1、川東氯堿工程繼電保護初步設計專 業：電氣工程及其自動化 學 號：201010316135學 生： 陳 建 指導教師：李紅連摘要：本次的課程設計是針對電力系統繼電保護工程的設計，包括對變電站的電氣主接線圖、短路電流的計算以及輸電線路和主變壓器的繼電保護設計。根據設計任務書的要求，本次設計為110kv變電站繼電保護部分初步設計，并繪制電氣主接線圖及其他圖紙。該變電站設有兩臺主變壓器，站內主接線分為110kv、35kv和10kv三個電壓等級。各個電壓等級分別采用單母線分段接線、單母線分段接線和單母線分段接線。 關鍵詞：變電站；變壓器；繼電保護 目錄摘要i關鍵詞i目錄ii1 緒論11.1 繼電保護設計

2、的背景和意義11.2 國內外繼電保護的發展形勢11.3 設計內容的概述21.4 設計的目的22 變電站的主接線設計32.1 主接線的設計原則和要求32.1.1 電氣主接線的設計原則42.1.2 設計主接線的基本要求42.2 主接線的設計步驟62.3 電氣主接線設計分析72.3.1 110kv側主接線比較和確定72.3.2 35kv側主接線比較和確定102.3.3 10kv側主接線比較和確定123 主變壓器的選擇163.1 壓器選擇的條件163.2 變壓器連接方案的設計164 短路電流計算184.1 短路電流的目的184.2 短路電流計算點的選擇184.3 三相對稱短路電流的計算194.3.1

3、k1點三相對稱短路電流的計算194.3.2 k2點三相對稱短路電流的計算204.3.3 k3點三相對稱短路電流的計算224.4 簡單不對稱短路計算234.4.1 單相接地短路234.4.2 兩相短路電流計算274.4.3 兩相接地短路電流計算285 輸電線路的繼電保護315.1 繼電保護的概念介紹315.1.1 繼電保護的基本任務315.1.2 繼電保護的基本要求315.1.3 繼電保護的設計原則325.2輸電線路保護主要形式335.3輸電線路的距離保護345.3.1 距離保護的概念345.3.2 距離保護的整定計算方法356 主變壓器繼電保護設計396.1 電力變壓器的故障類型及保護措施39

4、6.1.1 電力變壓器故障及不正常運行狀態396.1.2 電力變壓器繼電保護的配置396.2電力變壓器的故障406.3 主變壓器繼電保護裝置416.3.1 主保護416.3.2 后備保護416.3.3 異常運行保護和必要的輔助保護416.4 三段式距離保護整定計算41總結44致謝45參考文獻46481 緒論1.1 繼電保護設計的背景和意義電力系統繼電保護的發展經歷了機電型、整流型、晶體管型和集成電路型幾個階段后，現在發展到了微機保護階段。微機繼電保護的發展史微機繼電保護指的是以數字式計算機（包括微型機）為基礎而構成的繼電保護。它起源于20世紀60年代中后期，是在英國、澳大利亞和美國。 電力系統

5、繼電保護的發展經歷了機電型、整流型、晶體管型和集成電路型幾個階段后，現在發展到了微機保護階段。電力是當今世界使用最為廣泛、地位最為重要的能源。電力系統的運行要求安全可靠、電能質量高、經濟性好。但是，電力系統的組成元件數量多，結構各異，運行情況復雜，覆蓋的地域遼闊。因此，受自然條件、設備及人為因素的影響，可能出現各種故障和不正常運行狀態。故障中最常見，危害最大的是各種型式的短路。為此，還應設置以各級計算機為中心，用分層控制方式實施的安全監控系統，它能對包括正常運行在內的各種運行狀態實施控制。這樣才能更進一步地確保電力系統的安全運行。1.2 國內外繼電保護的發展形勢電力系統對微機保護的要求隨著計算

6、機硬件的發展也在相對的提高，、目前國內的電力系統絕大部分是交流電力。其主要特點是投資低、技術要求相對較低，變壓后即可接入負荷。國內目前已經研制出遠距離超高壓直流輸電系統，直流電力系統主要的特點是線路損耗小，特別適合于遠距離輸送電。但其投資成本大，設備中多加了整流、逆變的環節。交流電力系統的局限主要就是遠距離輸送電的時候線路損耗很大，壓降也大，經濟性相對變差。二次回路保護是弱電，但要懂一定的電氣(強電)知識，因為它是控制強電的。微機控制它中單片機知識有用，且要求很高，要學高性能的(32 位)單片機或dsp 技術，因為電網要求控制反應快、信號的傅立葉分析、局域網通信本等，因此用到的微處理器知識也是

7、較深的。但單片機控制只是繼電保護的一部分，繼電保護是包括電氣等方面的電力工業作為我國最重要的能源工業，一直處于優先發展。為了達到保護、測量和的控制需要，室外變電站的所有設備，隨著我國社會、經濟的快速發展和全國聯網戰略實施，它的發展戰略體得到一個新的高度，以確認電力系統的安全、穩定運行和國民經濟的長期、快速、穩步增長。1.3 設計內容的概述 1.負荷情況35kv出線10條（4個車間，每個車間2條），每條負荷8mva ，長度3km 。 2電源情況110kv電壓等級電源進線2條,離中心變電站35km,最大短路容量800mva,最小短路短路容量650mva。1.4 設計的目的本次論文設計的主要目的主要

8、有以下兩個方面：一方面是自我檢測，檢測自己對大學四年所學專業知識的應用情況，努力做到學有所用，理論與實踐相結合；另一方面是能力培養，培養自己在工程設計方面的理論分析能力和計算能力，同時提升自己使用autocad畫圖和使用word編輯論文的能力。2 變電站的主接線設計變電站是電力系統的一個重要組成部分，由電器設備及配電網絡按一定的接線方式所構成，他從電力系統取得電能，通過其變換、分配、輸送與保護等功能，它直接影響整個電力系統的安全與經濟運行然后將電能安全、可靠、經濟的輸送到每一個用電設備的場所。110kv變電站屬于高壓網絡，電氣主接線是發電廠變電所的主要環節，電氣主接線直關系著全廠電氣設備的選擇

9、、是變電站電氣部分投資大小的決定性因素。2.1 主接線的設計原則和要求 變電站主接線的選擇是根據變電站系統中的地位和作用、地理位置、電壓等級、變壓器臺數及容量和進出線等各種條件綜合優化決定的。城市電網的安全可靠性固然重要，但是城市人口密度大，用地緊張，因此城網變電站接線除了滿足安全可靠性外，還必須盡量簡單化。因此變電站設計應該滿足一下基本要求： 1、運行的可靠斷路器檢修時是否影響供電；設備和線路故障檢修時，停電數目的多少和停電時間的長短，以及能否保證對重要用戶的供電。 2、具有一定的靈活性主接線正常運行時可以根據調度的要求靈活的改變運行方式，達到調度的目的，而且在各種事故或設備檢修時，能盡快地

10、退出設備。切除故障停電時間最短、影響范圍最小，并且再檢修在檢修時可以保證檢修人員的安全。 3、操作應盡可能簡單、方便主接線應簡單清晰、操作方便，盡可能使操作步驟簡單，便于運行人員掌握。復雜的接線不僅不便于操作，還往往會造成運行人員的誤操作而發生事故。但接線過于簡單，可能又不能滿足運行方式的需要，而且也會給運行造成不便或造成不必要的停電。 4、經濟上合理主接線在保證安全可靠、操作靈活方便的基礎上，還應使投資和年運行費用小，占地面積最少，使其盡地發揮經濟效益。 5、應具有擴建的可能性由于我國工農業的高速發展，電力負荷增加很快。因此，在選擇主接線時還要考慮到具有擴建的可能性。變電站電氣主接線的選擇，

11、主要決定于變電站在電力系統中的地位、環境、負荷的性質、出線數目的多少、電網的結構等。2.1.1 電氣主接線的設計原則 電氣主接線的基本原則是以設計任務書為依據，以國家經濟建設的方針、政策、技術規定、標準為準繩，結合工程實際情況，在保證供電可靠、調度靈活、滿足各項技術要求的前提下，兼顧運行、維護方便，盡可能地節省投資，就近取材，力爭設備元件和設計的先進性與可靠性，堅持可靠、先進、適用、經濟、美觀的原則。 1. 接線方式：對于變電站的電氣接線，當能滿足運行要求時，其高壓側應盡可能采用斷路器較少或不用斷路器的接線，如線路變壓器組或橋形接線等。若能滿足繼電保護要求時，也可采用線路分支接線。在 110k

12、v220kv 配電裝置中，當出線2回時，一般采用橋形接線；當出線不超過4 回時，一般采用分段單母線接線。在樞紐變電站中，當110220kv出線在4回及以上時，一般采用雙母接線。 2. 在大容量變電站中，為了限制610kv出線上的短路電流，一般可采用下列措施： （1）變壓器分列運行； （2）在變壓器回路中裝置分裂電抗器或電抗器； （3）采用低壓側為分裂繞組的變壓器。 （4）出線上裝設電抗器。 2.1.2 設計主接線的基本要求 在設計電氣主接線時，應使其滿足供電可靠，運行靈活和經濟等項基本要求。 1. 可靠性供電可靠是電力生產和分配的首要要求，電氣主接線也必須滿足這個要求。在研究主接線時，應全面地

13、看待以下幾個問題： （1）可靠性的客觀衡量標準是運行實踐，估價一個主接線的可靠性時，應充分考慮長期積累的運行經驗。我國現行設計技術規程中的各項規定，就是對運行實踐經驗的總結，設計時應予遵循。（2）主接線的可靠性，是由其各組成元件（包括一次設備和二次設備）的可靠性的綜合。因此主接線設計，要同時考慮一次設備和二次設備的故障率及其對供電的影響。 （3）可靠性并不是絕對的，同樣的主接線對某所是可靠的，而對另一些所則可能還不夠可靠。因此，評價可靠性時，不能脫離變電站在系統中的地位和作用。通常定性分析和衡量主接線可靠性時，均從以下幾方面考慮： (1)斷路器檢修時，能否不影響供電。 (2)線路、斷路器或母線

14、故障時，以及母線檢修時，停運出線回路數的多少和停電時間的長短，以及能否保證對重要用戶的供電。 (3)變電站全部停運的可能性。 2. 靈活性主接線的靈活性要求有以下幾方面。 （1）調度靈活，操作簡便：應能靈活的投入（或切除）某些變壓器或線路，調配電源和負荷，能滿足系統在事故、檢修及特殊運行方式下的調度要求。 （2）檢修安全：應能方便的停運斷路器、母線及其繼電保護設備，進行安全檢修而不影響電力網的正常運行及對用戶的供電。 （3）擴建方便：應能容易的從初期過渡到最終接線，使在擴建過渡時，在不影響連續供電或停電時間最短的情況下，投入新裝變壓器或線路而不互相干擾，且一次和二次設備等所需的改造最少。 3.

15、 經濟性在滿足技術要求的前提下，做到經濟合理。 （1）投資省：主接線應簡單清晰，以節約斷路器、隔離開關等一次設備投資；要使控制、保護方式不過于復雜，以利于運行并節約二次設備和電纜投資；要適當限制短路電流，以選擇價格合理的電氣設備；在終端或分支變電站中，應推廣采用直降式（110/610kv）變壓器，以質量可靠的簡易電器代替高壓斷路器。 （2）占地面積小：電氣主接線設計要為配電裝置的布置創造條件，以便節約用地和節省構架、導線、絕緣子及安裝費用。在運輸條件許可的地方，都應采用三相變壓器。 （3）電能損耗少：在變電站中，正常運行時，電能損耗主要來自變壓器。應經濟合理的選擇主變壓器的型式、容量和臺數，盡

16、量避免兩次變壓而增加電能損耗。2.2 主接線的設計步驟 電氣主接線的具體設計步驟如下 1. 分析原始資料 （1）本工程情況 變電站類型，設計規劃容量（近期，遠景），主變臺數及容量等。 （2）電力系統情況 電力系統近期及遠景發展規劃（510年），變電站在電力系統中的位置和作用，本期工程和遠景與電力系統連接方式以及各級電壓中性點接地方式等。 （3）負荷情況 負荷的性質及其地理位置、輸電電壓等級、出線回路數及輸送容量等。 （4）環境條件 當地的氣溫、濕度、覆冰、污穢、風向、水文、地質、海拔高度等因素，對主接線中電器的選擇和配電裝置的實施均有影響。 （5）設備制造情況 為使所設計的主接線具有可行性，必

17、須對各主要電器的性能、制造能力和供貨情況、價格等資料匯集并分析比較，保證設計的先進性、經濟性和可行性。 2. 擬定主接線方案 根據設計任務書的要求，在原始資料分析的基礎上，可擬定出若干個主接線方案。因為對出線回路數、電壓等級、變壓器臺數、容量以及母線結構等考慮不同，會出現 多種接線方案。應依據對主接線的基本要求，結合最新技術，確定最優的技術合理、經濟可行的主接線方案。 3. 短路電流計算 對擬定的主接線，為了選擇合理的電器，需進行短路電流計算。 4. 主要電器選擇 包括高壓斷路器、隔離開關、母線等電器的選擇。 5. 繪制電氣主接線圖 將最終確定的主接線，按工程要求，繪制工程圖。2.3 電氣主接

18、線設計分析擬定可行的主接線方案3種，內容包括主變的形式，臺數以及各級電壓配電裝置的接線方式等，并依據對主接線的基本要求，從技術經濟上論證各方案的優缺點，淘汰差的方案，保留一種較好的方案。2.3.1 110kv側主接線比較和確定方案(一) 單母線分段接線如圖2-1 圖2-1分段的單母線的評價為:(1)優點a.具有單母線接線簡單、清晰、方便、經濟、安全等優點。b.較之不分段的單母線供電可靠性高，母線或母線隔離開關檢修或故障時的停電范圍縮小了一半。與用隔離開關分段的單母線接線相比，母線或母線隔離開關短路時，非故障母線段可以實現完全不停電，而后者則需短時停電。c.運行比較靈活。分段斷路器可以接通運行，

19、也可斷開運行。d.可采用雙回線路對重要用戶供電。方法是將雙回路分別接引在不同分段母線上。(2)缺點a.任一分段母線或母線隔離開關檢修或故障時，連接在該分段母線上的所有進出回路都要停止工作，這對于容量大、出線回路數較多的配電裝置仍是嚴重的缺點。b.檢修任一電源或出線斷路器時，該回路必須停電。這對于電壓等級高的配電裝置也是嚴要缺點。因為電壓等級高的斷路器檢修時間較長，對用戶影響甚大。方案(二)不分段的雙母線如圖2-2 如圖2-2雙母線接線的特點：1. 可輪流檢修母線而不影響正常供電。2. 檢修任一母線側隔離開關時，只影響該回路供電。3. 工作母線發生故障后，所有回路短時停電并能迅速恢復供電。4.

20、可利用母聯斷路器替代引出線斷路器工作。5. 便于擴建。6. 由于雙母線接線的設備較多、配電裝置復雜，運行中需要用隔離開關切換電路，容易引起誤操作；同時投資和占地面積也較大。方案(三)單母分段帶旁路接線如圖2-3 圖2-3單母分段帶旁路接線的特點：(1)優點a.單母分段帶旁路接線方式采用母線分斷路器和旁路母線斷路器，供電可靠性比單母分段接線更高，運行更加靈活，一般用在35-110kv的變電所的母線。b.旁路母線是為檢修斷路器而設的，通常采用可靠性高，檢修周期長的sf6 斷路器，或氣體絕緣金屬封閉開關設備時，可取消旁路母線。(2)缺點a.單母分段帶旁路接線倒閘操作比較復雜，占地面積比較大，花費比較

21、高。以上三種方案比較：方案（一）主接線供電可靠性與靈活性高，用于110kv，出線回路適合本站設計，因此此方案可行。方案（二）由于雙母線接線具有較高的可靠性，這種接線在大、中型發點廠和變電站得到廣泛的使用。用于電源較多、輸送和穿越功率較大、要求可靠性和靈活性較高的場合。因此此方案不可行。方案（三）在供電可靠性與靈活性方面能滿足本站供電要求，但考慮到接線較復雜，占地面積大且費用較高，所以也不符合要求。故110kv側應采用方案（一）的接線。2.3.2 35kv側主接線比較和確定方案(一) 單母線分段接線如圖2-4 圖2-4對用斷路器分段的單母線的評價為:(1)優點1.具有單母線接線簡單、清晰、方便、

22、經濟、安全等優點。2.較之不分段的單母線供電可靠性高，母線或母線隔離開關檢修或故障時的停電范圍縮小了一半。與用隔離開關分段的單母線接線相比，母線或母線隔離開關短路時，非故障母線段可以實現完全不停電，而后者則需短時停電。3.運行比較靈活。分段斷路器可以接通運行，也可斷開運行。4.可采用雙回線路對重要用戶供電。方法是將雙回路分別接引在不同分段母線上。(2)缺點1.任一分段母線或母線隔離開關檢修或故障時，連接在該分段母線上的所有進出回路都要停止工作，這對于容量大、出線回路數較多的配電裝置仍是嚴重的缺點。2.檢修任一電源或出線斷路器時，該回路必須停電。這對于電壓等級高的配電裝置也是嚴要缺點。因為電壓等

23、級高的斷路器檢修時間較長，對用戶影響甚大方案(二) 內橋接線如圖2-5 圖2-5內橋接線中,橋回路置于線路斷路器內側,此時線路經線斷路器和隔離開關接至橋接點，構成獨立單元；而變壓器支路只經過隔離開關與橋接點相連，是非獨立單元。內橋接線的特點為：(1)線路操作方便。如線路發生故障，僅故障線路的斷路器跳閘，其余三回路可繼續工作，并保持相互的聯系。(2)正常運行時變壓器操作復雜。(3)橋回路故障或檢修時全廠分裂為兩部分，使兩個單元之間失去聯系；同時，出現斷路器故障或檢修時，造成該回路停電。為此，在實際接線中可采用設外跨條來提高運行靈活性。內橋接線使用于兩回進線兩回出線且線路較長、故障可能性較大和變壓

24、器不需要經常切換的運行方式的變電站中。方案（三） 外橋接線如圖2-6 圖2-6外橋接線的特點為：(1)變壓器操作方便。(2)線路投入與切除時，操作復雜。如線路檢修或故障時，需斷開兩臺斷路器，并使該側變壓器停止運行，需經倒閘操作恢復變壓器工作，造成變壓器短時停電，這剛好與內橋相反，概括為“外橋外不便”。(3)橋回路故障或檢修時全廠分裂為兩部分，使兩個單元之間失去聯系；同時，出線側斷路器故障或檢修時，造成該側變壓器停電。此外，在實際接線中可采用設內跨條來提高運行靈活性。外橋接線適用于兩回進線兩回出線且線路較短故障可能性小和變壓器需要經常切換，而且線路有穿越功率通過的變電站中。以上三種方案比較：方案

25、（一）雖此主接線供電可靠性與靈活性高，此方案適合出線回路比較多的，因此此方案可行。方案（二）（三）兩回進線，兩回出線，但此方案適合 出線較多，因此方案不可行。故35kv側應采用方案（一）的接線。2.3.3 10kv側主接線比較和確定方案(一) 單母線接線如圖2-7 圖2-7(1)優點：a接線簡單清晰、設備少、操作方便。b便于擴建和采用成套配電裝置(2)缺點：a不夠靈活可靠，任一元件（母線及母線隔離開關等）故障或檢修均需使整個配電裝置停電。b 單母線可用隔離開關分段，但當一段母線故障時，全部回路仍需停電，在用隔離開關將故障的母線分開后才能恢復非故障段的供電。方案（二）單母線分段接線如圖2-8 圖

26、2-8(1)優點a.具有單母線接線簡單、清晰、方便、經濟、安全等優點。b.較之不分段的單母線供電可靠性高，母線或母線隔離開關檢修或故障時的停電范圍縮小了一半。與用隔離開關分段的單母線接線相比，母線或母線隔離開關短路時，非故障母線段可以實現完全不停電， 而后者則需短時停電。c.運行比較靈活。分段斷路器可以接通運行，也可斷開運行。d.可采用雙回線路對重要用戶供電。方法是將雙回路分別接引在不同分段母線上。(2)缺點a.任一分段母線或母線隔離開關檢修或故障時，連接在該分段母線上的所有進出回路都要停止工作，這對于容量大、出線回路數較多的配電裝置仍是嚴重的缺點。b.檢修任一電源或出線斷路器時，該回路必須停

27、電。這對于電壓等級高的配電裝置也是嚴要缺點。因為電壓等級高的斷路器檢修時間較長，對用戶影響甚大。方案(三)單母分段帶旁路接線如圖2-9 圖2-9(1)優點a.單母分段帶旁路接線方式采用母線分斷路器和旁路母線斷路器，供電可靠性比單母分段接線更高，運行更加靈活，一般用在35-110kv的變電所的母線。b.旁路母線是為檢修斷路器而設的，通常采用可靠性高，檢修周期長的sf6 斷路器，或氣體絕緣金屬封閉開關設備時，可取消旁路母線。(2)缺點a.單母分段帶旁路接線倒閘操作比較復雜，占地面積比較大，花費比較高。以上三種方案比較：方案（一）的雖接線簡單、清晰、設備少、操作方便，投資少，便于擴建，但供電可靠性差

28、，不能滿足對不允許停電的重要用戶的供電要求，方案（三）在供電可靠性與靈活性方面能滿足本站供電要求，但考慮到接線較復雜，占地面積大且費用較高，所以也不符合要求，而方案（二）恰好符合本站設計所須的可靠性與經濟性的要求，所以10kv側采用方案（二）的接線。由以上分析比較，可得變電站的主接線方案為：110kv采用單母分段接線，35kv采用單母分段接線，10kv采用單母分段接線。主接線圖如下所示： 圖2-10 3.主變壓器的選擇3.1 變壓器選擇的條件（1）110kv及10kv主變壓器一般均應選用三相雙繞組變壓器。（2）具有三種電壓的變電所，如通過主變壓器各側繞組的功率均達到該變壓器容量的15%以上，主

29、變壓器宜采用三相三繞組變壓器。（3）110kv及以上電壓的變壓器繞組一般均為yn連接；35kv采用yn連接或d連接，采用yn連接時，其中性點都通過消弧線圈接地。3.2 變壓器連接方案的設計（1）方案一 110kv側、35kv側和10kv側均采用單母分段帶旁路母線的接線方式。 主變容量及臺數的選擇：2臺主變容量同方案一。（2） 方案二 110kv側采用橋形接線，35kv側和10kv側采用單母分段帶旁路母線。 主變容量及臺數的選擇：2臺主變容量同方案一。（3）方案三 110kv側接線方式：110kv側采用橋形接線，35kv側和10kv側采用雙母線。 主變容量及臺數的選擇：2臺主變容量同方案一，而且

30、設備瑾和參數均選為一致，便于進行經濟技術比較。（4）方案四 110kv側、35kv側、10kv側均采用雙母線接線方式，兩臺主變壓器。 主變臺數的選擇：1） 運行主變壓器的容量應根據電力系統1020年的發展規劃進行選擇。由于任務書給定的是一個三個電壓等級的變電站，而且每個電壓等級的負荷均較大，故采用三繞組變壓器2臺，運行主變壓器的容量應根據電力系統1020年的發展規劃進行選擇。并應考慮變壓器正常運行和事故過負荷能力，以變壓器正常的過負荷能力來承擔變壓器遭受的短時高峰負荷，過負荷值以不縮短變壓器的壽命為限。通常每臺變壓器容量應當在當一臺變壓器停用時，另一臺容量至少保證對60%負荷的供電。2） 主變

31、容量選擇sn0.6sm。(sm為變電站最大負荷)3）兩臺主變可方便于運行維護和設備的檢修同時能滿足站代負荷的供電要 兩臺求。4）運行方式靈活、可靠、方便。主變壓器形式的選擇：1)相數的確定為了提高電壓質量最好選擇有載調壓變壓器。2)繞組的確定本站具有三種電壓等級，且通過主變各側繞組功率均達到該變壓器容量的15%以上，故選三繞組變壓器。3)緩緩的連接方式考慮系統的并列同期要求以及三次諧波的影響，本站主變壓器繞組連接方式選用y0y011。采用“”接線的目的就是為三次諧波電流提供通路，保證主磁通和相電勢接近正弦波，附加損耗和局過熱的情況大為改善，同時限制諧波向高壓側轉移。根據所選變壓器的容量應該大于

32、計算出的容量，故現選定型號為scb10-31500/110的電力變壓器，相關參數如下：額定容量（kva）：31500額定電壓（kv）：高壓 12122.5%；中壓 38.55%；低壓 6.3短路電壓（%）：高壓 10.5；中壓 18.5；低壓 6.5聯結組標號：yn,yn0,d114. 短路電流計算4.1 短路電流的目的在供電系統中發生短路故障時，在短路回路中短路電流要比額定電流大幾倍至幾十倍，通常可達數千安。短路電流通過電氣設備和導線必然要產生很大的電動力，并且使設備溫度急劇上升有可能損壞設備；在短路點附近電壓顯著下降，造成這些地方供電中斷或影響電動機正常工作；發生接地短路時所出現的不對稱短

33、路電流，將對通信線路產生干擾；當短路點離發電廠很近時，將造成發電機失去同步，而使整個電力系統的運行解列。4.2 短路電流計算點的選擇由于35kv出線10條，每條的負荷都是8mva，所以計算35kv出線短路點只需考慮其中一條。 圖4-1 等值網絡圖其中 k1：110kv母線短路點；k2：35kv母線短路點；k3：35kv出線短路點。選取基準容量，ub=uav·n，系統元件的電抗標幺值計算值如下：4.3 三相對稱短路電流的計算4.3.1 k1點三相對稱短路電流的計算（1）在最大運行方式下，當k1點發生三相短路時候，網絡化簡圖如下：圖4-2 網絡化簡圖對該圖進行網絡化簡1圖4-3 k1三相

34、短路化簡圖1此時短路電流周期分量穩定值為 ：（2）在最小運行方式下，當k1點發生三相短路時候，網絡化簡圖如圖4-2。此時短路電流周期分量穩定值為 ：4.3.2 k2點三相對稱短路電流的計算（1）在最大運行方式下，當k2點發生三相短路時候，網絡化簡圖如下：圖4-4 k2點短路化簡圖化簡得圖4-4如下圖4-5 k2點短路化簡圖此時短路電流周期分量穩定值為 ：（2）在最小運行方式下，當k2點發生三相短路時候，網絡化簡圖如圖4-4。此時短路電流周期分量穩定值為 ：4.3.3 k3點三相對稱短路電流的計算（1）在最大運行方式下，當k2點發生三相短路時候，網絡化簡圖如下：圖4-6 k3點短路化簡圖對其化簡

35、得圖4-6如下圖4-7 k3點短路化簡圖此時短路電流周期分量穩定值為 ：（2）在最小運行方式下，當k2點發生三相短路時候，網絡化簡圖如圖4-3。此時短路電流周期分量穩定值為 ：4.4 簡單不對稱短路計算發生不對稱短路時候有正序、負序、零序網絡，正序和負序等值網絡是相同的，在零序網絡中線路上的等值阻抗為正序網絡中的三倍。正序等值網絡與三相短路的等值網絡基本相同，而負序和零序中都沒有等效電源。4.4.1 單相接地短路(1)k1點單相短路時，最大和最小運行方式下正序、負序、零序等值網絡圖如圖4-7如下：圖4-8 k1不對稱短路化簡圖 k1點發生不對稱短路時候（輸電線路為雙回架空線路，帶鋼質架空地線故

36、線路零序阻抗為正序時的4.7倍）。a)最大運行方式下正序： 負序： 零序： b)最小運行方式下正序： 負序： 零序： （2）k2點單相短路時，最大和最小運行方式下正序、負序、零序等值網絡圖如圖4-8所示：圖4-9 k2不對稱短路化簡圖 k2點發生不對稱短路時候（輸電線路為雙回架空線路，帶鋼質架空地線故線路零序阻抗為正序時的4.7倍）。a)最大運行方式下正序： 負序： 零序： b)最小運行方式下正序： 負序： 零序： （3） k3點單相短路時，最大和最小運行方式下正序、負序、零序等值網絡圖如下：圖4-10 k3不對稱短路化簡圖 k3點發生不對稱短路時候（輸電線路為雙回架空線路，帶鋼質架空地線故線

37、路零序阻抗為正序時的4.7倍）。a)最大運行方式下正序： 負序： 零序： b)最小運行方式下正序： 負序： 零序： 4.4.2 兩相短路電流計算（1）k1點發生兩相短路時，最大運行方式短路電流如下。 k1點發生兩相短路時，最小運行方式短路電流如下。 （2）k2點發生兩相短路時，最大運行方式短路電流如下。 k2點發生兩相短路時，最小運行方式短路電流如下。 k3點發生兩相短路時，最大運行方式短路電流如下。 k3點發生兩相短路時，最小運行方式短路電流如下。4.4.3 兩相接地短路電流計算（1）k1點發生兩相接地短路時，最大運行方式短路電流如下。k1點發生兩相接地短路時，最小運行方式短路電流如下。（2

38、）k2點發生兩相接地短路時，最大運行方式短路電流如下。k1點發生兩相接地短路時，最小運行方式短路電流如下。（3）k3點發生兩相接地短路時，最大運行方式短路電流如下。k1點發生兩相接地短路時，最小運行方式短路電流如下。5 輸電線路的繼電保護5.1 繼電保護的概念介紹由于架空線路分布很廣，又長期處于露天之下運行，所以經常會受到周圍環境和火自然變化的影響，從而使線路在運行中會發生各種各樣的故障。據歷年運行情況統計，在各種故障中多屬于季節性故障，為了防止線路在不同季節發生事故，保證線路連續不斷地安全供電，就必須對運行中的線路進行巡視，觀測、維護和檢修。做好預防工作，以便及時發現缺陷，消除隱患，一般影響

39、線路正常運行的一切現象統稱為故障。5.1.1 繼電保護的基本任務繼電保護在電力系統中的主要作用是通過預防事故或縮小事故范圍來提高系統運行的可靠性，最大限度地保證向用戶安全供電·因此，繼電保護是電力系統重要的組成部分，是保證電力系統安全可靠運行的不可缺少的技術措施.在現代的電力系統中，如果沒有專門的繼電保護裝置，要想維持系統的正常運行是根本不可能的。這就要求繼電保護裝置必須具備以下基本任務是:一、自動、迅速、有選擇性地僅將故障元件從電力系統中切除，并最大限度地保證其他無故障的部分迅速恢復正常運行二、能對電氣元件的不正常運行狀態作出反應，并根據運行維護規范和設備承受能力動作，發出告警信號

40、，或減負荷，或延時跳閘三、條件許可時，可采取預定措施，盡快地恢復供電和設備運行。5.1.2 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，即“四性”：選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。（1）選擇性要求繼電保護裝置有選擇地動作，僅將故障元件切除并希望停電范圍盡可能地小。有相對選擇性和絕對選擇性之分，當有保護拒動時為前者，反之則為后者。（2）速動性速動性就是指繼電保護裝置應能盡快地切除故障。以提高電力系統并列運行的穩定性，減少用戶在電壓降低的情況下的工作時間，縮小故障元件的損壞程度。因此，在發生故障時，應力求保護裝置能迅速動作。基本規律是電壓等級越高，切除越要快，一般220k

41、v電壓等級為0.2s, 1035kv電壓等級為1.5s。（3）靈敏性靈敏性是指電氣設一備或線路在被保護范圍內發生短路故障或不正常運行情況時，保護裝置的反應能力。滿足靈敏性要求的保護裝置應該是在事先規定的保護范圍內部發生故障時不論短路點的位置、短路的類型如何，都能敏銳感覺，正確反應。（4）可靠性可靠性是指繼電保護裝置在其保護區發生故障時，不拒動;而在其非保護區發生故障時不誤動。繼電保護裝置的誤動或拒動都會給電力系統造成嚴重的危害。因此，有很高的可靠性是非常重要的，在使用繼電保護裝置時，必須滿足可靠性的要求。5.1.3 繼電保護的設計原則關于電網繼電保護的選擇在“技術規程”中已有具體的規定，一般要

42、考慮的主要規則為:一、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一于故障切除: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。二、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。三、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。四、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

43、重化”保護裝置等。五、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。5.2 輸電線路保護主要形式（1）電流保護對于輸電線路來說，在正常運行時，每條線路上都流過由它供電的負荷電流，越靠近電源端，負荷電流越大。假定在線路上發生三相短路，從電源到短路點之間將流過很大的短路電流。利用流過被保護元件中電流幅值的增大，可以構成過電流保護。（2）低電壓保護在輸電線路正常運行時，各變電所母線上的電壓一般都在額定電壓±5%±10%范圍內變化，且靠近電源端母線上的電壓略高。短路后，各變電所母線電壓有不同程度的降低，離短路點越近，電壓降得越低，短路點的相間或對地電壓降低到零。利用短路時

44、電壓幅值的降低，可以構成低電壓保護。（3）距離保護同樣，在正常運行時，線路始端的電壓與電流之比反映的是該線路與供電負荷的等值阻抗及負荷阻抗角(功率因數角)，其數值一般較大，阻抗角較小。短路后，線路始端的電壓與電流之比反映的是該測量點到短路點之間線路段的阻抗，其值較小，如不考慮分布電容時一般正比于該線路段的距離(長度)，阻抗角為線路阻抗角，較大。利用測量阻抗幅值的降低和阻抗角的變大，可以構成距離(低阻抗)保護。（3） 差動保護利用每個電力元件在內部與外部短路時兩側電流相量的差別可以構成電流差動保護，利用兩側電流相位的差別可以構成電流相位差動保護，利用兩側功率方向的差別可以構成方向比較式縱聯保護，

45、利用兩側測量阻抗的大小和方向等還可以構成其他原理的縱聯保護。利用某種通信通道同時比較被保護元件兩側正常運行與故障時電氣量差異的保護，稱為縱聯保護。它們只在被保護元件內部故障時動作，可以快速切除被保護元件內部任意點的故障，被認為具有絕對的選擇性，常被用作220kv及以上輸電網絡和較大容量發電機、變壓器、電動機等電力元件的主保護。從以上保護方式可以得出，本設計中最適合選用距離保護方式進行對輸電線路有關繼電保護的參數整定。5.3 輸電線路的距離保護5.3.1 距離保護的概念1、距離保護的概念距離保護是反應故障點至保護安裝地點之間的距離（或阻抗），并根據距離的遠近而確定動作時間的一種保護裝置。該裝置主

46、要的元件為距離（阻抗）繼電器，它可根據其端子上所加的電壓和電流測知保護安裝處至短路點間的阻抗值，此阻抗稱為繼電器的測量阻抗。當短路點距保護安裝處近時，其測量阻抗小，動作時間短；當短路點距保護安裝處遠時，其測量阻抗增大，動作時間增大，這樣就保證了保護有選擇地切除故障線路。2、距離保護的構成特點距離保護時屬于反映一側電氣量的保護。一套完整的距離保護裝置通常由三段組成。其中第一段保護線路全長的(80%-85%)，第二段保護全長，動作時間一般為0.5s第三段作為后備保護，其動作時間一般在2s以上。 距離保護主要反映測量阻抗值，與電流保護相比，受電力系統運行方式變化影響小，躲負荷能力強。在本線路發生短路

47、時，距離保護的第一段的保護范圍不受電力系統運行方式變化的影響。當故障點位于相鄰線路上時，由于可能有助增電流或外汲電流，對距離保護的第二三段，保護的實際動作區隨系統運行方式變化而有所變化。距離保護裝置的啟動元件也是震蕩閉鎖裝置的啟動元件，一般多采用元件作為距離保護的啟動元件。啟動元件的作用是在故障時開放距離保護各段。對一二段采用短時開放原則，對第三段長期開放直至整組復歸。距離保護的測量元件一般為一二三段阻抗繼電器。距離保護裝置需設震蕩閉鎖元件和斷線閉鎖元件。距離保護采用的阻抗繼電器的接線方式一般為，對相間保護，用0度接線方式；對接地距離保護采用帶零序電流補償的接線方式。5.3.2 距離保護的整定

48、計算方法結合輸電線路的特點距離保護的整定方法如下：一、距離保護段整定計算距離保護段定值按躲過本線路末端故障整定距離保護第段是無延時的速動段，一般按躲開下一條線路出口處短路的原則來整定，也即是按躲過本線路末端短路時的測量阻抗來整定。以本電網中線路ab、b處保護為例，測量元件的整定阻抗為 (2-1)式中各量定義 保護1距離段的整定阻抗被保護線路的阻抗可靠系數，一般取0.8-0.85。如此整定后，距離段只能保護本線路全長的8085。二、距離保護段整定計算（1）按與相鄰線路距離保護段配合整定為保證在下級線路上發生故障時，上級線路保護處的保護段不至于越級跳閘所以其段的動作范圍不應該超出下級線路段的動作范

49、圍。考慮分支電路的影響，可按下式進行整定 (2-2)式中，為可靠系數，取0.85；為確保在各種運行方式下保護1的段范圍不超過保護2的段范圍，分支系數kbra取各種情況下的最小值kbramin。（2）與相鄰變壓器的快速保護相配合整定若被保護線路的末端母線接有變壓器時，其距離段保護的動作范圍不應超出變壓器快速保護（一般是差動保護）的范圍，即距離段應躲開線路末端變電所變壓器低壓側出口處短路時的阻抗值，設變壓器的阻抗為zt，則起動阻抗整定為 (2-3)當被保護線路末端母線上既有出線又有變壓器時，距離段的整定阻抗應取上述兩種情況的較小者。（3）保護動作時間的整定 (2-4)（4）靈敏度校驗距離保護段，應

50、能保護線路的全長，本線路末端短路時，應有足夠的靈敏度。由于是反映于數值的下降而動作，其靈敏系數定義為 具體對保護1的距離段來看，在本線路末端短路時其測量阻抗為，因此靈敏系數為 (2-5) 一般要求，若不滿足要求，則距離保護段應與相鄰元件的保護段相配合，進一步延伸保護范圍，并延長動作時限。當線路長度為50km時，不小于1.5當線路長度為50200km時，不小于1.4當線路長度為200km以上時，不小于1.3（5）當校驗本線路末端故障時，靈敏度不滿足要求時，則距離保護段應與相鄰元件的保護段相配合，進一步延伸保護范圍，并延長動作時限。 (2-6)保護動作時間： (2-7)三、距離保護第段整定計算（1

51、）按與相鄰線路距離保護段配合整定=+ (2-8)（2）按躲過最小負荷整定按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，當線路上流過最大負荷電流且母線上電壓最低時（用表示），在線路始端所測量到的負荷阻抗最小，其值為 (2-9)式中正常運行時母線電壓的最小值，一般取0.9倍的母線額定電壓；被保護線路最大負荷電流。參照過電流保護的整定原則，考慮到外部故障切除后，在電動機自啟動的情況下，保護第段必須立即返回的要求，當采用全阻抗特性時，其整定值為： (2-10)式中段可靠系數，一般取1.21.25電動機自啟動系數，一般取1.52.5阻抗測量元件（欠量動作）的返回系數，一般取1.01.5 保護動作時間的整定：距離保護段的動作時間，應比與之配合的相鄰元件保護動作時間大一個時間級差，但考慮到距離段一般不經振蕩閉鎖，所以動作時間不應該小于最大的振蕩周期（1.52s）。 (2-11) 靈敏度校驗：距離保護第段既作為本線路、段保護的近后備，又作為相鄰元件的遠后備。靈敏度應分別進行校驗。作為近后備時，按本線路末端短路校驗，即 (2-12)作為遠后備時，按相鄰元件末端短路校驗，即 (2-13)式中相鄰元件（線路，變壓器等）的阻抗；分支系數最大值，以保證在各種運行方式下保護動作的靈敏性。 當靈敏度不滿足要求時，可與相鄰距離保