110kV電力系統(tǒng)繼電保護設(shè)計

1、畢業(yè)論文摘 要由于電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術(shù)，計算機技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護技術(shù)的發(fā)展不斷注入新的活力。未來繼電保護的發(fā)展趨勢是向計算化，網(wǎng)絡(luò)化及保護，控制，測量，數(shù)據(jù)通信一體化智能化發(fā)展。本次畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容是110kV電力系統(tǒng)繼電保護的配置，并依據(jù)繼電保護配置原理，對所選擇的保護進行整定和靈敏性校驗，確定方案中的保護。計算系統(tǒng)的標(biāo)幺值、短路電流，確定運行方式；確定各種設(shè)備的保護配置，包括變壓器、母線、輸電線、發(fā)電機等的保護配置。其中變壓器保護主保護采用縱聯(lián)差動保護和瓦斯保護，兩者結(jié)合做到優(yōu)勢互補。后備保護是復(fù)合電壓啟動過電流保護。分析母線保護保護原

2、理，采用了完全電流差動保護，簡單可靠。關(guān)鍵詞：繼電保護，標(biāo)幺值，短路電流AbstractAs the rapid development of power system relay protection have made new demands, electronic technology, computer technology and communication technology for the rapid development of relay technology has been to inject new vitality. The future development t

3、rend is to relay computing, networking and protection, control, measurement, data communications integrated intelligent development. This graduation design is the main content of the configuration of 110kV power system protection and relay protection based on the principle of the conservation of the

4、 selected setting and sensitivity check to determine the programs protection. Per unit value of computing systems, short-circuit current, determined operation mode; determine the protection of various equipment configurations, including transformers, busbars, transmission lines, generators and other

5、 protection configuration. One main protection transformer protection using differential protection and gas protection, a combination of both to achieve complementarity. Backup protection is complex voltage start over-current protection. Protection of busbar protection principle, using the full curr

6、ent differential protection, simple and reliable. Keywords: Relay protection, per unit value, short-circuit currentIII目 錄前 言11 方案比較22 確定運行方式42.1 標(biāo)幺值計算42.2 短路電流計算52.3 確定運行方式183 短路計算203.1 各種運行方式下各線路電流計算203.2 各輸電線路兩相短路和三相短路電流計算214 繼電保護的配置234.1 繼電保護的基本知234.2 變壓器的保護配置254.2.1 變壓器配置254.2.2 保護配置的整定294.3 母線的

7、保護配置324.3.1 保護配置的原理324.3.2 電流差動保護配置的整定364.4 輸電線路保護配置374.4.1 保護配置的原理374.4.2 保護配置的整定384.5 發(fā)電機保護配置454.5.1 保護配置的原理454.5.2 保護配置的整定46結(jié) 論48致 謝49參考文獻5051前 言電力系統(tǒng)繼電保護作為電氣工程及其自動化專業(yè)的一門主要課程,主要包括課堂講學(xué)、課程設(shè)計等幾個主要部分。電能是現(xiàn)代社會中最重要、也是最方便的能源。而發(fā)電廠正是把其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，電能經(jīng)過變壓器和不同電壓等級的輸電線路輸送并被分配給用戶，再通過各種用電設(shè)備轉(zhuǎn)換成適合用戶需要的其他形式的能量。在輸送電能

8、的過程中,電力系統(tǒng)希望線路有比較好的可靠性,因此在電力系統(tǒng)受到外界干擾時,保護線路的各種繼電裝置應(yīng)該有比較可靠的、及時的保護動作,從而切斷故障點極大限度的降低電力系統(tǒng)供電范圍。電力系統(tǒng)繼電保護就是為達到這個目的而設(shè)置的。本次畢業(yè)設(shè)計共分七章，第三、四章是計算系統(tǒng)的標(biāo)幺值、短路電流，確定運行方式；第五章是各種設(shè)備的保護配置，包括變壓器、母線、輸電線、發(fā)電機等的保護配置。其中變壓器保護主保護采用縱聯(lián)差動保護和瓦斯保護，兩者結(jié)合做到優(yōu)勢互補。后備保護是復(fù)合電壓啟動過電流保護。母線保護包括保護原理分析，采用了完全電流差動保護，簡單可靠。由于編者水平有限，設(shè)計之中難免有些缺陷或錯誤，望批評指正。1 方案

9、比較 本次畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容是對110kV電力系統(tǒng)繼電保護的配置?？筛鷵?jù)繼電保護配置原理，先選擇兩套保護方案，通過比較后認可其中的一套方案，再對這套方案中的保護進行確定性的整定計算和靈敏性校驗，看看它們是否能滿足要求，如果能滿足便可以采用，如果不能滿足則需要重新選擇，重新整定和校驗。 確定兩個初始方案如下：方案1：保護對象主保護后備保護變壓器縱聯(lián)差動保護、瓦斯保護復(fù)合電壓啟動過電流保護、過負荷保護母線電流相位比較式母線差動保護無輸電線路距離、保護零序電流、保護發(fā)電機縱聯(lián)差動保護定子繞組接地保護方案2：保護對象主保護后備保護變壓器電流速斷保護、瓦斯保護復(fù)合電壓啟動過電流保護、零序電流保護母線電流

10、相位比較式母線差動保護無輸電線路距離、保護 零序電流、保護發(fā)電機縱聯(lián)差動保護定子繞組接地保護對于變壓器而言，它的主保護可以采用最常見的縱聯(lián)差動保護和瓦斯保護，用兩者的結(jié)合來做到優(yōu)勢互補。變壓器差動保護通常采用三側(cè)電流差動，其中高電壓側(cè)電流引自高壓熔斷器處的電流互感器，中低壓側(cè)電流分別引自變壓器中壓側(cè)電流互感器和低壓側(cè)電流互感器，這樣使差動保護的保護范圍為三組電流互感器所限定的區(qū)域，從而可以更好地反映這些區(qū)域內(nèi)相間短路，高壓側(cè)接地短路以及主變壓器繞組匝間短路故障?？紤]到與發(fā)電機的保護配合，所以我們用縱聯(lián)差動保護作為變壓器的主保護，不考慮用電流速斷保護。瓦斯保護主要用來保護變壓器的內(nèi)部故障，它由于

11、一方面簡單，靈敏，經(jīng)濟；另一方面動作速度慢，且僅能反映變壓器油箱內(nèi)部故障，就注定了它只有與差動保護配合使用才能做到優(yōu)勢互補，效果更佳。后備保護首先可以采用復(fù)合低電壓啟動過電流保護，這主要是考慮到低電壓啟動的過電流保護中的低電壓繼電器靈敏系數(shù)不夠高。由于發(fā)電機-變壓器組中發(fā)電機才用了定子繞組接地保護，所以，變壓器不采用零序電流保護。110kV側(cè)的母線接線可以采用完全電流差動保護，簡單，可靠也經(jīng)濟。對于110kV側(cè)的輸電線路，可以直接考慮用距離保護，因為在電壓等級高的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，電流保護很難滿足選擇性，靈敏性以及快速切除故障的要求，因此這個距離保護也選擇得合理，同時由于它的電壓等級較高，我們還應(yīng)該

12、考慮給它一個接地故障保護，先選擇零序電流保護，因為當(dāng)中性點直接接地的電網(wǎng)(又稱大接地電流系統(tǒng))中發(fā)生短路時,將出現(xiàn)很大的零序電流,而在正常運行情況下它們是不存在的。因此,利用零序電流來構(gòu)成接地短路的保護,就有顯著的優(yōu)點。發(fā)電機則采用縱聯(lián)差動保護作為主保護，定子繞組接地保護作為后備保護。綜上所述，方案1比較合理，方案1保護作為設(shè)計的初始保護，在后續(xù)章節(jié)對這些保護進行整定與校驗，是否符合設(shè)計要求。2 確定運行方式2.1 標(biāo)幺值計算 本次設(shè)計中取=100MVA, ,系統(tǒng)用一個無限大功率電流代表，它到母線的電抗標(biāo)幺值。 各元件的電抗標(biāo)幺值計算如下： 變壓器B1 變壓器B2的各繞組短路電壓分別為： 所以

13、，變壓器B2的電抗值為 變壓器B3 變壓器B4 線路L1 線路L2 線路L3 線路L4 所以，110kV電力系統(tǒng)繼電保護的等值網(wǎng)絡(luò)如圖2-1所示。SCAF1F2B2B4B3L1L2L3L4B11/0.12516/0.3311/0.1712/0.09913/0.204/0.332/0.528/0.5258/0.5255/0.673/0.526/0.40 圖2-1 110kV電力系統(tǒng)等值網(wǎng)絡(luò)圖2.2 短路電流計算110kV電力系統(tǒng)正常運行時，發(fā)電機存在三種運行情況，即：兩臺發(fā)電機同時運行、一臺發(fā)電機退出運行另一臺單獨運行和兩臺同時運行；變壓器有兩種運行方式，即：一臺變壓器退出另一臺變壓器單獨運行和

14、兩臺變壓器同時運行。下面分別分析各種情況下系統(tǒng)運行時的轉(zhuǎn)移電抗，計算電抗和短路電流。（一）兩臺發(fā)電機同時運行，變壓器B1、B2、B3、B4同時投入運行。 進行網(wǎng)絡(luò)化簡： 將x10、x12和x13組成的三角形電路化簡為由x18、x19和x20組成的星形電路，計算如下： 1/0.12510/0.3312/0.09913/0.2016/0.217/0.26Af1f2f3CBSF 系統(tǒng)的等值化簡網(wǎng)絡(luò)如圖2-2所示。1/0.12518/0.052219/0.1027/0.09977f1f2f320/0.03117/0.26 2-2 系統(tǒng)的等值化簡網(wǎng)絡(luò)圖轉(zhuǎn)移電抗和計算電抗計算當(dāng)發(fā)生短路時 =0.18 所以

15、，點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡(luò)如圖2-3所示。Sf1P圖2-3 點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡(luò)圖系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機F1、F2對短路點的計算電抗為： 當(dāng)發(fā)生短路時 = =0.21所以，點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡(luò)如圖2-4所示。QFf2圖2-4 點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡(luò)圖系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機F1、F2對短路點的計算電抗為： 當(dāng)發(fā)生短路時 所以，點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡(luò)如圖2-5所示。333f3f3333333SP圖2-5 點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡(luò)圖S點對的轉(zhuǎn)移電抗為： F點對的轉(zhuǎn)移電抗為為： 化簡的等值網(wǎng)絡(luò)如圖2-6所示。17/0.26圖2-6 化簡的等值網(wǎng)絡(luò)圖系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為

16、： 發(fā)電機F1、F2對短路點的計算電抗為： （二）發(fā)電機F1停運F2運行時，系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡(luò)如圖2-7所示。圖2-7 系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡(luò)圖 進行網(wǎng)絡(luò)化簡： =0.0997 系統(tǒng)的等值化簡網(wǎng)絡(luò)如圖2-8所示。1/0.12519/0.1016/0.2f1f2f320/0.03117/0.2618/0.052圖2-8 系統(tǒng)的等值化簡網(wǎng)絡(luò)圖轉(zhuǎn)移電抗和計算電抗計算 當(dāng)發(fā)生短路時 = =0.178 所以，點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡(luò)如圖2-9所示。Sf1P圖2-9 點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡(luò)圖系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機F1、F2對短路點的計算電抗為： 當(dāng)發(fā)生短路時 = =0.21所以，點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡(luò)如圖

17、2-10所示。QF2圖2-10 點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡(luò)圖系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機F1、F2對短路點的計算電抗為： 當(dāng)發(fā)生短路時 S點對的轉(zhuǎn)移電抗為： F2點對的轉(zhuǎn)移電抗為： 化簡的等值網(wǎng)絡(luò)如圖2-11所示：F330/0.17731/0.199717/0.2620/0.031圖2-11 化簡的等值網(wǎng)絡(luò)圖系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機F1、F2對短路點的計算電抗為： （三）線路L1處開環(huán)運行時，系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡(luò)如圖2-12所示。1/0.13513/0.2018/0.12f1f2f317/0.2612/0.099圖2-12 系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡(luò)圖轉(zhuǎn)移電抗和計算電抗計算 當(dāng)發(fā)生短路時，F(xiàn)點對

18、的轉(zhuǎn)移電抗為： =0.54 SF1/0.13534/0.54f1 所以，點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡(luò)如圖2-13所示。圖2-13 點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡(luò)圖系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機F1、F2對短路點的計算電抗為： 當(dāng)發(fā)生短路時，S點對的轉(zhuǎn)移電抗為： =0.614所以，點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡(luò)如圖2-14所示。SF35/0.61416/0.12f2圖2-14 點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡(luò)圖系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機、對短路點的計算電抗為： 當(dāng)f3發(fā)生短路時，S點對的轉(zhuǎn)移電抗為： F2點對的轉(zhuǎn)移電抗為： 系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機、對短路點的計算電抗為： SB1/0.125f110

19、/0.33f222/0.2113/0.2017/0.26f3（四）線路L3處開環(huán)運行時，系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡(luò)如圖2-15所示。圖2-15 系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡(luò)圖轉(zhuǎn)移電抗和計算電抗計算當(dāng)發(fā)生短路時，F(xiàn)點對的轉(zhuǎn)移電抗為： 所以，點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡(luò)如圖2-16所示。SF1/0.13536/0.45f1圖2-16 點發(fā)生短路時的等值網(wǎng)絡(luò)圖系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機F1、F2對短路點的計算電抗為： 當(dāng)發(fā)生短路時，等值網(wǎng)絡(luò)如圖2-17所示。SF37/0.46516/0.12f2圖2-17 等值網(wǎng)絡(luò)圖系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機F1、F2對短路點的計算電抗為： 當(dāng)發(fā)生短路時，系統(tǒng)S對短路點的計算電

20、抗為： 發(fā)電機、對短路點的計算電抗為： （五）線路L4處開環(huán)運行時，系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡(luò)如圖2-18所示。圖2-18 系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡(luò)圖轉(zhuǎn)移電抗和計算電抗計算 當(dāng)發(fā)生短路時，等值網(wǎng)絡(luò)如圖2-19所示。SF1/0.13540/0.45f1圖2-19 等值網(wǎng)絡(luò)圖系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機F1、F2對短路點的計算電抗為： 當(dāng)發(fā)生短路時，S點對的轉(zhuǎn)移電抗為： =0.787 發(fā)生短路時，等值網(wǎng)絡(luò)如圖2-20所示。SF41/0.78716/0.12f2圖2-20 等值網(wǎng)絡(luò)圖系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機F1、F2對短路點的計算電抗為： 當(dāng)發(fā)生短路時，等值網(wǎng)絡(luò)如圖2-21所示。FS42/0.2644

21、3/0.87917/0.26f3B 圖2-21 等值網(wǎng)絡(luò)圖系統(tǒng)S對短路點的計算電抗為： 發(fā)電機F1、F2對短路點的計算電抗為： 2.3 確定運行方式由2.2節(jié)的計算過程，統(tǒng)計系統(tǒng)各短路點短路時的短路電流如表2-1。表2-1 各短路點短路時的電流總結(jié)表運行方式處短路時的短路電流/kA處短路時的短路電流/kA處短路時的短路電流/kA兩臺發(fā)電機同時運行14.2713.9014.13一臺變壓器停運，另一臺變壓器單獨工作12.16713.7926.80線路L1處開環(huán)運行31.9613.6313.96線路L3處開環(huán)運行13.9313.7613.78線路L4處開環(huán)運行13.9213.7311.31綜上所述：

22、系統(tǒng)S側(cè)（處短路時）的最大運行方式為：線路L1處開環(huán)運行。最小運行方式為：當(dāng)一臺發(fā)電機停運，另一臺單獨工作時。發(fā)電機-變壓器側(cè)（處短路時）的最大運行方式為：兩臺變壓器同時運行時。最小運行方式為：線路L1處開環(huán)運行。變壓器側(cè)（處短路時）的最大運行方式為：當(dāng)一臺發(fā)電機停運，另一臺單獨工作時。最小運行方式為：線路L4處開環(huán)運行。3 短路計算3.1 各種運行方式下各線路電流計算由圖2-17可知，系統(tǒng)S對短路點的轉(zhuǎn)移電抗為： 系統(tǒng)折算到110kV的最小阻抗為： 由圖2-20可知，系統(tǒng)S對短路點的轉(zhuǎn)移電抗為：=0.135 系統(tǒng)折算到110kV的最小阻抗為： 輸電線路L1長為100kM，（輸電線路電阻率為0

23、.4/kM） 短路電流為： 同理，根據(jù)已知條件得： 輸電線路L2短路電流為： 輸電線路L3短路電流為： 輸電線路L4短路電流為： 3.2 各輸電線路兩相短路和三相短路電流計算（一）各輸電線路在最小運行方式下的兩相和三相短路電流系統(tǒng)電抗 發(fā)電機電抗 =0.13 各輸電線路三相短路電流為：輸電線路L1三相短路電流為： =同理可得，輸電線路L2三相短路電流為： 輸電線路L3三相短路電流為： 輸電線路L4三相短路電流為： 各輸電線路兩相短路電流為：輸電線路L1兩相短路電流為： 輸電線路L2兩相短路電流為： 輸電線路L3兩相短路電流為： 輸電線路L4兩相短路電流為： （二）各輸電線路在最大運行方式下的三

24、相短路電流 輸電線路L1三相短路電流為： 同理可得，輸電線路L2三相短路電流為： 輸電線路L3三相短路電流為： 輸電線路L4三相短路電流為： 4 繼電保護的配置4.1 繼電保護的基本知識電力工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，是重要的支柱產(chǎn)業(yè)。它與國家的興盛和人民的安康有著密切的關(guān)系，因此，電力產(chǎn)品應(yīng)該是安全、可靠、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)的能源產(chǎn)品。隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。在整個電力生產(chǎn)過程中，由于人為因素或大自然的原因，會發(fā)生這樣那樣的故障和發(fā)現(xiàn)不正常的運行狀態(tài)。一旦發(fā)生故障即會發(fā)生如下后果：（1） 數(shù)值很大的短路電流通過短路點會燃起電弧故障設(shè)備燒壞，燒毀。（2） 短路電流通過

25、故障設(shè)備和非故障設(shè)備時會發(fā)熱并產(chǎn)生電動力作用，使設(shè)備受到機械性損壞和絕緣損傷以至縮短設(shè)備使用壽命。（3） 電力系統(tǒng)中電壓下降，使大量用戶的正常工作遭受破壞或產(chǎn)生廢品。（4） 破壞電力系統(tǒng)各發(fā)電廠之間并列運行的穩(wěn)定性，導(dǎo)致事故擴大，甚至造成整個系統(tǒng)瓦解，癱瘓。對于電力系統(tǒng)運行中存在的這些故障隱患，要積極采取一些預(yù)防性措施，如提高設(shè)備質(zhì)量，增加可靠性和延長使用壽命。而從運行管理角度出發(fā)，應(yīng)提高從業(yè)人員的安全意識和增強責(zé)任心，提高科學(xué)管理水平，增強安全措施以盡量減少事故的發(fā)生。對于不可抗拒的事故發(fā)生應(yīng)做到及時發(fā)現(xiàn)，并迅速有選擇性地切除故障組件，隔離故障范圍，以保證系統(tǒng)非故障部分的安全穩(wěn)定運行，盡可能

26、減少停電范圍，保護設(shè)備安全。繼電保護是一種能反應(yīng)電力系統(tǒng)故障和不正常狀態(tài)，并及時動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的自動化設(shè)備。繼電保護一詞是指繼電保護技術(shù)或由各種繼電保護裝置單元組成的繼電保護系統(tǒng)。其任務(wù)是: (1)當(dāng)電力系統(tǒng)中某電氣元件發(fā)生故障時,能自動,迅速,有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除,避免故障元件繼續(xù)遭到破壞,使非故障元件迅速恢復(fù)正常運行。(2)當(dāng)電力系統(tǒng)中某電氣元件出現(xiàn)不正常運行狀態(tài)時,能及時反應(yīng)并根據(jù)運行維護的條件發(fā)出信號或跳閘。繼電保護裝置的基本原理:我們知道在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時,許多參量比正常時候都了變化，當(dāng)然有的變化可能明顯，有的不夠明顯，而變化明顯的參量就適合用來作為保

27、護的判據(jù)，構(gòu)成保護。比如：根據(jù)短路電流較正常電流升高的特點，可構(gòu)成過電流保護；利用短路時母線電壓降低的特點可構(gòu)成低電壓保護；利用短路時線路始端測量阻抗降低可構(gòu)成距離保護；利用電壓與電流之間相位差的改變可構(gòu)成方向保護。除此之外，根據(jù)線路內(nèi)部短路時，兩側(cè)電流相位差變化可以構(gòu)成差動原理的保護。當(dāng)然還可以根據(jù)非電氣量的變化來構(gòu)成某些保護，如反應(yīng)變壓器油在故障時分解產(chǎn)生的氣體而構(gòu)成的氣體保護。原則上說：只要找出正常運行與故障時系統(tǒng)中電氣量或非電氣量的變化特征（差別），即可形成某種判據(jù)，從而構(gòu)成某種原理的保護，且差別越明顯，保護性能越好。繼電保護裝置的組成： 任何一套保護都是由三部分組成：1、測量部分：對

28、輸入量與整定值進行比較,根據(jù)比較結(jié)果，給出“是”、“非”性質(zhì)的邏輯信號，判斷保護是否應(yīng)該起動。 2、邏輯部分：根據(jù)測量部分邏輯狀態(tài)，使保護按一定邏輯關(guān)系工作。 3、執(zhí)行部分：根據(jù)邏輯部分傳送的信號，最后完成保護裝置承擔(dān)的任務(wù)。 對繼電保護的基本要求：選擇性：是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置僅將故障元件切除，而使非故障元件仍能正常運行，以盡量減小停電范圍。速動性：是指保護快速切除故障的性能，故障切除的時間包括繼電保護動作時間和斷路器的跳閘時間。靈敏性：是指保護裝置對其保護區(qū)內(nèi)發(fā)生故障或異常運行狀態(tài)的反應(yīng)能力。可靠性：保護裝置在規(guī)定的保護區(qū)內(nèi)發(fā)生故障不拒動，區(qū)外故障不誤動。（該動作時不拒動、不該動

29、作時不誤動）經(jīng)濟性：是指繼電保護方式除應(yīng)滿足上述的要求外，還應(yīng)該考慮經(jīng)濟條件。4.2 變壓器的保護配置4.2.1 變壓器配置（一）縱聯(lián)差動保護本次設(shè)計所采用的變壓器型號均分別為：SDL-31500/110、SFSL-31500/110、SFL-20000/110、SFL-20000/110。對于這種大型變壓器而言，它都必需裝設(shè)單獨的變壓器差動保護，這是因為變壓器差動保護通常采用三側(cè)電流差動，其中高電壓側(cè)電流引自高壓熔斷器處的電流互感器，中低壓側(cè)電流分別引自變壓器中壓側(cè)電流互感器和低壓側(cè)電流互感器，這樣使差動保護的保護范圍為三組電流互感器所限定的區(qū)域，從而可以更好地反映這些區(qū)域內(nèi)相間短路，高壓側(cè)

30、接地短路以及主變壓器繞組匝間短路故障。所以我們用縱聯(lián)差動保護作為兩臺變壓器的主保護，其接線原理圖如圖5.1所示。正常情況下, 即： （變壓器變比） 所以這時Ir=0，實際上，由于電流繼電器接線方式，變壓器勵磁電流，變比誤差等影響導(dǎo)致不平衡電流的產(chǎn)生，故Ir不等于0 ，針對不平衡電流產(chǎn)生的原因不同可以采取相應(yīng)的措施來減小。盡管縱聯(lián)差動保護有很多其它保護不具備的優(yōu)點，但當(dāng)大型變壓器內(nèi)部產(chǎn)生嚴重漏油或匝數(shù)很少的匝間短路故障以及繞組斷線故障時，縱聯(lián)差動保護不能動作，這時我們還需對變壓器裝設(shè)另外一個主保護瓦斯保護。圖4-1 縱聯(lián)差動保護原理示意圖（二）瓦斯保護瓦斯保護是變壓器內(nèi)部故障的主要保護元件，對變

31、壓器匝間和層間短路、鐵芯故障、套管內(nèi)部故障、繞組內(nèi)部斷線及絕緣劣化和油面下降等故障均能靈敏動作。當(dāng)油浸式變壓器的內(nèi)部發(fā)生故障時，由于電弧將使絕緣材料分解并產(chǎn)生大量的氣體，從油箱向油枕流動，其強烈程度隨故障的嚴重程度不同而不同，反應(yīng)這種氣流與油流而動作的保護稱為瓦斯保護，也叫氣體保護。(1)瓦斯保護的工作原理：當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，有輕瓦斯產(chǎn)生，瓦斯繼電器KG的上觸點閉合，作用于預(yù)告信號；當(dāng)發(fā)生嚴重故障時，重瓦斯沖出，瓦斯繼電器的下觸點閉合，經(jīng)中間繼電器KC作用于信號繼電器KS，發(fā)出警報信號，同時斷路器跳閘。瓦斯繼電器的下觸點閉合，也可利用切換片XB切換位置，只給出報警信號。(2)瓦斯保護

32、的整定： 瓦斯保護有重瓦斯和輕瓦斯之分，它們裝設(shè)于油箱與油枕之間的連接導(dǎo)管上。其中輕瓦斯按氣體容積進行整定，整定范圍為：250300cm3,一般整定在250cm3 。重瓦斯按油流速度進行整定，整定范圍為：0.61.5m/s,一般整定在1m/s 。瓦斯保護原理如圖4-2所示。圖4-2 瓦斯保護原理示意圖（三）復(fù)合電壓啟動的過流保護由于這種保護可以獲得比一般過流保護更高的靈敏性，所以實踐中它常用來作廠變內(nèi)部及低分支外部相間短路故障的后備保護，這里我也用來作為變壓器的后備保護，它是由負序過電壓元件、低電壓元件、過流元件及時間元件構(gòu)成，其中負序過電壓元件與低電壓元件構(gòu)成復(fù)合電壓啟動元件，其保護原理接線

33、圖如圖4-3所示。復(fù)合電壓過流保護的輸入電流取高壓側(cè)電流,為保證選擇性,復(fù)合電壓啟動元件需要配置兩套,輸入電壓分別取自廠變低壓側(cè)兩個支上的電壓。 保護采用兩段延時出口。 以A分支為例: 若發(fā)生相間不對稱短路故障,”U2”元件啟動,常閉觸點斷開,使”U”元件短時啟動, ”U”元件返回后,因”U”元件返回電壓較高,只要相間殘壓不高于返回電壓, ”U”已經(jīng)動作,先按I段延時”U”元件t1跳開A廠用分支斷路器,若故障不能消除,再按段延時t2動作于解列滅磁。圖4-3 復(fù)合電壓啟動的過流保護原理接線圖4.2.2 保護配置的整定（一）縱聯(lián)差動保護整定 對于本次設(shè)計來說，變壓器的主保護有縱聯(lián)差動保護和瓦斯保護

34、，其中瓦斯保護一般不需要進行整定計算，所以僅對縱聯(lián)差動保護進行整定如下： (1)避越變壓器的勵磁涌流： 其中為可靠系數(shù)，取1.3，而為變壓器的額定電流。(2)避越外部短路時的最大不平衡電流： =其中Ktx為電流互感器同型系數(shù)，型號相同時取0.5，型號不同時取1，這里為避免以后更換設(shè)備的方便故取1；為非周期分量引起的誤差，取1；建議采用中間值0.05；取0.1； 為變壓器外部最大運行方式下的三相短路電流，由前面的計算結(jié)果知=995。(3)躲過電流互感器二次回路斷線的最大負荷電流： 而保護基本側(cè)的動作電流?。?(4)確定差動繼電器的動作電流和基本側(cè)差動線圈的匝數(shù)： 差動繼電器的動作電流： 其中為電

35、流互感器的一次側(cè)額定電流； 為電流互感器的二次額定電流。差動線圈匝數(shù)： 實際整定匝數(shù)選用： 所以繼電器的實際動作電流為： 保護裝置的實際動作電流為： 變壓器差動保護參數(shù)計算結(jié)果如下表4-1：變壓器額定電壓/kV110110110110額定電流 Ie/A互感器的接線方式Ddyy互感器的計算變比互感器的選擇變比100/5100/5400/5400/5電流互感器二次額定電流58/20=2.958/20=2.9320/80=4320/80=4(5) 校驗保護的靈敏系數(shù):當(dāng)系統(tǒng)在最小運行方式下,線路L4處開環(huán)運行發(fā)生兩相短路時,保護裝置靈敏系數(shù)最低,即: 顯然靈敏度滿足要求。其中是變壓器差動保護范圍內(nèi)短

36、路時總的最小短路電流有名值(歸算到基本側(cè))。是保護的接線系數(shù),這里1 。(二) 變壓器的后備保護的整定(1)復(fù)合電壓啟動過流保護,下面對它進行整定與靈敏性校驗:過電流元件動作值按躲開廠變額定電流整定,即:對于B1、B2： 其中Krel是可靠系數(shù),一般為1.151.25,這里取1.15, Kre是返回系數(shù),這里取0.85最小運行方式下,線路開環(huán)運行兩相短路時,保護的靈敏性校驗:，滿足要求。對于B3、B4： 最小運行方式下, 線路L4開環(huán)運行兩相短路時,保護的靈敏性校驗:，滿足要求。(2)過負荷保護的整定計算：取可靠系數(shù)Krel為1.05,返回系數(shù)Kres為0.85,IN為保護安裝側(cè)變壓器的額定電

37、流。對于B1、B2其額定電流為： 所以： 對于B3、B4,其額定電流為： 所以： 4.3 母線的保護配置4.3.1 保護配置的原理電力系統(tǒng)中的母線是具有公共電氣連接點,它起著匯總和分配電能的作用。所以發(fā)電廠和變電站中的母線是電力系統(tǒng)中的一個重要組成元件。 母線運行是否安全可靠,將直接影響發(fā)電廠,變電站和用戶工作的可靠性,在樞紐變電所的母線上發(fā)生故障時,甚至?xí)茐恼麄€系統(tǒng)的穩(wěn)定。 引起母線短路故障的主要原因有:由于空氣污潰,導(dǎo)致斷路器套管及母線絕緣子的閃絡(luò)；母線電壓和電流互感器的故障；運行人員的誤操作,如帶負荷拉隔離開關(guān)、帶接地線合斷路器。母線故障的類型,主要是單相接地和相間短路故障。與輸電線路

38、故障相比較,母線故障的幾率雖較小,但造成的后果卻十分嚴重。因此,必須采取措施來消除或減少母線故障所造成的后果。由設(shè)計的已知條件可知,110kV母線均是采用單母線接線,對于單母線我們可以采用母線完全電流差動保護。母線完全差動保護的原理接線圖如圖4-4所示,和其它元件的差動保護一樣,也是按環(huán)流法的原理構(gòu)成。在母線的所有連接元件上必須裝設(shè)專用的電流互感器,而且這些電流互感器的變比和特性完全相同,并將所有電流互感器的二次繞組在母線側(cè)的端子互相連接,在外側(cè)的端子也互相連接,差動繼電器則接于兩連接線之間,差動電流繼電器中流過的電流是所有電流互感器二次電流的相量和。這樣,在一次側(cè)電流總和為零時,在理想的情況

39、下,二次側(cè)電流的總和也為零。此圖為母線外部K點短路的電流分布圖,設(shè)電流流進母線的方向為正方向。圖中線路I,II接于系統(tǒng)電源,而線路III則接于負載。 (1)在正常和外部故障時(K點),流入母線與流出母線的一次電流之和為零,即: 而流入繼電器的電流為: 因電流互感器變比nTA相同,在理想情況下流入差動繼電器的電流為零,即Ig=0 但實際上,由于電流互感器的勵磁特性不完全一致和誤差的存在,在正常運行或外部故障時,流入差動繼電器的電流為不平衡電流,即: 圖4-4 母線完全電流差動保護的原理接線圖其中Iunb是電流互感器特性不一致而產(chǎn)生的不平衡電流。 (2)母線故障時,所有有電源的線路,都向故障點供給

40、故障電流,即: 其中Ik是故障點的總短路電流,此電流數(shù)值很大,足以使差動繼電器動作。(二)母聯(lián)電流相位比較式母線差動保護由設(shè)計的已知條件可知,110kV側(cè)的母線是采用雙母線帶旁路母線接線,這種接線方式有一個特點就是它的運行方式不是固定不變的,而是有多種運行方式。所以雙母線固定連接運行的完全差動保護對它來說缺乏靈活性,為了克服此缺點,我采用另一種差動保護母聯(lián)電流相位比較式母線差動保護,它很適用于雙母線連接元件運行方式經(jīng)常改變的母線上。母聯(lián)電流相位比較式母線差動保護的原理是比較母線聯(lián)絡(luò)斷路器回路的電流與總差動電流的相位關(guān)系。該保護的單相原理接線如圖4-5所示。它的主要元件是起動元件KD和選擇元件1

41、KW,2KW 。起動元件KD接于所有引出線的總差動電流,KW的兩個繞組分別接入母聯(lián)斷路器回路的電流和總差動回路的電流,通過比較這兩個回路中電流的相位來獲得選擇性。在圖4-5(a)所示雙母線接線中,假設(shè)I,II母線并列運行,I母線和II母線的連接元件中均有電源線路,規(guī)定母聯(lián)電流I5的正方向為由II母線流向I母線,則當(dāng)I母線上的K1點發(fā)生短路故障時,母聯(lián)電流I5為： 短路電流Ik為： 故,當(dāng)忽略各電源間相角差和各元件阻抗角差時,I5和Ik同相位,如圖4-5(b)所示。II母線上的K2點發(fā)生短路故障時,母聯(lián)電流I5為:短路電流Ik仍如式上所示,所以I5與Ik反相位,如圖4-5(c)所示?？梢?以圖示

42、I5為正方向時,若I5與Ik同相位,則判別為I母線上發(fā)生了短路故障。在圖4-5(a)接線中,差動繼電器KD中的電流為： (b) (a) (c) (a) 原理接線圖; (b), (c) 相量關(guān)系圖4-5 母聯(lián)電流與短路電流相位比較所以電流Ik的相位就是短路電流IK的相位,并且KD動作時,即表示I母線或II母線發(fā)生了短路故障。1KW,2KW是故障母線的選擇元件,進行I5與Ik的相位比較。當(dāng)與同時從1KW的兩個繞組的同極性端流進時,1KW處于動作狀態(tài),對2KW處,從同極性端流出,處于不動作狀態(tài)；當(dāng)-與同時從2KW的兩個繞組的同極性端流進時,2KW處于動作狀態(tài),對1KW處, -從同極性端流出,處于不動

43、作狀態(tài)。由以上分析可見,KD,1KW動作時,判別為I母線短路故障；KD,2KW動作時,判別為II母線上發(fā)生了短路故障。4.3.2 電流差動保護配置的整定（一）差電流起動元件整定差電流起動元件的動作電流滿足兩個整定條件：（1）按躲開母線外部的最大不平衡電流整定，即： 可靠系數(shù)，取1.3。 電流互感器變比誤差，取0.1 非周期分量系數(shù)，一般電流繼電器取1.52。 母線差動保護外部短路時流過的最大短路電流。 由于起動元件采用BCH2型差動繼電器，故取=1，=0.1，=1.3。起動電流： 二次電流為： BCH2型差動匝數(shù)為： 取Wcd=3匝，=16A。由于母線保護用110kV系統(tǒng)中，故BCH2短路線匝為BB。 起動元件靈敏度計算： ，滿足要求。（2）電壓閉鎖元件 三個相間電壓元件的動作電壓按躲開正常運行的最底電壓整定，由于母線短