1、前言在21世紀(jì)，電力是當(dāng)今世界不可或缺的能源。科技的進(jìn)步，電力系統(tǒng)飛快發(fā)展，帶動了繼電保護(hù)設(shè)計的進(jìn)步。雖然我國繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展起步比較晚，但是隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，大量的科研人員對于繼電保護(hù)技術(shù)的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步。目前，我國繼電保護(hù)技術(shù)已經(jīng)從機電式發(fā)展到了微機式保護(hù)時代，并且已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。在電力系統(tǒng)中，由于設(shè)備絕緣的老化、損壞，雷擊、外力因素，設(shè)備缺陷，設(shè)計和安裝的錯誤，工作人員的誤操作等原因，這些原因可能導(dǎo)致發(fā)生各種各樣故障和不正常運行的情況。為了保證在電力系統(tǒng)發(fā)生問題的時候能與時處理，系統(tǒng)中的設(shè)備必須裝設(shè)功能齊全、性能可靠的保護(hù)裝置。升壓站繼電保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計需要結(jié)合理論和

2、實際情況，確保繼電保護(hù)設(shè)計能夠保證在電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常和故障的情況下可靠動作。在這種要求下，為此必須從電力系統(tǒng)全局出發(fā)， 研究變電站的供電與配電保護(hù)設(shè)計；分析研究供配電的繼電保護(hù)設(shè)計方案，結(jié)合電力系統(tǒng)自動化，設(shè)計繼電保護(hù)的應(yīng)用方案。41 / 41第1章 主接線設(shè)計1.1 總體設(shè)計目的本設(shè)計的主要目的是完成升壓站繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計，根據(jù)設(shè)計基礎(chǔ)材料，運用電氣工程與其自動化方面的專業(yè)知識，結(jié)合實際，完成升壓站繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計。設(shè)計變電站主接線的基本接線形式；畫出一次系統(tǒng)等效圖，進(jìn)行短路計算，完成相關(guān)電氣系統(tǒng)設(shè)備的選型；設(shè)計系統(tǒng)中各元件保護(hù)配置方案和進(jìn)行保護(hù)方案的介紹分析，計算繼電保護(hù)的參數(shù)設(shè)置與整定，

3、完成設(shè)計任務(wù)。1.2 電氣主接線的選擇1.2.1 10kV側(cè)母線接線形式如圖1-1所示，10kV側(cè)母線采用雙母線分段接線形式。圖1-1雙母線分段接線此種接線方式可有效縮小線路故障時全站的停電圍，充分提高供電可靠性。如圖1-1所示，通過分段斷路器把其中一條母線分成兩端，分別是W和W1段，每段通過各自的母聯(lián)斷路器與另一條母線連接，這種情況下，進(jìn)出線路平均的分布在兩端母線上。如果其中一條母線發(fā)生故障，另一條母線在保護(hù)裝置的作用下，會把分段斷路器斷開，緊接著把發(fā)生故障的母線所接的回路斷開，使故障母線所接回路斷電；這種情況下，人工可以把發(fā)生故障的母線所接設(shè)備倒接非故障母線，恢復(fù)供電。1.2.2 110k

4、V側(cè)母線接線形式如圖1-2所示，110kV側(cè)母線采用雙母線接線形式。雙母線的特點是有兩組母線，在其中一組母線故障時，另一組母線能夠可以代替故障母線運行。如圖1-2所示，兩組母線W1和W2可以有效提高供電的可靠性。圖1-2雙母線接線優(yōu)點：檢修其中一組母線時，對另一組母線無影響，并且另一組母線可以作為故障母線的備用。缺點：在圖中可以看出進(jìn)線和出線回路之間增加了一組隔離開關(guān),使設(shè)備占有面積和投資增加；同時在改變運行方式的過程中，如進(jìn)行倒閘操作時，比較復(fù)雜；特別當(dāng)母線出線故障時，需要在短時間切除較多的回路時,在這種情況下，如果進(jìn)行把故障母線所接設(shè)備倒到備用母線上的操作，操作難度大，并存在一定的風(fēng)險。第

5、2章 短路計算與電氣設(shè)備選擇2.1 短路計算1. 等效電抗值計算，發(fā)電機電抗標(biāo)幺值：變壓器電抗標(biāo)幺值： 線路電抗標(biāo)幺值：，圖2-1系統(tǒng)等效阻抗圖（1）d1點短路：基準(zhǔn)電流：d1點短路總阻抗為：短路電流：短路電流最大有效值：沖擊電流：（2）d2點短路：.由發(fā)電機G而來的短路電流，基準(zhǔn)電流：d2點短路總阻抗：短路電流：.由系統(tǒng)S而來的電流，基準(zhǔn)電流：短路電流：，所以d2點短路電流取短路沖擊電流最大有效值：沖擊電流：（3）d3點短路：基準(zhǔn)電流：.由G1而來的短路電流，總阻抗：=0.121+0.7+0.8=1.62短路電流：.由G而來的短路電流，總阻抗：短路電流：所以，短路電流的總和為：短路電流最大有

6、效值：沖擊電流2.2 部分電氣設(shè)備的選擇2.2.1 母線與線路的選型1110kV側(cè)母線對于高電壓母線的選取原則是根據(jù)發(fā)熱是否符合條件。已知110kV母線的電源進(jìn)線是兩回，每一回在允許條件下最大可以輸送32000kVA負(fù)荷，故線路中最大持續(xù)工作電流按最大負(fù)荷來計算：通過查詢相關(guān)資料鋼芯鋁絞線在最高允許溫度+70度的持續(xù)工作電流可以達(dá)到539A，達(dá)到設(shè)計要求。2ll0kV側(cè)主變壓器引接線主變壓器引接線的設(shè)計主要參照它的持續(xù)工作電流，并且依據(jù)經(jīng)濟(jì)電流密度作為選擇標(biāo)準(zhǔn)。，查表得：鋼芯鋁絞線的經(jīng)濟(jì)電流密度為：；。通過查詢相關(guān)資料鋼芯鋁絞線在最高允許溫度+70度的持續(xù)工作電流可以達(dá)到539A，達(dá)到設(shè)計要求

7、。3110kV側(cè)出線，查表得：鋼芯鋁絞線的經(jīng)濟(jì)電流密度為：；。查相關(guān)資料可知選擇鋼芯鋁絞線比較合理；它在允許最高溫度+70度的情況下持續(xù)工作電流可以達(dá)到478A，達(dá)到設(shè)計要求。410kV側(cè)主母線對于高電壓母線的選取原則是根據(jù)發(fā)熱是否符合條件。已知110kV母線的電源進(jìn)線是兩回，每一回在允許條件下最大可以輸送15000kVA負(fù)荷，故線路中最大持續(xù)工作電流按最大負(fù)荷來計算：查相關(guān)的資料知鋼芯鋁絞線在允許最高溫度+70度時最大持續(xù)工作電流可以達(dá)到552A，達(dá)到設(shè)計要求。2.2.2 其他電氣設(shè)備的選擇1110kV側(cè)斷路器的選擇；查資料應(yīng)該選取型斷路器。型斷路器參數(shù)如下：額定電壓：，額定電流：三秒熱穩(wěn)定

8、電流：；額定短路開斷電流：額定峰值耐受電流：；額定短路關(guān)合電流：動穩(wěn)定校驗：；動穩(wěn)定校驗合格。熱穩(wěn)定校驗：護(hù)時間+全分閘時間，查表得：；Irw2；熱穩(wěn)定校驗合格。所以，所選斷路器滿足要求。2l10kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇， 查設(shè)備手冊試選型隔離開關(guān)，參數(shù)如下：額定電壓： ；額定電流:動穩(wěn)定電流：；5s熱穩(wěn)定電流：動穩(wěn)定校驗：；動穩(wěn)定校驗合格。熱穩(wěn)定校驗：；Irw2×，熱穩(wěn)定校驗合格。所選隔離開關(guān)滿足要求。310kV側(cè)斷路器的選擇短路點參數(shù)：；查設(shè)備手冊試選型真空斷路器。型真空斷路器參數(shù)如下：額定電壓：；額定電流：三秒熱穩(wěn)定電流：，額定短路開斷電流：額定峰值耐受電流：，額定短路關(guān)合電流：動

9、穩(wěn)定校驗：；動穩(wěn)定校驗合格。熱穩(wěn)定校驗：保護(hù)時間+全分閘時間，查表得：；Irw2；熱穩(wěn)定校驗合格。所以，所選斷路器滿足要求。410kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇，查設(shè)備手冊試選型隔離開關(guān)，參數(shù)如下：額定電壓:； 額定電流:； 動穩(wěn)定電流：2s熱穩(wěn)定電流：動穩(wěn)定校驗：；動穩(wěn)定校驗合格。熱穩(wěn)定校驗：；Irw2×；熱穩(wěn)定校驗合格。所選隔離開關(guān)滿足要求。5110kV主變壓器電流互感器的選擇，選取：，電流互感器參數(shù)：1秒熱穩(wěn)定電流：；動穩(wěn)定電流：100kA動穩(wěn)定校驗：；動穩(wěn)定校驗合格。熱穩(wěn)定校驗；Irw2；熱穩(wěn)定校驗合格。6110kV進(jìn)線側(cè)電流互感器的選擇；選取：，校驗同上。7110kV出線側(cè)電流互感器

10、的選擇；選取：，校驗同上。810kV主變壓器電流互感器的選擇，選取：，電流互感器參數(shù)：短時熱穩(wěn)定電流：，動穩(wěn)定電流：動穩(wěn)定校驗：；動穩(wěn)定校驗合格。熱穩(wěn)定校驗：Irw2×；熱穩(wěn)定校驗合格。910kV出線側(cè)電流互感器的選擇選取：，, ，校驗同上。10主變壓器中性點零序保護(hù)電流互感器的選擇， 選取：，。110kV母線選單相、串級式、戶外式電壓互感器；10kV母線選單相、戶外式電壓互感器。第三章 變壓器繼電保護(hù)3.1 變壓器的保護(hù)配置（1） 設(shè)計所用的變壓器的容量為15000kVA，并且裝設(shè)位置是在戶外，按著實際情況，比較合理的選擇是配置瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)的主要作用是可以在變壓器油箱部出現(xiàn)故

11、障的時候，根據(jù)故障的情況，做出相應(yīng)的動作。（2） 依據(jù)變電站變壓器的容量和在系統(tǒng)中的接線方式，比較合理的選擇是選用縱聯(lián)差動保護(hù)來作為變壓器的主保護(hù)方式。差動保護(hù)對于變壓器的各種短路情況能夠起到很好的保護(hù)作用，防止變壓器由于故障或者不正常運行狀態(tài)出現(xiàn)重大事故。（3）依據(jù)繼電保護(hù)理論和現(xiàn)場實際狀況，還需要配置后備保護(hù)。在本次設(shè)計中最合理的選擇是選取過電流保護(hù)作為上述兩種保護(hù)的后備保護(hù)。3.2 變壓器保護(hù)與整定計算3.2.1 變壓器的瓦斯保護(hù)為了反應(yīng)變壓器部的各種異常情況，比較正確的選擇是采用瓦斯保護(hù)。如果油浸式變壓器的油箱部出現(xiàn)故障，這種情況下會產(chǎn)生電弧，在電弧的作用下絕緣物質(zhì)會發(fā)生分解，產(chǎn)生大量

12、氣體，流動的方向是從油箱到油枕，氣體的排出多少和排出速度跟隨故障的情況而定，依據(jù)變壓器油箱氣體情況動作的保護(hù)稱為瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)整定：為了可靠地反應(yīng)部各種故障，氣體繼電器能夠可靠動作，對于變壓器容量在10000KV以上的，選取250立方厘米作為氣體容積整定值。依據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的實際經(jīng)驗，當(dāng)油流速度在0.6m/s到1.5m/s時，氣體繼電器的保護(hù)非常可靠。可是當(dāng)出現(xiàn)變壓器外部異常時，出現(xiàn)的穿越性電流對油流速度有影響。為了防止穿越性故障對于瓦斯保護(hù)的干擾，通常情況下需要把油流速度整定為1m/s左右。3.2.2 變壓器的縱聯(lián)差動保護(hù)對于變壓器可能發(fā)生的各種短路故障，如繞組短路，引出線短路，套管絕緣不好

13、導(dǎo)致的短路，一般采用縱聯(lián)差動保護(hù)。可是在油箱部出現(xiàn)故障時，其不能可靠地動作。由于油箱部的故障是變壓器的主要故障，在生產(chǎn)實際中縱聯(lián)差動保護(hù)需要和氣體保護(hù)配合起來使用。輸電導(dǎo)線縱差保護(hù)存在輔助導(dǎo)線的問題，而變壓器縱差保護(hù)不存在這樣的問題，所以在變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)在生產(chǎn)現(xiàn)場中被大量使用。可是變壓器縱差保護(hù)在實際的應(yīng)用中也存在各方面的問題，如多種因素會導(dǎo)致產(chǎn)生不平衡電流，而且產(chǎn)生的不平衡電流大，可能導(dǎo)致保護(hù)誤動作。為了消除隱患，在變壓器縱差保護(hù)的設(shè)計中必須采取有效措施盡量消除或減小不平衡電流的產(chǎn)生。1.基本原理與接線方式縱聯(lián)差動保護(hù)是通過保護(hù)裝置測量的一次側(cè)和二次側(cè)的電流值進(jìn)線對比，根據(jù)對比的情況判斷

14、是否啟動保護(hù)。如圖3-1所示，縱差動保護(hù)區(qū)為兩側(cè)電流互感器TA1和TA2之間的區(qū)域。由于變壓器高壓側(cè)與低壓側(cè)額定電流不同，為了避免誤動作現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)該采取措施保證在正常運行以與區(qū)外故障情況下流過TA1和TA2的電流相等，使通過KD的電流為零，保護(hù)不動作，為了防止出現(xiàn)誤動作的情況兩側(cè)CT變比的選擇應(yīng)該合理。在圖3-1中，要使=,即，則要求 （3-1）式中高壓側(cè)TA1變比；低壓側(cè)TA2變比；變壓器的變比由式（3-1）可知，當(dāng)滿足如式（3-1）所示時，縱聯(lián)差動保護(hù)才能保證在故障發(fā)生的情況下可靠地工作，不至于出現(xiàn)誤動作，導(dǎo)致不必要的故障。圖3-1 變壓器縱差動保護(hù)單相原理接線圖圖3-2 采用BCH2

15、型KD構(gòu)成的雙繞組變壓器縱差動保護(hù)單相原理接線圖應(yīng)用BCH2型繼電器組成變壓器的單相原理接線圖如圖3-3所示，運用BCH2型繼電器作為保護(hù)裝置，變壓器差動保護(hù)的整定計算過程如下：圖3-3 采用BCH2型KD構(gòu)成的雙繞組變壓器縱差動保護(hù)展開圖為了計算變壓器額定電流，需要選擇電流互感器，進(jìn)行電流互感器二次側(cè)電流的計算。如表3-1所示。表3-1 差動保護(hù)保護(hù)計算分析表數(shù)值名稱110KV側(cè)的計算數(shù)值10KV側(cè)的計算數(shù)值變壓器額定電流變壓器接線方式電流互感器接線方式Y(jié)互感器一次側(cè)電流計算值電流互感器變比選擇接線系數(shù)流入繼電器的電流值2.計算在最大運行方式下，110 kV側(cè)母線三相短路時，歸算至平均電壓1

16、0kV側(cè)的短路電流 由于 ；得10kV側(cè)的總電抗為：因此3.原理計算變壓器差動電流速斷保護(hù)通過提高保護(hù)的動作電流，并借助保護(hù)固有動作時間以躲過勵磁涌流的影響。（1）動作電流有兩個原則：I.躲過變壓器的勵磁涌流，用公式表示為式中： 變壓器額定電流；可靠系數(shù)。在保護(hù)的設(shè)計中，會設(shè)計保護(hù)的動作時間，勵磁涌流會隨時間衰減，故根據(jù)運行經(jīng)驗，=2.54.5，具體數(shù)值取決于變壓器的容量大小。.躲過變壓器外部故障時的最大不平衡電流,用公式表示為在差動電流互感器滿足10%誤差曲線的情況下，按原則所得的動作電流小于按原則I所得的動作電流，此時差動電流速斷保護(hù)的動作電流一般設(shè)計為.（2）校驗差動電流速斷保護(hù)的靈敏度

17、校驗式為2式中變壓器電源側(cè)兩相金屬性短路時的最小短路電流或電源側(cè)為直接接地時金屬性接地故障的最小短路電流。=26.072，滿足要求，選擇可行。3.2.3 過電流保護(hù)保護(hù)的原理接線圖如圖5.5所示，電流速斷保護(hù)的裝設(shè)位置應(yīng)根據(jù)變壓器的容量大小以與電源配置，對于容量小的變壓器，并且電源是單側(cè)電源，裝設(shè)位置應(yīng)在變壓器電源側(cè)。變壓器相間短路的后備保護(hù)既可以作為變壓器主保護(hù)的后備保護(hù)又可以作為相鄰母線的后備保護(hù)。動作電流的整定原則是要躲過變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流。式中：可靠系數(shù)，一般取；返回系數(shù)，一般取。保護(hù)的靈敏度為：式中：最小運行方式下，在靈敏度校驗點發(fā)生兩相短路時流過保護(hù)裝置的電流。最小短路電

18、流應(yīng)根據(jù)變壓器連接組別保護(hù)的接線方式確定。在被保護(hù)變壓器受電側(cè)母線上短路時，要求；并且要求在后備保護(hù)圍末端發(fā)生短路時需要滿足要求。，滿足要求。圖3-4變壓器電流速斷保護(hù)單相原理接線圖第4章 母線繼電保護(hù)4.1 母線故障母線在電力系統(tǒng)具有十分重要的地位，在電力系統(tǒng)中具有無可替代的作用。依據(jù)實際的運行經(jīng)驗，母線的故障主要是各種相間的短路故障和單相接地故障。如果母線出現(xiàn)故障，會導(dǎo)致母線上連接的設(shè)備停電，造成大片區(qū)域停電，甚至可能破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，造成巨大的事故和經(jīng)濟(jì)損失。母線的故障的原因有斷路器套管與母線絕緣子閃絡(luò)、誤碰和誤操作、母線電壓互感器故障等原因會造成母線的故障。4.2 母線保護(hù)方式母線保

19、護(hù)的主要方式有兩種，如下所示：1.利用相鄰元件的保護(hù)裝置來保護(hù)母線正常情況下，母線不會出現(xiàn)故障。如果需要母線保護(hù)，需要把母線所接設(shè)備的保護(hù)的二次回路匯集起來，這樣會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且可能會出現(xiàn)所接支路的元器件或者回路的異常，或者人為的誤操作，而使母線保護(hù)動作，導(dǎo)致母線所接設(shè)備停電，造成嚴(yán)重后果。故對于母線電壓在35kV與以下者，對于保護(hù)的要求不是很高時，可以通過母線所接設(shè)備的保護(hù)裝置以一定的延時切除母線上的故障。如圖4-1（a）所示在母線上發(fā)生異常情況下，可以利用發(fā)電機的保護(hù)裝置使發(fā)電機側(cè)的斷路器斷開把母線故障切除；圖4-1（b）在母線上k1點出現(xiàn)故障時，可以利用變壓器的過電流保護(hù)保護(hù)裝置消除

20、母線故障；在圖4-1（c）中，在母線的k2點出現(xiàn)故障時，通過電源線路保護(hù)裝置切除故障。（a）（b）（c）圖4-1利用供電元件保護(hù)裝置切除母線故障（a）利用發(fā)電機過電流保護(hù)；（b）利用變壓器過電流保護(hù)；（c）利用供電電源線路的第、段保護(hù)2.裝設(shè)專門的母線保護(hù)如果母線在其它設(shè)備保護(hù)圍，就可以不為母線配置專門的保護(hù)裝置。這種情況下，如果母線出現(xiàn)故障，可以有其它設(shè)備的保護(hù)裝置來切除母線上的故障。這種情況下，不需要添加新的保護(hù)裝置，簡化了保護(hù)回路，節(jié)省了成本，但是存在的問題是，保護(hù)動作的時間較長，在遇到母線接線十分復(fù)雜的情況下，選擇那一個母線動作，存在困難。所以在母線接線比較復(fù)雜的情況下，需要配置專用的

21、保護(hù)裝置。4.3 母線差動保護(hù)差動保護(hù)的特點是能夠十分明確的區(qū)分、外故障，并且選擇準(zhǔn)確率高，保護(hù)動作快，故在發(fā)電機保護(hù)、變壓器保護(hù)和輸電線路的保護(hù)中得到了廣泛的使用。在母線差動保護(hù)中，需要考慮母線上所接的各種電氣設(shè)備，如果所接的設(shè)備很多，對保護(hù)的設(shè)計構(gòu)成影響時，為了實現(xiàn)保護(hù)，可以從以下三點考慮：（1）母線作為各個連接設(shè)備的公共電氣連接點，故所連接設(shè)備的電流符合基爾霍夫電流定律。這就是說，母線無故障或母線之外出現(xiàn)異常時，流入母線的電流與流出的電流存在相等的關(guān)系。（2）在母線故障的情形下電流的流向是所連接的設(shè)備的短路電流流向故障點，沒有連接電源的設(shè)備除外。（3）一般規(guī)定在正方向的方向上，流入母線的

22、電流和流出母線的電流在正常情況下應(yīng)該具有相反的相位，因此，一般情況下，如果母線無故障或者母線之外發(fā)生故障時，母線所連接的設(shè)備中至少有一個設(shè)備中電流與其它所連接的設(shè)備的電流方向相反，可是在母線發(fā)生故障的時候，母線上所連接的設(shè)備的電流方向一致，除無電流流過的設(shè)備。4.3.1 母線不完全電流差動保護(hù)的構(gòu)成原理母線保護(hù)所用的電流互感器的裝設(shè)位置是在有電源連接的設(shè)備上，如發(fā)電機、變壓器、分段斷路器和聯(lián)絡(luò)斷路器。電流互感器應(yīng)選用統(tǒng)一的型號和變比，二次繞組的連接方法是環(huán)流法。正常運行時，發(fā)電機提供電流送往系統(tǒng)與各負(fù)荷，故有=+流入差動繼電器中的電流為=圖4-2 母線不完全電流差動保護(hù)的單相原理接線圖采用兩段

23、式結(jié)構(gòu)：第段是差動電流速斷保護(hù)，第段是差動過電流保護(hù)。差動電流速斷保護(hù)反應(yīng)被保護(hù)母線上的短路與母線供電的引出線電抗器之前發(fā)生的短路，保護(hù)裝置能夠瞬間跳開母線上各個連接元件的斷路器。第段是差動過電流保護(hù)，其作用一方面是作第段速斷保護(hù)的后備，另一方面也作為各引出線保護(hù)的后備。4.3.2 母線不完全電流差動保護(hù)的整定計算母線差動保護(hù)通常采用BCH型差動繼電器，故整定計算應(yīng)按下列條件進(jìn)行，并取最大值作為整定值。（1）整定計算時需要避過發(fā)生外部故障時的最大不平衡電流（系統(tǒng)中各個互感器誤差均按10%計算），即：式中可靠系數(shù)，取；母線外部所接各個設(shè)備發(fā)生故障時可能出現(xiàn)的最大不平衡電流；母線外部故障時，通過發(fā)

24、生故障元件的最大短路電流（周期分量）；TA變比。由第3章短路計算得知；電流互感器變比選取，可靠系數(shù)取，則（2）整定需要依據(jù)TA二次回路斷線時流過的最大負(fù)荷支路的負(fù)荷電流，即：式中支路最大負(fù)荷電流；可靠系數(shù)，取1.3。為了在TA二次回路發(fā)生斷線時，保護(hù)裝置不至于誤動作，需要配置斷線監(jiān)視裝置，在接到二次回路斷線的信號時，能夠與時把差動保護(hù)裝置閉鎖。斷路閉鎖裝置的動作電流按躲過正常運行時的不平衡電流整定。根據(jù)運行經(jīng)驗，一般取式中最大負(fù)荷支路的一次額定電流。電流互感器變比選取300/5=60，所以綜上可得母線完全電流差動保護(hù)的靈敏度校驗按下式進(jìn)行：式中，母線短路時最小短路電流二次值。電流互感器變比選取

25、由第3章短路計算得知，母線短路時最小短路電流二次值，故靈敏度=，靈敏度滿足要求。第五章 出口線路繼電保護(hù)5.1 距離保護(hù)的基本原理5.1.1 距離保護(hù)的基本原理距離保護(hù)主要依據(jù)發(fā)生故障的地點與保護(hù)裝置安裝處之間距離，來判斷是否動作的保護(hù)裝置。距離保護(hù)的核心元件是阻抗繼電器。其測量阻抗的大小主要根據(jù)短路點與保護(hù)裝置安裝處的距離遠(yuǎn)近來判斷。依據(jù)距離遠(yuǎn)近，來選擇動作時限，從而可以保證能夠有選擇性的把線路中發(fā)生的故障消除。故障點與保護(hù)裝置安裝處之間的阻抗為保護(hù)裝置安裝處電壓與電流的關(guān)系，即。通過分析可知，距離的函數(shù)可以作為保護(hù)裝置的動作時限。即式中 正序阻抗（被保護(hù)線路的單位長度阻抗）；長度（短路發(fā)生

26、點與保護(hù)裝置間的距離）。（b）圖5-1 距離保護(hù)的作用原理圖（a）網(wǎng)絡(luò)圖；（b）時限特性如圖5-1（a）所示，如果K點出現(xiàn)短路，保護(hù)裝置1和保護(hù)裝置2的測量阻抗數(shù)值不一致，分別是、。顯然保護(hù)裝置1的測量阻抗數(shù)值大，保護(hù)裝置2的測量阻抗數(shù)值小。由以上分析可知，故障的切除將由保護(hù)2來做，在保護(hù)裝置2動作后，線路中故障消除之后，保護(hù)裝置1不會發(fā)生動作。實現(xiàn)這樣的動作主要依靠短路點與保護(hù)裝置的距離遠(yuǎn)近來進(jìn)行。5.1.2 距離保護(hù)的時限特性對于距離保護(hù)的時限特性是動作時間t與故障發(fā)生點與保護(hù)裝置安裝處距離的函數(shù)關(guān)系。如圖5-1（b）所示，通過對比會發(fā)現(xiàn)三段距離保護(hù)與三段式的電流保護(hù)的時限特性類似。由圖分

27、析可知，保護(hù)I段保護(hù)裝置的動作時間是固定的和動作時瞬時的，保護(hù)圍為線路AB的全長，可是當(dāng)BC出口處發(fā)生短路的時候保護(hù)2不應(yīng)該發(fā)生動作，所以必須滿足。由于PT、CT以與距離繼電器存在誤差，需要引入可靠系數(shù)。式中距離保護(hù)I段可靠系數(shù)，當(dāng)為計算值時，取0.8；當(dāng) 為測量值時，令。同理，保護(hù)2的I段依次整定值為由以上分析可知，距離保護(hù)I段只能保護(hù)線路的，顯然不能繼電保護(hù)的要求，為了實現(xiàn)保護(hù)線路的全長，需要設(shè)置距離保護(hù)段。距離保護(hù)段保護(hù)定值的整定與電流速斷保護(hù)的整定方法類似，即確保段整定值保護(hù)圍不超出下一條線路（如有多條線路取量最短者）距離保護(hù)第I段的保護(hù)圍，這種情況下距離保護(hù)1的段一次側(cè)整定值計算如下

28、：式中：距離保護(hù)段的可靠系數(shù)，取。為了獲得選擇性，保護(hù)1的距離段動作時限應(yīng)該比距離保護(hù)2的I段動作時間多一定的時間，即在以上的分析中，距離保護(hù)的I段和段之間可以互相配合，共同作為本線路的主保護(hù)。為了作為相鄰線路的距離保護(hù)和短路器拒動的遠(yuǎn)后備保護(hù)，此外還設(shè)有距離保護(hù)段來加強保護(hù)，并且距離保護(hù)段可以作為之前兩端距離保護(hù)的近后備保護(hù)。距離保護(hù)段動作阻抗應(yīng)按躲過正常負(fù)荷電流整定，而動作時限按階梯時限原則整定，整定時要比下一段線路的距離保護(hù)段多一定時間，即5.1.3 三段式距離保護(hù)原理框圖距離保護(hù)的原理框圖如圖7.2所示，它由啟動回路、測量回路，和邏輯回路三部分組成。圖5-2 三段式距離保護(hù)構(gòu)成單相原理

29、框圖5.2 阻抗繼電器的接線方式5.2.1單相補償式阻抗繼電器阻抗繼電器是距離保護(hù)裝置的核心元件，它的主要作用是當(dāng)發(fā)生短路時，測量短路點與保護(hù)安裝處的阻抗，判斷保護(hù)是否動作。單相補償式阻抗繼電器的特性是其測量阻抗等于加入繼電器電壓和電流的比值，即=需要指出的是：關(guān)于阻抗繼電器的“測量阻抗”、“整定阻抗”、“動作特性”和“接線方式”等的概念是距離保護(hù)的基礎(chǔ)，現(xiàn)今距離保護(hù)不論采用何種保護(hù)裝置實現(xiàn)保護(hù)的目的，除了人工智能式以外，其基本原理還都是建立在這些基本概念之上的。由于阻抗繼電器都是接于電流互感器和電壓互感器的二次側(cè)，其測量阻抗與系統(tǒng)一次側(cè)的阻抗之間存在下列關(guān)系式中 加于保護(hù)裝置的一次側(cè)電壓，即

30、母線B的電壓；流入保護(hù)裝置的一次電流，流向為從B到C；PT的變比；線路B-C上TA的變比；二次側(cè)的測量阻抗。如果保護(hù)裝置的整定阻抗經(jīng)計算以后為,則按式（7-8），繼電器的整定阻抗應(yīng)該選擇為依據(jù)實際情況，為了簡化繼電器的接線方式和數(shù)量，消除過度電阻和互感器誤差等對于保護(hù)不利的因素。接線圖如圖7.3所示。圖5-3 網(wǎng)絡(luò)接線圖5.2.2 對接線的基本要求為了實現(xiàn)距離保護(hù)可以可靠有效動作，在距離繼電器中加入的電壓和要滿足以下要求：（1）繼電器的測量阻抗應(yīng)該與短路發(fā)生點到保護(hù)裝置安裝處的距離成正比關(guān)系；（2）繼電器的測量阻抗需要不隨發(fā)生的故障類型的改變而改變，也就是說距離保護(hù)的圍不能隨意變化。如果阻抗繼

31、電器加入的電壓和電流分別是和時，我們稱這種接線方式為“0°接線”，為和時稱之為“+30°接線”等等。在三相中分別用繼電器K1、K2、K3時，常用的幾種接線方式的名稱與相應(yīng)的電壓和電流組合如表5-1所示。表5-1 阻抗繼電器采用不同接線方式時，接入的電壓和電流關(guān)系K1K2K30°接線+30°接線-30°接線-相電壓和具有補償?shù)南嚯娏鹘泳€5.2.3相間短路阻抗繼電器0°接線方式這是在距離保護(hù)中廣泛采用的接線方式，現(xiàn)根據(jù)表7.1所示的關(guān)系，對各種相間短路時繼電器的測量阻抗分析如下。測量阻抗的表示方式是用系統(tǒng)中的一次阻抗來表示。1.三相短路如

32、圖5-4所示，在線路中出現(xiàn)三相短路的情況時，由于三相的關(guān)系是對稱的，所以三個繼電器的工作情況應(yīng)該一樣。因此，可以選取其中的一個進(jìn)行分析。以K1為例，設(shè)短路點至保護(hù)裝置安裝地點之間的距離為l，線路每千米的正序阻抗為，則保護(hù)安裝地點的電壓應(yīng)為因此，在三相短路時，繼電器K1的測量阻抗為通過上面的分析計算，在發(fā)生三相短路的時候，三個繼電器都必須保證可以準(zhǔn)確測量短路發(fā)生地點與保護(hù)裝置安裝處的阻抗，這種情況下，三個繼電器能夠滿足繼電保護(hù)的要求，即可靠動作。圖5-4 三相短路時測量阻抗的分析2.兩相短路如圖7.5，設(shè)以AB相間短路為例，則故障環(huán)路的電壓為因此，繼電器K1的測量阻抗為通過上面的計算可知，其繼電

33、器測量到的阻抗與發(fā)生三相短路的測量阻抗在數(shù)值上相等，故K1能夠可靠動作。圖5-5 AB兩相短路時測量阻抗的分析在A相和B相出現(xiàn)短路的情況下，此時可以看出在兩個繼電器K2和K3上所加電壓為非故障相間的電壓，和相比，在數(shù)值上比之前的大，電流只存在一個，而且為故障相的電流，數(shù)值較為小，故測量阻抗大，總而言之，就是說距離繼電器不能如實反映短路點與保護(hù)裝置安裝處的阻抗。通過分析可知，在上述兩相故障的情況下，只有繼電器K1能夠測量到準(zhǔn)確的阻抗，故可以可靠動作。故當(dāng)BC和CA兩相之間出現(xiàn)短路時，對應(yīng)能夠可靠動作的繼電器是K2和K3，所以具體情況要具體分析。3.中性點直接接地電網(wǎng)中的兩相接地短路如圖5-6所示

34、，A相和B相發(fā)生故障，此時地中由短路電流流回。因此，。圖5-6 AB兩相接地短路時測量阻抗的分析這種情況下，可以把A相和B相叫做“導(dǎo)線一地”的送電線路，并且與互感器耦合在一起，表示輸電線路每千米的自感阻抗，表示輸電線路每千米的互感阻抗，則保護(hù)裝置安裝地點的故障相電壓應(yīng)為因此，繼電器K1的測量阻抗為 = =由此可見，在A相和B相發(fā)生短路的情況下，K1能夠準(zhǔn)確的測量到阻抗，并且與三相短路時一致，K1能夠可靠地動作。5.2.4接地短路阻抗繼電器的接線方式在中性點直接接地的電網(wǎng)中，如果零序保護(hù)不能滿足繼電保護(hù)要求時，這種情況下應(yīng)考慮選用接地距離保護(hù)，接地距離保護(hù)可以準(zhǔn)確的反應(yīng)電網(wǎng)中的短路情況。在采用接

35、地距離保護(hù)的情況下，繼電器的接線方式會發(fā)生很大的改變，以下容是對接線方式的討論。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，故障相的情況是電壓降低和電流變大，此外，會出現(xiàn)任意兩相之間的電壓升高的情況。因此，在這種情況下選擇把發(fā)生故障相的電壓和電流加入到繼電器中。例如，對A相阻抗繼電器采用,至于這種接線是否滿足要求，現(xiàn)分析如下：將故障點的電壓和電流分解為對稱分量，則按照各序的等效網(wǎng)絡(luò)，在保護(hù)安裝地點母線上各對稱分量的電壓與短路點的對稱分量電壓之間，應(yīng)具有如下的關(guān)系因此，保護(hù)安裝地點母線上的A相電壓即應(yīng)為 = =如果采用和的接線方式時，則繼電器的測量阻抗為此測量阻抗之值與之比值有關(guān)，而這個壁紙因受中性點接地數(shù)目與分布的

36、影響，并不等于常數(shù)，這種情況下，繼電器無確的測量到保護(hù)裝置安裝處與短路地點的阻抗，不能使用這種方式。在發(fā)生單相接地時，必須保證繼電器的測量阻抗不受的影響，根據(jù)以上分析的結(jié)果，就應(yīng)該給阻抗繼電器加入如下的電壓和電流式中。一般可近似認(rèn)為零序阻抗角和正序阻抗角相等，因而K是一個實數(shù)，這樣，繼電器的測量阻抗是上述繼電器能夠準(zhǔn)確的測到短路點與保護(hù)裝置安裝處的阻抗，通過比較數(shù)值，觀察到其數(shù)值與相間短路時阻抗繼電器的測量阻抗一致，說明可以可靠地進(jìn)行保護(hù)，此種接線方式得到了廣泛使用。為了能夠與時任一相發(fā)生的單相接地短路，在距離保護(hù)的設(shè)計中需要采用三個繼電器，其接線方式分別為：、;、;、。在發(fā)生兩相接地短路和三

37、相短路的時候，上述接線方式能夠與時反應(yīng)出來，此時接于故障相的阻抗繼電器的測量阻抗亦為。結(jié)論本次課程設(shè)計主要研究升壓站的繼電保護(hù)系統(tǒng)，通過為期兩個多月的研究分析，順利的完成了設(shè)計。在設(shè)計的過程中，認(rèn)識到知識的欠缺，分析能力的不足，這些問題導(dǎo)致設(shè)計緩慢。為了順利的完成設(shè)計，我努力學(xué)習(xí)有關(guān)繼電保護(hù)方面的知識，如到圖書館查資料，重新學(xué)習(xí)課本知識，向老師請教。在這樣的過程中，學(xué)到了很多知識，加深了對于繼電保護(hù)的理解，對于課程設(shè)計的幫助很大。這次設(shè)計主要完成了升壓的設(shè)備選型，主接線設(shè)計，重要設(shè)備的保護(hù)配置和整定計算。對于設(shè)備保護(hù)的配置和整定，我在設(shè)計中還不夠好，需要繼續(xù)加強研究。我深刻的意識到理論要和實際相結(jié)合，實踐出真理