35KV輸電線路保護

1、緒論電力系統(tǒng)在運行中，可能發(fā)生各種故障和異常運行狀態(tài)。故障和異常運行狀態(tài)都可能在電力系統(tǒng)中引起事故。較其他電氣元件，輸電線路是電力系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障的一環(huán)。故障一旦發(fā)生，必須迅速而有選擇性的切除故障區(qū)段，使非故障區(qū)段正常供電，這是保證電力系統(tǒng)安全運行的最有效方法之一。實現(xiàn)這些功能的就要靠繼電保護裝置。隨著微機技術的發(fā)展及現(xiàn)代社會對供電可靠性的提高，微機保護裝置正日益普遍的用于電力系統(tǒng)中。1.無論傳統(tǒng)繼電保護還是現(xiàn)代微機保護，其基本任務都是：（1）當電力系統(tǒng)被保護元件發(fā)生故障時，保護裝置應能自動、迅速、有選擇性的將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其他無故障部分迅速恢復

2、正常運行。（2）當電力系統(tǒng)被保護元件出現(xiàn)異常運行狀態(tài)，能根據運行維護的條件，而動作于發(fā)出信號，減負荷或跳閘?？梢姡^電保護對保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和經濟運行，阻止故障的擴大和事故的發(fā)生，發(fā)揮著極其重要的作用。因此，合理配置繼電保護裝置，提高整定和校核工作的快速性和準確性，以滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的要求，理應得到我們的重視。2.對電力系統(tǒng)繼電保護的基本要求：動作于跳閘的繼電保護，在技術上一般應滿足四個基本要求，即選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。（1）選擇性 繼電保護動作的選擇性是指保護動作裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小，以保證系統(tǒng)中的無故障部分仍能繼續(xù)安全運行。（

3、2）速動性快速的切除故障可以提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，減少用戶在電壓降低的情況下工作的時間，以及縮小故障元件的損壞程度。因此，在故障發(fā)生時，應力求保護裝置能迅速動作切除故障。（3）靈敏性繼電保護的靈敏性，是指對于其保護范圍內發(fā)生故障或者不正常運行狀態(tài)的反應能力。滿足靈敏性要求的保護裝置應該是在事先規(guī)定的保護范圍內部故障時，不論短路點的位置、短路的類型如何，以及短路點是否有過渡電阻都能敏銳感覺，正確反應。（4）可靠性保護裝置的可靠性是指在該保護裝置規(guī)定的保護范圍內發(fā)生了它應該動作的故障時，它不應該拒絕動作，而在任何其他該保護不該動作的情況下，則不應該誤動作。第1章 繼電保護的作用和發(fā)展1.1

4、 繼電保護的作用1.1.1 繼電保護在電力系統(tǒng)中的作用 電力系統(tǒng)在生產過程中，有可能發(fā)生各類故障和各種不正常情況。其中故障一般可分為兩類：橫向不對稱故障和縱向不對稱故障。橫向不對稱故障包括兩相短路、單相接地短路、兩相接地短路三種，縱向對稱故障包括單相斷相和兩相斷相，又稱非全相運行。電網在發(fā)生故障后會造成很嚴重的后果： （1）電力系統(tǒng)電壓大幅度下降，廣大用戶負荷的正常工作遭到破壞。 （2）故障處有很大的短路電流，產生的電弧會燒壞電氣設備。 （3）破壞發(fā)電機的并列運行的穩(wěn)定性，引起電力系統(tǒng)震蕩甚至使整個系統(tǒng)失去穩(wěn)定而解列瓦解。 （4）電氣設備中流過強大的電流產生的發(fā)熱和電動力，使設備的壽命減少，甚

5、至遭到破壞。 不正常情況有過負荷、過電壓、電力系統(tǒng)振蕩等.電氣設備的過負荷會發(fā)生發(fā)熱現(xiàn)象，會使絕緣材料加速老化，影響壽命，容易引起短路故障。繼電保護被稱為是電力系統(tǒng)的衛(wèi)士，它的基本任務有：（1）當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動、迅速、有選擇地將故障設備從電力系統(tǒng)中切除，保證系統(tǒng)其余部分迅速恢復正常運行，防止故障進一步擴大。 （2）當發(fā)生不正常工作情況時，能自動、及時地選擇信號上傳給運行人員進行處理，或者切除那些繼續(xù)運行會引起故障的電氣設備。可見繼電保護是任何電力系統(tǒng)必不可少的組成部分，對保證系統(tǒng)安全運行、保證電能質量、防止故障的擴大和事故的發(fā)生，都有極其重要的作用。1.1.2 繼電保護的基本原理和基

6、本要求 電力系統(tǒng)從正常情況運行到故障或不正常運行時，它的電氣量（電流、電壓的大小和它們之間的相位角等）會發(fā)生非常顯著的變化，繼電保護就是利用電氣的突變來鑒別系統(tǒng)有無發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，根據電氣量的變化測量值與系統(tǒng)正常時的電氣參數的對比來檢測故障類型和故障范圍，以便有選擇的切除故障。 一般繼電保護裝置由測量元件、邏輯元件和執(zhí)行元件組成。測量元件將保護對象（輸電線路、主變、母線等電氣設備）的電氣量通過測量元件（電流互感器和電壓互感器）轉換為繼電保護的輸入信息，通過與整定值（繼電保護裝置預先設置好的參數）進行比較，鑒別被保護設備有無故障或是否在正常狀態(tài)運行，并輸出相應的保護信息。邏輯元件根據測

7、量元件的信息，判斷保護裝置的動作行為，如動作于跳閘或信號，是否需要延時跳閘或延時發(fā)信。執(zhí)行元件則根據邏輯元件輸出的信息，送出跳閘信息或報警信息至斷路器的控制回路或報警信號回路。 繼電保護根據電力系統(tǒng)的要求，對于直接作用于斷路器跳閘的保護裝置，有以下幾個基本要求。1.選擇性電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，繼電保護的動作應具有選擇性，它僅切除故障部分，不影響非故障部分的繼續(xù)運行，保證最大范圍的供電，盡量縮小停電范圍。2.快速性 電力系統(tǒng)由于其實時性的特點，當發(fā)生故障時要求繼電保護裝置盡快動作，切除故障，這樣可以（1）系統(tǒng)電壓恢復快，減少對廣大用戶的影響 （2）電氣設備的損壞程度降低 （3）防止故障進一步擴大

8、（4）有利于閃絡處絕緣強度的恢復，提高了自動重合閘的成功率 一般主保護的動作時間在12s以內，后備保護根據其特點，動作時間相應增加。3.靈敏性 繼電保護裝置反映故障的能力稱為靈敏性，靈敏度高，說明繼電保護裝置反映故障的能力強，可以加速保護的起動。 4.可靠性根據繼電保護的任務和保護范圍，如果某一保護裝置應該動作而未動作則稱為拒動；如果電力系統(tǒng)在正常運行狀態(tài)或故障不在保護范圍內，保護裝置不應動作而動作了則稱為誤動。繼電保護的拒動和誤動將影響裝置的可靠性，可靠性不高，將嚴重破壞電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。裝置的原理、接線方式、構成條件等方面都直接決定了保護裝置的可靠性，因此現(xiàn)在的保護裝置在選用時盡量采

9、用原理簡單、運行經驗豐富、裝置可靠性高的保護。除了以上四個基本的要求外，在實際的選用中，還必須考慮到經濟性，在能實現(xiàn)電力系統(tǒng)安全運行的前提下，盡量采用投資少、維護費用低的保護裝置。1.2 繼電保護的發(fā)展電力系統(tǒng)繼電保護技術是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展的。首先是與電力系統(tǒng)對運行可靠性要求的不斷提高密切相關的。熔斷器就是最初出現(xiàn)的簡單過電流保護。這種保護時至今日仍廣泛應用于低壓線路和用電設備。由于電力系統(tǒng)的發(fā)展，用電設備的功率發(fā)電機的容量不斷增大，發(fā)電廠變電所和供電電網的結線不斷復雜化，單純采用熔斷器保護難以實現(xiàn)選擇性和快速性要求，于是出現(xiàn)了作用于專門的斷流裝置的過電流繼電器，利用繼電器和斷路器的配

10、合來切除故障設備。19世紀90年代出現(xiàn)了裝于斷路器上并直接作用于斷路器的一次式電磁式過電流繼電器。20世紀初繼電器開始廣泛應用于電力系統(tǒng)的保護。這個時期可認定是繼電保護技術發(fā)展的開端。 20世紀50年代以前繼電保護裝置都是由電磁型，感應性或電動型繼電器組成的，統(tǒng)稱為機電式繼電器。20世紀50年代，由于半導體晶體管的發(fā)展，開始出現(xiàn)了晶體管式繼電保護裝置。20世紀80年代后期，標志著靜態(tài)繼電保護從第一代向第二代的過渡。再20世紀60年代末，就提出用小型計算機實現(xiàn)繼電保護的設想。70年代后半期，出現(xiàn)了比較完善的微型計算機保護樣機，并投入到電力系統(tǒng)中試運行。80年代微型計算機保護在硬件結構和軟件技術方

11、面已趨向成熟，并在一些國家推廣應用，這就是第三代靜態(tài)繼電保護裝置。微型計算機保護具有巨大的計算分析和邏輯判斷能力，有很強的存儲記憶功能，可實現(xiàn)和完善各種復雜的保護功能。進入20世紀90年代以來，在我國已得到廣泛的應用，受到電力系統(tǒng)運行人員的歡迎，已成為繼電保護裝置的主要型式。在電力系統(tǒng)中，配電系統(tǒng)同電力用戶的關系最密切，最直接、配電系統(tǒng)的安全可靠供電直接關系各行各業(yè)的生產、千家萬戶的生活、甚至于人們的生命安全。因此在配電系統(tǒng)中對繼電保護有很高的要求。傳統(tǒng)上采用獨立的裝置，有專門人負責，希望繼電保護裝置能快速有效地檢出，切除、隔離故障，并能快速恢復供電。配電系統(tǒng)中的繼電保護裝置與整個電力系統(tǒng)的繼

12、電保護一樣，歷經了電磁型、晶體管型、集成電路型、微機型的發(fā)展過程。至今，不同形式的保護還在配電系統(tǒng)中廣泛存在并發(fā)揮作用。對于微機型繼電保護裝置由于其性能的優(yōu)越運行可靠，越來越得到用戶的認可而在配電系統(tǒng)中大量使用。同時，由于用戶不斷提高的要求和制造廠家的努力，繼電保護技術在配網中得到很大的發(fā) 展，并且超越原有的行業(yè)范圍，走向多功能智能化，而傳統(tǒng)意義上的獨立的繼電保護裝置正在消失。 第2章 變電站電氣部分總體分析2.1 架空導線及電纜線的選擇由原始資料可知，該變電所35KV饋線兩回，輸電線路距離分別為7.1km、11km，由于電壓等級高，輸送距離遠，從經濟性考慮，初步選用鋼芯鋁絞線。又知該兩回35

13、KV線路，最大負荷6000KW，最小負荷5200KW;平均功率因數為0.8，因此可求出此線路在最大負荷且單回運行時的負荷電流：Imax=6000/(0.8*1.732*35)=123.7A可用經濟電流密度選擇鋼芯鋁絞線的截面：表2-1經濟電流密度J值（A/mm）導線材質年最大負荷利用小時數（h）3000以下3000-50005000以上銅3.002.251.75鋁1.651.150.90因35KV線路所接負荷為附近大型企業(yè)，可選最大負荷利用小時數在3000-5000h之間。因此，由表中J值可得：S=Imax/J=123.7/1.15=107.6mm對應標稱截面，所以選擇120mm鋼芯鋁絞線。按

14、發(fā)熱條件校驗導線截面：規(guī)程規(guī)定，鋼芯鋁絞線在正常情況下運行的最高溫度不得超過70，事故情況下不得超過90.在環(huán)境溫度為25，長期運行最高溫度為70時，LGJ-120的允許載流量為380A,在發(fā)生事故時載流量可提高20%，即發(fā)生故障時允許載流量為456A。遠大于最大負荷電流123.7A?？紤]到變電所全年最高氣溫39.3，非25標準溫度，按39.3最惡劣條件校驗，需在原載流量的基礎上乘以校正系數K=0.81,所以39.3時的允許載流量分別為307.8A和369.4A。仍遠大于最大負荷電流，即選用LGJ-120合適。同理，10KV四回架空出線可選用LGJ-95。10KV電纜出線的最大負荷電流為Ima

15、x=1600/（1.732*10）=92.4A，查表可知95mm交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的長期允許載流量為230A,即可選用YJL-395-10電力電纜。2.2 變壓器主、后備保護的選擇 該變電所兩臺變壓器均選用SZ7-6300KVA，為油浸式三相有載調壓變壓器，根據繼電保護與安全自動裝置的運行條例，800KVA及以上的油浸式變壓器和400KVA以上的車間內油浸式變壓器均應裝設瓦斯保護。6300KVA及以上并列運行的變壓器，10000KVA及以上單獨運行的變壓器，發(fā)電廠廠用變壓器和工業(yè)企業(yè)中6300KVA及以上重要變壓器，應裝設縱聯(lián)差動保護。10000KVA及以下的電力變壓器，應裝設電流速斷保護，其

16、過電流保護的動作時限應大于0.5s。瓦斯保護的主要優(yōu)點是靈敏度高，動作迅速，簡單經濟。當變壓器內部發(fā)生嚴重漏油或匝數很少的匝間短路時，往往縱聯(lián)差動保護與其他保護不能反映，而瓦斯保護卻能反映。但瓦斯保護只能反映變壓器油箱內的故障，不能反映油箱外套管與斷路器間引出線的故障，因此必須用瓦斯保護必須和縱聯(lián)差動保護配合共同作為該變壓器的主保護。考慮到主保護有拒動的可能，因此應設后備保護。后備保護選用過電流保護，其保護的動作電流按躲過變壓器可能出現(xiàn)的最大負荷電流來整定，保護的動作時間與下級保護動作時間配合。第3章 短路計算3.1 元件參數計算 為了簡便計算,計算方法采用標幺值法。1.實測的參數主要包括：發(fā)

17、電機，變壓器，架空線路,電纜線路等。在計算高壓電路中的短路電流時,只需考慮發(fā)電機、變壓器、電抗器的電抗、而忽略其電阻;對于架空線和電纜,只有當其電阻大于電抗1/3時才需計入電阻,一般也只計電抗而忽略電阻。2.可選取系統(tǒng)基準參數基準頻率：50HZ 基準容量：100MVA 基準電壓：37KV 則： Ij=Sj/(1.732*37)=1.56KAXj= Up/ Sj=13.6935KV變電站系統(tǒng)圖 圖3-1 35KV變電所系統(tǒng)圖3.1.1 發(fā)電機參數計算原始資料中系統(tǒng)1和系統(tǒng)2兩臺發(fā)電機均為無窮大的容量。即：SC1=SC2=1#2#發(fā)電機的短路阻抗標幺值：X*f1=0 X*f2=0.243.1.2

18、變壓器參數計算原始資料中兩臺35KV變壓器參數：ST1=ST2=6300KVA=6.3MVA短路電壓百分比查電力變壓器參數表可知：Ud1%=7.5 Ud2%=7.5根據公式計算出1#2#35KV變壓器短路阻抗標幺值： （3-1）3.1.3 線路參數計算LGJ-120 11Km線路的阻抗為：XL=X1L1=0.411=4.4 ， LGJ-120 7.1Km線路的阻抗為：XL=X1L2=0.47.1=2.84。則： （3-2） （3-3）至此，可得出該35KV系統(tǒng)的等值阻抗圖： 圖3-2 35KV系統(tǒng)的路等值阻抗 3.2 最大/小運行方式下等值阻抗分析 最大運行方式為兩臺發(fā)電機組和兩臺35KV變壓

19、器全部投入運行，進行系統(tǒng)簡化，等效電路如下： 圖3-3 最大運行方式下等值阻抗此時阻抗值如下：X*L=X*L1/X*L2=0.12X*T=X*3/X*4=0.60X*6= X*L1/（X*L2+ X*f2）=0.19系統(tǒng)最小運行方式下，只有一臺變壓器投入運行，等效電路圖如下：圖3-4最小運行方式下等值阻抗此時線路阻抗值如下： 變壓器阻抗值如下： 3.3 短路電流計算 側：點短路電流計算 (1)三相短路電流計算取,則基準電流為：點短路總阻抗為：則三相短路次暫態(tài)電流有效值（等于穩(wěn)態(tài)短路電流）為： 短路全電流最大有效值為:三相短路沖擊電流為：三相短路容量為：(2)兩相短路電流計算10.5KV側：d2

20、點短路電流計算(1)三相短路電流計算取,則基準電流為： 點短路總阻抗為： 則三相短路次暫態(tài)電流有效值（等于穩(wěn)態(tài)短路電流）為：(2) 兩相短路電流計算：第4章 35KV線路主保護選擇與整定4.1 電流、電壓保護整定計算考慮原則 4.1.1 電流、電壓保護的構成原理及使用范圍電流、電壓保護裝置是反應相間短路基本特征（既反映電流突然增大，母線電壓突然降低），并接于全電流、全電壓的相間保護裝置。整套電流、電壓保護裝置一般由瞬時段、定時段組成，構成三段式保護階梯特性。三段式電流、電壓保護一般用于110kV及以下電壓等級的單電源出線上，對于雙電源輻射線可以加方向元件組成帶方向的各段保護。三段式保護的、段為

21、主保護，第段為后備保護段。段一般不帶時限，稱瞬時電流速斷，或瞬時電流閉鎖電壓速斷，其動作時間是保護裝置固有的動作時間。段帶較小延時，一般稱為延時電流速斷或延時電流閉鎖電壓速斷。段稱為定時限過電流保護，帶較長時限。對于610KV線路一般采用兩段式保護。兩段式保護的第一段為主保護段，第二段為后備保護段。電流、電壓保護簡單可靠，有一定反映弧光電阻的能力，因此，當保護性能滿足要求基本要求時，應優(yōu)先采用。4.1.2 對電流、電壓保護裝置的的基本要求及整定計算考慮原則一、保護區(qū)及靈敏度 保護裝置第段，要求無時限動作，保護區(qū)不小于線路全長的20%。第段電流定值在本線路末端故障時靈敏度滿足：（1） 對50km

22、以上的線路不小于13 （2） 對2050km的線路不小于14 （3） 對20km以下的線路不小于15第段電流定值在本線路末端故障時要求靈敏系數不小于1.5，在相鄰線路末端故障時，力爭靈敏系數不小于1.2。二、定值配合及動作時間保護定值的配合包括電流、電壓元件定值的配合及動作時間的配合。電流、電壓元件定值由可靠系數保證，動作時間定值由時間級差保證。保護裝置第段一般只保護本線的一部分，不與相鄰線配合。第段一般與相鄰線路第段配合，當靈敏度不足時，可與相鄰線路第段配合。第段與相鄰線路（或變壓器）第段（或后備段）配合，當靈敏度足夠時，為了降低段動作時間，也可與相鄰線路第段配合整定。三、計算用運行方式及短

23、路電流保護定值計算，靈敏度校驗及運行方式選擇，均采用實際可能的最大、最?。ㄗ畈焕┑姆绞郊耙话愎收项愋停豢紤]特殊方式及雙重的復雜故障類型，對于無時限動作或遠離電廠的保護，整定計算是不考慮短路電流衰減。四、系統(tǒng)振蕩及發(fā)電機自啟動 電流、電壓保護裝在雙電源線路上，一般用整定值躲開振蕩影響，而不設振蕩閉鎖裝置，以便簡化保護。對于振蕩中心附近的母線單電源出線，當系統(tǒng)振蕩可能拒動時，應設低電壓保護裝置，以保證線路故障可靠切除。對應電動機自啟動可能造成后備保護誤動時，應從定值上躲開或加低電壓閉鎖，以防止誤動。4.2 電流閉鎖電壓保護 一瞬時電流閉鎖電壓速斷保護如果電源容量小、線路短、運行方式變化大，或短

24、線路帶較大容量的變壓器（即變壓器電抗也?。?，經計算證明采用瞬時電流速斷保護或無選擇性電流速斷保護不能保證足夠的靈敏性時，可以采用瞬時電流閉鎖電壓速斷保護。這種保護可用于35KV線路。瞬時電流閉鎖電壓速斷保護裝置接線只需把時間繼電器換成中間繼電器即可。這種保護除用作單回線具有時限階段的保護裝置的瞬動段和作為向降壓變壓器供電的單回線的主保護外，也可與自動重合閘裝置配合，構成多段串聯(lián)的放射式線路的主保護。（一）保護裝置電流元件、電壓元件動作值的整定計算1按在某一主要運行方式下電流 電壓元件具有相同的保護范圍整定瞬時電流閉鎖電壓速斷保護作為本線路的第一段時，為了使該保護裝置在某一主要運行方式下，具有較

25、大的保護范圍，保護裝置電流元件和電壓元件的動作值可按在該運行方式下具有相同的保護范圍整定。作為電流元件的電流繼電器一次動作電流為： (4-1)式中: 額定線電壓； 主要運行方式下保護安裝處母線上的系統(tǒng)總電抗； 相應于電流元件及電壓元件 保護范圍的線路；被保護線路的電抗；可靠系數，可取。根據計算出的動作電流值后，還應該按躲過電壓回路發(fā)生斷線時，被保護線路的最大負荷電流進行校驗，因此一次動作電流應滿足關系式 (4-2)式中: 可靠系數，取；返回系數，?。痪€路的最大負荷電流。構成電流元件的電流繼電器動作電流計算式為： (4-3) (4-4)式中: 保護裝置的一次動作電流；流過被保護線路的最大負荷電流

26、；繼電器的動作電流。式中: 自啟動時所引起的過負荷系數； 可靠系數，型繼電器?。唤泳€系數，對兩相一繼電器的差接方式取，對兩相兩繼電器不完全星形接線取1；繼電器的返回系數，型繼電器?。浑娏骰ジ衅鞯淖儽?。在確定最大負荷電流時，必須選取實際可能出現(xiàn)的最嚴重的運行方式作為計算根據。當無數據時，根據啟動電流大小的不同情況可采用綜合系數來計算，此時不再考慮和。構成電壓元件的電繼壓電器一次動作電壓計算式為： （4-5）式中： 可靠系數，采用。構成電壓元件的電壓繼電器動作電壓計算式為： （4-6） （4-7）式中： 保護裝置的一次動作電壓；配電系統(tǒng)最低工作線電壓；繼電器的動作電壓；可靠系數，??；繼電器的返回系

27、數；電壓互感器的變比。為了在最小運行電壓下，當被保護線路以外發(fā)生短路時，如果電壓繼電器已動作，并能在短路被切除后被返回，從而在電動機自啟動時保證本保護不誤動作，構成電壓元件的電壓繼電器一次動作電壓還應該按下式校驗： (4-8)式中： 配電系統(tǒng)最低工作線電壓；可靠系數，取；繼電器的返回系數，型繼電器取。實際上用（為電網額定線電壓）即可滿足動作電壓的校驗的要求。2按保證電流元件具有足夠靈敏性或按電流元件、電壓元件具有相等靈敏系數整定瞬時電流閉鎖電壓速斷保護作為供給一臺變壓器，或與自動重合閘配合供兩臺變壓器的單側電源終端單回線路主保護時，有以下兩種整定方法。（1）按保證電流元件具有足夠靈敏性的條件整

28、定電流元件與電壓元件的一次動作電流、電壓動作值為： （4-9） （4-10） 式中: 被保護線路末端兩相短路時，流經保護裝置的最小短路電流；電流元件靈敏系數，??；線路電抗； 變壓器短路電抗，若為兩臺變壓器時，取其并聯(lián)電抗值；可靠系數，可取。按上兩式整定保護裝置的動作值，能夠保證動作的選擇性，因為當保護范圍以外短路，短路電流小于保護裝置電流元件一次動作電流時，電流元件不動作。如果被保護范圍以外短路，短路電流大于動作值，電流元件會動作，但電壓元件感受的殘余電壓將大于動作電壓，所以電壓元件不可能動作，保護也不會無選擇動作殘余電壓在數值上等于。整套保護裝置的保護范圍，取決于電流元件和電壓元件的最小保護

29、范圍中的較小者。電壓元件的靈敏系數按下式校驗： （4-11）式中： 最大運行方式下被保護線路末端短路時，保護安裝處的最大殘余電壓； 最大運行方式下被保護線路末端短路時，保護安裝處的最大短路電流；線路阻抗。（2）按電流元件和電壓元件靈敏系數相等的條件整定。如果按式（4-3）和（4-4）整定保護裝置的動作值, 電壓元件靈敏系數不滿足要求時,可按電流元件和電壓元件最小靈敏系數相等的條件來選擇保護裝置的動作值。這樣整定可以使經常運行的中間運行方式得到較大的保護范圍，即： （4-12） 將（4-4）代入（4-5）,則可得： (4-13)求出以后, 電壓元件的一次動作電壓計算式為： (4-14)(二)瞬時

30、電流閉鎖電壓速斷保護裝置的保護范圍與系統(tǒng)運行方式的關系分析1.電流元件最小保護范圍圖4-1為求電流元件在兩相短路時最小保護范圍的電抗Xl.min的說明圖。在線路末端K點發(fā)生兩相短路時，流過保護裝置電流元件的短路電流Ik.min正好等于動作電流Iop.1。圖4-1 求電流元件最小保護范圍的電抗XL.min （4-15）由式（4-15）得： （4-16）式中： UN額定線電壓；XS.MAX最小運行方式下，保護裝置安裝處母線上系統(tǒng)最大綜合電抗。從式（4-16）可見，Xs.max越大，則電流元件的最小保護范圍的電抗Xli.min越小。2.電壓元件最小保護范圍圖4-2為求電壓元件最小保護范圍的電抗Xlu

31、.min的說明圖。保護裝置安裝處母線上感受的殘余電壓正好等于其電壓元件的動作電壓Uop.1。串聯(lián)回路中流過的電流，在任一電抗兩端產生的電壓降與其電抗大小成正比，所以從圖4-2可以列出： 圖4-2 求電壓元件最小保護范圍的電抗Xlu.min關系式： （4-17） （4-18）由式（4-17）可以看出，Xs.min越小，則電壓元件的最小保護范圍的電抗Xlu.min也越小。綜上分析可見，瞬時電流閉鎖電壓速斷保護并不能適應運行方式變化較大的需要，因而不少地區(qū)在系統(tǒng)發(fā)展后不得不改用阻抗保護。二限時電流閉鎖電壓速斷保護限時電流速斷保護與其相鄰線路或設備的速動保護配合，在被保護線路末端短路時，有時不能保證足

32、夠的靈敏性如相鄰線路或設備為較短的線路或容量很大的降壓變壓器（即變壓器的短路阻抗XT較?。?，在這種情況下，可考慮選用限時電流閉鎖電壓速斷保護，如圖4-3所示。圖4-3 限時電流閉鎖電壓速斷保護接線圖圖4-3也可以省去兩只電壓繼電器，而由電壓繼電器再啟動一只中間繼電器，由此中間繼電器的兩對常開觸點中的一對發(fā)斷線信號，另一對常開觸點與電流繼電器常開觸點串接，構成限時電流閉鎖電壓速斷保護。（一）電流、電壓元件的一次動作值為了保證動作上的選擇性，保護的電流元件和電壓元件的動作值都需要與下一段線路或變壓器的速動保護相配合。1.當下一級為變壓器的速動保護時，限時電流閉鎖電壓速斷保護的電流、電壓整定計算當下

33、一級為變壓器的速動保護時，電流元件均按被保護線路末端短路時，具有足夠靈敏性的條件整定。此時電流元件應接在相電流上（即不采用兩相電流差接線方式），以保證保護的可靠動作和靈敏性。電流元件的整定計算按式（4-3）進行，電壓元件的整定計算按式（4-4）進行。當這樣整定電壓元件的靈敏性不夠時，則電流元件可按式（4-6）計算，電壓元件可按式（4-4）或式（4-7）計算。順便指出，前面所述線路的瞬時電流閉鎖電壓速斷保護靠與自動重合閘配合以補救無選擇性動作，能快速切除瞬時性故障，而限時電流閉鎖電壓速斷保護則是靠與延時配合以保證選擇性，兩者的主要區(qū)別在此，應酌情選用。2.當下一級線路上裝有瞬時電流閉鎖電壓速斷保

34、護時，限時電流閉鎖電壓速斷保護的電流、電壓元件的整定計算電流元件一次電流動作值按式（4-13）計算。電壓元件一次電壓動作值計算式為：式中： UOP.1被保護線路下一級保護電壓元件的一次電壓動作值；KCO配合系數，取1.1；XL線路電抗。（二）繼電器動作值及保護的靈敏性校驗1.繼電器的動作值計算電流繼電器的動作電流按式（4-14）計算。電壓繼電器的動作電壓按式（4-15）計算。2.電壓元件的靈敏性按式（4-16）驗算。電流元件的靈敏性須按式（4-17）或式（4-18）驗算。當靈敏性不滿足要求時，可考慮與下一級線路第二段延時主保護配合或改用距離保護。 對于單側電源線路，一般采用一段或兩段電流速段或

35、電流速段或電壓電流連鎖速段保護和過電流保護。對于本線路采用限時電流閉鎖電壓速段保護作為主保護。保護整定如下:(1) 因為側為變壓器的速段保護，所以當下一級為變壓器的速動保護時，限時電流閉鎖電壓速段保護的電流，電壓整定計算如下：電流元件的整定計算：電壓元件的整定計算： 取所以： 電壓元件的靈敏度校驗： 滿足要求。(2) 繼電器的動作值及保護的靈敏性校驗 電流繼電器的動作值計算： 電壓繼電器的動作值計算：所以：保護的靈敏性校驗同電壓元件的靈敏校驗已滿足過電流保護，過電流保護作為本線路的后備保護。 (3) 過電流的動作電流計算公式： 所以：(4) 靈敏度校驗： 滿足要求。第5章 35KV線路后備保護

36、選擇與整定5.1 后備保護選擇 根據3110KV電網繼電保護裝置運行整定規(guī)程(DL/T58495)，本設計35/10KV系統(tǒng)為雙電源35KV單母線分段接線，10KV側單母線分段接線，所接負荷多為化工型，屬一二類負荷居多。對于本設計單側電源線路，一般采用一段或兩段電流速段或電流速段或電壓電流連鎖速段保護和過電流保護，而對于本線路采用限時電流閉鎖電壓速段保護作為主保護，過電流保護作為本線路的后備保護5.2 后備保護整定 配電系統(tǒng)發(fā)生短路時，最主要的特征之一就是在大多數情況下線路中的電流將大大地增加。過電流保護裝置就是根據這一特征構成的。當流經保護的電流超過整定值時，保護動作，使線路斷路器跳閘。反應

37、短路電流常用過電流繼電器或通過微機保護判斷，過電流保護接在被保護線路的電流互感器二次電流回路中。圖5-1所示為單側電源放射式單回線路，每段線路（或電力設備）的斷路器和過電流保護裝在該段線路（或電力設備）靠近電源側的一端，作為線路本身發(fā)生短路故障時的主保護，并作為下一級線路的后備保護。圖5-1所示的單側電源放射式配電系統(tǒng)中的過電流保護的選擇性，是靠時限配合保證的。圖5-1 單側電源放射式配電系統(tǒng)中的過電流保護 （a）保護裝置配置圖； （b）按階梯原則選擇的時限圖 1、2、3、4定時限過電流保護裝置圖通常過電流保護的時限特性分以下兩種：1.定時限特性當短路電流大于保護裝置的啟動電流時，保護裝置動作

38、。保護裝置的動作時限是固定的，與短路電流的大小無關。保護的這種特性稱為定時限特性。2.反時限特性當短路電流較保護裝置的動作電流大得不多時，保護裝置的動作時限與短路電流的大小成反比。但是在短路電流很大的情況下，保護裝置的動作時限受短路電流大小的影響很小，甚至完全不受短路電流大小的影響。保護裝置的時限大小是從用戶至電源逐級增長的，即；為了保證保護動作的選擇性，每個時限之間應有一定的時間間隔，用時限階段表示，即這樣構成的時限特性稱為階梯時限特性。按階段時限特性選擇保護動作時限的這種時限選擇原則叫階梯原則。當k2點發(fā)生短路時，保護裝置4較其他保護裝置先動作而切除故障線路；保護裝置1、2、3在短路故障切

39、除后立即返回。同理，當k1點短路時，保護裝置3動作于跳閘，而保護裝置1、2均不跳閘，只有當它們的下一級保護裝置或斷路器拒動時才動作。1.保護裝置的動作電流過電流保護裝置的動作電流計算公式為 （5-1）式中： -保護裝置一次動作電流； -流經被保護線路的最大負荷電流； -繼電器的動作電流； -可靠系數，DL型繼電器取1.2，GL型繼電器取1.3； -自啟動時所引起的過負荷系數，根據計算、試驗或實際數據確定； -接線系數，對兩相一繼電器的差接方式=，對兩相兩繼電器不完全星形接線=1； -繼電器的返回系數，DL型繼電器取0.85，GL11、21型繼電器取0.85，GL15、25型繼電器取0.8； -

40、電流互感器的變比。在確定最大負荷電流時，必須選取實際可能出現(xiàn)的最嚴重運行方式作為計算根據。當無數據時，根據啟動電流大小的不同情況可采用綜合系數K=24來計算，此時不再考慮和。2. 過電流保護的接線方式和靈敏性校驗接線方式有3種:(1)三相星形接線方式這種接線方式應用在非直接接地系統(tǒng)，主要有以下缺點：需要三個電流互感器和三個繼電器，元件多，接線復雜，費用較貴。用在平行線路時，如保護的動作時間相同，發(fā)生不同線路的兩點接地故障時，動作切除兩線路的機會為100%，降低了供電的可靠性。由于以上原因，三相星形接線方式在非直接接地系統(tǒng)過電流保護中用的較少。(2)兩相不完全星形接線方式圖5-2僅示出定時限特性

41、的兩相兩繼電器瞬時電流速斷及過電流保護的接線圖。圖中速斷保護和過電流保護部分各有兩只電流繼電器分別接在A、C兩相電流互感器的二次回路中。過流部分兩個電流繼電器的觸點并聯(lián)，因此，任一個電流繼電器啟動后都可以接通時間繼電器KT的線圈，啟動時間繼電器去跳閘。 圖5-2 兩相兩繼電器式瞬時電流速斷及過電流保護接線圖通常時間繼電器KT的觸點容量較大，能夠直接跳閘，而不需另外裝設觸點容量較大的中間繼電器。這種接線方式，一般均裝在A、C相上，構成不完全星形接線，可保護各種相間短路?？梢宰C明當發(fā)生不同線路兩點接地，同時斷開兩回線路的機會較少，因而兩相不完全星形接線方式成為非直接接地系統(tǒng)最廣泛應用的接線方式。如

42、果各線路采用的是電流互感器不裝設在同名相上的不完全星形接線方式的保護裝置，可以證明：當發(fā)生不同相兩點接地短路時，有1/6機會兩套保護裝置均不動作，因而造成越級跳閘，擴大停電范圍，這是不允許的。在保護裝置動作時間相同的平行線路上發(fā)生不同相兩點接地時，工作情況最差，除1/6機會越級跳閘外，還有1/2機會同時切除兩回線路，僅有1/3機會有選擇性地切除一回線路。從而得出以下結論：在有電的直接聯(lián)系的網絡中，所有元件的保護裝置為兩相兩繼電器接線時，兩個電流互感器均裝設在同名相上，且一般裝在A、C相上。(3)兩相差電流的接線方式兩相差繼電器的過電流保護如圖5-3所示。這種接線方式由兩個電流互感器和一個電流繼

43、電器組成，電流互感器也應與兩相不完全星形接線方式一樣，裝在同名相上，發(fā)生不同相兩點接地時，保護裝置的動作情況分析同兩相不完全星形接線方式。圖5-3 過電流保護裝置的兩相差繼電器式接線圖這種接線方式的主要缺點是各種故障保護的靈敏性不同，必須按最壞的情況校驗靈敏性。該接線方式雖然接線簡單，使用設備少，但節(jié)省投資不多。由于節(jié)省投資不多，還降低了保護的靈敏性，故這種接線方式較少使用。靈敏性校驗因過電流保護作為相鄰線路或設備的后備保護，故其靈敏性應按相鄰線路或設備末端發(fā)生故障時進行校驗。用最小運行方式，兩相短路時保護裝置二次電流來計算保護的靈敏系數，計算式為： （5-2）式中： -最小運行方式下相鄰線路

44、或設備末端兩相短路時，流過繼電器的最小電流； -繼電器的動作電流，由式求出。用保護裝置一次電流來計算保護的靈敏性系數，計算式為： （5-3）式中： -兩相短路相對靈敏系數，取本接線方式下的最小值； -系統(tǒng)最小運行方式下相鄰線路或設備末端三相短路電流值； -保護裝置的一次動作電流，由式（5-3）求出。3. 過電流保護的時限選擇原則從過電流保護原理可知，保護裝置的時限按階梯式原則整定，即上一級保護時限比下一級各回路中最長的保護時限大一時限階段，對第n級保護裝置可用通用式表示為：與本級及下級斷路器的型式、保護回路所采用繼電器型式以及誤差等有關。一般當第n級用DL型繼電器構成定時限保護時，取0.5s；

45、當用GL型繼電器構成反時限保護時，由于繼電器在下級短路切除后慣性誤差大怕引起本級誤跳閘，故取為0.7s；當采用微機型保護時可取0.3s。其中n表示配電系統(tǒng)中任意一級保護的順序號。 過電流保護作為本線路的后備保護及相鄰線路的遠后備(1) 過電流的動作電流計算公式 ：代入數據得：(2) 靈敏度校驗近后備保護靈敏度按保護本線路末端短路進行校驗，靈敏系數不小于1.3。 滿足要求。遠近后備保護靈敏度按保護本線路末端短路進行校驗，靈敏系數不小于1.2。 滿足要求。第6章 35KV線路三相一次重合閘 針對該35KV輸電線路的特點，由于其采用架空鋼芯鋁絞線，更易受到瞬時性故障的影響，因此必須采用線路三相一次重

46、合閘裝置。電力系統(tǒng)的運行經驗表明，架空線路故障大都是“瞬時性”的，例如，由雷電引起的絕緣子表面閃絡，大風引起的碰線，通過鳥類以及樹枝等物掉落在導線上引起的短路等，在線路被繼電保護迅速斷開以后，電弧即行熄滅，外界物體(如樹枝，鳥類等)也被電弧燒掉而消失，短路即自行消失。此時，如果把斷開的線路斷路器再合上，就能夠恢復正常的供電，因此，稱這類故障是“瞬時性故障”。除此之外，也有“永久性故障”，例如由于線路倒桿，斷線，絕緣子擊穿或損壞等引起的故障，在線路被斷開以后，它們仍然存在。這時，即使再合上電源，由于故障依然存在，線路還要被繼電保護再次斷開，因而就不能恢復正常的供電。由于送電線路上的故障具有以上的

47、性質，因此，在線路被斷開以后再進行一次合閘就有可能大大提高供電的可靠性。由運行人員手動進行合閘，固然也能夠實現(xiàn)上述作用，但由于停電時間過長，用戶電動機多數已經停轉，因此，其效果就不顯著。為此在電力系統(tǒng)中采用廠自動重合閘(縮寫為ZCH)，即當斷路器跳閘之后，能夠自動地將斷路器重新合閘的裝置。在線路上裝設重合閘以后，由于它并不能夠判斷是瞬時性故障還是永久性故障，因此，在重合以后可能成功(指恢復供電不再斷開)，也可能不成功。用重合成功的次數與總動作次數之比來表示重合閘的成功率，根據運行資料的統(tǒng)汁，成功率一般在60一90之間。對于重合閘的經濟效益，應該用無重合閘時，因停電而造成的國民經濟損失來衡量。由

48、于重合閘裝置本身的投資很低，工作可靠，因此，在電力系統(tǒng)中獲得了廣泛的應用。三相一次重合閘動作過程：當保護發(fā)出跳閘命令后起動重合閘，開關位置分開后，重合閘根據預先整定方式在檢定時間內開始檢測合閘條件是否滿足；如果滿足合閘條件，經重合閘延時時間后，發(fā)出合閘命令，開關位置接點變位后，延時100ms返回，并給出“重合閘動作”信號。發(fā)出合閘命令1S后，開關位置接點沒有變位，則合閘命令返回，發(fā)出“開關拒動”信號。如果在檢定時間內合閘條件不滿足，裝置將發(fā)出“檢定失敗”信號，不在進行重合。重合閘動作的間隔時間為24秒。第7章 線路及變壓器防雷保護本設計輸電線路為架空鋼芯鋁絞線，且由原始資料知該地區(qū)的雷電日為2

49、3.3日/年，介于少雷區(qū)和多雷區(qū)之間。為了預防和限制雷電的危害，必須采取一系列防雷措施。1.線路防雷保護（1）直擊雷保護輸電線路直擊雷保護目前最重要和最有效的措施仍是裝設避雷線。規(guī)程規(guī)定，35KV-110KV架空線路，如果未沿全線架設避雷線，則應在距變電所1Km-2Km的進線段架設避雷線，其保護角宜不超過20，最大不應超過30。（2）感應雷及雷電侵入波保護為了防止感應雷以及雷電侵入波對變電所設備絕緣造成擊穿損壞，應采取措施減少近區(qū)雷擊閃絡，避免出現(xiàn)過分強烈的感應雷過電壓，并合理配置避雷器，使雷電侵入波通過避雷器對地放電，將能量泄放掉，這樣就不致對電氣設備的絕緣造成威脅。2.變電所母線防雷保護規(guī)

50、程規(guī)定，35KV及以上變電所具有架空進線的每組母線上都要裝設避雷器。3.變壓器防雷保護35KV變壓器其高低壓側均應裝設避雷器，以防止低壓側雷電侵入波擊穿高壓側絕緣。避雷器應盡量靠近變壓器，其與主變的電氣距離應按表中規(guī)定：表7-1 避雷器與主變的電氣距離雷雨經常運行的進線路數1234及以上最大電氣距離（m）15202530一旦雷電過電壓造成線路絕緣擊穿閃絡，引起工頻電弧從而導致繼電保護動作跳閘，則需要靠自動重合閘動作恢復供電。第8章 微機保護8.1 微機保護的軟硬件組成 8.1.1微機保護的特點微機保護充分利用了計算機技術上的兩個顯著優(yōu)勢：高速的運算能力和完備的存貯記憶能力，以及采用大規(guī)模集成電路和成熟的數據采集，A/D模數變換、數字濾波和抗干擾措施等技術，使其在速動性、可靠性方面均優(yōu)于以往傳統(tǒng)的常規(guī)保護，而顯示了強大生命力，與傳統(tǒng)的繼電保護相比，微機保護有許多優(yōu)點，其主要特點如下：1.改善和提高繼電保護的動作特征和性能，正確動作率高。主要表現(xiàn)在能得到常規(guī)保護不易獲得的特性；其很強的記憶力能更好地實現(xiàn)故障分量保護；可引進自動控制、新的數學理論和技術，如自適應、狀態(tài)預測、模糊控制及人工神經網絡等，其運行正確率很高，已在運行實踐中得到證明。2.可以方便地擴充其他輔助功能。如故障錄波、波形分析等，可以方便地附加低頻減載、自動重合閘、故障錄波、故障測距等功能。3.工