第五章-----繼電保護(hù)裝置的選擇與整定

1、第五章 繼電保護(hù)裝置的選擇與整定前言 由于電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對繼電保護(hù)不斷提出新的要求，電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展不斷注入新的活力。未來繼電保護(hù)的發(fā)展趨勢是向計(jì)算化，網(wǎng)絡(luò)化及保護(hù)，控制，測量，數(shù)據(jù)通信一體化智能化發(fā)展。電能是一種特殊的商品,為了遠(yuǎn)距離傳送,需要提高電壓,實(shí)施高壓輸電,為了分配和使用,需要降低電壓,實(shí)施低壓配電,供電和用電。發(fā)電-輸電-配電-用電構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)系統(tǒng)。通常把由各種類型的發(fā)電廠,輸電設(shè)施以及用電設(shè)備組成的電能生產(chǎn)與消費(fèi)系統(tǒng)稱為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)在運(yùn)行中,各種電氣設(shè)備可能出現(xiàn)故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)。不正常運(yùn)行狀態(tài)是指電力系統(tǒng)中電氣元件的

2、正常工作遭到破壞,但是沒有發(fā)生故障的運(yùn)行狀態(tài),如:過負(fù)荷,過電壓,頻率降低,系統(tǒng)振蕩等。故障主要包括各種類型的短路和斷線,如:三相短路,兩相短路,兩相接地短路,單相接地短路,單相斷線和兩相斷線等。5.1 繼電保護(hù)裝置的基本要求5.1.1 繼電保護(hù)的基本知識(shí)電能是一種特殊的商品,為了遠(yuǎn)距離傳送,需要提高電壓,實(shí)施高壓輸電,為了分配和使用,需要降低電壓,實(shí)施低壓配電,供電和用電。發(fā)電-輸電-配電-用電構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)系統(tǒng)。通常把由各種類型的發(fā)電廠,輸電設(shè)施以及用電設(shè)備組成的電能生產(chǎn)與消費(fèi)系統(tǒng)稱為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)在運(yùn)行中,各種電氣設(shè)備可能出現(xiàn)故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)。不正常運(yùn)行狀態(tài)是指電力系統(tǒng)中電氣元件

3、的正常工作遭到破壞,但是沒有發(fā)生故障的運(yùn)行狀態(tài),如:過負(fù)荷,過電壓,頻率降低,系統(tǒng)振蕩等。故障主要包括各種類型的短路和斷線,如:三相短路,兩相短路,兩相接地短路,單相接地短路,單相斷線和兩相斷線等。其中最常見且最危險(xiǎn)的是各種類型的短路,電力系統(tǒng)的短路故障會(huì)產(chǎn)生如下后果:(1)故障點(diǎn)的電弧使故障設(shè)備損壞；(2)比正常工作電流大許多的短路電流產(chǎn)生熱效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng),使故障回路中的設(shè)備遭到破壞；(3)部分電力系統(tǒng)的電壓大幅度下降,使用戶的正常工作遭到破壞,影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和人們的正常生活；(4)破壞電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,引起系統(tǒng)振蕩,甚至使電力系統(tǒng)瓦解,造成大面積停電的惡性循環(huán)；故障或不正常運(yùn)行狀

4、態(tài)若不及時(shí)正確處理,都可能引發(fā)事故。為了及時(shí)正確處理故障和不正常運(yùn)行狀態(tài),避免事故發(fā)生,就產(chǎn)生了繼電保護(hù),它是一種重要的反事故措施。繼電保護(hù)包括繼電保護(hù)技術(shù)和繼電保護(hù)裝置,且繼電保護(hù)裝置是完成繼電保護(hù)功能的核心,它是能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障和不正常運(yùn)行狀態(tài),并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。繼電保護(hù)的任務(wù)是:(1)當(dāng)電力系統(tǒng)中某電氣元件發(fā)生故障時(shí),能自動(dòng),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(yùn)行。(2)當(dāng)電力系統(tǒng)中某電氣元件出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí),能及時(shí)反應(yīng)并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件發(fā)出信號(hào)或跳閘。5.1.2 繼電保護(hù)裝置的基本

5、要求：1.選擇性：是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置僅將故障元件切除，而使非故障元件仍能正常運(yùn)行，以盡量減小停電范圍。2.速動(dòng)性：是指保護(hù)快速切除故障的性能，故障切除的時(shí)間包括繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間和斷路器的跳閘時(shí)間。3.靈敏性：是指在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)，保護(hù)對故障情況的反應(yīng)能力。滿足靈敏性要求的保護(hù)裝置應(yīng)在區(qū)內(nèi)故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置與短路的類型如何，都能靈敏地正確地反應(yīng)出來。4.可靠性：是指發(fā)生了屬于它該動(dòng)作的故障，它能可靠動(dòng)作，而在不該動(dòng)作時(shí)，它能可靠不動(dòng)。即不發(fā)生拒絕動(dòng)作也不發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作。5.2 繼電保護(hù)的原理我們知道在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí),許多參量比正常時(shí)候都了變化，當(dāng)然有的變化可能明顯，有

6、的不夠明顯，而變化明顯的參量就適合用來作為保護(hù)的判據(jù)，構(gòu)成保護(hù)。比如：根據(jù)短路電流較正常電流升高的特點(diǎn)，可構(gòu)成過電流保護(hù)；利用短路時(shí)母線電壓降低的特點(diǎn)可構(gòu)成低電壓保護(hù)；利用短路時(shí)線路始端測量阻抗降低可構(gòu)成距離保護(hù)；利用電壓與電流之間相位差的改變可構(gòu)成方向保護(hù)。除此之外，根據(jù)線路內(nèi)部短路時(shí)，兩側(cè)電流相位差變化可以構(gòu)成差動(dòng)原理的保護(hù)。當(dāng)然還可以根據(jù)非電氣量的變化來構(gòu)成某些保護(hù)，如反應(yīng)變壓器油在故障時(shí)分解產(chǎn)生的氣體而構(gòu)成的氣體保護(hù)。原則上說：只要找出正常運(yùn)行與故障時(shí)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(hù)，且差別越明顯，保護(hù)性能越好。繼電保護(hù)裝置的組成： 被

7、測物理量測量邏輯執(zhí)行跳閘或信號(hào) 整定值測量元件：其作用是測量從被保護(hù)對象輸入的有關(guān)物理量（如電流，電壓，阻抗，功率方向等），并與已給定的整定值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果給出邏輯信號(hào)，從而判斷保護(hù)是否該起動(dòng)。邏輯元件：其作用是根據(jù)測量部分輸出量的大小，性質(zhì)，輸出的邏輯狀態(tài)，出現(xiàn)的順序或它們的組合，使保護(hù)裝置按一定邏輯關(guān)系工作，最后確定是否應(yīng)跳閘或發(fā)信號(hào)，并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行元件。執(zhí)行元件：其作用是根據(jù)邏輯元件傳送的信號(hào)，最后完成保護(hù)裝置所擔(dān)負(fù)的任務(wù)。如：故障時(shí)跳閘，不正常運(yùn)行時(shí)發(fā)信號(hào)，正常運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作等。5.3 繼電保護(hù)的分類5.3.1 繼電保護(hù)的分類 1.按保護(hù)對象分類為：發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)、

8、輸電線路保護(hù)、母線保護(hù)、電動(dòng)機(jī)保護(hù)、電容器保護(hù) 2. 按故障分類為：相間短路保護(hù)、匝間短路保護(hù)、接地短路保護(hù) 3. 按功能分類為：主保護(hù)、后備保護(hù)（近后備保護(hù)、遠(yuǎn)后備保護(hù)） 4. 按原理分類為：差動(dòng)保護(hù)、過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)、阻抗保護(hù)（距離保護(hù)）、零序頻率保護(hù)，瓦斯保護(hù)等5.3.2方案 本章設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是對110kV電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的配置?？梢砸罁?jù)繼電保護(hù)配置原理，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)習(xí)慣，先選擇兩套初始的保護(hù)方案，通過論證比較后認(rèn)可其中的一套方案，再對這套方案中的保護(hù)進(jìn)行確定性的整定計(jì)算和靈敏性校驗(yàn)，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(yàn)。 確定兩個(gè)

9、初始方案如下：方案1：保護(hù)對象主保護(hù)后備保護(hù)變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、瓦斯保護(hù)過電流保護(hù)，電流速斷保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)輸電線路定時(shí)限過電流保護(hù)電流速斷保護(hù)，單相接地短路方案2：保護(hù)對象主保護(hù)后備保護(hù)變壓器電流速斷保護(hù)、瓦斯保護(hù)過電流保護(hù)，電流速斷保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)輸電線路定時(shí)限過電流保護(hù)電流速斷保護(hù)，單相接地短路對于變壓器而言，它的主保護(hù)可以采用最常見的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)，用兩者的結(jié)合來做到優(yōu)勢互補(bǔ)。因?yàn)樽儔浩鞑顒?dòng)保護(hù)通常采用三側(cè)電流差動(dòng)，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(dòng)保護(hù)的保護(hù)范圍為三組電流互感器所限定的區(qū)域，從

10、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。考慮到與發(fā)電機(jī)的保護(hù)配合，所以我們用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)，不考慮用電流速斷保護(hù)。瓦斯保護(hù)主要用來保護(hù)變壓器的內(nèi)部故障，它由于一方面簡單，靈敏，經(jīng)濟(jì)；另一方面動(dòng)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(dòng)保護(hù)配合使用才能做到優(yōu)勢互補(bǔ)，效果更佳。綜上所述，方案1比較合理，方案1保護(hù)作為設(shè)計(jì)的初始保護(hù)5.4 高壓電力線路的繼電保護(hù)1.定時(shí)限過電流保護(hù)定時(shí)限過電流保護(hù)就是爆發(fā)裝置的動(dòng)作時(shí)間是按整定的動(dòng)作時(shí)間國定不變的，與故障電流大小無關(guān)。這種保護(hù)裝置的原理電路圖如圖7-16所示。當(dāng)一次電路發(fā)生時(shí)間

11、短路時(shí)，電流繼電器KA瞬時(shí)動(dòng)作，閉合其觸點(diǎn)，使時(shí)間繼電器KT動(dòng)作。KT經(jīng)過整定的時(shí)限后，其延時(shí)觸點(diǎn)閉合，使串聯(lián)的信號(hào)繼電器（電流型）KS和中間繼電器KM動(dòng)作。KS動(dòng)作后，其指示牌掉下，同時(shí)接通信號(hào)回路，給出燈光信號(hào)和音響信號(hào)。KM動(dòng)作后，接通跳閘線圈YR回路，使斷路器QF跳閘，切除短路故障。QF跳閘后，其輔助觸點(diǎn)QF1-2隨之切斷跳閘回路，以避免跳閘線圈長長時(shí)間帶電而燒壞。在短路故障切除后，繼電保護(hù)裝置除KS外的其他所有繼電器均自動(dòng)放回起始狀態(tài)。故障處理完后，KS可手動(dòng)復(fù)位。 圖5.1 定時(shí)限過電流保護(hù)裝置的原理電路圖2.電流速斷保護(hù)上述帶時(shí)限的過電流保護(hù)，由于其時(shí)限整定按階梯原則，從負(fù)荷端開

12、始向電源側(cè)逐級(jí)增加一個(gè)極差t,所以短路點(diǎn)越靠近電源處，短路電流越大，而保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間反而越長，這必然使短路電流的危害加重。為此，規(guī)定當(dāng)過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間超過0.5-0.7時(shí)，應(yīng)加裝電流速斷保護(hù)配合。3. 單相接地保護(hù) 又稱為零序電流保護(hù)，利用單相接地故障線路的零序電流較非故障線路大的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)有選擇性地跳閘或發(fā)出信號(hào)。單相接地保護(hù)必須通過零序電流互感器將一次電路發(fā)生單相接地時(shí)所產(chǎn)生的零序電流反映到其二次側(cè)的電流繼電器中去。 圖5.2 正常運(yùn)行時(shí)的中心點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)5.5 電力變壓器的繼電保護(hù)1.縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)本次設(shè)計(jì)所采用的變壓器型號(hào)均分別為：SDL-31500/110、SFSL-31500

13、/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(dú)的變壓器差動(dòng)保護(hù)，這是因?yàn)樽儔浩鞑顒?dòng)保護(hù)通常采用三側(cè)電流差動(dòng)，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(dòng)保護(hù)的保護(hù)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。所以我們用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為兩臺(tái)變壓器的主保護(hù)，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(shí)Ir=0，實(shí)際上，由于電流繼電器接線方式，變壓器勵(lì)磁電流，變比誤差等影響

14、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(dòng)保護(hù)有很多其它保護(hù)不具備的優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)大型變壓器內(nèi)部產(chǎn)生嚴(yán)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(shí)，縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)不能動(dòng)作，這時(shí)我們還需對變壓器裝設(shè)另外一個(gè)主保護(hù)瓦斯保護(hù)。圖5.3 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理示意圖2.瓦斯保護(hù)瓦斯保護(hù)主要用來保護(hù)變壓器的內(nèi)部故障，它由于一方面簡單，靈敏，經(jīng)濟(jì)；另一方面動(dòng)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(dòng)保護(hù)配合使用才能做到優(yōu)勢互補(bǔ)，效果更佳。(1)瓦斯保護(hù)的工作原理：當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)，有輕瓦斯產(chǎn)生，瓦斯繼電器KG的上觸點(diǎn)閉合，作用于預(yù)告信號(hào)；當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，重瓦斯沖出，瓦斯繼電器的下觸點(diǎn)閉合，經(jīng)中間繼電器KC作用于信號(hào)繼電器KS，發(fā)出警報(bào)信號(hào)，同時(shí)斷路器跳閘。瓦斯繼電器的下觸點(diǎn)閉合，也可利用切換片XB切換位置，只給出報(bào)警信號(hào)。(2)瓦斯保護(hù)的整定：瓦斯保護(hù)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(jìn)行整定，整定范圍為：250300cm3,一般整定在250cm3 。重瓦斯按油流速度進(jìn)行整定，整定范圍為：0.61.5m/s,一般整定在1