*大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 摘 要本論文主要講述的是110kV變電站繼電保護(hù)的配置，整定計(jì)算。目前，110kV變電站主要是直接向廣大用戶供應(yīng)和分配電能，是包括發(fā)電、輸變電和配電在內(nèi)的整個(gè)電力系統(tǒng)的最終環(huán)節(jié)。由于電力系統(tǒng)具有發(fā)、供、用同時(shí)的特點(diǎn)，一旦配電系統(tǒng)發(fā)生故障，將造成系統(tǒng)對(duì)用戶供電的中斷，同時(shí)也有可能使整個(gè)電力系統(tǒng)受到影響，甚至被破壞,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，必須提高110kV配電系統(tǒng)的可靠性，給變電站的設(shè)備裝設(shè)動(dòng)作可靠、迅速、性能完善的保護(hù)，把故障影響限制在最小范圍內(nèi)， 保證向用戶提供持續(xù)的電能。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置是電力系統(tǒng)的重要組成部分。它對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行和對(duì)用戶的不間斷供電起著極為重要的作用，沒有繼電保護(hù)的電力系統(tǒng)是不能運(yùn)行的。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)與配置是否合理直接影響到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。如果設(shè)計(jì)與配置不當(dāng)，繼電保護(hù)將不能正確動(dòng)作，從而會(huì)擴(kuò)大事故的停電范圍。給國民經(jīng)濟(jì)帶來嚴(yán)重的惡果，有時(shí)還可能造成人身和設(shè)備安全事故。因此，為了保證110kV變電站的正常運(yùn)行，必須根據(jù)規(guī)程來設(shè)置變電站所需要的保護(hù)裝置，并根據(jù)滿足選擇性、速動(dòng)性、靈敏性、可靠性進(jìn)行整定值，使整個(gè)系統(tǒng)的各種繼電保護(hù)有機(jī)協(xié)調(diào)地布置，正確地發(fā)揮作用。設(shè)計(jì)共分為六個(gè)章節(jié)，第二章給出了系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)并確定了主接線方式；第三章介紹了各種繼電保護(hù)的原理；第四章為短路計(jì)算，確定系統(tǒng)短路時(shí)的短路電流；第五章為整定計(jì)算，為系統(tǒng)配備的各種繼電保護(hù)整定出動(dòng)作值。其中變壓器的主保護(hù)包括瓦斯保護(hù)和縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù),后備保護(hù)包括復(fù)合電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)、零序電流保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)。母線配備了母線完全電流差動(dòng)保護(hù)，簡單可靠。110kV側(cè)線路配備了三段距離保護(hù)，35kV側(cè)配備了三段距離保護(hù)和電流速斷保護(hù)，10kV側(cè)只設(shè)置了電流速斷保護(hù)即可滿足要求。關(guān)鍵詞：配電系統(tǒng), 變電站, 電力系統(tǒng)繼電保護(hù), 短路電流，整定計(jì)算AbstractWhat this text mainly told is system disposition of relay protection of 110kV distribution, calculate whole definitely. At present, 110kV transformer substation to supply the masses of users with and assign the electric energy directly mainly, it is the final links of the whole power system including generate electricity , the power transmission and transformation and distribution. Because the power system takes place, supports, uses the characteristic at the same time , once the distribution system breaks down, the ones that cause the system to supply power to users break down, may make the whole power system influenced at the same time , even destroyed, cause the enormous economic losses. So must improve 110kV distribution dependability of system, apparatus to give transformer substation install movement reliable , rapidly , complete protection of performance, influence the trouble to confine to minimum range, guarantee to offer the lasting electric energy to users.The relay protection of power system and security automatics are important components of the power system. It operates and plays an extremely important role safly in users incessant power supply steadily in the power system, the power system without relay protection can not run . The peace and steadiness that design and disposition of relay protection of power system influence the power system directly rationally runs . It design and it is the improper since it dispose,relay protection can movements correct,it thus not will expand by power cut range of accident. Bring the serious evil consequence to national economy, may also cause the apparatus incident of personal sum sometimes. So for guarantee 110kV normal running of transformer substation , must follow rules come , set up protector transformer substation need, and moving , sensitivity , dependability carry on whole definite value according to the alternative of meeting, rapidly, make various relay protection of the whole system fix up organically coordinating , function correctly. Design is divided into six chapters, the system is given in chapter II of the original data and determine the main wiring; third chapter describes the principles of various relay; fourth chapter short circuit calculations, determine the systems short circuit short circuit current; fifth chapter setting calculation, the system is equipped with a variety of protective relaying action value set. In which the main transformer protection, including gas conservation and differential protection, backup protection, including composite voltage start over-current protection, zero sequence current protection and overload protection. Bus equipped with a bus full current differential protection, simple and reliable. 110kV side of the line with three distance relay, 35kV side with three distance relay and Current Protection, 10kV side only set the trip current protection requirements can be met.Keyword: distribution system , transformer substation , power system relay protection, short circuit electric current, complete calculation目 錄1 緒論11.1 繼電保護(hù)的作用11.2 繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本要求21.3 繼電保護(hù)裝置的組成32 原始數(shù)據(jù)及主接線介紹52.1 主變壓器及線路主要參數(shù)52.2 變電站電氣主接線簡介73 繼電保護(hù)原理介紹93.1 變壓器保護(hù)93.1.1 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)93.1.2瓦斯保護(hù)133.1.3復(fù)合電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)143.1.4 零序電流保護(hù)153.1.5過負(fù)荷保護(hù)153.2 母線保護(hù)163.3 線路保護(hù)173.3.1 三段式電流保護(hù)173.3.2相間距離保護(hù)204 短路電流計(jì)算224.1短路計(jì)算說明224.2母線短路電流計(jì)算224.2.2三相對(duì)稱短路時(shí)的電流計(jì)算234.2.3不對(duì)稱短路的電流計(jì)算254.3線路短路電流計(jì)算274.3.1各線路阻抗參數(shù)274.3.2110kV線路短路電流計(jì)算274.3.335kV線路短路電流計(jì)算294.3.410kV線路短路電流計(jì)算315 整定計(jì)算335.1線路最大負(fù)荷電流計(jì)算335.2主變壓器保護(hù)的整定計(jì)算355.2.1縱差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算355.2.2 復(fù)合電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)的整定計(jì)算375.2.3 過負(fù)荷保護(hù)的整定計(jì)算385.3 母線保護(hù)的整定計(jì)算385.4 線路保護(hù)的整定計(jì)算415.4.1 110kV線路保護(hù)的整定計(jì)算415.4.2 35kV線路保護(hù)的整定計(jì)算435.4.3 10kV線路保護(hù)整定計(jì)算476 總結(jié)51致謝52參考文獻(xiàn)53551 緒 論1.1 繼電保護(hù)的作用電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，可能發(fā)生各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，最常見同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障是發(fā)生各種型式的短路。在發(fā)生短路時(shí)可能產(chǎn)生以下的后果：1. 通過故障點(diǎn)的很大的短路電流和所燃起的電弧，使故障元件損壞；2. 短路電流通過非故障元件，由于發(fā)熱和電動(dòng)力的作用，引起它們的損壞或縮短它們的使用壽命；3. 電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓大大降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響工廠產(chǎn)品質(zhì)量；4. 破壞電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振動(dòng)，甚至使整個(gè)系統(tǒng)瓦解；電氣元件的正常工作遭到破壞，但沒有發(fā)生故障，這種情況屬于不正常運(yùn)行狀態(tài)。例如，因負(fù)荷超過電氣設(shè)備的額定值而引起的電流升高（一般又稱過負(fù)荷），就是一種最常見的不正常運(yùn)行狀態(tài)。由于過負(fù)荷，使元件載流部分和絕緣材料的溫度不斷升高，加速絕緣的老化和損壞，就可能發(fā)展成故障。此外，系統(tǒng)中出現(xiàn)功率缺額而引起的頻率降低，發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷而產(chǎn)生的過電壓，以及電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩等，都屬于不正常運(yùn)行狀態(tài)。故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，都可能在電力系統(tǒng)中引起事故。事故，就是指系統(tǒng)或其中一部分的正常工作遭到破壞，并造成對(duì)用戶少送電或電能質(zhì)量變壞到不能容許的地步，甚至造成人身傷亡和電氣設(shè)備的損壞。系統(tǒng)事故的發(fā)生，除了由于自然條件的因素（如遭受雷擊等）以外，一般者是由于設(shè)備制造上的缺陷、設(shè)計(jì)和安裝的錯(cuò)誤、檢修質(zhì)量不高或運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)而引起的。因此，只要充分發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性，正確地掌握客觀規(guī)律，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的維護(hù)和檢修，就可能大大減少事故發(fā)生的機(jī)率，把事故消滅在發(fā)生之前。在電力系統(tǒng)中，除應(yīng)采取各項(xiàng)積極措施消除或減少發(fā)生故障的可能性以外，故障一旦發(fā)生，必須迅速而有選擇性地切除故障元件，這是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的最有效方法之一。切除故障的時(shí)間常常要求小到十分之幾甚至百分之幾秒，實(shí)踐證明只有裝設(shè)在每個(gè)電氣元件上的保護(hù)裝置才有可能滿足這個(gè)要求。這種保護(hù)裝置直到目前為止，大多是由單個(gè)繼電器或繼電器與其附屬設(shè)備的組合構(gòu)成的，故稱為繼電保護(hù)裝置。在電力式靜態(tài)保護(hù)裝置和數(shù)字式保護(hù)裝置出現(xiàn)以后，雖然繼電器已被電力元件計(jì)算機(jī)所代替，但仍沿用此名稱。在電業(yè)部門常用繼電保護(hù)一詞泛指繼電保護(hù)技術(shù)式由各種繼電保護(hù)裝置組成的繼電保護(hù)系統(tǒng)。繼電保護(hù)裝置一詞則指各種具體的裝置。繼電保護(hù)裝置，就是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運(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。它的基本任務(wù)是：1. 自動(dòng)、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)遭到破壞，保證其它無故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行；2. 反應(yīng)電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件（例如有無經(jīng)常值班人員），而動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)、減負(fù)荷或跳閘。此時(shí)一般不要求保護(hù)迅速動(dòng)作，而是根據(jù)對(duì)電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時(shí)，以免不必要的動(dòng)作和由于干擾而引起的誤動(dòng)作。1.2 繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本要求 電網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)的基本要求是可靠性、選擇性、快速性、靈敏性，即通常所說的“四性”，這些要求之間，有的相輔相成、有的相互制約，需要對(duì)不同的使用條件分別進(jìn)行協(xié)調(diào)。(l) 可靠性：是對(duì)繼電保護(hù)最基本的性能要求，它又可分為可信賴性和安全性2個(gè)方面。可信賴性要求繼電保護(hù)在異常或故障情況下，能準(zhǔn)確地完成設(shè)計(jì)所要求的動(dòng)作；安全性要求繼電保護(hù)在非設(shè)計(jì)所要求動(dòng)作的所有情況下，能夠可靠地不動(dòng)作。(2) 選擇性：是指在對(duì)電網(wǎng)影響可能最小的地方，實(shí)現(xiàn)斷路器的控制操作，以終止故障或電網(wǎng)事故的發(fā)展。如對(duì)電力設(shè)備的繼電保護(hù)，當(dāng)電力設(shè)備故障時(shí)，要求最靠近故障點(diǎn)的斷路器動(dòng)作斷開電網(wǎng)的供電電源，即電力設(shè)備繼電保護(hù)的選擇性。選擇性除了決定于繼電保護(hù)裝置本身的性能外，還要求滿足從電源算起，愈靠近故障點(diǎn)，其繼電保護(hù)裝置的故障啟動(dòng)值愈小，動(dòng)作時(shí)間愈短；而對(duì)振蕩解列裝置，則要求當(dāng)電網(wǎng)失去同步穩(wěn)定性時(shí)，其所動(dòng)作的斷路器斷開點(diǎn)，在解列后兩側(cè)電網(wǎng)可以各自安全地同步運(yùn)行，從而終止振蕩等。(3) 快速性：是指繼電保護(hù)應(yīng)以允許的可能最快的速度動(dòng)作于斷路器跳閘，以斷開故障或終止異常狀態(tài)的發(fā)展。繼電保護(hù)快速動(dòng)作可以減輕故障元件的損壞程度，提高線路故障后自動(dòng)重合閘的成功率，并特別有利于故障后的電力系統(tǒng)同步運(yùn)行的穩(wěn)定性。快速切除線路和母線的短路故障，是提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的最重要手段。 (4) 靈敏性：是指繼電保護(hù)對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)定要求動(dòng)作的故障和異常狀態(tài)能夠可靠動(dòng)作的能力。故障時(shí)進(jìn)入裝置的故障量與給定的裝置啟動(dòng)值之比，為繼電保護(hù)的靈敏系數(shù)，它是考核繼電保護(hù)靈敏性的具體指標(biāo)，在一般的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)與運(yùn)行規(guī)程中都有具體的規(guī)定要求。1.3 繼電保護(hù)裝置的組成一般而言，整套繼電保護(hù)裝置由測(cè)量元件、邏輯環(huán)節(jié)和執(zhí)行輸出三部分組成，如圖1.1所示，分述如下。 圖1.1繼電保護(hù)裝置的組成(1) 測(cè)量比較部分測(cè)量比較部分是測(cè)量通過被保護(hù)的電氣元件的物理參量，并與給定的值進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，給出“是”、“非”（“0”或“1”）性質(zhì)的一組邏輯信號(hào)，從而判斷保護(hù)裝置是否應(yīng)該啟動(dòng)。(2) 邏輯部分 邏輯部分使保護(hù)裝置按一定的邏輯關(guān)系判斷故障的范圍和類型，最后確定是應(yīng)該使斷路器跳閘、發(fā)出信號(hào)或是不動(dòng)作及是否延時(shí)等，并將對(duì)應(yīng)的指令傳給執(zhí)行輸出部分。(3) 執(zhí)行輸出部分執(zhí)行輸出部分根據(jù)邏輯部分傳來的指令，最后完成保護(hù)裝置所擔(dān)負(fù)的任務(wù)。如在故障時(shí)動(dòng)作于跳閘；不正常運(yùn)行時(shí)發(fā)出信號(hào)；而在正常運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作等。2 原始數(shù)據(jù)及主接線介紹2.1 主變壓器及線路主要參數(shù) 1、主變壓器參數(shù)如下：型號(hào)：SSZ9 31500/110 額定電壓：11081.25%/38.522.5%/10.5容量比：100/100/100參數(shù)：Uk1-2%=10.5 Uk1-3%=17.5 Uk2-3%=6.5接線方式：YN，yd，d112、系統(tǒng)示意圖及各側(cè)出線參數(shù)： 圖2.1系統(tǒng)示意圖表2-1 110kV側(cè)出線參數(shù) 線型 Pmax(MW) Pmin(MW) COS L（km） 1 LGJ-300 50 40 0.86 50 2 LGJ-300 60 45 0.86 60 3 LGJ-150 55 42 0.86 50 4 LGJ-150 48 35 0.86 40表2-2 35kV側(cè)出線參數(shù) 線型 Pmax(MW) 回路數(shù) COS L（km） 供電方式 1 LGJ-120 14 1 0.8 12 架空 2 LGJ-120 15 1 0.8 15 架空 3 LGJ-120 27 1 0.85 8 架空 4 LGJ-120 18 1 0.85 6 架空 5 LGJ-120 17 1 0.8 10 架空 6 LGJ-120 25 1 0.85 12 架空表2-3 10kV側(cè)出線參數(shù) 線型 Pmax(MW) 回路數(shù) COS L（km） 供電方式 1 LGJ-120 5 1 0.8 6 架空 2 LGJ-120 4 1 0.8 4 架空 3 LGJ-120 3 1 0.8 3 架空 4 LGJ-120 8 1 0.8 8 架空 5 LGJ-120 4 1 0.8 7 架空 6 LGJ-120 5 1 0.8 5 架空 7 LGJ-120 7 1 0.8 8 架空 8 LGJ-120 3 1 0.8 9 架空2.2 變電站電氣主接線簡介電氣主接線是由各種電氣設(shè)備及其接線組成，用以接收和分配電能，是供電系統(tǒng)的重要組成部分。它與電源的回路數(shù)，電壓等級(jí)和負(fù)荷的大小、級(jí)別以及所用變壓器的臺(tái)數(shù)、容量等因素有關(guān)。確定變電所的主接線對(duì)變電所電器設(shè)備的選擇，配電裝置的布置及運(yùn)行的可靠性與經(jīng)濟(jì)性等都有密切的關(guān)系，主接線設(shè)計(jì)是變電所設(shè)計(jì)中的重要任務(wù)之一。1、 電氣主接線設(shè)計(jì)原則電氣主接線設(shè)計(jì)時(shí)，所遵循的原則：符合設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，符合有關(guān)的方針，政策和技術(shù)規(guī)范，規(guī)程；結(jié)合具體工程特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的主接線。根據(jù)以上原則于任務(wù)書本設(shè)計(jì)主接線方案應(yīng)達(dá)到以下要求：一、根據(jù)變電所在電力系統(tǒng)中的地位，作用和用戶性質(zhì)，應(yīng)滿足電力負(fù)荷，特別是其中一、二及負(fù)荷對(duì)供電的可靠性要求，保證必要的供點(diǎn)可靠性。二、主接線應(yīng)力求接線簡單，運(yùn)行靈活與操作方便。應(yīng)能適應(yīng)必要的各種運(yùn)行方式，便于切換操作和檢修，切適應(yīng)負(fù)荷的發(fā)展。三、應(yīng)符合有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范的要求，能充分保證運(yùn)行，維護(hù)和檢修的安全和方便，保證人身和設(shè)備的安全。四、在保證以上幾項(xiàng)要求的條件下，應(yīng)盡量使主接線簡單，降低投資，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。節(jié)約電能和有色金屬的消耗量。五、滿足擴(kuò)建的要求。2、電氣主接線方案比較及選擇 （1）110kV側(cè)主接線方案對(duì)于僅有兩條到四條110 kV出線的變電所，由于110 kV開關(guān)站間隔不多，主接線不宜設(shè)計(jì)得過于復(fù)雜，同時(shí)各個(gè)主變應(yīng)考慮接在同一條母線上，以減小兩臺(tái)主變同時(shí)失去的可能性。故從各個(gè)方面綜合考慮，單母線接線是一種相對(duì)合理的選擇。 單母線接線中，主變110 kV側(cè)設(shè)開關(guān)，各側(cè)有一套斷路器，各主變間通過母線連接，以減小兩臺(tái)主變同時(shí)跳閘的概率。 結(jié)合本站實(shí)際，從接線的可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行全面比較后，最終采用了單母線分段的接線方案。 （2）35kV側(cè)主接線方案電壓等級(jí)為35kV60kV，出線為48回，可采用單母線分段接線。當(dāng)一段母線發(fā)生故障時(shí)，分段斷路器自動(dòng)將故障段隔離，保證正常段母線不間斷供電，不致使重要用戶停電，可提高供電可靠性和靈活性。 經(jīng)分析35kV側(cè)采用單母線分段接線，既考慮了供電可靠性又考慮了經(jīng)濟(jì)性。 （3）10kV側(cè)主接線方案610kV配電裝置出線回路數(shù)目為6回及以上時(shí)，可采用單母線分段接線。2、 主接線的最終確定（1）110kV接線出線四回，采用單母分段接線。（2）35kV接線出線六回，采用單母分段接線。（3）10kV接線出線八回，采用單母分段接線。（4）系統(tǒng)參數(shù)（電源）110KV側(cè)Sn=5210MVA 等值電抗Xd=0.01923 繼電保護(hù)原理介紹3.1 變壓器保護(hù)變壓器是電力系統(tǒng)普遍使用的重要電氣設(shè)備。它的安全運(yùn)行直接關(guān)系到電力系統(tǒng)供電和穩(wěn)定運(yùn)行，特別是大容量變壓器，一旦因故障而損壞造成的損失就更大。因此必須針對(duì)變壓器的故障和異常工作情況，根據(jù)其容量和重要程度，裝設(shè)動(dòng)作可靠，性能良好的繼電保護(hù)裝置。一般包括：1. 反映內(nèi)部短路和油面降低的非電量（氣體）保護(hù)，又稱瓦斯保護(hù)。2. 反映變壓器繞組和引出線的多相短路及繞組匝間短路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，或電流速斷保護(hù)。3. 作為變壓器外部相間短路和內(nèi)部短路的后備保護(hù)的過電流保護(hù)（或帶有復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)或負(fù)序電流保護(hù)或阻抗保護(hù)）。4. 反映中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中外部接地短路的變壓器零序電流保護(hù)。5. 反映大型變壓器過勵(lì)磁的變壓器過勵(lì)磁保護(hù)及過電壓保護(hù)。6. 反映變壓器過負(fù)荷的變壓器過負(fù)荷（信號(hào)）保護(hù)。7. 反映變壓器非全相運(yùn)行的非全相保護(hù)。3.1.1 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)主要用來反應(yīng)變壓器繞組及其套管、引出線上的相間短路，同時(shí)也可以反應(yīng)變壓器繞組匝間短路及中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)側(cè)繞組、套管、引出線的單相接地短路。本次設(shè)計(jì)所采用的變壓器型號(hào)均為：SSZ9 31500/110對(duì)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3.1。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，變比誤差等影響導(dǎo)致不平衡電流的產(chǎn)生，故Ir不等于0 ，針對(duì)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(duì)變壓器裝設(shè)另外一個(gè)主保護(hù)瓦斯保護(hù)。圖3.1 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理示意圖保護(hù)的構(gòu)成：主要由帶短路線圈的BCH-2型差動(dòng)繼電器構(gòu)成；保護(hù)的電流互感器：接至變壓器三側(cè)的斷路器內(nèi)側(cè)；保護(hù)裝置的保護(hù)范圍：除了變壓器本身外還包括變壓器至三側(cè)斷路器之間的連線；保護(hù)動(dòng)作：跳開變壓器三側(cè)的斷路器；保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限：保護(hù)裝置本身的動(dòng)作時(shí)間（即0秒切除故障）；變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)整定原則如下：(1)按平均電壓（變壓器額定電壓及變壓器最大額定容量）計(jì)算各側(cè)二次額定電流，完成主變電流互感器參數(shù)、額定電流、平衡系數(shù)的計(jì)算。1)一次側(cè)額定電流 （3-1）式中 變壓器額定容量。由設(shè)計(jì)任務(wù)書知為40MVA； 變壓器各側(cè)額定電壓；2)選擇電流互感器變比為 （3-2）式中 為電流互感器接線系數(shù)。當(dāng)三角形接線時(shí)，；當(dāng)為星形接線時(shí)，。 選擇標(biāo)準(zhǔn)變比3)二次側(cè)額定電流 （3-3）式中 為電流互感器接線系數(shù)。當(dāng)三角形接線時(shí)，；當(dāng)為星形接線時(shí)，。(2)計(jì)算各側(cè)外部短路時(shí)的短路電流值按短路電流計(jì)算方法進(jìn)行各側(cè)短路電流值的計(jì)算(3)計(jì)算差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流按下述條件計(jì)算差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流，并選取最大者。1)按躲過變壓器空投時(shí)和外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)變壓器產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流計(jì)算，即 （3-4）式中 保護(hù)動(dòng)作電流； 變壓器額定電流（折算至基本側(cè)）；可靠系數(shù)，取1.3。 2)按躲過外部短路時(shí)的最大不平衡電流計(jì)算，即 （3-5）式中 不平衡電流；可靠系數(shù)，取1.3。3)按躲過電流互感器二次回路斷線時(shí)計(jì)算，即 （3-6）式中 正常運(yùn)行時(shí)變壓器的最大負(fù)荷電流。當(dāng)不能確定時(shí)，采用變壓器額定電流。計(jì)算中，各側(cè)所有的短路電流均應(yīng)歸算到基本側(cè)。這樣求出的是基本側(cè)的動(dòng)作電流計(jì)算值（）。選用上述三條件算得的保護(hù)動(dòng)作電流的最大值作為計(jì)算值。(4)基本側(cè)繼電器線圈匝數(shù)計(jì)算三繞組變壓器基本側(cè)直接接差動(dòng)線圈，其余兩側(cè)接相應(yīng)的平衡繞圈。基本側(cè)繼電器動(dòng)作電流計(jì)算為 （3-7）式中 基本側(cè)繼電器動(dòng)作電流計(jì)算值； 基本側(cè)保護(hù)動(dòng)作計(jì)算值； 基本側(cè)電流互感器變比； 電流互感器的接線系數(shù)。基本側(cè)繼電器線圈匝數(shù)（差動(dòng)線圈匝數(shù)）計(jì)算為 （3-8）式中 繼電器的動(dòng)作安匝，一般可用實(shí)測(cè)值。若無此值，可采用額定值，即；差動(dòng)線圈匝數(shù)計(jì)算值（直接接基本側(cè)）。接繼電器線圈實(shí)有抽頭，選用較計(jì)算值小而相近的抽頭匝數(shù)，作為差動(dòng)線圈的整定匝數(shù)（）。基本側(cè)實(shí)際的繼電器動(dòng)作電流計(jì)算為 （3-9） 保護(hù)的實(shí)際動(dòng)作電流計(jì)算 （3-10）式中 電流互感器變比；為電流互感器接線系數(shù)。當(dāng)三角形接線時(shí)，；當(dāng)為星形接線時(shí)，。(5)保護(hù)靈敏度計(jì)算，即 （3-11）式中 變壓器內(nèi)部故障時(shí)，歸算至基本側(cè)總的最小短路電流；若為單電源變壓器，應(yīng)為歸算至電源側(cè)的最小短路電流； 接線系數(shù)；基本側(cè)保護(hù)一次動(dòng)作電流；若為單側(cè)電源變壓器，應(yīng)為電源側(cè)保護(hù)一次動(dòng)作電流。3.1.2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(shì)互補(bǔ)，共同構(gòu)成變壓器的主保護(hù)。(1)瓦斯保護(hù)的工作原理：瓦斯保護(hù)的測(cè)量元件是瓦斯繼電器。瓦斯繼電器安裝于變壓器油箱和油枕的通道上，當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，故障點(diǎn)的局部溫度將使變壓器油溫上升，體積膨脹，甚至出現(xiàn)沸騰，有熱空氣被排出而形成上升氣流，在故障點(diǎn)產(chǎn)生電弧，則變壓器油和絕緣材料將分解出大量氣體，這些氣體自油箱流向油枕上部，故障程度越嚴(yán)重，產(chǎn)生的氣體越多，流向油枕的氣流速度越快，甚至氣流中還夾雜著變壓器油，利用上述氣體來實(shí)現(xiàn)的保護(hù)裝置叫瓦斯保護(hù)。為了便于氣體順利通過瓦斯繼電器，在安裝時(shí)應(yīng)使變壓器油箱頂蓋及連接管與水平面稍有傾斜。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1m/s 。瓦斯保護(hù)原理如圖3.2所示。圖3.2 瓦斯保護(hù)原理示意圖3.1.3復(fù)合電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)當(dāng)靈敏度不滿足要求時(shí)宜采用復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)（1）安裝在高壓側(cè)的過電流保護(hù)：保護(hù)的構(gòu)成：主要由電流繼電器組成；保護(hù)裝置的作用：作為變壓器本身主保護(hù)的后備以及相鄰元件的后備；保護(hù)的電流互感器：安裝在變壓器高壓側(cè)；保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限：第一段時(shí)限使中壓側(cè)斷路器跳開（即0.5秒切除故障）；第二段時(shí)限使變壓器三側(cè)的斷路器跳開（即1秒切除故障）；保護(hù)構(gòu)成：主要由電流繼電器、低電壓繼電器和負(fù)序電壓繼電器組成；保護(hù)裝置的作用：作為變壓器本身主保護(hù)的后備以及相鄰元件的后備；（2）安裝在高壓側(cè)復(fù)合電壓起動(dòng)電流保護(hù)： 保護(hù)的電流互感器：安裝在變壓器高壓側(cè)； 保護(hù)的電壓互感器：安裝在變壓器中壓側(cè)； 保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限：第一段時(shí)限使中壓側(cè)斷路器跳開（即0.5秒切除故障）；第二段時(shí)限使變壓器三側(cè)的斷路器跳開（即1秒切除故障）3.1.4 零序電流保護(hù)在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，接地短路是常見的故障形式，所以處于該系統(tǒng)中的變壓器要裝設(shè)接地（零序）保護(hù)，以反映變壓器高壓繞組、引出線上的接地短路，并作為變壓器主保護(hù)和相鄰母線、線路接地保護(hù)的后備保護(hù)。對(duì)降壓變壓器，如果中、低壓側(cè)沒有電源（無發(fā)電機(jī)）時(shí)，即使中性點(diǎn)接地運(yùn)行，其中性點(diǎn)的零序電流保護(hù)也沒必要運(yùn)行。3.1.5過負(fù)荷保護(hù)為防御變壓器差動(dòng)保護(hù)范圍外的相間短路引起變壓器過流，應(yīng)裝設(shè)變壓器過流保護(hù)，如果變壓器過負(fù)荷時(shí)間過長將引起變壓器過電流，勢(shì)必影響繞組絕緣的壽命，因此還應(yīng)加裝過負(fù)荷保護(hù)。保護(hù)構(gòu)成：主要由電流繼電器組成；保護(hù)的電流互感器：安裝在變壓器高壓側(cè)上；保護(hù)裝置的作用：作為變壓器本身主保護(hù)的后備以及相鄰元件的后備；保護(hù)動(dòng)作：發(fā)出變壓器過負(fù)荷信號(hào)；保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限：比變壓器復(fù)合電壓起過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限大0.5秒（即1秒）；3.2 母線保護(hù)母線故障是電氣設(shè)備最嚴(yán)重的故障之一，它將使連接于故障母線上的所有設(shè)備被迫停電。當(dāng)未裝設(shè)專用的母線保護(hù)時(shí)，如果母線故障,只能依靠相鄰元件保護(hù)的后備作用切除故障，這將延長故障切除時(shí)間,并且往往會(huì)擴(kuò)大停電范圍,對(duì)高壓電網(wǎng)安全運(yùn)行不利，因此在35500KV的發(fā)電廠或變電所母線上，應(yīng)裝設(shè)專用的母線保護(hù)裝置。 由設(shè)計(jì)的已知條件可知,110kV母線均是采用單母線接線,對(duì)于單母線我們可以采用母線完全電流差動(dòng)保護(hù)。母線完全差動(dòng)保護(hù)的原理接線圖如圖3.5所示,和其它元件的差動(dòng)保護(hù)一樣,也是按環(huán)流法的原理構(gòu)成。在母線的所有連接元件上必須裝設(shè)專用的電流互感器,而且這些電流互感器的變比和特性完全相同,并將所有電流互感器的二次繞組在母線側(cè)的端子互相連接,在外側(cè)的端子也互相連接,差動(dòng)繼電器則接于兩連接線之間,差動(dòng)電流繼電器中流過的電流是所有電流互感器二次電流的相量和。這樣,在一次側(cè)電流總和為零時(shí),在理想的情況下,二次側(cè)電流的總和也為零。此圖為母線外部K點(diǎn)短路的電流分布圖,設(shè)電流流進(jìn)母線的方向?yàn)檎较颉D中線路I,II接于系統(tǒng)電源,而線路III則接于負(fù)載。 圖3.4 母線完全電流差動(dòng)保護(hù)的原理接線圖3.3 線路保護(hù)3.3.1 三段式電流保護(hù)(1)瞬時(shí)（無時(shí)限）電流速斷保護(hù)1)整定計(jì)算瞬時(shí)電流速斷保護(hù)（又稱第段電流保護(hù)）它是反映電流升高,不帶時(shí)限動(dòng)作的一種電流保護(hù)。在單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)各線路的始端裝設(shè)有瞬時(shí)電流速斷保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)電源電勢(shì)一定，線路上任一點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流的大小與短路點(diǎn)至電源之間的電抗（忽略電阻）及短路類型有關(guān)，三相短路和兩相短路時(shí)，流過保護(hù)安裝地點(diǎn)的短路電流為 （3-12） （3-13）式中 系統(tǒng)等效電源相電勢(shì)； 系統(tǒng)等效電源到保護(hù)安裝處之間的電抗； 線路單位公里長度的正序電抗； 短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離，。電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流可按大于本線路末端短路時(shí)流過保護(hù)安裝處的最大短路電流來整定，即 （3-14）式中 保護(hù)裝置段瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流，又稱一次動(dòng)作電流；可靠系數(shù)，考慮到繼電器的整定誤差、短路電流計(jì)算誤差和非周期分量的影響等而引入的大于1的系數(shù)，一般取1.21.3;被保護(hù)線路末端B母線上三相短路時(shí)流過保護(hù)安裝處的最大短路電流，一般取次暫態(tài)短路電流周期分量的有效值。2)靈敏系數(shù)的校驗(yàn)瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的靈敏系數(shù)，是用其最小保護(hù)范圍來衡量的，規(guī)程規(guī)定，最小保護(hù)范圍不應(yīng)小于線路全長的15%20%。 由上得最小保護(hù)長度 （3-15）式中 系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下，最大等值電抗，； 輸電線路單位公里正序電抗，。同理 ，最大保護(hù)長度 （3-16）式中 系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下，最小等值電抗，；通常規(guī)定，最大保護(hù)范圍（為被保護(hù)線路長度），最小保護(hù)范圍時(shí)，才能裝設(shè)瞬時(shí)電流速斷保護(hù)。(2)限時(shí)電流速斷保護(hù)由于瞬時(shí)電流速斷保護(hù)不能保護(hù)線路全長，因此可增加一段帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)（又稱第段電流保護(hù)）。用以保護(hù)瞬時(shí)電流速斷保護(hù)保護(hù)不到的那段線路，因此，要求限時(shí)電流速斷保護(hù)應(yīng)能保護(hù)線路全長。1)整定計(jì)算 限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)大于相鄰支路的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流，即，寫成等式為 （3-17）式中 配合系數(shù)，因考慮短路電流非周期分量已經(jīng)衰減，一般取1.11.2。2)靈敏系數(shù)的校驗(yàn)其計(jì)算公式為 （3-18）式中 在被保護(hù)線路末端短路時(shí)，流過保護(hù)安裝處的最小短路電流； 被保護(hù)線路的限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流。規(guī)程規(guī)定，。3)時(shí)限整定為了保證選擇性，保護(hù)1的限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限，還要與保護(hù)2的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)、保護(hù)3的差動(dòng)保護(hù)（或瞬時(shí)電流速斷保護(hù)）動(dòng)作時(shí)限、相配合，即式中 時(shí)限級(jí)差。對(duì)于不同型式的斷路器及保護(hù)裝置，在0.30.6s范圍內(nèi)。(3)定時(shí)限過電流保護(hù)1)整定計(jì)算定時(shí)限過電流保護(hù)動(dòng)作電流整定一般應(yīng)按以下兩個(gè)原則來確定：A.在被保護(hù)線路通過最大正常負(fù)荷電流時(shí)，保護(hù)裝置不應(yīng)動(dòng)作，即 （3-19）B.為保證在相鄰線路上的短路故障切除后，保護(hù)能可靠地返回，保護(hù)裝置的返回電流應(yīng)大于外部短路故障切除后流過保護(hù)裝置的最大自起動(dòng)電流，即 （3-20）根據(jù)第B條件，過電流保護(hù)的整定式為 （3-21）式中 可靠系數(shù)，取1.151.25； 負(fù)荷自起動(dòng)系數(shù)，由電網(wǎng)電壓及負(fù)荷性質(zhì)所決定，取25； 返回系數(shù)，與保護(hù)類型有關(guān)。電流繼電器的返回系數(shù)一般取0.850.95； 最大負(fù)荷電流。2)靈敏系數(shù)的校驗(yàn)其計(jì)算公式為 （3-22）當(dāng)過電流保護(hù)作為本線路主保護(hù)的近后備保護(hù)時(shí)，應(yīng)采用最小運(yùn)行方式下，本線路末端兩相短路的短路電流來進(jìn)行校驗(yàn)，要求；當(dāng)過電流保護(hù)作為相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)，應(yīng)采用最小運(yùn)行方式下，相鄰線路末端兩相短路時(shí)的短路電流來進(jìn)行校驗(yàn)，要求；作為連接的變壓器遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)，短路類型應(yīng)根據(jù)過電流保護(hù)接線而定。3)時(shí)限整定 為了保證選擇性，過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限按階梯原則進(jìn)行整定，這個(gè)原則是從用戶到電源的各保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限逐級(jí)增加一個(gè)。 在一般情況下，對(duì)于線路的定時(shí)限過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限整定的一般表達(dá)式為 （3-23）式中 線路過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，s； 由線路供電的母線上所接的線路、變壓器的過電流保護(hù)最長動(dòng)作時(shí)間，s。3.3.2相間距離保護(hù)電流保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是簡單，可靠，經(jīng)濟(jì)，但它的靈敏性受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響較大，特別是在重負(fù)荷，長距離，電壓等級(jí)高的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，很難滿足選擇性，靈敏性以及快速切除故障的要求，為此，必須采用性能完善的保護(hù)裝置，因而就引入了“距離保護(hù)”。距離保護(hù)是反饋故障點(diǎn)至保護(hù)安裝點(diǎn)之間的距離或阻抗，并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確定動(dòng)作時(shí)間的一種保護(hù)裝置。該裝置的主要元件為距離或阻抗繼電器，它可根據(jù)其端子所加的電壓和電流側(cè)知保護(hù)安裝處至短路點(diǎn)之間的阻抗值，此阻抗稱為阻抗繼電器的測(cè)量阻抗。其主要特點(diǎn)是：短路點(diǎn)距離保護(hù)安裝點(diǎn)越近，其測(cè)量阻抗越小；相反地，短路點(diǎn)距離保護(hù)安裝點(diǎn)越遠(yuǎn)，其測(cè)量阻抗越大，動(dòng)作時(shí)間就越長。這樣就可保證有選擇地切除故障線路，如圖5.6所示，K點(diǎn)短路時(shí)，保護(hù)1的測(cè)量阻抗是Zk，保護(hù)2的測(cè)量阻抗是（ZAB+ZK）。由于保護(hù)1距離短路點(diǎn)較近，而保護(hù)2距離短路點(diǎn)較遠(yuǎn)，所以，保護(hù)1的動(dòng)作時(shí)間就比保護(hù)2的短。這樣故障就由保護(hù)1動(dòng)作切除，不會(huì)引起保護(hù)2的誤動(dòng)作。這種選擇性的配合是靠適當(dāng)?shù)倪x擇各保護(hù)的整定阻抗值和動(dòng)作時(shí)限來完成的。圖3.6 距離保護(hù)的基本原理 4 短路電流計(jì)算4.1短路計(jì)算說明短路計(jì)算是電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)備選擇，繼電保護(hù)設(shè)計(jì)，整定的依據(jù)，是解決一系列問題的基本計(jì)算。一般包括發(fā)生短路時(shí)的系統(tǒng)的運(yùn)行方式及短路類型和短路點(diǎn)等條件。在實(shí)用計(jì)算中，采取一些簡化假設(shè)：1、所有電源電勢(shì)等電位。2、不記磁路飽和，忽略線路電容、電阻。3、把負(fù)荷