110KV供电系统继电保护设计

　 毕业设计

　I 摘要 电力系统的安全运行的重要性，并且发电机组是整个电力系统中最贵重的元件，对它的保护更应该慎之又慎，保证发电机组的安全运行，对整个电力系统来说至关重要。因此，为了保证电力系统的稳定性，就需要对继电保护进一步深入的研究，从根本上解决问题。对继电保护配置的设计，使其在系统发挥最大的作用，最大程度上发挥电力系统的灵敏性和速动性等。

　本设计主要对 110KV 系统主要的一些保护配置进行了故障和保护的分析。主要工作是对系统中各元件的保护方式有一个简单的了解，对互感器的变比有一个选择，对电源各侧的接线方式也进行了一点简单的介绍，同时也包括计算电流短路、保护装置整定值，接地短路中使用距离保护等。

　关键词 ：电力系统，继电保护，输电线路，母线，故障

　II Abstract

　The main work is to have a simple understanding of the protection mode of each component in the system and a choice of transformer ratio. In this paper, the wiring mode of each side of the power supply is given. When the overcurrent protection sensitivity does not meet the requirements, by over current Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ to expand its scope of protection setting. Key words:

　power system, relay protection, transmission line, bus, fault

　III 目录

　摘要(重写) ............................................................................................................................... I Abstract .................................................................................................................................. II 目录 ....................................................................................................................................... III 1 绪论 ..................................................................................................................................... 1 1.1 课题的目的及意义 ................................................................................................... 1 1.2 继电保护国内外发展现状 ....................................................................................... 1 1.3 继电保护的基本要求 ............................................................................................... 2 1.3.1 继电保护的基本原理及组成 ........................................................................ 2 1.3.2 继电保护的作用 ............................................................................................ 3 1.3.3 对继电保护的基本要求 ................................................................................ 3 1.4 本论文的主要工作 ................................................................................................... 5 2 电气主接线 ......................................................................................................................... 6 2.1 电气主接线的要求 ................................................................................................... 6 2.2 主接线的接线形式 ................................................................................................... 6 3 继电保护配置设计 ............................................................................................................. 8 3.1 线路保护配置 ........................................................................................................... 8 3.1.1 输电线路的保护 ............................................................................................ 8 3.1.2 配置原则 ........................................................................................................ 9 3.2 变压器组保护配置 ................................................................................................... 9 3.2.1 变压器的故障 ................................................................................................ 9 3.2.2 变压器的运行方式 ........................................................................................ 9 3.2.3 变压器保护类型 .......................................................................................... 10 3.3 发电机保护 ............................................................................................................. 11 3.3.1 发电机故障 .................................................................................................. 11 3.3.2 发电机的保护 .............................................................................................. 11 3.4 互感器变比 ............................................................................................................. 12 3.5 母线保护 ................................................................................................................. 13 3.5.1 母线故障保护 .............................................................................................. 13 3.5.2 母线差动保护基本原理 .............................................................................. 14 4 短路电流计算 ................................................................................................................... 16

　IV 4.1 短路计算 ................................................................................................................. 16 4.1.1 短路电流的标幺值计算法 .......................................................................... 16 4.1.3 短路电流的简化计算 .................................................................................. 16 4.2 整定计算 ................................................................................................................. 25 4.2.1 零序电流保护 .............................................................................................. 25 4.2.2 零序方向元件灵敏度的校验 ...................................................................... 27 5 结论与展望 ....................................................................................................................... 29 参考文献 ............................................................................................................................... 30 致谢 ....................................................................................................................................... 31

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　1绪论 1.1 课题的目的及意义 近年来国家各方面发展都比较迅速，尤其是在电力方面发展更为迅速。其中，单从工业方面看，工厂用电量所占比重较大，电力供应紧张的情况时常发生，就造成了很多地方通过断电或者限电的方式来解决此问题，但这种方法有一定的弊端。因此，就需要寻找简单经济的方法来解决供电不足的问题。而继电保护恰恰能有效的解决此类问题。

　众所周知，继电保护对电力系统的稳定运行有着巨大的作用，是保护机组安全的第一个防线。首先，继电保护能保证装置的高效安全运行，例如，一旦发电机组出现故障，便会在第一时间通知相关人员，确保将故障元件从系统中切除，这样一方面可以减少机组损坏，另一方面也可以减少大规模的停电事故。其次，继电保护的安全运行，不仅可以减少电力事故的发生，而且在维持社会正常秩序方面有着重要作用，保证人们在生活中的电力需求。

　继电保护一直发展到今天，取得了令人瞩目的成果。然而当中也存在着很多问题，继电保护在这么多年的发展中，保护的类型很多，应该怎样配置才能保证系统的安全运行。因而，在电力系统不是特别稳定的时候，系统会出现怎样的工作状态，是否可以恢复到正常运行。电力系统的保护装置就是系统在出现故障时可以将停电范围降到最小，进一步减小经济损失，电力系统就是电能生产、变换、输送、分配和使用的各种电气设备按照一定的技术和经济要求有机组成的一个联合系统 [1] 。

　1.2 继电保护国内外发展现状 1.1.1发展现状 电力系统是一个庞大复杂的系统，是由各种元件以及各种功能联系起来的，各个元件是通过电或者磁联系在一起，每一个元件发生的故障是不同的，对电力系统的运行也会有不同的影响。随着短路的发生系统中的电流就会有不同程度的增加。在最早的时候在供电系统中安装熔断器是为了不让发电机烧坏，如果在线路有短路情况发生时，产生较大的电流，烧断熔断器来断开元件。通过这种方式来保护发电机。对于电力系统的发展，大部分用电设备的功率等都在增加，电网间的接线也就变得更加复杂，简单的保护方式很难满足电力系统的稳定运行。与此同时，电网信息化和自动化概念的实现加速了继电保护装置及技术的成熟。信息传输主要是通过计算机实现的。电网信息化这一重大

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　发展使人类的生产和社会生活有了巨大的进步，且在别的领域也有显著的作用。

　我国的继电保护发展主要经历了 4 个阶段：1960-1967 年，由我国电气工作者自主研发的整流型距离保护系统开启了电网保护新纪元；在后半期，有晶体类型的装置，它没有触点等接口。在经过多年的研究和具体的实践，晶体管式保护装置的一些性能问题得到了具体化的解决。在后期的时间里晶体管式保护装置在我国大量的应用于供电线路。1980-1984 年间，微电子集成电路取代了传统的晶体管，电网保护开始引用集成电路。1984 年，微机电路的思想开始取代集成电路，电网保护开始分为上位机和下位机两个部分。经过几年的研究实践，开发出了各种类型的微机继电保护。

　继电保护技术从零开始慢慢的发展了起来。在十多年的时间里，走过了其他国家对继电保护技术研究的多半时间，同时也在慢慢的引进国外先进的继电保护技术，并且也拥有了属于自己的继电保护的技术，继电保护技术在发展进程中逐渐形成了完整的体系。许多国家标准由国家标准委员会发行，行业标准化成为现实。

　1.1.2发展趋势 二十一世纪已经是数字化时代。这也为电力系统继电保护信息化提供契机。利用虚拟操作平台进行监测、诊断、保护电力线路。利用信息的传输将电流整定值发送给控制终端，在模拟系统中进行保护模拟，再将控制命令远程发送给执行机构，实现继电保护的自动化控制。电力系统智能化和信息化已经是大势所趋。发电系统、配电网和互联网的渗透融合，将带领工业、农业等走向信息化的时代。目前，国家电网公司正在研发电力线路-光纤复合用电线。将传统的电力线路与光纤融合，实现真正的“电网”。同时，5G 的时代已经来临，复合电力线路研制并广泛使用，在电力系统继电保护方面会产生极大的推动力，继电保护的信息化会迅速发展。传统的被动式配电网络会在信息化大潮中逐渐走向落寞，未来式主动配电系统的舞台。这一概念是 2008 年由 C6 提出。主动配电系统概念的深入实践，电力系统的应用会更加灵活。

　1.3 继电保护的基本要求 1.3.1 继电保护的基本原理及组成 在系统中如果有电流、电压和相位角等突然的发生一些基本变化，就说明了系统中有故障存在，这些变化就组成了不同原理的装置。一般的继电保护装置是由测量比较元件、逻辑判断元件和执行输出元件三部分组成 [2] 。

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　 图 图 1.1 继电保护装置组成图 测量比较元件，将元件的数据来进行比较，根据比较的结果给出一组逻辑信号，分别为“是”和“非”的逻辑信号，以此为根据来判定继电保护装置是不是应该动作 [3] 。

　逻辑判断元件，对于各个元件输出量的大小，性质和输出的时间长短等进行一些测量比较，根据“与”“或”“非”等基本逻辑关系来判断短路器工作与否，并用“0”、“1”信号完成动作指示。在此过程中继电保护要用到的逻辑回路有“或”、“与”、“否”等。

　执行输出元件，就是为了能够很好的完成本身所需要的任务。

　1.3.2 继电保护的作用 在电力系统中，当有一个元件发生故障时，继电保护装置能够快速自动的将故障切除，在一定的程度上使没有故障的部分正常的运行，这样做的目的可以减少停电的范围又保证了元件不再受到损害 [4] 。在被保护的元件中出现不正常的动作，保护装置要根据一定的动作条件来发出信号，就比如使断路器跳闸或者减少系统中的负荷等指令。在这个时候一般就会不要求快速的动作，而是要根据故障对电力系统损害的程度给出一个延时，可以避免短暂的运行波动造成不必要的运动。同时，测量信息中的“电流值”、“电压值”是表征保护元件动作与否的最主要条件。

　1.3.3 对继电保护的基本要求 （1）可靠性 可靠性中包括了两个部分，分别是安全性和信赖性,它们是对继电保护可靠性最基本的要求，安全性是指当系统中保护设备在没有发生故障时不需要动作，就能够可靠的不动作，也就是不会发生误动，信赖性是指继电保护在规定的保护范围内发生故障的时候能够可靠的动作，即为不发生拒动 [5] 。系统中如果发生了误动作或者拒绝了动作都会造成不同程度的损害，在保护设施防止保护发生误动的同时也要充分的防止拒动，反之也是同样的道理。

　（2）选择性 相应输入量测量比较元件逻辑判断元件执行输出元件跳闸或信号

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　某一处发现了问题，就要控制在最小范围内将故障从系统中切除，在最大程度上保证没有出现问题的部分能够动作。在选择的时候首先将利用故障元件或者线路本身所拥有的保护将故障切除，当故障元件的保护或断路器拒绝动作时才能够使用相邻设备的保护或线路保护来切除故障部分起到后备保护的作用 [6] 。在利用相邻元件后备保护是要注意它们之间的相互配合，在设计时必须遵循阶梯原则。灵敏度方面，要求灵敏度可以覆盖整个线路。

　 图 图 1.2 保护选择性说明图 假如 K3 点有故障发生，此时由于保护 4 或者断路器 4QF 因某些原因而不能动作时，保护 3 开始动作使断路器 3QF 跳闸来切除 BC 线路，一定程度的切除了故障也保证了选择性。

　（3）速动性 继电保护的速动性是指在故障发生后要尽可能快的将系统中的故障切除，使设备以及用户在大的短路电流下运行的时间少，这样可以降低设备的损坏程度 [7] 。就比如危机到工作人员的安全以及能够对通信等系统造成一定干扰的故障时，就要快速的切除。

　图 图 1.3 电力系统并列运行图 当与 A 厂同母线的 K 点发生故障时，由电压分配原理可知，A 厂的电压也会随之下降，其母线上的负荷迅速减小。发电厂发电机调速系统无法迅速随之降速，导致 A 厂发电机加速，与此同时 B 厂母线上有较高的残压，所以 B 厂去掉的负荷不多。发电机转速

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　变化小。A、B 两厂就会因转速的不同而失去同步。如果切除故障的时间短转差小就会比较容易的恢复同步运行。

　（4）灵敏性。

　这个指的是当在设备中有问题出现的时候，在要求的范围内能够将问题反映出来，能满足灵敏性要求的继电保护应该是在规定的范围内有故障时,在电力系统任意的运行条件下，不论短路点的位置和短路的类型如何,以及短路点是否有过渡电阻,都可以正确反应,灵敏性通常是用灵敏系数或者灵敏度来衡量，增加灵敏度就增加了保护动作的信赖性，但有时与安全性相互矛盾 [8] 。

　为了能够保证很好的完成任务,在继电器跳闸的时候就必须满足四个基本要求，如果是不正常的运行情况，这四个要求是可以降低的。

　1.4 本论文的主要工作 在本论文中对电气主接线有详尽的描述，并且根据电气主接线的一些要求以及设计原则总结出了在供电系统中的一些接线的形式。

　继电保护配置设计中，在对输电线路的保护中主要介绍了线路纵联保护，这种保护是在发生故障时，故障两端的开关快速动作切除有故障的一段，以此来保护线路。变压器的保护中主要介绍了差动保护，瓦斯保护等。在发电机中发生单相接地故障的几率比较大，也会对发电机定子造成一定的危害。所以，发电机的纵差保护也就起到了一定作用。在发电机故障时，纵差保护会发生一些误动作。比率制动的纵差保护可以有效解决保护误动作。

　在短路电流计算时，最大运行方式下的短路电流，将有名值转换成标幺值，选择基准容量100 B S MA ，线路的电抗值取为 X=0.4 KM  。由此根据 110KV 变电站接线图可知1 90 L KM 、2 10 L KM 、3 60 L KM 。对 110KV 侧、35KV 侧以及 10KV 侧进行简化接线形式计算短路电流。对于得零序电流的整定分为三段，并对每一段进行说明。

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　2电气主接线 2.1 电气主接线的要求 电气主接线就是利用导线将高压电气连接到一起，让它们组成可以分配电能等的线路，也可以看成是传输电流等的一种网络。在工程上，对于电气接线都是有规定的：比如规定的文字或图形，且是按照日常的工作顺序来排列的。

　电气主接线设计的基本要求有：

　（1）运行的可靠性，当系统中发现有故障存在时，要对一些设施进行检修，在检修的过程中观察停电的时间长短和能不能保证对重要用户的供电。

　（2）具有一定的灵活性，运行方式不同也会使主接线形式不同，根据不同的要求来接线达到所希望的目标，在不同的故障或者设备检修时能够将其断开，来减少停电时间并缩小停电影响的范围，并且可以保证检修人员的安全。

　（3）电力系统的主接线应该简单清晰、操作方便。如果主接线简单工作人员就会很快的掌握，主接线复杂的时候容易导致操作人员的误操作，引起系统发生故障。但是主接线太过于简单的话也就很难满足运行的要求，给系统带来不必要的停电以及运行的不便。

　（4）经济上的合理性，主接线在满足以上要求的同时还要注意一下经济性。使投资的少，所占的面积尽可能的少，在电能损耗的方面也要少。

　（5）考虑到扩建可能：用电负荷不是一成不变的，例如某厂的电力系统在设计最初就应该考虑到厂房扩建或用电负荷降低时，电力系统能否灵活改变。

　2.2 主接线的接线形式 有汇流母线的接线方式和无汇流母线的接线方式是电气设备中主接线最常用到的接线方式，其中有汇流母线的接线方式又分为单母线接线方式、双母线接线方式、双母线带旁路接线方式和一台半断路器接线方式 [9] 。对于一台半断路器接线就是每两回路用三台断路器接在两组母线上，即使每一回路经一台断路器连接至一组母线上，两条回路之间设置一台联络断路器，形成一串又可以称为二分之三接线，这种接线广泛用于大型发电厂和变电所超高压配电装置，具有较高的可靠性和运行调度灵活性 [10] 。

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　 图 图 2.1 一台半断路器接线原路图

　对于断路器的数量少是无汇流母线接线的最大特点，由于短路器的数量少，所以就导致结构的简单而所需要的投资也就相应的减少了。故而这种接线方式在 6-220KV 电压等级的接线中使用比较多。

　结合上面所说的，在本设计中主接线的设计方案为：110KV 为单母线分段接线、35KV为单母线分段接线以及 10KV 是双母线接线。

　图 图 2.2110KV 变电站系统图

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　3继电保护配置设计 3.1 线路保护配置 3.1.1 输电线路的保护 110KV 的线路中，一般都装设在一些相间故障的距离保护或者接地距离的相关保护中，采用的是远后备的方式。输电线路的保护一般是分为主保护和后备保护。由于系统的发展，电压和电流的这种保护方式已经不能满足可靠性和选择性的要求，在一般的情况下是不会单独使用的，配合一些另外装置在输电线路中使用，并且一般在使用的时候都会配有自动重合闸装置。线路纵联保护在发生故障的时候距离故障最近的开关动作跳闸，利用这种方法来保护元件，且可以作为主保护。在输电线路中，通过比较流过线路两端的电流、电流的相位等，比较了电气量之间的差别，它们就构成了不同原理的纵联保护。由于在传输的时候将一端的信息传到另外的一端，信息的不同也导致传送的通道不一样，从而就有了不同的传输方式。

　继电保护装置 继电保护装置TATV通信设备通信设备通信通道 图 图 3.1 输电线路纵联保护结构框图 每个信息通道所要传输的信息也是不相同的，这一个性质就将纵联保护分为了不同的种类。利用输电线路来构成传送信息的通道的方式有电力线载波通道等等。方向比较式纵联保护和纵联电流差动保护这两种类型的保护也只是纵联保护的一个分类。在被保护的线路中其流过两端的电流是不相同，通过比较电流的方式就是纵联差动保护，也就是说: 当线路外部故障或者正常运行的时候,线路两端电流是一端由母线流向该线路,另一端由线路流向侧母线，当线路内部故障时,线路两端电流是一端由母线流向线路,另一端也是由侧母线流向线路 [11] 。通过正常状态和故障状态之间电流方向上的差异来判断保护装置是否动作，将流过的电流做一个差值，通过差值的大小就可以判断出故障。

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　3.1.2 配置原则 对于 110KV 系统的线路保护，距离保护和零序电流保护等是一些主要的保护。同一变电站应使用同一厂家的产品。对于 110KV 线路，在同一屏幕上保护和监视两个独立的单元格。可在一个屏幕上安装两条保护监控线，避免不必要的布线，简化电路布线，提高抗干扰能力。根据电网运行稳定或继电保护设置(条件满足时可考虑光纤通道)，从区域电厂到变电站的 110KV 通信线路可安装一套完整的纵向距离保护装置。

　3.2 变压器组保护配置 3.2.1 变压器的故障 因为变压器自身的一些性质以及工作人员要对其进行定期的维修，这样也会对电厂的运行有一定的影响。为了能够保证变压器可以在电力系统中不出问题的运行，所以将会对每一个变压器定期的进行检修，确保不会出现一些异常情况。及时发现、排出问题，降低损失。

　内部故障是指变压器油箱内发生的故障包括相间短路、绕组匝间短路、层间短路和单相接地短路等，外部故障各相绕组之间发生的相间短路,单相绕组部分线匝之间发生的匝间短路,单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障等 [12] 。变压器油箱内出现异常使里面的铁芯被烧坏了，其中的油的温度也发生了变化，分解出了一些气体将会使变压器发生爆炸，对电力系统造成巨大的损害。

　变压器也会发生一些不正常的运行状态，变压器的本身就有一些问题，就比如说端头有松动的情况，焊接的不是很好等，在变压器的故障中线路的干扰也是一个重要的因素，其中包括:在合上闸刀开关的时候，由于电压的升高使线路上有过电压产生而发生一些故障。在变压器中最常发生的故障是没有正确的利用变压器，让绝缘老化的速度加快了。继电保护装置会在变压器没有正常的工作状态下发出严重的警告信号，目的是为了让工作人员发现并且采取一定的措施。

　3.2.2 变压器的运行方式 变压器也可以说是一种很重要的设备，且对供电系统的灵活也一些帮助。如果其中的一台变压器有了故障，那另外并列的变压器就开始工作，来为一些重要的用户供电，这就体现了供电系统的可靠性。或者一台变压器要进行检修了，这时，就可以使用备用的变压器，将需要检修的停电来进行检查，这样做一方面是保证了供电系统不停电减少不必要的损失，另一方面也是提高了供电可靠性。在不同的季节，人们用电的情况也是不同的，对系统的经济性也有一定的影响。变压器带着负荷运行并且能够将这些负荷合

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　理的分配，这就是理想的一种方式，因此，为了达到理想的运行情况，变压器并列运行时必须满足以下几点：各台变压器的变比相同、各台变压器的阻抗电压相等、各台变压器的接线组别相同 [13] 。

　3.2.3 变压器保护类型 变压器保护可以分为纵差保护、气体保护（也叫瓦斯保护）、电流速断保护、相间短路后备保护、过负荷保护、单相接地保护、温度保护和冷却器故障保护等类型 [14] 。变压器中也有主保护，差动保护和瓦斯保护就是使用最为普遍的主保护方式。

　图 图 3.2 双绕组单相变压器纵差保护接线原理图 将变压器中的励磁电流都忽略，这时正常运行或外部故障，流入差动继电器的电流就为零 [15] 。

　继电器的差动电流：

　1 2 r i i i    (

　 （3.1）

　判断的依据：

　r set I I 

　（3.2）

　在元件自己本身的保护范围内发生短路故障时，变压器各侧中的电流互感器就会在二次回路中产生相位不同的电流，如果这些电流达到了一个设定的定值时，变压器中的断路器就会动作于跳闸来对变压器进行保护，在这个过程中将产生的电流称之为差动电流，这种保护方式就是变压器的差动保护。这种保护方式在工作中有很大的优点，它不需要其它的元件来配合完成保护，也不需要对故障进行内外的一个区分，并且将变压器中故障延时的切除。

　如果变压器内部有问题时，里面的电流将会使油箱内部的温度升高，变压器油受热分解成有害的瓦斯气体，一般根据排出气体的速度以及多少来判断变压器故障发生的严

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　重程度，这种保护方式就是瓦斯保护。轻瓦斯保护是为了给工作人员发一个信号，重瓦斯保护就是直接跳闸。当变压器组发生少数匝间短路时，虽然故障点的故障电流很大，但在差动保护中产生的差动电流可能不大，差动保护可能拒动，此时，靠重瓦斯保护切除故障 [16] 。

　表 表 3.1 保护的方式 输电线路 发电机-变压器组 相间距离保护（Ⅰ﹑Ⅱ﹑Ⅲ段）

　零序电流保护（Ⅰ﹑Ⅱ﹑Ⅲ段）

　差动保护、瓦斯保护、失磁保护、转子一点接地保护、定子单相接地保护、过电压保护、过负荷保护等 3.3 发电机保护 3.3.1 发电机故障 在发电机运行的时候要保证其不发生一些异常的情况出现，就要有完善的方式来避免这种情况，并且发电机对于电力系统来说也是重要的一部分。由于工作人员错误的操作方式，会让发电机出现一些问题以及不是正常工作的状态。发电机中有很多类型的问题出现，其中主要的问题都是体现在定子和转子上的，有时候在运行的过程中也会发生着火等事故。

　3.3.2 发电机的保护 在发电机中，绕组线棒和铁芯中间有一个绝缘，如果在这个绝缘上出现问题时，发电机就会很容易的发生一些常见的问题，所以在发电机中出现问题的几率还是比较的大。如果没有发现它的绕组一端接地，而且另外的一端也会接地，就会使发电机发生匝间的故障，对发电机造成一些损害。

　将流入发电机的电流的方向设为正方向，假如发电机的状态是没有问题的，那么里面继电器中的电流的数值就是零，这个时候就是不会有任何的动作。其中的电流值比较大以至于超过了给定值的时候，就可以知道发电机的内部发生了故障，这时它就会有一些动作。为了防止纵差保护在外部短路时误动，继电器动作电流 d I 应躲过最大不平衡电流 . max unb I ，使的纵差保护动作电流 set I 将比较大，降低了保护的灵敏度，也可以使发电机内部相间短路时拒动 [17] 。

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　 图 图 3.3 发电机纵差动保护原理图 为了能够解决这个问题，就提出了比率制动纵差保护。

　设：

　 1 2 d I i i    

　（3.3）

　 1 22resi iI  

　 （3.4）

　比率制动式差动保护的动作方程为：

　 . m i n ( ) d res res I K I I   ， . min res res I I 

　 （3.5）

　. min d d I I  ， . min res res I I 

　 （3.6）

　发电机退磁是指励磁电流突然消失或部分退磁。磁损耗的主要原因有:转子绕组短路、励磁回路开路、励磁系统故障、退磁开关和误操作等。发电机过电压保护，由于自动调压器故障或供电频率调节系统响应慢，在恒负载下突然降负荷后发生危及绝缘安全的过电压是一种常见的现象。过电压是引起发电机或变压器过励磁的原因之一，因此过电压保护仍然存在不完全过励磁保护。

　3.4 互感器变比 根据《电气工程毕业设计导则-继电保护卷》-韩晓，宋立群，主编，电压互感器选型：额定电压的设计原则为：将一次绕组接在线电压上的时候，二次绕组中的额定电压是 100V；如果一次线路接在相电压上的时候，二次绕组的额定电压为 3 100 。

　电流互感器是一种用于测量仪器的设计和继电保护的装置。电流互感器中的铁芯有多个，在每一铁芯上有一个对应的二次绕组。仪器和继电器连接在不同的二次绕组上，

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　测量仪器铁芯和继电器铁芯具有各自的特点。

　一次电流的选择，测量仪表用电流互感器的一次电流一般应取 n TA I I 25 . 1 ， 其中，n I 为发电机或变压器的额定电流，在线路就是它的最大负荷电流，用于继电保护的电流互感器，它的额定电流就应该是大于主电气设备中可能发生的最大长期负载的电流 [18] 。

　二次的选择，可根据二次负载所消耗的容量来计算互感器的输出容量。注意，对于应用在测量仪表的互感器中的额定容量只要稍微大于二次负载就可以了，以保证短路时铁芯能迅速饱和，使测量仪表免遭过大的电流所造成的损坏。

　准确级的选择，为了满足保护和测量的需要，每个铁芯都具有不同的精度。使用指定精度等级的电流互感器不能保证实际电流误差控制在指定的范围内，必须保证二次负荷的实际消耗不超过电流互感器的额定容量。用于继电保护的电流互感器的一次最大短路电流不得超过电流互感器的精确极限倍数。

　整定线路电流互感器的选择，所整定线路流过的最大负荷电流即在发电厂有两台发电机投入运行，并且两变电所都在运行的状态下，其中流过线路的电流：3 37 6 5 4max10115 3) 2 25 2 5 . 31 (85 . 0100 2103) ( 2       BNT NT NT NT NGloaUS S S S SI

　A 0 . 614 

　 （3.7）

　表 表 3.2 互感器的选型 名称 电流互感器 电压互感器 变比 800A/1A 110kV/0.1kV 3.5 母线保护 3.5.1 母线故障保护 母线是指在变电所中各种电压配电装置的连接，变压器等电气设备和相应的配电装置之间的连接，大多数都是采用矩形或圆形截面的裸导线或者绞线就称为母线，母线的作用有汇集、分配以及传送电能 [19] 。上面出现的一般都是开关跳闸保护动作等一系列的问题。假设某条母线上出现了异常情况时，那么在这条母线上的所有电气元件就将转移到其它没有问题的母线上，这体现母线在系统中的重要性。对于母线上的故障，操作人员就要按照一定的原则去处理，绝对不允许在母线上还有故障时，就对它通电，这将使事故扩大。如果找到了母线的故障所在地，就应该将故障隔离起来，快速的恢复停电母

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　线上的供电。在双母线中有一组母线上发生故障时，一般可以试着用其它的电源对有故障的母线送电，但是在这个过程中要注意母线保护的运行方式。在二分之三接线方式中，对于母线上发生的故障，一般在检查后没有找到故障地方时，也可以用自己本省的电源送一下电，再进行观察。如果试送电的开关是完好并且继电保护也是完善的，那么也就间接的说明了母线保护具有良好的灵敏性。

　一旦B处的母线上发生异常情况时，可以使用1DL处的Ⅱ段或Ⅲ段将其切除掉，2DL和 3DL 处的问题切除。这也就体现出了它在工作的时候是不会自己选择的。

　图 图 3.4 母线故障说明图 3.5.2 母线差动保护基本原理 在利用这个方法的时候就需要考虑到一些问题。在母线上流出和流入电流的大小、相位都是相同的，并且母线上只有进出的线路以及正常运行的情况，但凡母线上有一点问题出现就破坏了这一平衡。如果母线上出现一点故障时，就使用保护元件，断开上面的断路器，这种保护方法利用的是，比较电流的相位是不是相一致的。在双母线并列运行的情况下，保护就可以选择将母线上的开关以及所有的断路器跳开，让停电的范围减小。

　在母线上的所有电流互感器，全都按照相同的极性等连接在电路里面，在这个时候电流互感器的特性以及它的变比都是相同的，如果发生变比不同的情况，就要有一定的方法来满足这个条件让∑I=0。

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　 图 图 3.5 母线的完全差动保护 母线上所有的元件都是需要有相同的变比，而且都要将上面的元件包含在差动回路里。

　正常运行或外部故障时：

　in out I =I

　 （3.8）

　1 2 3 I I I  

　（3.7）

　二次侧：

　1 2 3 0 j I I I I       

　（3.9）

　母线故障时：

　1 2 3 d I I I I I    

　（3.12）

　二次侧：

　 > 1 2 3dj d zLII I I I In      

　 （3.13）

　母线不完全差动保护，是将部分的电流互感器接到电路里，这部分就是电源元件的互感器，别的元件就不需要再接入到差动回路中。

　 16

　4短路电流计算 4.1 短路计算 4.1.1 短路电流的标幺值计算法 为了让计算的方法不是特别的复杂，所以要简化短路电流的计算方法，要在保证计算精度的前提下，作出如下规定: (1)在计算的时候各元件的功率电动势相位是相等的，流入的电流频率也是相同。

　(2)在计算时认为变压器是一种理想的变压器。

　(3)计算的每一个电压等级都是采用平均电压。在这种情况下的计算短路电流的误差就相对的小，因为电抗器的阻抗通常比其他元件的阻抗大得多。

　(4)当短路点在同步相机和同步电机附近的地方，就要考虑到对短路电流值的影响。

　(5)简化系统阻抗时，远离短路点的电源不能与近处电源相结合，容量差较大的两个电源不能相结合。

　短路电流计算的过程中，根据实际具体的情况有两种计算的方法，分别是标幺值法和有名值法，在计算的时候，这两种方法中那一个方便就使用那一种。一般对于高压系统来说都是用标幺值来进行计算的。标幺值就是利用实际的值和基准值相比一下，本身是没有单位的。在计算的时候一般都是要有一个基准的容量和电压，还有相对应的基准电流和阻抗。其它的值都是可以利用这个基准值计算出来的。

　4.1.3 短路电流的简化计算 在最大运行方式下的短路电流， 线路 L1：

　1 1 0.4 80 32 L X XL     

　（4.1）

　线路 L2：

　22X = 0.4 10 4LXL    

　 （4.2）

　线路 L3：

　3 3 0.4 60 24 L X XL     

　（4.3）

　*11 2 2S 10036 0.24115BLLBX XU    

　（4.4）*2 22 21004 0.03115BL LBSX XU   

　 17

　（4.5）*3 32 210024 0.18115BL LBSX XU   

　（4.6）

　110kv 侧简化网络图：

　图 图 4.1110KV 侧简化接线图 先将它化成星形：

　图 图 4.2110KV 侧简化接线图与星形接线 将*3X、*4X、*5X 化成*13X、*14X、*15X。

　* **3 413* * *3 4 50.03 0.240.0160.03 0.24 0.18X XXX X X     

　（4.7）* **3 515* * *3 4 50.24 0.180.0960.03 0.24 0.18X XXX X X     

　 （4.8）

　将*2X，*13X 合并成*23X ；将*1X 、*15X 合并成*25X * * *23 2 13X =X +X =0.4+0.016=0.416

　（4.9）

　 18

　* * *25 1 15X =X +X =0.5+0.096=0.596

　（4.10）

　计算各电源点到短路点的转移电抗，化成△：

　图 图 4.3110KV 侧简化角形接线图

　 * ** * *23 1433 23 14*25X 0.416 0.012X =X +X + =0.416+0.012 0.440.596XX 

　 （4.11）

　 * ** * *25 1434 25 14*23X 0.596 0.012X =X +X + =0.596+0.012 =0.630.416XX

　 （4.12）

　*33X 为 S2 到短路点的转移电抗，*34X 是 S1 到短路点的转移电抗。它们分别应的计算抗：

　 *332200.44 0.968100jsX   

　 (4.13)

　*3414500.63 9.135100jsX   

　（4.14）

　又因为*343.5jsX  ，故可以知道 . 34*3410.109 f tjsIX 

　（4.15）

　在 0 秒的时候：

　1450 2200.109 1.09 0.8 1.2 2( )3 115 3 115fI KA       

　（4.16）

　 19

　在 0.2 秒的时候：

　0.21450 2200.109 0.98 0.8 1.08 1.16( )3 115 3 115fI KA        

　 （4.17）

　在 4 秒的时候：

　1450 2200.109 1.18 0.8 1.3 2.1( )3 115 3 115fI KA       

　（4.18）

　冲击电流：

　2 2 1.8 2=5.0（ 9 KA）

　sh M I K I      

　(M K 取 1.8)

　 (4.19) 35kv 侧简化网络图：

　图 图 4.435KV 简化接线图

　由此可以计算出：

　 **160.20X 0.12 2TX  

　 （4.20）

　先将它化成星形：

　 20

　 图 图 4.535KV 侧简化接线图化为星形接线

　* **3 413 * * *3 4 50.03 0.24X 0.0160.03 0.24 0.18X XX X X     

　 （4.21）

　* **4 514 * * *3 4 50.03 0.18X 0.0120.03 0.24 0.18X XX X X     

　 （4.22）

　 * **3 515 * * *3 4 50.24 0.18X 0.0960.03 0.24 0.18X XX X X     

　（4.23）

　将*2X 、*13X 合并成*23X ；将*6X 、*14X 合并成*24X ：将*1X 、*15X 合并成*25X ：* * *23 2 13X 0.4 0.016 0.416 X X     

　 （4.24）* * *24 6 14X 0.012 0.1 0.112 X X     

　（4.25）

　* * *25 1 15X 0.5 0.096 0.596 X X     

　（4.26）

　计算各电源点到短路点的转移电抗，化成△：

　 21

　 图 图 4.6 化为角形接线

　* ** * *23 2433 23 24*25X X 0.416 0.112X + 0.416 0.112 0.6060.596X XX     

　（4.27）

　 * ** * *24 2534 24 25*23X X 0.112 0.596X + 0.112 0.596 0.870.416X XX     

　（4.28）

　*33X 为 S2 到短路点的转移电抗，*34X 是 S1 到短路点的转移电抗。它们分别对应的计算电抗：

　*33220X 0.606 1.33100js  

　 （4.29）

　*341450X 0.87 12.62100js  

　（4.30）

　又由于*34X 3.5js ，故直接由 . 34*341I 0.08 f tjsX 

　 （4.31）

　在 0 秒的时候 35kv 侧短路电流：

　1450 2200.08 0.77 1.8 2.65 4.45( )3 37 3 37fI KA       

　 （4.32）

　在 0.2 秒的时候 35kv 侧短路电流：

　 22

　0.21450 2200.08 0.71 1.8 2.44 4.24( )3 37 3 37fI KA        

　 （4.33）

　在 4 秒的时候 35kv 侧短路电流：

　1450 2200.08 0.8 0.8 2.75 4.55( )3 37 3 37fI KA       

　（4.34）

　冲击电流: 2 2 1.8 4.45 11.33( ) sh M I K I KA      

　( M K 取 1.8)

　(4.35) 10kv 侧简化网络图：

　图 图 4.710K 侧简化图

　 * **1 360.20+0.128= =0.1642 2T TX XX

　（4.36）

　图 图 4.810KV 侧各阻抗合并简化图 将它化成星形：

　 23

　图 图 4.910KV 侧星形接线图

　* **3 413 * * *3 4 50.03 0.24= =0.0160.03 0.24 0.18 XX XXX X   

　（4.37

　 * **4 514 * * *3 4 50.03 0.18= =0.0120.03 0.24 0.18 XX XXX X   

　 （4.38）

　* **3 515 * * *3 4 50.24 0.18= =0.0960.03 0.24 0.18 XX XXX X   

　（4.39）

　将*2X 、*13X 合并成*23X ；将*6X 、*14X 合并成*24X ：将*1X 、*15X 合并成*25X ：

　* * *23 2 13=X +X =0.4+0.016=0.416 X

　 （4.40）

　* * *24 6 14=X +X =0.012+0.0164=0.176 X

　 （4.41）

　* * *25 1 15=X +X =0.5+0.096=0.596 X

　 （4.42）

　计算各电源点到短路点的转移电抗，化成△：

　图 图 4.1010KV 侧各电源的短路电抗化为角形接线

　* ** * *23 2433 23 24*250.416 0.1760.416 0.176 0.670.596X XX X XX      

　（4.43）

　 24

　 * ** * *24 2534 24 25*230.176 0.5960.176 0.596 1.0240.416X XX X XX      

　（4.44）

　*33X 为 S2 到短路点的转移电抗，*34X 是 S1 到短路点的转移电抗。它们分别对应的计算电抗：

　 *332200.67 1.474100jsX   

　（4.45）

　*3414501.024 14.85100jsX   

　 （4.46）

　又由于*343.5jsX  ，故直接由 . 34*3410.067 f tjsIX 

　（4.47）

　在 0 秒的时候：

　 1 4 5 0 2 2 0I 0 . 0 6 7 0 . 7 2 5 . 3 4 8 . 7 1 4 . 0 4( )3 1 0 . 5 3 1 0 . 5fK A       

　 （4.48）

　在 0.2 秒的时候：

　 0.21450 220I 0.067 0.66 5.34 8.0 13.34( )3 10.5 3 10.5fKA        

　（4.49）

　在 4 秒的时候：

　 1 4 5 0 2 2 0I 0 . 0 6 7 0 . 7 3 5 . 3 4 8 . 8 1 4 . 1 4( )3 1 0 . 5 3 1 0 . 5fKA       

　（4.50）

　冲击电流：

　2 2 1.8 14.04 35.74( ) sh M I K I KA      

　( M K 取 1.8)

　 (4.51)

　 25

　表 表 4.1 短路电流计算结果表

　I"（KA）

　(KA）

　（KA）

　（KA）

　110kv 2 1.16 2.1 5.09 35kv 4.45 4.24 4.55 11.33 10kv 14.04 13.34 14.14 35.74 4.2 整定计算 4.2.1 零序电流保护 在中性点直接接地的线路中，里面的接地故障次数达到了总故障次数的 90%以上，接地短路的保护可以采用带零序电流补偿的接地距离保护，也可以采用零序电流保护，它具有很显著的优点，被人们广泛的应用在 110KV 及其以上电压等级的电网中 [20] 。

　（1）零序电流保护瞬时段（Ⅰ段）的整定计算 我们清楚的知道零序电流的大小会随着线路的长度发生一些变化，这种情况是出现在单相或两相接地短路中，它的整定计算和相间短路电流的原则时相似的。在保护中里面的可靠系数一般去值是 1.2~1.2，既：

　 1 10.max3set relI K I  

　 （4.52）

　0. max I 为接地短路的最大零序电流。

　为了能够使里面的断路器没有出现不同期的情况，它就是0.3unbI。

　1 10.3set rel unbI K I  

　 （4.53）

　图 图 4.11 瞬时段保护原理

　 26

　（2）零序电流保护（Ⅱ段）的整定计算 为了防止线路中的变压器在末端时发生一些问题，就可以整定为：

　 1. 2 . 10.relset setbKI IK

　（4.54）

　并且要求流过保护的最大零序电流：

　П>0 m i n031.5 LmdcIKI

　（4.55）

　对于这一段保护，就是不管发生什么样的情况，都要能够保护到线路上的全部长度，并且还需要有一定的灵敏性。对于动作的时间要求就是要达到最小，并且还可以满足上一个要求。

　灵敏性校验，让...