题。三道防线之间，关系密切，互相影响，不应割裂开来，孤立设置。（3）电力变压器绕组各侧选用WGMOA的In等级应相同，设防耐雷可靠性应一致。（4）选用沿架空输电线路导线侵入变电所的雷电波陡度和幅值，即WGMOA至被保护物之间的最大允许电气距离，应因地制宜，不应全国“一刀切”。 3 10 kV线路保护的整定10 kV配电线路结构复杂，有的是用户专线，只接一两个用户，类似于输电线路；有的呈放射状，几十台甚至上百台变压器T接于同一条线路的各个分支上；有的线路短到几十米，有的线路长到几十千米；有的线路上配电变压器容量很小，最大不超过100 kVA，有的线路上却达几千千伏安的变压器；有的线路上设有开关站或用户变电站，还有多座并网小水电站等。有的线路属于最末级保护。陕西省镇安电网中运行的35 kV变电站共有7座，主变压器10台，总容量45.65 MVA；35 kV线路8条，总长度135 km；10 kV线路36条，总长度1240 km；并网的小水电站41座（21条上网线路），总装机容量17020 kW8。3.1 10kV线路的具体问题对于输电线路而言，一般无T接负荷，至多T接一、两个集中负荷。因此，利用规范的保护整定计算方法，各种情况都能够计算，一般均满足要求。但对于10 kV配电线路，由于以上所述的特点，在设计、整定、运行中会碰到一些具体问题，整定计算时需做一些具体的、特殊的考虑，以满足保护的要求。3.1.1 保护整定应考虑系统运行方式按城市电力网规划设计导则，为了取得合理的经济效益，城网各级电压的短路容量应该从网络的设计、电压等级、变压器的容量、阻抗的选择、运行方式等方面进行控制，使各级电压下断路器的开断电流以及设备的动热稳定电流得到配合，该导则推荐10kV短路电流Ik16kA。系统最大运行方式，流过保护装置短路电流最大的运行方式（由系统阻抗最小的电源供电）。系统最小运行方式，流过保护装置短路电流最小的运行方式（由系统阻抗最大的电源供电）。在无110 kV系统阻抗资料的情况时，由于335 kV系统容量与110 kV系统比较，相对较小，其各元件阻抗相对较大，则可近似认为110 kV系统容量为无穷大，对实际计算结果没有多大影响。选取基准容量=100 MVA，10 kV基准电压=10.5kV，10 kV基准电流=5.5 kA，10 kV基准阻抗=1.103。3.1.2整定计算方案10kV配电线路的保护，一般采用瞬时电流速断（段）、定时限过电流（III段）及三相一次重合闸构成。特殊线路结构或特殊负荷线路保护，不能满足要求时，可考虑增加其它保护，如保护段、电流电压速断、电压闭锁过电流、电压闭锁方向过电流等。现针对一般保护配置进行分析。(1) 瞬时电流速断保护由于10 kV线路一般为多级保护的最末级，或最末级用户变电站保护的上一级保护。所以，在整定计算中，定值计算偏重灵敏性，对有用户变电站的线路，选择性靠重合闸来纠正。分为两种类型进行整定计算。放射状类型：按躲过本线路末端（主要考虑主干线）最大三相短路电流整定。时限整定为0 s（保护装置只有固有动作时间无人为延时）。专线类型：按躲过线路上配电变压器低压侧出口最大三相短路电流整定。时限整定为0 s（保护装置只有固有动作时间无人为延时）。特殊问题的解决如下。当线路很短时，最小方式时无保护区；或下一级为重要的用户变电站时，可将速断保护改为限时电流速断保护。动作电流与下级电流速断保护配合（即取1.1倍的下级保护最大速断值），动作时限较下级电流速断大一个时间级差，此种情况在城区较常见，在新建变电站或改造变电站时，建议保护配置采用微机保护，这样改变保护方式就非常容易。在无法采用其它保护的情况下，可依靠重合闸来保证选择性。当线路较长且较规则，线路上用户较少，可采用躲过线路末端最大三相短路电流整定。此种情况一般能同时保证选择性与灵敏性，按放射状类型整定。对于多条线路重叠故障，引起主变压器断路器越级跳闸时，按常规，在继电保护整定计算中是不考虑重叠故障的，但可采用加装瞬时电流速断保护，一般可整定于0 s动作，使线路故障在尽可能短的时限内切除；在上下级保护时限配合可能的情况下，适当调整10 kV线路过电流保护与主变压器过电流保护的时限级差，以使主变压器过电流保护有足够的返回时间。对于10 kV开关站进线保护，其速断保护按所有出现的最大一台变压器速断保护相配合（带延时）。双侧电源线路的方向电流速断保护定值，应按躲过本线路末端最大三相短路电流整定；无方向的电流速断保护定值应按躲过本线路两侧母线最大三相短路电流整定。对双回线路，应以单回运行作为计算的运行方式；对环网线路，应以开环方式作为计算的运行方式。单侧电源线路的电流速断保护定值，按双侧电源线路的方向电流速断保护的方法整定。对于接入供电变压器的终端线路（含T接供电变压器或供电线路），如变压器装有差动保护，线路电流速断保护定值，允许按躲过变压器低压侧母线三相最大短路电流整定。如变压器以电流速断作为主保护，则线路电流速