1、1 前言在如今隨著科學的發展，電力系統的能否安全穩定運行，會直接影響國民經濟和社 會發展。電力系統一旦發生自然或人為故障，如果不能及時有效控制，就會失去穩定運 行，使電網瓦解，并造成大面積停電，給社會帶來災難性的后果。繼電保護（包括安全 自動裝置）是保障電力設備安全和防止及限制電力系統長時間大面積停電的最基本、最 重要、最有效的技術手段。許多實例表明，繼電保護裝置一旦不能正確動作，就會擴大 事故，釀成嚴重后果。因此，加強繼電保護的設計和整定計算，是保證電網安全穩定運 行的重要工作。為滿足電網對繼電保護提出的可靠性、選擇性、靈敏性、速動性的要求，充分發揮 繼電保護裝置的效能，必須合理的選擇保護的

2、整定值，以保持各保護之間的相互配合關 系。做好電網繼電保護定值的整定計算工作是保證電力系統安全運行的必要條件。繼電保護裝置的基本任務是：自動，迅速，有選擇性將系統中故障部分切除，使故 障元件損壞程度盡量可能降低，并保證該系統無故障部分迅速恢復正常運行。反映電器 元件的不正常運行狀態，并根據運行維護的具體條件和設備的承受能力，發出信號，減 負荷或者延時跳閘。2繼電保護的介紹2.1繼電保護結構原理繼電保護主要利用電力系統中元件發生短路或異常情況時的電氣量，電流、電壓、功率、頻率等的變化，構成繼電保護動作的原理，也有其他的物理量，如變壓器油箱故 障時伴隨產生的大量瓦斯和油流速度的增大或油壓強度的增高

3、。大多數情況下，不管反 應哪種物理量，繼電保護裝置都包括測量部分和定值調整部分、邏輯部分、執行部分。 繼電保護原理結構方框圖如下：跳閘或 信號脈 沖整定值圖2.1繼電保護原理結構方框圖2.2繼電保護的基本組成測量比較部分：測量所要保護的電氣元件上的電氣參數并與標準值比較。邏輯判斷部分：由以上比較結果判斷系統是在正常運行狀態，還是發生故障或是在不正常運行狀態。執行部分：根據判斷出的運行狀態去動作或不動作2.3繼電保護的基本要求在技術上必須滿足選擇性、速動性、靈敏性、可靠性四個基本要求。對于作用于斷 路器跳閘的繼電保護，應同時滿足這四個基本要求，對于作用于信號以及只反應不正常 運行情況的繼電保護裝

4、置，這四個基本要求中有些要求如速動性可以降低。選擇性：所謂繼電保護裝置的動作選擇性就是指當系統中的設備或線路發生短路 時，其繼電保護僅將故障的設備和線路從電力系統中切除，當故障設備或線路的設備或 斷路器拒絕動作時，應由相鄰的設備或線路的保護將故障切除。雖然擴大了停電圍，但 控制了故障的擴大，它起著對下一段線路的后備保護作用。速動性 : 快速切除故障，可以提高電力系統運行的穩定性，減輕故障設備的損壞程 度，防止故障的擴展，提高自動重合閘的成功率，減少對用電單位的影響，迅速恢復系 統的正常運行。故障切除的時間等于繼電保護裝置動作時間與斷路器跳閘時間之和， 對于反應故障 的繼電保護，要求快速動作的主

5、要理由和必要性在于：（1）快速切除故障可以提高電力系統并列運行的穩定性；（2）快速切除故障可以防止故障的擴大，提高自動重合閘和備用電源或設備自動 投入成功率，因為快速切除故障，對提高故障點餓滅弧速度，縮小短路持續時間，防止 出現接地故障發展為相間故障；兩相短路發展為三相短路；暫時性故障發展為永久性故 障等。（3）快速切除故障可以減少發電廠廠用電及用戶電壓降低的時間，加速恢復正常 運行的過程，保證廠用電及用戶工作的穩定性。（4）快速切除故障可以減輕電氣設備和線路的損壞程度，短路電流通過的時間愈 長，則設備損壞的程度就愈嚴重，甚至燒毀，特別在發電機變壓器的部短路時，是不允 許帶時限切除故障的。從上

6、述理由可知，快速切除故障，對提高電力系統運行的可靠性具有重大意義。一般快速保護的動作時間為 0.08 0.12s ，一般斷路器的跳閘時間為 0.1 0.27s ， 因此，一般快速保護切除故障的時間為0.18 0.27s ；最快速保護的動作時間為0.02 0.03s ，最小的斷路器跳閘時間為 0.04 0.05s ，所以最快速保護切除故障的時間 為 0.06 0.08s 。靈敏性 : 所謂靈敏性，即在保護圍發生故障和不正常工作情況下，繼電保護裝置的 反應能力，也就是在保護圍故障時，不論短路點的位置以及短路的類型如何，都能敏銳 且正確的反應。繼電保護的靈敏性以靈敏系數 Ksen 來衡量。（1）對于

7、反應故障時參數量增加的保護裝置。靈敏系數=保護區末端金屬性短路時故障參數的最小計算值/保護裝置動作參數的整定值女口：過電流保護的靈敏系數為K1 K. minsen1 K.act式中1 K.min保護區末端金屬性最小短路電流二次值I K.act保護裝置的二次動作電流（2）對于反應故障時參數量降低的保護裝置靈敏系數=保護裝置動作參數的整定值/保護區末端金屬性短路時故障參數的最大 計算值。可靠性：繼電保護裝置對它所保護的圍發生各種故障和不正常運行狀態時，不應該 拒絕動作。而在保護圍之外發生的各種故障和不正常運行狀態時，不應該誤動作。這種 性能稱為可靠性。在實際的運行中，可靠性用動作正確率來表示。由上

8、述可知，對繼電保護裝置的四個基本要求籌兼顧，相互聯系且又相互制約的。2.4繼電保護的任務電力系統動行中，各種電氣設備可能出現故障和不正常運行狀態。不正常運行狀態是指電力系統中電氣元件的正常工作遭到破壞，但沒有發生故障的運行狀態。如過負荷、過電壓、頻率降低、系統振蕩等。故障主要包括各種類型的短路和斷線，如三相短路、 兩相短路、單相接地短路、兩相接地短路、發電機和電動機以及變壓器繞組間的匝間短 路、單相為線、兩相斷線等。當被保護的電力系統元件發生故障時，應該由該元件的繼電保護裝置迅速準確地給脫離故障元件最近的斷路器發出跳閘命令，使故障元件及時從電力系統中斷開，以最大 限度地減少對電力系統元件本身的

9、損壞，降低對電力系統安全供電的影響，并滿足電力 系統的某些特定要求，如保持電力系統的暫態穩定性等。反應電氣設備的不正常工作情況， 并根據不正常工作情況和設備運行維護條件的不 同,例如有無經常值班人員，發出信號，以便值班人員進行處理，或由裝置自動地進行調 整，或將那些繼續運行會引起事故的電氣設備予以切除。反應不正常工作情況的繼電保 護裝置允許帶一定的延時動作。3 35KV電網保護配置概述3.1 35KV保護配置的一般設計原則電力系統繼電保護設計與配置是否合理直接影響電力系統的安全運行。若設計與配置不當，在出現保護不正確動作的情況時，會使得事故停電圍擴大，給國民經濟帶來程 度不同的損失，還可能造成

10、設備或人身安全事故。因此，合理地選擇繼電保護的配置主 案正確地進行整定計算，對保護電力系統安全運行具有十分重要的意義。選擇繼電保護配置方案時，應盡可能全面滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的 要求。當存在困難時允許根據具體情況，在不影響系統安全運行的前提下適當地降低某 些方面的要求。選擇繼電保護裝置方案時，應首先考慮采用最簡單的保護裝置，以求可靠性較高、調試較方便和費用較省。只有當最簡單的保護裝置滿足不了四個方面的基本要求時，才 考慮近期電力系統結構的特點、可能的發展情況、經濟上的合理性和國外已有的成熟經 驗。所選定的繼電保護配置方案還應能滿足電力系統和各站、所運行方式變化的要求。35千伏及以

11、上的電力系統，所有電力設備和輸電線路均應裝設反應于短路故障和異常運 行狀況的繼電保護裝置。一般情況下應包括主保護和后備保護。主保護是能滿足從穩定 及安十要求出發，有選擇性地切除被保護設備或全線路故障設備或線路的保護。后備保 護可包括近后備和遠后備兩種作用。主保護和后備保護都應滿足電力裝置的繼電保護 和自動裝置設計規所規定的對短路保護的最小靈敏系數的要求。3.2 35KV電網的繼電保護配置原則相間短路保護保護電流回路的電流互感器采用不完全星形接線，各線路保護均裝在相同的A、C兩相上。以保證在大多數兩點接地的情況下只切除一個故障點。在線路上發生短路時，會引起廠用電或重要用戶母線的電壓低于5060%

12、 Ue時，應快速切除故障，以保證無故障的電動機能繼續運行。在單側電源的單回線路上，可裝設不帶方向元件的一段或兩段式電流、電壓速斷保 護和定時限過電流保護。在多電源的單回線路上，可裝設一段或兩段式電流、電壓速斷保護和定時限過電流 保護。必要時保護應加裝方向元件。 如果仍然不能滿足選擇性和靈敏性或速動性的要求， 或保護裝置的構成過于復雜時，宜采用距離保護。34公里及以下的短線路宜采用縱聯 導引線保護作主保護，以帶方向或不帶方向元件的電流保護作后備保護。為簡化環形網絡的保護，可采用故障時先將網絡自動解列，故障切除后再自動復原 的辦法來提高保護的靈敏度。對平行線路，一般宜裝設橫差動電流方向保護或電流平

13、衡 保護作主保護。 以接兩回線電流和的兩段式電流保護或距離保護作為雙回線運行時的后 備保護以及單回線運行時的主保護和后備保護。3.2.2 單相接地保護對電纜線路或經電纜引出的架空線路， 宜裝設由零序電流互感器構成的帶方向或不 帶方向元件的零序電流保護。對架空線路，宜裝設由零序電流濾過器構成的帶方向或不 帶方向元件的零序電流保護。在線路的回路數不多，或零序電流大小，零序電流保護的 靈敏度達不到要求時， 可利用在母線上裝設的反應于零序電壓的絕緣監視裝置兼作線路 的單相接地保護。3.2.3 過負荷保護 經常出現過負荷的電纜線路或電纜與架空的混合線路應裝設過負荷保護。 保護宜帶時限動作于信號，必要時也

14、可動作于跳閘4短路計算4.1系統等效圖如圖4.1所示CiC2圖4.1系統等效圖4.2基準參數選定本設計中選 SB=1000MVA UB=Uav，那么 35kv 側 UB1=37kv, 10kv 側 UB2=10.5kv。4.3阻抗計算C1系統：最大方式 Xi=0.06 最小方式Xi=0.12C2系統：最大方式 X2=0.1最小方式X2=0.15線路：L1: X3=l iXS/Vb2=0.4 X 10X 1000/372=2.92L2: X4=l 3 XiSb/Vb2=0.4 X 13X 1000/372=3.8變壓器：X5=X6= (U%/100) S/S=0.065/100 X 1000/3

15、1.5=0.0214.4短路電流計算1)最大運行方式，系統化簡如下圖其中：X7=X1+X = 2.98X8= X2+%= 3.9X9=XJ/ X8= 1.69X10=X9+X5 = 1.711圖4.2最大運行圖故知 35KV母線上短路電流：I dima=l B/X9=1.56/1.69=0.923kA10KV母線上短路電流：Id2ma=|B2/Xl0=5.5/1.711=3.214kA折算到35KV側:Id21ma= lBi/Xio=1.56/1.711=O.912kA對于 d3點以 Xl計算:l d3ma=5.5/(1.711+0.126)=2.994kA2)最小運行方式下：系統化簡如圖4.

16、3所示。C2J725Z0.02110KVd3ZA XL-137圖4.3最小運行圖 因C1停運,所以僅考慮C2單獨運行的結果；Xii=%+%=3.921所以 35KV母線上短路電流：I dimin=I Bi/X8=1.56/3.9=0.4kA 所以 10KV母線上短路電流：I d2min=l B,Xii=5.5/3.921=1.4kA 折算到 35KV側：I d2imin = I Bi/Xii=1.56/3.921=0.39kA 對于 d3 以 Xl進行計算：I d3min=5.5/(3.921+1.37)=1.039kA 折算到 35KV側：I d3imin = 1.56/(3.921+1.3

17、7)=0.295kA5 主變繼電保護整定計算5.1 瓦斯保護變壓器瓦斯保護是用來反應變壓器部的故障，當變壓器油箱部發生故障，油分解產 生氣體或當變壓器油面降低時，瓦斯保護應動作。油浸式變壓器是利用變壓器油作為絕緣和冷卻介質的，當變壓器油箱部發生故障， 由于短路電流所產生的電弧使變壓器的絕緣材料和變壓器油分解而產生大量氣體。 這些 大量氣體形成氣流并與油流混合沖向油枕的上部。故障愈嚴重，產生的氣體越多，油流 速度越快。利用這種氣體來實現的保護，稱為瓦斯保護。輕瓦斯保護的動作值按氣體容積為 250300cm整定，本設計采用280cnL重瓦斯保護的動作值按導油管的油流速度為0.61.5cm2整定本，

18、本設計采用0.9cm2。瓦斯繼電器選用FJ3-80型。5.2 縱聯差動保護變壓器差動保護能正確區分被保護元件的保護區、外故障，并能瞬時切除保護區的 短路故障。變壓器的縱聯差動保護用來反應變壓器繞組、套管及引出線上的各種短路故 障，是變壓器的主保護。應用輸電線路縱聯差動保護原理，可以實現變壓器的縱聯差動 保護，對于變壓器縱聯差動保護，比較兩側有關電氣量更容易實現，所以變壓器的縱聯 差動保護得到了廣泛的應用。變壓器縱聯差動保護的原理變壓器縱聯差動保護通常采用環流法接線，如下圖所示，為雙繞組變壓器縱聯差動保護 的原理接線圖。要實現變壓器的縱聯差動保護，就必須適當地選擇兩側電流互感器的變比，使其比 值

19、等于變壓器的變比。此時變壓器兩側電流互感器的二次側電流& &。正常運行和外部短路時，流過差動繼電器的電流為：&D & & 0差動繼電器KD不動作。當變壓器部發生相間短路時，在差動回路中由于&改變了方向或等于零（無電源側），這時流過差動繼電器的電流為 &D & &，該電流為流過短路點的短路電流，使差動繼電器KD可靠動作，并動作于變壓器兩側斷路器跳閘。由此可知，變壓器縱聯差動保護的保護圍是構成變壓器差動保護的兩側電流互感器 之間的圍。在保護圍之外發生故障時，保護不動作，一側不需要與保護區外相鄰元件的 保護在整定和整定時限上相互

20、配合，所以在區故障時，可瞬時動作變壓器差動保護的計算確定基本側SN 31.5MVAU n.h =35kVUN.L=10kV變壓器容量變壓器額定電壓（H側）變壓器額定電壓（L側）變壓器各側額定電流的計算：高壓側低壓側電流互感器的計算變比:1 N.L1 N.H_31.5_3 350.52KASN31.5.3 101.817KA電流互感器的接線方式高壓側為，低壓側為 丫。高壓側低壓側電流互感器的變比標準化高壓側低壓側Nta.hNta.lNta.hNta.l5100052000900.7518175200180.1363.4電流互感器二次連接臂電流高壓側IKcon1 N .H3 5204.50AI N

21、1 HNta.h200低壓側K con 1 N.L1 18174.54AI N2.LNta.l400其中Kcon為接線系數。電流互感器為接線時取3 ；電流互感器為丫接線時取1基本側的確定1 N2.L 1 n 2.H4.54 4.500.04故選取低壓側為基本側數據如下表所示：數據名稱各側數據35kV 側10kV 側變壓器額定電流（kA）0.5201.817變壓器連接方式Y電流互感器接線方式Y電流互感器的計算變 比NtahJn. 900! =180.155Na.l= ML =1817 =363.455電流互感器的變比標 準化.1000 eccNta.h =2005Kl2000“cNta.l =4

22、005電流互感器二次連接 臂電流IKcon 丨 N.H/ uc aI n2 h =4.50ANta.hlN2L = KcoN 丄=4.54ANta.l確定基本側非基本側基本側表5-1變壓器差動保護計算結果確定基本側動作電流1）躲過外部故障時的最大不平衡電流式中 Krel可靠系數，本設計取1.3 ；f za 由于電流互感器計算變比和實際變比不一致引起的相對誤差，本設計取 0.05 ； U由變壓器分接頭改變引起的相對誤差，一般可取調整圍的一半，本設計取 0.05 ；0.1電流互感器容許的最大穩態誤差；Kst 電流互感器同型系數，接線方式相同時取0.5,不同時取1,本設計取1；Knp 非周期分量系數

23、，取1.52，當采用速飽和變流器時，由于非周期分量會使其飽和，抑制不平衡輸出，可取為 1，本設計取1 備一一折算到10KV側三相短路電流；代入數據計算得根據以上計算結果可以確IsetK冋 lunb.max 1.3 (0.05 0.05 0.1 1 1) 11810 3070.6 A取這三個計算值中最大者為差動保護基本側的一次動作電流,定 I set =3070.6A2）差動繼電器基本側動作電流I set.r3070.6 14007.6765A確定差動繼電器各繞組的匝數WsetANI set.r607.67657.8161式中AN 繼電器動作額定安匝 實際取為8匝，即WsetWb1.setWd

24、.set178式中Wbi.set平衡線圈實用匝數Wd .set基本側差動線圈實用匝數確定非基本側平衡線圈匝數Wbo1 N2,LWset1 N2.HWd .set4.54 84.501.07實際取為Wbo.set 1匝。由電流互感器計算變比和實際變比不一致引起的相對誤差為Vf |Wb0 Wb0.set1.07 10.008670.05Wbo Wd.set1.07 7所以不必重新計算動作電流。保護裝置靈敏度校驗差動保護靈敏度要求值Km > 2本系統在最小運行方式下，10K V側出口發生兩相短路時，保護裝置的靈敏度最低 已知負荷側兩相短路時最小短路電流為：lk2)7.617KA反應到電源側繼電

25、器的電流為：Ik.r 230.82 A電源側繼電器動作電流為：AN叫.set W°.set607 17.5則差動保護的最小靈敏系數為:s.min230.827.530.782故滿足靈敏度要求5.3過電流保護過電流繼電器的整定及繼電器選擇1)保護動作電流按躲過變壓器額定電流來整定I dz = K:l e1/K h式中：氐一可靠系數，采用1.2 ;Kh返回系數，采用0.85 ;代入數據得 I dz=1.2 X 363.4/0.85=513.04A繼電器的動作電流 Idzj=I dz/ni =513.04/400=1.28A選用DL-11/2型電流繼電器，其動作電流的整定圍為0.52A,故

26、動作電流整定值為2。2）靈敏度按保護圍末端短路進行校驗。以線路L1計算靈敏系數：KsenKconIk.min 1 2579 5.026Iset 513.04滿足要求。5.4過負荷保護過負荷保護原理接線圖如下：圖5.2過負荷保護的原理接線圖繼電器動作電流整定計算，按躲過變壓器額定電流整定扁旣In肌5.61A選用DL-11/6型電流繼電器，其動作電流的整定圍為1.5 6A,故動作電流整定值為6A。動作時限的整定，按躲過允許的短時最大負荷時間整定，一般此時間取9 15s，本設計取10s。延時時限取10s,以躲過電動機的自起動。當過負荷保護起動后，在達 到時限后仍未返回，則動作 ZDJH裝置6 輸電線

27、路的距離保護距離保護是通過測量被保護線路始端電壓和線路電流的比值而動作的一種保護，這 個比值被稱為測量阻抗Zm,用來完成這一測量任務的元件稱為阻抗繼電器 KI o6.1 距離保護的時限特性距離保護的動作時間與保護安裝點至短路點之間的距離的關系稱為距離保護的時 限特性。為了滿足速動性、選擇性和靈敏性的要求，目前廣泛采用具有三段動作圍的階 梯型時限特性。距離保護的動作時間t與保護安裝處到故障點之間的距離I的關系稱為距離保護的時限特性，目前獲得廣泛應用的是階梯型時限特性，如圖31所示。這種時限特性與三段式電流保護的時限特性相同，一般也作成三階梯式，即有與三個動作圍相應的三個 動作時限：t、t、t。6.2距離保護的組成距離保護的主要由三段式距離保護裝置一般由以下元件組成。（1）起動元件起動元件的主要作用是在發生故障的瞬間起動整套保護，并和阻抗測量元件（Z、z"、Z"）組成與門，起動出口回路動作于跳閘，以提高保護裝置動作的可靠 性。起動元件可由過電流繼電器、低阻抗繼電器或反應于負序和零序電流的繼電器 構成。（2）阻抗測量元件（Z、Z"、Z"）阻抗測量元件的作用是測量短路點到保護安裝點之間的阻抗（亦即距離），它是距離保護中的