毕业设计（论文）继电保护状态检修实际应用的研究

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1、继电保护状态检修实际应用的研究 网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目：继电保护状态检修实际应用的研究学习中心： 层 次： 专 业： 年 级： 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： 继电保护状态检修实际应用的研究内容摘要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。 本设计第一章为概述，主要阐述了继电保护的背景，继电保护的发展现状以及继电保护未来的发展。第二章是继电保护对电力系统中的目的以及故障似的反应。继电保护的任

2、务和特点。第三章继电保护的基本要求应满足四点：可靠性、选择性、灵敏性和速动性的基本要求。第四章继电保护的分类既要讲了继电保护的20种分类。第五章继电保护的电流保护原理。第六章继电保护的设计内容，整定计算的规则，各元件参数的原则和故障计算点的假设条件。第七章具体运行方式分析，个负荷点的计算和灵敏度效验。第八章电压二次回路短路闭锁装置的设计。关键词：继电保护；电力系统；整定计算；故障的反应；短路闭锁装置目 录摘要I1 论述11.1 继电保护展现状11.2 继电保护的未来发展32 继电保护的目的、任务及特点62.1 继电保护的目的62.2 继电保护的任务62.3 继电保护的特点63 继电保护的目的、

3、任务及特点83.1 选择性83.2 速动性83.3 灵敏性93.4 可靠性94 继电保护的分类105 继电保护的原理125.1 电流速断保护原理125.2 电网相间短路的方向性电流保护原理176 设计内容186.1 整定计算的一般规则186.2 各元件各参数的选择原则186.3 高压电网实用故障计算的假设条件186.4 系统运行方式的选择196.5 变压器中性点接地方式的选择原则196.6 保护的配合原则206.7 故障类型和故障方式的选择216.8 整定计算的步骤217 本设计具体运行方式分析227.1 各负荷点的最大负荷电流计算227.2 电网接线图中个线路断路器的运行方式分析237.3

4、互感器变比的选择237.4 各元件参数的计算（标幺值）247.5 各线路保护方式的确定257.6 章各保护动作值计算257.7 1DL保护的整定计算及灵敏度校验297.8 阻抗保护的整定计算及灵敏度校验317.9 阻抗保护的整定计算及灵敏度校验357.9.1 4DL保护的整定计算及灵敏度校验347.9.2 5DL保护的整定计算及灵敏度校验377.9.3 3DL和6DL的保护整定计算及灵敏度校验377.9.4 7DL的保护整定计算及灵敏度校验377.9.5 保护的展开图378 电压二次回路断路闭锁装置的设计389 结论41参考文献42III1 概述1.1 继电保护发展现状电力系统的飞速发展对继电

5、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。建国后，我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有，在大约10年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。50年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术，建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。阿城继电器厂引进消化了当时国外先进的继电器制造技术，建立了我国自己的继电器制造业

6、。因而在60年代中我国已建成了继电保护研究、设计、制造、运行和教学的完整体系。这是机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。自50年代末，晶体管继电保护已在开始研究。60年代中到80年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。其中天津大学与南京电力自动化设备厂合作研究的500kV晶体管方向高频保护和南京电力自动化研究院研制的晶体管高频闭锁距离保护，运行于葛洲坝500kV线路上，结束了500kV线路保护完全依靠从国外进口的时代。在此期间，从70年代中，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到80年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到90年代初集

7、成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位，这是集成电路保护时代。在这方面南京电力自动化研究院研制的集成电路工频变化量方向高频保护起了重要作用，天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的集成电路相电压补偿式方向高频保护也在多条220kV和500kV线路上运行。我国从70年代末即已开始了计算机继电保护的研究，高等院校和科研院所起着先导的作用。华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学、上海交通大学、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史

8、上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路。在主设备保护方面，东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机变压器组保护也相继于1989、1994年通过鉴定，投入运行。南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护，西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993、1996年通过鉴定。至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很

9、多理论成果。可以说从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代3。1.2 继电保护的未来发展继电保护的未来发展趋势是向计算机化，网络化，智能化、保护，测量和数据通讯一体化发展。1.2.1 计算机化随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。原华北电力学院研制的微机线路保护硬件已经历了3个发展阶段：从8位单CPU结构的微机保护问世，不到5年时间就发展到多CPU结构，后又发展到总线不出模块的大模块结构，性能大大提高，得到了广泛应用。华中理工大学研制的微机保护也是从8位CPU，发展到以工控机核心部分为基础的32位微机保护。 南京电力自动化研究院一开始就研制了16位CPU为基础的微机线

10、路保护，已得到大面积推广，目前也在研究32位保护硬件系统。东南大学研制的微机主设备保护的硬件也经过了多次改进和提高。天津大学一开始即研制以16位多CPU为基础的微机线路保护，1988年即开始研究以32位数字信号处理器(DSP)为基础的保护、控制、测量一体化微机装置，目前已与珠海晋电自动化设备公司合作研制成一种功能齐全的32位大模块，一个模块就是一个小型计算机。采用32位微机芯片并非只着眼于精度，因为精度受A/D转换器分辨率的限制，超过16位时在转换速度和成本方面都是难以接受的；更重要的是32位微机芯片具有很高的集成度，很高的工作频率和计算速度，很大的寻址空间，丰富的指令系统和较多的输入输出口。

11、CPU的寄存器、数据总线、地址总线都是32位的，具有存储器管理功能、存储器保护功能和任务转换功能，并将高速缓存(Cache)和浮点数部件都集成在CPU内。电力系统对微机保护的要求不断提高，除了保护的基本功能外，还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力，与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力，高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。在计算机保护发展初期，曾设想过用一台小型计算机作成继电保护装置。由于当时小型机体积大、成本高、可靠性差，这个设想是不现实的。现在，同微机保护装置大小相似的工控机的功能、速度、存

12、储容量大大超过了当年的小型机，因此，用成套工控机作成继电保护的时机已经成熟，这将是微机保护的发展方向之一。天津大学已研制成用同微机保护装置结构完全相同的一种工控机加以改造作成的继电保护装置。这种装置的优点有：(1)具有486PC机的全部功能，能满足对当前和未来微机保护的各种功能要求。(2)尺寸和结构与目前的微机保护装置相似，工艺精良、防震、防过热、防电磁干扰能力强，可运行于非常恶劣的工作环境，成本可接受。(3)采用STD总线或PC总线，硬件模块化，对于不同的保护可任意选用不同模块，配置灵活、容易扩展。继电保护装置的微机化、计算机化是不可逆转的发展趋势。但对如何更好地满足电力系统要求，如何进一步

13、提高继电保护的可靠性，如何取得更大的经济效益和社会效益，尚须进行具体深入的研究。1.2.2 网络化 计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱，使人类生产和社会生活的面貌发生了根本变化。它深刻影响着各个工业领域，也为各个工业领域提供了强有力的通信手段。到目前为止，除了差动保护和纵联保护外，所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件，缩小事故影响范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。国外早已提出过系统保护的概念，这在当时主要指安全自动装置。因继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范围(这是首要任务)，还要保证全系统的安全稳定运行

14、。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。显然，实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来，亦即实现微机保护装置的网络化。这在当前的技术条件下是完全可能的。 对于一般的非系统保护，实现保护装置的计算机联网也有很大的好处。继电保护装置能够得到的系统故障信息愈多，则对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确。对自适应保护原理的研究已经过很长的时间，也取得了一定的成果，但要真正实现保护对系统运行方式和故障状态的自适应，必须获得更多的系统运行和故障信息，只有实

15、现保护的计算机网络化，才能做到这一点。 对于某些保护装置实现计算机联网，也能提高保护的可靠性。天津大学1993年针对未来三峡水电站500kV超高压多回路母线提出了一种分布式母线保护的原理，初步研制成功了这种装置。其原理是将传统的集中式母线保护分散成若干个(与被保护母线的回路数相同)母线保护单元，分散装设在各回路保护屏上，各保护单元用计算机网络联接起来，每个保护单元只输入本回路的电流量，将其转换成数字量后，通过计算机网络传送给其它所有回路的保护单元，各保护单元根据本回路的电流量和从计算机网络上获得的其它所有回路的电流量，进行母线差动保护的计算，如果计算结果证明是母线内部故障则只跳开本回路断路器，

16、将故障的母线隔离。在母线区外故障时，各保护单元都计算为外部故障均不动作。这种用计算机网络实现的分布式母线保护原理，比传统的集中式母线保护原理有较高的可靠性。因为如果一个保护单元受到干扰或计算错误而误动时，只能错误地跳开本回路，不会造成使母线整个被切除的恶性事故，这对于象三峡电站具有超高压母线的系统枢纽非常重要。由上述可知，微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性，这是微机保护发展的必然趋势。1.2.3 保护、控制、测量、数据通信一体化 在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行

17、和故障的任何信息和数据，也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。因此，每个微机保护装置不但可完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信功能，亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。 目前，为了测量、保护和控制的需要，室外变电站的所有设备，如变压器、线路等的二次电压、电流都必须用控制电缆引到主控室。所敷设的大量控制电缆不但要大量投资，而且使二次回路非常复杂。但是如果将上述的保护、控制、测量、数据通信一体化的计算机装置，就地安装在室外变电站的被保护设备旁，将被保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字量后，通过计算机网络送到主控室，则

18、可免除大量的控制电缆。如果用光纤作为网络的传输介质，还可免除电磁干扰。现在光电流互感器(OTA)和光电压互感器(OTV)已在研究试验阶段，将来必然在电力系统中得到应用。在采用OTA和OTV的情况下，保护装置应放在距OTA和OTV最近的地方，亦即应放在被保护设备附近。OTA和OTV的光信号输入到此一体化装置中并转换成电信号后，一方面用作保护的计算判断；另一方面作为测量量，通过网络送到主控室。从主控室通过网络可将对被保护设备的操作控制命令送到此一体化装置，由此一体化装置执行断路器的操作。1992年天津大学提出了保护、控制、测量、通信一体化问题，并研制了以TMS320C25数字信号处理器(DSP)为

19、基础的一个保护、控制、测量、数据通信一体化装置。 1.2.4 智能化近年来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，在继电保护领域应用的研究也已开始7。神经网络是一种非线性映射的方法，很多难以列出方程式或难以求解的复杂的非线性问题，应用神经网络方法则可迎刃而解。例如在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一非线性问题，距离保护很难正确作出故障位置的判别，从而造成误动或拒动；如果用神经网络方法，经过大量故障样本的训练，只要样本集中充分考虑了各种情况，则在发生任何故障时都可正确判别。其它如遗传算法、进化规划等也都有其独特的求解复杂问题

20、的能力。将这些人工智能方法适当结合可使求解速度更快。天津大学从1996年起进行神经网络式继电保护的研究，已取得初步成果。可以预见，人工智能技术在继电保护领域必会得到应用，以解决用常规方法难以解决的问1。2 继电保护的目的、任务及特点2.1 继电保护的目的 电力系统由发电机、变压器、母线、输配电线路及用电设备组成。各电气元件及系统整体一般处于正常运行状态，但也可能出现故障或异常运行状态，如短路，断线、过负荷等状态。短路总是伴随着很大的短路电流，同时系统电压大大降低。短路点的电弧及短路电流的热效应和机械效应会直接损坏电气设备，电压下降会破坏电能用户的正常工作，影响产品质量。短路更严重的后果是因电压

21、下降可能导致电力系统与发电厂之间并列运行的稳定性遭受破坏，引起系统振动，直接使整个系统瓦解。所以各种形式的短路是故障中最常见，危害最大的。所谓异常运行状态是指系统的正常工作受到干扰，使运行参数偏离正常值。例如，长时间的过负荷会使电气元件的载流部分和绝缘材料的温度过高，从而加速设备的绝缘老化，或损坏设备。故障的异常运行情况若不及时处理或处理不当，就可能在电力系统中产生事故，造成人员伤亡和设备损坏，使用户停电、电能质量下降到不能容许的情况。为防止事故发生，电力系统继电保护就是装设在每一个电气设备上，用来反映它们发生和异常运行情况，从而动作于短路器挑闸或发出信号的一种有效的反事故的自动装置。2.2

22、继电保护的任务（1）当被保护的电力系统元件发生故障时,应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给距离故障元件最近的开关发出跳闸命令,使故障元件及时从电力系统中断开,以最大限度地减少对电力元件本身的损坏,降低对电力系统安全供电的影响,并满足电力系统的某些特定要求(如保持电力系统的暂态稳定性等)。（2）反应电气设备的不正常工作情况,并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同(例如有无经常值班人员)发出信号,以便值班人员进行处理,或由装置自动地进行调整,或将那些继续运行而会引起事故的电气设备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置容许带一定的延时动作。2.3 继电保护的特点电力系统各元件之间通常用断

23、路器DL互相连接，每台断路器都装有相应的继电保护装置，可以向断路器发出跳闸脉冲。实践表明，继电保护装置或断路器有拒绝动作的可能性，因而需要考虑后备保护。实际上，每一电气元件一般都有两种保护装置；主保护和后备保护，必要时还另外增设辅助保护。主保护：反应被保护元件自身的故障并以尽可能短的延时，有选择性的切除故障的保护称为主保护。图2-1 后备保护的构成结构后备保护：当主保护拒动时起作用，从而动作于相应断路器以切除故障元件。后备保护分近后备和远后备两种：主保护拒动时，由本元件的另一套保护实现后备；或当本元件断路器拒动时，由本站装设断路器失灵保护动作，切除连接在该母线上的其他有源元件的断路器，谓之近后

24、备。当主保护或其断路器拒动时，由相邻元件或线路的保护实现后备的，叫远后备。辅助保护：为补充主保护和后备保护的不足，而增设的较简单的保护，称辅助保护2。3 继电保护的基本要求继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的基本要求。3.1 选择性选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障,当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时,才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护切除故障。为保证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(如启动与跳闸元件或闭锁与动作元件)的选择性,其灵敏系数及动作时间,在一般情况下应相互配合。图3-1 电网保护选择性动作3.2 速动性速动

25、性是指保护装置应尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。一般从装设速动保护(如高频保护、差动保护)、充分发挥零序接地瞬时段保护及相间速断保护的作用、减少继电器固有动作时间和断路器跳闸时间等方面入手来提高速动性。在设计保护时主保护的动作时间，一般需要经过系统稳定计算来确定，也可由电力系统的有关部门提供。目前常用的无时限整套保护的动作时间为：带方向或不带方向的电流电压速断保护装置 0.06-0.1s;各型距离保护装置0.1-0.25s；高频保护装置 0.4-0.15s；线路横差或纵差保护装置0.

26、06-0.1s；元件纵差保护装置0.06-0.1s3.3 灵敏性灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时,保护装置应具有必要的灵敏系数,各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定。3.4 可靠性可靠性是指在保护装置规定的保护范围内发生了它应该反应的故障时，保护装置应可靠的动作；而在不属于该保护动作的其他任何情况下，则不应该动作。为保证可靠性，应采用有可靠元件和简单的接线构成的性能良好的保护装置，并应采用必要的检验、闭锁和自诊断的措施。上述四点基本要求是互相联系又相互矛盾的，是分析研究各种继电保护装置的基础。4 继电保护的分类（1）电流速断保护：故障电流超过保护整定值无时限（整定时间为

27、零），立即发出跳闸命令。（2）电流延时速断保护：故障电流超过速断保护整定值时，带一定延时后发出跳闸命令。 （3）过电流保护：故障电流超过过流保护整定值，故障出现时间超过保护整定时间后发出跳闸命令。（4）过电压保护：故障电压超过保护整定值时，发出跳闸命令或过电压信号。（5）低电压保护：故障电压低于保护整定值时，发出跳闸命令或低电压信（6）低周波减载：当电网频率低于整定值时，有选择性跳开规定好的不重要负荷。（7）单相接地保护：当一相发生接地后对于接地系统，发出跳闸命令，对于中性点不接地系统，发出接地报警信号。（8）差动保护：当流过变压器、中性点线路或电动机绕组，线路两端电流之差变化超过整定值时，发

28、出跳闸命令称为纵差动保护，两条并列运行的线路或两个绕组之间电流差变化超过整定值时，发出跳闸命令称横差动保护。（9）距离保护：根据故障点到保护安装处的距离（阻抗）发出跳闸命令称为距离保护。（10）方向保护：根据故障电流的方向，有选择性的发出跳闸命令称为方向保护。（11）高频保护：利用弱电高频信号传递故障信号来进行选择性跳闸的保护称为高频保护。（12）过负荷：运行电流超过过负荷整定值（一般按最大负荷或设备额定功率来整定）时，发出过负荷信号。 （13）瓦斯保护：对于油浸变压器，当变压器内部发生匝间短路出现电气火花，变压器油被击穿出现瓦斯气体冲击安装在油枕通道管中的瓦斯继电器，故障严重，瓦斯气体多，冲

29、击力大，重瓦斯动作于跳闸，故障不严重，瓦斯气体少，冲击力小，轻瓦斯动作于信号。 （14）温度保护：变压器、电动机或发电机过负荷或内部短路故障，出现设备本体温度升高，超过整定值发出跳闸命令或超温报警信号。 （15）主保护：满足电力系统稳定和设备安全要求，出现故障后能以最快速度有选择性的切除被保护设备或线路的保护。 （16）后备保护：主保护或断路器拒动时，用来切除除故障的保护。主保护拒动，本电力系统或线路的另一套保护发出跳闸命令的为近后备保护。当主保护或断路器拒动由相邻（上一级）电力设备或线路的保护来切除故障的后备保护为远后备保护。 （17）辅助保护：为补充主保护和后备保护的性能，或当主保护和后备

30、保护检修退出时而增加的简单保护。 （18）互感器二次线路断线报警：电流互感器或电压互感器二次侧断线会引起保护误动作，所以在其发生断线后应发出断线信号。 （19）跳闸回路断线：断路器跳闸回路断线后，继电保护发出跳闸命令断路器也不能跳开，所以跳闸回路断线时应发出报警信号。 （20）自动重合闸：对于一些瞬时性故障（雷击、架空线闪路等）故障迅速切除后，不会发生永久性故障，此时再进行合闸，可以继续保证供电。继电保护发出跳闸命令断路器跳开后马上再发出合闸命令，称为重合闸。重合闸一次后不允许再重合的称为一次重合闸，允许再重合一次的称为二次重合闸（一般很少使用）。有了重合闸功能之后，在发生故障后，继电保护先不

31、考虑保护整定时间，马上进行跳闸，跳闸后，再进行重合闸，重合后故障不能切除，然后再根据继电保护整定时间进行跳闸，此种重合闸为前加速重合闸。 发生事故后继电保护先根据保护整定时间进行保护跳闸，然后进行重合闸，重合闸不成功无延时迅速发出跳闸命令，此种重合闸称为后加速重合闸。5 继电保护的原理5.1 电流速断保护原理（1）电流速断保护（第段）： 对于仅反应于电流增大而瞬时动作电流保护，称为电流速断保护。短路电流的计算：图5-1 电流速断保护图1最大运行方式下d(3) ；2最小运行方式下d(2) 构成图5-2 电流速断保护接线图中间继电器的作用： 接点容量大，可直接接TQ去跳闸 当线路上装有管型避雷器时

32、，利用其固有动作时间（60ms）防止避雷器放电时保护误动（2）小结仅靠动作电流值来保证其选择性能无延时地保护本线路的一部分（不是一个完整的电流保护）。（3）限时电流速断保护（第段）任何情况下能保护线路全长，并具有足够的灵敏性在满足要求的前提下，力求动作时限最小。因动作带有延时，故称限时电流速断保护。（4）整定值的计算和灵敏性校验为保证选择性及最小动作时限，首先考虑其保护范围不超出下一条线路第段的保护范围。即整定值与相邻线路第段配合。动作电流： 动作时间： t取0.5，称时间阶梯。灵敏性： 若灵敏性不满足要求，与相邻线路第段配合。此时：动作电流： （5）构成：与第段相同：仅中间继电器变为时间继电

33、器。（6）小结：限时电流速断保护的保护范围大于本线路全长依靠动作电流值和动作时间共同保证其选择性时限过电流保护（第段）（7）作用：作为本线路主保护的近后备以及相邻线下一线路保护的远后备。其起动电流按躲最大负荷电流来整定的保护称为过电流保护，此保护不仅能保护本线路全长，且能保护相邻线路的全长。（8）整定值的计算和灵敏性校验：动作电流：躲最大负荷电流： 在外部故障切除后，电动机自起动时，应可靠返回。电动机自起动电流要大于它正常工作电流，因此引入自起动系数KZq (5-7) 显然，应按计算动作电流，且由式可见，Kh越大，IdZ越小，Klm越大。因此，为了提高灵敏系数，要求有较高的返回系数。（过电流继

34、电器的返回系数为0.850.9）动作时间在网络中某处发生短路故障时，从故障点至电源之间所有线路上的电流保护第段的测量元件均可能动作。例如：下图中d1短路时，保护14都可能起动。为了保证选择性，须加延时元件且其动作时间必须相互配合。图5-3 阶梯时间特性图即（阶梯时间性）灵敏性近后备： Id1.min本线路末端短路时的短路电流远后备： Id2min 相邻线路末端短路时的短路电流（9）小结：第段的IdZ比第、段的IdZ小得多，其灵敏度比第、段更高；在后备保护之间，只有灵敏系数和动作时限都互相配合时，才能保证选择性；保护范围是本线路和相邻下一线路全长；电网末端第段的动作时间可以是保护中所有元件的固有

35、动作时间之和（可瞬时动作），故可不设电流速断保护；末级线路保护亦可简化（或），越接近电源，t越长，应设三段式保护。（10）电流保护的接线方式定义：指保护中电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。常用的两种接线方式：三相星行接线和两相星行接线。三相星行接线的特点：每相上均装有CT和LJ、Y形接线；LJ的触点并联。（11）两相星行接线的特点： 某一相上不装设CT和LJ、Y形接线 LJ的触点并联（或）（通常接A、C相）图5-4 电流保护的接线方式上述两种接线方式中，流入电流继电器的电流IJ与电流互感器的二次电流I2相等。接线系数： (5-8) （12） IdZ与IdZ.J之间的关系： （13）

36、比较：对各种相角短路，两种接线方式均能正确反映。在小接地电流系统中，在不同线路的不同相上发生两点接地时，一般只要求切除一个接地点，而允许带一个接地点继续运行一段时间。5.2 电网相间短路的方向性电流保护原理功率方向继电器的工作原理：图5-5 功率方向继电器的工作原理电流规定方向：从母电流向线路为正。电流本身无法判定方向，需要一个基准电压（1）d1处短路: （2）d2处短路: 因此：利用判别短路功率方向或电流、电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向7 。6 设计内容6.1 整定计算的一般规则继电保护的设置与系统的运行方式密切相关，所以继电保护的优化配置要以系统的主要或经常采用的运行方式为主

37、，并兼顾系统故障后或因停电检修时而转换成其它运行方式。为了保证可靠性，供电系统中任何一台设备，任何一段线路都必须具有双重及以上的保护。在保证选择性方面，以保证主保护的选择性为主，并兼顾后备保护的选择性，特殊情况下，可放弃后备保护的选择性，保证其可靠性。在保证快速性方面，以保证主保护的快速性为主，并兼顾后备保护的快速性，即使后备保护的快速性尽量提高。在保证灵敏性方面，以保证主保护和近后备保护的灵敏性为主，并兼顾远后备保护的灵敏度，若远后备保护的灵敏度过低，也可放弃远后备保护。6.2 各元件各参数的选择原则整定计算所需的发电机、调相器、变压器、架空线路、并联电抗器、电缆线路、串联补偿电容器等元件的

38、阻抗参数，均应采用换算到额定频率的实测值。下列参数必须使用实测值：（1）三相三柱式变压器的零序阻抗；（2）架空线路和电缆线路的零序阻抗；（3）平行线之间的零序互阻抗；（4）双回线同名相间的和零序的差电流系数等。6.3 高压电网实用故障计算的假设条件目前在计算110KV及以上高压电网的稳定故障电流时，一般可做如下假设：（1）忽略发电机、变压器、线路等元件等值阻抗的电阻。（2）发电机和调相器的正序电抗，可以采用t=0s时的初瞬值Xd的饱和值。因为在正常情况下，发电机磁路在额定磁通状态下运行时，其磁路略成饱和状态。（3）假定旋转电机的负序电抗等于正序电抗，即x2=x1。（4）假定各级 电网的实际运行

39、电压均等于标称电压（如110KV、220KV、500KV等），而不考虑变压器分接头的实际位置的变动。（5）在大多情况下不计线路电容电流和变压器励磁电流的影响。（6）在计算短路电流时，只计算短路电流的公频分量。对短路咱台过程中的非周期分量电流所造成的影响，则应在设计保护装置时和整定计算是予以考虑。6.4 系统运行方式的选择在选择保护方式及对其整定计算时，都必须考虑系统运行方式变化带来的影响，所选用的保护方式，应在各种系统运行方式下，都能满足选择性和灵敏性的要求。对过量保护通常都是根据系统最大运行方式来确定保护整定值，以保证选择性。灵敏性的校验应根据最小运行方式来进行，因为在最小运行方式下灵敏性满

40、足要求，则其他运行方式下，也一定满足要求。 （1）最大运行方式 根据电力系统最大负荷的需要，电力系统中的发电设备都投入运行以及选择的接地中性点全部接地的系统运行方式称为最大运行方式。对继电保护而言，是指短路时流过保护的短路电流最大的运行方式。 （2）最小运行方式 根据系统最小负荷，投入与之相适应的发电设备且系统中性点只有少部分接地的运行方式称为最小运行方式。对继电保护而言，是指短路时流过保护的短路电流最小的运行方式。 （3）正常运行方式 根据系统正常负荷的需要，投入与之相适应数量的发电机、变压器和线路的运行方式称为正常运行方式。这种运行方式在一年之内的运行时间最长。 对于某些特殊运行方式，运行

41、时间很短，对保护的选择性或灵敏性有困难时，且保护拒动或误动不会引起大面积停电的情况下，可不予考虑4。6.5 变压器中性点接地方式的选择原则变压器中性点接地方式的安排应尽量保持变电所的零序阻抗基本不变。遇到因变压器检修等原因使变电所的零序阻抗有较大变化的特殊运行方式时，应根据规程规定或实际情况临时处理。 (1)变电所只有一台变压器，则中性点应直接接地，计算正常保护定值时，可只考虑变压器中性点接地的正常运行方式。当变压器检修时，可作特殊运行方式处理，例如改定值或按规定停用、起用有关保护段。 (2)变电所有两台及以上变压器时，应只将一台变压器中性点直接接地运行，当该变压器停运时，将另一台中性点不接地

42、变压器改为直接接地。如果由于某些原因，变电所正常必须有两台变压器中性点直接接地运行，当其中一台中性点直接接地的变压器停运时，若有第三台变压器则将第三台变压器改为中性点直接接地运行。否则，按特殊运行方式处理。 (3)双母线运行的变电所有三台及以上变压器时，应按两台变压器中性点直接接地方式运行，并把它们分别接于不同的母线上，当其中一台中性点直接接地变压器停运时、将另一台中性点不接地变压器直接接地。若不能保持不同母线上各有一个接地点时，作为特殊运行方式处理。 (4)为了改善保护配合关系，当某一短线路检修停运时，可以用增加中性点接地变压器台数的办法来抵消线路停运对零序电流分配关系产生的影响。 (5)自

43、耦变压器和绝缘有要求的变压器中性点必须直接接地运行。6.6 保护的配合原则电力系统中的继电保护是按断路器配置装设的，因此，继电保护必须按断路器分级进行整定。继电保护的分级是按保护的正方向来划分的，要求按保护的正方向各相邻的上、下级保护之间实现配合协调，以达到选择性的目的。 在保护整定计算时，应按该保护在电力系统运行全过程中均能正确工作来设定整定计算的条件。当保护装置已经具备有防止某种运行状态误动作的功能时，则整定计算就不要再考虑该运行状态下的整定条件。 应考虑的状态有： (1)短路及复故障； (2)断线及非全相运行； (3)振荡； (4)负荷电动机自起动； (5)变压器励磁涌流； (6)发电机

44、失磁、进相运行； (7)重合闸及手动合闸，备用电源自动投入； (8)不对称、不平衡负荷； (9)保护的正、反方向短路。 继电保护的整定计算方法按保护构成原理分为两种。一种是以差动为基本原理的保护。它在原理上具备了区分内、外部故障的能力，保护范围固定不变，而且在定值上与相邻保护没有配合关系，具有独立性，整定计算也比较简单；另一种是阶段式保护，它们的整定值要求与相邻的上、下级之间有严格的配合关系，而它们的保护范围又随电力系统运行方式的变化而变化，所以阶段式保护的整定计算是比较复杂的，整定结果的可选性也是比较多的6。6.7 故障类型和故障方式的选择(1) 一般只考虑一台设备一处发生的简单故障。对反映

45、接地短路的保护，其故障类型按单一接地和两相短路接地来考虑；对反映相间短路的保护，故障类型按三相短路和两相短路考虑。(2) 要考虑相邻线路对侧开关先跳闸或单侧重合于故障线路的情况（这种情况统称为相继动作）。(3) 在零序电流保护的整定计算中，对三相重合闸的线路，应考虑断路器三相不同期和闸的情况；对单相重和闸的线路，应考虑两相运行的情况。6.8 整定计算的步骤(1)按继电保护功能分类拟定短路计算的运行方式，选择短路类型， 选择分支系数的计算条件；(2)进行短路故障计算，录取结果；(3)按同一功能的保护进行整定计算，选取整定值并做出定值图；(4)对整定结果分析比较，以选出最佳方案；最后应归纳出存在的

46、问题， 并提出运行要求；(5)画出定值图；(6)编写整定方案说明书，一般应包括以下内容： 方案编制时间、电力系统概况； 电力系统运行方式选择原则及变化限度； 主要的、特殊的整定原则； 方案存在的问题及对策； 继电保护的运行规定，如保护的停、投，改变定值、 改变使用要求以及对运行方式的限制要求等； 方案的评价及改进方向。7 具体运行方式分析 电力系统运行方式的变化，直接影响保护的性能。因此，在对继电保护进行整定计算之前，首先应该分析运行方式。这里要着重说明继电保护的最大运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最大；继电保护的最小运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最小。因此，

47、系统的最大运行方式不一定是保护的最大运行方式，系统的最小运行方式不一定是保护的运行方式。7.1 各负荷点的最大负荷电流计算。 7.1.1 电网接线图中各线路断路器的运行方式分析1DL的最大运行方式：发电机F1、F2、F3全部投入，线路L1停。通过1DL的最大负荷电流为： 1DL的最小运行方式：发电机F3停，线路全部投入。2DL的最大运行方式：发电机F1、F2、F3全部投入，线路L3停。通过2DL的最大负荷电流为：2DL的最小运行方式：发电机F3停，线路全部运行。4DL的最大运行方式：发电机F1、F2、F3全部投入，线路L3停。通过4DL的最大负荷电流为：4DL的最小运行方式：发电机F3停，线路

48、全部运行。5DL的最大运行方式：发电机F1、F2、F3全部投入，线路L1停；通过5DL的最大负荷电流为：5DL的最小运行方式：发电机F3停，线路全部运行。 7DL的最大运行方式：发电机F1、F2、F3全部投入，线路全部运行通过7DL的最大负荷电流为： 3DL、6DL因正常运行时不可能有正向电流通过，要是有正向电流流国，一定是线路发生故障了。为此，3DL和6DL上只需判断电流的方向，不用分析3DL和6DL保护的运行方式5。7.2 互感器变比的选择所有母线上电压互感器的变比均选为：7.3 各元件参数的计算（标幺值）基准取值：；则:有已知条件得：同理代入已知数据得： 7.4 各线路保护方式的确定选择

49、保护方式的基本原则是：在满足对保护的基本要求的前提下，所采用保护的原理，接线越简单越好，这样不但可降低造价，而且可以提高保护的可靠性。只有在采用简单保护不能满足要求时，才选用较复杂的保护。根据这一基本原则，对本设计进行分析，得到相应的各线路的保护。 如已知电网，为110kV中性点直接接地单电源环网，在配置保护时不必考虑瞬时切除全线路的每一点故障。在选择相间故障保护时，首先采用电流、电压保护，经粗算表明，除了7DL上采用电流、电压保护能满足要求外，其他断路器均不能采用电流、电压保护。选择阶段式零序电流保护作为接地故障时的保护。7.5 各保护动作值计算系统等值阻抗图：图7-1 系统等值阻抗图7.6

50、 保护的整定计算及灵敏度校验（1）零序电流保护的整定计算及灵敏度校验零序电流速断：按躲过本线路末端最大零序电流整定，用图解法确定保护范围及灵敏度。最大运行方式下本线路末端F点故障=0.1898+0.2975=0.4873查电力系统暂态分析后的短路电流计算曲线： t=0s时，I*=0.42，则因为要做出短路电流曲线，还应该计算出线路中点和首端的短路电流。线路L3中点的短路电流计算查电力系统暂态分析后的短路电流计算曲线：t=0s,I*=0.268 ,则线路L3中点的首端电流计算:查短路电流计算曲线：，则为确定最小运行方式下的保护范围，还必须计算出线路末端、中点、首端的最小故障电流。对线路L3末端有

51、查短路电流计算曲线：当他t=1s,I*=2.111当t=1s,I*=1.75时对线路L3中点有查短路电流计算曲线：当t=1s,I*=2.4当t=1s,I*=2.1时对线路L3首端有查短路电流计算曲线：当t=1s,I*=3.08当t=1s,I*=1.75时根据计算结果，作故障电流曲线如图：图7-2 L3故障时的零序电流曲线1-最大零序电流曲线； 2-最小零序电流曲线计算零序段的动作值二次值将 做于图中，可以得出：零序段的最长保护范围约为65km，占线路全长的72%；最短保护范围约为27km，约占线路全长的30%，即 满足要求。零序过电流保护的整定计算及灵敏度校验。按躲过线路末端的最大相间短路电流

52、 产生的不平衡电流Ibp整定。查短路电流计算曲线：T=0s,I*=1.72则： 作本线路的近后备保护的灵敏度为： 满足要求作相元件的远后备保护的灵敏度为：做L2的远后备；做变压器B6、B7的后备保护：做线路L4、变压器B6的后备保护：7.7 阻抗保护的整定计算及灵敏度校验：（1）阻抗I段（2）阻抗II段与L2 阻抗I段配合：与B6、B7配合：与线路变压器组L4和B8配合分析：根据一般原则， 应取以上三值中最小42.1做一次整定阻抗。但 满足不了要求。在本电网中L3最长，在网络中所起作应也是最重要的。为此按灵敏度要求来整定，取 ，。取46.8后、项的配合仍有选择性，但与i)配合时，有可能超出L2

53、全长的85%，即L2地I段保护34KM，而L3的第II段的保护范围为 ，伸到L2的保护范围为117-90=27KM，没有超出L2的地I段 的保护范围。因此，保护仍有选择性。（3）阻抗段：近后备保护： 满足要求做远后备保护：（分支系数Kfh=2）做L2的远后备保护：满足要求。做L4的远后备：，满足要求做B6、B7的远后备保护：满足要求。， 分析：若B6、B7只投一台 ，不满足要求。解决的方法：一是在B6、B7的母线上装断路器失灵保护，二是可以考虑4DL的第段动作后1DL第段在相继动作。后者延长了切除故障的时间，前者增加了保护的复杂性，按规程建议使用后者。则 7.8 保护的整定计算及灵敏度校验（1

54、）零序电流的整定计算及灵敏度校验：零序电流、电压连锁速断保护的整定计算取正常运行方式为计算方式，取电流、电压保护的连锁保护范围为线路的全长的75%。则根据计算结果做下表：表7-1 L1零序电流、零序电压分布故障点最大运行方式最小运行方式3I0.max3U0.cy3I0.max3U0.cyL1首端1356A13kV779A21.1kVL1中点1850A19.1kV1103A25.4kVL1末端4731A48.9kV1785A35.9kV将表绘成下图：图7-3 L1零序电流、零序电压曲线1、 2-分别为最大运行方式下的零序电流电压曲线3 、4-分别为最小运行方式下的零序电流电压曲线从图中可以看出，

55、最小保护范围为15KM，占线路全长的30%，满足要求。（2）零序第段的整定计算：由于零序不能满足灵敏性的要求，故不设零序第段保护，下面计算零序第段的整定计算值。T=0s,I*=2.411则：灵敏度校验： 做近后备保护： 满足要求。做L2的远后备保护：查短路电流计算曲线：当当t=1s,I*=1.75时， 满足要求（3）阻抗保护的整定计算及灵敏度校验：阻抗段：阻抗段：与L2相配合： 与变压器B4、B5配合：选：； 则： 满足要求阻抗段： 校验灵敏度：作近后备保护： 满足要求作L2的远后备保护：满足要求做B4、B6的远后备保护：分支系数： 即：单台变压器运行，L1的第段作远后备保护时，灵敏度不能满足要求。解决方法：一是在B4、B6的母线上装断路器失灵保护，二是可以考虑3DL的第段动作后1DL第段在相继动作。后者延长了切除故障的时间，前者增加了保护的复杂性，按规程建议使用后者。则7.9 保护的整定计算及灵敏度校验4DL保护的计算方法同2DL保护，它所采用的零序量同1DL保护。整定结果在表2-2中。7.9.1 保护的整定计算及灵敏度校验（1）5DL零序保护的整定计算及灵敏度校验：经粗略计算，5DL零序不满足保护范围的要求，5DL的零序段满足不了灵敏度的要求，又因为5DL的零序段的正方向保护中为第二级，其时间整定为0.5S，故完全可以发挥第段的动作，因此在5DL上装第段零序保护，若为可