升压站继电保护系统毕业设计

1、在21世纪，电力是当今世界不可或缺的能源。科技的进步，电力系 统飞快发展，带动了继电保护设计的进步。虽然我国继电保护技术的发展 起步比较晚，但是随着我国经济的飞速发展，大量的科研人员对于继电保 护技术的研究已经取得了很大的进步。目前，我国继电保护技术已经从机 电式发展到了微机式保护时代，并且已经得到广泛的应用。在电力系统中，由于设备绝缘的老化、损坏，雷击、外力因素，设备缺陷，设计和安装的错误，工作人员的误操作等原因，这些原因可能导致 发生各种各样故障和不正常运行的情况。为了保证在电力系统发生问题的 时候能及时处理，系统中的设备必须装设功能齐全、性能可靠的保护装置升压站继电保护系统的设计需要结合

2、理论和实际情况，确保继电保护设计能够保证在电力系统出现异常和故障的情况下可靠动作。在这种要求 下，为此必须从电力系统全局出发，研究变电站的供电与配电保护设计；分析研究供配电的继电保护设计方案，结合电力系统自动化，设计继电保 护的应用方案。第1章主接线设计1.1总体设计目的本设计的主要目的是完成升压站继电保护系统设计，根据设计基础材 料，运用电气工程及其自动化方面的专业知识，结合实际，完成升压站继 电保护系统设计。设计变电站主接线的基本接线形式；画出一次系统等效 图，进行短路计算，完成相关电气系统设备的选型；设计系统中各元件保 护配置方案和进行保护方案的介绍分析，计算继电保护的参数设置与整定,完

3、成设计任务。1.2电气主接线的选择1.2.1 10kV侧母线接线形式如图1-1所示，10kV侧母线采用双母线分段接线形式。图1-1双母线分段接线此种接线方式可有效缩小线路故障时全站的停电范围，充分提高供电可靠性。如图1-1所示，通过分段断路器把其中一条母线分成两端，分别是W和W1段，每段通过各自的母联断路器与另一条母线连接，这种情况下，进出线路平均的分布在两端母线上。如果其中一条母线发生故障，另 一条母线在保护装置的作用下，会把分段断路器断开，紧接着把发生故障 的母线所接的回路断开，使故障母线所接回路断电；这种情况下，人工可 以把发生故障的母线所接设备倒接非故障母线，恢复供电。1.2.2 11

4、0kV侧母线接线形式如图1-2所示，110kV 侧母线采用双母线接线形式。双母线的特点是有两组母线，在其中一组母线故障时，另一组母线能够可以代替故障母线运行。如图1-2所示，两组母线 W1和W2可以有效提高供电的可靠性。图1-2双母线接线优点：检修其中一组母线时，对另一组母线无影响，并且另一组母线 可以作为故障母线的备用缺点：在图中可以看出进线和出线回路之间增加了一组隔离开关，使设备占有面积和投资增加；同时在改变运行方式的过程中，如进行倒闸操作 时，比较复杂；特别当母线出线故障时，需要在短时间切除较多的回路时,在这种情况下，如果进行把故障母线所接设备倒到备用母线上的操作，操 作难 度大， 并存

5、 在一定 的 风 险。第2章短路计算及电气设备选择2.1短路计算1.等效电抗值计算Sb 100MV ?A，Uav发电机电抗标幺值:XgiX G2ttSbXd Pcos0.12 亠0.812 0.8变压器电抗标幺值:XT1XT2U K % Sd100Sn105*100 0710015线路电抗标幺值:Xl1 Xl2 Xll 再 1.4*40*° 0.121 U；v1152(1)d1点短路:基准电流：I jCL 121kr1 ICJkV74lOkV/VW."图2-1系统等效阻抗图Sb3U P5.50kA、3 10.5d1点短路总阻抗为:Z 0.8短路电流.汁5.50kA6.87k

6、A口 " LU丿丨匕1 d10.8短路电流最大有效值：1lck1 1.521 dt110.442kA冲击电流：ick1 1.82.、21dt117.49kA(2)d2点短路：I .由发电机G而来的短路电流，S基准电流：IJSB1005 50kA<3U P.3 10.5d2点短路总阻抗：Z*0.7短路由流：Itt 5.50kA7.86kA0.7n .由系统S而来的电流,基准电流：liSB1000.502kAP115短路电流:l；10.502kA0.70.717kA7.86kA 0.717kA，所以 d2点短路电流取ldt17.86kA短路冲击电流最大有效值:lck1 1.521

7、带 11.95kA冲击电流：ick1 1&21；1ck120.00kA(3) d3点短路:基准电流:ljSB100一0.502kA3U p3 115I .由 G1而来的短路电流,总阻抗:Z =0.121+0.7+0.8=1.62短路电流:I "10.502kA0.31kA1.62n .由G而来的短路电流,总阻抗：Z*0.7 0.8 1.5短路电流：Id1讐。.论所以，短路电流的总和为：G 0.31 0335 0.645短路电流最大有效值:Icki 1.52 Idi 0.98kA冲击电流ick11.8 21常1.64kA2.2部分电气设备的选择母线及线路的选型1 . 110kV

8、侧母线对于高电压母线的选取原则是根据发热是否符合条件。已知110kV母线的电源进线是两回，每一回在允许条件下最大可以输送32000kVA负荷，故线路中最大持续工作电流按最大负荷来计算：1 max 1.05 I e1.05S/、3 Ue(1.05 32000)/(、3 110)176.36A通过查询相关资料 LGL 185/10钢芯铝绞线在最高允许温度+70度的持续工作电流可以达到 539A，达到设计要求。2 . llOkV侧主变压器引接线主变压器引接线的设计主要参照它的持续工作电流，并且依据经济电流密度作为选择标准。max1.05Ie1.05S/ 3 Ue(1.05 32000)/(.3 11

9、0)82.67ATmax 5500h，查表得：钢芯铝绞线的经济电流密度为：J 1.2A/mm2 ；2Sj I max / J 82.67/1.268.89 mm。通过查询相关资料LGL 185/10钢芯铝绞线在最高允许温度+70度的持续工作电流可以达到539A，达到设计要求。3. 110kV 侧出线I max 1.05 I e1.05S/ 3 Ue(1.05 30000)/(、3 110)165.34ATmax 5500h，查表得：钢芯铝绞线的经济电流密度为：J 1.2A/mm2 ；Sj I max/J 165.34/1.2137.78mm2。查相关资料可知选择LGL 150/25钢芯铝绞线比

10、较合理；它在允许最高温度+70度的情况下持续工作电流可以达到478A，达到设计要求。4 . 10kV侧主母线110kV15000kVA+70度时最对于高电压母线的选取原则是根据发热是否符合条件。已知 母线的电源进线是两回，每一回在允许条件下最大可以输送 负荷，故线路中最大持续工作电流按最大负荷来计算：I max 1.05 I e1.05S/ 3 Ue(1.05 9500)/( .3 10)525.91A查相关的资料知 LGL 185/10钢芯铝绞线在允许最高温度 大持续工作电流可以达到552A，达到设计要求。2.2.2 其他电气设备的选择1 . 110kV侧断路器的选择ich 20.00kA

11、； I I 7.86kA ； Ue 110kVmax1.05Ie1.05S/ 3 U(1.05 32000)/(、3 110)176.36A查资料应该选取SW4110/1000型断路器。SW4110/1000型断路器参数如下：额定电压：Ue110kV，额定电流：Ie 1000A三秒热稳定电流：I rw340kA ;额定短路开断电流:Ikd 31.5kA额定峰值耐受电流：Imax I dw 100kA ;额定短路关合电流：100kA动稳定校验：Imax 176.36A Ie ；咕 20.00kA 也 100kA动稳定校验合格。热稳定校验：Qk Qp QnpT 护时间+全分闸时间 0.5 0.10

12、.6sQp T (I，2 10|爲 lf)/120.6 (11.952 10 11.852 11.72)/1284.2Qnp I，2 T，查表得：T 0.05Qnp 11.952 0.05 7.14 ； Qk 84.2 7.14 91.34kA2?SQ承受=I rwTrw 40 3 4800 kA ? S ; Q承受Qk热稳疋校验合格。所以，所选断路器满足要求。2 . l10kV 侧隔离开关的选择Ue 110kV , I max 176.36A查设备手册试选 GW4 110/2000型隔离开关，参数如下：额定电压： Ue 110kV ；额定电流：le 2000A动稳定电流：Idw 55kA ；

13、 5s热稳定电流：14kA动稳定校验：Imax 173.36A Ie ；咕 23.705kA Idw 动稳定校验合格。热稳定校验：Qd51.85 4.32 56.17kA2?S ； Q承受=Irw2 X J 142 5 980kA2?SQ承受 Qd , 热稳定校验合格。所选隔离开关满足要求。3 . 10kV侧断路器的选择1 max1.05|e1.05S/ 3 Ue(1.05 15000)/(.3 10)909.33A短路点参数:ich 17.49kA; I I 6.87kA; Ue 10kV查设备手册试选 SW2 10/1000型真空断路器。SW2 10/1000型真空断路器参数如下：额定电压

14、：Ue 10kV ;额定电流：Ie 1000A三秒热稳定电流：I rw3 20kA，额定短路开断电流：I kd 31.5kA额定峰值耐受电流：Imax Idw 50kA，额定短路关合电流：50kA动稳定校验：Imax 545.60A Ie ； G 18.94kA Idw 50kA动稳定校验合格。热稳定校验：Qk Qp QnpT保护时间+全分闸时间=tpr2 tin ta 0.5 0.10.6sQp T (i"2 10i：/2 l2)/120.6 (11.952 10 11.872 11.792)/1284.54Qnpl''2 T，查表得：T 0.05Qnp 11.95

15、2 0.05 7.14 ; Qk 84.54 7.14 91.68kA2?S2 2 2Q承受1 rwTrw 20 3 1200 kA ? S ； Q承受 Qk热稳定校验合格。所以，所选断路器满足要求。4 . 10kV侧隔离开关的选择Ue 10kV , lmax 909.33A查设备手册试选 GW4 35型隔离开关，参数如下：额定电压：Ue 10kV ；额定电流：le 1000A;动稳定电流：Idw 40kA2s热稳定电流：16kA动稳定校验：Imax 909.33A le ； i ch 17.49kA ldw动稳定校验合格。热稳定校验：Qk 28.97 2.845 31.46ra2?S ;Q

16、承受I rw X Trw 162 5 51 2kA2?S ; Q承受Qk热稳定校验合格所选隔离开关满足要求。5 . 110kV 主变压器电流互感器的选择Imax = 1.05Ie 佃久 倔 15°°°82.67A , U°110kV.3Ue 3 110选取：LCWD 110 , 300/5, 0.5/D/D电流互感器参数：1秒热稳定电流：40 kA;动稳定电流：100kA100kA动稳定校验：咕 18.94kA ； ich 100kA动稳定校验合格。热稳定校验 Qd 32.305kA2?S ;Q承受 I rwTw 40 1 1600 kA ? S ; Q

17、d V Q承受 热稳定校验合格。6 . 110kV 进线侧电流互感器的选择Imax (1.05 60000)/(、. 3 110)173.36a ； Ue 110kV选取：LCWD 110 , 400/5, 0.5/D/D，校验同上。7 . 110kV 出线侧电流互感器的选择lmax (1.05 30000)/( .3 110)165.34A ； Ue 110kV选取：LCWD 110 , 400/5, 0.5/D/D，校验同上。8 . 10kV主变压器电流互感器的选择lmax (1.05 31500)/( .3 35)545.61 A, Ue 110kV选取：LQZ 35 , 600/5,

18、0.5/D电流互感器参数：短时热稳定电流：31.5kA，动稳定电流：80kA动稳定校验：咕18.94kA ； ich 80kA ;动稳定校验合格。热稳定校验：Qd 32.305 kA2 ?SQ承受I rw X Trw 31.52 1 992.25 kA2 ?SQd Q承受； 热稳定校验合格。9 . 10kV出线侧电流互感器的选择lmax (1.05 9500 )/(.3 10)575.91A选取：LQZ 10 , 600/5, 0.5/D，校验同上。10 .主变压器中性点零序保护电流互感器的选择I max (1.05 15000)/(、3 110 3)57.87A , Ue选取：LQZ 10,

19、 100/5。110kV 母线选单相、串级式、户外式电压互感器110kVJDJJ 110; 10kV 感器 JDJJ 110。母线选单相、户外式电压互第三章变压器继电保护3.1变压器的保护配置（1 ）设计所用的变压器的容量为15000kVA ，并且装设位置是在户外，按着实际情况，比较合理的选择是配置瓦斯保护。瓦斯保护的主要作 用是可以在变压器油箱内部出现故障的时候，根据故障的情况，做出相应 的动作。（2）依据变电站变压器的容量和在系统中的接线方式，比较合理的 选择是选用纵联差动保护来作为变压器的主保护方式。差动保护对于变压 器的各种短路情况能够起到很好的保护作用，防止变压器由于故障或者不 正常

20、运行状态出现重大事故。（3）依据继电保护理论和现场实际状况，还需要配置后备保护。在 本次设计中最合理的选择是选取过电流保护作为上述两种保护的后备保 护。3.2变压器保护及整定计算变压器的瓦斯保护为了反应变压器内部的各种异常情况，比较正确的选择是采用瓦斯保 护。如果油浸式变压器的油箱内部出现故障，这种情况下会产生电弧，在 电弧的作用下绝缘物质会发生分解，产生大量气体，流动的方向是从油箱 到油枕，气体的排出多少和排出速度跟随故障的情况而定，依据变压器油 箱内气体情况动作的保护称为瓦斯保护。瓦斯保护整定：为了可靠地反应内部各种故障，气体继电器能够可靠动作，对于变压 器容量在10000KV 以上的，选

21、取 250立方厘米作为气体容积整定值。依据生产现场的实际经验，当油流速度在0.6m/s 到1.5m/s 时，气体继电器的保护非常可靠。可是当出现变压器外部异常时，出现的穿越性 电流对油流速度有影响。为了防止穿越性故障对于瓦斯保护的干扰，通常 情况下需要把油流速度整定为 1m/s左右。322 变压器的纵联差动保护对于变压器可能发生的各种短路故障，如绕组短路，引出线短路，套 管绝缘不好导致的短路，一般采用纵联差动保护。可是在油箱内部出现故 障时，其不能可靠地动作。由于油箱内部的故障是变压器的主要故障，在 生产实际中纵联差动保护需要和气体保护配合起来使用。输电导线纵差保护存在辅助导线的问题，而变压器

22、纵差保护不存在这 样的问题，所以在变压器纵联差动保护在生产现场中被大量使用。可是变 压器纵差保护在实际的应用中也存在各方面的问题，如多种因素会导致产 生不平衡电流，而且产生的不平衡电流大，可能导致保护误动作。为了消 除隐患，在变压器纵差保护的设计中必须采取有效措施尽量消除或减小不 平衡电流的产生。1. 基本原理与接线方式纵联差动保护是通过保护装置测量的一次侧和二次侧的电流值进线对 比，根据对比的情况判断是否启动保护。如图3-1所示，纵差动保护区为两侧电流互感器 TA1和TA2之间的区域。由于变压器高压侧与低压侧额定电流不同，为了避免误动作现象的发 生，应该采取措施保证在正常运行以及区外故障情况

23、下流过TA1和TA2的电流相等，使通过KD的电流为零，保护不动作，为了防止出现误动作的情况两侧 CT变比的选择应该合理。在图3-1中，要使12 = 12 ,即If，则要求nTA2nTA2nTA1nT(3-1)I；式中nTA1 高压侧 TA1变比;nTA2 低压侧TA2变比;nT变压器的变比由式（3-1 ）可知，当满足如式（3-1 ）所示时，纵联差动保护才能保 证在故障发生的情况下可靠地工作，不至于出现误动作，导致不必要的故 障。图3-1变压器纵差动保护单相原理接线图oi231223Nbal29i 2.dQ-V V168 /V V1Nball4 /16 12 z /Nk'Nk'&

24、#39;Nop810cQNscc.10kA13 20XX AA1 B1 C1 D1A2 B2 C2 D2图3-2 采用BCH 2型KD构成的双绕组变压器纵差动保护单相原理接线图应用BCH 2型继电器组成变压器的单相原理接线图如图3-3所示，运用BCH 2型继电器作为保护装置，变压器差动保护的整定计算过程如下：TitleNumberSizeB20-Jun-2006C:Documents aiDate:File:1TA（） O2TA（） C）3TA（）4TA）35kV图3-3 采用BCH 2型KD构成的双绕组变压器纵差动保护展开图为了计算变压器额定电流，需要选择电流互感器，进行电流互感器二 次侧电

25、流的计算。如表 3-1所示表3-1差动保护保护计算分析表数值名称110KV 侧的计算数值10KV侧的计算数值变压器额定电流Int.1fNT75.3A血 NT.1SInt.2 厂824.8AV3Unt.2变压器接线方式丫0电流互感器接线方式Y互感器一次侧电流计算值1 ta1 75.3AITA1 824.8A电流互感器变比选择KTA 300/5 60Kta 600/5 120接线系数KYx弱Kkx矗流入继电器的电流值K YI； -ITA.1 2.81aKtaIk-KkLIta.111.9AKta2. 计算在最大运行方式下，110 kV侧母线三相短路时，归算至平均电压10kV侧的短路电流Sj 15M

26、kA15kA.3 1150.075kA由于IK max110kV1 j110kVX *0.075Xs0.00611.951 j110kV*XtUk%1000.105得10kV侧的总电抗为:XXsXt0.0060.1050.111因此 I K max10kVI j10kV*15/0.111kA2.23kAx3 103. 原理计算变压器差动电流速断保护通过提高保护的动作电流，并借助保护固有 动作时间以躲过励磁涌流的影响。(1)动作电流有两个原则：I.躲过变压器的励磁涌流，用公式表示为I act K rel I N.T式中：In.t变压器额定电流；Krel可靠系数。在保护的设计中，会设计保护的动作时

27、间，励磁涌流会随时间衰减，故根据运行经验，Krei=2.54.5 ，具体数值取决于变压器的容量大小。n .躲过变压器外部故障时的最大不平衡电流lunb.max,用公式表示为1 actK rel1 unb. max3.5* 75.3263.55A在差动电流互感器满足10%误差曲线的情况下，按原则n所得的动作电流小于按原则I所得的动作电流，此时差动电流速断保护的动作电流一般设计为2.54.5Int.(2 ) Ksen 校验差动电流速断保护的灵敏度校验式为K senK. minact式中".min 变压器电源侧两相金属性短路时的最小短路电流或电源侧为 直接接地时金属性接地故障的最小短路电流

28、。Ksen5皿=6.87kA =26.07 > 2，满足要求，选择可行lact 263.55A3.2.3 过电流保护保护的原理接线图如图5.5所示，电流速断保护的装设位置应根据变压器的容量大小以及电源配置，对于容量小的变压器，并且电源是单侧电 源，装设位置应在变压器电源侧。变压器相间短路的后备保护既可以作为变压器主保护的后备保护又可以作为相邻母线的后备保护。动作电流l°p的整定原则是要躲过变压器可能出现的最大负荷电流 I L.max。IOP AdmaxKre式中：Krei可靠系数，一般取 1.2 1.3 ；Kre返回系数，一般取 0.85 0.95IOP KieL IL.max

29、150.6A 230.3AK re0.85保护的灵敏度为:K senk. minI op式中：Ik.min 最小运行方式下，在灵敏度校验点发生两相短路时流过保护装置的电流。最小短路电流应根据变压器连接组别保护的接线方式确定。在被保护变压器受电侧母线上短路时，要求Ksen 1.52 ；并且要求在后备保护范围末端发生短路时需要满足要求K sen 1.5。Ksen j 互86“34.21.5，满足要求I op 230.2A图3-4变压器电流速断保护单相原理接线图第四章母线继电保护4.1母线故障母线在电力系统具有十分重要的地位，在电力系统中具有无可替代的作用。依据实际的运行经验，母线的故障主要是各种相

30、间的短路故障和单 相接地故障。如果母线出现故障，会导致母线上连接的设备停电，造成大片区域停电，甚至可能破坏电力系统的稳定，造成巨大的事故和经济损失。母线的故障的原因有断路器套管及母线绝缘子闪络、误碰和误操作、母线电压互 感器故障等原因会造成母线的故障。4.2母线保护方式母线保护的主要方式有两种，如下所示：1.利用相邻元件的保护装置来保护母线正常情况下，母线不会出现故障。如果需要母线保护，需要把母线所接设备的保护的二次回路汇集起来，这样会导致结构复杂，而且可能会出 现所接支路的元器件或者回路的异常，或者人为的误操作，而使母线保护 动作，导致母线所接设备停电，造成严重后果。故对于母线电压在35kV

31、及以下者，对于保护的要求不是很高时，可以通过母线所接设备的保护装 置以一定的延时切除母线上的故障。如图4-1（ a）所示在母线上发生异常情况下，可以利用发电机的保护装置使发电机侧的断路器断开把母线故障切除；图4-1 （ b ）在母线上k1点出现故障时，可以利用变压器的过电流保护保护装置消除母线故障；在 图4-1 （ c）中，在母线的 k2点出现故障时，通过电源线路保护装置切除 故障。AAA(a)KAi1KT(b)fl(c)图4-1利用供电元件保护装置切除母线故障s k2(a)禾U用发电机过电流保护；(b )利用变压器过电流保护；(c)利用供电电源线路的第n、川段保护2.装设专门的母线保护如果母

32、线在其它设备保护范围内，就可以不为母线配置专门的保护装 置。这种情况下，如果母线出现故障，可以有其它设备的保护装置来切除 母线上的故障。这种情况下，不需要添加新的保护装置，简化了保护回路， 节省了成本，但是存在的问题是，保护动作的时间较长，在遇到母线接线 十分复杂的情况下，选择那一个母线动作，存在困难。所以在母线接线比 较复杂的情况下，需要配置专用的保护装置。4.3母线差动保护差动保护的特点是能够十分明确的区分内、外故障，并且选择准确率 高，保护动作快，故在发电机保护、变压器保护和输电线路的保护中得到 了广泛的使用。在母线差动保护中， 需要考虑母线上所接的各种电气设备, 如果所接的设备很多，对

33、保护的设计构成影响时，为了实现保护，可以从 以下三点考虑：（1）母线作为各个连接设备的公共电气连接点，故所连接设备的电流符合基尔霍夫电流定律。这就是说，母线无故障或母线之外出现异常时,流入母线的电流与流出的电流存在相等的关系。（2）在母线故障的情形下电流的流向是所连接的设备的短路电流流 向故障点，没有连接电源的设备除外。（3）一般规定在正方向的方向上，流入母线的电流和流出母线的电 流在正常情况下应该具有相反的相位，因此，一般情况下，如果母线无故 障或者母线之外发生故障时，母线所连接的设备中至少有一个设备中电流 与其它所连接的设备的电流方向相反，可是在母线发生故障的时候，母线 上所连接的设备的电

34、流方向一致，除无电流流过的设备。4.3.1 母线不完全电流差动保护的构成原理母线保护所用的电流互感器的装设位置是在有电源连接的设备上，如 发电机、变压器、分段断路器和联络断路器。电流互感器应选用统一的型 号和变比，二次绕组的连接方法是环流法。正常运行时，发电机提供电流送往系统及各负荷，故有Ii=I + I 皿 + 1 IV + 1 V流入差动继电器中的电流为ImI i I n I 皿 I v I vn TAn TA图4-2母线不完全电流差动保护的单相原理接线图采用两段式结构：第I段是差动电流速断保护，第U段是差动过电流 保护。差动电流速断保护反应被保护母线上的短路及母线供电的引出线电 抗器之前

35、发生的短路，保护装置能够瞬间跳开母线上各个连接元件的断路 器。第U段是差动过电流保护，其作用一方面是作第I段速断保护的后备,另一方面也作为各引出线保护的后备。4.3.2 母线不完全电流差动保护的整定计算母线差动保护通常采用BCH型差动继电器，故整定计算应按下列条件进行，并取最大值作为整定值。(1)整定计算时需要避过发生外部故障时的最大不平衡电流(系统中各个互感器误差均按 10%计算)，即：I actKrellunb max0.1K rel Ik max / nTA式中Krel可靠系数，取 1.31.5;I unbmax母线外部所接各个设备发生故障时可能出现的最大不平衡电流；iKmax 母线外部

36、故障时，通过发生故障元件的最大短路电流(周期分量)；nTATA 变比。由第3章短路计算得知IKmax 6.87A ；电流互感器变比nTA选取300/560，可靠系数 Krel取1.5,贝U1 actKrel 丨 unbmax 0-1K rel I k max / nTA01* 1.4 * 6.87kA/6017.175A(2 )整定需要依据 TA二次回路断线时流过的最大负荷支路的负荷电流，即：I actKrel Iloa max/ nTA2式中Iloamax 一支路最大负荷电流；Krel 可靠系数，取1.3。为了在TA二次回路发生断线时，保护装置不至于误动作，需要配置 断线监视装置，在接到二次

37、回路断线的信号时，能够及时把差动保护装置 闭锁。断路闭锁装置的动作电流按躲过正常运行时的不平衡电流整定。根 据运行经验，一般取I act 0.21 n / nTA式中In最大负荷支路的一次额定电流SN3Un95003 10548.48A电流互感器变比 nTA选取300/5=60 ，所以lact 0.2In /nTA综上可得lact 17.175A母线完全电流差动保护的灵敏度校验按下式进行：K senI K .minact式中,k min母线短路时最小短路电流二次值。电流互感器变比 nTA选取300/5 60由第3章短路计算得知，母线短路 时最小短路电流二次值Ik min 7.86kA/60 1

38、31A，故灵敏度Ksen d=131A7.632，灵敏度满足要求。Iact 17.175A第五章 出口线路继电保护5.1距离保护的基本原理距离保护的基本原理距离保护主要依据发生故障的地点与保护装置安装处之间距离，来判 断是否动作的保护装置。距离保护的核心元件是阻抗继电器。其测量阻抗 的大小主要根据短路点与保护装置安装处的距离远近来判断。依据距离远 近，来选择动作时限，从而可以保证能够有选择性的把线路中发生的故障 消除。故障点与保护装置安装处之间的阻抗为保护装置安装处电压与电流的 关系，即Z U/I。通过分析可知，距离的函数可以作为保护装置的动作 时限。即t f（Zil）式中乙一一正序阻抗（被保

39、护线路的单位长度阻抗）；l长度（短路发生点与保护装置间的距离）。图5-1距离保护的作用原理图(a)网络图；(b)时限特性如图5-1 ( a)所示，如果 K点出现短路，保护装置1和保护装置2的测量阻抗数值不一致，分别是 Zab Zk、Zk。显然保护装置 1的测量阻 抗数值大，保护装置2的测量阻抗数值小。由以上分析可知，故障的切除将由保护2来做，在保护装置 2动作后，线路中故障消除之后，保护装置 1不会发生动作。实现这样的动作主要依靠短路点与保护装置的距离远近 来进行。5.1.2 距离保护的时限特性对于距离保护的时限特性是动作时间t与故障发生点与保护装置安装处距离的函数关系 t f(l)。如图5-

40、1 ( b )所示，通过对比会发现三段距 离保护与三段式的电流保护的时限特性类似。由图分析可知，保护I段保护装置的动作时间是固定的和动作时瞬时的，保护范围为线路AB的全长，可是当 BC出口处发生短路的时候保护2不应该发生动作，所以必须满足Z爲 Zab。由于PT、CT以及距离继电器存在误差，需要引入可靠系数K；ei。Zop1 K rel Z ABI段可靠系数，当Zab为计算值时，取0.8 ；0.85。式中Qel 距离保护当Zab为测量值时，令Zab同理，保护2的I段依次整定值为Iop2QelZBC由以上分析可知，距离保护I段只能保护线路的 80% 90%，显然不能继电保护的要求，为了实现保护线路

41、的全长，需要设置距离保护U段。距离保护U段保护定值的整定与电流速断保护的整定方法类似，即确保U段整定值保护范围不超出下一条线路(如有多条线路取量最短者)距离保护第算如下：I段的保护范围，这种情况下距离保护1的U段一次侧整定值计nnIZop1K rel (ZABZBC K rel )式中：K；距离保护U段的可靠系数，取0.8。为了获得选择性， 保护1的距离U段动作时限t；应该比距离保护 2的 I段动作时间t；多一定的时间t，即t； t2t在以上的分析中，距离保护的I段和；段之间可以互相配合，共同作为本线路的主保护。为了作为相邻线路的距离保护和短路器拒动的远后备 保护，此外还设有距离保护川段来加强

42、保护，并且距离保护川段可以作为 之前两端距离保护的近后备保护。距离保护川段动作阻抗应按躲过正常负荷电流整定，而动作时限按阶 梯时限原则整定，整定时要比下一段线路的距离保护川段多一定时间，即皿tl皿2,max5.1.3 三段式距离保护原理框图距离保护的原理框图如图7.2所示，它由启动回路、测量回路，和逻辑回路三部分组成。图5-2三段式距离保护构成单相原理框图5.2阻抗继电器的接线方式单相补偿式阻抗继电器阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，它的主要作用是当发生短路 时，测量短路点与保护安装处的阻抗，判断保护是否动作。单相补偿式阻抗继电器的特性是其测量阻抗等于加入继电器电压电流I K的比值，即Z =

43、空K .I K需要指出的是：关于阻抗继电器的“测量阻抗”、“整定阻抗”、“动 作特性”和“接线方式”等的概念是距离保护的基础，现今距离保护不论采 用何种保护装置实现保护的目的，除了人工智能式以外，其基本原理还都是 建立在这些基本概念之上的。由于阻抗继电器都是接于电流互感器和电压互感器的二次侧，其测量阻 抗与系统一次侧的阻抗之间存在下列关系UkU (B) nTVU (B) nTAIk1 BC nTA1 BC nTVZ nTAn“式中U（b）加于保护装置的一次侧电压，即母线B的电压;Ibc 流入保护装置的一次电流，流向为从B到C ；nTV PT的变比；nTA 线路B-C上TA的变比;Z；ct,则按

44、式（7-8 ），继电器的Z二次侧的测量阻抗。如果保护装置的整定阻抗经计算以后为整定阻抗应该选择为Z K .act丿nTAactnTV依据实际情况，为了简化继电器的接线方式和数量，消除过度电阻和互感器误差等对于保护不利的因素。接线图如图7.3所示。522 对接线的基本要求为了实现距离保护可以可靠有效动作，在距离继电器中加入的电压U k和Ik要满足以下要求：（1）继电器的测量阻抗应该与短路发生点到保护装置安装处的距离成 正比关系；（2） 继电器的测量阻抗需要不随发生的故障类型的改变而改变，也就 是说距离保护的范围不能随意变化。如果阻抗继电器加入的电压和电流分别是U AB和I A I B时，我们称这

45、种接线方式为“ 0 °接线”，为U AB和I A时称之为“ +30 °接线”等等。在三相中分别用继电器 K1、K2、K3时，常用的几种接线方式的名称及相应 的电压和电流组合如表5-1所示。表5-1阻抗继电器采用不同接线方式时，接入的电压和电流关系K1K2K3U K1 KU K1 kU K1 K0。接线U AB1 A 1 BU BC1 B 1 cU CA1 C 1 A+30。接线U AB1 aU BC1 bU CA1 c-30。接线U AB-1 AU BC-1 CU CA-1 A相电压和具有U A1 A K310U B1 b K3I 0U C1 C K3I 0K3I o补偿的

46、相电流接线523相间短路阻抗继电器0。接线方式这是在距离保护中广泛采用的接线方式，现根据表7.1所示的关系，对各种相间短路时继电器的测量阻抗分析如下。测量阻抗的表示方式是用系统 中的一次阻抗来表示。1. 三相短路如图5-4所示，在线路中出现三相短路的情况时，由于三相的关系是对 称的，所以三个继电器的工作情况应该相同。因此，可以选取其中的一个进 行分析。以K1为例，设短路点至保护装置安装地点之间的距离为I，线路每千米的正序阻抗为乙，则保护安装地点的电压Uab应为U AB U A U B I AZil I B Zil (I A I B)Zil因此，在三相短路时，继电器 K1的测量阻抗为U ABZK

47、1通过上面的分析计算，在发生三相短路的时候，三个继电器都必须保证 可以准确测量短路发生地点与保护装置安装处的阻抗，这种情况下，三个继 电器能够满足继电保护的要求，即可靠动作。珂叵1-4.£17 LC >/1 J1|卜刁图5-4三相短路时测量阻抗的分析2. 两相短路如图7.5，设以AB相间短路为例，则故障环路的电压U ab为U AB IaZiI IbZiI(I A I B)Zil因此，继电器K1的测量阻抗为(2) U ABZki Zil通过上面的计算可知，其继电器测量到的阻抗与发生三相短路的测量阻抗在数值上相等，故K1能够可靠动作图5-5 AB两相短路时测量阻抗的分析在A相和B相

48、出现短路的情况下，此时可以看出在两个继电器K2和K3上所加电压为非故障相间的电压，和Uab相比，在数值上比之前的大，电流只存在一个，而且为故障相的电流，数值较（|A |B ）为小，故测量阻抗大，总而言之，就是说距离继电器不能如实反映短路点与保护装置安装处的阻抗。通过分析可知，在上述两相故障的情况下，只有继电器K1能够测量到准确的阻抗，故可以可靠动作。故当BC和CA两相之间出现短路时，对应能够可靠动作的继电器是 K2和K3，所以具体情况要具体分析。3. 中性点直接接地电网中的两相接地短路如图5-6所示，A相和B相发生故障，此时地中由短路电流流回。因此，I AI B oCE -4 k1广1” IC

49、=c 1zi7=U图5-6 AB两相接地短路时测量阻抗的分析这种情况下，可以把 A相和B相叫做“导线一地”的送电线路，并且与互感器耦合在一起，Zl表示输电线路每千米的自感阻抗，Zm表示输电线路每千米的互感阻抗，则保护装置安装地点的故障相电压应为U A I AZ1l IbZmIU B I B Z1l I a Zm l因此，继电器K1的测量阻抗为(1.1)K1U ab = (I A | b)(Zl Zm )lI A I BI A I B= (ZlZm)I由此可见，在A相和B相发生短路的情况下,K1能够准确的测量到阻抗,并且与三相短路时一致，K1能够可靠地动作5.2.4 接地短路阻抗继电器的接线方式

50、在中性点直接接地的电网中，如果零序保护不能满足继电保护要求时， 这种情况下应考虑选用接地距离保护，接地距离保护可以准确的反应电网中 的短路情况。在采用接地距离保护的情况下，继电器的接线方式会发生很大的改变，以下内容是对接线方式的讨论当发生单相接地故障时，故障相的情况是电压降低和电流变大，此外，会出现任意两相之间的电压升高的情况。因此，在这种情况下选择把发生故障相的电压和电流加入到继电器中。例如，对A相阻抗继电器采用U K U A, I K I A至于这种接线是否满足要求，现分析如下：将故障点的电压 UKA和电流I A分解为对称分量，则I A I 1 I 2 I 0U kA U k1 U k2

51、U k0 0按照各序的等效网络，在保护安装地点母线上各对称分量的电压与短路点的对称分量电压之间，应具有如下的关系UiUkiIi ZilU2U k2I 2 ZilU0U k0I0Z0I因此，保护安装地点母线上的A相电压即应为I2 ZilU k0 I oZolU A U A1 U A2 U A0 U k1 Il Z1l U k1= Zil(|l I 2 Io)乙 |(|A I 0 lo) 乙Zi= Z1l(I A |0Z°Zl)Zi如果采用UK U A和IK I a的接线方式时，则继电器的测量阻抗为U KI 0Zk 乙1 （Z。乙）1I KI A此测量阻抗之值与 之比值有关，而这个壁纸因受中性点接地数目与分布I A的影响，并不等于常数，这种情况下，继电器无法正确的测量到保护装置安装处与短路地点的阻抗，不能使用这种方式。在发生单相接地时，必须保证继电器的测量阻抗不受I 0的影响，根据以上分析的结果，就应该给阻抗继电器加入如下的电压和电流U K U A. Z0 z1.I K I A I 0- Ia K3I0Zi式中k。一般可近似认为零序阻抗角和正序阻抗角相等，因而3Z-K是一个实数，这样，继电器的测量阻抗是Z 出ZK .I KZjI(Ia K3Io)I a K3I o上述继电器能够准确的测到短路点与保护装置安装处的阻抗，通过比较 数值，观