自動裝置設(shè)計

1、湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文220KV電力系統(tǒng)繼電保護和自動裝置設(shè)計學(xué)生姓名：王為平專 業(yè)：機電一體化班 級：09322班指導(dǎo)老師：李 果2012年5月24日目 錄摘要11、前言22.、電力系統(tǒng)繼電保護和自動裝盟的配置3（1）線路繼電保護配置3（2）自動重合閘的配置4（3）微機保護裝置簡介63.、系統(tǒng)運行方式的制定和變壓器中性接點的選擇8（1）系統(tǒng)運行方式的制定8（2）變壓器中性接地點的選擇104、系統(tǒng)最大負(fù)荷的分布計算11（1）系統(tǒng)中各組件的主要參數(shù)11（2）系統(tǒng)潮流分布估算185、 計算短路電流18（1）正序、負(fù)序、零序等值阻抗圖18（2）短路電流計算結(jié)果196. 繼電保護裝置的整定計

2、算及校驗19（1）高頻保護的整定計算原則19（2）距離保護的整定計算原則21（3）零序電流保護的整定計算原則21 設(shè)計結(jié)論22謝辭24參考文獻與附錄2525220KV電力系統(tǒng)繼電保護和自動裝置設(shè)計摘 要自動、迅速、有選擇性地將故障組件從電力系統(tǒng)中切除,使故障組件免于繼續(xù)遭到破壞并保證其它無故障部分迅速恢復(fù)正常運行,是保證電力系統(tǒng)安全運行的最有效方法之一,選擇220kV電力系統(tǒng)繼電保護和自動裝置的設(shè)計時須遵循其原則。 Automatic, rapid, selectively fault components from the power system fault components from

3、 resection, to continue to destroy and ensure that no other fault parts rapidly restored to normal operation, guarantee the safe operation of the power system is one of the most effective methods, selection of 220kV power system relay protection and automatic device design should follow its principl

4、es.1. 前言電力工業(yè)對我國社會主義建設(shè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活的影響很大，因此，提高電力系統(tǒng)運行的可靠性，保證安全發(fā)電、供電，是從事電力事業(yè)人員的重要任務(wù)。電力系統(tǒng)在運行中可能發(fā)生各種故障或出現(xiàn)不正常運行狀態(tài)，從而在電力系統(tǒng)中引起事故，故障一旦發(fā)生，能迅速而有選擇性地切除故障組件，是保證電力系統(tǒng)安全運行的最有效方法之一，繼電保護裝置就能滿足這個要求。繼電保護裝置是當(dāng)電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備發(fā)生故障或出現(xiàn)不正常工作情況時，作用于斷路器使其跳閘或發(fā)出某種信號的一種自動裝置，它有以下基本功能：（1）自動、迅速、有選擇性地將故障組件從電力系統(tǒng)中切除，使故障組件憑于繼續(xù)遭到破壞并保證其它無故障部分迅速恢復(fù)正

5、常運行。（2）反應(yīng)電氣組件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護的條件而動作、發(fā)出信號、減負(fù)荷或跳閘。選擇保護方式時，希望能全面滿足可靠性，選擇性，靈敏性和速動性的要求，當(dāng)同時滿足四個基本要求有困難時，根據(jù)電力系統(tǒng)的具體悄況，在不影響系統(tǒng)安全運行的前提下，可以降低某一方面的要求。設(shè)計各種電氣設(shè)備（發(fā)電機、變壓器、母線和線路等）的保護時，應(yīng)綜合考慮以下情況，即電氣設(shè)備和電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點和運行特性，故障出現(xiàn)的概率及可能造成的后果，電力系統(tǒng)的近期發(fā)展情況，經(jīng)濟上的合理性，國內(nèi)、外的成熟經(jīng)驗。選用的保護方式要滿足電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和廠、站主接線的要求，并應(yīng)考慮電力系統(tǒng)和廠、站運行方式的靈活性。2. 電力系統(tǒng)繼電

6、保護和自動裝盟的配置（1）線路繼電保護配置保護方式的選擇對電力系統(tǒng)的安全運行有直接的影響。選擇保護方式時，在滿足繼電保護“四性”要求的前提下，應(yīng)力求采用簡單的保護裝置來達到系統(tǒng)提出的要求，只有當(dāng)簡單的保護不能滿足要求時，才采用較復(fù)雜的保護。水利電力部頒發(fā)的繼電保護和安全自動裝置枝術(shù)規(guī)程規(guī)定，對110220kV、中性點直接接地電網(wǎng)中的線路，應(yīng)裝置反應(yīng)接地短路和相間短路的保護。該規(guī)程又規(guī)定，電力設(shè)備和線路的短路保護應(yīng)有主保護和后備保護，必要時可再增設(shè)輔助保護。在110220kV中性點直接接地的電網(wǎng)中，線路的相間短路保護及單相接地短路保護均應(yīng)動作于斷路器使其跳閘。在下列情況下，應(yīng)裝設(shè)全線任何部分短路

7、時均能速動的保護裝置：根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定要求有必要時；線路發(fā)生三相短路故障，使廠用電或重要用戶母線電壓低于額定電壓的60%，且其保護不能無時限和有選擇地切除短路故障時；若某些線路采用全線速動保護能顯著簡化電力系統(tǒng)保護，并提高保護的選擇性、靈敏性和速動性時。規(guī)程規(guī)定，ll0kV線路的后備保護宜采用遠(yuǎn)后備方式；220kV線路則宜采用近后備方式，如能實現(xiàn)遠(yuǎn)后備方式時，則宜采用遠(yuǎn)后備方式或同時采用遠(yuǎn)、近后備結(jié)合的方式。220kV線路的保護可按以下原則配置。對于單側(cè)電源單回路線路，可裝設(shè)三相多段式電流電壓保護作為相間短路的保護。但若不能滿足靈敏度要求，則應(yīng)裝設(shè)多段式距離保護。對于接地短路，宜裝設(shè)帶方向性組件或

8、不帶方向性組件的多段式零序電流保護，對某些線路，若裝設(shè)帶方向性接地距離保護可以明顯改善整個電力系統(tǒng)接地保護性能時，可裝設(shè)接地距離保護，并輔之以多段式零序電流保護。對于雙電源單回路線路，可裝設(shè)多段式距離保護，若不能滿足靈敏度和速動性要求時，則應(yīng)加裝高頻保護作為主保護，把多段式距離保護作為后備保護。在正常運行方式下，若保護安裝處短路且無時限電流速斷保護裝置能夠動作時，可裝設(shè)此種保護作為輔助保護。根據(jù)規(guī)程規(guī)定和系統(tǒng)的具體情況，選擇220k/V線路保護時作了如下考慮：由于本系統(tǒng)允許切除故障的時間為0.ls，為保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定，當(dāng)220kV輸電線路任何地點發(fā)生短路故障時，繼電保護切除故障線路的時間都必須

9、小于0.ls，因而，凡是不能在0.ls內(nèi)切除全線路故障的保護裝置都不宜作為主保護?；谶@種考慮，對雙電源供電的單回路線路和環(huán)網(wǎng)內(nèi)的線路，宜采用高頻保護作為主保護。具體而言，環(huán)網(wǎng)內(nèi)的線路AB、AE、BE，雙電源供電線路的CD線、DE線、EF線、FG線、GH線均采用高頻保護作為主保護。后備保護采用距離保護作為相間短路保護，零序電流保護作為接地短路保護，對單側(cè)電源的輻射線路HI線可按線路-變壓器組考慮，從而可以采用較簡單的保護，因此.對線路扣可選用距離保護作為相間短路保護，零序電流保護作為接地短路保護。（2）自動重合閘的配置在電力系統(tǒng)的故障中，大多數(shù)是送電線路特別是架空線路)的故障。運行經(jīng)驗表明，架

10、空線路故障大都是瞬時性”的，在線路被斷開以后再進行一次合閘能大大提高供電的可靠性。為此，在電力系統(tǒng)中采用了自動重合閘(縮寫為ZCH)。即當(dāng)斷路器跳閘以后，這種裝置能夠自動地將斷路器重新合閘。在電力系統(tǒng)中采用重合閘的技術(shù)經(jīng)濟效果，主要地可歸納如下：大大提高供電的可靠性，減少線路停電的次數(shù).特別是對單側(cè)電源的單回線路尤為顯著；在高壓輸電錢路上采用重合閘，可以提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性；在電網(wǎng)的設(shè)計與建設(shè)過程中，有些情況下由于考慮重合閘的作用，可以暫緩架設(shè)雙回線路，以節(jié)約投資；對斷路器本身，由于機構(gòu)不良或繼電保護誤動作而引起的誤跳閘，也能起糾正作用。采用重合閘以后，當(dāng)重合于永久性故障上時，它也將帶

11、來一些不利的影響，如：使電力系統(tǒng)又一次受到故障的沖擊；使斷路器的工作條件變得更加嚴(yán)重，因為它要在很短的時間內(nèi)，連續(xù)切斷兩次短路電流。自動重合閘裝置應(yīng)按下列規(guī)定裝設(shè)：在lkV及以上的架空線路和電纜與架空的混合線路中，當(dāng)具有斷路器時，應(yīng)裝設(shè)自動重合閘裝置；旁路斷路器和兼作旁路的母線聯(lián)絡(luò)斷路器或分段斷路器，宜裝設(shè)自動重合閘裝置；低壓側(cè)不帶電源的降壓變壓器，應(yīng)裝設(shè)自動重合閘裝置；必要時母線可裝設(shè)自動重合閘裝置。各種自動重合閘裝置中，綜合重合閘為較先進的一種。本設(shè)計采用微機保護裝置，系統(tǒng)中所有線路均裝設(shè)綜合重合閘。綜合重合閘的一些基本原則：單相接地短路時跳開單相，然后進行單相重合，如重合不成功則跳開三相

12、而不再進行重合。各種相間短路時跳開三相，然后進行三相重合，如重合不成功.仍跳開三相，面不再進行重合。當(dāng)選相組件拒絕動作時，應(yīng)能跳開三相并進行三相重合。對于非全相運行中可能誤動作的保護，應(yīng)進行可靠的閉鎖，對于在單相接地時可能誤動作的相間保護，應(yīng)有防止單相接地誤跳三相的措施。當(dāng)一相跳開后重合閘拒絕動作時，為防止線路長期出現(xiàn)非全相運行，應(yīng)將其它兩相自動斷開。任意兩相的分相跳閘繼電器動作后，應(yīng)聯(lián)跳第三相，使三相斷路器均眺閘。無論單相或三相重合閘，在重合不成功之后，均應(yīng)考慮能加速切除三相.即實現(xiàn)重合閘后加速。在非全相運行過程中，如又發(fā)生另一相或兩相的故障，保護應(yīng)能有選擇性地予以切除，上述故障如發(fā)生在單相

13、重合閘的脈沖發(fā)出以前，則在故障切除后能進行三相重合。如發(fā)生在單相重合閘脈沖發(fā)出以后，則切除三相不再進行重合。對空氣斷路器或液壓傳動的油斷路器，當(dāng)氣壓或液壓低至不允許實行重合閘時，應(yīng)將重合閘回路自動閉鎖，但如果在重合閘過程中下降到低于允許值時，則應(yīng)保證重合閘動作的完成。在綜合重合閘的接線中，應(yīng)考慮能實現(xiàn)綜合重合閘、只進行單相重合閘或三相重合閘以及停用重合閘的各種可能性。線路配置：主保護采用方向高頻；后備保護距離保護作為相間短路保護，零序電流保護作為接地短路保護。（3）微機保護裝置簡介本系統(tǒng)采用WXB-15型微機高壓線路保護裝置。WXB-l5型系列裝置是使用硬件實現(xiàn)的成套微機高壓線路保護裝置，適用

14、于110kV500kV各電壓等級的輸電線路。主保護為快速方向高頻保護。WXB-15型微機方向高頻保護的推出，為同一回路配置相同硬件不同原理的雙套主保護提供了可能。a. 本裝置硬件特點采用了多單片機并行工作的硬件結(jié)構(gòu)，裝置設(shè)置了四個硬件完全相同的CPU插件，每個插件獨立完成一種保護功能。采用電壓頻率轉(zhuǎn)換原理構(gòu)成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它具有工作穩(wěn)定、精度高、接口簡單和調(diào)試方便等優(yōu)點。跳閘出口回路采用三取二方式，提高了整套保護裝置的可靠性。采用液晶顯示、菜單操作、使人機對話更加簡單、靈活。 具有RS232接口，可將全站微機保護就地聯(lián)網(wǎng)。保護配置示意圖如表2.4所示。表2.4 保護配置示意圖CPUCPU1CP

15、U2CPU3CPU4 保護功能型號高頻距離高頻零序高頻負(fù)序方向高頻相間距離接地距離零序綜重WXB-15WXB-15Ab. 各種保護配置及其特點快速方向高頻保護它是由突變量方向組件、零序和負(fù)序方向組件完成的快速方向高頻保護構(gòu)成WXB-l5系列微機保護裝置的主保護，由CPU1實現(xiàn)保護功能，可選用允許式或閉鎖式。突變量方向組件具有明確的方向性且動作迅速。距離保護它是由三段式相間距離和接地距離構(gòu)成的距離保護作為各套保護的基本配置，由CPU，實現(xiàn)。用于切除出口短路故障的快速I段的距離組件動作時間不大于llms，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生第一次故障時，采用電壓記憶保證方向性。若在振蕩期間發(fā)生故障，剛采用負(fù)序方向組件把關(guān)，

16、僅在出口完全三相對稱短路時采用偏移特性。阻抗特性采用四邊形特性。零序保護零序保護由CPU3實現(xiàn)，由四段全相運行時的零序保護和兩段非全相運行時的不靈敏段零序保護構(gòu)成。裝置設(shè)置了3U0零序保護突變量閉鎖組件，以防止CT斷線時零序保護誤動。綜合重合閘綜合重合閘由CPU.實現(xiàn)，設(shè)有單重、三笪、綜重和停用四種方式，裝置還設(shè)有M、N、P端子，以供外部不能選相的保護經(jīng)本裝置綜重的選相組件選相跳閘。本裝置各套保護均設(shè)有獨立的選相組件，由相電流差突變量選相組件及阻抗選相組件來實現(xiàn)。綜重的選相組件僅供外部無選相能力的保護經(jīng)本裝置出口處時使用。c. 主要技術(shù)數(shù)據(jù)額定數(shù)據(jù) 直流電壓：220V或110V (訂貨注明)交

17、流電壓：相電壓：100/V開口電壓：100V交流電流：5A或lA （訂貨注明）頻率：50Hz整定范圍 距離組件：0.0599.9電流組件：0.05A99.9A 時詞組件：保護跳閘時間：接地故障為0l2s；相間故障為04.5s（其它為015.9s)。精確工作范圍距離組件：精確工作電壓0. 5V；.精確工作電流(0.120)In或(0.240) In。零序方向組件，最小動作電壓2V（固定）；最小動作電流<0.1In。突變量方向組件：最小動作電壓4V；最小動作電流0.3In。3. 系統(tǒng)運行方式的制走和變壓屋中性揍地虎的選擇（1）系統(tǒng)運行方式的制定在選擇保護方式及進行整定計算時，都必須考慮系統(tǒng)運

18、行方式變化帶來的影響，所選用的保護方式應(yīng)在各種運行方式下，都能滿足選擇性和靈敏性的要求。對過量保護來說，通常都是根據(jù)系統(tǒng)最大運行方式來確定保護的整定值，以保證選擇性，因為只要在最大運行方式下能保證選擇性，在其它運行方式下也一定能保證選擇性。靈敏度的校驗應(yīng)根據(jù)最小運行方式來進行，因為只要在最小運行方式下，靈敏度符合要求，在其它運行方式下，靈敏度也一定滿足要求，對某些保護(如電流電壓聯(lián)鎖速斷保護和電流速斷保護)，在整定計算時還要按正常運行方式來決定動作值或計算靈敏度。a. 最大運行方式根據(jù)系統(tǒng)最大負(fù)荷的需要，電力系統(tǒng)中的發(fā)電設(shè)備都投入運行(或大部分投入運行)且選定的接地中性點全部接地的系統(tǒng)運行方式

19、稱為最大運行方式。對繼電保護來說，是短路時通過保護的短路電流最大的運行方式。b. 最小運行方式根據(jù)系統(tǒng)最小負(fù)荷，投入與之相適應(yīng)的發(fā)電設(shè)備，且系統(tǒng)中性點只有少部分接地的運行方式為最小運行方式。在有水電廠的系統(tǒng)中，要考慮水電廠運行受水能狀態(tài)限制的運行方式。對繼電保護來說，是短路時通過保護的短路電流最小的運行方式。c. 正常運行方式根據(jù)系統(tǒng)正常負(fù)荷的需要，投入與之相適應(yīng)數(shù)量的發(fā)電機、變壓器和線路的運行方式稱為正常運行方式。這種運行方式在一年內(nèi)的運行時間最長。規(guī)定下列運行方式：I：電廠A、H、D、B所有機組和變壓器均投入運行。A系統(tǒng)、D系統(tǒng)按最大容量發(fā)電，選定的接地中性點全部接地，環(huán)網(wǎng)閉環(huán)運行。I1：

20、在I基礎(chǔ)上AE停運；I2：在I基礎(chǔ)上BE停運：I3：在I基礎(chǔ)上AB停運；II：電廠B、D、H停一半機組，I、II系統(tǒng)按最小容量發(fā)電，電廠A停1×100和1×50機組，調(diào)相機停一半，各站變壓器均停一半（按與電廠容量配合原則）閉環(huán)運行。II1：在II基礎(chǔ)上A停運。線路運行方式如表2.5所示。表2.5 線路的運行方式示意線 路名稱最大運行方式最小運行方式A BA側(cè)保護： I2 B側(cè)：I1IIA EA側(cè)： I2 E側(cè)：I3IIB EB側(cè)： I1 E側(cè)：I3IIC DIIID EIIIE FIIIF GIIIG HIIIH IIII （2）變壓器中性接地點的選擇大接地系統(tǒng)發(fā)生接地短路

21、時，零序電流的大小與分布和變壓器中性接地點的數(shù)目與位置有密切的關(guān)系，中性接地點的數(shù)目越多，意味著系統(tǒng)零序總阻抗越小，零序電流越大，中性接地點的位置不同，則意味著零序電流的分布不同。通常，變壓器中性接地位置和數(shù)目按以下兩個原則考慮：一是使零電流保護裝置在系統(tǒng)的各種運行方式下保護范圍基本保持不變，且具有足夠的靈敏度和可靠性；二是不使變壓器承受危險的過電壓，為此，應(yīng)使變壓器中性點接地數(shù)目和位置盡可能保持不變。變壓器中性接地點的位置和數(shù)目的具體選擇原則如下：a. 對單電源系統(tǒng)，線路末端變電站的變壓器一般不應(yīng)接，這樣可以提高線路首端零序電流保護的靈敏度。b. 對多電源系統(tǒng)，要求每個電源點都有一個中性點接

22、地，以防接地短路的過電壓對變壓器產(chǎn)生危害。c. 當(dāng)一個變電站有多臺變壓器運行時，應(yīng)將一部分變壓器中性點接地，另一部分不接地。這樣，當(dāng)接地運行的變壓器檢修停運時，不接地變壓器可以接地運行，從而使接地點的數(shù)目和位置相對不變。d. 對有三臺以上變壓器的220kV或110kV雙母線運行的發(fā)電廠，一般按兩臺變壓器中性點直接接地運行，并把它們分別接于兩組不同母線上，當(dāng)其中一臺中性點接地變壓器停用時，將另一臺不接地的變壓器的中性點直接接地。系統(tǒng)中HI線路屬于單電源供電，其線路末端變壓器不接地。調(diào)相機35kV側(cè)變壓器中的性點不接地，除此之外，變壓器均采用部分接地方式，一臺變壓器中性點接地，另一臺變壓器中性點不

23、接地。變壓器中性點接地情況如表2.6所示。表2.6 變壓器中性點接地情況表變 電 站 名 稱ABDEFGHI變壓器臺數(shù)42222221220kV側(cè)中性點接地變壓器臺數(shù)211111104. 系統(tǒng)最大負(fù)荷的潮流分布（1）系統(tǒng)中各組件的主要參數(shù)計算系統(tǒng)中各組件的參數(shù)標(biāo)么植時，取基準(zhǔn)視在功率SR=100MVA，基準(zhǔn)電壓UR=UaN=230kV，其準(zhǔn)電流IR=SR/UR=0.251kA，基準(zhǔn)電抗XR=U/SR=2302/100=529。a. 發(fā)電機及等值系統(tǒng)的參數(shù)表2.7 發(fā)電機及等值系統(tǒng)的參數(shù)電機或系統(tǒng)名稱電廠及系統(tǒng)的總?cè)萘?MVA每臺機額定功率P/MVA額定電壓Ue/KV定額功率因數(shù)cos正序電抗負(fù)

24、序電抗最大最小%標(biāo)么值%標(biāo)么值A(chǔ)廠3001502×1002×5010.50.800.8518.3312.390.1560.198240.1900.2419B廠80404×2010.50.8015.10.6040.8758D廠2001002×10010.50.8518.330.1560.190H廠2501252×12513.80.8521.50.1460.178I 系統(tǒng)800.5241150.850.27(0.524)0.3294(0.639)II 系統(tǒng)2001502300.850.31(0.35)0.3782(0.427)E站60302

25、5;301118.70.62318.50.617F站60302×301118.70.62318.50.617注 表中，括號內(nèi)的數(shù)據(jù)為最小運行方式時的電抗標(biāo)么值。負(fù)序電抗按下列情況計算：對水電廠（B）的發(fā)電機，X2=1.45Xd，對系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機（A、C、H、D）和I、II系統(tǒng)，X2=1.22Xd。計算舉例：對凝汽式火電廠A、機組容量Sel=50/0.8=62.5MVA，Se2=100/0.85=117.647MVA。2×50MW的機組：正序電抗xd=12.39，折合到230kV的基準(zhǔn)值正序的標(biāo)么電抗值為XF1=×=×=0.19824負(fù)序電抗標(biāo)么值為X2

26、=1.22×0.19824=0.24192×100MW的機組：正序電抗xd=18.33，折合到230kV的基準(zhǔn)值正序電抗標(biāo)么值為XF2×=×=0.156負(fù)序電抗標(biāo)么值為X2=1.22×0.156=0.190對B，一有多年調(diào)節(jié)水庫的梯級電站，機組容量Se=20/0.8=25MVA。正序電抗xd=15.1，折合到230kV的基準(zhǔn)值正序電抗標(biāo)么值為XF3×=×=0.604對I等值系統(tǒng)：最大容量Smax=80MVA，對應(yīng)的正序電抗標(biāo)么值X1-1-max=0.27。負(fù)序電抗標(biāo)么值為X1-2-max=1.22×0.27=0.3

27、294。最小容量Smin=40MVA，對應(yīng)的正序電抗標(biāo)么值為X1-1-min=0.524。負(fù)序電抗標(biāo)么值為X1-2-min=1.22×0.524=0.639.對E站同期調(diào)相機，其容量Se=30MVA，正序電抗X=18.7，正序電抗標(biāo)么值為XF4×=×=0.623負(fù)序電抗X=18.5，折合到230kV的基準(zhǔn)值負(fù)序電抗標(biāo)么值為 X2=×=0.617b. 變壓器的參數(shù)及計算舉例閘管變流設(shè)備一般都是通過變壓器與電網(wǎng)連接的，因此其工作頻率為工頻初級電壓即為交流電網(wǎng)電壓。經(jīng)過變壓器的耦合，晶閘管主電路可以得到一個合適的輸入電壓，是晶閘管在較大的功率因數(shù)下運行。變流主

28、電路和電網(wǎng)之間用變壓器隔離，還可以抑制由變流器進入電網(wǎng)的諧波成分，減小電網(wǎng)污染。在變流電路所需的電壓與電網(wǎng)電壓相差不多時，有時會采用自耦變壓器；當(dāng)變流電路所需的電壓與電網(wǎng)電壓一致時，也可以不經(jīng)變壓器而直接與電網(wǎng)連接，不過要在輸入端串聯(lián)“進線電抗器”以減少對電網(wǎng)的污染。變壓器的參數(shù)計算之前，應(yīng)該確定負(fù)載要求的直流電壓和電流，確定變流設(shè)備的主電路接線形式和電網(wǎng)電壓。先選擇其次級電壓有效值U2，U2數(shù)值的選擇不可過高和過低，如果U2 過高會使得設(shè)備運行中為保證輸出直流電壓符合要求而導(dǎo)致控制角過大，使功率因數(shù)變??；如果U2過低又會在運行中出現(xiàn)當(dāng)=min時仍然得不到負(fù)載要求的直流電壓的現(xiàn)象。通常次級電壓

29、、初級和次級電流根據(jù)設(shè)備的容量、主接線結(jié)構(gòu)和工作方式來定。由于有些主接線形式次級電流中含有直流成分，有的又不存在，所以變壓器容量（視在功率）的計算要根據(jù)具體情況來定。變壓器次級相電壓U2的計算整流器主電路有多種接線形式，在理想情況下，輸出直流電壓Ud 與變壓器次級相電壓U2有以下關(guān)系d UV B U K U K 2 = （5.39）其中KUV為與主電路接線形式有關(guān)的常數(shù)；KB為以控制角為變量的函數(shù)，設(shè)整流器在控制角=0和控制角不為0 時的輸出電壓平均值分別為Ud0和Ud，則KUV= Ud0/ U2，KB=Ud/Ud0。在實際運行中，整流器輸出的平均電壓還受其它因素的影響，主要為：電網(wǎng)電壓的波動

30、。一般的電力系統(tǒng)，電網(wǎng)電壓的波動允許范圍在+5%10%，令為電壓波動系數(shù)，則在0.91.05 之間變化，這是選擇U2的依據(jù)之一?？紤]電網(wǎng)電壓最低的情況，設(shè)計中通常取=0.90.95。整流組件（晶閘管）的正向壓降。在前面對整流電路的分析中，沒有考慮整流組件的正向壓降對輸出電壓的影響，實際上整流組件要降掉一部分輸出電壓，設(shè)其為UT。由于整流組件與負(fù)載是串聯(lián)的，所以導(dǎo)通回路中串聯(lián)組件越多，降掉的電壓也就越多。令整個回路組件串聯(lián)個數(shù)為nS，如半波電路nS=1；橋式電路nS=2。如果橋臂上有組件串聯(lián)，nS也要做相應(yīng)的變動。這樣由于整流組件降掉的電壓為nSUT。直流回路的雜散電阻。滯留回路中，接線端子、引

31、線、熔斷器、電抗器等都具有電阻，統(tǒng)稱雜散電阻。設(shè)備工作時會產(chǎn)生附加電壓降，記為U，在額定工作條件下，一般U 占額定電壓的0.2%0.25%。換相重疊角引起的電壓損失。由前面對整流電路的分析可知，換相重疊角引起的電壓降Ud由交流回路的電抗引起，可由整流變壓器漏抗XS表示。由前面的分析可知，變壓器漏抗主要與變壓器的短路電壓百分比uk%，有關(guān)。不同容量的變壓器其短路電壓百分比也不一樣，通常為：容量小于100KVA的變壓器uk%取5；容量在1001000KVA范圍時，uk%在57之間選取；容量大于1000KVA，uk%的取值范圍為710。Ud可由以下公式計算，對于n 相半波電路，對n 相橋式電路單相橋

32、式整流與單相雙半波整流電路相同，取n=2。整流變壓器電阻的影響。交流電壓損失受負(fù)載系數(shù)的影響，假定功率因數(shù)為1，則交流電壓的損失（可認(rèn)為由變壓器引起的交流電壓降）Ua為由其引起的整流輸出電壓的壓降為考慮上述所有因素，整流電路的直流輸出電壓應(yīng)為將有關(guān)各量代入并整理后可得次級相電壓有效值的計算公式為式（5.44）中的KX叫做換相電壓降系數(shù)，對換相壓降有影響，它與電路的接線形式有關(guān)，當(dāng)電路為n相半波整流時當(dāng)為n 相橋式整流時，變壓器次級相電流有效值I2的計算一般的工業(yè)生產(chǎn)用晶閘管設(shè)備的負(fù)載都為電感性的，負(fù)載電流基本上是直流，因而晶閘管電流為方波。變壓器的各相繞組與一個（半波）或兩個（橋式）晶閘管連接

33、，所以變壓器次級電流也為方波，其有效值I2與負(fù)載電流Id成正比關(guān)系，比例系數(shù)決定于電路的接線形式，所以如果負(fù)載為電阻性，則負(fù)載電流、晶閘管電流和變壓器次級電流都不是方波，不能采用上式計算，要通過電路分析求取電流的方均根值。如果是電動機負(fù)載，式（5.45）中的Id應(yīng)取電動機的額定電流而不是堵轉(zhuǎn)電流，因為堵轉(zhuǎn)電流僅出現(xiàn)在啟動后的很短的一段時間，這段時間變壓器過載運行是允許的。變壓器次級相電流有效值I1的計算整流變壓器的初、次級電流都是非正弦波，對于不同的主電路接線形式兩者的關(guān)系是不一樣的。主電路為橋式接線時變壓器次級繞組電流中沒有直流分量，初、次級電流的波形相同，其有效值之比就是變壓器的變比Kn。

34、在半波電路中，變壓器的次級電流是單方向的，包含著直流分量Id2和交流分量Ia2，i2= id2+ ia2，而直流成分是不能影響初級電流i1的。i1僅與ia2有關(guān)，i1= ia2/Kn?，F(xiàn)以三相半波電路為例說明初級電流的計算方法。設(shè)負(fù)載為電感性，電感量足以消除負(fù)載電流的波動，i2的波形如圖5-11 所示。次級電流的有效值為/ 3 2 d I = I ，次級電流中的直流成分為/ 3 d 2 d I = I ，根據(jù)電路理論，次級電流中的交流成分有效值為初級電流與次級交流電流之間成正比關(guān)系，為當(dāng)變比為1時，I1與Ia2之間的關(guān)系稱為網(wǎng)側(cè)電流變換系數(shù)KI1，I1可表示為變壓器容量的計算變壓器的容量即變壓

35、器的視在功率，對于繞組電流中含有直流成分的變壓器，由于初、次級的電流有效值之比不是變壓器的變比，而兩側(cè)的電壓之比卻為變比，所以初級和次級的容量是不同的。設(shè)變壓器初級容量為S1、次級容量為S2；初級和次級的相數(shù)分別為n1和n2，初、次級容量的計算公式分別為變壓器的等效容量為初、次級容量的平均值，為c. 輸電線路的參數(shù)及計算舉例d. 電流互感器和電壓互感器變化電壓互感器是一種可以將高電壓變?yōu)榈碗妷?，用于測量和保護回路中，我國規(guī)定PT的二次電壓為100V,一次電壓根據(jù)實際需要進行選擇。其實PT也就相當(dāng)于一個降壓變壓器的作用，由于在出廠時已經(jīng)進行了封裝，因此生產(chǎn)出的成品其變比是固定的，不可改變的，變比

36、也就是一二次線圈匝數(shù)之比。N1/N2=U1/U2(N-匝數(shù)，U-電壓)。（2）系統(tǒng)潮流分布估算為了確定各線路的最大負(fù)荷電流并選擇電流互感器的變化，應(yīng)計算系統(tǒng)在最大開機情況下的潮流分布。為了簡便，不計線路損耗。潮流分布計算結(jié)果如表2.8所示。表2.8 系統(tǒng)潮流分布和L1變比的選擇線路名稱最大開機情況下的潮流分布/MVA最大負(fù)荷電流/kAL1的變化nLA B160+j112.9490.492600/5A E228+j175.0920.7221 200/5B E228+j175.0920.7221 200/5D C30+j18.6430.089600/5D E170+j105.3060.502600

37、/5E F170+j120.0640.522600/5G F30j5.0640.076600/5H G17+j104.9360.501600/5H I80+j500.237600/5注：表中線路名稱的第一個字母表示送端，如線路HI表示功率的方向從H變電站送到I變電站。5. 短路電流的計算（1）正序、負(fù)序、零序等值阻抗圖根據(jù)系統(tǒng)中各組件參數(shù)計算結(jié)果和變壓器中性點接地的情況，本系統(tǒng)的正序等值阻抗圖如圖2.7所示。圖2.7 正序等值阻抗圖（2）短路電流計算結(jié)果短路電流計算主要對各線路在最大、最小運行方式下的短路進行計算。短路類型分為三相短路、二相短路、二相短路接地和單相短路接地。為了校驗零序I段的保

38、護范圍，在各線路中點短路，然后求此線路在單相短路接地，兩相短路接地時流過保護的零序電流。此外，還有距離保護和零序電流保護最大、最小分支系數(shù)的求取，求取時需要針對具體保護，考慮開機情況及斷線與否，不考慮聯(lián)絡(luò)線的斷線問題（聯(lián)絡(luò)線斷開，則系統(tǒng)分裂為兩個獨立的部分）。短路電流計算結(jié)果如表2.9 所示（表中KK=0.5，表示保護線路中點短路保障）。表2.9 線路AB的短路電流計算結(jié)果 保護側(cè) 故障點 序 短 電運行方式 路電流 流流過B側(cè)保護的電流/kA流過A側(cè)保護的電流/kAA母線故障KK=0.5B母線故障KK=0.5Id·1Id·2Id·33Id·0Id

39、83;1Id·2Id·33Id·0最大運行方式d（3）2.0542.6766d（2）1.0271.0271.33831.3383d（1）0.67870.67870.83621.37070.65550.65552.25823.1785d（1.1）1.36330.69030.82911.17321.59741.07921.78482.6619最小運行方式d（3）1.13101.5133d（2）0.56550.56550.75660.7566d（1）0.42990.42990.53291.02230.47120.47121.62152.3121d（1.1）0.81560

40、.31540.61991.00650.97760.53561.52122.27656. 繼電保護裝置的整定計算及校驗（1）高頻保護的整定計算原則系統(tǒng)中發(fā)生故障時，高頻保護將某種電量（簡稱判別量）轉(zhuǎn)換為高頻電波，再借助于通常傳給對側(cè)，然后，線路每一側(cè)按照對側(cè)與本側(cè)判別量之間的關(guān)系來判斷區(qū)內(nèi)或區(qū)外故障。由于選取的判別量不同，判別量的傳送方式和采用信道的情況不同，出現(xiàn)了各種型號的高頻保護裝置。目前廣泛采用的高頻保護按其工作原理的不同可以分為兩大類，即方向高頻保護和相差高頻保護。方向高頻保護的原理是比較被保護線路兩端的功率方向；相差高頻保護的原理是比較兩端電流的相位，本系統(tǒng)采用方向高頻保護。高頻保護要

41、以兩側(cè)判別量之間的關(guān)系來判斷故障的性質(zhì)，因此，線路兩側(cè)的高頻保護相當(dāng)于一個整體，必須同時運行。為了使保護具有良好的動作特性，要求線路兩側(cè)電流互感器的變比和型號相同，兩側(cè)保護的型號相同，保護裝置的整定值也相同。高頻負(fù)序功率方向保護的原理框圖如圖2.8所示。它的主要組成組件有兩個，一個是起動組件，它在外部故障時起動發(fā)讀機；另一個是方向組件，它在正向適中時準(zhǔn)備好跳閘回路。起動組件采用反向（方向由線路指向母線）負(fù)序功率方向繼電器KA_，方向組件采用正向（方向由母線指向線路）負(fù)序功率方向繼電器KA+，為提高保護的可靠性，加裝了負(fù)序電流組件I2，在內(nèi)部故障時，KA不動作，外部故障時，近故障側(cè)的KA_動作，

42、發(fā)出高頻信號閉鎖兩側(cè)表保護，使之不跳閘。這種保護的結(jié)構(gòu)比較簡單，需進行整定計算的動作參數(shù)主要有起動組件KA_，方向組件KA+和負(fù)序電流組件I2三者的動作值，其整定辦法如下所述。圖2.8 高頻閉鎖負(fù)序功率方向保護原理框圖a. 正向負(fù)序功率組件KA+的整定采用相敏負(fù)序功率組件時，正向負(fù)序功率組件的整定可簡化為按負(fù)序電流進行計算。其整定值按下述兩條件確定并選其中較大者。保證被保護線路末端故障時有足夠的靈敏度 Idz(+)= （2.1）式中，I2min為被保護線路末端短路時，流經(jīng)本側(cè)的最小負(fù)序電源；躲開空載線路兩相先合閘時出現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)負(fù)序電容電流（I2c） Idz(+)=KkI2c·L （2.

43、2）式中，Kk為計及負(fù)序電容電流暫態(tài)過程的可靠系數(shù)，取2.53； L為被保護線路的全長，以km計。 I2c為線路一側(cè)投入電源時，由于三相觸頭不同時合閘引起的負(fù)序電容電流每公里長度的穩(wěn)態(tài)值。查表可知，線路電壓為220kV 等級，此時二相先合閘時的充電電容電流值為0.127A/km。b. 反向功率組件KA_的整定c. 負(fù)序電流組件動作電流Idz2的整定d. 校驗（2）距離保護的整定計算原則距離保護包括起動組件，阻抗測量組件，振蕩閉鎖組件，斷線閉路組件，瞬間測定組件，時間組件及邏輯組件等組成部件。距離保護的核心組件是阻抗繼電器，距離保護各段的整定計算原則。（3）零序電流保護的整定計算原則當(dāng)中性點直接

44、接地的電網(wǎng)（又稱大接地電流系統(tǒng)）中發(fā)生接地短路時，將出現(xiàn)很大的零序電流，而在正常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，就具有顯著的優(yōu)點。零序電流保護裝置：在中性點直接接地的電網(wǎng)（又稱大接地電流系統(tǒng)）中，發(fā)生線路單相接地故障時，將出現(xiàn)較大的零序電流。利用零序電流來構(gòu)成接地短路的保護裝置稱為零序電流保護裝置。常采用三段式。零序段：瞬時零序電流速斷，保護本線路全長7080。零序段：帶時限零序電流速斷，保護本線路全長及下一段線路一部分。零序段：零序過流保護，保護本線路全長及下一段線路的后備保護。 總 結(jié)本設(shè)計方案是根據(jù)有關(guān)的運行及整定條例進行的，力求達到繼電保護裝置的可靠性、選擇性、速動性、靈敏性等“四性”的要求，確保技術(shù)指標(biāo)。既要注意經(jīng)濟性，同時也要考慮到電網(wǎng)的發(fā)展。一、距離保護是反映保護安裝處到故障點距離（或阻抗），并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確定動作時間的一種保護裝置。當(dāng)短路點離保護裝置處近時，其測量阻抗小，動作時間較短，當(dāng)短路點離保護裝置處遠(yuǎn)時，其測量阻抗大，動作時間較長，這就保證了有選擇性的切除故障線路。另外，距離保護受到運行方式變化的影響較小，故作為相間故障的主保護，有足夠的靈敏性和快速性 。適用于多電源、運行方式多變化的復(fù)雜電網(wǎng)。二、高頻保護是以輸電線路載