電網(wǎng)繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電網(wǎng)繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目錄

1引言2

2繼電保護(hù)相關(guān)理論知識(shí)3

2.1繼電保護(hù)的概述3

2.2繼電保護(hù)的任務(wù)3

2.3繼電保護(hù)基本原理3

2.3.1反映電氣量的保護(hù)4

2.3.2反映非電氣量的保護(hù)4

2.4對(duì)繼電保護(hù)裝置的要求5

2.5繼電保護(hù)裝置的組成6

2.6工作回路7

3某電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)7

3.1設(shè)計(jì)基本資料7

3.2本系統(tǒng)故障分析8

3.3本設(shè)計(jì)繼電保折裝置原理概述8

3.3.1縱差動(dòng)保護(hù)8

3.3.2變壓器瓦斯保護(hù)9

3.3.3平行雙回線路橫聯(lián)方向差動(dòng)保護(hù)9

3.3.4復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過電流10

3.3.5變壓器中性點(diǎn)直接接地零序電流保護(hù)工作原理10

3.3.6過電流保護(hù)的構(gòu)成及工作原理11

4短路電流計(jì)算和繼電保護(hù)設(shè)計(jì)整定11

4.1初始數(shù)據(jù)11

4.2設(shè)計(jì)計(jì)算12

4.2.1畫出短路等值電路12

4.2.2短路電流計(jì)算12

4.2.3保護(hù)裝置的配置13

4.2.4各保護(hù)裝置的整定計(jì)算13

4.3保護(hù)配置圖16

4.3.1三段式電流保護(hù)接線圖16

4.3.2差動(dòng)保護(hù)單相原理圖17

4.3.3復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)原理圖17

4.3.4零序電流保寸1和中性點(diǎn)間隙接地保護(hù)原理圖18

5課程設(shè)計(jì)心得與體會(huì)錯(cuò)誤!未定義書簽。

參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書簽。

1引言

電網(wǎng)繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置是電力系統(tǒng)的重要組成局部，對(duì)保證電力系統(tǒng)

的正常運(yùn)行，防止事故發(fā)生或擴(kuò)大起了重要作用。繼電保護(hù)是對(duì)電力系統(tǒng)中發(fā)生

的故障或異常情況進(jìn)展檢測(cè)，從而發(fā)出報(bào)警信號(hào)，或直接將故障局部隔離、切除

的一種重要措施。應(yīng)根據(jù)審定的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)（二次局部）原則或?qū)彾ǖ南到y(tǒng)接

線及要求進(jìn)展電網(wǎng)繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)應(yīng)滿足《繼電保護(hù)和安全

自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程（SDJ6-83）》、《110?220kV電網(wǎng)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置運(yùn)行

條例》等有關(guān)專業(yè)技術(shù)規(guī)程的要求。

繼電保護(hù)是保障電力設(shè)備安全和防止及限制電力系統(tǒng)長時(shí)間大面積停電的

最基本、最重要、最有效的技術(shù)手段。許多實(shí)例說明，繼電保護(hù)裝置一旦不能

正確動(dòng)作，就會(huì)擴(kuò)大事故，釀成嚴(yán)重后果。因此，加強(qiáng)繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)和整定計(jì)

算，是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要工作。實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)功能的設(shè)備稱為繼電

保護(hù)裝置。本次設(shè)計(jì)的任務(wù)主要包括了六大局部，分別為運(yùn)行方式的選擇、電

網(wǎng)各個(gè)元件參數(shù)及負(fù)荷電流計(jì)算、短路電流計(jì)算、繼電保護(hù)距離保護(hù)的整定計(jì)算

和校驗(yàn)、繼電保護(hù)零序電流保護(hù)的整定計(jì)算和校驗(yàn)、對(duì)所選擇的保護(hù)裝置進(jìn)展綜

合評(píng)價(jià)。其中短路電流的計(jì)算和電氣設(shè)備的選擇是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。通過分析，找

到符合電網(wǎng)要求的繼電保護(hù)方案。

電力系統(tǒng)和繼電保護(hù)技術(shù)的不斷開展和安全穩(wěn)定運(yùn)行，給國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)開

展帶來了巨大動(dòng)力和效益。但是，電力系統(tǒng)一旦發(fā)生自然或人為故障，如果不能

及時(shí)有效控制，就會(huì)失去穩(wěn)定運(yùn)行，使電網(wǎng)瓦解，并造成大面積停電，給社會(huì)帶

來災(zāi)難性的后果。因此電網(wǎng)繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置應(yīng)符合可靠性、安全性、靈

敏性、速動(dòng)性的要求。要結(jié)合具體條件和要求，木設(shè)計(jì)從裝置的選型、配置、整

定、實(shí)驗(yàn)等方面采取綜合措施，突出重點(diǎn)，統(tǒng)籌兼顧，妥善處理，以到達(dá)保證電

網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

2繼電保護(hù)相關(guān)理論知識(shí)

2.1繼電保護(hù)的概述

研究電力系統(tǒng)故障和危及安全運(yùn)行的異常工況，以探討其對(duì)策的反事故自動(dòng)

化措施。因在其開展過程中曾主要用有觸點(diǎn)的繼電器來保護(hù)電力系統(tǒng)及其元件

（發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路等），使之免遭損害，所以沿稱繼電保護(hù)。

2.2繼電保護(hù)的任務(wù)

當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時(shí)，在可能實(shí)現(xiàn)的最短時(shí)間和最小區(qū)域內(nèi)，

自動(dòng)將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號(hào)由值班人員消除異常工況根源，以減

輕或防止設(shè)備的損壞和對(duì)相鄰地區(qū)供電的影響。

2.3繼電保護(hù)基本原理

溫度保護(hù)等。

2.4對(duì)繼電保護(hù)裝置的要求

繼電保護(hù)裝置為了完成它的任務(wù)，必須在技術(shù)上滿足選擇性、速動(dòng)性、靈敏

性和可靠性四個(gè)基本要求。對(duì)于作用于繼電器跳閘的繼電保護(hù)，應(yīng)同時(shí)滿足四

個(gè)基本要求，而對(duì)于作用于信號(hào)以及只反映不正常的運(yùn)行情況的繼電保護(hù)裝

置，這四個(gè)基本要求中有些要求可以降低。

（1）選擇性

選擇性就是指當(dāng)電力系統(tǒng)中的設(shè)備或線路發(fā)生短路時(shí).，其繼電保護(hù)僅將故障

的設(shè)備或線路從電力系統(tǒng)中切除，當(dāng)故障設(shè)備或線路的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，應(yīng)

由相鄰設(shè)備或線路的保護(hù)將故障切除。

（2）速動(dòng)性

速動(dòng)性是指繼電保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除故障，以減少設(shè)備及用戶在大電

流、低電壓運(yùn)行的時(shí)間，降低設(shè)備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。

一般必須快速切除的故障有：

1）使發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于有效值（一般為0.7倍額定電壓;o

2）大容量的發(fā)電機(jī)、變壓器和電動(dòng)機(jī)內(nèi)部故障。

3）中、低壓線路導(dǎo)線截面過小，為防止過熱不允許延時(shí)切除的故障。

4）可能危及人身安全、對(duì)通信系統(tǒng)或鐵路信號(hào)造成強(qiáng)烈干擾的故障。

故障切除時(shí)間包括保護(hù)裝置和斷路器動(dòng)作時(shí)間，一般快速保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為

0.04s?0.08s,最快的可達(dá)0.01s?0.04s,一般斷路器的跳閘時(shí)間為0.06s?

0.15s,最快的可達(dá)0.02s?0.06s。

對(duì)于反響不正常運(yùn)行情況的繼電保護(hù)裝置，一般不要求快速動(dòng)作，而應(yīng)按照

選擇性的條件，帶延時(shí)地發(fā)出信號(hào)。

⑶靈敏性

靈敏性是指電氣設(shè)備或線路在被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路故障或不正常運(yùn)行情

況時(shí)，保護(hù)裝置的反響能力。保護(hù)裝置的靈敏性是用靈敏系數(shù)來衡量。

能滿足靈敏性要求的繼電保護(hù)，在規(guī)定的范圍內(nèi)故障時(shí)，不管短路點(diǎn)的位置

和短路的類型若何，以及短路點(diǎn)是否有過渡電阻，都能正確反響動(dòng)作，即要求不

但在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下三相短路時(shí)能可靠動(dòng)作，而且在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下經(jīng)

過較大的過渡電阻兩相或單相短路故障時(shí)也能可靠動(dòng)作。

系統(tǒng)最大運(yùn)行方式：被保護(hù)線路末端短路時(shí)，系統(tǒng)等效阻抗最小，通過保護(hù)

裝置的短路電流為最大運(yùn)行方式；

系統(tǒng)最小運(yùn)行方式：在同樣短路故障情況下，系統(tǒng)等效阻抗為最大，通過保

護(hù)裝置的短路電流為最小的運(yùn)行方式。

（4）可靠性

可靠性包括安全性和信賴性，是對(duì)繼電保護(hù)最基本的要求。

安全性：要求繼電保護(hù)在不需要它動(dòng)作時(shí)可靠不動(dòng)作，即不發(fā)生誤動(dòng)。

信賴性：要求繼電保護(hù)在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí)

可靠動(dòng)作，即不拒動(dòng)，

繼電保護(hù)的誤動(dòng)作和拒動(dòng)作都會(huì)給電力系統(tǒng)帶來嚴(yán)重危害.

即使對(duì)于一樣的電力元件，隨著電網(wǎng)的開展，保護(hù)不誤動(dòng)和不拒動(dòng)對(duì)

系統(tǒng)的影響也會(huì)發(fā)生變化。

以上四個(gè)基本要求是設(shè)計(jì)、配置和維護(hù)繼電保護(hù)的依據(jù)，又是分析評(píng)價(jià)繼

電保護(hù)的根基。這四個(gè)基本要求之間是相互聯(lián)系的，但往往又存在著矛盾。因

此，在實(shí)際工作中，要根據(jù)電網(wǎng)的構(gòu)造和用戶的性質(zhì)，辯證地進(jìn)展統(tǒng)一。繼電保

護(hù)相當(dāng)于一種在線的開環(huán)的自動(dòng)控制裝置，根據(jù)控制過程信號(hào)性質(zhì)的不同，可以

分模擬型（它又分為機(jī)電型和靜態(tài)型）和數(shù)字型兩大類。對(duì)于常規(guī)的模擬繼電保護(hù)

裝置，一般包括測(cè)量局部、邏輯局部和執(zhí)行局部。測(cè)量局部從被保護(hù)對(duì)象輸入有

關(guān)信號(hào)，再與給定的整定值對(duì)比，以判斷是否發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)；邏輯

局部依據(jù)測(cè)量局部輸出量的性質(zhì)、出現(xiàn)的順序或其組合，進(jìn)展邏輯判斷，以確定

保護(hù)是否應(yīng)該動(dòng)作；執(zhí)行局部依據(jù)前面環(huán)節(jié)判斷得出的結(jié)果子以執(zhí)行：跳閘或發(fā)

信號(hào)。

2.5繼電保護(hù)裝置的組成

一般情況而言，整套繼電保護(hù)裝置由測(cè)量元件、邏輯環(huán)節(jié)和執(zhí)行輸出三局部

組成。

U）測(cè)量對(duì)比局部：測(cè)量對(duì)比局部是測(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)展對(duì)比，根據(jù)對(duì)比的結(jié)果，給出〃是〃〃非〃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)邏輯局部：邏輯局部使保護(hù)裝置按一定的邏輯關(guān)系判定故障的類型和

范圍，最后確定是應(yīng)該使斷路器跳閘、發(fā)出信號(hào)或是否動(dòng)作及是否延時(shí)等，并將

對(duì)應(yīng)的指令傳給執(zhí)行輸出局部。

(3)執(zhí)行輸出局部：執(zhí)行輸出局部根據(jù)邏輯傳過來的指令，最后完成保

護(hù)裝置所承當(dāng)?shù)娜蝿?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。

2.6工作回路

要完成繼電保護(hù)任務(wù)，除了需要繼電保護(hù)裝置外，必須通過可靠的繼電保護(hù)

工作回路的正確工作，才能完成跳開故障元件的斷路器、對(duì)系統(tǒng)或電力元件的不

正常運(yùn)行發(fā)出警報(bào)、正常運(yùn)行狀態(tài)不動(dòng)作的任務(wù)。

繼電保護(hù)工作回路一般包括：將通過一次電力設(shè)備的電流、電壓線性地傳變

為適合繼電保護(hù)等二次設(shè)備使用的電流、電壓，并使一次設(shè)備與二次設(shè)備隔離的

設(shè)備，如電流、電壓互感器及其與保護(hù)裝置連接的電纜等；斷路器跳閘線圈及與

保護(hù)裝置出口間的連接電纜，指示保護(hù)動(dòng)作情況的信號(hào)設(shè)備；保護(hù)裝置及跳閘、

信號(hào)回路設(shè)備的工作電源等

3某電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)基本資料

某變電所的電氣主接線如以以下圖。兩臺(tái)變壓器均為三繞組、油浸式、強(qiáng)迫

風(fēng)冷、分級(jí)絕緣，其參數(shù)：=31.5MW1,電壓：

110±4x2.5%/38.5±2x2.5%/l接線：YN/y/d]](YQ/y/-12).短路

電壓：UHM(%)=10.5；U?(%)=17;U“J%)=6。兩臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行，HOkV

側(cè)的中性點(diǎn)只有一臺(tái)接地；假設(shè)只有一臺(tái)運(yùn)行，則運(yùn)行變壓器中性點(diǎn)必須接地，

其余參數(shù)如以以下圖。

圖3.1變電所電氣主接線圖

3.2本系統(tǒng)故障分析

本設(shè)計(jì)中的電力系統(tǒng)具有非直接接地的架空線路及高壓側(cè)中性點(diǎn)接地的電

力變壓器等主要設(shè)備。就線路來講，其主要故障為單相接地、兩相接地和三相接

地。

電力變壓器的故障，分為外部故障和內(nèi)部故障兩類。變壓器的外部故障常見

的是一L下壓套管及引線故障，它可能引起變壓器出線端的相間短路或引出線碰接

外殼。變壓器的內(nèi)部故障有相間短路、繞組的匝間短路和絕緣損壞。

變壓器的不正常運(yùn)行、過負(fù)荷、由于外部短路引起的過電流、油溫上升及油

面下降、產(chǎn)生氣體等故障都有可能會(huì)讓繼電保護(hù)動(dòng)作。

3.3本設(shè)計(jì)繼電保護(hù)裝置原理概述

3.3.1縱差動(dòng)保護(hù)

三繞組變壓器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作原理是按循環(huán)電流原理構(gòu)成的。正常運(yùn)行和外

部短路時(shí)，三繞組變壓器三側(cè)電流向量和(折算至同一電壓等級(jí))為零。它可能

是一側(cè)流入另兩側(cè)流出，也可能由兩側(cè)流入，而從第三側(cè)流出。所以，假設(shè)將任

何兩側(cè)電流相加再和第三側(cè)電流相對(duì)比，就構(gòu)成三繞組變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)。其

原理接線如圖3-1所示。

當(dāng)正常運(yùn)行和外部短路時(shí)，假設(shè)不平衡電流忽略不計(jì)，則流入繼電器的電流

為零。即iR=iI2+iII2+i1112=0o

當(dāng)內(nèi)部短路時(shí)，流入繼電器的電流則為iR=i12+iII2+iIII2=SiK/r.a即

等于各側(cè)短路電流(二次值)的總和。

可見在正常及區(qū)外短路時(shí)，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作，而發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，保護(hù)將靈敏

動(dòng)作。為保證三繞組變壓器差動(dòng)保護(hù)的可靠性和靈敏性，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)

(1)各側(cè)電流互感器的變比應(yīng)統(tǒng)一按變壓器最大額定容量來選擇。

(2)外部短路時(shí)的三繞組變壓器比雙繞組變壓器的不平衡電流大，宜采用

帶制動(dòng)特性的BCHT型差動(dòng)繼電器，假設(shè)BCHT型仍不滿足靈敏度要求，可采用

二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)。

(3)為解決實(shí)際變比與計(jì)算變比不一致而引起的不平衡電流，以保證每?jī)?/p>

側(cè)線圈之間的平衡，對(duì)BCHT型差動(dòng)保護(hù)，應(yīng)將兩組平衡線圈分別接在二次電流

較小的兩側(cè)。

圖3.2三繞組變壓器差動(dòng)保護(hù)單相原理圖

本設(shè)計(jì)采用較經(jīng)濟(jì)的BCH-1型帶有速飽和變流器的繼電器，以提高保護(hù)裝置

的勵(lì)磁涌流的能力。

3.3.2變壓器瓦斯保井

變壓器瓦斯保護(hù)的主要元件就是瓦斯繼電器，變壓潛瓦斯保護(hù)是利用安裝在

變壓器油箱與油枕間的瓦斯繼電器來判別變壓器內(nèi)部故障；當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故

障時(shí)，電弧使油及絕緣物分解產(chǎn)生氣體。故障輕微時(shí)，油箱內(nèi)氣體緩慢的產(chǎn)生，

氣體上升聚集在繼電器里，使油面下降，繼電器動(dòng)作，接點(diǎn)閉合，這時(shí)讓其作用

于信號(hào)，稱為輕瓦斯保護(hù)；故障嚴(yán)重時(shí)，油箱內(nèi)產(chǎn)生大量的氣體，在該氣體作用

下形成強(qiáng)烈的油流，沖擊繼電器，使繼電器動(dòng)作，接點(diǎn)閉合，這時(shí)作用于跳閘并

發(fā)信，稱為重瓦斯保護(hù)。其原理接線圖如圖3-2.

圖中：瓦斯繼電器KG的上觸點(diǎn)接至信號(hào)，為輕瓦斯保護(hù)；下觸點(diǎn)為重瓦斯

保護(hù)，經(jīng)信號(hào)繼電器KS、連接片XE起動(dòng)出口中間繼電器KOM,KOM的兩對(duì)觸點(diǎn)

閉合后，分別使斷路器QF1、QF2、跳閘線圈勵(lì)磁。跳開變壓器兩側(cè)斷路器，即

直流+—K04在流＞,起動(dòng)*OM。

直流+—KOM—＞QFlYJf苴流＞,跳開斷路器QF1。

直流+TOMTQF2YI?直流f跳開斷路器QF2。

再有，連接片XE也可接至電阻R,使重瓦斯保護(hù)不跳閘而只發(fā)信號(hào)。

圖3.3變壓器瓦斯保護(hù)原理接線圖

3.3.3平行雙回線路橫聯(lián)方向差動(dòng)保護(hù)

平行雙回線路橫聯(lián)方向差動(dòng)保護(hù)是通過對(duì)比兩線路的電流相位和數(shù)值一樣

與否鑒別發(fā)生的故障，由電流起動(dòng)元件、功率方向元件和出口執(zhí)行元件組成，電

流起動(dòng)元件用以判斷線路是否發(fā)生故障，功率方向元件用以判斷哪回線路發(fā)生故

障，雙回線路運(yùn)行時(shí)能保證有選擇的動(dòng)作。該保尹動(dòng)作時(shí)間OS,由于橫聯(lián)保護(hù)

在相繼動(dòng)作區(qū)內(nèi)短路時(shí)，切除故障的時(shí)間將延長一倍，故加裝一套三段式電流保

護(hù)，作為后備保護(hù)。

3.3.4復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過電流

當(dāng)保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生不對(duì)稱故障，系統(tǒng)出現(xiàn)負(fù)序電壓，負(fù)序過濾器13有電壓輸

出使繼電器7常閉觸點(diǎn)翻開，欠壓繼電器8失壓，常閉觸點(diǎn)閉合，接通中間繼電

器9,假設(shè)電流繼電器4、5、6任何一個(gè)動(dòng)作，則啟動(dòng)時(shí)間繼電器10,經(jīng)過整定

時(shí)限后，跳開兩側(cè)斷路器。在對(duì)稱短路情況下，電壓繼電器7不啟動(dòng)，但欠壓繼

電器8囚電壓降低，常閉觸點(diǎn)接通，保護(hù)啟動(dòng)。

負(fù)序電壓整定值，可取額定電壓的6機(jī)電流整定值，可取大于變壓器額定

電流，但不必大于最大電流（例如并聯(lián)運(yùn)行的變壓器斷開一臺(tái)時(shí)）。

圖3.4復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)原理圖

3.3.5變壓器中性點(diǎn)直接接地零序電流保護(hù)工作原理

目前大電流接地系統(tǒng)普遍采用分級(jí)絕緣的變壓器，當(dāng)變電站有兩臺(tái)及以上的

分級(jí)絕緣的變壓器并列運(yùn)行時(shí)，通常只考慮一局部變壓器中性點(diǎn)接地，而另一局

部變壓器的中性點(diǎn)則經(jīng)間隙接地運(yùn)行，以防止故障過程中所產(chǎn)生的過電壓破壞變

壓器的絕緣。為保證接地點(diǎn)數(shù)目的穩(wěn)定，當(dāng)接地變壓器退出運(yùn)行時(shí)，應(yīng)將經(jīng)間隙

接地的變壓器轉(zhuǎn)為接地運(yùn)行。由此可見并列運(yùn)行的分級(jí)絕緣的變壓器同時(shí)存在接

地和經(jīng)間隙接地兩種運(yùn)行方式。為此應(yīng)配置中性點(diǎn)直接接地零序電流保護(hù)和中性

點(diǎn)間隙接地保護(hù)。這兩種保護(hù)的原理接線如圖E-127所示

中性點(diǎn)直接接地零序電流保護(hù)：中性點(diǎn)直接接地零序電流保護(hù)一般分為兩

段，第一段由電流繼電器1、時(shí)間繼電器2、信號(hào)繼電器3及壓板4組成，其定

值與出線的接地保護(hù)第一段相配合,0.5s切母聯(lián)斷路器。第二段由電流繼電器5、

時(shí)間繼電器6、信號(hào)繼電器7和8壓板9和10等元件組成，。定值與出線接地保

護(hù)的最后一段相配合，以短延時(shí)切除母聯(lián)斷路器及主變壓器高壓側(cè)斷路器，長延

時(shí)切除主變壓器三側(cè)斷路器。

中性點(diǎn)間隙接地保護(hù)：當(dāng)變電站的母線或線路發(fā)生接地短路，假設(shè)故障元件

的保護(hù)拒動(dòng)，則中性點(diǎn)接地變壓器的零序電流保護(hù)動(dòng)作將母聯(lián)斷路器斷開，如故

障點(diǎn)在中性點(diǎn)經(jīng)間隙接地的變壓器所在的系統(tǒng)中，此局部系統(tǒng)變成中性點(diǎn)不接地

系統(tǒng)，此時(shí)中性點(diǎn)的電位將升至相電壓，分級(jí)絕緣變壓器的絕緣會(huì)遭到破壞，中

性點(diǎn)間隙接地保護(hù)的任務(wù)就是在中性點(diǎn)電壓升高至危及中性點(diǎn)絕緣之前，可靠地

將變壓器切除，以保證變壓器的絕緣不受破壞。間隙接地保護(hù)包括零序電流保護(hù)

和零序過電壓保護(hù)，兩種保護(hù)互為備用。

零序電流保護(hù)由電流繼電器12、時(shí)間繼電器13、信號(hào)繼電器14和壓板15

組成。一次啟動(dòng)電流通常取100A左右，時(shí)間取0.5s。UOkV變壓器中性點(diǎn)放電

間隙長度根據(jù)其絕緣可取H5158nlm,擊穿電壓可取63kV（有效值）。當(dāng)中性點(diǎn)

電壓超過擊穿電壓（還沒有到達(dá)危及變壓器中性點(diǎn)絕緣的電壓）時(shí)，間隙擊穿，

中性點(diǎn)有零序電流通過，保護(hù)啟動(dòng)后，經(jīng)0.5s延時(shí)切變壓器三側(cè)斷路器。

零序電壓保護(hù)由過電壓繼電器16、時(shí)間繼電器17、信號(hào)繼電器18及壓板

19組成，電壓定植按躲過接地故障母線上出現(xiàn)的最高零序電壓整定，llOkV系統(tǒng)

一般取150V；當(dāng)接地點(diǎn)的選擇有困難、接地故障母線3U。電壓較高時(shí)，也可整

定為180V,動(dòng)作時(shí)間取0.5so

圖3.5變壓器中性點(diǎn)百接接地零序電流保護(hù)和中性點(diǎn)間隙接地保護(hù)的原理接線圖

3.3.6過電流保護(hù)的閡成及工作原理

三繞組變壓器外部故障時(shí)，其過電流保護(hù)應(yīng)有選擇性地?cái)嚅_故隙側(cè)斷路器。

而使其余兩側(cè)繼續(xù)正常運(yùn)行，為此，應(yīng)按如下原則來實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。

（1）對(duì)單側(cè)電源三繞組變壓淵（如圖ET11所示），應(yīng)裝設(shè)兩套過電流保護(hù)。

一套裝于負(fù)荷側(cè)，如繞組IIIHI,其動(dòng)作時(shí)限til］最小，保護(hù)動(dòng)作僅跳開QF3。

另一套裝在電源側(cè)，如繞組I,它設(shè)兩級(jí)時(shí)限tl和tH,tll=tlll+At,用以

切除QF2；而tl=tll+At,用以切除高、中、低三側(cè)斷路器。

（2）對(duì)兩端或三端電源的變壓器，三側(cè)均應(yīng)設(shè)過電流保護(hù)，并根據(jù)計(jì)算值

在動(dòng)作時(shí)限小的電源側(cè)加裝方向元件，以保證動(dòng)作的選擇性。

圖3.6單電源三繞組過電流保擰原理接線圖

4短路電流計(jì)算和繼電保護(hù)設(shè)計(jì)整定

4.1初始數(shù)據(jù)

某變電所的電氣主接線如圖4T所示。兩臺(tái)變壓器均為三繞組、油浸式、強(qiáng)

迫風(fēng)冷、分級(jí)絕緣，其參數(shù)：5人,=3L5MVA,電壓：

110±4X2.5%/38.5±2x2.5%/1V,接線：YN!y!/y!短路

電壓：U〃M（%）=165；““.（%）=17;力〃.（％）=6。兩臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行，uokV

側(cè)的中性點(diǎn)只有一臺(tái)接地；假設(shè)只有一臺(tái)運(yùn)行，則運(yùn)行變壓器中性點(diǎn)必須接地，

其余參數(shù)如圖4-1所示。

圖4.1變電所主接線圖

4.2設(shè)計(jì)計(jì)算

用標(biāo)幺值計(jì)算短路電流參數(shù)，確定短路計(jì)算點(diǎn)，計(jì)算短路電流值。

4.2.1畫出短路等值電路

圖4.2短路等值電路圖

計(jì)算各元件電抗參數(shù)，取基準(zhǔn)容量S"nl00"%,基準(zhǔn)電壓為=10.5",

U（l2=37kV,基準(zhǔn)電流為：/”）x10=55004,

73x10.5

（1）計(jì)算電源系統(tǒng)基準(zhǔn)電抗的標(biāo)幺值

(2)變壓器各側(cè)阻抗標(biāo)幺值

〃％=；(1().5+17-6)=10.75,%%=g(10.5-17+6)=-0.25

4%/?+6）3,二鬻力甯饋=。,卸3

（3）線路的基準(zhǔn)電抗標(biāo)幺值

4.2.2短路電流計(jì)算

由主接線分析可知，變壓器的主保護(hù)為一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行為保護(hù)的計(jì)算方

式，保護(hù)時(shí)，變壓器后備保護(hù)作保護(hù)線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)，要校驗(yàn)k3、k4兩點(diǎn)

的靈敏系數(shù)，因此，除需要計(jì)算kl、k2兩點(diǎn)最大、最小運(yùn)行方式短路電流外，

還需計(jì)算k3、k4兩點(diǎn)的最小短路電流。

（1）kl點(diǎn)短路電流計(jì)算

(2)求k2點(diǎn)短路電流

(3)求k3點(diǎn)短路電流

(4)求k4點(diǎn)短路電流

(5)求K5點(diǎn)短路電流

4.2.3保護(hù)裝置的配置

表4.1變壓器保護(hù)裝置的配置

序號(hào)保護(hù)名稱選擇繼電器型號(hào)

1縱差保護(hù)BCH—1

2110kV側(cè)復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過流保護(hù)DY—4,DL—11,DY—25

335kV側(cè)方向過流保護(hù)LG—11,DL—11

4UOkV側(cè)零序過電流保護(hù)DL—13

5氣體保護(hù)QJ—80

4.2.4各保護(hù)裝置的整定計(jì)算

1、縱差保護(hù)的整定計(jì)算

(1)計(jì)算變壓器差動(dòng)臂中電流，由表4.2計(jì)算可知，1104側(cè)差動(dòng)臂中的

電流最大，故UOkV側(cè)為計(jì)算的基本側(cè)。

表4.2計(jì)算結(jié)果

名稱變壓器各側(cè)數(shù)據(jù)

額定電壓(kV)11038.511

變壓器的額定電流(A)31500…望婦=47331500-

—7=-----=1OJ—；=----=1650

V3xl1073x38.5V3xll

TA接線方式(△L(△氏9).片

73x165300V3x473KXX)2(XX)/5

選擇TA的標(biāo)準(zhǔn)變比5555

=400

=60=200

差動(dòng)臂中的電流(A)73x165.2^1=4.12幽=4.12

--------=4.75400

60200

（2）確定制動(dòng)繞組的接線方式，制動(dòng)繞組接入38.5kV側(cè)，因?yàn)?，該?cè)的外

部發(fā)生故障時(shí)，穿越變壓器的短路電流很大。

（3）計(jì)算差動(dòng)保折的一側(cè)動(dòng)作電流。

1）按躲過llOkV外部故隙的最大不平衡電流整定，即

2）按躲過變壓器勵(lì)磁涌流計(jì)算，即

3）按躲過電流互感器二次回路斷線，即

4）取上述各條件中最大的作為基本側(cè)一次動(dòng)作電流即&=2554,差動(dòng)繼

電器基本側(cè)動(dòng)作電流為

確定差動(dòng)繞組匝數(shù)：叱少二/上二丹率二8.15匝

/卬//?3。

取整定匝數(shù)卬叩皿=8匝，則繼電器動(dòng)作電流為/即，=竺二7.5A,保護(hù)裝置

8

7.5

實(shí)際動(dòng)作電流為:x60=259.84。

5）其他各側(cè)工作繞組和平衡繞組的匝數(shù)。

38.5kV側(cè)的平衡繞組為

叫他5）/"”小.，）=（崎手卜8=1.22匝

I，N2（38.5）JV）

UkV側(cè)的平衡繞匆為

W加J二*「/,加限J1Z1z±l]x8=1.27匝

取平衡繞組整定匝數(shù)：也（38.?，=Wi=I匝

取工作繞組匝數(shù)：匕R85"=%.=8+1=9匝

6）整定匝數(shù)與計(jì)算匝數(shù)不等引起的相對(duì)誤差為

7）制動(dòng)系數(shù)和制動(dòng)繞組匝數(shù)計(jì)算。由于系單側(cè)電源，故制動(dòng)系數(shù)計(jì)算為

=1.3(1X0.1+0.1+0.05+0.029)=0.363

制動(dòng)繞組的計(jì)算匝數(shù)：卬皿=K⑼旦=°363/9=3.63匝

tga0.9

取整定匝數(shù)：匕ser=4匝

8)校驗(yàn)靈敏系數(shù)

kl點(diǎn)最小短路電流折算到llOkV基本側(cè)為

對(duì)llkV側(cè)工作安匝A%，(“)=百V=—X588二］35.2匝

KTA.H60

300

AWw(385)="xx4+0=10.38匝

()200

由繼電器特性曲線查得A“”)=135.2匝，=10.38安匝時(shí)，動(dòng)作安匝

整定為4W叩=66安匝,則靈敏性K,mg==2.05>2滿足要求。

66

2、UOkV側(cè)復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過電流保護(hù)整定計(jì)算

(1)電流元件的動(dòng)作電流

(2)按躲過電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)的電壓整定

當(dāng)?shù)蛪豪^電器由變壓器低壓側(cè)互感器供電時(shí)，計(jì)算式為

U”=(0.5-0.6"