10KV供配電系統(tǒng)二次系統(tǒng)設(shè)計

1、 編號 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目 10KV供配電系統(tǒng)二次系統(tǒng)設(shè)計 二級學(xué)院 電子信息與自動化學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 學(xué)生姓名 XXXX 學(xué)號 指導(dǎo)教師 職稱 副教授 時 間 2014年6月4日 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 10kv供配電系統(tǒng)二次系統(tǒng)設(shè)計摘 要隨著社會生活水平的提高，日常生活中出現(xiàn)各種新型用電設(shè)備。在運行過程中都可能會發(fā)生各種各樣的故障和異常運行狀態(tài)，為了確保在保護范圍內(nèi)發(fā)生故障，都能有選擇性的快速切除故障，需要配置多種繼電保護裝置，必要時進行多重化配置。配電所作為電力系統(tǒng)的重要組成環(huán)節(jié)，不僅通過其內(nèi)部的變壓器將各級電壓的電網(wǎng)聯(lián)系起來，實現(xiàn)電壓變換、接受和分配電能、控制電

2、能的功能，并且在末端用戶與前端變電站之間發(fā)揮著橋梁紐帶的作用。配電所的正常運行對整個電力系統(tǒng)都是十分重要的，而二次系統(tǒng)能夠完成對變電所各環(huán)節(jié)的實時監(jiān)測以及控制等功能。因此，一個合理的二次系統(tǒng)設(shè)計將是變電所甚至整個電力網(wǎng)絡(luò)的安全、可靠、穩(wěn)定運行的保障。本論文以某10kv配電所二次系統(tǒng)為研究對象，首先對配電系統(tǒng)及其繼電保護進行概述，介紹了它的組成結(jié)構(gòu)；其次對系統(tǒng)的繼電保護進行設(shè)計，包括配電變壓器保護和線路保護等，計算出相應(yīng)電氣設(shè)備的繼電保護值，并對設(shè)備靈敏度進行校驗；最后對配電所二次回路進行分析總結(jié)。關(guān)鍵詞：配電系統(tǒng); 二次系統(tǒng); 繼電保護; 配電所AbstractWith the develop

3、ment of the social living standards, there are all sorts of new type of electric equipment in daily life. Electrical system possibly will break down various in the movement process and exceptionally the running status. To guarantee that the fault occurs in the extent of protection can be selectively

4、 removed fast，we need to dispose many kinds of relay protection installments when the necessity will carry on the multi-densified disposition. The distribution substation is an important component part of the power system, and it links the grid at all voltage levels through its internal transformer,

5、 achieves the function such as voltage conversion, acceptance and distribution of electric energy and control energy, and also plays an important role as a linking bridge between users and front-end transformer substation. The normal operation of the distribution substation is quite important t

6、o the entire power system, while the secondary system could complete the function of real-time monitoring and control among its chains. So a reasonable secondary system design is a security to the safe, reliable and stable operation in the substation even the entire power network. The research objec

7、t in this paper is 10kv secondary system. Firstly, it summarizes the secondary distribution system and shows us the structure of the system. Second we design the system of relay protection, including the distribution transformer protection and line protection, etc In the system all the possible shor

8、t-circuit fault analysis calculated on the basis of a conductor of electrical equipment and checking the sensitivity of equipment. At last, the paper gives an analysis of the secondary circuitKeyword：Power system, secondary system, relay protection，distribution substation II目 錄摘 要IAbstractII1緒論11.1供

9、配電系統(tǒng)11.2課題研究的意義21.3課題研究的現(xiàn)狀和發(fā)展情況21.4繼電保護概述31.5本章小結(jié)42一次系統(tǒng)設(shè)計52.1電氣主接線概述52.2主接線方案選擇52.3主接線圖62.4短路計算72.5本章小結(jié)93線路保護設(shè)計103.1線路常見故障和保護配置103.2電流保護接線方式103.3過電流保護113.4瞬時電流速度保護133.5限時電流速斷保護143.6接地保護153.7線路距離保護163.8線路整定計算193.9線路保護方案223.10本章小結(jié)234變壓器保護設(shè)計244.1變壓器故障類型和保護配置244.2變壓器縱聯(lián)差動保護254.3瓦斯保護294.4過電流保護304.5變壓器零序電流

10、保護304.6過負(fù)荷保護324.7整定計算324.8變壓器保護方案344.9本章小結(jié)355配電所的二次回路365.1.二次回路概念365.2.變配電所操作電源設(shè)計365.3.電氣測量儀表385.4.斷路器控制與信號回路395.5.自動重合裝置405.6.本章小結(jié)416結(jié)論42致 謝43參考文獻44文獻綜述46 1 緒論隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和社會科學(xué)的進步，現(xiàn)代社會是以信息技術(shù)為先導(dǎo)的知識經(jīng)濟時代，這就要求電力工業(yè)必須先行，電力工業(yè)已成為衡量一個國家綜合國力和現(xiàn)代文化水平的標(biāo)志之一。近年來我國電力工業(yè)迅猛發(fā)展，已建成并投入運行交流1000kV特高壓輸電線路、直流±800kV特高壓輸電線路

11、，達到世界領(lǐng)先水平。截至2011年年底，我國發(fā)電機裝機容量達105577萬千瓦（kW）,居世界第2位，發(fā)電量達46037億度（kWh），居世界第1位。工業(yè)用電量占全部用電量的70%80%，是電力系統(tǒng)的最大電能用戶1。國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、華能集團跨入世界500強行列，大唐集團接近500強的門檻。電力工業(yè)的快速發(fā)展還帶動了我國裝備制造業(yè)自主設(shè)計、自主創(chuàng)新能力的大幅提升。我國大型空冷發(fā)電機組的開發(fā)應(yīng)用居國際領(lǐng)先地位，并成為世界上大型循環(huán)流化床鍋爐應(yīng)用最多的國家。1.1 供配電系統(tǒng)供配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的電能用戶，也是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它由總降壓變電所、高壓配電所、配電線路，車間變電所或建筑物變電

12、所和用電設(shè)備組成2。圖1.1為10KV供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。供配電所是用來對電力系統(tǒng)中的電能（包括電壓和電流）進行變換、集中和分配的場所，主要由電力變壓器、配電裝置和二次裝置等組成3。為了得到優(yōu)質(zhì)的電能同時又保證電氣設(shè)備的安全運行，我們需要在變電所中進行電壓的調(diào)整、潮流的控制以及各種主要電氣設(shè)備和輸配電線路的保護。圖1.1 供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1.2 課題研究的意義電力系統(tǒng)是由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等五個環(huán)節(jié)組成的。在電力系統(tǒng)中，大量的、各種類型的電氣設(shè)備通過線路緊密地聯(lián)結(jié)在一起4。因為覆蓋的范圍極其遼闊、運行環(huán)境極其復(fù)雜以及各種人為因素的影響，電氣故障的發(fā)生是不可避免的。由于電力系統(tǒng)的特殊

13、性，上述五個環(huán)節(jié)應(yīng)是環(huán)環(huán)相扣、時時平衡、缺一不可，又幾乎是在同一時間內(nèi)完成的。在電力系統(tǒng)中的任何一處發(fā)生事故，都有可能對電力系統(tǒng)的運行產(chǎn)生重大影響。 10KV供電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的一部分，是連接城市和工廠用電的樞紐，所以對其二次系統(tǒng)的研究及其重要。二次系統(tǒng)是整個變電所控制和監(jiān)視的神經(jīng)系統(tǒng)，二次回路是否合理可靠，直接關(guān)系到整個變電所甚至系統(tǒng)能否安全可靠運行5?？偨Y(jié)近些年來國內(nèi)外頻現(xiàn)的變電所事故我們會發(fā)現(xiàn)，造成系統(tǒng)故障的根本源頭往往出現(xiàn)在二次回路系統(tǒng)中，有的是二次回路本身設(shè)計存在缺陷，有的是系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，而二次回路卻不能將其及時切除造成的。由此可見，變電所二次系統(tǒng)的合理性、正確性、精確性對整個變電

14、所有著至關(guān)重要的作用。1.3 課題研究的現(xiàn)狀和發(fā)展情況二次系統(tǒng)現(xiàn)在有四種構(gòu)成模式：常規(guī)模式、微機監(jiān)測模式、微機監(jiān)控模式以及全微機模式6。常規(guī)模式的二次系統(tǒng)其技術(shù)過于落后，自動化水平低，基本上已經(jīng)被淘汰；微機監(jiān)測和監(jiān)控兩種模式在傳統(tǒng)老式變電所的技術(shù)改造中發(fā)揮著重要作用；全微機模式的二次系統(tǒng)目前也大量使用在各地的變電所中。即便最先進的全微機模式其功能上的重疊、設(shè)備的重復(fù)等不合理問題也使得其存在這樣或那樣的問題，目前最適應(yīng)當(dāng)前科技水平及廣大需求的當(dāng)屬變電所綜合自動化系統(tǒng)。 隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，國內(nèi)電力系統(tǒng)的建設(shè)已經(jīng)成為一個值得深入探討的問題。根據(jù)我國變電所目前的狀況，以及近些年計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛

15、發(fā)展，使得電力系統(tǒng)的變電技術(shù)有了新的飛躍，在我國的變電所設(shè)計中已經(jīng)體現(xiàn)出了一些新的趨勢。 首先，變電所的接線方案更加簡單。這是伴隨著生產(chǎn)者提供的高質(zhì)量的電氣設(shè)備和電網(wǎng)供電可靠性的增加而出現(xiàn)的。比如說斷路器，它是變電所很重要的電氣設(shè)備，近年來，其制造技術(shù)有了很大的發(fā)展，其組成部件大量采用組合模式，減少了開關(guān)之間的連接線，可靠性大大提高。 其次，變電所綜合自動化系統(tǒng)的應(yīng)用。不管從國內(nèi)還是國外，或是從管理、運行以及設(shè)計，對于變電所綜合自動化系統(tǒng)，各方面的專家均取得了共識。數(shù)字化、裝配化、智能化、自動化是我國在變電所自動化技術(shù)方面的幾個主要體現(xiàn). 1.4 繼電保護概述電力系統(tǒng)在正常運行中，可能因為種種

16、原因會發(fā)生各種故障或異常運行狀態(tài)，發(fā)生短路故障，燒毀電氣設(shè)備，造成大面積停電，甚至損壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)震蕩或解列。因此，必須采取各種有效措施消除或者減少故障。一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，應(yīng)迅速切出故障設(shè)備，恢復(fù)正常運行；當(dāng)發(fā)生異常運行狀態(tài)時，應(yīng)及時處理，以免引起設(shè)備故障。繼電保護的任務(wù)是自動地、迅速地、有選擇地將故障設(shè)備從供配電系統(tǒng)中切除，其他非故障設(shè)備恢復(fù)正常供電；正常反應(yīng)電氣設(shè)備的差異運行狀態(tài)，發(fā)出預(yù)警信號，以便運行人員采取措施；與供配電系統(tǒng)的自動裝置配合，提高供配電系統(tǒng)的可靠性7。要完成電力系統(tǒng)繼電保護的任務(wù)，就必須區(qū)分出電力系統(tǒng)正常、不正常工作和故障狀態(tài)，找出三種運行狀態(tài)下的電氣量與正

17、常運行時的差異，利用這種差異，實現(xiàn)對正常、不正常工作和故障元件的區(qū)分。利用電力系統(tǒng)故障時，會引起電流增大、電壓降低、電壓和電流間相位角改變，可構(gòu)成電流保護、電壓保護、方向保護，利用線路始端測量阻抗降低和兩側(cè)電流之差可以構(gòu)成距離保護和差動保護等。根據(jù)繼電保護的任務(wù)，繼電保護應(yīng)滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求?？煽啃允侵咐^電保護在其所規(guī)定的保護范圍內(nèi)，發(fā)生故障或異常運行狀態(tài)時應(yīng)動作；發(fā)生任何保護不應(yīng)該動作的故障或異常運行狀態(tài)時不動作。選擇性是指當(dāng)發(fā)生故障時，首先由故障設(shè)備或線路本身的保護裝置動作，切出故障，使停電范圍最小，保障系統(tǒng)無故障部分仍然可以正常工作。靈敏度是指設(shè)備或線路的被保護范圍

18、內(nèi)發(fā)生故障時，保護裝置具有正確的動作能力的裕度。在繼電保護的范圍內(nèi)，不論系統(tǒng)的運行方式、故障的性質(zhì)和位置如何，保護都可以正確動作。速動性是指發(fā)生故障時，保護裝置應(yīng)盡快切出故障，其目的是提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減輕故障設(shè)備或線路的損毀程度，縮小故障波及范圍，提高自動重合閘裝置和備用電源自動投入的效果等。繼電保護裝置主要由測量比較單元、邏輯判斷單元和執(zhí)行輸出單元三部分組成8，如圖1.2。圖1.2 繼電保護裝置組成方框圖測量比較單元測量被保護設(shè)備的某些狀態(tài)參量，和保護裝置的整定值進行比較，得出“是”、“非“等邏輯信號，從而判斷保護裝置是否應(yīng)該啟動。常用的測量比較元件有過電流器、低電壓繼電器、差動繼電器

19、和阻抗繼電器等9。邏輯判斷單元根據(jù)測量比較單元輸出邏輯信號的大小、性質(zhì)、先后順序、持續(xù)時間等，按一定的邏輯關(guān)系判斷故障量，確定是否應(yīng)該是斷路器跳閘、發(fā)出信號或動作，輸出相應(yīng)信號執(zhí)行輸出單元。執(zhí)行輸出單元根據(jù)邏輯判斷單元的輸出信號驅(qū)動保護裝置動作，使斷路器跳閘、發(fā)出信號或者動作。1.5 本章小結(jié)本章簡單介紹了我國電力事業(yè)的迅猛發(fā)展，以及供配電系統(tǒng)的基本機構(gòu)，對電力系統(tǒng)繼電保護的要求任務(wù)原理等做了概括介紹，要求我們更加注重二次系統(tǒng)的設(shè)計，保證供電的安全性和可靠性。2 一次系統(tǒng)設(shè)計122.1 電氣主接線概述電氣主接線是指發(fā)電廠或變電站中的一次設(shè)備按照計劃要求連接起來，表示生產(chǎn)，匯聚和分配電能的電路1

20、0。它反應(yīng)變電站的電能從輸送到分配的過程。電氣主接線是電力系統(tǒng)接線的主要部分。它表明了變壓器，線路和斷路器等電氣設(shè)備的數(shù)量，并且指出應(yīng)該以何種方式來連接變壓器，線路以及如何與電力系統(tǒng)相連接，從而完成變電和輸配電的任務(wù)。主接線的確定對電力系統(tǒng)的安全，穩(wěn)定，靈活，經(jīng)濟運行，以及對變電所的電氣設(shè)備選擇，配電裝置布置，繼電保護和控制方式的確定等均有密切的關(guān)系。2.2 主接線方案選擇目前變電所常用的主接線形式有：單母線、單母線分段、單母線分段帶旁路、雙母線、雙母線分段等11。我們在比較各種電氣主接線的優(yōu)劣時，主要從安全性、可靠性、靈活性、經(jīng)濟性三個方面。對10kv側(cè)的主接線擬定了兩種方案，如圖2.1。(

21、a) (b)圖2.1 主接線方案(a)單母線不分段;（b）單母線分段單母線不分段方式比較簡單，設(shè)備少，操作方便，若某路出線發(fā)生故障或者需要檢修，則要斷開該路出線對相應(yīng)的斷路器和線路隔離開關(guān)。若母線或者母線隔離開關(guān)發(fā)生故障或者需要檢修時，則必須停止整個系統(tǒng)的供電，運行的可靠性和靈活性較差。單母線分段接線方式既可以分段運行，也可以并列運行。分段運行時，各段母線互不影響，相當(dāng)于但母線不分段接線的運行方式，各段母線的電氣系統(tǒng)互不影響。并列運行時，兩條母線都可以從兩個電源取電，當(dāng)某一電源檢修或者故障時，不會造成停電。整體來說供電可靠性高，運行靈活操作簡單。 本配電所出線接有工廠，對于供電的可靠性要求較高

22、，綜上所述，可選用單母線分段接線方式。2.3 主接線圖本配電所10KV有兩回進線，分別由兩個110kv變電所低壓側(cè)經(jīng)過架空線路輸送，配電所低壓側(cè)向一個工廠和小區(qū)進行供電。一次主接線采用單母線分段的不帶旁路母線且供電采用雙回路供電方式，當(dāng)一條母線發(fā)生故障時，分段斷路器自動切除故障段，保證正常母線不間斷供電，圖2.2為一次系統(tǒng)主接線圖。233.13.23.3圖2.2 一次主接線圖2.4 短路計算短路是電力系統(tǒng)的嚴(yán)重故障，所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地（對中性點接地系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況。在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路有：三相短路，兩相短路，兩相接地短路和單相接地短路。其中，三相短路是對稱

23、短路，系統(tǒng)各相與正常運行時一樣仍處于對稱狀態(tài)，其他類型的短路都不是對稱短路12。下面采用標(biāo)幺值法進行短路電流計算。（1）確定基準(zhǔn)值：取基準(zhǔn)容量 基準(zhǔn)電壓 則基準(zhǔn)電流 (2) 計算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)幺值： 架空線路電抗標(biāo)幺值: 查手冊得 變壓器的電抗標(biāo)幺值： 短路等效電路圖如圖2-2所示圖2.3 短路等效電路圖最大運行方式短路時 短路時短路時短路時短路時短路時最小運行方式下短路時 短路時短路時短路時短路時短路時 短路計算結(jié)果下表2.1。表2.1 短路計算結(jié)果K1K2K3K4K5K6最大運行方式0.817.817.81.627.127.1最小運行方式0.815.5215.521.620.

24、0520.052.5 本章小結(jié)本章是10kv配電的一次主要部分。根據(jù)實際情況，主要闡述了一次的主接線方案，設(shè)計出主接線圖。假設(shè)系統(tǒng)可能發(fā)生短路的故障點，簡化主接線圖進行短路計算，為后面線路保護和變壓器保護提供依據(jù)。3 線路保護設(shè)計3.1 線路常見故障和保護配置10KV電壓等級線路較短，通常為單端供電，常見故障有相間短路、單相接地和過負(fù)荷13。因此繼電保護比較簡單，按GB50062-2008電力裝置的繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范規(guī)定，對線路相間短路，當(dāng)過電流保護的時限不大于0.50.7s時，可配置帶時限的電流速斷保護。對10KV中性點非有效接地系統(tǒng)中的單相接地短路，應(yīng)裝設(shè)單相接地保護。對于線路過負(fù)

25、荷，應(yīng)配置帶時限的過電流保護，動作于信號，當(dāng)危機設(shè)備安全時，可動作于跳閘14。3.2 電流保護接線方式電流保護的接線方式是指電流保護中的電流繼電器與電流互感器二次繞組的接線方式?？煞譃槿嗳^電器方式、兩相兩繼電器方式。為了方便，引入接線系數(shù)，它等于流入繼電器的電流與電流互感器二次繞組的比值，即 （3-1） 3.2.1 三相星形接線方式三相星形接線方式是將三個電流繼電器和三個電流互感器連接在一起，互感器和繼電器均接成星型，又稱完全星型接線。如圖3.1所示，三個繼電器的啟動跳閘回路是并聯(lián)連接的，其中任一輸出均可動作于跳閘或啟動時間繼電器等。由于在每一相都裝有電流繼電器，因此可以反映各種相間短路和

26、中心點直接接地系統(tǒng)中的單相接地短路。圖3.1 三相三繼電器接線方式3.2.2 兩相星形接線方式兩相星形接線方式是指將兩只電流繼電器分別裝在A、C相的電流互感器連接，又稱不完全星形接線，如圖3.2所示。因為B上沒有裝電流互感器和電流繼電器，所以，它不能反映單相短路，只能反映相間短路。此接線方式主要用于小接地電流系統(tǒng)的相間短路保護。圖3.2 兩相兩繼電器接線方式三相星形接線需要三個電流互感器和三個電流繼電器和四根二次電纜，是復(fù)雜且不經(jīng)濟的。大多運用于發(fā)電機、變壓器等大型貴重電氣設(shè)備的保護中。兩相星形接線較為簡單經(jīng)濟，本設(shè)計中選用兩相星形接線。3.3 過電流保護當(dāng)線路上的電流大于繼電器的動作電流時繼

27、電器動作，這種保護裝置稱為過電流保護。根據(jù)繼電器特性的不同，可分為定時限過電流保護和反時限過電流保護15。一般情況下，它不僅可以保護本線路的全長，而且可以保護相鄰線路的全長，起到遠后備的作用。考慮到10KV線路結(jié)構(gòu)簡單，本設(shè)計采用定時限過電流保護。3.3.1 過電流保護的接線和原理定時限過電流接線如圖3.3所示，當(dāng)線路發(fā)生短路時，流過電流繼電器的電流大于繼電器的動作電流，電流繼電器KA瞬時動作，閉合其觸點，時間繼電器KT線圈得電，經(jīng)過整定時限后，KT延時觸點閉合，使中間繼電器KM和信號繼電器KS動作。KM常開觸點閉合，接通斷路器跳閘線圈YR，斷路器QF跳閘，切除短路故障。同時KS動作，發(fā)出聲音

28、或者燈光信號。圖3.3 過電流保護的接線圖3.3.2 過電流保護整定動作電流按躲過線路正常運行時流經(jīng)本線路最大負(fù)荷電流整定，其中保護裝置的返回電流也必須躲過線路的最大負(fù)荷電流。整定公式如下: (3-2)式中：可靠系數(shù)；自啟動系數(shù)；電流繼電器返回系數(shù) 動作時限定時限過電流保護的動作時限與短路電流的大小無關(guān)，為了保證選擇性，應(yīng)與后一級線路保護的時限大一個時限差，按照階梯原則整定。 (3-3)靈敏度校驗當(dāng)過電流保護作為本線路主保護，采用最小運行方式下本線路末端的兩相短路電流進行校驗；當(dāng)作為相鄰線路的后備保護時，采用最小運行方式下相鄰線路末端兩相短路時的電流進行校驗。 (3-4)式中：保護裝置一次側(cè)動

29、作電流。3.4 瞬時電流速度保護對于反應(yīng)于短路電流幅值增大而瞬時動作的電流保護，稱為電流速斷保護。為了確保其選擇性，此保護只能保護線路的一部分。當(dāng)線路為線路變壓器線路時，由于變壓器阻抗較大，短路點的電流大為減少，此時可以保護線路的全長并可以保護變壓器一部分。本設(shè)計因為線路與變壓器相連，所以瞬時電流速斷保護可以保護線路全長。1.13.4.1 電流速斷接線和工作原理電流速斷保護是一種不帶時限的過電流保護,如圖3.4所示，當(dāng)線路發(fā)生故障時，電流互感器的二次側(cè)電流增大，當(dāng)大于瞬時電流速斷的動作電流時，繼電器1KA和2KA動作，信號繼電器1KS線圈和中間繼電器KM線圈通電，1KS觸點閉合發(fā)出信號，KM動

30、作使斷路器跳閘。圖3.4 電流速斷保護接線圖 3.4.2 電流速斷保護整定計算動作電流按照躲開所保護線路末端最大短路電流的動作值整定，即動作電流為整定值為 (3-5)式中：可靠系數(shù)； 動作時限由于保護時瞬時動作的，所以動作時限為0s。保護范圍計算最小保護范圍 (3-6)3.5 限時電流速斷保護由于有選擇性的電流速斷保護不能保護本線路的全長，可以增加一段帶時限動作的保護來切除本線路上速斷保護以外的故障，也可以作為速斷保護的后備，這就是限時電流速斷保護。1.23.5.1 工作原理如圖3.5所示保護2，限時限電流速斷保護要保護線路的全長，因此它的保護范圍必須延伸到下級線路去，當(dāng)下及線路出口發(fā)生短路時

31、，它就要啟動。這種情況下，為了保證動作的選擇性，就必須使保護的動作帶一定的時限，此時限與延伸的范圍有關(guān)，且保護的范圍不應(yīng)超過下級線路速斷的范圍，而動作時限要比下級線路的速斷高出一個時限級差。通過上下級相互配合，可以使全線路的故障都可以在內(nèi)被切除。圖3.5 限時電流速斷原理3.5.2 保護整定動作電流限時電流速斷保護的動作電流應(yīng)躲過下級線路瞬時電流速斷保護的動作電流整定，即 (3-7)動作時限動作的選擇性，其動作時限比下級線路速斷保護的動作時限大一個時限級差。由于速斷保護的時限接近于0，所以時限電流速斷保護的動作時限約為0.5s.靈敏度校驗 保護的靈敏度校驗用系統(tǒng)最小運行方式下線路末端的兩相短路

32、電流進行校驗。即 （3-8）如果靈敏度不滿足要求時，可考慮與下級線路的限時電流速斷保護相配合，其動作時間也必須比下級線路限時電流速斷大一個，以保證選擇性。3.6 接地保護在中性點直接接地電網(wǎng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地短路時，出現(xiàn)較大的短路電流，一般裝有接地短路保護。三段式零序電流保護是常用的中性點直接接地電網(wǎng)接地故障主保護 11, 運用于110KV以上電網(wǎng)中，如圖3.6所示。圖3.6 零序電流原理接線圖對于中性點不接地系統(tǒng)單相接地時，流經(jīng)接地點的電流為電容電流，數(shù)值很小，系統(tǒng)人可以運行一段時間，只需要在發(fā)生接地短路時，發(fā)出報警信號即可，運行于35KV以下的電網(wǎng)中，如圖3.7所示。 （a） (b)圖3.

33、7 單相接地保護原理圖（a）架空線路; （b）電纜線路3.7 線路距離保護距離保護是利用短路發(fā)生時電壓電流同時變化的特征，測量電壓電流的比值，該比值反應(yīng)故障點到保護安裝處的距離，如果短路點距離小于整定值則動作的保護。3.7.1 保護原理電力系統(tǒng)如圖3.8，按照繼電保護選擇性的要求，安裝在線路兩端的距離保護僅在線路MN內(nèi)部故障時，保護裝置才應(yīng)該立即動作，將相應(yīng)斷路器跳開；而在保護區(qū)的反方向或者正方向外短路時，保護裝置不應(yīng)動作。距離保護的保護區(qū)用表示。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，首先判斷故障的方向，若故障的方向位于保護的正方向，則設(shè)法測出故障點到保護安裝處的距離，并將和性比較，若小于，保護應(yīng)動作，若大于，反

34、之，則不動作。事實上，通過判斷故障方向，測量故障距離，判斷出故障是否位于保護區(qū)內(nèi)，從而決定是否需要跳閘，實現(xiàn)線路保護。圖3.8 距離保護原理示意圖3.7.2 整定原則（1）距離保護段整定距離保護段為無延時的速動段，只反映本線路的故障，下級線路出口發(fā)生短路故障時，應(yīng)可靠不動作。所以整定阻抗應(yīng)躲過本線路末端短路時的測量阻抗來整定，即 （3-9）式中：距離段的整定阻抗； 被保護線路的長度；被保護線路單位長度的正序阻抗； 可靠系數(shù)，一般取0.80.85 （2）距離保護段整定1）距離保護段整定阻抗按以下兩個原則進行計算與相鄰線路距離段相配合，且段保護范圍不應(yīng)超出下級保護段的動作范圍，保護的段整定阻抗為

35、（3-10）式中： 可靠系數(shù)，一般取0.8。分支系數(shù)取各種情況下最小值。與相鄰變壓器的快速保護相配合。當(dāng)線路末端母線接有變壓器時，距離段應(yīng)和變壓器的快速保護（一般為變壓器差動保護）配合。設(shè)變壓器的阻抗為 ，則距離段整定阻抗為 （3-11）式中： 可靠系數(shù)，一般取0.70.75。2) 靈敏度檢驗距離保護段應(yīng)可以保護線路全長，本線路末端短路時，應(yīng)有足夠的靈敏度，要求靈敏度滿足 （3-12）3) 動作延時距離保護段的動作延時，應(yīng)比與之相配合的相鄰元件保護動作延時大一 個時間級差 ，即 （3-13）式中：與本保護的相鄰元件保護斷最大的動作延時（3）距離保護段的整定1)段的整定阻抗按以下幾個原則計算，取

36、其中最小的作為距離段的整定阻抗。與下級線路距離保護段或段配合整定。在與下級線路距離保護段配合時，段整定阻抗為 （3-14）如果下級線路距離保護段配合靈敏度系數(shù)不滿足要求，則改為與相鄰下級線路距離保護的段相配合。按與下級變壓器的電流、電壓保護配合整定 （3-15）按躲過正常運行時的最小負(fù)荷阻抗整定 當(dāng)線路的負(fù)荷最大且母線電壓最低時，負(fù)荷阻抗最小，其值為 （3-16）式中： 正常運行時母線電壓最低值； 被保護線路最大負(fù)荷電流； 母線額定相電壓2）靈敏度校驗距離保護的段，既作為本線路、段保護近后備，又作為線路下級設(shè)備保護的遠后備·，靈敏度應(yīng)分別進行檢驗。 作為近后備時，按照本線路末端短路校

37、驗，計算式為 （3-17） 作為遠后備時，按相鄰設(shè)備末端短路校驗，計算式為 (3-18) 式中： 相鄰設(shè)備的阻抗；分支系數(shù)最大值3）動作延時距離保護的段的動作延時，應(yīng)比與之配合的相鄰設(shè)備保護動作延時大一個時間級差 。3.8 線路整定計算已知參數(shù)線路的電抗為，工廠側(cè)線路，最大負(fù)荷； 小區(qū)側(cè)線路，最大負(fù)荷 1.33.8.1 階段式電流保護整定電流斷保護動作電流 保護動作時間為 電流段保護由于線路下級為變壓器，電流斷保護可以保護線路的全長，所以可以不用考慮電流段保護。電流段保護最大負(fù)荷電流 動作電流 用最小運行方式下本線路末端兩相金屬性短路時流過保護的電流校驗近后備靈敏度，即 滿足要求用最小運行方式

38、下相鄰線路末端發(fā)生兩相金屬性短路時流過保護的電流校驗遠后備靈敏度，即 滿足要求動作時間 3.8.2 距離保護保護整定變壓器電抗 距離保護段整定阻抗為 動作延時 距離保護段按躲開變壓器低壓側(cè)短路整定 靈敏度檢驗 不滿足要求動作時限 距離保護段按躲開最小負(fù)荷阻抗整定 設(shè)相間距離III段采用方向阻抗繼電器，整定計算公式為 取3.9 線路保護方案對于10KV輸電線路，考慮其常見保護配置，本方案采用瞬時電流速斷保護、定時限過電流保護以及單相接地短路保護，其保護展開圖3.9如下。KA1KA2和KA3KA4電流繼電器（LL-11A型），分別構(gòu)成過電流保護和電流速斷保護， 圖3.9 10KV線路保護展開圖TA

39、1、TA2為電流互感器，型號為LZZBJ12-12,額定電壓12KV,變比選擇600A/5A。3.10 本章小結(jié)電能在輸電線路輸送過程中，往往因為自然災(zāi)害或者人為原因造成線路的短路或者斷線。其中單相接地短路和相間短路最為常見。本章主要對線路保護進行分析，以三段式電流保護作為線路的主保護，簡約介紹了零序電流保護。針對電流保護的缺點，對線路的距離保護進行詳細分析，論述了原理及其整定計算。最后用cad繪出線路保護的展開圖。4 變壓器保護設(shè)計4.1 變壓器故障類型和保護配置電力變壓器的常見故障分為短路故障和異常運行狀態(tài)兩種。短路故障按發(fā)生在變壓器油箱的內(nèi)外分為內(nèi)部短路故障和外部短路故障。內(nèi)部短路故障有

40、繞組的匝間短路和相間短路。外部短路故障有引出線的相間短路，外部相間短路引起的過電流，中性點直接接地或經(jīng)小電阻接地側(cè)的接地短路引起的過電流及中性點過電壓。變壓器的異常運行狀態(tài)有過負(fù)荷，釉面降低，變壓器油溫、繞組溫度過高及油箱壓力過高和冷卻系統(tǒng)故障16。根據(jù)上述變壓器的常見故障，按照GB500622008規(guī)定，對變壓器保護常做如下配置：1、氣體保護。針對400KVA及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器和800KVA以上的油浸式變壓器應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護,其中輕瓦斯瞬時動作于信號，重瓦斯瞬時動作與各側(cè)斷路器。2、縱差保護?？v聯(lián)保護是變壓器的主保護，10000KVA及以上單獨運行的變壓器和6300KVA及以上的并列運

41、的變壓器，宜裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。3.后備保護。對于由外部相間短路引起的變壓器過電流，可采用下列保護作為后備保護。過電流保護。宜用于降壓變壓器，保護裝置的整定值應(yīng)考慮事故時可能出現(xiàn)的過負(fù)荷。復(fù)合電壓（包括負(fù)序電壓及線電壓）起動的過電流保護。宜用于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器及過電流保護不符合靈敏性要求的降壓變壓器。負(fù)序電流保護和單相式低電壓啟動的過電流保護?？捎糜?3000kVA及以上的升壓變壓器。對于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，當(dāng)采用上述、保護不能滿足靈敏性和選擇性要求時，可采用阻抗保護。上述各項保護動作后，應(yīng)帶時限動作于跳閘。4.中性點直接接地電網(wǎng)中的變壓器外部接地短路時的零序電流保護110kV

42、及以上中性點直接接地電網(wǎng)中，如果變壓器中性點可能接地運行，對于兩側(cè)或三側(cè)電源的升壓變壓器或降壓變壓器上應(yīng)裝設(shè)零序電流保護。作為變壓器主保護的后備保護，并作為相鄰元件的后備保護17。4.2 變壓器縱聯(lián)差動保護12344.14.24.2.1 基本原理以雙繞組變壓器為例，如圖4.1為雙繞組單相變壓器差動保護原理接線圖。變壓器兩側(cè)裝有電流互感器，其二次線圈串聯(lián)成環(huán)路，差動繼電器并接在差動環(huán)路上。流入差動繼電器KD的差動電流為變壓器兩側(cè)電流互感器的二次繞組電流之差即 差動保護的動作判據(jù)為 式中：縱聯(lián)保護的動作電流差動電流的有效值，。圖4.1 變壓器差動保護接線圖若選擇變壓器變比且使電流互感器的變比為 ，

43、則 忽略變壓器的損耗，正常運行和區(qū)外故障時一次電流的關(guān)系為。差動電流為零，保護不動作；變壓器內(nèi)部（包括變壓器與電流互感器之間的引線）任何一點故障時，相當(dāng)于變壓器內(nèi)部多了一個故障支路，流入差動繼電器的差動電流等于故障點電流（變換到電流互感器二次側(cè)），只要故障電流大于差動繼電器的動作電流，差動保護就能迅速動作18。圖4.2 三繞組變壓器縱差動保護接線單相示意圖電力系統(tǒng)中常常采用三繞組變壓器。三繞組變壓器的縱差動保護原理與雙繞組變壓器是一樣的。圖4.2所示的是Y，y,d11接線方式三繞組變壓器縱差動保護單相示意圖，接入縱差動繼電器的差電流為: 三相變壓器各側(cè)電流互感器的接線方式和變比的選擇也要參照Y

44、d11雙繞組變壓器的方式進行調(diào)整，即d側(cè)電流互感器用Y接線方式；兩個Y側(cè)電流互感器則采用d接線方式。設(shè)變壓器的高-低側(cè)（1-3）和中-低側(cè)（2-3）的變比為和考慮到正常運行和區(qū)外故障時變壓器各側(cè)電流滿足 電流互感器變比的選擇應(yīng)該滿足 1.2.3.4.4.1.4.2.4.2.1.4.2.2. 變壓器差動保護中不平衡電流為了提高差動保護的靈敏度，在變壓器正常運行和區(qū)外短路時，流入繼電器的不平衡電流應(yīng)盡可能小，甚至為零，但由于變壓器連接組別和電流互感器的變比等原因，不平衡電流不可能為零，主要有以下幾個原因19： 變壓器連接組別引起的不平衡電流變壓器通常是YD11連接組，變壓器兩側(cè)線電流之間就有30&

45、#176;的相位差。因此，即使變壓器兩側(cè)電流互感器二次電流的大小相等，保護的差動回路仍然會出現(xiàn)由相位引起的不平衡電流。為了消除這一相位差，我們可以將變壓器星形接線側(cè)的電流互感器接成三角形接線，變壓器的三角形接線側(cè)的電流互感器接成星形接線，如圖4.3所示，這樣變壓器兩側(cè)電流互感器的二次側(cè)電流相位相同，消除了由變壓器連接組別引起的不平衡電流。圖4.3 雙繞組三相變壓器縱聯(lián)差動保護原理接線圖（a）接線圖；（b）對稱工況下的相量關(guān)系電流互感器變比引起的不平衡電流為了使變壓器兩側(cè)電流互感器的二次側(cè)電流相等，需要選擇合適的電流互感器的變比，但電流互感器的變比是按標(biāo)準(zhǔn)分為若干等級，而實際需要的變比與產(chǎn)品的標(biāo)

46、準(zhǔn)變比往往不同，不可能使差動保護兩側(cè)的電路相等，從而產(chǎn)生不平衡電流?？衫貌顒永^電器中的平衡線圈或自耦電流互感器消除由電流互感器變比產(chǎn)生的不平衡電流。變壓器勵磁涌流引起的不平衡電流在變壓器空載投入或外部故障切除后電壓恢復(fù)的過程中，由于變壓器鐵芯中的磁通不能突變，在變壓器一次繞組中產(chǎn)生很大的勵磁涌流，涌流中含有數(shù)值很大的非周期分量，涌流可達到變壓器額定電流的810倍，勵磁涌流不反映到二次繞組。因此，在差動回路中產(chǎn)生很大的不平衡電流通過差動繼電器?？衫盟亠柡碗娏骰ジ衅骰虿顒永^電器的速飽和鐵芯減小勵磁涌流引起的不平衡電流。4.2.3. 變壓器縱差動保護動作電流整定躲過外部短路故障時的最大不平衡電流

47、，計算式為 式中：可靠系數(shù)，一般取1.3；外部短路時最大不平衡電流；躲開變壓器最大的勵磁電流，整定式為 式中：可靠系數(shù)，取1.31.5;變壓器額定電流；勵磁涌流的最大倍數(shù)，取48.躲過電流互感器二次回路斷線引起的差電流。即 式中：變壓器最大負(fù)荷電流，在最大負(fù)荷電流不確定時，可取變壓器額定電流。按照上述三個條件計算縱聯(lián)差動保護的動作電流，并取最大值。靈敏度校驗縱聯(lián)差動保護的靈敏度校驗式為 式中： 各種運行方式下變壓器區(qū)內(nèi)端部故障時，流經(jīng)差動繼電器的最小差動電流靈敏度一般應(yīng)不低于2。4.3 瓦斯保護4.3.1 瓦斯保護簡介電力變壓器通常是利用變壓器油作為絕緣和冷卻介質(zhì)。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)故障時，在故障

48、電流和故障點電弧的作用下，變壓器油和其它絕緣材料會因受熱而分解，產(chǎn)生大量氣體。氣體排出的多少以及排出速度，與變壓器故障的嚴(yán)重程度有關(guān)。利用這種氣體來實現(xiàn)保護的裝置，稱為瓦斯保護，它和縱差動保護共同組成變壓器的主保護20。1.2.3.4.4.1.4.2.4.3.4.3.1.4.3.2. 瓦斯保護原理瓦斯保護的原理接線圖如下圖4.4，圖4.4 瓦斯保護原理接線圖當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，氣體繼電器KG動作，上觸點閉合，發(fā)出輕瓦斯信號。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時，氣體繼電器下觸點閉合，啟動中間繼電器KM,使斷路器跳閘線圈YR動作，斷路器跳閘，同時信號繼電器KS發(fā)出重瓦斯信號。為了避免重瓦斯動作時，

49、氣體繼電器因油氣混合物沖擊引起觸點“抖動”，利用中間繼電器觸點1-2進行“自保持”，以保證斷路器可靠跳閘。變壓器在運行中進行濾油、加油、換硅膠時，必須將重瓦斯經(jīng)切換片XB改接信號燈HL,防止重瓦斯誤動作，使斷路器跳閘。氣體保護的優(yōu)點是動作快，靈敏度高，穩(wěn)定可靠，接線簡單，能反映變壓器油箱內(nèi)部的各種類型故障，特別是短路匝數(shù)很少的匝間短路，其他保護可能不動作。瓦斯保護的動作速度是比較慢的，如何提高縱差動保護在繞組匝間短路時的靈敏度仍是一個重要的課題。4.4 過電流保護過電流保護可以作為變壓器相間短路的后備保護，保護裝置的單相原理接線如圖所示，其工作原理與線路定時限過電流保護相同。保護動作后，跳開變

50、壓器兩側(cè)的斷路器。保護的啟動電流按照躲過變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流來整定，即 可按以下情況考慮，取最大值。對并列運行的變壓器，應(yīng)考慮切除一臺最大容量的變壓器時，在其他變壓器中出現(xiàn)的過負(fù)荷。當(dāng)各臺變壓器容量相同時，公式為 式中：n并列運行變壓器的可能最少臺數(shù)；對降壓變壓器，應(yīng)考慮電動機自啟動時的最大電流，公式為 式中：正常工作時的最大負(fù)荷電流；綜合負(fù)荷的自啟動系數(shù)保護的動作時限和靈敏系數(shù)的校驗，與線路保護定時限過電流保護相同。4.5 變壓器零序電流保護電力系統(tǒng)中接地故障是最常見的故障形式。接于中性點直接接地系統(tǒng)的變壓器，一般要求在變壓器上裝設(shè)接地保護，作為變壓器主保護和相鄰元件接地保護的后備保

51、護。發(fā)生接地故障時，變壓器中性點將出現(xiàn)零序電流，母線將出現(xiàn)零序電壓，變壓器的接地后備保護通常都是反映這些電氣量構(gòu)成的21。中性點直接接地運行的變壓器毫無例外的都采用零序過電流保護作為變壓器接地后備保護，零序電流保護通常采用兩段式。零序電流段與相鄰元件零序電流保護段相配合；零序電流段與相鄰元件零序電流保護后備段（注意:不是段）相配合。零序電流保護在配置上要考慮縮小故障影響范圍的問題。根據(jù)需要，每段零序電流可設(shè)兩個時限，并以較短的時限動作于縮小故障影響范圍，以較長時限斷開變壓器各側(cè)斷路器。圖4.5所示是雙繞組變壓器零序過電流保護的系統(tǒng)接線和保護邏輯。零序過電流取自變壓器中性點電流互感器的二次側(cè)。由于是雙母線運行，在另一條母線故障時，零序電流保護圖4.5 零序過電流保護的系統(tǒng)接線和保護邏輯應(yīng)斷開母聯(lián)斷路器QF,使變壓器能夠繼續(xù)運行。所以零序電流保護段和段均采用兩個時限，短時限、跳開母聯(lián)斷路器QF，長時限、跳開變壓兩側(cè)段路器。零序電流保護段的動作電流按下式整定 式中：可靠系數(shù)，取1.2； 零序電流分支系數(shù)； 相鄰元件零序電流段的動作電流。零序電流段的短時限??；長時限在上再增加一級時限。零序電流保護段