變電所繼電保護二次回路的初步設計

1、課題名稱 變電所繼電保護二次回路的初步設計 電氣與自動化工程學院電氣工程及其自動化摘要隨著我國建設的蓬勃發(fā)展，供電領域涌進了許多新技術、新設備，國家也相應制定了一系列的技術政策和設計規(guī)范。變電所技術經(jīng)過十多年的發(fā)展，已逐步趨向自動化、數(shù)字化、智能化。本設計首先對電力系統(tǒng)繼電保護的任務和作用、繼電保護的基本要求、繼電保護的發(fā)展現(xiàn)狀、繼電保護的未來發(fā)展趨勢做了簡要的概述，對系統(tǒng)進行了等值計算。本設計包括二次部分，主要對電流互感器、電網(wǎng)相間保護、電網(wǎng)接地保護和變壓器保護的整定計算、配置和選型，同時還計算了短路電流。在完成理論的同時，增加了幾幅圖紙，以便于更好的理解和計算。關鍵詞：110KV 繼電保護

2、 二次回路 整定計算ABSTRACT Along with our country construction of booming development, the power supply realm flow out into many new technique, new equipments, nation also corresponded establishment a series of technique policy and design norm.The substation technique through the development for more than t

3、en years has already gradually inclined to automation and the numeral turn and the intelligence turn.This design first to electric power system after electricity protection of mission and function, after electricity protection of basic request, after electricity protection of development present con

4、dition, after electricity protection of the future development trend did an all say of the synopsis and carried on equivalent calculation to the system.This design include two part, main to electric current with each other the feeling machine, charged barbed wire net be alternate protection, the cha

5、rged barbed wire net connect ground protection and transformer protection of whole settle calculation, allocation with choose a type, in the meantime still calculation short circuit electric current.At completion theories of in the meantime, increment a few diagram paper, in order to in better compr

6、ehension and calculation.目錄第一章 緒論4 第一節(jié) 本課題現(xiàn)狀4 第二節(jié) 研究意義4 第三節(jié) 本論文主要工作6第二章 繼電保護概述7 第一節(jié) 電力系統(tǒng)繼電保護的任務和作用7 第二節(jié) 繼電保護的基本要求8 第三節(jié) 繼電保護發(fā)展現(xiàn)狀10 第四節(jié) 繼電保護的未來發(fā)展10第三章 系統(tǒng)的初步設計13 第一節(jié) 系統(tǒng)的等值計算13 第二節(jié) 短路計算19第四章 互感器的選擇及自動裝置的配置25 第一節(jié) 電流互感器的選擇25 第二節(jié) 安全自動裝置配置原則29第五章 電網(wǎng)距離保護的整定計算31 第一節(jié) 概述31 第二節(jié) 電網(wǎng)接地保護的整定計算31 第三節(jié) 電網(wǎng)相間保護的整定計算35第六章

7、 變壓器的整定計算41 第一節(jié) 概述41 第二節(jié) 差動保護的整定計算41 第三節(jié) 結(jié)論51參考文獻52致謝53第一章 緒論第一節(jié) 本課題現(xiàn)狀在變電所中，一次設備是重要的，二次設備也是重要的。因為一次設備和二次設備構(gòu)成一個整體，只有二者都處在良好的狀態(tài)，才能保證電力生產(chǎn)的安全，尤其是在大型的、現(xiàn)代化的電網(wǎng)中，二次設備的重要性更顯的突出。因此，過去那種重一次設備，輕二次設備的觀念應該改變。二次回路的故障常會破壞或影響電力生產(chǎn)的正常運行。例如：若某變電所差動保護的二次回路接線有錯誤，則當變壓器帶的負荷較大或發(fā)生穿越性相間短路時，就會發(fā)生誤跳閘；若線路保護接線有錯誤時，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，則斷路器該跳閘

8、的不跳閘，不該跳閘的卻跳了閘，就會造成設備損壞、電力系統(tǒng)瓦解的大事故；若測量回路有問題，就將影響計量，少收或多收用戶的電費，同時也難以判定電能質(zhì)量是否合格。因此，二次回路雖非主體，但它在保證電力生產(chǎn)的安全，向用戶提供合格的電能等方面都起著極其重要的作用。第二節(jié) 研究意義1、二次回路的內(nèi)容二次回路的內(nèi)容包括發(fā)電廠和變電所一次設備的控制、調(diào)節(jié)、繼電保護和自動裝置、測量和信號回路以及操作電源系統(tǒng)。1）控制回路控制回路是由控制開關和控制對象（斷路器、隔離開關）的傳遞機構(gòu)及執(zhí)行（或操動）機構(gòu)組成的。其作用是對一次開關設備進行“跳”、“合”閘操作。控制回路按自動化程度可分為手動和自動控制兩種；按控制距離可

9、分為就地和距離控制兩種；按控制方式可分為分散和集中控制兩種，分散控制均為“一對一”控制，集中控制有“一對一”和“一對N”的選線控制；按操作電源性質(zhì)可分為直流和交流操作兩種；按操作電源電壓和電流大小可分為強電和弱電控制兩種。2）調(diào)節(jié)回路調(diào)節(jié)回路是指調(diào)節(jié)型自動裝置。它是由測量機構(gòu)、傳送機構(gòu)、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行機構(gòu)組成的，其作用是根據(jù)一次設備運行參數(shù)的變化，實時在線調(diào)節(jié)一次設備的工作狀態(tài)，以滿足運行要求。3）繼電保護和自動裝置回路繼電保護和自動裝置回路是由測量、比較部分、邏輯判斷和執(zhí)行部分組成的。其作用是自動判別一次設備的運行狀態(tài)，在系統(tǒng)發(fā)生故障或異常運行時，自動跳開斷路器，切除故障或發(fā)生故障信號，故障或

10、異常運行狀態(tài)消失后，快速投入斷路器，恢復系統(tǒng)正常運行。4）測量回路測量回路是由各種測量儀表及其相關回路組成的。其作用是指示或記錄一次設備的運行參數(shù)，以便運行人員掌握一次設備運行情況。它是分析電能質(zhì)量、計算經(jīng)濟指標、了解系統(tǒng)潮流和主設備運行工況的主要依據(jù)。5）信號回路信號回路是由信號發(fā)送機構(gòu)、傳送機構(gòu)和信號器具構(gòu)成的。其作用是反映一、二次設備的工作狀態(tài)。信號回路按信號性質(zhì)可分為事故信號、預告信號、指揮信號和位置信號4種；按信號的顯示方式可分為燈光信號和音響信號2種；按信號的復歸方式可分為手動復歸和自動復歸2種。6）操作電源系統(tǒng)操作電源系統(tǒng)是由電源設備和供電網(wǎng)絡組成的，它包括直流和交流電源系統(tǒng)。其

11、作用是供給上述各回路工作電源。發(fā)電廠和變電所的操作電源多采用直流電源系統(tǒng)，簡稱直流系統(tǒng)，對小型變電所也可采用電源或整流電源。2、整定計算的目的： 繼電保護裝置與安全自動裝置（以下簡稱繼電保護）屬于二次系統(tǒng)，但是，它是電力系統(tǒng)中的一個重要組成部分。它對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行起著極為重要的作用。特別是在現(xiàn)代的超高壓，大容量的電力系統(tǒng)中，對繼電保護提出了更高的要求，重點是提高其速動性?？傊?，電力系統(tǒng)一時一刻地也不能離開繼電保護，沒有繼電保護的電力系統(tǒng)是不能運行的。 繼電保護工作類別多種多樣，諸如設計、制造、調(diào)試、安裝、運行等等。繼電保護整定計算是繼電保護工作中的一項重要工作。在電力生產(chǎn)運行工作和電力

12、工程設計工作中，繼電保護整定計算是一項必不可少的內(nèi)容。不同的部門其整定計算的目的是不同的。 電力生產(chǎn)的運行部門，例如電力系統(tǒng)的各級調(diào)度部門，其整定計算的目的是對電力系統(tǒng)中已經(jīng)配置安裝好的各種繼電保護，那找具體電力系統(tǒng)的參數(shù)和運行要求，通過計算分析給出所需的各項整定值，使全系統(tǒng)中各種繼電保護有機協(xié)調(diào)地部署，正確地發(fā)揮作用。 電力工程的設計部門其整定計算的目的是按照所設計的電力系統(tǒng)進行計算分析，選擇和論證繼電保護的裝置及選型的正確性，并最后確定其技術規(guī)范等等，正確圓滿地完成設計任務。 繼電保護是建立在電力系統(tǒng)基礎之上的，它的構(gòu)成原則和作用必須符合電力系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律；同時，繼電保護自身在電力系統(tǒng)中也

13、構(gòu)成一個有嚴密配合關系的整體，從而形成了繼電保護的系統(tǒng)性。因此，繼電保護的整定計算是一種系統(tǒng)工程。3、整定計算運行方式的選擇原則繼電保護整定計算用的運行方式，是在電力系統(tǒng)確定完好運行方式的基礎上，在不影響繼電保護的保護效果的前提下，為提高繼電保護對運行方式變化的適應能力而進一步選擇的，特別是有些問題主要是由繼電保護方面考慮決定的。例如，確定變壓器中性點是否接地運行，當變壓器絕緣性能沒有特殊規(guī)定時，則應以考慮改善零序電流保護性能來決定。整定計算用的運行方法選擇合理與否，不僅影響繼電保護的保護效果，也會影響繼電保護配置和選型的正確性。確定運行方式變化的限度，就是整定最大和最小運行方式，它應以滿足常

14、見運行方式為基礎，在不影響保護效果的前提下，適當加大變化范圍。其一般原則如下：（1）必須考慮檢修與故障兩種狀態(tài)的重迭出現(xiàn)，但不考慮多種重迭。（2）不考慮極少見的特殊方式。因為出現(xiàn)特殊方式的機率較小，不能因此惡化了絕大部分時間的保護效果。必要時，可采取臨時的特殊措施加以解決。1）線路運行變化限度的選擇線路運行變化限度的選擇有以下幾點：（1）一個廠、站母線上接有多條線路，一般應考慮一條線路檢修，另一條線路又遇故障的方式。（2）雙回線一般不考慮同時停用。（3）相隔一個廠、站的線路，必要時，可考慮上述（1）的條件重迭。2）流過保護的最大、最小短路電流計算方式的選擇（一）相間保護對單測電源的輻射形網(wǎng)絡，

15、流過保護的最大短路電流出現(xiàn)在最大方式下，即選擇所有機組、變壓器、線路全部投入運行的方式。而最小短路電流側(cè)出現(xiàn)最少運行方式下。對于雙側(cè)電源的網(wǎng)絡，一般（當取X1=X2時）與雙側(cè)電源的運行變化無關，可按單側(cè)電源的方法選擇。對于環(huán)狀網(wǎng)絡中的線路，流過保護的最大短路電流應選開環(huán)運行方式，開環(huán)點應選在所整定保護線路的相鄰下一級線路上。而對于最小短路電流，則應選閉環(huán)運行方式。同時，再合理地停用該保護背后的機組、變壓器及線路。（二）零序電流保護對于單側(cè)電源的輻射網(wǎng)絡，流過保護的最大零序電流與最小零序電流，其選擇方法可參照（一）中所述。只是要注意變壓器接地點的變化。對于雙側(cè)電源的網(wǎng)絡及環(huán)狀網(wǎng)絡，同樣也參照（一

16、）中所述。其重點也是考慮變壓器接地點的變化。3）選取流過保護最大負荷的方法按負荷電流整定的保護，需要考慮各種運行方式變化時出現(xiàn)的最大負荷電流，一般應考慮到以下的運行變化：（1）備用電源自投引起的負荷。（2）并聯(lián)運行線路的減少，負荷轉(zhuǎn)移。（3）環(huán)狀網(wǎng)絡的開環(huán)運行，負荷轉(zhuǎn)移。對于兩側(cè)電源的線路，當一側(cè)電源突然切除發(fā)電機，引起另一側(cè)增加負荷。4、變壓器的一般配置：1、瓦斯保護。反應變壓器內(nèi)部油箱故障和油面降低，瞬時作用于信號或跳閘。2、差動保護和電流速斷保護。反應變壓器內(nèi)部故障和引出線的相間短路、接地短路，并瞬時作用于跳閘。3、過電流保護。反應外部相間短路而引起的短路電流，并作用于上述的后備的保護，

17、帶時限動作于跳閘。 4、過負荷保護。反應因過載引起的過電流，這種保護只有在變壓器確實有可能過載時才裝設，一般作用于信號。5、零序電流保護。反應中性點直接接地電網(wǎng)中，外部接地短路而引起的過電流，瞬時動作于跳閘。6、溫度信號。監(jiān)視變壓器溫度升高和油冷卻系統(tǒng)的故障，作用于信號。第三節(jié) 本論文主要工作在本論文中，我只要以整定計算為主。先是對繼電保護進行了概述；第三章對系統(tǒng)進行了等值計算；第四章分別對互感器選型進行了計算；第五章主要是計算距離保護,在距離保護中又分為相間保護和接地保護,分別采用三段式保護,第段和第段作為主保護,第段作為后備保護；第六章主要是對變壓器進行了整定計算，對變壓器我采用了差動保護

18、。第二章 繼電保護概述第一節(jié) 電力系統(tǒng)繼電保護的任務和作用一、 電力系統(tǒng)的故障及不正常運行狀態(tài)電力系統(tǒng)在運行中，可能出現(xiàn)各種故障何不正常運行狀態(tài)。最常見同時也是最危險的故障是各種類型的短路，其中包括相間短路和接地短路。此外，還可能發(fā)生輸電線路斷線，旋轉(zhuǎn)電機、變壓器同一相繞組的匝間短路等，以及由上述幾種故障組合而成的復雜故障。電力系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時，可能產(chǎn)生下列嚴重后果：（1） 數(shù)值較大的短路電流通過故障點時，引燃電弧，使故障設備損壞或燒毀。（2） 短路電流通過非故障設備時，產(chǎn)生發(fā)熱和電動力，使其絕緣遭受到破壞或縮短設備使用年限。（3） 電力系統(tǒng)中部分地區(qū)電壓值大幅度下降，將破壞電能用戶正常工

19、作或影響產(chǎn)品質(zhì)量。（4） 破壞電力系統(tǒng)中各發(fā)電廠之間并聯(lián)運行的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)發(fā)生振蕩，從而使事故擴大，甚至使整個電力系統(tǒng)瓦解。電力系統(tǒng)中電氣元件的正常運行遭到破壞時，但沒有發(fā)生故障，這種情況屬于不正常工作狀態(tài)。例如，因負荷超過供電設備的額定值引起的電流升高，稱為過負荷，就是一種常見的不正常工作狀態(tài)。在過負荷時，使電氣元件載流部分和絕緣材料溫度升高而過熱，加速絕緣材料老化和損壞，并有可能發(fā)展成故障。此外，系統(tǒng)中出現(xiàn)有功功率缺額而引起的頻率降低，發(fā)電機突然甩負荷而產(chǎn)生的電壓，以及電力系統(tǒng)振蕩等，都屬于不正常運行狀態(tài)。電力系統(tǒng)中發(fā)生不正常運行狀態(tài)和故障時，都可能引起系統(tǒng)事故。事故是指系統(tǒng)或其中一部分

20、的正常工作遭到破壞，并造成對用戶少送電或電能質(zhì)量變壞到不能容許的程度，甚至造成人身傷亡和電氣設備損壞。系統(tǒng)事故的發(fā)生，除自然條件的因素（如遭受雷擊等）以外，一般都是由設備制造上的缺陷、設計和安裝的錯誤、檢修質(zhì)量不高或運行維護不當引起的；因此，應提高設計和運行水平，并提高制造與安裝質(zhì)量，這樣可能大大減少事故發(fā)生的幾率。但是不可能完全避免系統(tǒng)故障和不正常運行狀態(tài)的發(fā)生，故障一旦發(fā)生，故障量將以近似于光速影響其他非故障設備，甚至引起新的故障。為防止系統(tǒng)事故擴大，保證非故障部分仍能可靠地供電，并維持電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，要求迅速有選擇性地切除故障元件。切除故障的時間有時要求短到十分之幾到百分之幾秒，顯

21、然，在這樣短的時間內(nèi)，由運行人員發(fā)現(xiàn)故障設備，并將故障設備切除是不可能的。只有借助于安裝在每一個電氣設備的自動裝置，即繼電保護裝置，才能實現(xiàn)。二、 繼電保護裝置繼電保護裝置是指安裝在被保護元件上，反應被保護元件故障或不正常運行狀態(tài)并作用于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。繼電保護裝置最初是以機電式繼電器為主構(gòu)成的，現(xiàn)代繼電保護裝置則已發(fā)展成以電子元件或微型計算機或可編程序控制器為主構(gòu)成?！袄^電保護”一詞泛指繼電保護技術或由各種繼電保護裝置組成的繼電保護系統(tǒng)。三、繼電保護裝置的基本任務繼電保護裝置的基本任務為以下幾點。（1） 自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)

22、遭到破壞，并保證其他無故障元件迅速恢復正常運行。（2） 反應電氣元件不正常運行情況，并根據(jù)不正常運行情況的種類和電氣元件維護條件。發(fā)出信號，由運行人員進行處理或自動地進行調(diào)整或?qū)⒛切├^續(xù)運行會引起事故的電氣元件予以切除。反應不正常運行情況的繼電保護裝置允許帶有一定的延時動作。（3） 繼電保護裝置愛可以和電力系統(tǒng)中其他自動化裝置配合，在條件允許時，采取預定措施，縮短事故停電時間，盡快恢復供電，從而提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。綜上所述，繼電保護在電力系統(tǒng)中的主要作用是通過預防事故或縮短事故范圍來提高系統(tǒng)運行的可靠性。繼電保護裝置是電力系統(tǒng)中重要的組成部分，是保證電力系統(tǒng)安全和可靠運行的重要技術措施之

23、一。在現(xiàn)在化的電力系統(tǒng)中，如果沒有繼電保護裝置，就無法維持電力系統(tǒng)的正常運行。第二節(jié) 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條基本要求，即選擇性、速動性、靈敏性、和可靠性，現(xiàn)分別說明下。1、選擇性選擇性是指繼電保護裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，保證系統(tǒng)中非故障元件仍將繼續(xù)運行，盡量縮小停電范圍。圖1-1所示為單側(cè)電源網(wǎng)絡，母線A、B、C、D代表相應變電所，斷路器1QF8QF都裝有繼電保護裝置P1P8。圖1-1當k1點短路時，應由距短路點k1最近的保護裝置P1動作，1QF跳閘，將故障線路WL5切除，變電所D停電。當k3點發(fā)生短路時，保護裝置P7和P5動作，7QF

24、和5QF跳閘，切除故障線路WL1，變電所B仍可由線路WL2繼續(xù)供電。由此可見，繼電保護有選擇性動作可將停電范圍限制到最小，甚至可以做到不中斷向用戶供電。對繼電保護動作有選擇性的要求，同時還必須考慮繼電保護裝置或斷路器由于自身故障等原因而拒絕動作（簡稱據(jù)動）的可能性，因而需要考慮后備保護的問題。如圖1-1所示，當k4點短路時，應由繼電保護裝置P4動作，將故障線路WL4切除，但由于某種原因，保護裝置P4據(jù)動，此時可由保護裝置P3動作，將故障切除。保護裝置P3這種作用稱為相鄰元件的后備保護，由于按上述方式構(gòu)成的后備保護在遠處實現(xiàn)，故又稱為遠后備保護。同理，保護P7P8也可以作為保護3的后備保護。一般

25、地，把反映被保護元件嚴重故障，快速動作于跳閘的保護裝置稱為主保護，而把在主保護系統(tǒng)失效時備用的保護裝置稱為后備保護。在復雜的高壓電力系統(tǒng)中，如果實現(xiàn)遠后備保護有困難，則可采用近后備保護方式。即當本元件的主保護拒動時，由本元件另一套保護裝置作為后備保護。當斷路器拒絕動作時，由同一發(fā)電廠或變電所內(nèi)有關斷路器動作，實現(xiàn)后備保護。為此，在每一元件上裝設單獨得主保護和后備保護，并裝設設備的斷路器失靈保護。由于這種后備保護作用是在保護安裝處實現(xiàn)，故又稱它為近后備保護。由于遠后備保護是一種完善保護方式，它對相鄰元件的保護裝置、斷路器、二次回路和直流電源引起的拒動，均能起到后備保護作用，同時它的實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟

26、，因此應優(yōu)先采用。只有當遠后備保護不能滿足要求時，才考慮采用近后備保護方式。2、速動性快速地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的工作時間，以及縮少故障元件的損壞程度。因此，在發(fā)生故障時，應力求保護裝置能迅速動作，切除故障。動作迅速而同時又能滿足選擇性要求的保護裝置，一般結(jié)構(gòu)都比較復雜，價格也比較貴。在一些情況下，允許保護裝置帶有一定時限切除發(fā)生故障的元件。因此，對繼電保護速動性的具體要求，應根據(jù)電力系統(tǒng)的接線以及保護元件的具體情況來確定。下面列舉一些必須快速切除的故障。（1） 根據(jù)維持系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，必須快速切除高壓輸電線路上發(fā)生的故障。（2） 使發(fā)電廠或重要

27、用戶的母線電壓低于允許值（一般為0.7倍額定電壓）的故障。（3） 大容量的發(fā)電機、變壓器以及電動機內(nèi)部發(fā)生的故障。（4） 110kv線路導線截面過小，為避免過熱不允許延時切除的故障等。（5） 可能危及人身安全，對通信系統(tǒng)或鐵路號志系統(tǒng)有強烈電磁干擾的故障等。故障切除的總時間等于保護裝置和斷路器動作時間之和。一般快速保護的動作時間為0.060.12s，最快的可達0.020.04s，一般斷路器動作時間為0.060.15s，最快的有0.020.06s。3、靈敏性繼電保護的靈敏性是指對于保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或非正常運行狀態(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(nèi)部發(fā)生故障時，不論

28、短路點的位置，短路的類型，通常用靈敏系數(shù)（Ksen）來衡量，它決定于被保護元件和電力系統(tǒng)得參數(shù)和運行方式。在DL400-1991繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程中，對各類保護的靈敏系數(shù)的要求都做了具體的規(guī)定。4、可靠性保護裝置的可靠性是指在其規(guī)定的保護范圍內(nèi)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應該動作情況下，則不應該錯誤動作。繼電保護裝置誤動作和據(jù)動作都會給電力系統(tǒng)造成嚴重的危害。但提高其不誤動的可靠性和不拒動的可靠性措施常常是互相矛盾的。由于電力系統(tǒng)得結(jié)構(gòu)和負荷性質(zhì)的不同，誤動和拒動的危害程度有所不同。因而提高保護裝置可靠性的重點在不同情況下有所不同。例如，當系統(tǒng)中

29、有充足的旋轉(zhuǎn)備用容量（熱備用）、輸電線路很多、各系統(tǒng)之間以及電源與負荷之間聯(lián)系很緊密時，若繼電保護裝置發(fā)生誤動作使某發(fā)電機、變壓器或輸電線路切除，給電力系統(tǒng)造成的影響可能不大；但如果發(fā)電機、變壓器或輸電線路故障時繼電保護裝置拒動，將會造成設備損壞或破壞系統(tǒng)穩(wěn)定運行，造成巨大損失。在此情況下，提高繼電保護不拒動的可靠性比提高不誤動的可靠性更加重要。反之，系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用容量較少，以及各系統(tǒng)之間和電源與負荷之間的聯(lián)系比較薄弱時，繼電保護裝置發(fā)生誤動使某發(fā)電機，變壓器或某輸電線路切除，將會引起對負荷供電的中斷，甚至造成系統(tǒng)穩(wěn)定性的破壞，造成巨大損失；而當某一保護裝置拒動時，其后備保護仍可以動作，并切除故

30、障。在這種情況下，提高保護裝置不誤動的可靠性比提高其不拒動的可靠性更為重要。由此可見，提高保護裝置的可靠性要根據(jù)電力系統(tǒng)和負荷的具體情況采取適當?shù)膶Σ??？煽啃灾饕槍ΡＷo裝置本身的質(zhì)量和運行維護水平而言，一般來說，保護裝置的組成元件的質(zhì)量越高，接線越簡單，回路中繼電器的觸點數(shù)量越少，保護裝置的可靠性就越高。同時，正確的設計和整定計算，保證安裝、調(diào)整試驗的質(zhì)量，提高運行維護水平，對于提高保護裝置的可靠性也具有重要作用。對于一個確定的保護裝置在一個確定的系統(tǒng)中運行而言，在繼電保護的整定計算中用可靠系數(shù)來校核是否滿足可靠性的要求。在國家或行業(yè)制定的繼電保護運行整定計算規(guī)程中，對各類保護的可靠性系數(shù)都

31、做了具體規(guī)定。第三節(jié) 繼電保護發(fā)展現(xiàn)狀電力系統(tǒng)得飛速發(fā)展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術、計算機技術與通信技術的飛速發(fā)展又為繼電保護技術的發(fā)展不斷地注入了新的活力，因此，繼電保護技術得天獨厚，在40余年的時間里完成了發(fā)展的4個階段。建國后，我國繼電保護學科、繼電保護設計、繼電器制造工業(yè)和繼電保護技術隊伍從無到有，在大約10年的時間里走過了先進國家半個世紀走過的道路。50年代，我國工程技術人員創(chuàng)造性地吸收、消化、掌握了國外先進的繼電保護設備性能和運行技術，建成了一支具有深厚繼電保護理論造詣和豐富運行經(jīng)驗的繼電保護技術隊伍，對全國繼電保護技術隊伍的建立和成長起了知道作用。阿城繼電器廠引進消化了

32、當時國外先進的繼電器制造技術，建立了我國自己的緝繼電器制造業(yè)。因而在60年代中我國已建成了繼電保護研究、設計、制造、運行和教學的完整體系。這是機電式繼電保護繁榮的時代，為我國繼電保護技術的發(fā)展奠定了堅實基礎。自50年代末，晶體管繼電保護已在開始研究，60年代中到80年代中是晶體管繼電保護蓬勃發(fā)展和廣泛采用的時代。其中天津大學與南京電力自動化設備廠合作研究的500kv晶體管方向高頻保護和南京電力自動化研究院研制的晶體管高頻閉鎖距離保護，運行于葛洲壩500kv線路上，結(jié)束了500kv線路保護完全依靠從國外進口的時代。在此期間，從70年代中，基于集成運算放大器的集成電路保護已開始研究。到80年代末集

33、成電路保護已形成完整系列，逐漸取代晶體管保護。到90年代初集成電路保護的研制、生產(chǎn)、應用仍處于主導地位，這是集成電路保護時代。在這方面南京電力自動化研究院研制的集成電路工頻變化量方向高頻保護起了重要作用，天津大學與南京電力自動化設備廠合作研制的集成電路相電壓補償式方向高頻保護也在多條220kv和500kv線路上運行。我國從70年代末即已開始計算機繼電保護的研究，高等院校和科研院所起著先導的作用。華中理工大學、東南大學、華北電力學院、西安交通大學、天津大學、上海交通大學、重慶大學和南京電力自動化研究院都相繼研制了不同原理、不同型式的微機保護裝置。1984年原華北電力學院研制的輸電線路微機保護裝置

34、首先通過鑒定，并在系統(tǒng)中獲得應用，揭開了我國繼電保護發(fā)展史上新的一頁，為微機保護的推廣開辟了道路。在主設備保護方面，東南大學和華中理工大學研制的發(fā)電機失磁保護、發(fā)電機保護和發(fā)電機？變壓器組保護也相繼于1989、1994年通過鑒定，投入運行。南京電力自動化研究院研制的微機線路保護裝置也于1991年通過鑒定。天津大學與南京自動化設備廠合作研制的微機相電壓補償方式高頻保護，西安交通大學與許昌繼電器廠合作研制的正序故障分量方向高頻保護也相繼于1993、1996年通過鑒定。至此，不同原理、不同機型的微機線路和主設備保護各具特色，為電力系統(tǒng)提供了一批新一代性能優(yōu)良、功能齊全、工作可靠的繼電保護裝置。隨著微

35、機保護裝置的研究，在微機保護軟件、算法等方面也取得了很多理論成果?？梢哉f從90年代開始我國繼電保護技術已進入了微機保護的時代。第四節(jié) 繼電保護的未來發(fā)展 繼電保護技術未來趨勢是向計算機化，網(wǎng)絡化，自能化，保護、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。1、計算機化隨著計算機硬件的迅猛發(fā)展，微機保護硬件也在不斷發(fā)展。原華北電力學院研制的微機線路保護硬件已經(jīng)歷了3個發(fā)展階段；從8位單CPU結(jié)構(gòu)的微機保護問世，不到5年時間就發(fā)展到多CPU結(jié)構(gòu)，后又發(fā)展到總線不出模塊的大模塊結(jié)構(gòu)，性能大大提高，得到了廣泛應用。華中理工大學研制的微機保護也是從8位CPU，發(fā)展到以工控機核心部分為基礎的32位微機保護。南京電力自動

36、化研究院已開始就研制了16位CPU為基礎的微機線路保護，已得到大面積推廣，目前也在研究32位保護硬件系統(tǒng)，東南大學研制的微機主設備保護的硬件也經(jīng)過了多次改進和提高。采用32位微機芯片并非只著眼于精度，因為精度受A/D轉(zhuǎn)換器分辨率的限制，超過16位時在轉(zhuǎn)換速度和成本方面都是難以接受的；更重要的是32位微機芯片具有很高的集成度，很高的工作頻率和計算速度，很大的尋址空間，豐富的指令系統(tǒng)和較多的輸入輸出口。CPU的寄存器、數(shù)據(jù)總線、地址總線都是32位的，具有存儲器管理功能、存儲器保護功能和任務轉(zhuǎn)換功能，并將高速緩存（Cache）和浮點數(shù)部件都集成在CPU內(nèi)。 電力系統(tǒng)對微機保護的要求不斷提高，除了保護

37、的基本功能外，還應具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長期存放空間，快速的數(shù)據(jù)處理功能，強大的通信能力，與其它保護、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡資源的能力，高級語言編程等。這就要求微機保護裝置具有相當于一臺PC機的功能。在計算機保護發(fā)展初期，曾設想過用同一臺小型計算機做成繼電保護裝置。由于當時小型機體積達、成本高、可靠性差，這個設想是不現(xiàn)實的?，F(xiàn)在，同微機保護裝置大小相似的工控機的功能、速度、存儲容量大大超過了當年的小型機，因此，用成套工控機做成繼電保護的時機已經(jīng)成熟，這將是微機保護的發(fā)展方向之一。這種裝置的優(yōu)點有：（1）具有486PC機的全部功能，能滿足對當前和未來微機保護的各種功能

38、要求。（2）尺寸和結(jié)構(gòu)與目前的微機保護裝置相似，工藝精良、防震、防過熱、防電磁干擾能力強，可運行于非常惡劣的工作環(huán)境，成本可接受。（3）采用STD總線或PC總線，硬件模塊化，對于不同的保護可任意選用不同模塊，配置靈活、容易擴展。 繼電保護裝置的微機化、計算機化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。但對如何更好地滿足電力系統(tǒng)要求，如何進一步提高繼電保護的可靠性，如何取得更大的經(jīng)濟效益和社會效益，尚須進行具體深入的研究。2、網(wǎng)絡化計算機網(wǎng)絡作為信息和數(shù)據(jù)通信工具已成為信息時代的技術支柱，使人類生產(chǎn)和社會生活的面貌發(fā)生了根本變化。它深刻影響著各個工業(yè)領域，也為各個工業(yè)領域提供了強有力的通信手段。到目前為止，除了差動

39、保護和縱聯(lián)保護外，所有繼電保護裝置都只能反應保護安裝處的電氣量。繼電保護的作用也只限于切除故障元件，縮小事故影響范圍。這主要是由于缺乏強有力的數(shù)據(jù)通信手段。國外早已提出過系統(tǒng)保護的概念，這在當時主要指安全自動裝置。因繼電保護的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍（這是首要任務），還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。這就要求每個保護單元都能共享全系統(tǒng)的運行和故障信息的數(shù)據(jù)，各個保護單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎上協(xié)調(diào)動做，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。顯然，實現(xiàn)這種系統(tǒng)保護的基本條件是將全系統(tǒng)各主要設備的保護裝置用計算機網(wǎng)絡連接起來，亦即實現(xiàn)微機保護裝置的網(wǎng)絡化。這在當前的技術條件下是完全

40、可能的。對于一般的非系統(tǒng)保護，實現(xiàn)保護裝置的計算機聯(lián)網(wǎng)也有很大的好處。繼電保護裝置能夠得到的系統(tǒng)故障信息愈多，則對故障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障距離的檢測愈準確。對自適應保護原理的研究已經(jīng)過很長的時間，也取得了一定的成果，但要真正實現(xiàn)保護隊系統(tǒng)運行方式和故障狀態(tài)的自適應，必須獲得更多的系統(tǒng)運行和故障信息，只有實現(xiàn)保護的計算機網(wǎng)絡化，才能作到這一點。3、保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化在實現(xiàn)繼電保護的計算機化和網(wǎng)絡化的條件下，保護裝置實際上就是一臺高性能、多功能的計算機，是整個電力系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡上的一格智能終端。它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運行和故障的任何信息和數(shù)據(jù)，也可將它所獲得的被保護元件的任何信

41、息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡控制中心或任一端。因此，每個微機保護裝置不但可完成繼電保護功能，而且在無故障正常運行情況下還可完成測量、控制、數(shù)據(jù)通信功能，亦即實現(xiàn)保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化。目前，為了測量、保護和控制的需要，室外變電站的所有設備，如變壓器、線路等的二次電壓、電流都必須用控制電纜引到主控室。所敷設的大量控制電纜不單要大量投資，而且使二次回路非常復雜。但是如果將上述的保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化的計算機裝置，就地安裝在室外變電站的被保護設備等，將被保護設備的電壓、電流量在此裝置內(nèi)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過計算機網(wǎng)絡送到主控室，則可免除大量的控制電纜。如果用光纖作為網(wǎng)絡的傳輸介質(zhì)，還可免除電

42、磁干擾?，F(xiàn)在光電流互感器（OTA）和光電壓互感器（OTV）已在研究試驗階段，將來必然在電力系統(tǒng)中得到應用。在采用OTA和OTV的情況下，保護裝置應放在距OTA和OTV最近的地方，亦即應放在被保護設備附近。OTA和OTV的光信號輸入到此一體化裝置中并轉(zhuǎn)換成電信號后，一方面用作保護的計算判斷；另一方面作為測量量，通過網(wǎng)絡送到主控室。從主控室通過網(wǎng)絡可將對被保護設備的操作控制指令送到此一體化裝置，由此一體化裝置執(zhí)行斷路器的操作。4、智能化近年來，人工智能技術如神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法、進化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個領域都得到了應用，在繼電保護領域應用的研究也已開始。神經(jīng)網(wǎng)絡是一種非線性映射的方法，很多

43、難以列出方程式或難以求解的復雜的非線性問題，應用神經(jīng)網(wǎng)絡方法則可迎刃而解。例如在輸電線兩側(cè)系統(tǒng)電勢角度擺開情況下發(fā)生經(jīng)過渡電阻的短路就是一非線性問題，距離保護很艱難正確做出故障位置的判別，從而造成誤動或據(jù)動；如果用神經(jīng)網(wǎng)絡方法，經(jīng)過大量故障樣本的訓練，只要樣本集中充分考慮了各種情況，則在發(fā)生任何故障時都可正確判別。其它如遺傳算法、進化規(guī)劃等也都有其獨特的求解復雜問題的能力。江這些人工智能方法適當結(jié)合可使求解速度更快。可以預見，人工智能技術在繼電保護領域必會得到應用，以解決用常規(guī)方法難以解決的問題。第三章 系統(tǒng)的初步設計第一節(jié) 系統(tǒng)的等值計算一、原始數(shù)據(jù)1、系統(tǒng)圖2、說明設計中線路及原件只計算電

44、感參數(shù)，線路正序阻抗為0.4/km，單回線零序阻抗為1.2/km，雙回線零序阻抗為1.4/km，低壓出線（10kV）后備保護時限均取1秒。發(fā)電機及變壓器參數(shù)按圖示額定值進行計算。雙繞組變壓器=10.5%，變壓器零序阻抗是0.8的正序阻抗。發(fā)電機參數(shù)發(fā)電機型號發(fā)電機容量（MW）cosxQF2-12-2120.80.12210.1490QF2-25-2250.80.13000.1492QF2-50-2500.80.12400.1525三繞組變壓器參數(shù)變壓器型號容量額定電壓 U1-2%U1-3%U2-3%SFSL1-20000100/100/100121/38.5/10.518.010.56.5SF

45、SL1-20000100/100/100121/38.5/10.518.010.56.5SFSL1-20000100/100/100121/38.5/10.518.010.56.5二、系統(tǒng)的等值計算1） 原始網(wǎng)絡的等值電路（下面都是標幺值），見圖1-1。 圖1-1取Sd=100MVA Ud=Uav=115KVX1=0.130.10X2=0.4×50=0.17X3=0.105=0.26X4=0.4×70=0.210.105=0.17X6=0.4×700.210.105=0.26X8=0.4×800.24X9=0.4×750.23X10=10010

46、0?18%=0.18X11=100100?10.5%=0.105X12=100100?6.5%=0.065X13=0.130.26X14=0.4=0.12X15=0.1240=0.1X16=0.4×50=0.17X17=0.105=0.26X18=0.4×50=0.17X19=0.105=0.262） 正序網(wǎng)絡及其化簡，見圖1-2。（a）（b） （c） 圖1-2X20=X2+X3=0.43X21=X4/X6=0.105X22=0.21X23=0.36X24=X18+X19=0.43X25=0.34X26=0.53X27=X13+X9=0.49X28=0.53X29=0.88

47、X30=X23/X25/X26=0.14X31=X28/X29=0.333)負序網(wǎng)絡及其化簡 A、B、C處接地，見圖1-3。（a） （b）（c）（d）圖1-3X1'=0.14920.12X13'=0.14920.23X15'=0.1525=0.12X27'=X13'+X9=0.494)零序網(wǎng)絡及其化簡（A、B、C處110KV母線接地，見圖1-4）（a） （b）圖1-4 X8'=3×X8=0.72X9'=3×X9=0.69X14'=3?X14=0.36X10'=0.8?X10=0.05X11'=0

48、.8?X11=0.08X12'=0.8?X12=0.14X22'=0.16X23'=0.28第二節(jié) 短路計算一、原始數(shù)據(jù)1、系統(tǒng)圖2、說明設計中線路及原件只計算電感參數(shù)，線路正序阻抗為0.4/km，單回線零序阻抗為1.2/km，雙回線零序阻抗為1.4/km，低壓出線（10kV）后備保護時限均取1秒。發(fā)電機及變壓器參數(shù)按圖示額定值進行計算。雙繞組變壓器=10.5%，變壓器零序阻抗是0.8的正序阻抗。發(fā)電機參數(shù)發(fā)電機型號發(fā)電機容量（MW）cosxQF2-12-2120.80.12210.1490QF2-25-2250.80.13000.1492QF2-50-2500.80.

49、12400.1525三繞組變壓器參數(shù)變壓器型號容量額定電壓 U1-2%U1-3%U2-3%SFSL1-20000100/100/100121/38.5/10.518.010.56.5SFSL1-20000100/100/100121/38.5/10.518.010.56.5SFSL1-20000100/100/100121/38.5/10.518.010.56.5二、短路電流計算1、網(wǎng)絡化簡 圖1-1取Sd=100MVA Ud=Uav=115KVX1=0.130.10X2=0.4×50=0.17X3=0.105=0.26X4=0.4×70=0.210.105=0.17X6=

50、0.4×700.210.105=0.26X8=0.4×800.24X9=0.4×750.23X10=100100?18%=0.18X11=100100?10.5%=0.105X12=100100?6.5%=0.065X13=0.130.26X14=0.4=0.12X15=0.1240=0.1X16=0.4×50=0.17X17=0.105=0.26X18=0.4×50=0.17X19=0.105=0.262、三相短路計算：當2#發(fā)生三相短路，并計算短路電流。X1'=X1+X8=0.34X16=X15+X14=0.22X17=X13+X9

51、=0.49將“轉(zhuǎn)移電抗”化為各電源到短路點的“計算電抗”：XcaA =0.34=0.54XcaB=X16?SBSd=0.22=0.35XcaC =X17?SCSd=0.49=0.31A廠供給在短路點處產(chǎn)生的短路電流：先求以電源A為基準容量、以短路點平均電壓為基準電壓的電流基準值：=0.83(KA)查附錄的0s曲線，對應Xca=0.54：I"*=2.0 I"=2.0=1.66(KA)查附錄的0.2s曲線，對應Xca=0.54：I0.2"=1.8 I0.2=1.8=1.49(KA)查附錄的4s曲線，對應Xca=0.54：=2.4 =2.4×0.83=1.99

52、(KA)B廠供給在短路點處產(chǎn)生的短路電流：先求以電源A為基準容量、以短路點平均電壓為基準電壓的電流基準值：=0.83(KA)查附錄的0s曲線，對應Xca=0.35：I"*=3.1 I"=3.1=2.57(KA)查附錄的0.2s曲線，對應Xca=0.35：I0.2"=2.6 I0.2=2.6=2.16(KA)查附錄的4s曲線，對應Xca=0.35：=2.85 =2.85×0.83=2.37(KA)C廠供給在短路點處產(chǎn)生的短路電流：先求以電源A為基準容量、以短路點平均電壓為基準電壓的電流基準值：=0.33(KA)查附錄的0s曲線，對應Xca=0.31：I&q

53、uot;*=3.6 I"=3.6=1.19(KA)查附錄的0.2s曲線，對應Xca=0.31：I0.2"=2.8 I0.2=2.8=0.92(KA)查附錄的4s曲線，對應Xca=0.31：=2.95 =2.95×0.33=0.97(KA)求短路點的三相短路電流：Ik"=1.66+2.57+1.19=5.42(KA)Ik0.2=1.49+2.16+0.92=4.57 (KA)=1.99+2.37+0.97=5.33 (KA)求三相短路沖擊電流（取Ksh=1.8）：ish=2?1.8?5.42=13.8(KA)第四章 互感器的選擇及自動裝置的配置第一節(jié) 電流

54、互感器的選擇1）A廠1#變壓器一次額定電流110KV側(cè)：IN=210A10KV側(cè)：IN=2309.5A電流互感器變比110KV側(cè)計算變比及選用變比：nTA,cal=363.725選用 nTA=600510KV側(cè)計算變比及選用變比：nTA,cal=2309.55選用 nTA=30005電流互感器二次額定電流110KV側(cè)： =3.03A10K V側(cè)：I2N=2309.5300 =7.7A2） A廠2#變壓器一次額定電流高壓側(cè)：IN,h=330.7A中壓側(cè)：IN,m=1039.3A低壓側(cè)：IN,l=3637.4A電流互感器變比選擇高壓側(cè)：=572.85 選用6005中壓側(cè)：1039.35 選用150

55、05低壓側(cè)：3637.45 選用40005電流互感器二次額定電流 高壓側(cè)：I2N,h=9.55A 中壓側(cè)：I2N,m=1039.3120=8.66A 低壓側(cè)：I2N,l=3637.4300=12.12A3）A廠3#變壓器一次額定電流110KV側(cè)：IN=330.7A10KV側(cè)：IN=3637.3A電流互感器變比110KV側(cè)計算變比及選用變比：nTA,cal=572.85選用 nTA=600510KV側(cè)計算變比及選用變比：nTA,cal=3637.35選用 nTA=40005電流互感器二次額定電流110KV側(cè)： =4.8A10K V側(cè)：I2N=3637.3300 =12.1A4）A廠4#變壓器一次額定電流110KV側(cè)：IN=210A10KV側(cè)：IN=2309.5A電流互感器變比110KV側(cè)計算變比及選用變比：nTA,