110KV 220KV降压变电所二次部分继电保护设备设计

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1、郑州铁路职业技术学院毕业设计说明书设计题目：110KV220KV降压变电所二次部分 继电保护设备设计 作者姓名： 彭 飞 班级学号： 铁供09A2 090223031 系 部： 电气工程系 专 业： 铁道供电技术 指导教师： 索娜 2012年 4月 24 日目 录前言1第一章 系统运行方式的分析41.1 系统主接线图41.2 运行方式的分析41.3 中性点的运行方式51.31零序分量的特点61.3.2零序电压、电流滤过器81.3.3方向性零序电流保护141.3.4中性点直接接地电网的接地保护17第二章 电压和电流互感器额定电压的选取方式302.1电流互感器：302.2电压互感器30第三章 短路

2、电流的计算313.1 短路的类型313.2 短路电流计算的目的313.3 短路计算的假定条件313.4 系统正序等值序网图323.5 短路电流的计算32第四章 变压器主变保护的设计与整定计算414.1 电力变压器的保护规程414.2 变电所主变保护的整定计算414.3 主变保护原理接线图47第五章 结论与展望485.1 毕业设计的结论485.2 展望48参考文献：50致 谢51前言电力系统在运行中，可能出现各种故障和不正常运行状态。最常见同时也是最危险的故障时各种类型的短路故障，其中包括相间短路和接地短路。此外，还可能发生输电线路断线，旋转电机，变压器同一相绕组的匝间短路等，以及由上述几种故障

3、组合而成的复杂故障。随着电子技术和计算机技术的发展，电力系统的继电保护也突破了传统的继电保护形式，出现了以微机处理器为核心的微机保护。现在微机保护的技术已日趋成熟。本次设计的题目是110kv220kv降压变电所电气二次部分继电保护设备设计。设计的主要内容是对110kv220kv电网进行常规继电保护的配置和整定并进行微机保护配置。设计中的整定原则及原理是通用的，但是，由于继电保护的形式和原理在不断更新，因而整定也有发展变化。应当指出，继电保护整定是一项系统工程，要依据系统结构的不同，运行方式的不同在满足继电保护的“四性”的前提下采取最佳方案。第一章 系统运行方式的分析1.1 系统主接线图图21

4、系统主接线图1.2 运行方式的分析 1. 系统运行方式分为：最大运方Ikmax和最小运方Ikmin。 最大运方：躲线路末端最大故障电流的运行方式； 最小运方：躲线路末端最小故障电流的运行方式。 2. 本次课程设计的具体方案如下： 最大运方：2000MW、COS=0.85、Xmin=0.8； 最小运方：1600MW、COS=0.85、Xmax=1.0。 3. 发电厂 最大运方：全部运行； 最小运方：停一台机组运行。 4. 变压器接地情况 （1）主变A三绕组变压器两台； （2）发电厂两台双绕组变压器； （3）其他变电所、不接地1.3 中性点的运行方式 一般电压为110KV及以上的电网采用中性点直接

5、接地的方式；电压为663KV电网采用中性点非直接接地，其中多数10KV电网中性点不接地，多数35KV电网中性点经消弧线圈接地，大型发电机中性点经高电阻接地。 变压器中性点接地方式的选取: 本次设计的电网为110KV中性点直接接地系统，它决定了主变中性点的接地方式电力工程电气设计手册阐述了主变110500KV侧采用直接接地方式： a.凡是自耦变压器，其中性点须直接接地或经小阻抗接地。 b.凡低压侧有电源的升压方法或降压变电站至少应有一台变压器直接接地。 c.终端变电站的变压器中性点一般不接地。 d.变压器中性点接地点的数量应使电网所有短路点的综合零序电抗与综合正序电抗之比XO/X1小于3，以使单

6、相接地时健全相上工频过电压不超过阀型避雷器的灭弧电压，XO/X1序电抗尚应大于11.5，以便单相接地短路电流不超过三相短路电流。 e.双母线接地有两台及以上主变压器时，可考虑两台主变压器中性点接地。 当中性点直接接地系统中发生接地短路时，将出现很大的零序电压和电流，利用零序电压、电流来构成接地短路的保护，具有显著的优点，被广泛应用在110KV及以上电压等级的电网中。运行经验表明，在中性点直接接地系统中，单相接地短路故障几率占总故障率的70%-90%。所以如何正确设置接地故障的保护是该系统的中心问题之一。而在该系统中发生K（1），系统中会出现零序分量，而正常运行时无零序分量。故可利用零序分量构成

7、接地短路的保护。零序电流是由故障点施加的零序电压产生的，经过线路、接地变压器的接地支路（中性点接地）构成回路。零序电流的正方向规定-由母线流向线路为正；零序电压的正方向规定-线路高于大地的电压为正；131零序分量的特点（一）零序电压：故障点U0最高，离故障点越远，U0越低，变压器中性点接地处U0=0零序阻抗和零序等效网络    与送电线路和中性点接地变压器的位置和数目有关，而与电力系统运行方式无关系统正序阻抗和负序阻抗会随着系统运行方式的变化而变化，正，负阻抗的变化将引起故障点处三序电压之间的分配的变化，因而间接影响零序分量的大小。（二）零序电流：零序电流由零序电

8、压U0产生的，由故障点经线路流向大地。忽略回路的电阻时，由按照规定的正方向画出的零序电流、电压的相量图如图所示D：流过故障点两侧线路保护的电流I'o和I''o将Uko超前90度：·计及回路电阻时，若取零序阻抗角为ko=80度，则相量图E所示，电流I'o和I''o将超前Uko100度；·分布：与中性点接地变压器的位置有关；·大小：与线路及中性点接地变压器的零序阻抗有关：与电源的分布和多少无关。（三）零序功率及分布·大小：短路点U0最大，S0最大：变压器中性点处的U0最小，S0最小；·方向：零序功率的

9、方向与正序功率的方向相反，从线路母线。零序功率与正序功率方向向反（四）保护安装处U0与I0之间的相位关系从任一保护安装处的零序电压和电流之间的关系看，由于A母线上的零序电压实际上是从该点到零序网络中性点之间零序阻抗上的电压降，因此可表示为：Uab=-Io*Zt1.0该处零序电流和零序电压之间的相位差由Zt1.0的阻抗 角决定：与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关。1.3.2零序电压、电流滤过器1零序电压滤过器三个单相式电压互感器如图2.39A三相电压互感器如图2.39B所示的a,b,c分别反映ABC三相电压，右侧为开口三角与A一样其一次绕组接成星形并将中性点接地，其二次绕组接成开口三角形，

10、这样从m,n端子得到的输出电压为：Umn=Ua+Ub+Uc=3U0集成电路式保护和数字式保护中，由电压形成回路取得三个相电压后，利用加法器将三个相电压相加（如图2.39D）当发电机的中性点经电压互感器（或消弧线圈）接地时，如图2.39C从它的二次绕组中也能够取得零序电压。注意：正常运行和电网相间短路时，由于电压互感器的误差以及三相系统对地不完全平衡，在开口三角形侧也可能有数值不大的电压输出，此电压称为不平衡电压，以Uunb表示。当系统中存在有三次谐波分量时，一般三相中的三次谐波电压是同相位的，在零序电压过滤器的输出端也有三次谐波电压输出。对反应于零序电压而动作的保护装置，应该考虑躲开他们的影响

11、。2、零序电流滤过器采用三相电流互感器按图2.40A接线，此时流入继电器回路中的电流为 Ir=Ia+Ib+Ic可见，电流互感器采用三相星形接线方式，在中性线上所流过的电流就是3Io，并不需要专门的一组电流互感器，而是接入相间保护用的电流互感器的中性线上即可。零序电流；滤过器也会产生不平衡电流 图2.41为一个电流互感器的等效电路，考虑励磁电流Iu的影响后，二次电流和一次电流的关系应为：I2=（I1-Iu）/Nta  此时流入继电器的电流为：Ir=Ia+Ib+Ic=(Ia-Iua)+(Ib-Iub)+(Ic-Iuc)/Nta=(Ia+Ib+Ic)/Nta-(Iua+Iub+Iuc)/N

12、ta在正常运行和一切不伴随有接地的相同短路时，三个电流互感器一次侧电流的相量和必然为零，故流入继电器励磁电流中的电流即为：Ir=(Iua+Iub+Iuc)=Iunb·其中Iunb称为零序电流过滤器的不平衡电流：由于三个互感器铁心的磁化曲线不完全相同以及制造过程中的某些差别而造成电流互感器的稳态误差，导致三个互感器励磁电流不相等：·当发生相间短路时，电流互感器一次侧流过的电流最大并且包含非周期分量，因此不平衡电流也达到最大值，以Iunb.max表示。对于采用电缆引出的送电线路，采用零序电流互感器的接线，如图所示。此电流互感器套在三相电缆的外面，互感器的一次电流是Ia+Ib+I

13、c只当一次侧有零序电流时，在互感器的二次侧才有相应的3Io输出故称为零序电流互感器。零序电流互感器和零序电流过滤器相比，主要优点是没有不平衡电流，同时接线也更简单。1.3.3零序电流保护零序电流I段保护在发生单相或两相接地短路时，也可以求出3Io随线路长度L变化的关系曲线，然后相似于相间短路电流保护的原则，进行保护的整定计算。零序电流速断保护的整定原则如下：躲过下一个线路出口接地短路（单相或 两相）的最大三倍零序电流3IomaxIset=Krel*3Iomax 其中：可靠系数Krel=1.2-1.3求3Iomax 方法：故障点：本线路末端故障类型（假设X1=X2）单相接地短路 3Io=3E/（

14、2Z1+Z0）       Z1为整个系统的正序阻抗，Z0为零序阻抗两相接地 3I(1.1)0=3E*Z2/(Z2+Zo)/Z1+Z21*Zo/(Z21+Zo)=3*E/（Z1+2Z0）·当Zo大于Z1    Io大于Io(1.1) 采用I（1）·当Zo小于Z1   Io小于Io(1.1)采用Io(1.1)·当Zo=Z1       Io(1)=Io(1.1) 任取运行方式，各系统最大运行方式 Z

15、1 Z2 接地点：保护安装侧 接地点最大Zom                对侧             接地点最小Zon躲开断路器三相触头不同时合闸而出现的最大零序电流3Ioumb:Iset=Krel*3Ioumb求3Ioumb:两相先合-一相断线  3Ioumb=3（E-E）/（2Z1+Zo）如果保护装

16、置的动作时间大于短路器三相不同期合闸的时间，则可以不考虑这一条。当线路上采用单相自动重合闸时，按能躲开在非全相运行状态下又发生系统震荡时，所出现的最大零序电流整定。若按条件整定，其定值较高，正常情况下的发生接地故障时，保护范围又要缩小，通常是设置两个零序工段保护的作用。为了解决这个矛盾，通常是设置两个零序工段保护：灵敏I段：一个是按条件和整定（由于其定值较小，保护范围较大；主要任务对全相运行状态下的接地故障起保护作用，具有较大的保护范围：而当单相重合闸启动时，为防止误动，则将其自动闭锁，待恢复全相运行时才重新投入。）不灵敏I段：另一个零序I段保护按条件整定，用于在单相重合闸过程中，其他两相有发

17、生接地故障时的保护。不灵敏I段也能反应全相运行状态下的接地故障，只是其保护范围较灵敏I段为小。38：58、零序电流II段保护·与相邻线路零序电流I段配合：其启动电流首先考虑与下及线路的零序电流速断保护范围的末端M点相配合，并带有高出一个T的时限，以保证动作的选择性。·当两个保护之间的变电所母线上接有中性点接地的变压器（如图A）时，则由于分支电路的影响，将使零序电流的分布发生变化，此时的零序等效网络如图B，零序电流的变化曲线 图C所示。  当线路B-C上发生接地短路时，流过保护1、2的零序电流分别为Ikob-c和Ikoa-b两者之差就是从变压器T2中性点流回的电流I

18、kot2.引入零序电流的分支系数，则零序II段的启动电流应整定为：Iset2=Iset1*Krel/K'ob ·可靠系数：Krel=1.1-1.2 ·时限设定：To2=To1+T=T=0.5S·零序段灵敏度校验        应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验，并应满足的要求：Ksen=3I0min/Iset 1.5  ·当由于下级线路比较短或运行方式变化比较大，而不能满足对灵敏系数的要求时：考虑与下级线路的零序II段保护配合；用两个灵

19、敏度不同的零序II段保护，保留0.5S的零序段保护，快速切除正常运行方式和最大运行方式下线路上所发生的接地故障；同时在增加一个与下级线路零序段保护配合的段保护，它能保证在各种运行方式下线路上发生短路 时，保护装置具有足够的灵敏系数；从电网接线的全局考虑，改用接地距离保护。、零序电流段保护·作用：相当于相间短路的过电流保护，一般情况作为后备保护；但在中性点直接接地系统中的终端线路上，可以作为主保护使用。·动作电流整定：躲过线路末端变压器为另一侧短路时可能出先的最大不平衡电流：Iunb max       Iset=K

20、rel*Iunb max·同时，必须要求各保护之间在灵敏系数上要互相配合，满足越靠近故障点的保护应该具有越高的灵敏系数的要求，即：按逐级配合的原则来考虑，本保护零序段的保护范围不能超出相邻线路的零序段保护的保护范围。当两个保护之间具有分支电路时，保护装置的启动电流应整定为：Iset2=Iset1*Krel/Kob·可靠系数Krel=1.1-1.2 ·分支系数Kob：在相邻线路的零序保护范围末端发生接地短路时，故障线路中零序电流与流过本保护装置中零序电流之比；·保护装置的灵敏系数：当作为相邻元件的后备保护时，应按照相邻元件末端接地短路时，流过本保护的最小零

21、序电流（分支电路使电流减小的影响）来校验。·时限整定：零序过电流保护启动电流一般都很小（在二次侧约为2-3A），因此在本电压及网络中发生接地短路时，它都可能启动；为了保证保护的选择性，各保护的动作时限也应该按照图2.44所示的原则来确定。安装在Y/d接线变压器低压侧的任何故障都不能在高压侧引起零序电流，无需考虑和保护1-3的配合关系。按照选择性的需要，保护5应比保护4高出一个时间阶段，保护6又应比保护5高出一个时间阶段等等。1.33方向性零序电流保护1、方向性零序电流保护原理 在多电源的大接地电流系统中，电源处变压器的中性点一般至少有一台要接地，由于零序电流的实际流向是故障

22、点流向各中性点接地的变压器，因此在变压器接地数目比较多的复杂网络中，为保证选择性，需要装设零序功率方向继电器，构成方向性零序电流保护。如图：当K1点短路时，按照选择性要求应该由保护1、2动作切除故障，但I''ok1流过保护3，就可能引起误动作。同理K2点短路是，可能引起保护2误动作。·解决措施：必须在零序电流保护中增加功率方向元件，利用正方向和反方向故障时，零序功率方向的差别，来闭锁可能误动作的保护，才能保证动作的选择性。2、零序功率方向继电器零序功率方向元件接入零序电压和零序电流，反应零序功率方向而动作，其工作原理与实现方法同前诉的功率方向元件。·注意：当

23、保护范围被部故障时，按照规定的电流、电压 正方向看，超前于95-110度。（对应于保护安装地点背后的零序阻抗角为85-70的情况），故继电器应最大灵敏角为：sen=-95- -110由于越靠近故障点的零序电压越高，因此零序方向元件没有电压死区。相反地，当故障点距保护安装地点越远时，由于保护安装处的零序电压越低，零序电流较小，必须校验方向元件在这种情况下的灵敏系数。例如 当零序保护作为相邻元件的后备保护时，即采用相邻元件末端短路时，在本保护安装处的最小零序电流、电压或功率（经电流，电压互感器转换到二次侧的数值）与功率方向继电器的最小启动电流、电压或启动功率之比来计算灵敏系数，并要求Ksen1.5

24、；对零序电流保护的评价在中性点直接接地的高压电网中，由于零序电流保护简单、经济、可靠，作为辅助保护和后备保护获得广泛应用。它与相间短路电流保护相比具有独特的优点：灵敏度 ：相间短路的 过电流保护按照大于负荷电流整定，继电器的启动电流一般为5-7A，而零序过电流保护则按照躲开不平衡电流的原则整定，其值一般为2-3A；当发生单相接地短路时，故障相的电流与零序电流相等，故零序过电流保护的灵敏度高；零序过电流保护的动作时限也较相间保护为短，尤其是对于两侧电源的线路，当线路内不靠近任一侧发生接地短路时，本侧零序I段保护动作跳闸后，对侧零序电流增大可使对侧零序I段保护也相继动作跳闸，使总的故障切除时间更加

25、缩短。系统运行方式变化的影响：相间短路的电流速断保护和先世电流速断保护直接受系统运行方式变化的影响很大，而零序电流保护受系统运行方式变化的影响要小的多，此外，由于线路零序阻抗大于正序阻抗：Xo=(2-3.5)X1，故线路始端与末端短路时，零序电流变化显著，曲线较陡，因此零序I段保护的保护范围教大，也较稳定，零序II段保护的灵敏系数也易于满足要求。抗干扰性能：当系统中发生某些不正常状态，如系统震荡、短时过负荷等时、三相是对称的，相间短路的电流保护均将受到她们的影响而可能误动作，需要采取必要的措施予以防止；而零序电流保护则不受影响。实用性：方向性零序保护没有电压死区，较距离保护实现简单可靠，在11

26、0KV及以上的高压和超高压电网中，单相接地故障约占全部故障的70%-90%，而且其他的故障也往往是由单相接地故障发展起来的，零序保护就为绝大部分的故障情况提供了保护，具有显著的优越性。·零序电流保护的不足：对于运行方式变化很大或接地点变化很大的电网，保护往往不能满足系统运行所提出的要求；随着单相重合闸的广泛应用，在重合闸动作的过程中将出现非全相运行状态，再考虑系统两侧的发电机发生摇摆，可能出现较大的零序电流，因而影响零序电流保护的正确工作，此时应从整定计算上予以考虑，或在单相重合闸动作中使之短时退出运行。当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的电网（如110KV和220KV）则任一电网

27、中的接地短路都将在另一网络中产生零序电流，将使零序保护的整定配合复杂化，并将增大零序III段保护的动作时间；不能反映相间短路故障1.3.4中性点直接接地电网的接地保护我国110kV及以上的电网采用中性点直接接地方式，这种电网发生接地故障时，通过短路点、大地和接地中性点构成短路回路，故障电流很大，故称为大电流接地电网。由于系统正常运行情况下没有零序电流；而大电流接地电网中发生接地短路时将出现很大的零序电流，因此利用零序电流来构成大电流接地电网的接地保护，就具有显著的优点。一中性点直接接地电网接地短路时零序分量的特点图226（a）所示网络发生接地短路时的零序等效网络如图226（b）所示。零序电流的

28、方向仍然采用母线流向线路为正；零序电压的方向取线路高于大地的电压为正，如图226（b）中的“”所示。图2-26 接地短路时的零序等效网（a）系统接线 （b）零序网络 （c）零序电压分布图 （d）向量图（设）由零序等效网络可见，零序分量具有如下特点：（1）故障点的零序电压最高，距离故障点越远处的零序电压越低，中性点处为0。零序电压的分布如图226（c）所示。（2）网络中的零序电流是由于故障点出现零序电压而产生的。因此故障线路上的实际零序电流方向是由线路流向母线的，与保护规定的正方向相反。实际零序电流落后零序电压的相位由零序阻抗角决定。按照规定的正方向画出零序电流和电压的向量图如图226（d）所示

29、，和超前的角度为：。（3）故障线路两端零序功率的方向实际上都是由线路流向母线的。（4）任一保护安装处的零序电压只与流过的零序电流和被保护线路背后的阻抗有关，而与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关。以保护1所在的A母线上的零序电压为例，为变压器的零序阻抗。（5）零序分量受系统运行方式的影响小。当电力系统运行方式变化时，如果送电线路和中性点接地的变压器数目不变，则零序阻抗和零序等效网络就是不变的；但此时系统的正序阻抗和负序阻抗要随着运行方式而变化。正、负序阻抗的变化将引起、之间电压分配的改变，因而间接地影响零序分量的大小。二零序分量过滤器在实现继电保护和自动装置的过程中，常常需要某些对称分量的

30、电流和电压。此时通过专门的对称分量过滤器就可得到。所谓某一对称分量的过滤器，就是指在它的原边输入三相系统的电压或电流（其中可能包含正、负、零序分量），而在它的输出端只输出与某一个对称分量成正比的电流或电压。如输出为零序者，就称为零序分量过滤器。1零序电压过滤器零序电压和三相电压之间满足如下关系：。由该式可知，将电压互感器二次侧接成开口三角形，就可以得到零序电压，如图227（a）、（b）所示。（a）图所示为三个单相式的电压互感器，（b）图为三相五柱式电压互感器。当发电机的中性点经电压互感器或消弧线圈接地时，如图227（c）所示，从它的二次绕组中也能够取得零序电压。在集成电路保护中，由电压形成回路

31、取得三个相电压后，利用加法器将三个相电压相加，如图227（d）所示，可以得到零序电压。在微机保护中，可以通过单片机将三相电压的采样值相加得到对应时刻的零序电压采样值；也可以从零序电压过滤器副边直接获得零序电压。图2-27 取得零序电压的接线图（a）用三个单相式电压互感器 （b）用三相五柱式电压互感器 （c）用接于发电机中性点的电压互感器 （d）集成电路内部合成零序电压理论上，零序电压过滤器只有在系统中发生接地故障时才有输出。但实际上在正常运行和电网相间短路时，由于电压互感器的误差以及三相系统对地不完全平衡，过滤器可能有数值不大的电压输出，称此电压为不平衡电压（以表示）。此外，系统中存在三次谐波

32、分量时，零序电压过滤器也会有输出，因为三相中的三次谐波电压是同相位的。对反应于零序电压而动作的保护装置，应该考虑躲开它们的影响。2零序电流过滤器实际上就是三相星形接线方式中，在中线上所流过的电流。因此，相间保护三相星形接线电流互感器的中线就构成了零序电流过滤器，如图2-28（a）所示。根据2-28（b）给出的零序电流过滤器等效电路，考虑励磁电流影响后，其输出电流，也即流入继电器中的电流为： （2-37）图228 零序电流过滤器（a）原理接线；（b）等效电路正常运行和相间短路时，三个电流互感器一次侧电流的向量和必然为零，此时，流入继电器中的电流即为 （238）此称为零序电流过滤器的不平衡电流，它

33、是由三个电流互感器励磁电流不相等产生的。而励磁电流的不等，则是由于铁芯的磁化曲线不完全相同以及制造过程中的某些差别而引起的。当发生相间短路时，电流互感器一次侧流过的电流值最大并且包含有非周期分量，因此不平衡电流也达到最大值，以表示。零序电流保护应该躲开此电流的影响。3零序电流互感器实现的零序电流过滤器对于采用电缆引出的送电线路，采用零序电流互感器获得，如图229所示。此电流互感器就套在电缆的外面，从其铁心中穿过的电缆就是电流互感器的一次绕组，因此，一次电流就是。只当一次侧出现零序电流时，在互感器的二次侧才有相应的输出。这种接线既简单，又不存在不平衡电流，但只能在电缆上实现。图2-29 零序电流

34、互感器接线示意图三三段式零序电流保护1零序电流速断（零序段）保护 在中性点直接接地电网中，广泛采用三段式的零序电流保护作为接地短路的保护，其工作原理与相间短路的三段式电流保护相似。三段保护中的第段就是零序电流速断，其整定原则如下：（1）躲开本线路末端接地短路时可能出现的最大零序电流，引入可靠系数 (一般取为)，即为 （239）本线路末端发生接地短路时，流过线路的零序电流大小与接地短路的类型有关，应该选单相接地短路和两相接地短路中零序电流大的作为来进行整定。（2）躲开断路器三相触头不同期合闸时所出现的最大零序电流，引入可靠系数即为 （240）常规的零序段应该取以上两个条件中较大的作为整定值。但在

35、有些情况下，如按照条件（2）整定将使起动电流过大，保护范围缩小时，可以使零序段带有个小的延时（约0.1s），以躲开断路器三相不同期合闸的时间。这样在定值上就无需考虑条件（2）了。（3）在装有单相自动重合闸的线路上，零序段应该躲开非全相运行状态下又发生系统振荡时，所出现的最大零序电流。即 （2-41）但是，按照这一条件整定的零序段由于起动电流过大，在正常运行又发生接地故障时，保护范围过小。为了解决这个矛盾，可以设置两个零序段保护：一个是灵敏段，按条件（1）、（2）取大者整定。其定值较小，保护范围较大。它的任务是对全相运行状态下的接地故障起保护作用；当单相重合闸起动时，则将其自动闭锁。另一个是不灵

36、敏段，按条件（3）整定，其定值较大。它的主要任务是在单相重合闸过程中，健全两相又发生接地故障时，尽快切除故障。与相间短路的电流速断类似，零序段的保护范围可用解析法确定，其最小保护范围应不小于被保护线路全长的。2零序电流限时速断（零序段）保护零序段的起动电流和动作时限必须与相邻元件的零序相配合。图2-30所示电网在线路上发生接地短路时，流过保护l和2的零序电流分别为和。引入零序电流的分支系数之后，则零序段的起动电流应整定为 （242）上述例子中；当变压器切除或中性点改为不接地运行时，则变压器支路即从零序等效网络中断开，此时。应该取可能出现的最小分支系数进行整定计算。图2-30 有分支电路时，零序

37、段动作特性的分析（a）网络接线图 （b）零序等效网 （c）零序电流变化曲线零序段与相邻元件的零序段配合时，其动作时限取0.5s。零序段的灵敏系数按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验，并应满足的要求。当不能满足对灵敏系数的要求时，可以考虑用下列方式解决：（1）使零序段保护与下一条线路的零序段相配合，时限再抬高一级，取为；（2）保留0.5s的零序段，同时增加一个按第（1）项原则整定的保护。这样保护装置中，就具有两个定值和时限均不相同的零序段，一个定值较大，能在正常运行方式和最大运行方式下，以较短的延时切除本线路上所发生的接地故障；另一个具有较长的延时，它能保证在各种运行方式下线路末端接地短

38、路时具有足够的灵敏性。 3零序过电流（零序段）保护零序过电流保护按如下原则整定：（1）保护中零序电流继电器的起动电流按躲开本线路末端相间短路时所出现的最大不平衡电流来整定。引入可靠系数，即为 （243）（2）各保护之间的灵敏性互相配合。具体说，就是本保护零序段的保护范围，不能超出相邻线路上零序段的保护范围，否则，可能产生越级跳闸。当两个保护之间具有分支电路时，参照图230的分析，保护装置的起动电流应整定为 （244）式中 可靠系数，一般取为；零序电流分支系数，即相邻线路零序段保护范围末端发生接地短路时，故障线路中零序电流与流过本保护装置中零序电流之比。整定值选两个条件中较大者；零序段的动作时限

39、的选取与相间短路的定时限过电流保护相似，遵循阶梯原则。零序过电流保护作为本线路的主保护或近后备时，按本线路末端发生接地时的最小零序电流校验灵敏系数，要求；作为相邻元件的远后备保护时，用相邻元件末端接地短路时，流过本保护的最小零序电流（应考虑图230所示的分支电路使电流减小的影响）来校验灵敏系数，要求。由于电网接地短路时，流过零序过电流保护的往往比起动电流大得多，因此一般都满足要求。这是零序过电流保护的一个优点。零序过电流保护的另一个优点是：动作时限比相间短路定时限过电流保护来得小。如图2-31所示，因为变压器低压侧的任何故障都不能在高压侧引起零序电流，所以零序过电流保护无需考虑与13的配合关系

40、。而相间短路过电流保护的动作时限，是从保护1开始逐级配合的。零序段的作用相当于相间短路的过电流保护，在一般情况下是作为后备保护使用的，但在中性点直接接地电网中的终端线路上，它也可以作为主保护使用。图231四方向性零序电流保护具有方向性的三段式零序电流保护的原理接线如图232所示。其中零序功率方向继电器接于和上，反应于两者之间的夹角而动作。当保护正方向发生接地短路时，它应该动作；当保护反方向发生接地短路时，它应不动作。由它控制三段式零序电流保护，只有零序功率方向继电器和电流元件同时动作后，才能分别去起动各段的出口中间继电器或各自的时间继电器去跳闸。图232 三段式零序方向电流保护的原理接线在双侧

41、或多侧电源的中性点直接接地网络中，如果采用阶段式零序电流保护，在保护反方向发生接地短路时，不能依靠动作电流和动作时限来保证有选择性动作的情况下，必须采用阶段式零序方向电流保护。根据图2-26的分析，当保护范围内部发生接地故障时，按规定的电流、电压正方向看，超前于的夹角为。因此，为了让零序功率方向继电器在内部故障时最灵敏，其最大灵敏角应取为： （2-45）在微机型和集成电路型零序功率方向继电器中，就是把最大灵敏角作成，与上述要求是一致的。使用时的接线方式示于图2-33（a）中。但是整流型和晶体管型继电器中，由于难以获得式（2-45）的角度，而把最大灵敏角做成了。显然，这种继电器当加入其中的超前时

42、最灵敏。采用这种继电器作为零序功率方向继电器时，应该将电流线圈与电流互感器之间同极性相连，而将电压线圈与电压互感器之间异极性相连，即，（图2-33（b）。这样一来，当内部发生接地时，加入继电器中电压和电流的夹角为线路的零序阻抗角，向量关系如图233（c）所示，刚好符合最灵敏动作的条件。实际工作中，对零序功率方向继电器的接线应给予特别的注意。一定要根据所采用继电器的最大灵敏角，先决定其和应该接入什么，然后再进行接线，以免极性接错造成正方向发生接地时不动作，而反方向接地时误动作的情况发生。由于越靠近故障点的零序电压越高，因此零序方向继电器没有电压死区。相反地，倒是当故障点距保护安装地点很远时，由于

43、保护安装处的零序电压较低，零序电流较小，继电器反而可能不起动，为此，必须校验方向元件在这种情况下的灵敏系数。例如当作为相邻元件的后备保护时，采用相邻元件末端短路时，在本保护安装处的最小零序电流、电压或功率(经电流、电压互感器转换到二次侧的数值)与功率方向继电器的最小起动电流、电压或起动功率之比来计算灵敏系数，并要求。（a）微机型和集成电路型继电器采用的方式；（b）整流型和晶体管型继电器采用的方式；（c）向量图53第二章 电压和电流互感器额定电压的选取方式选择电流和电压互感器应满足继电保护自动装置和测量仪表的要求2.1电流互感器：1.电流互感器的二次额定电流有1A和5A两种，强电系统用5A；2.

44、当电流互感器用于测量时，其一次额定电流尽量选择得比回路中正常工作电流大1/3左右；3.35kv及以上配电装置一般采用油侵瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，常用LCC7系列；4.电力变压器中性点电流互感器的一次额定电流应大于变压器允许的不平衡电流的选择，一般情况下，可按照变压器额定电流的1/3进行选择；5.关于准确度用于电度计量的电流互感器，准确度不应低于0.5级，用于电流电压测量的准确度不应低于1级，非重要回路可使用3级；用于继电保护的电流互感器，应用D或B级；2.2电压互感器1.35kv110kv配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器；2.电压互感器的额定电压按如下选取：(1) 单相：

45、a当接于一次线电压上时，一次电压为系统额定电压Vx，二次电压为100v； b 当接于一次相电压上时，一次电压为Vx/，二次电压为100/V。(2)三相：一次电压为系统额定电压Vx，二次电压为100V，第三绕组电压为100V/3V。3.关于准确度：用于电度计量，准确度不应低于0.5级；用于电压测量不应低于1级；用于继电保护时不应低于3级。3.3本系统中100KV线路的所有电压互感器均采用同一变比 单相：均接于一次线电压上：变比nY110×103/100=1100 三相：其变比为110000/100/100/3第三章 短路电流的计算3.1 短路的类型 短路故障分为对称短路和不对称短路，三

46、相短路是对称性短路，造成的危害最为严重，但发生三相短路的机会较少。其他种类的恶短路都属于不对称短路，其中单相短路发生的机会最多，约占短路总数的70%以上。3.2 短路电流计算的目的为了保证电力系统安全运行，在设计选择电气设备时，都要用可能流经该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和电动力的巨大冲击，同时为了尽快切断电源对短路点的供电，继电保护装置将自动的使有关断路器跳闸，继电保护装置的整定和断路器的选择，也需要确定的短路电流数据。3.3 短路计算的假定条件 短路过程是一种暂态过程，影响电力系统暂态过程的因素很多，若在实际计算中把所有的因

47、素都考虑进来，将是十分复杂也是没有必要的。因此，在满足工程要求的前提下，为了简化计算，通常采取一些合理的假设，采用近似的方法对短路电流进行计算。基本假设条件如下： 1. 在短路过程中，所有发电机电势的大小及相位均相同，即在发电机之间没有电流交换，发电机供出的电流全部是流向短路点的，而所有负荷支路则认为都已断开。 2. 不计磁路饱和，这样系统中各元件的感抗便都是恒定的，线性的，可以运用叠加原理。 3. 不计变压器励磁电流。 4. 系统中所有元器件只计算电抗，但在计算短路电流非周期分量衰减时间常数，或者计算电压为1000V以下低压系统短路电流时，则需计算元件的电阻。 5. 短路全是金属性短路，即不

48、计短路点过度电阻的影响。 6. 三相系统是对称的，对于不对称电路，可采用对称分量法，将每序对称网络简化成单相电路进行计算。以上假设，使短路电流计算结果稍偏大一些，但最大误差一般不超过10%15%，这对于工程设计所要求的准确度来说是允许的。3.4 系统正序等值序网图 3-1 系统正序等值序网图3.5 短路电流的计算 假设x母线发生故障， 1. 正序网络如下图所示： 图3-2 图3-3 图3-4根据图 3-1可知图 3-2中:X4=0.183+0.208=0.391根据图3-2可知:X4大=0.391/0.391=0.1955X4小=0.1955/0.391=0.13X5=X1+X3=0.159+

49、0.09=0.241根据图 3-3可知:X6大=X2/X5+X4大=0.134+0.1955=0.33X6小=X2/X5+X4小=0.134+0.13=0.264正序网络的最大电抗为： Xmax=X6大/X7=0.33+1.0=0.248正序网络的最小电抗为： Xmin=X6小/X7=0.264+0.8=0.1982. 零序网络如下图所示： 图3-5 图3-6 图3-7图3-8 X8=X2×X4/X2+X3+X4 =0.529×0.315/0.529+0.315+1.057 =0.08 X9=X3×X4/X2+X3+X4 =0.315×1.057/0.5

50、29+0.315+1.057 =0.17 X10=X2×X3/X2+X3+X4 =0.529×1.057/0.529+0.315+1.057 =0.294X11=X6×X7/X6+X7=0.146×0.146/0.146+0.146 =0.073X12=X1+X10=0.35+0.294=0.644X13=X5+X8=0.088+0.158=0.246X14=X9+X11=0.175+0.073=0.248X15=X13/X14=0.246/0.248=0.123 零序网络电抗X0X0=X12/X15=0.644/0.123=0.1033. 当K处发生三

51、相短路时：K(3) a. 在最大运行方式下： 流过故障点的短路电流： IKX.max3=1/Xmax=1/0.198=5.051 化为有名值： IKX.max3=5.051×0.502=2.535KA 流过A母线的最大三相短路电流为： I KX.maxA=1/0.264=3.788 化为有名值： IKX.maxA=3.788×0.502=1.092KA b. 在最小运行方式下： 流过故障点的短路电流： IKX.min3=1/Xmin=1/0.248= 4.032 化为有名值： IKX.min3=4.302×0.502=2.024KA 流过A母线的最小三相短路电流为

52、： KKX.minA3=1/0.33=3.03化为有名值： K KX.minA3=3.03×0.502=1.521KA4. 当K处发生两相短路时：K(2) a在最大运行方式下： 流过故障点的短路电流：IKX.max2=×1/2Xmax=(/2)×(1/0.198) =4.374 化为有名值： IKX.max2=4.374×0.502=2.196KA 流过A母线短路电流： IKA.maxA2=(/2)×(1/0.264) =3.28化为有名值： IKA.maxA2=3.28×0.502=1.647KAb. 在最小运行方式下： 流过故障点

53、的短路电流： IKX.min2=×1/2Xmin=(/2)×(1/0.248) =3.492 化为有名值： IKX.min2=3.492×0.502=1.753KA流过A母线短路电流： IKX.minA2=(/2)×(1/0.33) =2.624 化为有名值： IKX.minA2=2.624×0.502=1.317KA5. 当K处发生单相接地短路时：K(1) a在最大运行方式下： 流过故障点的最大零序电流： I0KX.max1=1/(2Xmax+X0)=1/(2×0.198+0.096) =2.033 化为有名值： I0KX.max1

54、=2.033×0.502=1.021KA 流过线路AF的分支零序电流： I0KX.max1=1/(2Xmax+X0)×0.096/0.114 =2.0330.096/0.114=1.712 化为有名值： I0KX.maxAF1=1.712×0.502=0.859KA b在最小运行方式下：流过故障点的最小零序电流： I0KX.min1=1/(2Xmin+X0)=1/(2×0.248+0.096)=1.689化为有名值： I0KX.min1=1.689×0.502=0.848KA流过线路AF的分支零序电流： I0KX.minAF1=1/(2Xmin

55、+X0) =1.689×0.096/0.114=1.422化为有名值： I0KX.minAF1=1.422×0.502=0.714KA6. 当K处发生两相接地短路时：K(1.1) a 在最大运行方式下： 流过故障点的最大零序电流： I0KX.max1.1=1/(2Xmin+2X0) =1/(0.198+2×0.096) =2.564 化为有名值： I0KX.max1.1=2.564×0.502=1.287KA 流过线路AF的分支零序电流： K0KX.maxAF1.1=1/(2Xmin+2X0)×0.096/0.114 =2.564×0

56、.096/0.114 =2.159 化为有名值： K0KX.maxAF1.1=2.159×0.502=1.084KA b 在最小运行方式下： 流过故障点的最小零序电流 I0KA.min1.1=1/(2Xmin2X0)=1/(0.284+2×0.096) =2.273 化为有名值： I0KA.min1.1=2.273×0.502=1.141KA流过线路AF的最小零序电流： I0KA.min1.1=1/(2Xmin2X0)×0.096/0.114 =2.273×0.096/0.114=1.914 化为有名值： I0KA.min1.1=1.914&#

57、215;0.502=0.961K第四章 变压器主变保护的设计与整定计算4.1 电力变压器的保护规程 按技术规程的规定电力变压器继电保护装置的配置原则一般为： 1. 针对变压器内部的各种短路及油面下降应装设瓦斯瞬时动作于信号，重瓦斯瞬时动作于断开各侧断路器。 2. 应装设反应变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的纵联差动保护或电流速断保护作为主保护，瞬时动作于断开各侧断路器。 3. 对由外部相间短路引起的变压器过电流，根据变压器容量和运行情况的不同以及对变压器灵敏的要求不同，可采用过电流保护、复合电压起动的过电流保护、负序电流和单相式电压起动的过电流保护或阻抗保护作为后备保护，带时限动作于

58、跳闸。 4. 对110kV及以上中性点直接接地的电力网，应根据变压器中性点接地运行的具体情况和变压器的绝缘情况装设零序电流保护和零序电压保护，带时限动作于跳闸。 5. 为防御长时间的过负荷对设备的损坏，应根据可能的过负荷情况装设过负荷保护，带时限动作于信号。 6. 对变压器温度升高和冷却系统的故障，应按变压器标准的规定，装设作用于信号或动作于跳闸的装置。4.2 变电所主变保护的整定计算 1. 瓦斯保护： 保护能反应油浸式变压器油箱内的各种故障是变压器内部故障的保护之一,变压器油箱内发生短路故障时，短路电流及故障点电弧会使变压器油和绝缘材料受热分解，产生气体。气体的多少和故障的性质及严重程度有关

59、。 2. 瓦斯保护的整定： （1）瓦斯继电器的气体容积整定为250cm2。轻瓦斯保护瞬时动作于信号。 （2）重瓦斯保护动作值的大小用油流速度来表示，为了防止穿越性故障时瓦斯保护误动作，油流速度整定为1m/s。重瓦斯保护动作于跳开变压器两侧断路器。 3. 纵差动保护： (1) 是变压器的主保护之一。反应变压器油箱内或其引出线的短路故障。 (2) 变压器纵差动保护在正常和外部故障时，理想情况下流入差动继电器的电流等于零。但实际由于变压器的励磁电流、接线方式和电流互感器误差等因素的影响，继电器中有不平衡电流流过。因此，变压器差动保护需要解决的主要问题之一是采取各种措施避越不平衡电流的影响。在满足选择性的条件下，还要保证在内部故障时有足够的灵敏系数和速动性。 4. 纵差动保护的整定计算: 1) 变压器一次额定电流 a. 110kv侧 IN=31500/×110=165.332A b. 35 kv侧 IN=31500/×35=519.615A c. 10 kv侧 IN=31500/×10=1818.653A 2） 电流互感器变比 a. 110kv侧计算变比 N=×165.332/5=57.272 变比选取300/5 b. 35kv侧计算变比 N=×519.615/5=180 变比选