煤矿供电系统继电保护系统设计

摘要随着科学技术的飞速发展，继电保护器在35KV变电站中的应用也越来越广泛，它不仅保护着设备本身的安全，而且还保障了生产的正常进行，因此，做好继电保护的设计对于保障设备安全和生产的正常进行是十分重要的。继电保护装置广泛应用于电力系统、农网和小型发电系统，是电网及电气设备安全可靠运行的保证。加强继电保护管理，健全沟通渠道，加强继电保护定值整定档案管理是提高继电保护定值整定的必要措施。本论文围绕35KV变电站的继电保护算展开分析和讨论，重点设计了电力系统基本常识以及需要系数法计算负荷、电力网接线方案的选择原则、短路电流的计算、变压器和线路的继电保护配置以及无功功率补偿等。同时介绍了主设备差动保护的整定算法，做出短路点的等效电路图，对设备保护进行了相应的选择与校验。通过进行继电保护的整定和计算，进而达到保护设备和安全生产的目的。关键词变电所；负荷计算；短路电流ABSTRACTWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFSCIENCEANDTECHNOLOGY,APPLICATIONOF35KVSUBSTATIONPROTECTIONEQUIPMENTISMOREANDMOREWIDELY,NOTONLYCANSAFETYEQUIPMENTTOPROTECTTHEMSELVES,BUTALSOTOPROTECTTHENORMALPRODUCTIONTHEREFORE,INNORMALPRODUCTIONEQUIPMENTSAFETYANDPROTECTIONOFTHEWHOLESETOFPROTECTIONISVERYIMPORTANTTHEPROTECTIONDEVICEISWIDELYUSEDINPOWERSYSTEM,POWERSYSTEMANDRURALSMALLNETWORKARETHESAFEANDRELIABLEOPERATIONOFPOWERNETWORKANDELECTRICALEQUIPMENTSTRENGTHENPROTECTIONMANAGEMENT,IMPROVECOMMUNICATIONCHANNELS,STRENGTHENTHEPROTECTIONOFFIXEDVALUEMANAGEMENTISANECESSARYPROTECTIVEMEASURESTOIMPROVETHESETTINGVALUETHEPROTECTIONOFTHE35KVSUBSTATIONSETTINGCALCULATIONANDANALYSISANDDISCUSSION,PAYATTENTIONTOCALCULATETHEBASICKNOWLEDGEOFPOWERSYSTEMLOADCOEFFICIENTMETHODANDNEEDTOSELECTTHEGRIDCONNECTIONSCHEMEOFTHEPRINCIPLEOFCALCULATIONOFSHORTCIRCUITCURRENT,RELAYPROTECTIONOFTRANSFORMERANDLINE,NOPOWERCOMPENSATIONDESIGNTHEMASTEROFTHESETTINGALGORITHMOFDIFFERENTIALPROTECTIONISINTRODUCED,ANDTHESHORTCIRCUITPOINTISCHOSENANDTHEEQUIVALENTCIRCUITDIAGRAMOFTHEPROTECTIONDEVICEISCHOSENANDTHEMAINWIRINGDESIGNISPRESENTEDBYCOMPARINGTHEADVANTAGESANDDISADVANTAGESOFTHERESPECTIVECONNECTIONTYPES,THEMAINCONNECTIONSUBSTATIONSAREDETERMINEDKEYWORDSSUBSTATION,；OADCALCULATION；SHORTCIRCUITCURRENT目录前言11电力系统简介211煤矿供电系统简介212煤矿企业对供电系统的基本要求213电力负荷的分级32负荷计算及无功率补偿421全矿基本负荷统计422全矿总计算负荷523无功功率补偿524主变压器与所用变压器的选择725主接线方案的选择83短路电流的计算1231短路的类型1232计算短路电流的目的1333供电系统各原件的电抗标幺值1334短路电流的计算154高压电气设备的选择1841断路器的选择1842高压隔离开关的选择1943电流互感器的选择2144电压互感器的选择2245高压熔断器的选择235供电系统的继电保护2451继电保护的原理和基本要求24511继电保护的基本原理24512保护分类24513供电系统对保护性能的要求2552电力线路的保护26521定时限过电流保护26522电流速断保护28523单相接地保护296自动重合闸317电力变压器的继电保护3371过电流保护与电流速断保护3372变压器低压侧的单相接地保护3473变压器的过负荷保护3574差动保护3575变压器的瓦斯保护37致谢39参考文献40附录A41附录B43前言变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂有用户的中间环节，起着变换和分配作用。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。继电保护发展现状，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地注入了新的活力，因此，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。随着系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国内外继电保护技术发展的趋势为计算机化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化。继电保护的未来发展，继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。微机保护技术的发展趋势1高速数据处理芯片的应用2微机保护的网络化3保护、控制、测量、信号、数据通信一体化4继电保护的智能化1电力系统简介11煤矿供电系统简介供电系统就是由电源系统和输配电系统组成的产生电能并供应和输送给用电设备的系统。确定供电系统的一般原则是供电可靠，操作方便、运行安全灵活，经济合理，具有发展的可能性。（1）供电可靠性供电可靠性是指供电系统不间断供电的可靠程度。应根据负荷等级来保证其不同的可靠性。在设计时，不考虑双重事故。（2）操作方便，运行安全灵活供电系统的接线应保证在正常运行和发生事故时操作和检修方便、运行维护安全可靠。为此，应简化接线，减少供电层次和操作程序。（3）经济合理接线方式在满足生产要求和保证供电质量的前提下应力求简单，以减少投资和运行费用，并应提高供电安全性。（4）具有发展的可能性接线方式应保证便于将来发展，同时能适应分期建设的需要。12煤矿企业对供电系统的基本要求（1）保证供电安全可靠供电系统的可靠性是指电力系统连续不断供电的可能程度，一旦出现断电的情况，不仅仅影响生产，而且由于设备突然停止运行，可能会对设备造成一定的损害甚至会对工作人员造成人身危险，是十分可怕的，也是应该极力避免的突然断电情况的发生。所以保证供电的安全是十分重要的。为保证矿山企业供电的可靠性，供电电源应该采用双回路供电方案，它是来自不同变电所的不同母线，并且电源线路上不得分接任何负荷。安全指的是不发生人员触电事故和因电气系统故障而引起的火灾、爆炸等事故。因为矿山企业工作环境复杂，自然条件恶劣，供电设备和其他设备极易受到损坏和老化，有造成重大事故的隐患，所以必须采取必要的措施和制定相应的安全操作规程以确保供电系统的安全。保证供电质量在满足供电需求和安全的前提下，还应该保证供电的质量。所谓质量，就是供电的电能的电压偏移不超过额定值，频率不超过60HZ。此外由于大功率整流和其他技术手段的应用使配电网中的谐波分量增加，可能会造成电力电容器过负荷，严重的时候可能会造成重大事故。所以一定要采取措施保证电能的供电质量。供电系统的经济性在满足安全、生产的条件下，还应该考虑供电系统的经济性问题，投资少、易操作、运行方便才会是运行费用降低，减少支出的同时带来更大的经济效益。13电力负荷的分级按照对供电系统可靠性的要求不同，一般电力负荷可分为三级一级负荷（1）中断供电将造成人身伤亡时。（2）中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。例如重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。（3）中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。例如重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。二级负荷（1）中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。例如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。（2）中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。三级负荷不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。2负荷计算及无功率补偿21全矿基本负荷统计表21全矿负荷统计表TABLE21SHOWSTHELOADSTATISTICS设备名称电压KV单机容量安装台数/工作台数工作容量需用系数DK功率因数COS主井提升612001/11200090085副井提升68001/1800085082主扇风机610002/11000085090压风机62504/2500080090矿综合厂038320065075机修厂038580055078洗煤厂038650072077地面低压038750072076主排水泵65005/31500088085一采区6850065070二采区6950070076井底低压06624000700756工人村038550085081支农038350082085由给定的数据，根据需用系数法计算出、TANCPQCS计算公式如下（1）有功计算负荷EDCPK（2）视在计算负荷S2CQ（3）无功计算负荷CTAN（4）功率因数COSSP（5）计算电流NCUI3式中为需要系数；DK某最大负荷工作班组用电设备的半小时最大负荷；CP某最大负荷工作班组用电设备的设备功率；E用电设备所在电网的标称电压。NU22全矿总计算负荷查表可知需用系数085、062DKTAN0851240010540KWEDCPK1054006265348KVARCQPTAN12400KVAS2C228653410085COS4由于自然因数低于09，所以采取人工补偿方案。补偿后092COS23无功功率补偿由于09，由上面计算得出08509，所以需要进行无功率COSCOS补偿。综合考虑各种情况采用高压集中补偿。KVAR82049ARCOSTN850ARSTN1054TAN）（CCRPQ取20448KVAR式中无功补偿容量。CR考虑到无功自动补偿控制器可控制电容器投切的回路数为6、12、18、24、30等。故选择成套的并联电容器，可安装电容器组数为90组，平均每相30组则需要安装的电容器单组容量为KVAR7290824NRCRQQ式中电容器单组容量。CR查表，选择BSMJ04253型电容器。每组容量25KVAR。CRQ总容量为90252250KVAR。实际最大负荷时补偿容量为90252250KVAR。补偿后视在功率因数为113777KVACS2CQP22508634105功率因数为0926092COSSP713054故符合要求。图21并联电容器的装设方式FIGURE21THEINSTALLATIONOFPARALLELCAPACITORS24主变压器与所用变压器的选择根据矿山电力设计规范，矿山一级负荷的两个电源均需经主变压器时，就应当采用两台。当其中一台停止运转时，另一台变压器应当能承受对方80的负荷并保证稳定运行。当一台变压器发生故障时，能保证安全生产及用电的可靠。选择两台变压器时，每台变压器的容量为089106KVACOSTPPKSB9260154式中每台变压器容量B事故时负荷保证系数，取08TPKTPK根据计算选择S910000/35型变压器根据一般选型原则，变压器一般负荷功率为7585。表22S910000/35型变压器基本参数TABLE22S910000/35BASICPARAMETERSOFTRANSFORMER型号额定高压/低压额定容量空载电流阻抗电压空载损耗负载损耗S910000/3535KV/63KV10000KVAR05575118KW53KW变压器的负荷率56901273CTRS变压器的有功功率损耗KW825619053220KTP变压器的无功功率损耗5956KVARTRCKKTSUIQ2020满足经济运行条件的变压器综合功率经济负荷系数为07600KQKTECKP25主接线方案的选择（1）主变一次侧的接线方案电力系统的主接线是由各种电气设备以及它们的连接线组成的，在煤矿变电站中大量采用双回路供电，通过采用两台变压器的桥线方式来保证煤矿企业的安全用电。采用两个断路器，因此该方案的适应性比较强，对线路的及变压器等电气设备的操控也比较方便。由于电压为35KV，容量在10000KVAR以上，所以采用多个断路器组成的内桥式接线方案。（2）主变二次侧的接线方案桥式接线变电站主变压器二次侧的配电母线计划采用单母线分段式接线方案。一旦某一个回路发生故障而需要检修时，可通过母线上的分段断路器之间的联系，保证对两端母线上的重要设备的供电。母线分段使用断路器的优点是，开关操作方便，断开灵活，易于实现自动化，并能保证可靠性和连续性。缺点是当母线上的某一段出现故障时，链接在该段母线上的全部进出线都得停止运行，接受检修。所以要采用双回路供电方案以实现供电的可靠。图22内桥式接线方案FIGURE22INTERNALBRIDGECONNECTIONSCHEME图23外桥式接线方案FIGURE23OUTERBRIDGEWIRINGSCHEME图23两路电源进线接线方案FIGURE23TWOWAYPOWERCABLECONNECTIONSCHEME图24分段母线接线接线方案FIGURE24SECTIONBUSTERMINALCONNECTIONSCHEME方案一种采用单母线不分段接线，虽然简单，但其可靠性不高。当母线需要检修或者发生故障时，会导致所有用电设备停电。且变电所的负荷大部分均为类、类负荷，因此方案一中的单母线不分段接线不能满足类、类负荷供电可靠性的要求。方案二中采用单母线分段接线的两段母线可看成是两个独立的电源，提高了供电的可靠性。可以保证当任一母线发生故障或检修时，都不会中断对类负荷的供电。综合比较本矿的35KV侧采取全桥形式的主接线，全桥型接线灵活可靠。6KV侧则选用单母线分段接线。3短路电流的计算短路产生的原因及其后果短路是指两个或多个导电不得你之间形成的导电通路，该通路迫使这些导电部分之间的电位差接近或等于0。造成短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘部分损坏，再就是人员的误操作及其他损失等。电气设备载流部分的绝缘损坏可能是由于设备的长期运行绝缘自然老化或由于设备本身绝缘缺陷而被工频电压击穿，或设备绝缘正常而被过压击穿，或者设备受到外力的干扰而使绝缘处受到损坏而造成短路。在供电系统中发生短路故障后，短路电流往往要比正常负荷电流大十几倍乃至几十倍。当它通过电气设备时，设备温度急剧上升，会使绝缘老化或者损坏，同时产生强大的点动力，会使设备的载流部分变形或者损坏。短路会使系统电压骤降，影响系统内的其他设备正常运行，严重的可能会影响系统的稳定性。同时短路故障还会造成停电等事故。不对称短路电流会产生较强的不平衡交变磁场，对通信和电子设备造成一定的干扰和损坏。31短路的类型在三相供电系统中，短路的主要类型有（1）相（线）对地短路在中性点直接接地或者中性点经阻抗接地系统中发生的相导体和大地之间的短路。相对地短路时可能发生的。（2）相（线）间短路两根或者多跟相导体之间的短路，在同一处它可伴随或者不伴随相对地短路。相间短路包括三相短路、两相短路、两相短路并对地短路。此外还会发生在低压配电系统中发生相导体对中性导体短路的现象，简称单项短路。其中三相短路属于对称性短路，而其他两种短路属于非对称短路。通常，三相短路电流最大，当短路点在发电机附近时，两相短路电流可能大于三相短路电流。当短路点靠近中性点接地的变压器时，单项短路电流也有可能大于三相短路电流，应该采取措施，避免这种情况的发生。32计算短路电流的目的计算短路电流的目的主要是正确的选择和检验电器、电缆及短路保护装置。三相对称短路时用户供电系统中危害最严重的短路形式，所以，三相对称短路电流初始值是选择和检验电器、电缆的基本依据。在继电保护装置的整定及灵敏度校验时，还需计算不对称短路的最小短路电流值。在校验电器及载流导体的点动力稳定时，还要用到三相短路电流峰值、三相稳态短路电流。此外，在计算大中型电动机启动压降时，还要用到三相短路容量等等。33高压电网短路电流的计算图31供电系统一次接线图FIGURE31POWERSUPPLYSYSTEMAWIRINGDIAGRAM331标幺制计算标幺制，是一种相对单位制，因为短路计算中的有关物理量是采用标幺值而得名。任一物理量的标幺值,为该物理量的实际值A与所选定的基准值A的比值。即DAD按照标幺制进行短路计算时，一般是先选定基准容量与基准电压。DSDU基准容量，工程设计中常选取基准值100MVADSDS基准电压,通常取元件所在处的短路计算电压为基准电压，取U。选定了基准容量和基准电压之后，可求出基准电流。即DNCDSDUDIDSI3基准电抗为DDSUIX23332供电系统中各元件的电抗标幺值1电力系统电抗的标幺值电力系统的电抗可由电力系统设计规划的三相对称短路容量初始值来计算，即32KNSCUX所以，电力系统的电抗标幺值为323/KDKNDSSCX式中电力系统变电所高压馈电线出口处设计计划的三相对称短路容量的初3KS始值。此值与电力系统运行方式有关。当电力系统处于最大运行方式时，整个系统的短路阻抗最小，短路容量最大；当电力系统处于最小运行方式时，整个系统的短路阻抗最大，短路容量最小。2电力线路的电抗标幺值电力线路的标幺值为22/NDDDWCUSXLLX式中L线路长度；电力线路所在处的系统的标称电压；NUX线路单位长度的电抗。3电力变压器的电抗标幺值电力变压器电抗可由变压器的阻抗电压百分值近似的计算。TXKU因为）（2R/10/3DTRRKXSUIU所以TRDKTS210因此，电力变压器的电抗标幺值为TRDKDTRKDTSUSX10/102式中变压器的阻抗电压百分值；KU变压器的额定容量。TRS4限流电抗器的电抗标幺值限流电抗器用来串在变压器回路中限制短路电流，可根据其额定电抗的百分值计算。LX因为10/3RLTRUI所以，限流电抗器的电抗标幺值为22310/310NDLRLDLRLDLCUSIXSUIX式中、限流电抗器的电抗百分值、额定电压、额定电流；LLRRI电抗器安装处系统标称电压。NU短路电路中各主要元件的电抗标幺值的电抗标幺值求出后，即可利用其等效电路图进行电路化的简求总电抗标幺值。这里由于各元件电抗均采取相对值，与短路计算点的电压无关，因此无需进行电压换算。这也是在高压电网短路计算中广泛应用标幺制的原因。5各点电抗的计算。（1）计算K1点，选取37KV1DU156KA113DBDSI（2）计算K2点时，选取63KV2D916KA223DDUSI（3）主变压器电抗75010321NTDKTSX（4）地面低压变压器电抗850433NTDKTSU（5）35KV架空线路电抗137422DLX（6）工人村馈电线路电抗823604823DUS（7）机修厂馈电线路电抗08326140824DULXS（8）提升机馈电线路电抗103260825DS（9）井下低压电缆线路电抗103260826DULXS（10）抽风机馈电线路电抗13264127DS（11）洗煤厂馈电线路电抗81032648028DULXS（12）地面低压馈电线路电抗1403267029DS（13）压风机馈电线路电抗03260210DULXS（14）排水泵馈电线路电抗10326821DS34短路电流的计算图32供电系统短路计算电路图FIGURE32POWERSUPPLYSYSTEMSHORTCIRCUITCALCULATIONCIRCUITDIAGRAM1K1短路电流的计算最大运行方式下的三相短路电流34012MINAX1LSX83701AX1KA452613XIDKKA733PIKA548IMVA723103XSDK（2）最小运行方式的两相短路电流4201MIN1LSIX382401IN1XKA5683PIKAI（3）K2点短路电流计算最大运行方式下的三相短路电流091753401MINLXKA9213IKKA4806123XIDK253PI642I91013XSDK（4）最小运行方式下的短路电流7542MIN1LSIX3156803PI其余个点计算结果见下表表31全矿其余各点短路电流值计算表TABLE31SHOWSTHEREMAININGPOINTSOFSHORTCIRCUITCURRENTCALCULATIONTABLE最大运行方式下短路参数最小运行方式下短路参数短路点KA3KIKA3PIKA3PIMVA3KSKA3KIKA,3KIK1450684114628820365316K2835126921309116779675K32343565972552229198K4778118319848496729631K5792120320208643741641K6753114419208216706612K739760410124335384332K848173212275255462400K90991512531083089077K10706107318007710665576K11753114419208217735636K128351269213091167796754高压电气设备的选择41断路器的选择35KV侧初步拟定选用断路器的型号为户外式真空断路器，型号为ZW7405型，额定电压为35KV，额定电流为1250A。表41ZW7405断路器型断路器技术参数TABLE41TECHNOLOGYPARAMETERSOFZW7405CIRCUITBREAKER型号额定电压额定电流额定开断电流动稳定电流额定关合电流4S热稳定电流ZW740535KV1250A25KA63KA63KA25KA校验ZW7405断路器额定电流为1250A,35KV侧变压器回路中最大长时负荷电流为AUSINT173501305MAX1AN符合条件。断路器开断电流，450KA，KAIBR25IIBR符合条件。63KA，1146KAMAXISHI满足动稳定校验。SH由于变压器容量为10000KVA，变压器设有差动保护，在差动保护范围内短路，其为瞬时动作，继电器保护动作时限为0，短路持续时间小于1S，需要考虑非周期分量的假想时间。此时假想时间由断路器的全开断时间01S和非周期分量假想时间005S构成，当断路发生在6KV母线上时，差动保护不动作，此时过电流保护动作时限为2S，短路持续时间大于1S，此时假想时间由继电保护时间和断路器全开断时间构成，。STI12热稳定电流KA1146KAESISHI故符合要求。热稳定校验短路发生后，事故切除靠上一级的变电所的过流保护，继电器的动作时限比35KV进线的继电保护动作时限25S大一个时限级差，故25053SPRT01331SKIBRTP相当于5S的热稳定电流为354KA1146KAESISHI符合要求。热稳定校验17141170450316282TSI2IIT符合要求。此外根据需要6KV侧选择有LA10,200/5、LA10,500/5型电流互感器。表45LA10,200/5型电流互感器技术参数TABLE45LA10，200/5TYPECURRENTTRANSFORMERTECHNICALPARAMETERS变比准确级次组合二次负载值05级1S热稳定倍数动稳定倍数200/505/3、1/30817114表46LA10,500/5型电流互感器技术参数TABLE46LA10，500/5TYPECURRENTTRANSFORMERTECHNICALPARAMETERS变比准确级次组合二次负载值05级1S热稳定倍数动稳定倍数500/505/3、1/30460110经过动热稳定校验均符合要求。44电压互感器的选择由于不进行绝缘检测，只需测量线路电压，可选两台JDJ35型单相双绕组油浸式户外电压互感器，分别接在35KV两段母线上。6KV母线上选用两台JSJW10三相电压互感器。其主要技术数据如下表表47JDJ35型电压互感器技术参数TABLE47JDJ35TYPEVOLTAGETRANSFORMERTECHNICALPARAMETERS型号额定电压工频试验电压二次电压极限容量JDJ3535KV95KV01KV1000/VA表48JSJW10型电压互感器技术参数TABLE48JSJW10TYPEVOLTAGETRANSFORMERTECHNICALPARAMETERS型号额定电压额定变压比额定变压比05级极限容量JSJW1010KV1000/1000/100/3120960/VA45高压熔断器的选择本设计35千伏高压侧采用RW535/200800型户外高压跌落式熔断器和RN16室内高压熔断器。表49RW535/200800型熔断器技术数据TABLE49RW535/200800TYPEFUSETECHNICALDATA额定电压额定电流断流容量上限断流容量下限35200800306KV侧高压熔断器的选择RN36型户内高压熔断器。表410RN36型高压熔断器技术数据TABLE410RN36TYPEHIGHVOLTAGEFUSETECHNOLOGYDATA型号额定电压熔断器额定电流最大断流容量三相RN366KV50200A200MVA经校验符合条件。5供电系统的继电保护51继电保护的原理和基本要求511继电保护的基本原理由于自然条件、电气原件、电力电容器、电动机。母线。电缆等的制造质量、运行维护等诸多方面因素。电力系统发生各种故障或者是异常运行状态是不可避免的。因此应设置必要的继电保护装置。保护就是在电力系统中检出故障或其他异常情况，从而切除故障，终止异常情况或者发出信号指示。因在其发展过程中曾主要用有触电的继电器来构成保护装置，所以延称继电保护。电力系统故障的一个显著的特征是电流激增，从电动力和热效应等方面损坏电气设备。反应电流激增的继电保护就是过流保护。故障的另一个特征是电压锐减，相应的就有欠电压保护。同时反应电压降低和电流增加的一种保护原理就是阻抗保护也称距离保护。它以阻抗降低多少反应故障点的距离的远近，决定动作与否。保护装置是一个或者多个保护继电器和逻辑元件按照需要结合在一起，完成某项特定的保护功能的装置。图51继电保护装置的原理框图512保护分类电力系统中的电力设备和线路，应该装设短路故障和异常运行的保护装置。电力设备和线路短路保护应有主要保护和后备保护，必要时可增设辅助保护。主保护是满足系统稳定和设备安全的要求，能以最快的速度有选择的切除被保护设备和线路的故障。后备保护是主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。后备保护可分为远后备和近后备两种形式。远后备是当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护实现后备。近后备保护是当主保护拒动时，由该电力设备或线路的另一套保护实现后备的保护。辅助保护是为了补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护设备退出运行时而增设的简单保护。513供电系统对保护性能的要求保护装置应满足速动性、选择性、灵敏性、可靠性的要求。速动性指的是保护装置应能尽快的切除短路故障，其目的是提高系统的稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障范围，提高自动重合闸和备用电源或设备自动投入的效果等。选择性指的是保护检测出电力系统的故障区或故障的相应能力。当系统出现故障时，首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当该保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备、线路的保护切除故障。为保证选择性，对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件，其动作参数和时间应相互配合。灵敏性指的是在设备或者线路的被保护范围内发生故障时，保护装置具有正确的动作能力的裕度，一般以灵敏度来表示。灵敏度应根据不利的正常运行方式和不利的故障类型计算。可靠性指的是在给定的条件下的给定时间间隔内，保护能完成所需功能的概率保护所需功能时当需要动作便动作，当不需要动作便不动作。为保证可靠性，宜选用性能满足要求、原理尽可能简单的保护方案，应采用可靠的硬件和软件构成的保护装置，并应具有必要的自动检测、闭锁、告警等措施，以便于整定、调试和运行维护。52电力线路的保护521定时限过电流保护图52定时限过电流保护装置的原理电路图定时限过电流保护定时限就是保护装置的动作时间是按整定的动作时间固定不变的，与故障电流大小无关。反时限过电流保护反时限就是保护装置的动作时间与故障电流大小的平方成反比关系，故障电流越大，动作时间越短。定时限过电流保护由电磁式继电器KC、KT、KS构成，要求操作电源在动作过程中电压稳定可靠。动作电流的整定带时限的过电流保护（包括定时限和反时限）的动作电流的整定原则是OPI（1）动作电流应躲过线路的最大负荷电流（包括正常过负荷电流和尖OPI峰电流），以免保护装置在线路正常运行时误动作。MAXLIOP（2）保护装置的返回电流也应躲过，否则，保护装置还可能发生REIMAXLI误动作。REIMAXL因保护装置的返回系数/，所以上式又可写成REKIOPREIMAXLREK继电保护的整定最终要在继电器上调节出动作值，所以要将一次动作电流换算到继电器的动作电流。设电流继电器所接的电流互感器的变流比为，OPIIK保护装置的接线系数为KW，则有/KW。OPIIK则有KWOPIMAXL引入可靠系数，将上式写成等式，则得到带时限过电流保护装置动作RELK电流的整定计算公式为15MAXLIREWLOPII6718092式中为可靠系数,取1213。RELK为保护装置的接线系数，取1。W为继电器返回系数，取085095。RE为线路上的最大负荷电流。MAX1I过电流保护的灵敏度校验过电流保护的保护灵敏度/。对于线路过电流保护，应取PSMINKIOPMINKI被保护线路末端在系统最小运行方式下的两相短路电流。因此按规定过电流保护的灵敏度必须满足的条件为51MIN2OPKWSIK定时限过电流保护动作时间比较精确，整定简便，而且不论短路电流大小，动作时间都是一定的，不会出现因短路电流小动作时间长而延长了故障时间的问题。但缺点是所需继电器多，接线复杂，对操作电源的可靠性要求高。而反时限过电流保护的优点是继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，加之可采用交流操作，因此简单经济，故它在中小型用户供电系统（610KV）中得到广泛应用。缺点是动作时间的整定比较麻烦，而且误差较大。522电流速断保护根据对继电保护速动性的要求，保护装置动作切除故障的时间，必须满足系统稳定个保证重要用户供电的可靠性。在简单、可靠和保证选择性的前题下，原则上总是越快越好。因此，在各种电气原件上，应力求装设快速动作的继电保护。对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护，称为电流的速断保护。图53电流速断保护的原理接线图由于电流速断保护是瞬时动作的，无法通过动作时限的配合来实现前后两级保护的选择性动作，因此只有依靠动作电流（速断电流）的特殊整定来实现选择性配合。因此，电流速断保护的动作电流（速断电流）IQB应躲过它所保护的线路末端的三相短路电流，其整定计算公式是MAX32KIWRELQBIKI电流速断保护的灵敏度电流速断保护的灵敏度按其安装处（即线路首端）在系统最小运行方式下的两相短路电流作为最小短路电流IKMIN来检验。因此电流速断保护的灵敏度必须满足的条件为51MIN2QBKWSIK对于较短的10KV配电线路，则上级线路速断保护的灵敏度往往不够，此时应采用带有一定时限（05S）的延时电流速断保护来代替瞬时电流速断保护。由于有了05S的延时，因此其动作电流不需躲过它所保护的线路末端的三相短路电流，而只需大于下级线路的瞬时电流速断保护动作电流，即可获得保护的选择性。由于动作电流的减小，因而延时电流速断保护能保护线路全长。延时电流速断保护的原理电路与定时限过电流保护相同，只是，时间继电器的整定值为05S。523单相接地保护零序电压保护这种保护装置是利用系统接地后出现的零序电压而动作的。它是在变配电所的母线上安装绝缘监视装置来监视电力线路的对地绝缘，其基本原理已讲过。零序电压保护简单经济，但没有选择性，值班人员想判别出故障发生在哪一条线路上，就要依次断开各条线路来寻找。图54单项接地保护接线原理图零序电流保护零序电流保护是利用单相接地故障线路的零序电流较非故障线路大的特点，实现有选择性地跳闸或发出信号。对架空线路采用图A的零序电流过滤器，它是由三个同型号规格的电流互感器同极性并联所组成的。对电缆线路采用图B的零序电流互感器。零序电流互感器的结构特点是在其环形铁心上绕二次绕组，采用环氧浇注绝缘。零序电流保护的整定当供电系统某一线路发生单相接地故障时，其它线路上都会出现不平衡的电容电流，而这些线路因本身是正常的，其接地保护装置不应该动作，因此单相接地保护的动作电流IOP（E）应该躲过在其它线路上发生单相接地时在本线路上引起的电容电流IC，即单相接地保护动作电流的整定计算公式为CIRELOPIKI式中，KREL为可靠系数，保护装置不带时限时，取为45，以躲过被保护线路发生两相短路时所出现的不平衡电流；保护装置带时限时，取为152，这时接地保护的动作时间应比相间短路的过电流保护动作时间大一个T，以保证选择性。单相接地的零序电流保护的灵敏度，应按被保护线路末端发生单相接地故障时流过接地线的不平衡电流作为最小故障电流来检验251OPICSIK6自动重合闸61自动重合闸装置简介自动重合闸装置时一种广泛用于架空线输电和架空线供电线路上的有效反事故措施。当线路出现故障，继电保护使断路器跳闸后，自动重合闸装置经短时间间隔后使断路器重新合上。大多数情况下，线路故障时暂时性的，断路器跳闸后线路的绝缘性能能得到恢复，再次重合能成功，这就提高了电力系统的供电的可靠性。少数情况属于永久性故障，自动重合闸装置动作后靠继电保护再次跳开，待查明原因并排除故障后再送电，一般情况下，线路故障跳闸后重合闸时间越短，合闸越快，效果越好。62三相自动重合闸装置保护原理图61三相自动重合闸保护原理图正常工作状态正常工作状态下断路器在合闸位置，QF1触点断开，重合闸的时间元件没有电源，故不能起动。RC充电回路在KK1接通时开始对C充电，经15S25S的延时后，使1门获得一个正信号，以便于重合闸回路动作后即可通过1起动KCS合闸继电器动作发出合闸脉冲；它还可以同时起动2门，使信号灯HG1点亮，表示允许重合闸动作。断路器由保护动作或其他原因误动作而跳闸此时QF1闭合，利用KK1在合闸位置而断路器已经跳闸的这种不对应的条件起动重合闸的时间元件，经重合闸的延时后起动一次合闸脉冲元件。若线路上发生的是瞬时性故障，则重合闸成功，断路器合闸后，QF1断开重合闸的起动回路时间元件立即返回，同时C又开始经R充电经15S25S充电时间后，C两端充满电，整个回路即自动复归原状，准备好再次动作线路上存在永久性故障线路上存在永久性故障时，在重合闸以后继电保护将再次动作跳闸，此时QF1触点又将接通，重合闸起动与时间元件动作同前，但是由于KTC1仍然受到KTC2所发6S保持信号的作用，因此不会再发03S的合闸脉冲。同时电容器C也已放电。故它从两个方面保证了重合闸只能进行一次。用控制开关手动跳闸当控制开关在预跳位置，KK2触点接通，使C放电，同时KK1触点断开了重合闸的正电源，实现手动闭锁，因此就保证了手动跳闸以后不致重。重合闸前加速或后加速继电保护动作的回路重合闸前加速保护在重合闸未动作时，记忆6S的KTC2输出为低电平，经非门F后输出高电平，如果使连接片XB1投入，则起动加速继电器KAT。当被保护线路上发生故障，保护动作后即可通过KAT的触点使断路器直接跳闸。重合闸后加速继电保护动作此时应断开XB1而投入XB2，当被保护线路上第一次发生故障时，继电保护按原来有选择性的整定值动作切除故障，重合闸即起动进行一次合闸。于是记忆6S的KTC2输出高电平，经KTM2延时02S后经XB2及或门起动KAT，如果重合于永久性故障上，继电保护再次动作时，即可通过KAT的触点加速继电保护的跳闸。手动合闸后加速继电保护动作在手动合闸时，KK1触点接通，使记忆04S的KTC3起动输出高电平，经KTM3延时02S后可启动KAT，即在手动合闸后04S的时间内可以加速保护的动作。超过04S后，记忆元件虽然还有高电平的输入信号，但输出却一直保持为低电平，这样加速回路即被断开。7电力变压器的继电保护电力变压器是供电系统中的重要设备，它的故障对供电的可靠性和煤矿企业的生产将带来巨大影响。因此，必须根据变压器的容量和重要程度安装适当的保护装置。变压器的故障一般分为内部故障和外部故障两种。变压器内部故障主要有绕组的相间短路、绕组匝间短路和中性点直接接地或经小电阻接地侧的单相接地短路。内故障时很危险的，因为短路电流的产生的电弧不仅会破坏绕组的绝缘，烧坏铁芯，甚至会引起爆炸。变压器的外部故障主要有引出线上绝缘套管故障导致引出线相间短路和中性点有效接地侧的单相对地短路、由外部相间短路引起的过电流。中性点有效接地侧的电网中外部对地短路引起的过电流等。针对变压器的非正常运行状态，应适当选取以下几种保护措施对变压器加以保护。（1）电流速断保护或纵连差动保护（2）过电流保护（3）中性点接地侧单相接地保护（4）过负荷保护（5）气体保护71过电流保护与电流速断保护变压器过电流保护的组成、原理与线路过电流保护的组成、原理完全相同，其动作电流整定计算公式与线路过电流保护基本相同15MAXLIREWLOPIKI6718092式中为可靠系数,取1314。REL为保护装置的接线系数，取1。WK为继电器返回系数，取085095。REK为线路上的最大负荷电流。MAX1I注当电动机自启动时取（1314）。其动作时间亦按阶梯原则整定，TRI1与线路过电流保护完全相同。但是对310KV终端变电所，其动作时间可整定为最小值05S变压器的过流保护灵敏性，按变压器低压侧母线在系统中最小运行方式下发生的两项短路流过高压侧的穿越电流值来检验，并要求灵敏系数大于15由于电流速断保护是瞬时动作的，无法通过动作时限的配合来实现前后两级保护的选择性动作，因此只有依靠动作电流（速断电流）的特殊整定来实现选择性配合。按规定，如果变压器过流保护的动作时间大于0507S，应装设电流速断保护装置。变压器的电流速断保护，其组成，原理与线路的电流速断保护完全相同。变压器电流速断保护动作电流的整定计算公式也与线路速断保护基本相同，知识式子中的电流为低压母线的三相短路电流初始值流过高压侧的穿越电流值，即变压器的电流速断保护的速断电流按躲过低压母线三相短路来整定。电流速断保护的动作电流灵敏度电流速断保护的灵敏度按其安装处（即线路首端）在系统最小运行方式下的两相短路电流作为最小短路电流IKMIN来检验。因此电流速断保护的灵敏度必须满足的条件为在最小运行方式下发生两相短路的短路电流来检验，一般要求灵敏度系数2SK2140583MIN1QBKWSI式中为可靠系数,取1314。RELK为保护装置的接线系数，取1。W为继电器返回系数，取085095。RE为线路上的两相短路电流。MAX1I故满足要求。考虑到变压器在空载投入或突然恢复电压时将出现一个冲击性的励磁电流，为避免电流速断保护的动作，可在速断电流整定之后，将变压器空载若干次，以检查电流速断保护是否动作。72变压器低压侧的单相接地保护图72单项接地保护的原理接线图对于一般降压变压器，漆低压绕组中的中性点一般直接接地，有前面的分析可知。电压器低压侧的单相短路电流并不能完全放映装在高压侧的保护装置中，这使得过流电流保护装置在保护变压器低压侧的单相短路故障时灵敏度较低。这种零序过电流保护的动作电流按躲过变压器低压侧最大不平衡电流来OPI整定，其计算公式为251358012TRIDSQRELOPIKI式中变压器的额定二次电流；TRI2电流不平衡系数，一般取05；DSQK零序电流互感器的电流比。I零序电流过流保护时间一般取0507S。其保护灵敏性，按低压母线末端发生单相短路来校验。对架空线路，15；对电缆线路125，采取这SKSK种保护，灵敏性较好。故满足要求。查表知保护的动作时间整定为05S灵敏性校验过电流保护的灵敏度为51732MIN1KTKIKI满足保护灵敏度的要求。73变压器的过负荷保护变压器的过负荷保护一般只对并列运行的变压器或工作中有可能过负荷的变压器才装设。由于过负荷电流在大多数情况下是三相对称的，因此过负荷保护通常采用一个电流继电器装于一相电路中。通常，保护装置动作于信号；为防止变压器外部短路时变压器发出错误的信号，以及在出现持续几秒钟的尖峰负荷时不至发出信号，通常过负荷保护动作时限为1015S。2505KAITTRIRELOPKIIKIR1132当变压器低压侧电压为04KV时，一般不在高压侧装设过负荷保护，而是利用其低压侧总断路器兼作变压器的过负荷保护。74差动保护以双绕组变压器为例来说明实现纵差动保护的原理，如图所示图72变压器纵差动保护的原理接线由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差动保护的正确工作，就必须适当选择两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等，亦即在正常运行和外部故障时，差动回路的电流等于零。例如在图7中，应使2I1LNI2L或12LIB式中高压侧电流互感器的变比；1LN低压侧电流互感器的变比；2L变压器的变比。BN因此，要想实现电流的差动保护就必须适当地选择两侧电流互感器之比，使其比值等于变压器的变比，这是与前述送电线路的纵差动保BN护不同。这个区别是由于线路的纵差动保护可以直接比较两侧电流的幅值和相位，而变压器的纵差动保护则必须考虑变压器变比的影响。本次设计所采用的变压器型号为S118000/35。对于这种大型变压器而言，它都必需