1、第 一 章 概 述1.1 電力系統繼電保護的作用電力是當今世界使用最為廣泛、地位最為重要的能源，電力系統的安全穩(wěn)定運行對國民經濟、人民生活乃至社會穩(wěn)定都有著極為重大的影響。電力系統由各種電氣元件組成。這里電氣元件是一個常用術語，它泛指電力系統中的各種在電氣上的獨立看待的電氣設備、線路、器具等。由于自然環(huán)境，制造質量運行維護水平等諸方面的原因，電力系統的各種元件在運行中可能出現各種故障或不正常運行狀態(tài)。因此，需要有專門的技術為電力系統建立一個安全保障體系，其中最重要的專門技術之一就是繼電保護技術。電力系統繼電保護的基本作用是：在全系統范圍內，按指定分區(qū)實時的檢測各種故障和不正常運行狀態(tài)，快速及時

2、地采取故障隔離或告警等措施，以求最大限度地維持系統的穩(wěn)定，保持供電的連續(xù)性，保障人身的安全，防止或減輕設備的損壞。 1.2 電力系統繼電保護技術與繼電保護裝置繼電保護技術是一個完整的體系，它主要由電力系統的故障分析、繼電保護原理及實現、繼電保護配置設計、繼電保護運行與維護等技術構成，而完成繼電保護功能的核心是繼電保護裝置。繼電保護裝置，是指裝設于整個電力系統的各個元件上，能在指定區(qū)域快速準確地對電氣元件發(fā)出的各種故障或不正常運行狀態(tài)作出反應，并按規(guī)定時限內動作，時斷路器跳閘或發(fā)出告警信號的一種反事故自動裝置。繼電保護裝置的基本任務是：（1）自動、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統中切除并最大限

3、度地保證其他無故障部分恢復正常運行；（2）能對電氣元件的不正常運行狀態(tài)作出反應，并根據運行維護規(guī)范和設備承受能力動作，發(fā)出告警信號，或減負荷，或延時跳閘；（3）條件許可時，可采取預定措施，盡快地恢復供電和設備運行?？傊?，繼電保護技術是電力系統必不可少的組成部分，對保障系統安全運行，保證電能質量，防止故障擴大和事故發(fā)生，都有極其重要的作用。1.3 繼電保護的基本要求對作用于跳閘的繼電保護裝置，在技術上有四個基本要求，也就是所說的“四性”：選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。（1）選擇性選擇性是指繼電保護裝置動作時，應在盡可能小的范圍內將故障元件從電力系統中切除，盡量縮小停電范圍，最大限度的保護電力系

4、統中非故障部分能繼續(xù)運行。（2）速動性快速的切除故障可以提高電力系統并列運行的穩(wěn)定性，減少用戶在電壓降低的情況下工作的時間，以及縮小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，一般結構都比較復雜，價格也比較昂貴。電力系統在一些情況下，允許保護裝置帶有一定的延時切除故障的元件。因此，對繼電保護速動性的具體要求，應根據電力系統的接線以及被保護元件的具體情況來確定。 切除故障的總時間等于保護裝置和斷路器動作時間之和。一般的快速保護的動作時間為0.060.12s，最快的可達0.010.04s；一般的斷路器動作時間為0.060.

5、15s，最快的可達0.020.06s。（3）靈敏性繼電保護的靈敏性是指，對于其保護范圍內發(fā)生的故障或不正常運行狀態(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)定的博愛戶范圍內部發(fā)生故障時，不論短路點的位置、短路的類型如何，以及短路點是否有過渡電阻都能敏銳感覺，正確反應。保護裝置的靈敏性，通常用靈敏系數來衡量，通常記為Ksen，它主要決定于被保護元件和電力系統的參數和運行方式。（4）可靠性 保護裝置的可靠性是指，對于任何一臺保護裝置，在為其規(guī)定的保護范圍內發(fā)生了他應該動作的故障，它不應該拒絕動作（簡稱拒動）；而在其他任何情況下，包括系統正常運行狀態(tài)或發(fā)生了該保護裝置不應該動作的故障時，則不

6、應該錯誤動作（簡稱誤動）。 可靠性主要是針對保護裝置本身的質量和運行維護水平而言的。一般來說，保護裝置的原理方案越周全，結構設計越合理，所用元器件質量越好，制造工藝越精良，內外接線越簡明，回路中繼電器的觸點數量越少，保護裝置工作的可靠性就越高。同時，正確的安裝和接線、嚴格的調整和試驗、精確的整定計算和操作、良好的運行維護以及豐富的運行經驗等，對于提高保護運行的可靠性也具有重要的作用。以上四個基本要求是分析研究繼電保護性能的基礎。在它們之間，既有矛盾的一面，又有在一定條件下統一的一面。繼電保護的科學研究、設計、制造和運行的絕大部分工作也是圍繞著如何處理好這四個基本要求之間的辨證統一關系而進行的。

7、另外，再選擇繼電保護方式時除應滿足上述的基本要求外，還應考慮經濟條件。1.4 電網繼電保護的設計原則關于電網繼電保護的選擇在“技術規(guī)程”中已有具體的規(guī)定，一般要考慮的主要規(guī)則為：（1） 電力設備和線路必須有主保護和后備保護，必要時增加輔助保護，其中主保護主要考慮系統穩(wěn)定和設備安全；后備保護主要是考慮主保護和斷路器拒動時用于故障切除；輔助保護是補充前二者的不足或在主保護退出時起保護作用；（2） 線路保護之間或線路保護與設備保護之間應在靈敏度、選擇性和動作時間上相互配合，以保證系統安全運行；（3） 對線路和設備所有可能的故障或異常運行方式均應設置相應的保護裝置，以切除這些故障和給出異常運行的信號；

8、（4） 對于不同電壓等級的線路和設備，應根據系統運行要求和技術規(guī)程要求,配置不同的保護裝置.一般電壓等級越高,保護的性能越高越完善,如330KV以上線路或設備的主保護采用“雙重化”保護裝置等；（5）所有保護裝置均應符合可靠性、選擇性、靈敏性和速動性要求。第 二 章系統中各元件的主要參數計算2.1 標幺制及標幺值計算方法2.1.1標幺制的概念在電力系統計算中，廣泛采用標幺制。標幺制是相對單位制中的一種，在標幺制中各物理量都用標幺值表示。標幺值=實際有名值（任意單位）/基準值（與有名值同單位）標幺值是一個沒有量綱的數值。對于同一個實際值，當所選的基準值不同是，其標幺值也不同。所以當訴說一個物理量的

9、標幺值是，必須同時說明起基準值多大，否則僅有一個標幺值是沒意義的。當選定電壓、電流、阻抗、和功率的基準值分別為UB、IB、ZB和SB時,相應的標幺值為U* = U/UB （2-1） I* = I/IB （2-2）Z* = Z/ZB （2-3） S* = S/SB （2-4）2.1.2基準值的選取采用標幺值的目的是為了簡化計算和便于對計算結果作出分析評價，在選擇基準值時應考慮盡量實現這些目的。電力系統的各電氣量基準值的選擇,在符合電路基本關系的前提下,原則上可以任意選取。四個物理量的基準值都要分別滿足以上的公式，因此，四個基準值只能任選兩個，其余兩個則由上述關系式決定。至于先選定哪兩個基準值，原

10、則上沒有限制；但習慣上多先選定UB B。這樣電力系統主要涉及三相短路的IB ZB, 可得:IUB （2-5）UIUB （2-6）U和原則上選任何值都可以，但應根據計算的內容及計算方便來選擇。通常UB多選為額定電壓或平均額定電壓。B可選系統的或某發(fā)電機的總功率；有時也可取一整數，如100、1000MVA等。用標幺值計算時，也就是在各元件參數的有名值歸算到同一個電壓等級后，在此基礎上選定統一的基準值求各元件參數的標幺值。2.1.3標幺值的計算方法：標幺值的計算有精確計算法和近似計算法兩種，其區(qū)別在于參數歸算時是否采用變壓器實際變比。（1） 精確的計算法，在標幺值歸算中，不僅將各電壓級參數歸算到基本

11、級，而且還需選取同樣的基準值來計算標幺值。1）將各電壓級參數的有名值按有名制的精確計算法歸算到基本級，再基本級選取統一的電壓基值和功率基值。 2）各電壓級參數的有名值不歸算到基本值而是再基本級選取電壓基值和功率基值后將電壓基值向各被歸算級歸算，然后就在各電壓級用歸算得到的基準電壓和基準功率計算各元件的標幺值。（2）近似計算：標幺值計算的近似歸算也是用平均額定電壓計算。標幺值的近似計算可以就在各電壓級用選定的功率基準值和各平均額定電壓作為電壓基準來計算標幺值即可。本次設計采用近似計算法。取基準容量為1000MVA，基準電壓為115KV。2. 2 發(fā)電機參數的計算發(fā)電機的電抗有名值： （2-7）發(fā)

12、電機的電抗標幺值： （2-8）式中： 發(fā)電機次暫態(tài)電抗 發(fā)電機的額定電壓 基準電壓115 KV 基準容量1000MVA 發(fā)電機額定容量MVA計算結果：表2.1 發(fā)電機參數結果表 發(fā)電廠發(fā)電機編號有功/MW功率因數COS次暫態(tài)電抗等值電抗 （標幺值）等值電抗（有名值） A1、2、331.50.80.1624.1154.355A462.50.80.1411.823.805A5750.80.1451.5520.52. 3 變壓器參數的計算2.3.1雙繞組變壓器參數的計算雙繞組變壓器電抗有名值： （2-9）雙繞組變壓器電抗標幺值： （2-10） 式中： 變壓器短路電壓百分值 發(fā)電機的額定電壓 基準電壓

13、115KV 基準容量1000MVA 變壓器額定容量MVA2.3.2 三繞組變壓器參數的計算：（1）各繞組短路電壓百分值UK1（%）=Ud（%）+Ud（%）-Ud（%） （2-11）UK2（%）=Ud（%）+Ud（%）-Ud（%） （2-12）UK3（%）=Ud（%）+Ud（%）-Ud（%） （2-13） 式中：Ud（%）、Ud（%）、 Ud（%）分別為高壓與中壓，高壓與低壓，中壓與低壓之間的短路電壓百分值。（2）各繞組的電抗有名值XT1 = （2-14）XT2 = （2-15）XT3 = （2-16）各繞組的電抗標幺值 XT1* = （2-17） XT2* = （2-18）XT3* = （2-

14、19）式中： SB - 基準容量1000MVA； SN - 變壓器額定容量 發(fā)電機的額定電壓 基準電壓115kv計算結果：表2.2 變壓器參數結果表 容量/MVA繞組型式短路電壓百分值 Uk（%）等值電抗（標幺值）等值電抗（有名值）63三相雙繞組9.91.5720.7690三相雙繞組10.31.1415.0831.5三相三繞組Ud（%）= 17.0Ud（%）= 10.83Ud（%）= 6.223.430.00791.9745.360.10426.0531.5三相三繞組Ud（%）= 10.3Ud（%）= 17.19Ud（%）= 6.383.352.110.044.327.90.050三相三繞組U

15、d（%）= 9.8Ud（%）= 17.6Ud（%）= 6.092.131.3890.028.1818.370.031.5三相三繞組Ud（%）= 10.5Ud（%）= 18.6Ud（%）= 6.223.632.270.013.188.240.0說明： 對普通（非自耦）三繞組變壓器，按如上方法求得的三個電抗中，有一個可能是負值，這是由于這種變壓器的三個繞組中，必有一個在結構上處于其它兩個繞組之間，而這個處于居中位置的繞組與位于它兩側兩個繞組間的兩個漏抗之和又小于該兩繞組相互間的漏抗。例如，中壓繞組居中，且有Ud（%）+ Ud（%） Ud（%） 的關系。因此，這種等值電抗為負值的現象并不真正表示該繞

16、組有容性漏抗。普通三繞組變壓器出現這種現并不少見，但因這一負值電抗的絕對值往往很小，在近似計算中常取其為零。2. 4 輸電線路參數的計算計算結果：表2.3 線路參數 線路名稱正、負序電抗（標幺值）Z（有名值）零序電抗（標幺值）A-G1.3921.54.17B-C0.589.221.74C-D0.548.581.62B-D0.598.941.78線路名稱正、負序電抗（標幺值）Z（有名值）零序電抗（標幺值）D-E1.3921.44.17D-F1.7633.95.29F-G1.5826.14.73注：以SB = 1000MVA，=平均電壓為基準值。第 三 章 輸電線路上的TA. TV變比的選擇3.1

17、 互感器的作用互感器是一次系統和二次系統間的聯絡元件，用以分別向測量儀表，繼電器電流線圈和電壓線圈供電，正確反應電氣設備的正常用行和故障情況?；ジ衅鞯淖饔脼椋海?）將一次回路的高電壓和大電流變?yōu)槎位芈返臉藴实牡碗妷海?00V）和小電流（5A或1A），使測量儀表和保護裝置標準化，小型化并使其結構輕巧，價格便宜和便于屏內安裝。（2）使二次設備與高壓部分隔離，且互感器二次部分側均接地，從而保證了設備和人生的安全。（3）取得零序電流和零序電壓。3.2輸電線路上TA的變比選擇3.2.1 TA（電流互感器）的特點：（1）一次繞組串聯在電路中并且匝數很少，故一次繞組中的電流完全取決于被測電路的負荷電流，而

18、與二次電流大小無關。（2）電流互感器的二次繞組所接儀表的電流線圈阻抗很小，所以正常情況下，電流互感器在近于短路狀態(tài)下運行。 3.2.2 TA（電流互感器）變比選擇的原則電流互感器的選擇和配置有應滿足下列條件：（1）型式：電流互感器的型式應根據環(huán)境條件和產品情況選擇。對于620kv屋內配電裝置，可采用瓷絕緣結構或樹脂澆注絕緣結構的電流互感器。對于35kv及以上配電裝置，一般采用油浸瓷箱式絕緣結構的獨立式電流互感器。（2）一次回路電壓：UgUnUg為電流互感器安裝處的一次回路最大工作電流；Un為電流互感器額定電壓。（3）一次回路電流：Ig.maxU10.9UnUn為電壓互感器額定一次線電壓,1.1

19、和0.9是允許的一次電壓波動范圍。（3）電壓互感器的二次電壓U2N，應根據使用情況，按表3.2選用。表3.2 電壓互感器二次額定電壓選擇表 繞組主二次繞組附加二次繞組高壓側接線方式接于線電壓接于相電壓中性點直接接地中性點不接地或經銷弧線圈接地二次額定電壓1001003.3.3 TV變比選擇的結果 變比： 第 四 章 中性點接地的選擇4.1 中性點接地的確定原則電力系統的中性點是指：三相電力系統中星形連接的變壓器或發(fā)電機中性點。目前我國的電力系統采用中性點運行方式主要有三種，中性點不接地，經過消弧線圈和直接接地，前兩種稱不接地電流系統；后一種又稱為大接地電流系統。中性的直接接地系統中發(fā)生接地短路

20、，將產生很大的零序電流分量，利用零序分量構成保護，可作為一種主要的接地短路保護。大地的電流系統發(fā)生接地短路時，零序電流的大小和分布與變壓器中性接地點的數目和位置有密切的關系，中性接地點的數目越多，意味著系統零序總阻抗越小，零序電流越大；中性點接地位置的不同，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目按如下兩個原則考慮：一是使零序電流保護裝置在系統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。具體選擇原則如下：（1） 對單電源系統，線路末端變電站的變壓器一般不應接地，以提高保護的靈敏度和簡化保護線路。（2） 對多電源系統，要求每

21、個電源點都有一個中性點接地，以防接地短路的過電壓對變壓器產生危害。（3） 電源端的變電所只有一臺變壓器時，其變壓器的中性點應直接接地。（4） 變電所有兩臺及以上變壓器時，應只將一臺變壓器中性點直接接地運行，當該變壓器停運時，再將另一臺中性點不接地的變壓器改為中性點直接接地運行。若由于某些原因，變電所正常情況下必須有二臺變壓器中性點直接接地運行，則當其中一臺中性點直接接地變壓器停運時，應將第三臺變壓器改為中性點直接接地的運行。（5） 雙母線運行的變電所有三臺及以上變壓器時，應按兩臺變壓器中性點直接接地的方式運行，并把他們分別接于不同的母線上。當其中一臺中性點直接接地變壓器停運時應將另一臺中性點不

22、接地變壓器改為中性點直接接地運行。(6) 低電壓側無電源的變壓器中性點應不接地運行,以提高保護的靈敏度和簡化保護接線.（7）對于其他由于特殊原因不滿足上述規(guī)定者，應按特殊情況臨時處理，例如，可采用改變保護定值，停運保護或增加變壓器接地運行臺數等方法進行處理，以保證保護和系統的正常運行。 4. 2 中性點接地的選擇根據變壓器的臺數和接地點的分布原則，結合該系統的具體情況，中性點接地的選擇結果如下：（1）A廠：最大運行方式選擇兩臺變壓器2（或3）、5（一臺雙繞組，一臺三繞組）中性點接地，并分別連在兩組母線上（因系統雙母線同時運行）；最小運行方式選擇兩臺變壓器1、4（一臺雙繞組，一臺三繞組）中性點接

23、地，并分別連在兩組母線上（因系統雙母線同時運行）。（2）D站：兩臺變壓器的零序阻抗不一致，最大運行方式2號接地，最小運行方式1號接地。（3）F、G站：兩臺變壓器的容量相同，任取一臺接地，另一臺倒地。（4）E站為終端站，為提高零序電流保護的靈敏度，兩臺變壓器均不接地。第 五 章 短路電流的計算5.1 電力系統短路計算的目的及步驟5.1.1 短路計算的目的短路故障對電力系統正常運行的影響很大，所造成的后果也十分嚴重，因此在系統的設計，設備選擇以及系統運行中，都應著眼于防止短路故障的發(fā)生，以及在短路故障發(fā)生后要盡量限制所影響的范圍。短路的問題一直是電力技術的基本問題之一，無論從設計，制造，安裝，運行

24、和維護檢修等各方面來說，都必須了解短路電流的產生和變化規(guī)律，掌握分析計算短路電流的方法。針對本次設計，短路電流計算的主要目的是：繼電保護的配置和整定。系統中應配置哪些繼電保護以及保護裝置的參數整定，都必須對電力系統各種短路故障進行計算和分析，而且不僅要計算短路點的短路電流，還要計算短路電流在網絡各支路中的分流系數，并要作多種運行方式的短路計算。綜上所述，對電力系統短路故障進行計算和分析是十分重要的。無論是電力系統的設計，或是運行和管理，各環(huán)節(jié)都免不了對短路故障的分析和計算。但是，實際的電力系統是十分復雜的，突然短路的暫態(tài)過程更加復雜，要精確計算任意時刻的短路電流非常困難。然而實際工程中并不需要

25、十分精確的計算結果，但卻要求計算方法簡捷，適用，其計算結果只要能滿足工程允許誤差即可。因此，工程中適用的短路計算，是采用在一定假設條件下的近似計算法，這種近似計算法在電力工程中稱為短路電流實用計算。5.1.2 計算短路電流的基本步驟短路電流計算是電力系統基本計算之一，一般采用標幺制進行計算。對于已知電力系統結構和參數的網絡，短路電流計算的主要步驟如下：（1） 制定等值網絡并計算各元件在統一基準值下的標幺值。（2） 網絡簡化。對復雜網絡消去電源點與短路點以外的中間節(jié)點，把復雜網絡簡化為如下兩種形式之一：（3）一個等值電勢和一個等值電抗的串聯電路，（4）多個有源支路并聯的多支星形電路，（5） 考慮

26、接在短路點附近的大型電動機對短路電流的影響。（6）計算指定時刻短路點發(fā)生某種短路時的短路電流（含沖擊電流和短路全電流有效值）。（7） 計算網絡各支路的短路電流和各母線的電壓。一般情況下三相短路是最嚴重的短路（某些情況下單相接地短路或兩相接地短路電流可能大于三相短路電流）。因此，絕大多數情況是用三相短路電流來選擇或校驗電氣設備。另外，三相短路是對稱短路，它的分析和計算方法是不對稱短路分析和計算的基礎。5.2 運行方式的確定計算短路電流時，運行方式的確定非常重要，它關系到所選保護是否經濟合理、簡單可靠，以及是否能滿足靈敏度要求等一系列問題保護的運行方式是以通過保護的短路電流的大小來區(qū)分的。某保護的

27、最大（小）運行方式是指在某一點短路時通過該保護裝置的短路電流最大（?。┑倪\行方式。. （1） 最大運行方式根據系統最大負荷的需要，電力系統中的發(fā)點設備都投入運行或大部分投入運行，以及選定的接地中性點全部接地的系統運行方式稱為最大運行方式。它是指供電系統中的發(fā)電機，變壓器，并聯線路全投入的運行方式。系統在最大運行方式工作的時候，等值阻抗最小，短路電流最大，發(fā)電機容量最大。（2） 最小運行方式根據系統最小負荷投入與之相適應的發(fā)電設備且系統中性點只有少分接地的運行方式稱為最小運行方式，對繼電保護來說是短路時通過保護的部短路電流最小的運行方式。它是指供電系統中的發(fā)電機，變壓器，并聯線路部分投入的運行方

28、式。系統在最小運行方式工作的時候，應該滿足等值阻抗最大，短路電流最小，發(fā)電機容量最小的條件。通常都是根據最大運行方式來確定保護的整定值，以保證選擇性，在其它運行方式下也一定能保證選擇性，靈敏度的校驗應根據最小運行方式來運行。因為只要在最小運行方式下靈敏度一定能滿足要求。5.3 短路計算結果距11 QF 的15%處短路，最小的運行方式：圖5.1 等值電路圖圖5.2 網絡化簡圖圖5.3 網絡化簡圖圖5.4 網絡化簡圖圖5.5 網絡化簡圖圖5.6 網絡化簡圖圖5.7 等值電路圖圖5.8 網絡化簡圖圖5.9 網絡化簡圖圖5.10 網絡化簡圖圖5.11 網絡化簡圖圖5.12 網絡化簡圖因X0X1，所以采

29、用單相接地短路取得最大零序電流= 1.436短路點的分支系數：Cf = 1Uf = If1.013 = 1.4361.013 = 1.455C1 = Cf = 0.33 C2 = 1 0.33 = 0.67I1 = C1If = 0.331.436 = 0.474I2 = C2If = 0.671.436 = 0.962UD = I11.85 = 0.4741.85 = 0.876UC = I21.255= 0.9621.255 = 1.207IC = = 1.02表5.1 零序電流計算結果表： 序號短路位置流過故障線或變壓器的短路電流（標么值）流過故障線或變壓器短路電流（有名值）（A）流過保

30、護的短路電流 （標么值）流過保護的短路電流 （有名值）（A）114QF處短路0.3631822.6230.363（13QF）1822.623212QF處短路1.1365703.8560.667（11QF）3349.01311QF處短路4.1520837.150.178（12 QF）893.73847QF處短路1.15523.10.562（8 QF）2821.80258QF處短路2.39612030.3160.568（7 QF）2851.92865QF處短路0.597297.5370.2095（6 QF）1051.979QF處短路2.61313119.8730.828（10 QF）4157.38

31、8810QF處短路4.5622895.760.228（9 QF）1144.7889距13QF 15%處短路0.6693359.0490.669（13 QF）3359.049序號短路位置流過故障線或變壓器的短路電流（標么值）流過故障線或變壓器短路電流（有名值）（A）流過保護的短路電流 （標么值）流過保護的短路電流 （有名值）（A）10距11 QF 15%處短路1.4367210.1561.02（11 QF）5121.4211距12 QF 15%處短路1.2746396.7540.774（12 QF）3886.25412距8 QF 15%處短路1.6948505.5741.288（8 QF）646

32、7.04813距7 QF 15%處短路1.2916482.1110.745（7 QF）3740.64514母線D處短路1.326627.720.44（11 QF）2209.240.419（8 QF）2103.79915母線C處短路1.5877968.3270.36（12 QF）1807.560.447（9 QF）2244.3870.1084（7 QF）544.2816母線B處短路2.02410162.5040.332（7 QF）1666.970.393（10 QF）1973.2530.0574（12 QF）288.2117母線F處短路0.5452736.4450.07（11 QF）351.47

33、0.072（8 QF）361.51218母線E處短路0.3251631.8250.325（13 QF）1631.825第 六 章 電力網相間繼電保護方式選擇和整定計算6. 1 110KV電力網中線路繼電保護的配置6.1.1 110220kv線路繼電保護的配置原則在110220kv中性點直接接地電網中，線路的相間短路保護及單相接地保護均應動作于斷路器跳閘。在下列情況下，應裝設全線任何部分短路時均能速動的保護：（1）根據系統穩(wěn)定要求有必要時；（2）線路發(fā)生三相短路，使廠用電或重要用戶母線電壓低于60%額定電壓，且其保護不能無時限和有選擇地切除短路時；（3）如某些線路采用全線速動保護能顯著簡化電力系

34、統保護，并提高保護的選擇性、靈敏性和速動性。在110220kv中性點直接接地電網中，線路的保護以以下原則配置：（1） 對于相間短路，單側電源單回線路，可裝設三相多段式電流電壓保護作為相間短路保護。如不滿足靈敏度要求，應裝設多段式距離保護。雙電源單回線路，可裝設多段式距離保護，如不能滿足靈敏度和速動性的要求時，則應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。（2） 對于接地短路，可裝設帶方向性或不帶方向性的多段式零序電流保護，在終端線路，保護段數可適當減少。對環(huán)網或電網中某些短線路，宜采用多段式接地距離保護，有利于提高保護的選擇性及縮短切除故障時間。（3） 對于平行線路的相間短路，一般

35、可裝設橫差動電流方向保護或電流平衡保護作主保護。當靈敏度或速動性不能滿足要求時，應在每一回線路上裝設高頻保護作為主保護。裝設帶方向或不帶方向元件的多段式電流保護或距離保護作為后備保護，并作為單回線運行的主保護和后備保護。（4） 對于平行線路的接地短路，一般可裝設零序電流橫差動保護作為主保護；裝設接于每一回線路的帶方向或不帶方向元件的多段式零序電流保護作為后備保護。（5） 對于電纜線路或電纜與架空線路混合的線路，應裝設過負荷保護。過負荷保護一般動作于信號，必要時可動作于跳閘。6.1.2 CD 、BD、DE線路相間繼電保護方式選擇（1）BD、CD為110kv環(huán)形網絡中的一條線路，為了保證環(huán)網各線路

36、的保護都有足夠的靈敏度和選擇性，降低網絡保護的動作時限，確定在各線路上都裝設三段式距離保護。（2）DE為110kv網絡中的一條線路，確定在各線路上都裝設三段式距離保護。6.2 相間距離保護6.2.1 距離保護的基本概念和特點（1） 距離保護的基本概念距離保護是以反映從故障點到保護安裝處之間距離（或阻抗）大小，并根據距離的遠近而確定動作時間的一種保護裝置。該保護的主要元件（測量元件）為阻抗繼電器，動作時間具有階梯性。當故障點至保護安裝處之間的實際阻抗大于預定值時，表示故障點在保護范圍之外，保護不動作；當上述阻抗小于預定值時，表示故障點在保護范圍之內，保護動作。當再配以方向元件（方向特性）及時間元

37、件，即組成了具有階梯特性的距離保護裝置。當故障線路中的電流大于阻抗繼電器的允許精確工作電流時，保護裝置的動作性能與通過保護裝置的故障電流的大小無關。（2） 距離保護各段動作特性距離保護一般裝設三段，必要時也可采用四段。其中第I段可以保護全線路的80%-85%，其動作時間一般不大于0.03-0.1s（保護裝置的固有動作時間），前者為晶體管保護的動作時間，后者為機電型保護的動作時間。第II段按階梯性與相鄰保護相配合，動作時間一般為0.5-1.5s，通常能夠靈敏而較快速地切除全線路范圍內的故障。由I、II段構成線路的主要保護。第III（IV）段，其動作時間一般在2s以上，作為后備保護段。（3） 距離

38、保護裝置特點 由于距離保護主要反映阻抗值，一般說其靈敏度較高，受電力系統運行方式變化的影響較小，運行中躲開負荷電流的能力強。在本線路故障時，裝置第I段的性能基本上不受電力系統運行方式變化的影響（只要流過裝置的故障電流不小于阻抗元件所允許的精確工作電流）。當故障點在相鄰線路上時，由于可能有助增作用，對于第II、III段，保護的實際動作區(qū)可能隨運行方式的變化而有所變化，但一般情況下，均能滿足系統運行的要求。 由于保護性能受電力系統運行方式的影響較小，因而裝置運行靈活、動作可靠、性能穩(wěn)定。特別是在保護定值整定計算和各級保護段相互配合上較為簡單靈活，是保護電力系統相間故障的主要階段式保護裝置。（4）

39、距離保護的應用距離保護可以應用在任何結構復雜、運行方式多變的電力系統中，能有選擇性的、較快的切除相間故障。當線路發(fā)生單相接地故障時，距離保護在有些情況下也能動作；當發(fā)生兩相短路接地故障時，它可與零序電流保護同時動作，切除故障。因此，在電網結構復雜，運行方式多變，采用一般的電流、電壓保護不能滿足運行要求時，則應考慮采用距離保護裝置。6.2.2相間距離保護裝置定值配合的原則和助增系數計算原則1. 距離保護定值配合的基本原則距離保護定值配合的基本原則如下：（1） 距離保護裝置具有階梯式特性時，其相鄰上、下級保護段之間應該逐級配合，即兩配合段之間應在動作時間及保護范圍上互相配合。距離保護也應與上、下相

40、鄰的其他保護裝置在動作時間及保護范圍上相配合。例如：當相鄰為發(fā)電機變壓器組時，應與其過電流保護相配合；當相鄰為變壓器或線路時，若裝設電流、電流保護，則應與電流、電壓保護之動作時間及保護范圍相配合。（2） 在某些特殊情況下，為了提高保護某段的靈敏度，或為了加速某段保護切除故障的時間，采用所謂“非選擇性動作，再由重合閘加以糾正”的措施。例如：當某一較長線路的中間接有分支變壓器時，線路距離保護裝置第I段可允許按伸入至分支變壓器內部整定，即可仍按所保護線路總阻抗的80%85%計算，但應躲開分支變壓器低壓母線故障；當變壓器內部發(fā)生故障時，線路距離保護第I段可能與變壓器差動保護同時動作（因變壓器差動保護設

41、有出口跳閘自保護回路），而由線路自動重合閘加以糾正，使供電線路恢復正常供電。（3） 采用重合閘后加速方式，達到保護配合的目的。采用重合閘后加速方式，除了加速故障切除，以減小對電力設備的破壞程度外，還可借以保證保護動作的選擇性。這可在下述情況下實現：當線路發(fā)生永久性故障時，故障線路由距離保護斷開，線路重合閘動作，進行重合。此時，線路上、下相鄰各距離保護的I、II段可能均由其振蕩閉鎖裝置所閉鎖，而未經振蕩閉鎖裝置閉鎖的第III段，在有些情況下往往在時限上不能互相配合（因有時距離保護III段與相鄰保護的第II段配合），故重合閘后將會造成越級動作。其解決辦法是采用重合閘后加速距離保護III段，一般只要

42、重合閘后加速距離保護III段在1.52s，即可躲開系統振蕩周期，故只要線路距離保護III段的動作時間大于22.5s，即可滿足在重合閘后仍能互相配合的要求。2. 距離保護定值計算中所用助增系數（或分支系數）的選擇及計算助增系數（或分支系數）的正確計算，直接影響到距離保護定植及保護范圍的大小，也就影響了保護各段的相互配合及靈敏度。正確選擇與計算助增系數，是距離保護計算配合的重要工作內容之一。（1） 對于輻射狀結構電網的線路保護配合時這種系統，其助增系數與故障點之位置無關。計算時故障點可取在線路的末端，主電源側采取大運行方式，分支電源采用小運行方式。（2） 環(huán)形電力網中線路保護間助增系數的計算這種電

43、力網中的助增系數隨故障點位置的不同而變化。在計算時，應采用開環(huán)運行的方式，以求出最小助增系數。（3） 單回輻射線路與環(huán)網內線路保護相配合時應按環(huán)網閉環(huán)運行方式下，在線路末端故障時計算。（4） 環(huán)網與環(huán)網外輻射線路保護間相配合時應按環(huán)網開環(huán)計算。應該指出，上述原則無論對于輻射狀電網內，還是環(huán)形電網內的雙回線與單回線間的助增系數的計算都是適用的。6.2.3 相間距離保護整定計算目前電力系統中的相間距離保護多采用三段式階梯型時限特性的距離保護。三段式距離保護的整定計算原則與三段式電流保護的整定計算原則相同。1、11QF的相間距離保護的整定計算相間距離保護第段的整定（1）相間距離保護第段的整定值：=

44、0.858.58 = 7.293 （） （2）相間距離保護第段的靈敏度用保護范圍表示，即為被保護線路全長的85%。（3）相間距離保護第段的動作時間： （S） 相間距離保護II段的整定（1）與相鄰線路BD的7DL的相間距離保護第段相配合 = 0.858.94 =7.599 （） = 1 = 0.88.58+0.817.599 = 12.87 （）（2）與相鄰變壓器的速斷保護相配合 = 1 =28.3 = 0.88.58 +0.7128.3 = 26.67（）因此，相間距離保護II段的整定值為：= 12.87 （） （3）相間距離保護第段的靈敏度校驗： =1.51.3滿足靈敏度的要求。（4）相間距

45、離保護第段的動作時間為： =0.5 （S）相間距離保護III段的整定（1）躲過被保護線路的最小負荷阻抗 = =71.13 （）（2）相間距離保護第段靈敏度校驗： 當作近后備時=8.291.5 滿足靈敏度要求當作遠后備時= =0.318 1.2不滿足靈敏度要求。（3）相間距離保護第段動作時間為：t= 0.5+0.5=1.0 （S）表6.1 相間距離保護整定計算結果線路名稱保護安裝地點保護編號保護段整定值（）動作時限（S）CDC側117.2930.013.130.571.131.0D側127.2930.012.870.571.131.0BDB側87.5990.012.920.5108.461.5D

46、側77.5990.013.380.5108.461.5DED側1318.190.025.6870.589.061.06.3 距離保護的評價及使用范圍根據距離保護的工作原理，它可以在多電源復雜網絡中保證有選擇性地動作。它不僅反應短路時電流的增大，而且又反應電壓的降低，因而靈敏度比電流、電壓保護高。保護裝置距離I段的保護范圍不受系統運行方式的影響，其它各段受系統運行方式變化的影響也較小，同時保護范圍也可以不受短路種類的影響，因而保護范圍比較穩(wěn)定，且動作時限也比較固定而較短。雖然距離保護第I段是瞬時動作的，但是，它只能保護線路全長80%85%，它不能無時限切除線路上任一點的短路，一般線長15%20%

47、范圍內的短路要考帶0.5s時限的距離II段來切除，特別是雙側電源的線路就有30%40%線長的短路，不能從兩端瞬時切除。因此，對于220KV及以上電壓網絡根據系統穩(wěn)定運行的需要，要求全長無時限切除線路任一點的短路，這時距離保護就不能作主保護來應用。距離保護的工作受到各種因素的影響，如系統振蕩、短路點的過度電阻和電壓回路的斷線失壓等。因此，在保護裝置中需采取各種防止或減少這些因素影響的措施，如振蕩閉鎖、瞬時測定和電壓回路的斷線失壓閉鎖等，需應用復雜的阻抗繼電器和較多的輔助繼電器，使整套保護裝置比較復雜，可靠性相對比電流保護低。雖然距離保護仍存在一些缺點，但是，由于它在任何形式的網絡均能保證有選擇性

48、的動作。因此，廣泛地以內功用在35KV及以上電壓的電網中。通常在35KV電壓網絡中，距離保護可作為復雜網絡相間短路的主保護；110220KV的高壓電網和330500KV的超高壓電網中，相間短路距離保護和接地短路距離保護主要作為全線速動主保護的相間短路和接地短路的后備保護，對于不要求全線速動保護的高壓線路，距離保護則可作為線路的主保護。第 七 章 電力網零序繼電保護方式配置與整定計算7.1 電力網零序繼電保護方式配置7.1.1110220kv中性點直接接地電網中線路零序繼電保護的配置原則（1）對于單回線路接地短路，可裝設帶方向性或不帶方向性的多段式零序電流保護，在終端線路，保護段數可適當減少。對

49、環(huán)網或電網中某些短線路，宜采用多段式接地距離保護，有利于提高保護的選擇性及縮短切除故障時間。（2）對于平行線路的接地短路，一般可裝設零序電流橫差動保護作為主保護；裝設接于每一回線路的帶方向或不帶方向元件的多段式零序電流保護作為后備保護。7.1.2 CD 、BD、DE線路接地繼電保護方式選擇（1）CD 、BD 為110kv環(huán)形網絡中的一條線路，可裝設帶方向性或不帶方向性的多段式零序電流保護，如不能滿足靈敏度和速動性的要求時，則應采用多段式接地距離保護，有利于提高保護的選擇性及縮短切除故障時間。（2） DE為110kv網絡中的一條線路，可裝設帶方向性或不帶方向性的多段式零序電流保護。7.2 零序電流保護整定計算的運行方式分析7.2.1 接地短路電流、電壓的特點根據接地短路故障的計算方法可知，接地短路是相當于在正序網絡的短路點增加額外附加電抗的短路。這個額外附加電抗就是負序和零序綜合電抗。各序的電流分配，只決定該序網中各只路電抗的反比關系；而各序電流的絕對值要受其它序電抗的影響。 計算分支零序電流的分布時，例如：計算電流分支系數，只須研究零序序網的情況；當要計算零序電流絕對值大小時，必須同時分析正、負、零三個序網的變化。零序電壓的特點，類似零序電流的情況。零序電壓分布在短路點最高，隨著距短路點的距離而逐漸降低，在變壓器中性點接地處為零。7.2.2 接地短