1、前 言繼電保護的發展是隨著電力系統和自動化技術的發展而發展的.幾十年來,隨著我國電力系統向高電壓、大機組、現代化大電網發展，繼電保護技術及其裝置應用水平獲得很大提高。在20世紀50年代及以前，差不多都是用電磁型的機械元件構成。隨著半導體器件的發展，陸續推廣了利用整流二極管構成的整流型元件和半導體分立元件組成的裝置。70年代以后，利用集成電路構成的裝置在電力系統繼電保護中得到廣泛的運用。到80年代,微型機在安全自動裝置和繼電保護裝置中逐漸應用。在電力系統中，由于雷擊或鳥獸跨接電氣設備、設備制造上的缺陷、設計和安裝的錯誤、檢修質量不高或運行維護不當等原因，往往發生各種事故。為了保證電力系統安全可靠

2、地運行，電力系統中的各個設備必須裝設性能完善的繼電保護裝置。繼電保護是利用被保護線路或設備故障前后某些突變的物理量為信息量，當突變量達到一定值時，起動邏輯控制環節，發生相應的跳閘脈沖或信號。繼電保護雖然種類很多，但是一般由測量部分、邏輯部分、執行部分三部分組成。測量部分是測量被保護元件工作狀態的一個或幾個物理量，并和已給的整定值進行比較，從而判斷保護是否應該起動。邏輯部分是根據測量部分輸出量的大小、性質、出現的順序或它們的組合、使保護裝置按一定的邏輯程序工作，最后傳到執行部分。執行部分是根據邏輯部分送的信號，最后完成保護裝置所擔負的任務。如發生信號，跳閘或不動作等。繼電保護的基本性能要求是選擇

3、性、速動性、靈敏性、可靠性。隨著新技術、新工藝的采用，繼電保護硬件設備的可靠性、運行維護方便性也不斷得到提高。繼電保護技術將達到更高的水平。由于編者水平和時間所限，文中疏漏和不足之處在所難免，懇請老師批評指正。目 錄摘 要1第1章 設計說明書 2第2章 主變壓器保護設計 3 2.1 主變壓器保護設計 3 2.2 變壓器容量選擇 4 2.3 變壓器主保護 8 2.4 過電流保護 13 2.5 接地保護 14 2.6 其他保護 16第3章 母線保護 19 3.1 母線保護設計分析 19 3.2 220kV側母線保護20 3.3 110kV側母線保護21 3.4 10kV側母線保護 23 3.5 微

4、機母線保護 23第4章 線路保護 25 4.1 線路保護分析 25 4.2 220kV線路保護25 4.3 110kV線路保護28 4.4 10kV線路保護 32總 結 37參考文獻38致謝39摘 要本文的內容有設計說明書、主變壓器的保護、母線保護及線路保護。設計說明書簡要的說明設計的性質、內容等。主變壓器的保護設計，其中主要對主變壓器的主保護、后備保護及其它保護進行設計分析，并闡述其優缺點。設計中所使用的保護有：氣體保護、縱差動保護、過電流保護、接地保護、過負荷保護、勵磁保護、斷路器失靈保護、微機保護等。整定值的計算有110kV及10kV的短路電流計算?！娟P鍵詞】：變電站；主變壓器保護；母線

5、保護；線路保護第一章 設計說明書主變壓器的保護設計，其中主要對主變壓器的主保護、后備保護及其它保護進行設計分析，并闡述其優缺點。第二章為主變壓器配置的保護有：氣體保護、縱差動保護、過電流保護、接地保護、過負荷保護、勵磁保護、斷路器失靈保護、變壓器溫度保護、冷卻故障保護等。第三章為母線保護，雖然母線處于變電站內，發生故障的幾率相對于其他設備小，但母線發生故障時，接于母線上的所有元件都要斷開，會造成大面積停電。此外樞紐變電所的高壓母線故障，如果動作遲緩，將會導致電力系統的穩定性遭到破壞，從而使事故擴大，因此，為母線選擇合適的保護方式是本部分的重點。為母線配置我保護有：220kV側母線為元件固定連接

6、的母線完全差動保護；110kV側母線為完全電流差動保護、10kV側母線為后備保護。為全部母線配備微機保護。第四部分為線路保護，電力線路如果繼電保護配置不當，保護將不能正確動作，(誤動或拒動)，從而會擴大事故停電范圍，給國民經濟帶來嚴重后果，有時還會造成人身和設備安全事故，因此合理選擇保護方式也是非常必要的。220kV線路為高頻保護和電流平衡保護、110kV線路是以電流平衡保護為主，零序保護做后備的保護、10kV線路為接地零序電流保護。第2章 主變壓器保護設計本設計主要針對變電站變壓器保護配置進行設計分析，變壓器是變電站重要設備之一。它的安全運行直接關系到變電站安全、穩定、經濟運行，特別是樞紐變

7、電站一旦因故障損壞或者導致線路停電，造成的損失將無法估計，因此必須針對變壓器可能出現的故障和異常工作情況，根據其容量、數量和重要程度，裝設相應動作可靠，性能良好的繼電保護，防止故障的發生，其中主要對主變壓器的主保護、后備保護及其它保護進行設計分析，并闡述其優缺點。2.1 主變壓器保護設計分析一、主變壓器保護設計目的大型變壓器的造價昂貴，一旦發生故障遭到損壞，其檢修難度大，時間長，會造成巨大的經濟損失，特別是單臺容量占系統容量比例很大的情況下，發生故障后突然切除變壓器，將給電力系統造成很大的擾動，因此，在考慮大型變壓器繼電保護的整體配置時，除了保證其安全運行外，還應最大限度地縮小故障影響范圍，特

8、別要防止保護裝置誤動作或拒絕動作，這樣，不僅要求有性能良好的保護繼電器，還要求在繼電保護的整體配置上盡量完善、合理。二、主變壓器保護設計原則變壓器繼電保護整體配置設計時，必須清楚其可能發生的故障及異常運行狀態，針對其可能發生的故障及異常運行狀態進行相應的保護配置：(一)變壓器可能發生的故障：油箱內部故障：繞組相間短路，接地短路匝間短路，及鐵芯燒損。油箱外部故障：主要是套管及引出線上發生相間短路和接地短路（二）變壓器的不正常工作狀態：由外部短路引起過電流由于電動機自啟動及尖峰負荷等原因引起的過電流由于油箱漏油造成油面降低由于外加電壓過高或頻率降低引起的過勵磁三、主變壓器保護配置變壓器的保護可以分

9、為短路保護和異常運行保護兩類。短路保護用以反應被保護范圍內發生的各種類型的短路故障，作用于斷路器跳閘。為了防止保護裝置或者斷路器拒動，又有主保護和后備保護之分。異常運行保護用以反應各種可能給機組造成危害的異常工況，此保護作用于發信號，這類保護一般只裝設一套專用繼電器，不設后備保護。根據繼電保護和安全自動裝置技術規程規定變壓器一般應裝設下列繼電保護裝置：(一)反應變壓器油箱內部故障和油面降低的氣體保護（容量在800kVA及以上的油浸式變壓器和400kVA及以上的車間內油浸式變壓器，均應裝設氣體保護）。(二)反應變壓器繞組、引出線的相間短路，中性點直接接地側繞組、引出線和套管的接地短路，以及繞組匝

10、間短路的電流速斷保護或縱聯差動保護。（容量在10000kVA及以上或6300kVA以上并列運行變壓器應裝設縱聯差動保護，以代替電流速斷保護）。(三)反應外部相間短路的過電流保護、復合電壓啟動的過電流保護、負序電流保護和阻抗保護(四)反應中性點接地的電力網中，外部單相接地短路的零序電流保護。(五)變壓器其他保護，如過負荷、過勵磁、變壓器高壓側斷路器失靈保護、溫度保護、冷卻器故障保護等。2.2變壓器容量選擇一、主變壓器容量選擇原則（一）主變壓器容量一般按變電站建成后510年的規劃負荷選擇，并應考慮變壓器正常工作和事故時過負荷能力。（二）根據變電站所帶負荷的性質和電網結構來確定主變壓器的容量。對于有

11、重要負荷的變電站；應考慮當一臺變壓器停運時，其余變壓器容量在計及過負荷能力后的允許時間內應保證對一、二級負荷的供電。二、變壓器容量選擇整定計算變壓器保護裝置應根據變壓器容量、數量配置相應保護，由原始資料分析該變電站主變壓器為兩臺三繞組降壓變壓器，主要向110kV線路負荷、10kV線路負荷、站用電負荷供電，據220kV500kv變電所所用電設計技術規程規定，220kv所用電宜從主變壓器低壓側分別引接兩臺容量相同，可互為備用，分列運行的所用工作變壓器，只有一臺主變壓器時，其中一臺所用變壓器宜從所外電源引線，本設計中主變壓器為兩臺三繞組降壓變壓器，變電所所用電宜從主變壓器低壓側分別引入，因此所用電可

12、當作10kV線路負荷來處理，110kV、10kV線路負荷情況如下表：110kV 線 路 負 荷名 稱最大負荷(MW)功率因數石化廠320.9煉油廠360.9甲縣變250.9乙縣變280.9丙縣變150.9丁縣變260.8510kV等效負荷40000.9名稱最大負荷（KW）功率因素Cos氮肥廠40000.85機械廠40000.85紡織廠30000.85化工廠30000.85造紙廠25000.85水廠60000.85建材廠30000.85A變40000.85B變40000.9110kV斷路器冬天41室外配電裝置照明151室內照明81 變30000.9主變風扇0.15×660.85主充電機

13、160.85浮充電機150.85蓄電池進風1.50.85蓄電池排風20.85鍋爐房水泵20.85空 壓 機200.85載 波 室21220kV 配電裝置電源181110kV 配電裝置電源181220kV 斷路器冬天加熱41110kV線路最大有功功率：110kV線路最大無功功率：其中,由于110kV線路各負荷間同時系數為0.9, 110kV負荷的最大輸出復功率：10kV線路負荷最大有功功率：10kV線路負荷最大無功功率上敘10kV等效負荷間同時系數取為0.85，其中,，變電站旋轉設備的功率因數取，非旋轉設備功率因數取。10kV負荷的最大輸出復功率：已知110kV、10kV線路負荷同時系數為0.9

14、，主變壓器總輸出復功率：主變壓器的總最大視在功率：根據規定，對裝有兩臺主變壓器的變電所應能在一臺主變停運時，另一臺容量在及過負荷力允許時間內，仍能夠保證一類及二類負荷連續供電，變壓器總容量一般有：其中為變電所最大負荷，這樣可以保證對70%負荷的供電，考慮到變壓器40%的事故過負荷能力，則可以保證對98%負荷供電?？紤]將來的負荷可能會超出本來預算，為了有所發展的余地，選擇的主變壓器的容量為150MVA。2.3變壓器主保護一、氣體保護（一）氣體保護定義油浸式變壓器是利用變壓器油作為絕緣盒冷卻介質，當變壓器內部發生短路故障時，故障點局部產生高溫，使油溫升高體積膨脹，甚至沸騰，油內溶解的空氣就會被排出

15、，變成氣泡上升；故障點產生電弧，使變壓器油及其他絕緣材料分解，產生氣體（含氣體成分），從油箱向油枕流動，反應這種氣流與油流動作得的保護稱為氣體保護。本次設計中每一臺變壓器額定容量為150MVA。根據規程規定須裝設氣體保護。（二）氣體保護原理氣體保護原理接線圖2-1：圖2-1氣體保護的測量繼電器為氣體繼電器，氣體繼電器安裝在油箱與油枕之間的連接管道中，這樣油箱內的氣體都要通過瓦斯繼電器，為了便于氣體的排放，安裝時需要有一定的傾斜度，變壓器頂蓋與水平間應有1%1.5%的坡度，連接管道應有2%4%的坡度。氣體繼電器油三種形式，即浮筒式、擋板式即開口杯與擋板構成的復合式。運行經驗表明，浮筒式氣體繼電器

16、存在著一些嚴重的缺點，如防震性差，且浮筒的密封性能不良使浮筒失去浮力，使水銀觸點閉合造成誤動作等。而用擋板代替下浮筒的擋板式氣體繼電器，仍保留上浮筒且克服了浮筒滲油的缺點，運行比較穩定，可靠性相對提高，但當變壓器油面嚴重下降時，動作速度不快，因此目前通常采用開口杯與擋板構成的復合式氣體繼電器（），該繼電器用磁力干簧觸點代替水銀觸點，。正常運行時，繼電器內上開口杯內充滿了油。在軸一側的開口杯，同時受到杯內油的重力即油對開口杯浮力的作用。在軸另一側的平衡錘，有重錘的重力及油對重錘的浮力。這些力平衡的結果，由于開口杯側產生的力矩小于平衡錘的力矩，開口杯處于上升位置。和開口杯固定在一起的永久磁鐵位于干

17、簧接點的上方，干簧接點可靠斷開。變壓器內部發生輕微故障時，產生的氣體在繼電器上部，迫使油面下降。開口杯在氣體中的重量加上杯內油的重量所產生的力矩，超過平衡錘的力矩，使開口杯隨著油面降低而下沉。當永久磁鐵靠近干簧接點時，接點閉合，延時發出“輕瓦斯動作”信號。變壓器內部發生嚴重故障時，產生大量氣體，強烈油流沖擊擋板，當油流速度達到整定值時，擋板被沖擊到一定位置，永久磁鐵靠近干簧接點，接點閉合后發出重瓦斯跳閘脈沖，經信號繼電器KS啟動出口中間繼電器KOM，跳開變壓器兩側斷路器。變壓器嚴重漏油使油面降低時，開口杯下沉到一定位置，干簧接點閉合，同樣發出“輕瓦斯動作”信號。氣體保護動作后，觀察分析從繼電器

18、上部排氣口收集的氣體，可判斷故障的性質，氣體保護能反應油箱內各種故障，且動作迅速，靈敏度高，特別對于變壓器繞組的匝間短路（當短路匝數很少時），靈敏度好于其他保護，所以氣體保護是大、中、小型變壓器必不可少的油箱內部故障最有效地主保護。但氣體保護不能夠反應油箱外的引出線和套管上的如何故障。因此不能夠單獨作為變壓器的主保護，尚須與縱差動保護或電流速斷保護配合使用。二、縱 差 動 保 護（一）縱差動保護定義縱差動保護是用輔助導線（或稱引導線）將被保護設備兩側的電量連接起來，比較被保護設備始端與末端電流的大小及相位，在設備兩側裝設電流互感器，兩側電流互感器一次回路的正極性端均置于遠離設備的一側，二次回路

19、用電纜同極性相連，差動繼電器則并聯在電流互感器二次側的環路上，在正常運行情況下，引導線中形成環流，稱為縱差動保護。（二）縱差動保護原理根據繼電保護和安全自動裝置技術規程的規定，容量在10000kVA及以上或6300kVA以上并列運行變壓器應裝設縱聯差動保護，以代替電流速斷保護。本次設計中，兩臺壓器額定容量150MVA并列運行，它用來反應變壓器繞組、套管及引出線的各種故障，且與氣體保護配合作為變壓器的主保護，使保護的性能更加全面和完善。三繞組變壓器差動保護原理接線圖如圖2-2：圖2-2由此可見，變壓器差動保護是通過比較變壓器各側電流的大小和相位而構成的保護，各側電流互感器所包圍的區域為差動保護的

20、保護范圍，保護區內故障，繼電器動作于跳閘；保護區外故障時，繼電器不動作，因此，在滿足選擇性要求的同時，不需要于相鄰元件的保護在整定值上相配合，從而構成不帶延時的速動保護，用來反應變壓器繞組、套管及引出線的各種故障。（三）差動回路不平衡電流變壓器差動保護在正常運行和外部故障時，理想情況下流入差動繼電器的電流為零,保護裝置不動作，但實際上變壓器差動保護與其他設備差動保護相比，在正常和外部短路時的故障行為有很大不同，因為變壓器差動回路中不平衡電流大，形成不平衡電流的因素多，所以必須采取措施躲過不平衡電流或減小不平衡電流的影響，形成不平衡電流的因素及所采取的措施：1.變壓器勵磁涌流形成不平衡電流變壓器

21、空載合閘或外部故障切除后電壓恢復過程中由于變壓器鐵芯中的磁通急劇增大，是鐵芯瞬間飽和，出現數值很大的勵磁電流，此電流通過變壓器的一次繞組，進入差動回路形成不平衡電流，如不采取措施縱差動保護將會誤動作。勵磁涌流的特點如下： 其值在初始很大，可達額定電流的510倍。 還有大量非周期分量和高次諧波分量，且隨時間衰減。 其波形有間斷角。根據勵磁涌流的特點可采取如下措施減小不平衡電流的影響： 利用延時動作或提高保護動作值來躲過勵磁涌流。 利用勵磁涌流中的非周期分量，采取速飽和變流器的差動繼電器構成差動。 利用勵磁涌流波形中的二次諧波分量，采用二次諧波制動的差動繼電器。 利用勵磁涌流中波形間斷的特點，采用

22、具有鑒別間斷角差動繼電器構成差動保護或對稱識別原理構成的差動保護2.變壓器各側接線組別不同引起不平衡電流由于變壓器連接組別為，由于三角形側的電流超前于星型側同一電流如果各側電流互感器都按通常接線接成星型，則使變壓器各側電流互感器二次電流的數值相等，在差動回路中會出現不平衡電流，如圖2-3：圖2-3為了消除不平衡電流，可采用相位補償法，即將變壓器星型側的電流互感器的二次側接成星型，從而將電流互感器二次側的電流相位校正過來。3 電流互感器的實際變比與計算變比不等引起的不平衡電流由于電流互感器都是標準化的定型產品，所以選擇電流互感器的變比于計算變比往往不相等，因此，在差動回路中會引起不平衡電流。這種

23、不平衡電流的影響，可采用電流補償法來消除，將電流互感器二次電流大的那一側，經電流變換器TAA變換后，是TAA的輸出與另一側電流互感器電流大小相等，從而消除電流互感器的實際變比與計算變比不等引起的不平衡電流。如圖2-4：圖2-44.各側互感器型號不同，產生不平衡電流此不平衡電流是由于兩側電流互感器的相對誤差引起的，型號相同相對誤差較小，型號不同相對誤差較大，它們的特性差別較大，估引起較大的不平衡電流。此不平衡電流應在保護的整定計算中予以考慮，即適當增大保護的動作電流，其具體做法是在不平衡定電流計算中引入互感器同型系數，用以平衡由于各側互感器型號不同，產生不平衡電流的影響。變壓器調壓分接頭改變產生

24、的不平衡電流帶負荷調節的變壓器在運行中常常需要改變分接頭來條電壓，這樣就改變了變壓器變比，原已調整平衡的差動保護又會出現新的不平衡電流，一般再用提高差動保護動作電流的方法來解決。由于各種因素的存在，三繞組變壓器差動保護不平衡電流比較大，為減小外部短路不平衡電流影響，提高保護的靈敏度，一般采用帶制動特性的差動繼電器構成差動保護。2.4 過電流保護為了反映外部短路引起的變壓器過電流和作為變壓器主保護的后備保護，根據變壓器容量的不同和系統短路電流的不同，須裝設不同的過電流保護，三繞組在外部故障時應盡量減小停電范圍，因此在外部發生短路時，要求僅斷開故障側的斷路器，而使另外兩側繼續運行。二內部發生故障時

25、，過電流保護應起到后備作用。為此，三繞組變壓器的過電流保護按如下原則配置，單側電源的三繞組變壓器，一般只裝設兩套過電流保護，一套裝在負荷側，如下圖所示側，起整定的動作時間t2應比其他兩側的時限都小，動作后斷開QF2,另一套裝于電源側（I側），他設有兩個時限t3和t1，在時限配合上要求t2<t1<t3。當III側（負荷側）故障時，經t1跳開QF3故障切除，I、側繼續運行。若變壓器內部故障。則經t1跳QF3，經t3在跳QF1和QF2，將三側斷路器全部斷開。如圖2-5：圖2-52.5接 地 保 護對中性點直接接地電網中的變壓器。在其高壓側裝設接地（零序）保護，用來反應接地故障，并作為變壓

26、器主保護的后備保護和相鄰元件的接地故障的后備保護。擬建變電所的主變壓器接線組別為：YN0/yn0/d11的三繞組降壓變壓器兩臺。其主變壓器220kV、110kV側的中性點均采用經間隙接地和直接接地方式，實際運行只一臺直接接地。必要時可以可相互切換為直接接地運行，因此，可以根據其接地方式來配置不同的保護。變壓器直接接地運行時，其接地保護可采用兩段式零序電流保護。變壓器非直接接地運行，而是通過放電間隙接地時，不僅須裝設兩段式零序電流保護，還須裝設零序電流保護零序電壓保護。非直接接地運行變壓器當發生單相接地故障（差動保護拒動），放電間隙放電，為了避免放電時間過長，還應裝設專門反應間隙放電電流的零序電

27、流保護，其任務是及時切除變壓器，防止間隙長時間放電，造成中性點絕緣破壞。如果萬一放電間隙拒動，變壓器中性點出現工頻過電壓，為此還須設置零序電壓保護，當放電間隙拒動時，由零序電壓保護切除變壓器。如圖2-6：圖2-6變壓器中性點接地運行時，隔離開關QS合上，兩段式零序電流保護投入工作。第I段與相鄰元件接地保護I段配合，以t1（0.5s）延時斷開高壓側分母聯斷路器，以延時斷開變壓器各側斷路器。第II段與相鄰元件接地保護后備段配合，以t3和t4的延時分別斷開母聯斷路器和各側斷路器。變壓器中性點不接地運行時，隔離開關QS打開，當發生單相接地故障且失去中性點時，中性點不接地的變壓器的中性點將出現工頻過電壓

28、，放電間隙擊穿，放電電流使零序電流元件啟動，瞬時跳開變壓器，見故障切除，當放電間隙拒動時，零序電壓保護啟動將變壓器切除，其動作之應低于變壓器中性點絕緣的耐壓水平。一、接地保護配置（一）變壓器直接接地運行時，其接地保護可采用兩段式零序電流保護。（二）變壓器非直接接地運行，而是通過放電間隙接地時，不僅須裝設兩段式零序電流保護，還須裝設零序電流保護零序電壓保護。非直接接地運行變壓器當發生單相接地故障，放電間隙放電，為了避免放電時間過長，還應裝設專門反應間隙放電電流的零序電流保護，其任務是及時切除變壓器，防止間隙長時間放電，造成中性點絕緣破壞。如果萬一放電間隙拒動，變壓器中性點出現工頻過電壓，為此還須

29、設置零序電壓保護，當放電間隙拒動時，由零序電壓保護切除變壓器。二、工作原理變壓器中性點接地運行時，隔離開關QS合上，兩段式零序電流保護投入工作。如圖2-7，第I段與相鄰元件接地保護I段配合，以t1（0.5s）延時斷開高壓側分母聯斷路器，以延時斷開變壓器各側斷路器。第II段與相鄰元件接地保護后備段配合，以t3和t4的延時分別斷開母聯斷路器和各側斷路器。圖2-7變壓器中性點不接地運行時，隔離開關QS打開，當發生單相接地故障且失去中性點時，中性點不接地的變壓器的中性點將出現工頻過電壓，放電間隙擊穿，放電電流使零序電流元件啟動，瞬時跳開變壓器，見故障切除，當放電間隙拒動時，零序電壓保護啟動將變壓器切除

30、，其動作之應低于變壓器中性點絕緣的耐壓水平。2.6其 他 保 護一、過負荷保護變壓器過負荷通常只對稱性過負荷，變壓器的過負荷保護反應變壓器對稱過負荷引起的過電流，通常過負荷保護只用一個電流繼電器，接于任一相電流之中（一般為B相電流），經過延時動作于信號。本次設計的變壓器由高壓側向中、低壓側傳送功率的降壓變壓器，至少要在高壓側和低壓側裝設過負荷保護過負荷保護的動作電流按躲過變壓器額定電流即式中：為可靠系數，通常取1.05：為返回系數，通常取0.85。微機保護中，過負荷保護保護通常設有3段，并且均取B相電流，一般I用于發告警信號，II段用于啟動風扇冷卻器，III段用于閉鎖有載調壓。 二、過勵磁保護

31、變壓器過電壓時會使發生發生過勵磁，使鐵芯飽和，鐵損增加，溫度增加，造成繞組絕緣損壞、油質污染，同時變壓器勵磁電流激增，可以引起差動誤動作。因此必須裝設過勵磁保護，通常裝設反時限過勵磁保護，過勵磁倍數越大，允許的過勵磁持續時間越短。三、主變壓器高壓側斷路器失靈保護電力系統中，有時會出現系統故障、繼電保護動作而斷路器拒絕動作的情況。這種情況下，可導致設備燒毀，擴大事故范圍，甚至使系統得穩定運行遭到破壞。因此，對于較重要的設備，應裝設斷路器失靈保護。斷路器失靈保護有稱后備接線，它是防止因斷路器拒絕動而擴大事故的一項措施，斷路器失靈保護的工作原理是，當線路、變壓器或母線發生短路并伴隨斷路器失靈時。相應

32、的繼電保護動作，出口中間繼電器發出斷路器跳閘脈沖。由于短路故障未被切除，故障元件的繼電器仍處于動作狀態，此時利用裝設在故障元件上的故障判別元件，來判別斷路器仍處于合閘狀態。如故障元件出口中間繼電器觸點和故障判別元件的觸點同時閉合時，失靈保護被啟動。在經過一個時限后失靈保護出口繼電器動作，跳開與失靈的斷路器相連的母線上的各個斷路器，將故障切除。保護由啟動元件、時間元件、閉鎖元件和出口回路組成，為了提高保護動作的可靠性，啟動元件必須同時具備下列兩個條件才能啟動：（1）故障元件的保護出口繼電器動作后不返回（2）在故障保護元件的保護范圍內短路依然存在，即失靈判別元件啟動。為防止失靈保護誤動作，在失靈保

33、護接線中加設了閉鎖元件，常用的閉鎖元件由負序電壓。零序電壓和低電壓繼電器組成，通過“與”門構成斷路器失靈保護的跳閘出口回路。四、變壓器溫度保護變壓器運行中，總有部分損失（如銅損、鐵損、介質損失等）時變壓器各部分溫度升高，繞組溫度過高時會加速絕緣的老化，縮短使用壽命，繞組溫度越高，持續時間越長，會造成絕緣老化的速度越快，使用期限越短。因此變壓器必須冷卻系統，保證在規定的環境溫度下按額定容量運行時，使變壓器溫度不超過極限值。變壓器溫度保護在冷卻系統發生個故障或其他原因引起變壓器溫度超過極限值時，發出告警信號（以便采取措施），或者延時作用于跳閘。五、冷卻器故障保護當冷卻器引起變壓器溫度超過安全期限時

34、，并不是立即將變壓器退出運行，常常允許其運行一段時間，以便處理冷卻器故障，這期間變壓器可以降負荷運行，使變壓器溫度恢復到正常水平，若在規定時間內溫度不能降至正常水平，才切除變壓器，。冷卻器故障保護一般監測變壓器繞組的負荷電流，并與溫度保護配合使用，構成兩段時限保護。當變壓器冷卻發生故障時，溫度升高，超過限值后溫度保護首先動作，發出報警的同時開放冷卻器故障保護出口。這時變壓器電流若超過保護段整定值，先按繼電器固有延時動作于減負荷，使變壓器負荷降低，促使變壓器溫度下降，若溫度保護返回，則變壓器維持在較低負荷下運行，一減少停運機會；若溫度保護仍不能返回，即說明減負荷無效，為保證變壓器的安全，變壓器冷

35、卻器故障保護將億II段延時t動作于解列或程序跳閘，延時時間t值的大小通常按失去冷卻系統后，變壓器允許運行時間整定。第3章 母 線 保 護母線是電能集中和分配的主要設備，是變電站重要設備之一，與其他設備一樣，母線也會存在各種故障，當母線發生故障時，有可能造成大面積的停電事故，并可能破壞系統的穩定運行。母線的故障的原因有母線絕緣子和斷路器套管的閃絡，裝于母線的電壓互感器和裝在母線和斷路器之間的電流互感器故障，母線隔離開關和斷路器的支持絕緣子損壞，運行人員的誤操作等，雖然母線結構簡單，且處于變電站內，發生故障的幾率相對于其他設備小，但母線發生故障時，接于母線上的所有元件都要斷開，會造成大面積停電。此

36、外樞紐變電所的高壓母線故障，如果動作遲緩，將會導致電力系統的穩定性遭到破壞，從而使事故擴大，因此，母線必須選擇合適的保護方式。3.1母線保護設計分析一、母線保護設計原則 母線保護的方式通常分為兩種：一是利用供電元件的保護兼作母線故障的保護；二是采用專門的母線保護。在不太重要的較低電壓的廠、站中可以利用供電設備（發電機、變壓器、線路）保護的第II及第III段來反映并切除母線故障。在DL400繼電保護和安全自動裝置技術規程中，非專門的母線保護裝設原則：對于發電廠和主要變電所的310KV分段母線及并列運行的雙母線，一般可由發電機和變壓器的后備保護實現母線的保護。利用供電元件的后備保護來切除故障母線，

37、簡單、經濟。但切除故障的時間長，此外當雙母線同時運行或母線為分段單母線時，上述不能夠保證只切除故障母線，因此，對于重要的母線根據“規程”要求裝設專用的母線保護。二、母線保護配置 為了確定母線的保護，必須明確其母線運行方式。根據已知變電所的主接線運行方式為：220kV側采用雙母線接線方式；110kV側采用雙母線接線方式；10kV側采用單母線分段接線方式。為了提高供電的可靠性，常采用雙母線運行（將母聯斷路器投入），在每組母線上固定連接（約1/2）供電和受電元件。因此220kV側采用雙母線同時投入運行方式（將母聯斷路器投入），而110kV側采用一組母線投入運行方式，10kV側采用單母線運行方式。為滿

38、足快速性和選擇性的要求，母線保護廣泛采用差動保護原理構成。3.2 220kV側母線保護通過分析，220kV側采用雙母線同時投入運行方式（將母聯斷路器投入），對于這種運行方式，為了有選擇地將故障母線切除，可采用元件固定連接的母線完全差動保護。這時，當如何一組母線發生故障時，保護裝置只將故障母線切除，而另一組非故障母線及其連接的所有元件可繼續運行。一、元件固定連接的雙母線電流差動保護元件固定連接的雙母線電流差動保護單相原理接線如圖下，保護裝置的主要部分由三組差動繼電器組成。第一組由電流互感器TA1、TA2、TA5和差動繼電器KD1組成，用以選擇第I組母線上的故障；第二組由電流互感器TA3、TA4、

39、TA6和差動繼電器KD2組成，用以選擇第II組母線上的故障；第三組由電流互感器TA1TA6和差動繼電器KD3組成，它作為整套保護的啟動元件，當任一組母線短路時，KD3都啟動，給KD1、KD2加上直流電流，并跳開母聯斷路器QF5.保護的動作情況分析如圖3-1：圖3-1（1）正常運行及元件固定連接方式下外部短路故障時各差動繼電器KD1KD3僅流過不平衡電流，其值小于整定值，保護不動作。（2）元件固定連接方式下任一組母線短路時（如母線I）差動保護繼電器KD1KD3流過全部的短路電流而動作，跳開母線斷路器QF5和母線I上所有連接元件的斷路器QF1、QF2，從而將母線I切除。此時，由于差動繼電器KD2不

40、動作，無故障的II母線可繼續運行。（3）元件固定連接方式破壞后（如將母線I上的L2切換到母線II），區外短路時啟動元件KD3中流過不平衡電流，故不動作，整套保護不會誤動，當內部短路時，KD1、KD2、KD3、都通過短路電流，因而他們啟動跳開斷路器，無選擇性地將兩組母線全部切除。從上面分析可知，元件固定連接的雙母線電流差動保護能快速而有選擇地切除故障母線，保證非故障母線繼續供電，但在固定方式破壞后不能選擇故障母線，限制了系統運行調度靈活性，這是該接線的不足之處。但對于進線較少的母線保護還是比較優越的。3.3 110kV側母線保護通過分析，110kV側采用雙母線接線，單母線投入運行方式（母聯斷路器

41、不投入），對于這種運行方式，雙母線經常只有一組母線投入運行，可母線完全差動保護。一、完全電流差動保護單母線的完全電流差動保護的原理接線如圖3-2，在母線的所有連接元件上裝設變比相等的電流互感器，按環流發接線。從結構上看，母線實際上就是電路的一個節點在正常運行或母線范圍以外故障時，母線上所有連接元件注入母線的電流向量和等于零，流入差動繼電器的電流為各電流互感器特性不同產生的不平衡電流，即圖3-2在母線故障時，所有連接的元件都向故障點提供電路電流，而供電給負荷的連接元件中電流等于零，則流入差動繼電器的電流為式中：為流入短路點k的總電流；為電流互感器的變比。差動保護動作后，將故障母線的所有連接元件斷

42、開，切除故障。二、完全電流差動保護整定計算差動繼電器的動作電流按以下原則整定：(1)躲過外部故障時流入差動回路的最大不平衡電流，即式中，可靠系數，取1.3。(2)由于母線差動保護電流回路中連接元件較多，接線復雜，因此，電流互感器二次回路斷線的幾率比較大，為了防止在正常運行情況下，任一電流互感器二次回路斷線時引起保護誤動作，啟動電流應大于任一連接元件中最大的負荷電流，即靈敏度按下式計算式中母線短路時最小短路電流。3.4 10kV側母線保護通過分析，10kV側采用單母線運行方式對于這種運行方式，根據DL400繼電保護和安全自動裝置技術規程中，非專門的母線保護裝設原則：對于發電廠和主要變電所的310

43、kV分段母線及并列運行的雙母線，一般可由變壓器的后備保護實現母線的保護。對重要310kV分段母線，宜采用后備保護，保護僅接入有電源支路的電流。保護由兩段組成：其第一段采用無時限或帶時限的電流速斷保護，當靈敏系數不符合要求時，可采用電流閉鎖電壓速斷保護；第二段采用過電流保護，當靈敏系數不符合要求時，可將一部分負荷較大的配電線路接入差動回路，以降低保護的起動電流。3.5 微機母線保護擬建變電所的主接線運行方式為：220KV側采用雙母線接線方式； 110KV側采用雙母線接線方式；10KV側采用單母線分段接線方式。RCS915AB 型微機母線保護裝置，適用于各種電壓等級的單母線、單母分段、雙母線等各種

44、主接線方式，母線上允許所接的線路與元件數最多為21 個（包括母聯），并可滿足有母聯兼旁路運行方式主接線系統的要求。 結合要設計的變電所的主接線運行方式和RCS915AB 型微機母線保護裝置的適用范圍，該變電所的母線保護采用RCS915AB 型微機母線保護裝置。一、RCS915AB 型微機母線保護裝置簡介保護配置：RCS915AB 型微機母線保護裝置設有母線差動保護、母聯充電保護、母聯死區保護、母聯失靈保護、母聯過流保護、母聯非全相保護以及斷路器失靈保護等功能。二、性能特征1.允許TA 變比不同，TA 調整系數可以整定2.高靈敏比率差動保護3.新型的自適應阻抗加權抗TA 飽和判據4.完善的事件報

45、文處理5.友好的全中文人機界面6.靈活的后臺通訊方式，配有RS-485 和光纖通訊接口(可選)7.支持電力行業標準DL/T667-1999（IEC60870-5-103 標準）的通訊規約8.與COMTRADE 兼容的故障錄波第4章 線 路 保 護電力線路承擔著電能輸送、分配作用，其安全穩定運行影響整個變電站，必須對輸配電線路配置完善的繼電保護，如果繼電保護配置不當，保護將不能正確動作，(誤動或拒動)，從而會擴大事故停電范圍，給國民經濟帶來嚴重后果，有時還會造成人身和設備安全事故，因此合理選擇保護方式，對保證變電站的安全運行有非常重要的意義。4.1線 路 保 護 分 析一、線路保護原則輸配電線路

46、的繼電保護的配置要根據其接地形式、電壓等級、線路長度、運行方式、以及負荷性質、可能的故障形式等要求來確定。選擇輸電線路的保護方式及設計保護裝置，必須根據線路的電氣特征進行。比如中性點直接接地的高壓網最顯著的特點是單相接地時較大的零序電流，因此要求快速切除故障，以減少對設備及通信線路的影響，又比如，由于短路、操作或負載突變，可能引起系統震蕩，產生電氣量的對稱脈動變化，因此要求裝設振蕩閉鎖裝置，以區別短路和單純的振蕩，或者使保護裝置不反應或躲過振蕩的影響等問題，但在1035kV中性點非直接接地電網中則不必考慮。在110220kV中性點直接接地電網輸電線路中，應針對接地故障和相間短路裝設相應的保護裝

47、置。二、線路保護整定計算不同線路所配置的保護裝置不同，由于保護配置不同，整定計算各部一樣，設計中取110kV的一條線路距離保護與10kV的一條線路電流保護為例進行計算。4.2 220kV線 路 保 護由于220kV輸電線路，其電壓等級高，短路電流非常大，為保證系統的穩定性，要求瞬時切除被保護線路每一點的故障，其線路又長，因此通常采用高頻保護作為相間短路和接地短路的主保護，而以距離保護作為后備保護。對于平行線路，通常采用電流平衡保護作為，其靈敏度比橫差動保護高，而以距離保護（帶延時）作為后備保護。（一）高頻保護線路縱聯差動保護能瞬時切除被保護線路全長任一點的短路故障，但是由于它不需敷設與線路相同

48、長度的輔助導線，一般只能用在短線上。為快速切除高壓輸電先例上任一點的短路故障，將線路兩端的電氣量轉化為高頻信號，讓后利用高頻通道，將此信號送至對端進行比較，決定保護是否動作，這種保護稱為高頻保護。因為它不反應被保護輸電線路范圍以為的故障，在定值選擇上也無需與下一條線路相配合，故可不帶延時。目前廣泛采用的高頻保護有：高頻閉鎖方向保護，高頻閉鎖距離保護，高頻閉鎖零序電流保護及電流相位差動高頻保護。高頻閉鎖方向保護是比較被保護線路兩端的短路功率方向。高頻閉鎖距離及高頻閉鎖零序電流保護分別是由距離保護，零序電流保護與高頻收發信機結合而構成的保護，也是屬于比較方向的高頻保護。電流相位差動高頻保護是比較被

49、保護線路兩端工頻電流相位，簡稱為相差高頻保護。階段式電流與系統運行方式有很大關系，系統運行方式的變化越來越大，電流保護無法滿足靈敏度的要求。距離保護受系統運行方式的影響小，因此在高壓，超高壓電網中廣泛采用距離保護。圖4-1以圖4-1為例分析距離保護的基本原理。設在圖的好斷路器上裝有距離保護，正常運行的保護安裝處的測量阻抗值Zm為Zm=Um/Im=Z1Lk+Zld式中 Um-測量電壓 Im-測量電流 Z1-單位長度的阻抗值 L-線路長度 Zld-負荷阻抗Zm=Um/Im=Z1Lk式中Lk -故障點到保護安裝處的距離 比較兩式可知，故障時的測量阻抗明顯變小，且故障時Zm大小與故障點到保護安裝處間的

50、距離Lk成正比，即只要測出故障點到保護安裝處阻抗的大小也就等于測出了故障點到保護安裝處的距離，所以，距離保護實質上是反應阻抗降低而動作的阻抗保護。（二）電流平衡保護橫差保護作為在電源側時靈敏度往往不能滿足要求；電流測量元件反應的是兩線路電流的差值（及不平衡電流）。根據這一特點可采用電流平衡。電流平衡保護是平行線路橫聯方向差動保護的另一種形式，它的工作原理是比較平衡兩回路中電流幅值的大小。電流平衡保護的基本工作原理：圖4-2原理如圖4-2，圖中KAB是一個雙動作的點平衡繼電器，當平行線路正常運行或外部故障時，通過KAB兩線圈N1，N2的電流幅值相等，“天平“ 處在平衡狀態，保護不動作。當線路L1

51、故障時（如K1點故障），這I1I2，KAB的右側觸點閉合，跳開QF1切除L1的故障，保護不動作。當線路L2故障時，KAB的左側觸點閉合跳開QF2切除L2的故障。4.3 110kV線 路 保 護由于110kV線路，其電壓較高，供電距離又長，短路電流較大，為保證供電可靠，性，因此通常以距離保護作為主保護，而以零序電流保護（帶延時）作為后備保護。對于雙回路供電方式，通常采用電流平衡保護作為主保護，以零序電流保護（帶延時）作為后備保護。距離保護整定計算（一）導線的選擇架空線路通常選擇LGJ型導線，最小截面積通常按下面條件即可（1） 按機械強度的要求導線最小允許截面架空線路架設在大氣中，導線要經常受各種

52、外界不利條件的影響，要求導線必須具備足夠的機械強度，為此，對于跨越鐵塔、通航河流、公路、通信線路以及居民區的線路，規定其截面積不得小于35mm²（2） 按發熱條件的要求導線最小允許的截面積110kV煉油廠回路，最大負荷為36MW，單側電源兩條回路，線路（架空）均為30KM。線路需輸送電流 由有關資料查得，LGJ-50導線在平均環境溫度為25°C時的長期允許電流為220（A）;而LGJ-70導線在平均環境溫度為25°C時的長期允許電流為275(A)。由于該地區的年最高氣溫為40；年最低氣溫為-2°C；年平均氣溫為所以導線安全電流數值還得乘以一個電流修正系數

53、1.05，LGJ-50允許電流為231A;而LGJ-70導線在平均環境溫度為25°C時的長期允許電流為289A。因此可以選擇LGJ-50導線。（3） 根據經濟電流密度要求導線最小允許的截面積為了保證供電可靠性，在一條線路停電時另一條線路要能夠保證其正常運行，因此，每一條線路必須按最大負荷選擇導線。線路需輸送電流209.95A，導線的經濟截面，根據資料對于鋼芯鋁線年最大利用小時數在5000以上經濟電流密度J值為0.9，因此導線的經濟截面因此必須選擇LGJ-240導線才能夠滿足要求。LGJ-240的單位電阻0.132、架空線路電抗通常取為0.4/km阻抗為（二）相間距離保護第I段整定計算（1） 動作阻抗 。相間距離保護第段的整定值主要是要躲過本線路的末端相間故障，第段的整定值為：式中：線路相間距離保護第段的整定值； 相間距離保護第段的可靠系數，取0.85； 被保護線路AB的正序阻抗。 （2）相間距離保護第段的動作時間為： （3）相間距離保護第段的靈敏度用范圍表示，即為被保護線路全長的80%85% （三） 相間距離保護II段整定計算（1） 與相鄰變壓器縱差保護配合 （6-3）式中， =0.7 相鄰變壓器的正序阻抗；相鄰變壓器另側母線，如D母線短路時流過變壓器的短路電流與被保護線電