110kV电力系统继电保护设计

毕业论文摘 要由于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新的活力。未来继电保护的发展趋势是向计算化，网络化及保护，控制，测量，数据通信一体化智能化发展。本次毕业设计的主要内容是110kV电力系统继电保护的配置，并依据继电保护配置原理，对所选择的保护进行整定和灵敏性校验，确定方案中的保护。计算系统的标幺值、短路电流，确定运行方式；确定各种设备的保护配置，包括变压器、母线、输电线、发电机等的保护配置。其中变压器保护主保护采用纵联差动保护和瓦斯保护，两者结合做到优势互补。后备保护是复合电压启动过电流保护。分析母线保护保护原理，采用了完全电流差动保护，简单可靠。关键词：继电保护，标幺值，短路电流AbstractAs the rapid development of power system relay protection have made new demands, electronic technology, computer technology and communication technology for the rapid development of relay technology has been to inject new vitality. The future development trend is to relay computing, networking and protection, control, measurement, data communications integrated intelligent development. This graduation design is the main content of the configuration of 110kV power system protection and relay protection based on the principle of the conservation of the selected setting and sensitivity check to determine the programs protection. Per unit value of computing systems, short-circuit current, determined operation mode; determine the protection of various equipment configurations, including transformers, busbars, transmission lines, generators and other protection configuration. One main protection transformer protection using differential protection and gas protection, a combination of both to achieve complementarity. Backup protection is complex voltage start over-current protection. Protection of busbar protection principle, using the full current differential protection, simple and reliable. Keywords: Relay protection, per unit value, short-circuit currentIII目 录前 言11 方案比较22 确定运行方式42.1 标幺值计算42.2 短路电流计算52.3 确定运行方式183 短路计算203.1 各种运行方式下各线路电流计算203.2 各输电线路两相短路和三相短路电流计算214 继电保护的配置234.1 继电保护的基本知234.2 变压器的保护配置254.2.1 变压器配置254.2.2 保护配置的整定294.3 母线的保护配置324.3.1 保护配置的原理324.3.2 电流差动保护配置的整定364.4 输电线路保护配置374.4.1 保护配置的原理374.4.2 保护配置的整定384.5 发电机保护配置454.5.1 保护配置的原理454.5.2 保护配置的整定46结 论48致 谢49参考文献5051前 言电力系统继电保护作为电气工程及其自动化专业的一门主要课程,主要包括课堂讲学、课程设计等几个主要部分。电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。而发电厂正是把其他形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量。在输送电能的过程中,电力系统希望线路有比较好的可靠性,因此在电力系统受到外界干扰时,保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作,从而切断故障点极大限度的降低电力系统供电范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。本次毕业设计共分七章，第三、四章是计算系统的标幺值、短路电流，确定运行方式；第五章是各种设备的保护配置，包括变压器、母线、输电线、发电机等的保护配置。其中变压器保护主保护采用纵联差动保护和瓦斯保护，两者结合做到优势互补。后备保护是复合电压启动过电流保护。母线保护包括保护原理分析，采用了完全电流差动保护，简单可靠。由于编者水平有限，设计之中难免有些缺陷或错误，望批评指正。1 方案比较 本次毕业设计的主要内容是对110kV电力系统继电保护的配置。可跟据继电保护配置原理，先选择两套保护方案，通过比较后认可其中的一套方案，再对这套方案中的保护进行确定性的整定计算和灵敏性校验，看看它们是否能满足要求，如果能满足便可以采用，如果不能满足则需要重新选择，重新整定和校验。 确定两个初始方案如下：方案1：保护对象主保护后备保护变压器纵联差动保护、瓦斯保护复合电压启动过电流保护、过负荷保护母线电流相位比较式母线差动保护无输电线路距离、保护零序电流、保护发电机纵联差动保护定子绕组接地保护方案2：保护对象主保护后备保护变压器电流速断保护、瓦斯保护复合电压启动过电流保护、零序电流保护母线电流相位比较式母线差动保护无输电线路距离、保护 零序电流、保护发电机纵联差动保护定子绕组接地保护对于变压器而言，它的主保护可以采用最常见的纵联差动保护和瓦斯保护，用两者的结合来做到优势互补。变压器差动保护通常采用三侧电流差动，其中高电压侧电流引自高压熔断器处的电流互感器，中低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器，这样使差动保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域，从而可以更好地反映这些区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障。考虑到与发电机的保护配合，所以我们用纵联差动保护作为变压器的主保护，不考虑用电流速断保护。瓦斯保护主要用来保护变压器的内部故障，它由于一方面简单，灵敏，经济；另一方面动作速度慢，且仅能反映变压器油箱内部故障，就注定了它只有与差动保护配合使用才能做到优势互补，效果更佳。后备保护首先可以采用复合低电压启动过电流保护，这主要是考虑到低电压启动的过电流保护中的低电压继电器灵敏系数不够高。由于发电机-变压器组中发电机才用了定子绕组接地保护，所以，变压器不采用零序电流保护。110kV侧的母线接线可以采用完全电流差动保护，简单，可靠也经济。对于110kV侧的输电线路，可以直接考虑用距离保护，因为在电压等级高的复杂网络中，电流保护很难满足选择性，灵敏性以及快速切除故障的要求，因此这个距离保护也选择得合理，同时由于它的电压等级较高，我们还应该考虑给它一个接地故障保护，先选择零序电流保护，因为当中性点直接接地的电网(又称大接地电流系统)中发生短路时,将出现很大的零序电流,而在正常运行情况下它们是不存在的。因此,利用零序电流来构成接地短路的保护,就有显著的优点。发电机则采用纵联差动保护作为主保护，定子绕组接地保护作为后备保护。综上所述，方案1比较合理，方案1保护作为设计的初始保护，在后续章节对这些保护进行整定与校验，是否符合设计要求。2 确定运行方式2.1 标幺值计算 本次设计中取=100MVA, ,系统用一个无限大功率电流代表，它到母线的电抗标幺值。 各元件的电抗标幺值计算如下： 变压器B1 变压器B2的各绕组短路电压分别为： 所以，变压器B2的电抗值为 变压器B3 变压器B4 线路L1 线路L2 线路L3 线路L4 所以，110kV电力系统继电保护的等值网络如图2-1所示。SCAF1F2B2B4B3L1L2L3L4B11/0.12516/0.3311/0.1712/0.09913/0.204/0.332/0.528/0.5258/0.5255/0.673/0.526/0.40 图2-1 110kV电力系统等值网络图2.2 短路电流计算110kV电力系统正常运行时，发电机存在三种运行情况，即：两台发电机同时运行、一台发电机退出运行另一台单独运行和两台同时运行；变压器有两种运行方式，即：一台变压器退出另一台变压器单独运行和两台变压器同时运行。下面分别分析各种情况下系统运行时的转移电抗，计算电抗和短路电流。（一）两台发电机同时运行，变压器B1、B2、B3、B4同时投入运行。 进行网络化简： 将x10、x12和x13组成的三角形电路化简为由x18、x19和x20组成的星形电路，计算如下： 1/0.12510/0.3312/0.09913/0.2016/0.217/0.26Af1f2f3CBSF 系统的等值化简网络如图2-2所示。1/0.12518/0.052219/0.1027/0.09977f1f2f320/0.03117/0.26 2-2 系统的等值化简网络图转移电抗和计算电抗计算当发生短路时 =0.18 所以，点发生短路时的等值网络如图2-3所示。Sf1P图2-3 点发生短路时的等值网络图系统S对短路点的计算电抗为： 发电机F1、F2对短路点的计算电抗为： 当发生短路时 = =0.21所以，点发生短路时的等值网络如图2-4所示。QFf2图2-4 点发生短路时的等值网络图系统S对短路点的计算电抗为： 发电机F1、F2对短路点的计算电抗为： 当发生短路时 所以，点发生短路时的等值网络如图2-5所示。333f3fSP图2-5 点发生短路时的等值网络图S点对的转移电抗为： F点对的转移电抗为为： 化简的等值网络如图2-6所示。17/0.26图2-6 化简的等值网络图系统S对短路点的计算电抗为： 发电机F1、F2对短路点的计算电抗为： （二）发电机F1停运F2运行时，系统的等值网络如图2-7所示。图2-7 系统的等值网络图 进行网络化简： =0.0997 系统的等值化简网络如图2-8所示。1/0.12519/0.1016/0.2f1f2f320/0.03117/0.2618/0.052图2-8 系统的等值化简网络图转移电抗和计算电抗计算 当发生短路时 = =0.178 所以，点发生短路时的等值网络如图2-9所示。Sf1P图2-9 点发生短路时的等值网络图系统S对短路点的计算电抗为： 发电机F1、F2对短路点的计算电抗为： 当发生短路时 = =0.21所以，点发生短路时的等值网络如图2-10所示。QF2图2-10 点发生短路时的等值网络图系统S对短路点的计算电抗为： 发电机F1、F2对短路点的计算电抗为： 当发生短路时 S点对的转移电抗为： F2点对的转移电抗为： 化简的等值网络如图2-11所示：F330/0.17731/0.199717/0.2620/0.031图2-11 化简的等值网络图系统S对短路点的计算电抗为： 发电机F1、F2对短路点的计算电抗为： （三）线路L1处开环运行时，系统的等值网络如图2-12所示。1/0.13513/0.2018/0.12f1f2f317/0.2612/0.099图2-12 系统的等值网络图转移电抗和计算电抗计算 当发生短路时，F点对的转移电抗为： =0.54 SF1/0.13534/0.54f1 所以，点发生短路时的等值网络如图2-13所示。图2-13 点发生短路时的等值网络图系统S对短路点的计算电抗为： 发电机F1、F2对短路点的计算电抗为： 当发生短路时，S点对的转移电抗为： =0.614所以，点发生短路时的等值网络如图2-14所示。SF35/0.61416/0.12f2图2-14 点发生短路时的等值网络图系统S对短路点的计算电抗为： 发电机、对短路点的计算电抗为： 当f3发生短路时，S点对的转移电抗为： F2点对的转移电抗为： 系统S对短路点的计算电抗为： 发电机、对短路点的计算电抗为： SB1/0.125f110/0.33f222/0.2113/0.2017/0.26f3（四）线路L3处开环运行时，系统的等值网络如图2-15所示。图2-15 系统的等值网络图转移电抗和计算电抗计算当发生短路时，F点对的转移电抗为： 所以，点发生短路时的等值网络如图2-16所示。SF1/0.13536/0.45f1图2-16 点发生短路时的等值网络图系统S对短路点的计算电抗为： 发电机F1、F2对短路点的计算电抗为： 当发生短路时，等值网络如图2-17所示。SF37/0.46516/0.12f2图2-17 等值网络图系统S对短路点的计算电抗为： 发电机F1、F2对短路点的计算电抗为： 当发生短路时，系统S对短路点的计算电抗为： 发电机、对短路点的计算电抗为： （五）线路L4处开环运行时，系统的等值网络如图2-18所示。图2-18 系统的等值网络图转移电抗和计算电抗计算 当发生短路时，等值网络如图2-19所示。SF1/0.13540/0.45f1图2-19 等值网络图系统S对短路点的计算电抗为： 发电机F1、F2对短路点的计算电抗为： 当发生短路时，S点对的转移电抗为： =0.787 发生短路时，等值网络如图2-20所示。SF41/0.78716/0.12f2图2-20 等值网络图系统S对短路点的计算电抗为： 发电机F1、F2对短路点的计算电抗为： 当发生短路时，等值网络如图2-21所示。FS42/0.26443/0.87917/0.26f3B 图2-21 等值网络图系统S对短路点的计算电抗为： 发电机F1、F2对短路点的计算电抗为： 2.3 确定运行方式由2.2节的计算过程，统计系统各短路点短路时的短路电流如表2-1。表2-1 各短路点短路时的电流总结表运行方式处短路时的短路电流/kA处短路时的短路电流/kA处短路时的短路电流/kA两台发电机同时运行14.2713.9014.13一台变压器停运，另一台变压器单独工作12.16713.7926.80线路L1处开环运行31.9613.6313.96线路L3处开环运行13.9313.7613.78线路L4处开环运行13.9213.7311.31综上所述：系统S侧（处短路时）的最大运行方式为：线路L1处开环运行。最小运行方式为：当一台发电机停运，另一台单独工作时。发电机-变压器侧（处短路时）的最大运行方式为：两台变压器同时运行时。最小运行方式为：线路L1处开环运行。变压器侧（处短路时）的最大运行方式为：当一台发电机停运，另一台单独工作时。最小运行方式为：线路L4处开环运行。3 短路计算3.1 各种运行方式下各线路电流计算由图2-17可知，系统S对短路点的转移电抗为： 系统折算到110kV的最小阻抗为： 由图2-20可知，系统S对短路点的转移电抗为：=0.135 系统折算到110kV的最小阻抗为： 输电线路L1长为100kM，（输电线路电阻率为0.4/kM） 短路电流为： 同理，根据已知条件得： 输电线路L2短路电流为： 输电线路L3短路电流为： 输电线路L4短路电流为： 3.2 各输电线路两相短路和三相短路电流计算（一）各输电线路在最小运行方式下的两相和三相短路电流系统电抗 发电机电抗 =0.13 各输电线路三相短路电流为：输电线路L1三相短路电流为： =同理可得，输电线路L2三相短路电流为： 输电线路L3三相短路电流为： 输电线路L4三相短路电流为： 各输电线路两相短路电流为：输电线路L1两相短路电流为： 输电线路L2两相短路电流为： 输电线路L3两相短路电流为： 输电线路L4两相短路电流为： （二）各输电线路在最大运行方式下的三相短路电流 输电线路L1三相短路电流为： 同理可得，输电线路L2三相短路电流为： 输电线路L3三相短路电流为： 输电线路L4三相短路电流为： 4 继电保护的配置4.1 继电保护的基本知识电力工业是国民经济的基础，是重要的支柱产业。它与国家的兴盛和人民的安康有着密切的关系，因此，电力产品应该是安全、可靠、经济、优质的能源产品。随着国民经济的飞速发展，电力系统的规模越来越大，结构越来越复杂。在整个电力生产过程中，由于人为因素或大自然的原因，会发生这样那样的故障和发现不正常的运行状态。一旦发生故障即会发生如下后果：（1） 数值很大的短路电流通过短路点会燃起电弧故障设备烧坏，烧毁。（2） 短路电流通过故障设备和非故障设备时会发热并产生电动力作用，使设备受到机械性损坏和绝缘损伤以至缩短设备使用寿命。（3） 电力系统中电压下降，使大量用户的正常工作遭受破坏或产生废品。（4） 破坏电力系统各发电厂之间并列运行的稳定性，导致事故扩大，甚至造成整个系统瓦解，瘫痪。对于电力系统运行中存在的这些故障隐患，要积极采取一些预防性措施，如提高设备质量，增加可靠性和延长使用寿命。而从运行管理角度出发，应提高从业人员的安全意识和增强责任心，提高科学管理水平，增强安全措施以尽量减少事故的发生。对于不可抗拒的事故发生应做到及时发现，并迅速有选择性地切除故障组件，隔离故障范围，以保证系统非故障部分的安全稳定运行，尽可能减少停电范围，保护设备安全。继电保护是一种能反应电力系统故障和不正常状态，并及时动作于断路器跳闸或发出信号的自动化设备。继电保护一词是指继电保护技术或由各种继电保护装置单元组成的继电保护系统。其任务是: (1)当电力系统中某电气元件发生故障时,能自动,迅速,有选择地将故障元件从电力系统中切除,避免故障元件继续遭到破坏,使非故障元件迅速恢复正常运行。(2)当电力系统中某电气元件出现不正常运行状态时,能及时反应并根据运行维护的条件发出信号或跳闸。继电保护装置的基本原理:我们知道在电力系统发生短路故障时,许多参量比正常时候都了变化，当然有的变化可能明显，有的不够明显，而变化明显的参量就适合用来作为保护的判据，构成保护。比如：根据短路电流较正常电流升高的特点，可构成过电流保护；利用短路时母线电压降低的特点可构成低电压保护；利用短路时线路始端测量阻抗降低可构成距离保护；利用电压与电流之间相位差的改变可构成方向保护。除此之外，根据线路内部短路时，两侧电流相位差变化可以构成差动原理的保护。当然还可以根据非电气量的变化来构成某些保护，如反应变压器油在故障时分解产生的气体而构成的气体保护。原则上说：只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征（差别），即可形成某种判据，从而构成某种原理的保护，且差别越明显，保护性能越好。继电保护装置的组成： 任何一套保护都是由三部分组成：1、测量部分：对输入量与整定值进行比较,根据比较结果，给出“是”、“非”性质的逻辑信号，判断保护是否应该起动。 2、逻辑部分：根据测量部分逻辑状态，使保护按一定逻辑关系工作。 3、执行部分：根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置承担的任务。 对继电保护的基本要求：选择性：是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量减小停电范围。速动性：是指保护快速切除故障的性能，故障切除的时间包括继电保护动作时间和断路器的跳闸时间。灵敏性：是指保护装置对其保护区内发生故障或异常运行状态的反应能力。可靠性：保护装置在规定的保护区内发生故障不拒动，区外故障不误动。（该动作时不拒动、不该动作时不误动）经济性：是指继电保护方式除应满足上述的要求外，还应该考虑经济条件。4.2 变压器的保护配置4.2.1 变压器配置（一）纵联差动保护本次设计所采用的变压器型号均分别为：SDL-31500/110、SFSL-31500/110、SFL-20000/110、SFL-20000/110。对于这种大型变压器而言，它都必需装设单独的变压器差动保护，这是因为变压器差动保护通常采用三侧电流差动，其中高电压侧电流引自高压熔断器处的电流互感器，中低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器，这样使差动保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域，从而可以更好地反映这些区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障。所以我们用纵联差动保护作为两台变压器的主保护，其接线原理图如图5.1所示。正常情况下, 即： （变压器变比） 所以这时Ir=0，实际上，由于电流继电器接线方式，变压器励磁电流，变比误差等影响导致不平衡电流的产生，故Ir不等于0 ，针对不平衡电流产生的原因不同可以采取相应的措施来减小。尽管纵联差动保护有很多其它保护不具备的优点，但当大型变压器内部产生严重漏油或匝数很少的匝间短路故障以及绕组断线故障时，纵联差动保护不能动作，这时我们还需对变压器装设另外一个主保护瓦斯保护。图4-1 纵联差动保护原理示意图（二）瓦斯保护瓦斯保护是变压器内部故障的主要保护元件，对变压器匝间和层间短路、铁芯故障、套管内部故障、绕组内部断线及绝缘劣化和油面下降等故障均能灵敏动作。当油浸式变压器的内部发生故障时，由于电弧将使绝缘材料分解并产生大量的气体，从油箱向油枕流动，其强烈程度随故障的严重程度不同而不同，反应这种气流与油流而动作的保护称为瓦斯保护，也叫气体保护。(1)瓦斯保护的工作原理：当变压器内部发生轻微故障时，有轻瓦斯产生，瓦斯继电器KG的上触点闭合，作用于预告信号；当发生严重故障时，重瓦斯冲出，瓦斯继电器的下触点闭合，经中间继电器KC作用于信号继电器KS，发出警报信号，同时断路器跳闸。瓦斯继电器的下触点闭合，也可利用切换片XB切换位置，只给出报警信号。(2)瓦斯保护的整定： 瓦斯保护有重瓦斯和轻瓦斯之分，它们装设于油箱与油枕之间的连接导管上。其中轻瓦斯按气体容积进行整定，整定范围为：250300cm3,一般整定在250cm3 。重瓦斯按油流速度进行整定，整定范围为：0.61.5m/s,一般整定在1m/s 。瓦斯保护原理如图4-2所示。图4-2 瓦斯保护原理示意图（三）复合电压启动的过流保护由于这种保护可以获得比一般过流保护更高的灵敏性，所以实践中它常用来作厂变内部及低分支外部相间短路故障的后备保护，这里我也用来作为变压器的后备保护，它是由负序过电压元件、低电压元件、过流元件及时间元件构成，其中负序过电压元件与低电压元件构成复合电压启动元件，其保护原理接线图如图4-3所示。复合电压过流保护的输入电流取高压侧电流,为保证选择性,复合电压启动元件需要配置两套,输入电压分别取自厂变低压侧两个支上的电压。 保护采用两段延时出口。 以A分支为例: 若发生相间不对称短路故障,”U2”元件启动,常闭触点断开,使”U”元件短时启动, ”U”元件返回后,因”U”元件返回电压较高,只要相间残压不高于返回电压, ”U”已经动作,先按I段延时”U”元件t1跳开A厂用分支断路器,若故障不能消除,再按段延时t2动作于解列灭磁。图4-3 复合电压启动的过流保护原理接线图4.2.2 保护配置的整定（一）纵联差动保护整定 对于本次设计来说，变压器的主保护有纵联差动保护和瓦斯保护，其中瓦斯保护一般不需要进行整定计算，所以仅对纵联差动保护进行整定如下： (1)避越变压器的励磁涌流： 其中为可靠系数，取1.3，而为变压器的额定电流。(2)避越外部短路时的最大不平衡电流： =其中Ktx为电流互感器同型系数，型号相同时取0.5，型号不同时取1，这里为避免以后更换设备的方便故取1；为非周期分量引起的误差，取1；建议采用中间值0.05；取0.1； 为变压器外部最大运行方式下的三相短路电流，由前面的计算结果知=995。(3)躲过电流互感器二次回路断线的最大负荷电流： 而保护基本侧的动作电流取： (4)确定差动继电器的动作电流和基本侧差动线圈的匝数： 差动继电器的动作电流： 其中为电流互感器的一次侧额定电流； 为电流互感器的二次额定电流。差动线圈匝数： 实际整定匝数选用： 所以继电器的实际动作电流为： 保护装置的实际动作电流为： 变压器差动保护参数计算结果如下表4-1：变压器额定电压/kV110110110110额定电流 Ie/A互感器的接线方式Ddyy互感器的计算变比互感器的选择变比100/5100/5400/5400/5电流互感器二次额定电流58/20=2.958/20=2.9320/80=4320/80=4(5) 校验保护的灵敏系数:当系统在最小运行方式下,线路L4处开环运行发生两相短路时,保护装置灵敏系数最低,即: 显然灵敏度满足要求。其中是变压器差动保护范围内短路时总的最小短路电流有名值(归算到基本侧)。是保护的接线系数,这里1 。(二) 变压器的后备保护的整定(1)复合电压启动过流保护,下面对它进行整定与灵敏性校验:过电流元件动作值按躲开厂变额定电流整定,即:对于B1、B2： 其中Krel是可靠系数,一般为1.151.25,这里取1.15, Kre是返回系数,这里取0.85最小运行方式下,线路开环运行两相短路时,保护的灵敏性校验:，满足要求。对于B3、B4： 最小运行方式下, 线路L4开环运行两相短路时,保护的灵敏性校验:，满足要求。(2)过负荷保护的整定计算：取可靠系数Krel为1.05,返回系数Kres为0.85,IN为保护安装侧变压器的额定电流。对于B1、B2其额定电流为： 所以： 对于B3、B4,其额定电流为： 所以： 4.3 母线的保护配置4.3.1 保护配置的原理电力系统中的母线是具有公共电气连接点,它起着汇总和分配电能的作用。所以发电厂和变电站中的母线是电力系统中的一个重要组成元件。 母线运行是否安全可靠,将直接影响发电厂,变电站和用户工作的可靠性,在枢纽变电所的母线上发生故障时,甚至会破坏整个系统的稳定。 引起母线短路故障的主要原因有:由于空气污溃,导致断路器套管及母线绝缘子的闪络；母线电压和电流互感器的故障；运行人员的误操作,如带负荷拉隔离开关、带接地线合断路器。母线故障的类型,主要是单相接地和相间短路故障。与输电线路故障相比较,母线故障的几率虽较小,但造成的后果却十分严重。因此,必须采取措施来消除或减少母线故障所造成的后果。由设计的已知条件可知,110kV母线均是采用单母线接线,对于单母线我们可以采用母线完全电流差动保护。母线完全差动保护的原理接线图如图4-4所示,和其它元件的差动保护一样,也是按环流法的原理构成。在母线的所有连接元件上必须装设专用的电流互感器,而且这些电流互感器的变比和特性完全相同,并将所有电流互感器的二次绕组在母线侧的端子互相连接,在外侧的端子也互相连接,差动继电器则接于两连接线之间,差动电流继电器中流过的电流是所有电流互感器二次电流的相量和。这样,在一次侧电流总和为零时,在理想的情况下,二次侧电流的总和也为零。此图为母线外部K点短路的电流分布图,设电流流进母线的方向为正方向。图中线路I,II接于系统电源,而线路III则接于负载。 (1)在正常和外部故障时(K点),流入母线与流出母线的一次电流之和为零,即: 而流入继电器的电流为: 因电流互感器变比nTA相同,在理想情况下流入差动继电器的电流为零,即Ig=0 但实际上,由于电流互感器的励磁特性不完全一致和误差的存在,在正常运行或外部故障时,流入差动继电器的电流为不平衡电流,即: 图4-4 母线完全电流差动保护的原理接线图其中Iunb是电流互感器特性不一致而产生的不平衡电流。 (2)母线故障时,所有有电源的线路,都向故障点供给故障电流,即: 其中Ik是故障点的总短路电流,此电流数值很大,足以使差动继电器动作。(二)母联电流相位比较式母线差动保护由设计的已知条件可知,110kV侧的母线是采用双母线带旁路母线接线,这种接线方式有一个特点就是它的运行方式不是固定不变的,而是有多种运行方式。所以双母线固定连接运行的完全差动保护对它来说缺乏灵活性,为了克服此缺点,我采用另一种差动保护母联电流相位比较式母线差动保护,它很适用于双母线连接元件运行方式经常改变的母线上。母联电流相位比较式母线差动保护的原理是比较母线联络断路器回路的电流与总差动电流的相位关系。该保护的单相原理接线如图4-5所示。它的主要元件是起动元件KD和选择元件1KW,2KW 。起动元件KD接于所有引出线的总差动电流,KW的两个绕组分别接入母联断路器回路的电流和总差动回路的电流,通过比较这两个回路中电流的相位来获得选择性。在图4-5(a)所示双母线接线中,假设I,II母线并列运行,I母线和II母线的连接元件中均有电源线路,规定母联电流I5的正方向为由II母线流向I母线,则当I母线上的K1点发生短路故障时,母联电流I5为： 短路电流Ik为： 故,当忽略各电源间相角差和各元件阻抗角差时,I5和Ik同相位,如图4-5(b)所示。II母线上的K2点发生短路故障时,母联电流I5为:短路电流Ik仍如式上所示,所以I5与Ik反相位,如图4-5(c)所示。可见,以图示I5为正方向时,若I5与Ik同相位,则判别为I母线上发生了短路故障。在图4-5(a)接线中,差动继电器KD中的电流为： (b) (a) (c) (a) 原理接线图; (b), (c) 相量关系图4-5 母联电流与短路电流相位比较所以电流Ik的相位就是短路电流IK的相位,并且KD动作时,即表示I母线或II母线发生了短路故障。1KW,2KW是故障母线的选择元件,进行I5与Ik的相位比较。当与同时从1KW的两个绕组的同极性端流进时,1KW处于动作状态,对2KW处,从同极性端流出,处于不动作状态；当-与同时从2KW的两个绕组的同极性端流进时,2KW处于动作状态,对1KW处, -从同极性端流出,处于不动作状态。由以上分析可见,KD,1KW动作时,判别为I母线短路故障；KD,2KW动作时,判别为II母线上发生了短路故障。4.3.2 电流差动保护配置的整定（一）差电流起动元件整定差电流起动元件的动作电流满足两个整定条件：（1）按躲开母线外部的最大不平衡电流整定，即： 可靠系数，取1.3。 电流互感器变比误差，取0.1 非周期分量系数，一般电流继电器取1.52。 母线差动保护外部短路时流过的最大短路电流。 由于起动元件采用BCH2型差动继电器，故取=1，=0.1，=1.3。起动电流： 二次电流为： BCH2型差动匝数为： 取Wcd=3匝，=16A。由于母线保护用110kV系统中，故BCH2短路线匝为BB。 起动元件灵敏度计算： ，满足要求。（2）电压闭锁元件 三个相间电压元件的动作电压按躲开正常运行的最底电压整定，由于母线短