1前言在如今隨著科學的開展，電力系統的能否平安穩定運行，會直接影響國民經濟和社會開展。電力系統一旦發生自然或人為故障，如果不能及時有效控制，就會失去穩定運行，使電網瓦解，并造成大面積停電，給社會帶來災難性的后果。繼電保護〔包括平安自動裝置〕是保障電力設備平安和防止及限制電力系統長時間大面積停電的最根本、最重要、最有效的技術手段。許多實例說明，繼電保護裝置一旦不能正確動作，就會擴大事故，釀成嚴重后果。因此，加強繼電保護的設計和整定計算，是保證電網平安穩定運行的重要工作。為滿足電網對繼電保護提出的可靠性、選擇性、靈敏性、速動性的要求，充分發揮繼電保護裝置的效能，必須合理的選擇保護的定值，以保持各保護之間的相互配合關系。做好電網繼電保護定值的整定計算工作是保證電力系統平安運行的必要條件。繼電保護裝置的根本任務是：自動，迅速，有選擇性將系統中故障局部切除，使故障元件損壞程度盡量可能降低，并保證該系統無故障局部迅速恢復正常運行。反映電器元件的不正常運行狀態，并根據運行維護的具體條件和設備的承受能力，發出信號，減負荷或者延時跳閘。2繼電保護的介紹2.1繼電保護結構原理繼電保護主要利用電力系統中元件發生短路或異常情況時的電氣量,電流、電壓、功率、頻率等的變化，構成繼電保護動作的原理，也有其他的物理量，如變壓器油箱內故障時伴隨產生的大量瓦斯和油流速度的增大或油壓強度的增高。大多數情況下，不管反響哪種物理量，繼電保護裝置都包括測量局部和定值調整局部、邏輯局部、執行局部。繼電保護原理結構方框圖如下：圖2.1繼電保護原理結構方框圖圖2.2跳閘或信號原理示意圖2.2繼電保護的根本組成測量比擬局部：測量所要保護的電氣元件上的電氣參數并與標準值比擬。邏輯判斷局部：由以上比擬結果判斷系統是在正常運行狀態，還是發生故障或是在不正常運行狀態。執行局部：根據判斷出的運行狀態去動作或不動作。2.3繼電保護的根本要求在技術上必須滿足選擇性、速動性、靈敏性、可靠性四個根本要求。對于作用于斷路器跳閘的繼電保護，應同時滿足這四個根本要求，對于作用于信號以及只反響不正常運行情況的繼電保護裝置，這四個根本要求中有些要求如速動性可以降低。選擇性:所謂繼電保護裝置的動作選擇性就是指當系統中的設備或線路發生短路時，其繼電保護僅將故障的設備和線路從電力系統中切除，當故障設備或線路的設備或斷路器拒絕動作時，應由相鄰的設備或線路的保護將故障切除。雖然擴大了停電范圍，但控制了故障的擴大，它起著對下一段線路的后備保護作用。速動性:快速切除故障，可以提高電力系統運行的穩定性，減輕故障設備的損壞程度，防止故障的擴展，提高自動重合閘的成功率，減少對用電單位的影響，迅速恢復系統的正常運行。故障切除的時間等于繼電保護裝置動作時間與斷路器跳閘時間之和，對于反響故障的繼電保護，要求快速動作的主要理由和必要性在于：〔1〕快速切除故障可以提高電力系統并列運行的穩定性；〔2〕快速切除故障可以防止故障的擴大，提高自動重合閘和備用電源或設備自動投入成功率，因為快速切除故障，對提高故障點餓滅弧速度，縮小短路持續時間，防止出現接地故障開展為相間故障；兩相短路開展為三相短路；暫時性故障開展為永久性故障等。〔3〕快速切除故障可以減少發電廠廠用電及用戶電壓降低的時間，加速恢復正常運行的過程，保證廠用電及用戶工作的穩定性。〔4〕快速切除故障可以減輕電氣設備和線路的損壞程度，短路電流通過的時間愈長，那么設備損壞的程度就愈嚴重，甚至燒毀，特別在發電機變壓器的內部短路時，是不允許帶時限切除故障的。從上述理由可知，快速切除故障，對提高電力系統運行的可靠性具有重大意義。一般快速保護的動作時間為0.08—0.12s，一般斷路器的跳閘時間為0.1—0.27s，因此，一般快速保護切除故障的時間為0.18—0.27s；最快速保護的動作時間為0.02—0.03s，最小的斷路器跳閘時間為0.04—0.05s，所以最快速保護切除故障的時間為0.06—0.08s。靈敏性:所謂靈敏性，即在保護范圍內發生故障和不正常工作情況下，繼電保護裝置的反響能力，也就是在保護范圍內故障時，不管短路點的位置以及短路的類型如何，都能敏銳且正確的反響。繼電保護的靈敏性以靈敏系數來衡量。〔1〕對于反響故障時參數量增加的保護裝置。靈敏系數=保護區末端金屬性短路時故障參數的最小計算值∕保護裝置動作參數的整定值如：過電流保護的靈敏系數為式中——保護區末端金屬性最小短路電流二次值——保護裝置的二次動作電流〔2〕對于反響故障時參數量降低的保護裝置靈敏系數=保護裝置動作參數的整定值∕保護區末端金屬性短路時故障參數的最大計算值。可靠性:繼電保護裝置對它所保護的范圍內發生各種故障和不正常運行狀態時，不應該拒絕動作。而在保護范圍內之外發生的各種故障和不正常運行狀態時，不應該誤動作。這種性能稱為可靠性。在實際的運行中，可靠性用動作正確率來表示。由上述可知，對繼電保護裝置的四個根本要求籌兼顧，相互聯系且又相互制約的。2.4繼電保護的任務電力系統動行中,各種電氣設備可能出現故障和不正常運行狀態。不正常運行狀態是指電力系統中電氣元件的正常工作遭到破壞，但沒有發生故障的運行狀態。如過負荷、過電壓、頻率降低、系統振蕩等。故障主要包括各種類型的短路和斷線，如三相短路、兩相短路、單相接地短路、兩相接地短路、發電機和電動機以及變壓器繞組間的匝間短路、單相為線、兩相斷線等。當被保護的電力系統元件發生故障時，應該由該元件的繼電保護裝置迅速準確地給脫離故障元件最近的斷路器發出跳閘命令，使故障元件及時從電力系統中斷開，以最大限度地減少對電力系統元件本身的損壞，降低對電力系統平安供電的影響，并滿足電力系統的某些特定要求,如保持電力系統的暫態穩定性等。反響電氣設備的不正常工作情況，并根據不正常工作情況和設備運行維護條件的不同,例如有無經常值班人員,發出信號，以便值班人員進行處理，或由裝置自動地進行調整，或將那些繼續運行會引起事故的電氣設備予以切除。反響不正常工作情況的繼電保護裝置允許帶一定的延時動作。335KV電網保護配置概述3.135KV保護配置的一般設計原那么電力系統繼電保護設計與配置是否合理直接影響電力系統的平安運行。假設設計與配置不當，在出現保護不正確動作的情況時，會使得事故停電范圍擴大，給國民經濟帶來程度不同的損失，還可能造成設備或人身平安事故。因此，合理地選擇繼電保護的配置主案正確地進行整定計算，對保護電力系統平安運行具有十分重要的意義。選擇繼電保護配置方案時，應盡可能全面滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求。當存在困難時允許根據具體情況，在不影響系統平安運行的前提下適當地降低某些方面的要求。選擇繼電保護裝置方案時，應首先考慮采用最簡單的保護裝置，以求可靠性較高、調試較方便和費用較省。只有當最簡單的保護裝置滿足不了四個方面的根本要求時，才考慮近期電力系統結構的特點、可能的開展情況、經濟上的合理性和國內外已有的成熟經驗。所選定的繼電保護配置方案還應能滿足電力系統和各站、所運行方式變化的要求。35千伏及以上的電力系統，所有電力設備和輸電線路均應裝設反響于短路故障和異常運行狀況的繼電保護裝置。一般情況下應包括主保護和后備保護。主保護是能滿足從穩定及安十要求出發，有選擇性地切除被保護設備或全線路故障設備或線路的保護。后備保護可包括近后備和遠后備兩種作用。主保護和后備保護都應滿足《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計標準》所規定的對短路保護的最小靈敏系數的要求。3.235KV電網的繼電保護配置原那么相間短路保護保護電流回路的電流互感器采用不完全星形接線，各線路保護均裝在相同的A、C兩相上。以保證在大多數兩點接地的情況下只切除一個故障點。在線路上發生短路時，會引起廠用電或重要用戶母線的電壓低于50～60％Ue時，應快速切除故障，以保證無故障的電動機能繼續運行。在單側電源的單回線路上，可裝設不帶方向元件的一段或兩段式電流、電壓速斷保護和定時限過電流保護。在多電源的單回線路上，可裝設一段或兩段式電流、電壓速斷保護和定時限過電流保護。必要時保護應加裝方向元件。如果仍然不能滿足選擇性和靈敏性或速動性的要求，或保護裝置的構成過于復雜時，宜采用距離保護。3～4公里及以下的短線路宜采用縱聯導引線保護作主保護，以帶方向或不帶方向元件的電流保護作后備保護。為簡化環形網絡的保護，可采用故障時先將網絡自動解列，故障切除后再自動復原的方法來提高保護的靈敏度。對平行線路，一般宜裝設橫差動電流方向保護或電流平衡保護作主保護。以接兩回線電流和的兩段式電流保護或距離保護作為雙回線運行時的后備保護以及單回線運行時的主保護和后備保護。單相接地保護對電纜線路或經電纜引出的架空線路，宜裝設由零序電流互感器構成的帶方向或不帶方向元件的零序電流保護。對架空線路，宜裝設由零序電流濾過器構成的帶方向或不帶方向元件的零序電流保護。在線路的回路數不多，或零序電流大小，零序電流保護的靈敏度達不到要求時，可利用在母線上裝設的反響于零序電壓的絕緣監視裝置兼作線路的單相接地保護。過負荷保護經常出現過負荷的電纜線路或電纜與架空的混合線路應裝設過負荷保護。保護宜帶時限動作于信號，必要時也可動作于跳閘。4短路計算4.1系統等效圖如圖4.1所示圖4.1系統等效圖4.2基準參數選定SB=100MVA，UB=Uav即：35kV側UB=37KV，10kV側UB=10.5KV。4.3阻抗計算C1系統：最大方式X1=0.05最小方式X1=0.1C2系統：最大方式X2=0.06最小方式X2=0.13線路：L1：X3=l1X1SB/VB2=0.4×10×100/372=0.292L2：X4=l3X1SB/VB2=0.4×13×100/372=0.38變壓器：X5=X6=〔Uk%/100〕SB/S=0.08/100×100/31.5=0.0034.4短路電流計算1〕最大運行方式,系統化簡如下列圖其中：X7=X1+X3＝0.342X8=X2+X4＝0.440X9=X7∥X8＝0.150X10=X9+X5＝0.153圖4.2最大運行圖故知35KV母線上短路電流：Id1max=IB1/X9=1.56/0.150=10.4kA10KV母線上短路電流:Id2max=IB2/X10=5.5/0.153=35.94kA折算到35KV側:Id21max=IB1/X10=1.56/0.153=10.20kA對于d3點以XL計算:Id3max=5.5/(0.153+0.124)=19.856kA2)最小運行方式下:系統化簡如圖4.3所示。圖4.3最小運行圖因C1停運,所以僅考慮C2單獨運行的結果；X11=X8+X5=0.443所以35KV母線上短路電流：Id1min=IB1/X8=1.56/0.44=3.55kA 所以10KV母線上短路電流：Id2min=IB2/X11=5.5/0.443=12.42kA 折算到35KV側：Id2lmin=IB1/X11=1.56/0.443=3.52kA 對于d3以XL進行計算：Id3min=5.5/(0.443+1.243)=3.262kA折算到35KV側：Id3lmin=1.56/(0.443+1.243)=0.825kA 5主變繼電保護整定計算5.1瓦斯保護變壓器瓦斯保護是用來反響變壓器內部的故障，當變壓器油箱內部發生故障，油分解產生氣體或當變壓器油面降低時，瓦斯保護應動作。油浸式變壓器是利用變壓器油作為絕緣和冷卻介質的，當變壓器油箱內部發生故障，由于短路電流所產生的電弧使變壓器的絕緣材料和變壓器油分解而產生大量氣體。這些大量氣體形成氣流并與油流混合沖向油枕的上部。故障愈嚴重，產生的氣體越多，油流速度越快。利用這種氣體來實現的保護，稱為瓦斯保護。輕瓦斯保護的動作值按氣體容積為250~300cm2整定，本設計采用280cm2。重瓦斯保護的動作值按導油管的油流速度為0.6~1.5cm2整定本，本設計采用0.9cm2。瓦斯繼電器選用FJ3-80型。5.2縱聯差動保護變壓器差動保護能正確區分被保護元件的保護區內、外故障，并能瞬時切除保護區內的短路故障。變壓器的縱聯差動保護用來反響變壓器繞組、套管及引出線上的各種短路故障，是變壓器的主保護。應用輸電線路縱聯差動保護原理，可以實現變壓器的縱聯差動保護，對于變壓器縱聯差動保護，比擬兩側有關電氣量更容易實現，所以變壓器的縱聯差動保護得到了廣泛的應用。5.2.1變壓器縱聯差動保護的原理變壓器縱聯差動保護通常采用環流法接線，如上圖所示，為雙繞組變壓器縱聯差動保護的單相原理接線圖。它是將被保護元件兩側的電流互感器一次側，靠近被保護元件端連在一起。然后，將差動繼電器并聯到兩電流互感器上。雙繞組變壓器實現縱聯差動保護的原理接線圖：圖5.1縱聯差動保護的原理接線圖但是要實現變壓器的縱聯差動保護，就必須適當地選擇兩側電流互感器的變比，使其比值等于變壓器的變比。此時變壓器兩側電流互感器的二次側電流。正常運行和外部短路時，流過差動繼電器的電流為：差動繼電器KD不動作。當變壓器內部發生相間短路時，在差動回路中由于改變了方向或等于零〔無電源側〕，這時流過差動繼電器的電流為，該電流為流過短路點的短路電流，使差動繼電器KD可靠動作，并動作于變壓器兩側斷路器跳閘。由此可知，變壓器縱聯差動保護的保護范圍是構成變壓器差動保護的兩側電流互感器之間的范圍。在保護范圍之外發生故障時，保護不動作，一側不需要與保護區外相鄰元件的保護在整定和整定時限上相互配合，所以在區內故障時，可瞬時動作。5.2.2計算Ie及電流互感器變比數據如下表所示：表5.1Ie及電流互感器變比名稱各側數據Y〔35KV〕Δ〔10KV〕額定電流I1e=S/EQ\R(,3)U1e=103.9AI2E=S/EQ\R(,3)U2e=363.7A變壓器接線方式YΔCT接線方式ΔYCT計算變比EQ\R(,3)I1e/5=180/5=36I2e/5=363.7/5=72.74實選CT變比nl200/5=40400/5=80實際額定電流EQ\R(,3)I1e/n1=4.50AI2e/n1=4.55A不平衡電流Ibp4.55-4.50=0.05A確定根本側根本側非根本側確定根本側動作電流躲過外部故障時的最大不平衡電流Idz1≥KKIbp (1)利用實用計算式：Idz1=KK〔KfzqKtxfi+U+fza〕Id2lmax式中：KK—可靠系數，采用1.3；Kfzq—非同期分量引起的誤差，采用1；Ktx—同型系數，CT型號相同且處于同一情況時取0.5，型號不同時取1，本設計取1。ΔU—變壓器調壓時所產生的相對誤差，采用調壓百分數的一半，本設計取0.05。Δfza—繼電器整定匝書數與計算匝數不等而產生的相對誤差，暫無法求出，先采用中間值0.05。代入數據得Idz1=1.3×(1×1×0.1+0.05+0.05)×10.4=270.4A躲過變壓器空載投入或外部故障后電壓恢復時的勵磁涌流Idz1=KKIe〔2〕式中：KK—可靠系數，采用1.3；Ie—變壓器額定電流：代入數據得Idz1=1.3×103.9=135.1A3)躲過電流互改器二次回路短線時的最大負荷電流Idz1=KKTfhmax〔3〕式中：KK—可靠系數，采用1.3；Idz1—正常運行時變壓器的最大負荷電流；采用變壓器的額定電流。代入數據得Idz1=1.3×103.9=135.1A比擬上述〔1〕，〔2〕，〔3〕式的動作電流，取最大值為計算值，即：Idz1=270.4A確定根本側差動線圈的匝數和繼電器的動作電流將兩側電流互感器分別結于繼電器的兩組平衡線圈，再接入差動線圈，使繼電器的實用匝數和動作電流更接近于計算值；以二次回路額定電流最大側作為根本側，根本側的繼電器動作電流及線圈匝數計算如下：根本側〔35KV〕繼電器動作值IdzjsI=KJXIdz1/nl代入數據得IdzjsI=EQ\R(,3)×270.4/40=11.71A根本側繼電器差動線圈匝數WcdjsI=Awo/IdzjsI式中：Awo為繼電器動作安匝，應采用實際值，本設計中采用額定值，取得60安匝。代入數據得WcdjsI=60/11.71=5.12(匝)選用差動線圈與一組平衡線圈匝數之和較WcdjsI小而相近的數值，作為差動線圈整定匝數WcdZ。即：實際整定匝數WcdZ=5〔匝〕繼電器的實際動作電流IdzjI=Awo/WcdZ=60/5=12A保護裝置的實際動作電流IdzI=IdzjINl/Kjx=12×40/EQ\R(,3)=277.1A確定非根本側平衡線圈和工作線圈的匝數平衡線圈計算匝數WphjsⅡ=Wcdz/Ie2JI-Wcdz=5×(4.55/4.50-1)=0.05(匝)故，取平衡線圈實際匝數WphzⅡ=0工作線圈計算匝數WgzⅡ=WphzⅡ+Wcdz=5(匝)計算由于整定匝數與計算匝數不等而產生的相對誤差ΔfzaΔfza=(WphjsⅡ-WphzⅡ)/(WphjsⅡ+Wcdz)=(0.05-0)/(0.05+5)=0.01此值小于原定值0.05，取法適宜，不需重新計算。初步確定短路線圈的抽頭根據前面對BCH-2差動繼電器的分析，考慮到本系統主變壓器容量較小，勵磁涌流較大，應選用較大匝數的“C-C”抽頭，實際應用中，還應考慮繼電器所接的電流互感器的型號、性能等，抽頭是否適宜，應經過變壓器空載投入試驗最后確定。保護裝置靈敏度校驗差動保護靈敏度要求值Klm﹥2本系統在最小運行方式下，10KV側出口發生兩相短路時，保護裝置的靈敏度最低。本裝置靈敏度Klm=0.866KjxIdlmin/Idzl=0.866×1×3.55/0.2704=11.37>2 滿足要求。5.3過電流保護過電流繼電器的整定及繼電器選擇保護動作電流按躲過變壓器額定電流來整定Idz=KkIe1/Kh式中：Kk—可靠系數，采用1.2；Kh—返回系數，采用0.85；代入數據得Idz=1.2×103.9/0.85=146.7A繼電器的動作電流Idzj=Idz/nl=146.7/(40/EQ\R(,3))=6.35A電流繼電器的選擇：DL-21C/10靈敏度按保護范圍末端短路進行校驗，靈敏系數不小于1.2。靈敏系數：Klm=0.866KjxId3lmin/Idz=0.866×1×0.825/0.1467=4.87>1.2滿足要求。5.4過負荷保護過負荷保護原理接線圖如下：圖5.2過負荷保護的原理接線圖其動作電流按躲過變壓器額定電流來整定。動作帶延時作用于信號。Idz=KkIe1/Kf=1.05×103.9/0.85=128.4AIdzJ=Idz/nl=128.4×EQ\R(,3)/40=5.56A延時時限取10s，以躲過電動機的自起動。當過負荷保護起動后，在到達時限后仍未返回，那么動作ZDJH裝置。6輸電線路的距離保護距離保護是通過測量被保護線路始端電壓和線路電流的比值而動作的一種保護，這個比值被稱為測量阻抗Zm，用來完成這一測量任務的元件稱為阻抗繼電器KI。6.1距離保護的時限特性距離保護的動作時間與保護安裝點至短路點之間的距離的關系稱為距離保護的時限特性。為了滿足速動性、選擇性和靈敏性的要求，目前廣泛采用具有三段動作范圍的階梯型時限特性。距離保護的動作時間t與保護安裝處到故障點之間的距離l的關系稱為距離保護的時限特性，目前獲得廣泛應用的是階梯型時限特性，如圖3—1所示。這種時限特性與三段式電流保護的時限特性相同，一般也作成三階梯式，即有與三個動作范圍相應的三個動作時限：、、。圖6.1距離保護的時限特性6.2距離保護的組成距離保護的主要由三段式距離保護裝置一般由以下元件組成。〔1〕起動元件起動元件的主要作用是在發生故障的瞬間起動整套保護，并和阻抗測量元件〔ZI、ZⅡ、ZⅢ〕組成與門，起動出口回路動作于跳閘，以提高保護裝置動作的可靠性。起動元件可由過電流繼電器、低阻抗繼電器或反響于負序和零序電流的繼電器構成。〔2〕阻抗測量元件〔ZI、ZⅡ、ZⅢ〕阻抗測量元件的作用是測量短路點到保護安裝點之間的阻抗〔亦即距離〕，它是距離保護中的核心元件，一般由阻抗繼電器來擔任。通常ZⅠ和ZⅡ采用帶有方向性的方向阻抗繼電器，ZⅢ采用偏移特性的阻抗繼電器。〔3〕時