毕业设计（论文）某110kV电力系统继电保护设计

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1、某 110kV 电力系统继电保护设计 某 110kV 电力系统继电保护设计 内容摘要 本次毕业设计的主要内容是针对 110kV 电力系统继电保护的配置，并依据继电保护配置原理，对所选择的保护进行整定和灵敏性校验，确定方案中的保护。设计分为八个章节，第三、四章是计算系统的短路电流，确定运行方式；第五章是各种设备的保护配置。其中变压器保护包括保护原理分析、保护整定计算和灵敏性校验，主保护采用的是纵联差动保护和瓦斯保护，使得两者结合做到优势互补，后备保护是复合电压启动过电流保护。母线保护包括保护原理分析，采用了完全电流差动保护，简单可靠。110kV 侧的输电线路采用了距离、保护，由于它的电压等级较高

2、，还考虑了零序电流、保护。对于发电机主保护采用了纵差动保护，后备保护采用了发电机定子绕组接地保护。某 110kV 电力系统继电保护设计某 110kV 电力系统继电保护设计目 录引引 言言.11 方案比较.22 确定运行方式.42.1 标幺值计算.42.2 短路电流的计算.52.3 确定运行方式.183 短路计算.193.1 各种运行方式下各线路电流计算.193.2 各输电线路两相短路和三相短路电流计算.204 继电保护的配置.214.1 继电保护的基本知识.2142 变压器的保护配置.234.2.1 变压器配置.234.2.2 保护配置的整定.254.3 母线的保护配置.284.3.1 保护配

3、置的原理.284.3.2 电流差动保护配置的整定.314.4 输电线路保护配置.334.4.1 保护配置的原理.334.4.2 保护配置的整定.364.5 发电机保护配置.404.5.1 保护配置的原理.404.5.2 保护配置的整定.425 微机成套自动保护装置.445.1 发电机-变压器组成套自动保护装置.445.2 变压器成套自动保护装置.465.3 母线成套自动保护装置.465.4 输电线路成套自动保护装置.486 结论.49参考文献.50某 110kV 电力系统继电保护设计0 引 言由于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

4、技术的发展不断注入新的活力。未来继电保护的发展趋势是向计算化，网络化及保护，控制，测量，数据通信一体化智能化发展。电能是一种特殊的商品,为了远距离传送,需要提高电压,实施高压输电,为了分配和使用,需要降低电压,实施低压配电,供电和用电。发电-输电-配电-用电构成了一个有机系常把由各种类型的发电厂,输电设施以及用电设备组成的电能生产与消费系统称为电力系统。电力系统在运行中,各种电气设备可能出现故障和不正常运行状态。不正常运行状态是指电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏,但是没有发生故障的运行状态,如:过负荷,过电压,频率降低,系统振荡等。故障主要包括各种类型的短路和断线,如:三相短路,两相短路,

5、两相接地短路,单相接地短路,单相断线和两相断线等。某 110kV 电力系统继电保护设计11 1 方案比较方案比较 本次毕业设计的主要内容是对 110kV 电力系统继电保护的配置。可以依据继电保护配置原理，根据经验习惯，先选择两套初始的保护方案，通过论证比较后认可其中的一套方案，再对这套方案中的保护进行确定性的整定计算和灵敏性校验，看看它们是否能满足要求，如果能满足便可以采用，如果不能满足则需要重新选择，重新整定和校验。 对于变压器而言，它的主保护可以采用最常见的纵联差动保护和瓦斯保护，用两者的结合来做到优势互补。因为变压器差动保护通常采用三侧电流差动，其中高电压侧电流引自高压熔断器处的电流互感

6、器，中低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器，这样使差动保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域，从而可以更好地反映这些区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障。考虑到与发电机的保护配合，所以我们用联差动保护作为变压器的主保护，不考虑用电流速断保护。瓦斯保护主要用来保护变压器的内部故障，它由于一方面简单，灵敏，经济；另一方面动作速度慢，且仅能反映变压器油箱内部故障，就注定了它只有与差动保护配合使用才能做到优势互补，效果更佳。后备保护首先可以采用复合低电压启动过电流保护，这主要是考虑到低电压启动的过电流保护中的低电压继电器灵敏系数不够高。由于发电机-变压器

7、组中发电机才用了定子绕组接地保护，所以，变压器不采用零序电流保护。110kV 侧的母线接线可以采用完全电流差动保护，简单，可靠也经济。对于 110kV 侧的输电线路，可以直接考虑用距离保护，因为在电压等级高的复杂网络中，电流保护很难满足选择性，灵敏性以及快速切除故障的要求，因此这个距离保护也选择得合理，同时由于它的电压等级较高，我们还应该考虑给它一个接地故障保护，先选择零序电流保护，因为当中性点直接接地的电网(又称大接地电流系统)中发生短路时,将出现很大的零序电流,而在正常运行情况下它们是不存在的。因此,利用零序电流来构成接地短路的保护,就有显著的优点。发电机则采用纵联差动保护作为主保护，定子

8、绕组接地保护作为后备保护。 综上所述，方案 1 比较合理，方案 1 保护作为设计的初始保护，在后续章节对这些保护进行整定与校验，是否符合设计要求。某 110kV 电力系统继电保护设计22 确定运行方式2.1 标幺值计算 本次设计中取=100MVA, ,系统用一个无限大功率电流代BSBavuu表，它到母线的电抗标幺值 。 1000.125800BsdSXS（2.1） 各元件的电抗标幺值计算如下： 12FF发电机和121000.130.5225BFFdNSxxxS（2.2） 变压器: (2.3)1B1%10.51000.3310010031.5sBBNVSxS变压器的各绕组短路电压分别为：2B 1

9、(1 2)(3 1)(2 3)2(1 2)(2 3)(3 1)3(2 3)(3 1)(1 2)%1710.56.021.5%176.010.512.5%6.010.5170.5ssssssssssssVVVVVVVVVVVV (2.4) 所以，变压器的电抗值为:2B (2.5)21%21.51000.6710010031.5sBBNVSxS (2.6)22%12.51000.4010010031.5sBBNVSxS (2.7)23%0.51000.016010010031.5sBBNVSxS 变压器: (2.8)3B3%10.51000.52510010020sBBNVSxS变压器: (2.9

10、)4B4%10.51000.52510010020sBBNVSxS线路: (2.10)1L1221000.4 1000.4 1000.33110BLBSxV某 110kV 电力系统继电保护设计3线路: (2.11)2L221000.4500.17110Lx线路 (2.12)3L321000.4300.099110Lx线路: (2.13)4L421000.4600.2110Lx所以，110kV 电力系统继电保护的等值网络如图 3.1 所示。 图 2.1 110kV 电力系统等值网络2.22.2 短路电流的计算短路电流的计算110kV 电力系统正常运行时，发电机存在三种运行情况，即：两台发电机同时

11、运行、一台发电机退出运行另一台单独运行和两台同时运行；变压器有两种运行方式，即：一台变压器退出另一台变压器单独运行和两台变压器同时运行。下面分别分析各种情况下系统运行时的转移电抗，计算电抗和短路电流。（一）两台发电机同时运行，变压器同时投入运行。1234BBBB、 进行网络化简： (2.14)3614365536.0.52 0.40(/)0.670.900.520.40 x xxxxxxxx (2.15)15245(0.520.33) 0.9()/0.440.520.330.9xxxx (2.16)1611150.17 0.44/0.120.170.44xxx (2.17)17891/0.52

12、50.262xxx某 110kV 电力系统继电保护设计4 将组成的三角形电路化简为由组成的星形电路，10 x101213xxx、和181920 xxx、和计算如下： (2.18)1012181012130.33 0.0990.0520.330.0990.20 x xxxxx (2.19)1013191012130.33 0.200.100.330.0990.20 x xxxxx (2.20)1213201012130.099 0.200.0310.330.0990.20 x xxxxx 系统的等值化简网络如图 2.2 所示。图 2.2 系统的等值化简网络（1）转移电抗和计算电抗计算 当发生短路

13、时1f211720161918()/()xxxxxx (0.260.031)(0.120.10)0.0520.260.0310.120.10(2.21) =0.18所以，点发生短路时的等值网络如图 2.3 所示。1f某 110kV 电力系统继电保护设计5图 2.3 点发生短路时的等值网络1f系统 S 对短路点的计算电抗为：1f (2.22) 8000.1251100NjsfiBSxxS发电机对短路点的计算电抗为：12FF、1f (2.23) 2 250.180.09100jsx当发生短路时2f22118172019()/ /()xxxxxx (2.24)(0.1250.052) (0.260.

14、031)0.10.1250.0520.260.031 =0.21所以，点发生短路时的等值网络如图 2.4 所示。2f图 2.4 点发生短路时的等值网络2f系统 S 对短路点的计算电抗为：2f (2.25)8000.211.68100NjsfiBSxxS发电机对短路点的计算电抗为：12FF、2f (2.26)2250.120.06100jsx当发生短路时 (2.27)3f231180.1250.0520.177xxx (2.28)2416190.120.100.22xxx所以，点发生短路时的等值网络如图 2.5 所示。3f某 110kV 电力系统继电保护设计6图 2.5 点发生短路时的等值网络3

15、fS 点对的转移电抗为：3f (2.29)232025232024.0.177 0.0310.1770.0310.230.22xxxxxxF 点对的转移电抗为为：3f (2.30)242026242023.0.22 0.0310.22 0.0310.290.177xxxxxx 化简的等值网络如图 2.6 所示。图 2.6 化简的等值网络系统 S 对短路点的计算电抗为：3f (2.31)8000.231.84100NjsfiBSxxS发电机对短路点的计算电抗为：12FF、3f某 110kV 电力系统继电保护设计7 (2.32)2 250.290.145100jsx （2）由计算曲线数字表查出短路

16、电流的标幺值如下。 （3）计算短路电流有名值。 各点发生短路时，各电源的基准电流分别为： 系统 S (2.33)1000.5023 115BI 发电机 (2.34)12FF、1005.503 10.5BI （二）发电机停运运行时，系统的等值网络如图 2.7 所示。1F2F图 2.7 系统的等值网络 进行网络化简： (2.35)27365411(/ /)/ / /0.520.400.67 / /0.33/ /0.170.520.400.0997xxxxxx系统的等值化简网络如图 2.8 所示。（1）转移电抗和计算电抗计算 当发生短路时 1f281927172028(/ /)/ /(/ /)xxx

17、xxx (2.36)(0.100.0997) (0.260.031)0.0520.100.09970.260.031 =.178某 110kV 电力系统继电保护设计8 所以，点发生短路时的等值网络如图 2.9 所示。1f图 2.8 系统的等值化简网络图 2.9 点发生短路时的等值网络1f系统 S 对短路点的计算电抗为：1f (2.37)8000.1251100NjsfiBSxxS发电机对短路点的计算电抗为：12FF、1f (2.38)250.780.445100jsx当发生短路时2f29118172019()/ /()xxxxxx (2.39)(0.1250.052)(0.260.031)0.

18、10.1250.0520.260.031 =0.21所以，点发生短路时的等值网络如图 2.10 所示。2f图 2.10 点发生短路时的等值网络2f系统 S 对短路点的计算电抗为：2f某 110kV 电力系统继电保护设计9 (2.40) 8000.211.68100NjsfiBSxxS发电机对短路点的计算电抗为：12FF、2f (2.41)250.09970.025100jsx当发生短路时： (2.42)3f301180.1250.0520.177xxx (2.43)3119270.100.0.09970.1997xxxS 点对的转移电抗为：3f (2.44)302032302031.0.177

19、0.0310.1770.0310.240.1997xxxxxx点对的转移电抗为：2F3f (2.45)330.031 0.19970.0310.19970.270.177x 化简的等值网络如图 2.11 所示。图 2.11 化简的等值网络系统 S 对短路点的计算电抗为：3f (2.46) 8000.241.92100NjsfiBSxxS发电机对短路点的计算电抗为：12FF、3f (2.47)250.270.067100jsx（2）由计算曲线数字表查出短路电流的标幺值。某 110kV 电力系统继电保护设计10（3）计算短路电流有名值。 （同上） 查表得短路电流的标幺值和有名值如表 2.2。表 2

20、.2 短路电流表短路点时间系统 S发电机12FF、短路点总电流/kA标么值1.13标么值2.11处短1f路4 S有名值/kA0.57有名值/kA11.612.17标么值0.63标么值2.45处短2f路4 S有名值/kA0.32有名值/kA13.4713.79标么值0.54标么值4.83处短3f路4 S有名值/kA0.27有名值/kA26.5326.80（三）线路处开环运行时，系统的等值网络如图 2.12 所示。1L图 2.12 系统的等值网络（1）转移电抗和计算电抗计算 当发生短路时，F 点对的转移电抗为：1f1f 1213163412131617.()()xxxxxxxx (2.47) 0.

21、099(0.200.12)0.099(0.200.12)0.26=0.54 所以，点发生短路时的等值网络如图 2.13 所示。1f某 110kV 电力系统继电保护设计11图 2.13 点发生短路时的等值网络1f系统 S 对短路点的计算电抗为：1f (2.48)8000.1351.08100NjsfiBSxxS发电机对短路点的计算电抗为：12FF、1f (2.49)25 20.540.27100NjsfiBSxxS当发生短路时，S 点对的转移电抗为：2f2f (2.50)35(0.1350.099) 0.20(0.1350.099)0.200.26x=0.614所以，点发生短路时的等值网络如图

22、2.14 所示。2f图 2.14 点发生短路时的等值网络2f系统 S 对短路点的计算电抗为：2f (2.51)8000.6145.526100NjsfiBSxxS发电机对短路点的计算电抗为：12FF、2f (2.52)25 20.120.06100jsx当发生短路时，S 点对的转移电抗为：3f3f (2.53)360.135 0.0990.234x点对的转移电抗为： (2.54)2F3f370.200.120.32x 系统 S 对短路点的计算电抗为：3f1.872jsx某 110kV 电力系统继电保护设计12发电机对短路点的计算电抗为：12FF、3f0.16jsx （2）由计算曲线数字表查出短

23、路电流的标幺值。 （3）计算短路电流有名值。 （同上） 查表得短路电流的标幺值和有名值如表 2.3。（四）线路处开环运行时，系统的等值网络如图 2.15 所示。3L图 2.15 系统的等值网络图（1）转移电抗和计算电抗计算当发生短路时，F 点对的转移电抗为：1f1f 36x360.330.120.330.120.200.260.45x(2.54) 所以，点发生短路时的等值网络如图 2.16 所示。1f图 2.16 点发生短路时的等值网络1f系统 S 对短路点的计算电抗为：1f (2.55)8000.1351.08100NjsfiBSxxS发电机对短路点的计算电抗为：12FF、1f (2.56)

24、2520.450.225100NjsfiBSxxS当发生短路时，等值网络如图 2. 17 所示。2f某 110kV 电力系统继电保护设计13图 2. 17 等值网络系统 S 对短路点的计算电抗为：2f (2.57)8000.3652.92100NjsfiBSxxS发电机对短路点的计算电抗为：12FF、2f (2.58)25 20.120.06100jsx当发生短路时，系统 S 对短路点的计算电抗为：3f3f (2.59)8001.2710.16100jsx发电机对短路点的计算电抗为：12FF、3f (2.60)2520.370.185100jsx （2）由计算曲线数字表查出短路电流的标幺值。

25、（3）计算短路电流有名值。 （同上） 查表得短路电流的标幺值和有名值如表 2.4。（五）线路处开环运行时，系统的等值网络如图 2.18 所示。4L图 2.18 系统的等值网络某 110kV 电力系统继电保护设计14（1）转移电抗和计算电抗计算 当发生短路时，等值网络如图 2.19 所示。1f图 2.19 等值网络系统 S 对短路点的计算电抗为：1f (2.61)8000.1351.08100NjsfiBSxxS发电机对短路点的计算电抗为：12FF、1f (2.62)25 20.450.225100NjsfiBSxxS当发生短路时，S 点对的转移电抗为：2f2f (2.63)41x0.1350.

26、330.1350.330.0990.26=0.787发生短路时，等值网络如图 2.20 所示。2f图 2.20 等值网络图系统 S 对短路点的计算电抗为：2f (2.64)8000.7876.296100NjsfiBSxxS发电机对短路点的计算电抗为：12FF、2f (2.65)25 20.120.06100jsx当发生短路时，等值网络如图 2.21 所示。3f某 110kV 电力系统继电保护设计15图 2.21 等值网络系统 S 对短路点的计算电抗为：3f (2.66)8000.2642.11100jsx发电机对短路点的计算电抗为：12FF、3f (2.67)2520.8790.439100

27、jsx（2）由计算曲线数字表查出短路电流的标幺值。（3）计算短路电流有名值。 （同上） 查表得短路电流的标幺值和有名值如表 2.5。表 2.5 短路电流表短路点时间系统 S发电机12FF、短路点总电流/kA标么值1.03标么值2.44处短1f路4 S有名值/kA0.52有名值/kA13.4213.94标么值0.29标么值2.47处短2f路4 S有名值/kA0.15有名值/kA13.5913.73标么值0.49标么值2.01处短3f路4 S有名值/kA0.25有名值/kA11.0611.312.3 确定运行方式由 2.2 节的计算过程，统计系统各短路点短路时的短路电流如表 2.6。表 3.6 各

28、短路点短路时的电流总结表运行方式 处短路时的短1f路电流/kA处短路时的短2f路电流/kA处短路时的3f短路电流/kA两台发电机同时运行14.2713.9014.13某 110kV 电力系统继电保护设计16一台变压器停运，另一台变压器单独工作12.16713.7926.80线路处开环运行1L31.9613.6313.96线路处开环运行3L13.9313.7613.78线路处开环运行4L13.9213.7311.31综上所述：系统 S 侧（处短路时）的最大运行方式为：线路处开环运1f1L行。最小运行方式为：当一台发电机停运，另一台单独工作时。发电机-变压器侧（处短路时）的最大运行方式为：两台变压

29、器同时运行时。最小运行方式为：2f线路处开环运行。变压器侧（处短路时）的最大运行方式为：当一台发电1L3f机停运，另一台单独工作时。最小运行方式为：线路处开环运行。4L3 短路计算3.1 各种运行方式下各线路电流计算 由图 2.17 可知，系统 S 对短路点的转移电抗为：=0.1251f1fx 系统折算到 110kV 的最小阻抗为： (3.1)22min11151150.12516.53100100sfZx由图 2.20 可知，系统 S 对短路点的转移电抗为：=0.1351f1fx 系统折算到 110kV 的最小阻抗为： (3.2)22max11151150.13517.85100100sfZ

30、x输电线路长为 100kM，（输电线路电阻率为1L11000.440LZ0.4/kM）短路电流为： (3.3)11min.max115331.454017.85NkLLsUIkAZZ (3.4)11max.min115331.174016.53NkLLsUIkAZZ某 110kV 电力系统继电保护设计17 同理，根据已知条件得： 输电线路短路电流为：2L2500.420LZ (3.5)22min.max115331.7520 17.85NkLLsUIkAZZ (3.6)22max.min115331.822016.53NkLLsUIkAZZ 输电线路短路电流为：3L330 0.412LZ (3

31、.7)33min.max115332.231217.85NkLLsUIkAZZ 输电线路短路电流为：4L460 0.424LZ (3.8)44min.max115331.592417.85NkLLsUIkAZZ (3.9)44max.min115331.642416.53NkLLsUIkAZZ3.2 各输电线路两相短路和三相短路电流计算 （一）各输电线路在最小运行方式下的两相和三相短路电流 系统电抗 =0.1350.135sx 发电机电抗 =0.13Fx各输电线路三相短路电流为：输电线路三相短路电流为： （3.10）1L(110)(110)(3)1111()31151151()0.135400

32、.134033.308()xxsLFLEEIxxxxkA同理可得，输电线路三相短路电流为： 2L(3)22.107()IkA 输电线路三相短路电流为：3L(3)31.406()IkA 输电线路三相短路电流为：4L(3)43.505()IkA各输电线路两相短路电流为：输电线路两相短路电流为：1L(2)(3)1132.865()2IIkA输电线路两相短路电流为：2L(2)(3)2231.825()2IIkA某 110kV 电力系统继电保护设计18输电线路两相短路电流为：2L(2)(3)3331.218()2IIkA输电线路两相短路电流为：2L(2)(3)4433.035()2IIkA（二）各输电线

33、路在最大运行方式下的三相短路电流 输电线路三相短路电流为：1L （3.11）(110)(3)1111151955( )0.1354033xsLEIAxx 同理可得，输电线路三相短路电流为：2L(3)2193()IA输电线路三相短路电流为：3L(3)3129()IA输电线路三相短路电流为：4L(3)4318()IA4 继电保护的配置4.1 继电保护的基本知识电能是一种特殊的商品,为了远距离传送,需要提高电压,实施高压输电,为了分配和使用,需要降低电压,实施低压配电,供电和用电。发电-输电-配电-用电构成了一个有机系统。通常把由各种类型的发电厂,输电设施以及用电设备组成的电能生产与消费系统称为电力

34、系统。电力系统在运行中,各种电气设备可能出现故障和不正常运行状态。不正常运行状态是指电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏,但是没有发生故障的运行状态,如:过负荷,过电压,频率降低,系统振荡等。故障主要包括各种类型的短路和断线,如:三相短路,两相短路,两相接地短路,单相接地短路,单相断线和两相断线等。其中最常见且最危险的是各种类型的短路,电力系统的短路故障会产生如下后果:(1)故障点的电弧使故障设备损坏；(2)比正常工作电流大许多的短路电流产生热效应和电动力效应,使故障回路中的设备遭到破坏；(3)部分电力系统的电压大幅度下降,使用户的正常工作遭到破坏,影响企业的经济效益和人们的正常生活；某 11

35、0kV 电力系统继电保护设计19(4)破坏电力系统运行的稳定性,引起系统振荡,甚至使电力系统瓦解,造成大面积停电的恶性循环；故障或不正常运行状态若不及时正确处理,都可能引发事故。为了及时正确处理故障和不正常运行状态,避免事故发生,就产生了继电保护,它是一种重要的反事故措施。继电保护包括继电保护技术和继电保护装置,且继电保护装置是完成继电保护功能的核心,它是能反应电力系统中电气元件发生故障和不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。继电保护的任务是:(1)当电力系统中某电气元件发生故障时,能自动,迅速,有选择地将故障元件从电力系统中切除,避免故障元件继续遭到破坏,使非故障元件迅

36、速恢复正常运行。(2)当电力系统中某电气元件出现不正常运行状态时,能及时反应并根据运行维护的条件发出信号或跳闸。继电保护装置的基本原理:我们知道在电力系统发生短路故障时,许多参量比正常时候都了变化，当然有的变化可能明显，有的不够明显，而变化明显的参量就适合用来作为保护的判据，构成保护。比如：根据短路电流较正常电流升高的特点，可构成过电流保护；利用短路时母线电压降低的特点可构成低电压保护；利用短路时线路始端测量阻抗降低可构成距离保护；利用电压与电流之间相位差的改变可构成方向保护。除此之外，根据线路内部短路时，两侧电流相位差变化可以构成差动原理的保护。当然还可以根据非电气量的变化来构成某些保护，如

37、反应变压器油在故障时分解产生的气体而构成的气体保护。原则上说：只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征（差别） ，即可形成某种判据，从而构成某种原理的保护，且差别越明显，保护性能越好。继电保护装置的组成： 被测物理量测量逻辑执行跳闸或信号 整定值测量元件：其作用是测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流，电压，某 110kV 电力系统继电保护设计20阻抗，功率方向等） ，并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出逻辑信号，从而判断保护是否该起动。逻辑元件：其作用是根据测量部分输出量的大小，性质，输出的逻辑状态，出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定逻辑关系工作，最后确定是否

38、应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。执行元件：其作用是根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如：故障时跳闸，不正常运行时发信号，正常运行时不动作等。对继电保护的基本要求：选择性：是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量减小停电范围。速动性：是指保护快速切除故障的性能，故障切除的时间包括继电保护动作时间和断路器的跳闸时间。灵敏性：是指在规定的保护范围内，保护对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。可靠性：是指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，而

39、在不该动作时，它能可靠不动。即不发生拒绝动作也不发生错误动作。42 变压器的保护配置4.2.1 变压器配置（一）纵联差动保护本次设计所采用的变压器型号均分别为：SDL-31500/110、SFSL-31500/110、SFL-20000/110、SFL-20000/110。对于这种大型变压器而言，它都必需装设单独的变压器差动保护，这是因为变压器差动保护通常采用三侧电流差动，其中高电压侧电流引自高压熔断器处的电流互感器，中低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器，这样使差动保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域，从而可以更好地反映这些区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变压

40、器绕组匝间短路故障。所以我们用纵联差动保护作为两台变压器的主保护，其接线原理图如图 4.1 所示。正常情况下,=即：2I2I（变压器变比） 11122111nIIInTnnnI （4.1） 某 110kV 电力系统继电保护设计21所以这时Ir=0，实际上，由于电流继电器接线方式，变压器励磁电流，变比误差等影响导致不平衡电流的产生，故 Ir不等于 0 ，针对不平衡电流产生的原因不同可以采取相应的措施来减小。尽管纵联差动保护有很多其它保护不具备的优点，但当大型变压器内部产生严重漏油或匝数很少的匝间短路故障以及绕组断线故障时，纵联差动保护不能动作，这时我们还需对变压器装设另外一个主保护瓦斯保护。图

41、4.1 纵联差动保护原理示意图（二）瓦斯保护瓦斯保护主要用来保护变压器的内部故障，它由于一方面简单，灵敏，经济；另一方面动作速度慢，且仅能反映变压器油箱内部故障，就注定了它只有与差动保护配合使用才能做到优势互补，效果更佳。(1)瓦斯保护的工作原理：当变压器内部发生轻微故障时，有轻瓦斯产生，瓦斯继电器 KG 的上触点闭合，作用于预告信号；当发生严重故障时，重瓦斯冲出，瓦斯继电器的下触点闭合，经中间继电器 KC 作用于信号继电器 KS，发出警报信号，同时断路器跳闸。瓦斯继电器的下触点闭合，也可利用切换片 XB 切换位置，只给出报警信号。(2)瓦斯保护的整定： 瓦斯保护有重瓦斯和轻瓦斯之分，它们装设

42、于油箱与油枕之间的连接导管上。其中轻瓦斯按气体容积进行整定，整定范围为：250300cm3,一般整定在250cm3 。重瓦斯按油流速度进行整定，整定范围为：0.61.5m/s,一般整定在1m/s 。瓦斯保护原理如图 4.2 所示。某 110kV 电力系统继电保护设计22图 4.2 瓦斯保护原理示意图（三）复合电压启动的过流保护由于这种保护可以获得比一般过流保护更高的灵敏性，所以实践中它常用来作厂变内部及低分支外部相间短路故障的后备保护，这里我也用来作为变压器的后备保护，它是由负序过电压元件、低电压元件、过流元件及时间元件构成，其中负序过电压元件与低电压元件构成复合电压启动元件，其保护原理接线图

43、如图 5.3 所示。复合电压过流保护的输入电流取高压侧电流,为保证选择性,复合电压启动元件需要配置两套,输入电压分别取自厂变低压侧两个支上的电压。 保护采用两段延时出口。 以 A 分支为例: 若发生相间不对称短路故障,”U2”元件启动,常闭触点断开,使”U”元件短时启动, ”U”元件返回后,因”U”元件返回电压较高,只要相间残压不高于返回电压, ”U”已经动作,先按 I 段延时”U1.5 145.122.01.520zetsenZkZ（4.45）,满足要求。（二）零序保护的整定要对零序保护进行整定计算必须先求出发生接地短路故障时,故障点的最大零序电流,而只有发生接地故障时,才会出现零序电流,所

44、以只考虑单相短路和两相接地短路。当点发生短路时，空载不包括在各序网络中。变压器中性点2f2L1234B B B B接地应包括在零序网络中。正序网络化简过程如下： 221181720(0.1250.052)(0.260.031)()/()=0.610.1250.0520.260.031xxxxx（4.46） （4.47）23365240.520.40(/)/()(0.67)/(0.52+0.33)=0.430.520.40 xxxxxx将支路 19、22 和 23 并联得等值电势和输入电抗： （4.48）11022192223()0.83 (0.100.61)0.520.100.610.43eq

45、E xxExxx （4.49）231922(1)192223()0.43 (0.100.61)0.140.100.610.43ffxxxXxxx正序网络如图 4.8 所示。某 110kV 电力系统继电保护设计36 图 4.8 正序网络负序网络化简过程如下： （4.50）24365240.54 0.4(/)/()(+0.67)/(0.45+0.33)=0.40.540.4xxxxxx 负序网络输入电抗： 192223(2)192223()(0.100.61) 0.40.250.100.610.4ffxxxXxxx（4.51）负序网络如图 4.9 所示。 某 110kV 电力系统继电保护设计37

46、图 4.9 负序网络零序网络化简过程如下： 251719200.160.30.0930.58xxxx（4.52） 265640.67 0.4()/0.330.580.670.4xxxx（4.53）零序网络输入电抗： 2526(0)25260.553 0.580.280.5530.58ffx xXxx（4.54）零序网络如图 4.10 所示。某 110kV 电力系统继电保护设计38图 4.10 零序网络 所以，各序的输入阻抗分别为：=1.4 =0.25 =0.28(1)ffX(2)ffX(0)ffX单相短路时，因为，电源电势用次暂态电势：取(1)(0)(2)0.53ffffxXX，所以 0 秒时

47、的短路正序电流为：(0)1.0fVEj 2(0)(1)*(1)2(1)1.00.518()1.40.53fffVIj xx（4.55）处发生短路时，短路点的零序电流为：2f 222(2)(0)*(1)*22(2)(0)0.250.5180.2441.250.28fffffxIIxx（4.56）两相短路时，因为，电源电势用次暂(1,1)(0)(2)0.280.25/0.130.280.25ffffxXX态电势：取，(0)1.0fVEj所以 0 秒时的短路正序电流为： 2(0)(1)*(1,1)2(1)1.00.65()1.40.13fffVIj xx（4.57）处发生短路时，短路点的零序电流为：

48、2f 222(2)(0)*(1)*22(2)(0)0.250.650.311.250.28fffffxIIxx（4.58）综上所示，当发生短路时的短路点最大零序电流为：2f(0)max20.31()fIkA故 110kV 发生短路时各线路的零序电流保护整定如下： 零序段： (0)max231.2 3 0.311.12()oprelfIkIkA 某 110kV 电力系统继电保护设计39（4.59） 零序段： 线路 1L1.maxmax.1 1 0.1 1170117()o unbnpstkLIk kfIkA （4.60） .max1.15 117134.6()oprelo unbIkIkA（4.

49、61）线路 2L2.maxmax.1 1 0.1 1820182()o unbnpstkLIk kfIkA （4.62） .max1.15 182209.3()oprelo unbIk IkA（4.63）线路 3L3.maxmax.max1 1 0.1 2330233()1.15233267.9()o unbnpstkLoprelo unbIk kfIkAIkIkA （4.64） .max1.15233267.9()oprelo unbIkIkA线路 4L4.maxmax.1 1 0.1 1640164()o unbnpstkLIk kfIkA （4.65） .max1.15 164188.6

50、()oprelo unbIk IkA（4.66）其中，是可靠系数，这里取 1.15；relk 是非周期分量影响系数，采用自动重合闸时加速为 1.52.0，其它为npk1； 是电流互感器的同型系数，相同为 0.5，不同为 1；stk 是电流互感器误差，取 0.1；f是各输电线路的最大短路电流，、和值如max.kLI1max.kLI2max.kLI3max.kLI4max.kLI3.1 节中所示。继电器选用 MLP-71 系列多功能微机线路成套保护及自动装置。4.5 发电机保护配置4.5.1 保护配置的原理1.保护范围及特点电流速断保护仅能对发电机输出线路进行保护，而当绕组内部(中性点到输出端断路

51、器)有短路现象时，却存有死区。纵差保护是用于发电机内部绕组的短路保护，适用于与外电路并网且中性点侧有引出线的机组，该保护具有快速性，可靠性。某 110kV 电力系统继电保护设计402.保护的构成及基本原理如图 4.1l 所示.1 号互感器 ILH 装在输出断路器DL 附近，4 号互感器 4LH 装在发电机中性点引出线上，1LH 和 4LH 型号变比相同，电流互感器的极性同名端用“.”号表示，CJ 为差动电流继电器，而互感器之间的范围即为保护动作区。我们令 1LH 和 4LH 一次侧电流分别为 I1 和I2，二次侧电流分别为 i1 和 i2。显然当发电机正常运行时，有 I1=I2，因为两互感器变

52、比相同，故有 i1=i2, i2 由结点 a 流进 Cj，由结点 b 流出。而 I1 经结点 b 流进 CJ，由结点 a 流出。根据克霍夫第一定律，流入和流出结点的电流应相等。即实际上继电器 CJ 中的电流及 Ic=I1=I2=0，所以 CJ 不动作. a图 4.1l 纵差保护原理接线图当保护区外部短路时(如 Dl 点)电源互感器 ILH 和 4LH 的一次电流是发电机向故障点供给的短路电流，仍然有 i1= i2(不过此时 I1 和 I2 值很大)，i1=i2,CJ 中电流 ic=O，CJ 也不动作。仅当保护区内部短路时(如发电机引出线上 D2 点)互感器 4LH 一次侧电流为发电机供电，而

53、ILH 的一次侧电流则由外电网供电，此时由于 il 的方向变化，导致 il 的方向变化，故继电器 CJ 中的电流 iC=i1+12，即 CJ 中流过与故障点总短路电流成比例的电流。当此电流大于 CJ 的起动电流时，CJ 就动作，从而使发动机解列。由上述分析知，按差动原理构成的保护装置可瞬时动作切除故障。3.BCH2 型继电器的单相差动保护原理继电器是较早设备中常用的单相保护继电器。在实际电路中，考虑的问题远比上述原理复杂。因为在外部短路时及正常工作时，由于 1LH 和 4LH 到保护屏的距离不一样，互感器的特性也不完全一致(另外还有电流相位差)等因素，某 110kV 电力系统继电保护设计41差

54、动回路中电流继电器有不平衡电流存在，特别是在外部短路初瞬时.这种不平衡电流数值较大，可能造成 CJ 误动作。BCH2 型继电器采用的是具有速饱和特性的中间变流器，其原理因与差动保护本身关系不大，限于篇幅，不再赘述。在图4.12 中 Wl 为差动线圈，W2 为平衡线圈，在正常工作及外部短路时，W2 产生的磁通能抵消 WI 所产生的不平衡电流，从而在 W2 中不产生感应电流，CJ 不动作。图 4.12 BCH2 型继电器动作保护原理图4.5.2 保护配置的整定（一）原始数据计算 折合至 110kV 平均电压的发电机次暂态电抗值为：，发电机额定电流为：1000.130.5225BdxdeSxxS25

55、1.4()33 10.5eeeSIkAU（二）差动保护整定 （1）按躲开外部故障最大不平衡电流整定，即： （4.67）3.max100 101.3 1 0.5 0.1809( )3 10.5 0.442dzrelfzqtxidIk kk f IA （2）按躲开电流互感器二次回路断线时整定，即： 1.3 14001820( )dzreleIk IA（4.68）取=1820A，折合至二次侧为：，BCH-2 工作dzI.1821820/(4000/5)2.3( )dz jIA某 110kV 电力系统继电保护设计42线圈匝数为：，取 26 匝。.606026.1()2.3gdz jWI匝 （三）发电机

56、定子绕组接地保护 （1）发电机额定电流为：，LXHM-1 型零序电流互感器额定1400( )eIA电流为 1750A，当继电器线圈并联时保护一次动作电流为 2.4A。 （2）保护动作电流计算 .2.214001.4 0.060.117500.0115( )1099bp bcbp zcbpdz cljjkEEIAzzz（4.69） 一次最大不平衡电流为： .1.22.29(1)0.0115 39(1)0.85( )10jbpbpdz clzIIwAz（4.70）保护动作电流为：， （4.71）该11(3)(20.691.50.85)3.12( )0.85dzrelcfrelbpfIkIkIAk电

57、流小于 5A，故可采用。 继电器动作电流计算为： .2.23.120.042( )939(1)(1)10dzdz jjdz clIzAzwz（4.72）继电器选用 DD-11/60 系列多功能微机成套保护及自动装置。某 110kV 电力系统继电保护设计435 微机成套自动保护装置5.1 发电机-变压器组成套自动保护装置1.自动保护装置WFBZ01 型保护是由东南大学和南京电力自动化设备总厂联合研制的第四代发变组保护装置。该装置于 1983 年受(现)电力部委托开始研制，研制分成三个阶段历时 11 年于 1994 年全部完成。三个阶段的研究成果分别于 1987 年、1989 年和 1994 年通

58、过了部级鉴定。鉴定证书对 WFBZ01 型保护的评价如下:WFBZ 一 01 型微机发电机变压器组保护装置是国内第一套完整的用于 600MW 及以下机组的微机型保护装置，填补了微机发电机变压器组成套保护的空白，其保护配置和主要技术性能指标达到 90 年代国际先进水平。其中发电机差动保护、定子匝间保护、定子接地保护等技术性能指标处于国际领先水平。WFBZ 一 01 研制指导思想:由于保护采用计算机来实现，因此在研制时，除完成保护的功能外，保护的智能特点应充分体现。a.以 600MW 大型发变组为研究对象构成其所需要的保护。b.装置同样满足 600MW 以下的发变组或单独的发电机、变压器、厂变、高

59、备变、励磁变等的保护要求。因为装置充分考虑国情，采用硬软件模块化设计。c.优秀的保护原理和算法，使许多传统保护难以解决的问题得到了较好的解决。某 110kV 电力系统继电保护设计44d.多 CPU 硬件系统结构，满足继电保护主保护双重化及主后备保护的要求。e.保护配置全面。保护种类达 40 余种.保护模块按不同要求分达 100 余种。f.傻瓜型设计思想，友好的人机界面。WF-BZ01 装置的设计方向是:将继电保护工作人员从繁琐而又责任重大的工作中解放出来.轻松而又方便地调试和维护保护。使保护的运行和管理向自动化、一体化迈进。 “简简单单工作，轻轻松松调试”是它的口号。g.免维护设计思想。WFB

60、Z01 装置硬软件设计的最终目标是:装置没有告警时，不必检修。到了装置使用年限建议更换新的装置。WFBZ01 型微机保护装置于 1992 年在现场投跳运行，至今是国内唯一的现场正式投运的微机发变组保护产品。用户对装置的性能、调试维护手段给予了很高评价。WFBZ01 型装置是按 600MW 发变组所需的保护组建保护软件模块的。主要配置有:发电机差动保护、横差和专用定子匝间保护、100%定子接地保护、失磁失步保护、逆功率保护、低频保护、过电压过激磁保护、定(反)时限定子对称过流保护、定(反)时限定子负序过流保护、转子一点两点接地保护、定(反)时限转子过负荷保护、轴电流保护、误上电或意外合闸保护、变

61、压器差动保护、变压器零序电流保护、过流低压过流复合电压过流(可带方向和记忆)保护、阻抗保护、断路器失灵和非全相保护、各种非电量保护等。2.组屏方式WFBZ01 装置的硬件采用的是标准模块化设计，最终的产品是柜式结构。如图 6.1 所示，每个柜中有 24 个独立的 CPU 系统组成。对于不同的容量及类型的机组，可配置不同个数的保护柜。在组屏时一般应考虑以下几个因素:a.满足机组保护配置要求。b.满足继电保护可靠性要求。c.满足继电保护反措要求。d.满足一次系统接线要求。e.满足现场安装要求及环境要求。f.满足 WFBZ01 模块化硬件设计要求。因此，WFBZ01 装置对于不同的工程和用户，它的表

62、现型式完全相同，所某 110kV 电力系统继电保护设计45不同的仅是保护柜的数量。一般机组保护可由 24 个柜组成，以满足不同容量机组、一次接线方式以及新旧工程的需要。5.2 变压器成套自动保护装置WBZ 一 500 型微机变压器保护装置是特为电力系统 500kV 大型变压器研制的成套微机保护装置，适用于 500kV 及以下电压等级的各类型变压器。该装置软、硬件遵循模块化设计、开放式结构的策略。装置的保护功能:主保护为 3 段(或 2 段)折线式比率制动差动保护，具备 2 次谐波制动和 CT断线闭锁功能，可以用 5 次谐波或 V/F 实现过励磁闭锁差动，提供用低电压解决 2 次谐波制动造成延时

63、动作的加速判据。差动保护带差速断，满足 4 侧甚至5 侧制动。3/2 断路器主接线，主变停运时自动投入小区差动(短引线)保护。自祸变可以增设零差保护。后备保护包括多折线拟合式反时限过励磁、相间阻抗、复合电压闭锁过流(可带方向)、分支过流、零序过流(可带方向)、间隙零序电流电压、接地阻抗、非全相运行及失灵保护，还设有告警性的过负荷、变压器侧一点接地、PT 断线、低值过励磁、启动通风保护等。主、后备保护均带有 16 路开关量输入回路，能够实现主变及调压变的轻瓦斯、重瓦斯、压力释放、冷却器故障、油位、油温、冷却器电源消失等开关量保护，以及用来反映一些保护投退状态或打印、复归操作等。5.3 母线成套自

64、动保护装置发电厂、变电所母线是电力系统中最重要的组成部分。母线故障是电气设备最严重的故障之一，它将使连接于故障母线上所有元件被迫停电。特别是超高压系统中枢纽电厂或变电站的母线，如果发生故障将破坏整个系统的稳定运行，;查成大面积停电，使事故进一步扩大，后果更为严重。用母线保护装置来迅速正确地切除故障母线，消除或缩小故障造成的后果是十分必要的。由于母线主接线各种各样，造成母线味扩冲类十分复杂。但对母线各种主接线方式，电网运行方式、故障类型及故障点过渡电阻等的适应性来看.电流差动保护方案性能最佳。根据差动继电器负载阻值可分为低阻抗型(Zn 以下)、中阻抗型(几百左右)、高阻抗型(2500以上).其中

65、以中阻抗为基础的比率制动某 110kV 电力系统继电保护设计46特性的母差保护可以很好的保证区内故障安全性、区外故障可靠性。随着系统容量的增加，系统规模扩大，对母线保护提出了更高的要求，我们认为现代母线保护研究集中在以下几方面:(l)提高保护的运行速度及动作灵敏度;(2)区外故障 CT 完全饱和保护可靠不动作;(3)增强母线保护适应母线运行方式变化的能力;(4)保护装置尽可能简化、接线简单、调试、维护方便。WMH 一 1 型微机母线保护高可靠角度设计系统其特点为:(l)采用分相差动方案。A、B、C 各相采用独立的计算机系统，构成独立的差动保护。实现电流差动保护，CT 饱和和检测等功能。保证母线

66、上任一点出现故障时，至少有一相电流的灵敏度最高。以提高保护抗拒动能力。(2)引入主机系统，实现母线运行方式识别.I/O 设备管理，电压闭锁、失灵保护等功能。通过主机 I/0 管理和电流计算实现微机保护的自适应性，即自动跟踪母线的运行方式。(3)选用性能可靠的 STD 总线的工业控制机系统，具有丰富的硬件、软件资料、系统扩展十分容易。(4)本系统属多 CPU 系统，各系统通讯我们选用了 bitbus 网络系统，采用主从式通讯方式，它是由 intel 公司 1984 年推出的一种可用于分布式系统中的高性能的实时现场通信网络。通过此网络的 8044REM 一 bitbus 增强型微控制器，减轻了主机通讯处理负担，且保证通讯正确。(5)由于动作速度要求很高，需要快速完成故障检测，因此我们选用了智能式 A/D 系统，减轻了 CPU 对数据采集系统的时间开销。(6)逻辑框图由于微机是对模拟量的离散化处理，由此降低了保护的抗干扰能力，为了提高系统的抗干扰能力.在结构上，我们采用了电压、电流联合闭锁出口条件，由此保证系统工作的安全可靠，其出口逻辑如图 6.2 所示:本装置由于采用了主一从式系统通过网络