110kv变电站二次系统设计

*大学毕业设计（论文）说明书 摘 要本论文主要讲述的是110kV变电站继电保护的配置，整定计算。目前，110kV变电站主要是直接向广大用户供应和分配电能，是包括发电、输变电和配电在内的整个电力系统的最终环节。由于电力系统具有发、供、用同时的特点，一旦配电系统发生故障，将造成系统对用户供电的中断，同时也有可能使整个电力系统受到影响，甚至被破坏,造成巨大的经济损失。因此，必须提高110kV配电系统的可靠性，给变电站的设备装设动作可靠、迅速、性能完善的保护，把故障影响限制在最小范围内， 保证向用户提供持续的电能。电力系统继电保护和安全自动装置是电力系统的重要组成部分。它对电力系统安全稳定地运行和对用户的不间断供电起着极为重要的作用，没有继电保护的电力系统是不能运行的。电力系统继电保护的设计与配置是否合理直接影响到电力系统的安全稳定运行。如果设计与配置不当，继电保护将不能正确动作，从而会扩大事故的停电范围。给国民经济带来严重的恶果，有时还可能造成人身和设备安全事故。因此，为了保证110kV变电站的正常运行，必须根据规程来设置变电站所需要的保护装置，并根据满足选择性、速动性、灵敏性、可靠性进行整定值，使整个系统的各种继电保护有机协调地布置，正确地发挥作用。设计共分为六个章节，第二章给出了系统的原始数据并确定了主接线方式；第三章介绍了各种继电保护的原理；第四章为短路计算，确定系统短路时的短路电流；第五章为整定计算，为系统配备的各种继电保护整定出动作值。其中变压器的主保护包括瓦斯保护和纵联差动保护,后备保护包括复合电压启动过电流保护、零序电流保护和过负荷保护。母线配备了母线完全电流差动保护，简单可靠。110kV侧线路配备了三段距离保护，35kV侧配备了三段距离保护和电流速断保护，10kV侧只设置了电流速断保护即可满足要求。关键词：配电系统, 变电站, 电力系统继电保护, 短路电流，整定计算AbstractWhat this text mainly told is system disposition of relay protection of 110kV distribution, calculate whole definitely. At present, 110kV transformer substation to supply the masses of users with and assign the electric energy directly mainly, it is the final links of the whole power system including generate electricity , the power transmission and transformation and distribution. Because the power system takes place, supports, uses the characteristic at the same time , once the distribution system breaks down, the ones that cause the system to supply power to users break down, may make the whole power system influenced at the same time , even destroyed, cause the enormous economic losses. So must improve 110kV distribution dependability of system, apparatus to give transformer substation install movement reliable , rapidly , complete protection of performance, influence the trouble to confine to minimum range, guarantee to offer the lasting electric energy to users.The relay protection of power system and security automatics are important components of the power system. It operates and plays an extremely important role safly in users incessant power supply steadily in the power system, the power system without relay protection can not run . The peace and steadiness that design and disposition of relay protection of power system influence the power system directly rationally runs . It design and it is the improper since it dispose,relay protection can movements correct,it thus not will expand by power cut range of accident. Bring the serious evil consequence to national economy, may also cause the apparatus incident of personal sum sometimes. So for guarantee 110kV normal running of transformer substation , must follow rules come , set up protector transformer substation need, and moving , sensitivity , dependability carry on whole definite value according to the alternative of meeting, rapidly, make various relay protection of the whole system fix up organically coordinating , function correctly. Design is divided into six chapters, the system is given in chapter II of the original data and determine the main wiring; third chapter describes the principles of various relay; fourth chapter short circuit calculations, determine the systems short circuit short circuit current; fifth chapter setting calculation, the system is equipped with a variety of protective relaying action value set. In which the main transformer protection, including gas conservation and differential protection, backup protection, including composite voltage start over-current protection, zero sequence current protection and overload protection. Bus equipped with a bus full current differential protection, simple and reliable. 110kV side of the line with three distance relay, 35kV side with three distance relay and Current Protection, 10kV side only set the trip current protection requirements can be met.Keyword: distribution system , transformer substation , power system relay protection, short circuit electric current, complete calculation目 录1 绪论11.1 继电保护的作用11.2 继电保护系统设计基本要求21.3 继电保护装置的组成32 原始数据及主接线介绍52.1 主变压器及线路主要参数52.2 变电站电气主接线简介73 继电保护原理介绍93.1 变压器保护93.1.1 纵联差动保护93.1.2瓦斯保护133.1.3复合电压启动过电流保护143.1.4 零序电流保护153.1.5过负荷保护153.2 母线保护163.3 线路保护173.3.1 三段式电流保护173.3.2相间距离保护204 短路电流计算224.1短路计算说明224.2母线短路电流计算224.2.2三相对称短路时的电流计算234.2.3不对称短路的电流计算254.3线路短路电流计算274.3.1各线路阻抗参数274.3.2110kV线路短路电流计算274.3.335kV线路短路电流计算294.3.410kV线路短路电流计算315 整定计算335.1线路最大负荷电流计算335.2主变压器保护的整定计算355.2.1纵差动保护整定计算355.2.2 复合电压启动过电流保护的整定计算375.2.3 过负荷保护的整定计算385.3 母线保护的整定计算385.4 线路保护的整定计算415.4.1 110kV线路保护的整定计算415.4.2 35kV线路保护的整定计算435.4.3 10kV线路保护整定计算476 总结51致谢52参考文献53551 绪 论1.1 继电保护的作用电力系统在运行中，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发生各种型式的短路。在发生短路时可能产生以下的后果：1. 通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏；2. 短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起它们的损坏或缩短它们的使用寿命；3. 电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量；4. 破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振动，甚至使整个系统瓦解；电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障，这种情况属于不正常运行状态。例如，因负荷超过电气设备的额定值而引起的电流升高（一般又称过负荷），就是一种最常见的不正常运行状态。由于过负荷，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，就可能发展成故障。此外，系统中出现功率缺额而引起的频率降低，发电机突然甩负荷而产生的过电压，以及电力系统发生振荡等，都属于不正常运行状态。故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起事故。事故，就是指系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能容许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。系统事故的发生，除了由于自然条件的因素（如遭受雷击等）以外，一般者是由于设备制造上的缺陷、设计和安装的错误、检修质量不高或运行维护不当而引起的。因此，只要充分发挥人的主观能动性，正确地掌握客观规律，加强对设备的维护和检修，就可能大大减少事故发生的机率，把事故消灭在发生之前。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以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。切除故障的时间常常要求小到十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有装设在每个电气元件上的保护装置才有可能满足这个要求。这种保护装置直到目前为止，大多是由单个继电器或继电器与其附属设备的组合构成的，故称为继电保护装置。在电力式静态保护装置和数字式保护装置出现以后，虽然继电器已被电力元件计算机所代替，但仍沿用此名称。在电业部门常用继电保护一词泛指继电保护技术式由各种继电保护装置组成的继电保护系统。继电保护装置一词则指各种具体的装置。继电保护装置，就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是：1. 自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行；2. 反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（例如有无经常值班人员），而动作于发出信号、减负荷或跳闸。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。1.2 继电保护系统设计基本要求 电网对继电保护的基本要求是可靠性、选择性、快速性、灵敏性，即通常所说的“四性”，这些要求之间，有的相辅相成、有的相互制约，需要对不同的使用条件分别进行协调。(l) 可靠性：是对继电保护最基本的性能要求，它又可分为可信赖性和安全性2个方面。可信赖性要求继电保护在异常或故障情况下，能准确地完成设计所要求的动作；安全性要求继电保护在非设计所要求动作的所有情况下，能够可靠地不动作。(2) 选择性：是指在对电网影响可能最小的地方，实现断路器的控制操作，以终止故障或电网事故的发展。如对电力设备的继电保护，当电力设备故障时，要求最靠近故障点的断路器动作断开电网的供电电源，即电力设备继电保护的选择性。选择性除了决定于继电保护装置本身的性能外，还要求满足从电源算起，愈靠近故障点，其继电保护装置的故障启动值愈小，动作时间愈短；而对振荡解列装置，则要求当电网失去同步稳定性时，其所动作的断路器断开点，在解列后两侧电网可以各自安全地同步运行，从而终止振荡等。(3) 快速性：是指继电保护应以允许的可能最快的速度动作于断路器跳闸，以断开故障或终止异常状态的发展。继电保护快速动作可以减轻故障元件的损坏程度，提高线路故障后自动重合闸的成功率，并特别有利于故障后的电力系统同步运行的稳定性。快速切除线路和母线的短路故障，是提高电力系统暂态稳定的最重要手段。 (4) 灵敏性：是指继电保护对设计规定要求动作的故障和异常状态能够可靠动作的能力。故障时进入装置的故障量与给定的装置启动值之比，为继电保护的灵敏系数，它是考核继电保护灵敏性的具体指标，在一般的继电保护设计与运行规程中都有具体的规定要求。1.3 继电保护装置的组成一般而言，整套继电保护装置由测量元件、逻辑环节和执行输出三部分组成，如图1.1所示，分述如下。 图1.1继电保护装置的组成(1) 测量比较部分测量比较部分是测量通过被保护的电气元件的物理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出“是”、“非”（“0”或“1”）性质的一组逻辑信号，从而判断保护装置是否应该启动。(2) 逻辑部分 逻辑部分使保护装置按一定的逻辑关系判断故障的范围和类型，最后确定是应该使断路器跳闸、发出信号或是不动作及是否延时等，并将对应的指令传给执行输出部分。(3) 执行输出部分执行输出部分根据逻辑部分传来的指令，最后完成保护装置所担负的任务。如在故障时动作于跳闸；不正常运行时发出信号；而在正常运行时不动作等。2 原始数据及主接线介绍2.1 主变压器及线路主要参数 1、主变压器参数如下：型号：SSZ9 31500/110 额定电压：11081.25%/38.522.5%/10.5容量比：100/100/100参数：Uk1-2%=10.5 Uk1-3%=17.5 Uk2-3%=6.5接线方式：YN，yd，d112、系统示意图及各侧出线参数： 图2.1系统示意图表2-1 110kV侧出线参数 线型 Pmax(MW) Pmin(MW) COS L（km） 1 LGJ-300 50 40 0.86 50 2 LGJ-300 60 45 0.86 60 3 LGJ-150 55 42 0.86 50 4 LGJ-150 48 35 0.86 40表2-2 35kV侧出线参数 线型 Pmax(MW) 回路数 COS L（km） 供电方式 1 LGJ-120 14 1 0.8 12 架空 2 LGJ-120 15 1 0.8 15 架空 3 LGJ-120 27 1 0.85 8 架空 4 LGJ-120 18 1 0.85 6 架空 5 LGJ-120 17 1 0.8 10 架空 6 LGJ-120 25 1 0.85 12 架空表2-3 10kV侧出线参数 线型 Pmax(MW) 回路数 COS L（km） 供电方式 1 LGJ-120 5 1 0.8 6 架空 2 LGJ-120 4 1 0.8 4 架空 3 LGJ-120 3 1 0.8 3 架空 4 LGJ-120 8 1 0.8 8 架空 5 LGJ-120 4 1 0.8 7 架空 6 LGJ-120 5 1 0.8 5 架空 7 LGJ-120 7 1 0.8 8 架空 8 LGJ-120 3 1 0.8 9 架空2.2 变电站电气主接线简介电气主接线是由各种电气设备及其接线组成，用以接收和分配电能，是供电系统的重要组成部分。它与电源的回路数，电压等级和负荷的大小、级别以及所用变压器的台数、容量等因素有关。确定变电所的主接线对变电所电器设备的选择，配电装置的布置及运行的可靠性与经济性等都有密切的关系，主接线设计是变电所设计中的重要任务之一。1、 电气主接线设计原则电气主接线设计时，所遵循的原则：符合设计任务书的要求，符合有关的方针，政策和技术规范，规程；结合具体工程特点，设计出技术经济合理的主接线。根据以上原则于任务书本设计主接线方案应达到以下要求：一、根据变电所在电力系统中的地位，作用和用户性质，应满足电力负荷，特别是其中一、二及负荷对供电的可靠性要求，保证必要的供点可靠性。二、主接线应力求接线简单，运行灵活与操作方便。应能适应必要的各种运行方式，便于切换操作和检修，切适应负荷的发展。三、应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证运行，维护和检修的安全和方便，保证人身和设备的安全。四、在保证以上几项要求的条件下，应尽量使主接线简单，降低投资，节省运行费用。节约电能和有色金属的消耗量。五、满足扩建的要求。2、电气主接线方案比较及选择 （1）110kV侧主接线方案对于仅有两条到四条110 kV出线的变电所，由于110 kV开关站间隔不多，主接线不宜设计得过于复杂，同时各个主变应考虑接在同一条母线上，以减小两台主变同时失去的可能性。故从各个方面综合考虑，单母线接线是一种相对合理的选择。 单母线接线中，主变110 kV侧设开关，各侧有一套断路器，各主变间通过母线连接，以减小两台主变同时跳闸的概率。 结合本站实际，从接线的可靠性、灵活性、经济性等进行全面比较后，最终采用了单母线分段的接线方案。 （2）35kV侧主接线方案电压等级为35kV60kV，出线为48回，可采用单母线分段接线。当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电，可提高供电可靠性和灵活性。 经分析35kV侧采用单母线分段接线，既考虑了供电可靠性又考虑了经济性。 （3）10kV侧主接线方案610kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线分段接线。2、 主接线的最终确定（1）110kV接线出线四回，采用单母分段接线。（2）35kV接线出线六回，采用单母分段接线。（3）10kV接线出线八回，采用单母分段接线。（4）系统参数（电源）110KV侧Sn=5210MVA 等值电抗Xd=0.01923 继电保护原理介绍3.1 变压器保护变压器是电力系统普遍使用的重要电气设备。它的安全运行直接关系到电力系统供电和稳定运行，特别是大容量变压器，一旦因故障而损坏造成的损失就更大。因此必须针对变压器的故障和异常工作情况，根据其容量和重要程度，装设动作可靠，性能良好的继电保护装置。一般包括：1. 反映内部短路和油面降低的非电量（气体）保护，又称瓦斯保护。2. 反映变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的纵联差动保护，或电流速断保护。3. 作为变压器外部相间短路和内部短路的后备保护的过电流保护（或带有复合电压起动的过电流保护或负序电流保护或阻抗保护）。4. 反映中性点直接接地系统中外部接地短路的变压器零序电流保护。5. 反映大型变压器过励磁的变压器过励磁保护及过电压保护。6. 反映变压器过负荷的变压器过负荷（信号）保护。7. 反映变压器非全相运行的非全相保护。3.1.1 纵联差动保护变压器的纵差动保护主要用来反应变压器绕组及其套管、引出线上的相间短路，同时也可以反应变压器绕组匝间短路及中性点直接接地系统侧绕组、套管、引出线的单相接地短路。本次设计所采用的变压器型号均为：SSZ9 31500/110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3.1。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3.1 纵联差动保护原理示意图保护的构成：主要由带短路线圈的BCH-2型差动继电器构成；保护的电流互感器：接至变压器三侧的断路器内侧；保护装置的保护范围：除了变压器本身外还包括变压器至三侧断路器之间的连线；保护动作：跳开变压器三侧的断路器；保护的动作时限：保护装置本身的动作时间（即0秒切除故障）；变压器纵联差动保护整定原则如下：(1)按平均电压（变压器额定电压及变压器最大额定容量）计算各侧二次额定电流，完成主变电流互感器参数、额定电流、平衡系数的计算。1)一次侧额定电流 （3-1）式中 变压器额定容量。由设计任务书知为40MVA； 变压器各侧额定电压；2)选择电流互感器变比为 （3-2）式中 为电流互感器接线系数。当三角形接线时，；当为星形接线时，。 选择标准变比3)二次侧额定电流 （3-3）式中 为电流互感器接线系数。当三角形接线时，；当为星形接线时，。(2)计算各侧外部短路时的短路电流值按短路电流计算方法进行各侧短路电流值的计算(3)计算差动保护的动作电流按下述条件计算差动保护的动作电流，并选取最大者。1)按躲过变压器空投时和外部故障切除后电压恢复时变压器产生的励磁涌流计算，即 （3-4）式中 保护动作电流； 变压器额定电流（折算至基本侧）；可靠系数，取1.3。 2)按躲过外部短路时的最大不平衡电流计算，即 （3-5）式中 不平衡电流；可靠系数，取1.3。3)按躲过电流互感器二次回路断线时计算，即 （3-6）式中 正常运行时变压器的最大负荷电流。当不能确定时，采用变压器额定电流。计算中，各侧所有的短路电流均应归算到基本侧。这样求出的是基本侧的动作电流计算值（）。选用上述三条件算得的保护动作电流的最大值作为计算值。(4)基本侧继电器线圈匝数计算三绕组变压器基本侧直接接差动线圈，其余两侧接相应的平衡绕圈。基本侧继电器动作电流计算为 （3-7）式中 基本侧继电器动作电流计算值； 基本侧保护动作计算值； 基本侧电流互感器变比； 电流互感器的接线系数。基本侧继电器线圈匝数（差动线圈匝数）计算为 （3-8）式中 继电器的动作安匝，一般可用实测值。若无此值，可采用额定值，即；差动线圈匝数计算值（直接接基本侧）。接继电器线圈实有抽头，选用较计算值小而相近的抽头匝数，作为差动线圈的整定匝数（）。基本侧实际的继电器动作电流计算为 （3-9） 保护的实际动作电流计算 （3-10）式中 电流互感器变比；为电流互感器接线系数。当三角形接线时，；当为星形接线时，。(5)保护灵敏度计算，即 （3-11）式中 变压器内部故障时，归算至基本侧总的最小短路电流；若为单电源变压器，应为归算至电源侧的最小短路电流； 接线系数；基本侧保护一次动作电流；若为单侧电源变压器，应为电源侧保护一次动作电流。3.1.2瓦斯保护 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，共同构成变压器的主保护。(1)瓦斯保护的工作原理：瓦斯保护的测量元件是瓦斯继电器。瓦斯继电器安装于变压器油箱和油枕的通道上，当变压器内部故障时，故障点的局部温度将使变压器油温上升，体积膨胀，甚至出现沸腾，有热空气被排出而形成上升气流，在故障点产生电弧，则变压器油和绝缘材料将分解出大量气体，这些气体自油箱流向油枕上部，故障程度越严重，产生的气体越多，流向油枕的气流速度越快，甚至气流中还夹杂着变压器油，利用上述气体来实现的保护装置叫瓦斯保护。为了便于气体顺利通过瓦斯继电器，在安装时应使变压器油箱顶盖及连接管与水平面稍有倾斜。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3.2所示。图3.2 瓦斯保护原理示意图3.1.3复合电压启动过电流保护当灵敏度不满足要求时宜采用复合电压起动的过电流保护（1）安装在高压侧的过电流保护：保护的构成：主要由电流继电器组成；保护装置的作用：作为变压器本身主保护的后备以及相邻元件的后备；保护的电流互感器：安装在变压器高压侧；保护的动作时限：第一段时限使中压侧断路器跳开（即0.5秒切除故障）；第二段时限使变压器三侧的断路器跳开（即1秒切除故障）；保护构成：主要由电流继电器、低电压继电器和负序电压继电器组成；保护装置的作用：作为变压器本身主保护的后备以及相邻元件的后备；（2）安装在高压侧复合电压起动电流保护： 保护的电流互感器：安装在变压器高压侧； 保护的电压互感器：安装在变压器中压侧； 保护的动作时限：第一段时限使中压侧断路器跳开（即0.5秒切除故障）；第二段时限使变压器三侧的断路器跳开（即1秒切除故障）3.1.4 零序电流保护在中性点直接接地系统中，接地短路是常见的故障形式，所以处于该系统中的变压器要装设接地（零序）保护，以反映变压器高压绕组、引出线上的接地短路，并作为变压器主保护和相邻母线、线路接地保护的后备保护。对降压变压器，如果中、低压侧没有电源（无发电机）时，即使中性点接地运行，其中性点的零序电流保护也没必要运行。3.1.5过负荷保护为防御变压器差动保护范围外的相间短路引起变压器过流，应装设变压器过流保护，如果变压器过负荷时间过长将引起变压器过电流，势必影响绕组绝缘的寿命，因此还应加装过负荷保护。保护构成：主要由电流继电器组成；保护的电流互感器：安装在变压器高压侧上；保护装置的作用：作为变压器本身主保护的后备以及相邻元件的后备；保护动作：发出变压器过负荷信号；保护的动作时限：比变压器复合电压起过电流保护的动作时限大0.5秒（即1秒）；3.2 母线保护母线故障是电气设备最严重的故障之一，它将使连接于故障母线上的所有设备被迫停电。当未装设专用的母线保护时，如果母线故障,只能依靠相邻元件保护的后备作用切除故障，这将延长故障切除时间,并且往往会扩大停电范围,对高压电网安全运行不利，因此在35500KV的发电厂或变电所母线上，应装设专用的母线保护装置。 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3.5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。 图3.4 母线完全电流差动保护的原理接线图3.3 线路保护3.3.1 三段式电流保护(1)瞬时（无时限）电流速断保护1)整定计算瞬时电流速断保护（又称第段电流保护）它是反映电流升高,不带时限动作的一种电流保护。在单侧电源辐射形电网各线路的始端装设有瞬时电流速断保护。当系统电源电势一定，线路上任一点发生短路故障时，短路电流的大小与短路点至电源之间的电抗（忽略电阻）及短路类型有关，三相短路和两相短路时，流过保护安装地点的短路电流为 （3-12） （3-13）式中 系统等效电源相电势； 系统等效电源到保护安装处之间的电抗； 线路单位公里长度的正序电抗； 短路点至保护安装处的距离，。电流速断保护的动作电流可按大于本线路末端短路时流过保护安装处的最大短路电流来整定，即 （3-14）式中 保护装置段瞬时电流速断保护的动作电流，又称一次动作电流；可靠系数，考虑到继电器的整定误差、短路电流计算误差和非周期分量的影响等而引入的大于1的系数，一般取1.21.3;被保护线路末端B母线上三相短路时流过保护安装处的最大短路电流，一般取次暂态短路电流周期分量的有效值。2)灵敏系数的校验瞬时电流速断保护的灵敏系数，是用其最小保护范围来衡量的，规程规定，最小保护范围不应小于线路全长的15%20%。 由上得最小保护长度 （3-15）式中 系统最小运行方式下，最大等值电抗，； 输电线路单位公里正序电抗，。同理 ，最大保护长度 （3-16）式中 系统最大运行方式下，最小等值电抗，；通常规定，最大保护范围（为被保护线路长度），最小保护范围时，才能装设瞬时电流速断保护。(2)限时电流速断保护由于瞬时电流速断保护不能保护线路全长，因此可增加一段带时限的电流速断保护（又称第段电流保护）。用以保护瞬时电流速断保护保护不到的那段线路，因此，要求限时电流速断保护应能保护线路全长。1)整定计算 限时电流速断保护的动作电流应大于相邻支路的瞬时电流速断保护的动作电流，即，写成等式为 （3-17）式中 配合系数，因考虑短路电流非周期分量已经衰减，一般取1.11.2。2)灵敏系数的校验其计算公式为 （3-18）式中 在被保护线路末端短路时，流过保护安装处的最小短路电流； 被保护线路的限时电流速断保护的动作电流。规程规定，。3)时限整定为了保证选择性，保护1的限时电流速断保护的动作时限，还要与保护2的瞬时电流速断保护、保护3的差动保护（或瞬时电流速断保护）动作时限、相配合，即式中 时限级差。对于不同型式的断路器及保护装置，在0.30.6s范围内。(3)定时限过电流保护1)整定计算定时限过电流保护动作电流整定一般应按以下两个原则来确定：A.在被保护线路通过最大正常负荷电流时，保护装置不应动作，即 （3-19）B.为保证在相邻线路上的短路故障切除后，保护能可靠地返回，保护装置的返回电流应大于外部短路故障切除后流过保护装置的最大自起动电流，即 （3-20）根据第B条件，过电流保护的整定式为 （3-21）式中 可靠系数，取1.151.25； 负荷自起动系数，由电网电压及负荷性质所决定，取25； 返回系数，与保护类型有关。电流继电器的返回系数一般取0.850.95； 最大负荷电流。2)灵敏系数的校验其计算公式为 （3-22）当过电流保护作为本线路主保护的近后备保护时，应采用最小运行方式下，本线路末端两相短路的短路电流来进行校验，要求；当过电流保护作为相邻线路的远后备保护时，应采用最小运行方式下，相邻线路末端两相短路时的短路电流来进行校验，要求；作为连接的变压器远后备保护时，短路类型应根据过电流保护接线而定。3)时限整定 为了保证选择性，过电流保护的动作时限按阶梯原则进行整定，这个原则是从用户到电源的各保护装置的动作时限逐级增加一个。 在一般情况下，对于线路的定时限过电流保护动作时限整定的一般表达式为 （3-23）式中 线路过电流保护的动作时间，s； 由线路供电的母线上所接的线路、变压器的过电流保护最长动作时间，s。3.3.2相间距离保护电流保护的主要优点是简单，可靠，经济，但它的灵敏性受系统运行方式变化的影响较大，特别是在重负荷，长距离，电压等级高的复杂网络中，很难满足选择性，灵敏性以及快速切除故障的要求，为此，必须采用性能完善的保护装置，因而就引入了“距离保护”。距离保护是反馈故障点至保护安装点之间的距离或阻抗，并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。该装置的主要元件为距离或阻抗继电器，它可根据其端子所加的电压和电流侧知保护安装处至短路点之间的阻抗值，此阻抗称为阻抗继电器的测量阻抗。其主要特点是：短路点距离保护安装点越近，其测量阻抗越小；相反地，短路点距离保护安装点越远，其测量阻抗越大，动作时间就越长。这样就可保证有选择地切除故障线路，如图5.6所示，K点短路时，保护1的测量阻抗是Zk，保护2的测量阻抗是（ZAB+ZK）。由于保护1距离短路点较近，而保护2距离短路点较远，所以，保护1的动作时间就比保护2的短。这样故障就由保护1动作切除，不会引起保护2的误动作。这种选择性的配合是靠适当的选择各保护的整定阻抗值和动作时限来完成的。图3.6 距离保护的基本原理 4 短路电流计算4.1短路计算说明短路计算是电力系统设计，设备选择，继电保护设计，整定的依据，是解决一系列问题的基本计算。一般包括发生短路时的系统的运行方式及短路类型和短路点等条件。在实用计算中，采取一些简化假设：1、所有电源电势等电位。2、不记磁路饱和，忽略线路电容、电阻。3、把负荷