66KV变电站继电保护毕业设计

摘要

本文的设计是对锦州白沙66KV二次变电所主变及线路的继电保护设计，对二次变电站可能会出现的故障、进行了保护及安装配置。

通过对题目的分析理解首先进行运行方式分析，按照GB14258-1993《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，为变压器装设了瓦斯保护、差动保护、过电流保护、和过负荷保护装置，使变压器安全稳定的运行；对于不同的线路，根据其复杂情况及接线方式，我为线路配置了三段式电流保护和距离保护。选定了许继集团WHB-810B,WHB-815B分别作为线路保护装置和变压器保护装置。

然后进行短路电流计算和整定计算，最后部分是绘制一份完整的供电制图及其说明书一份。

以上保护安装构成变电所的继电保护系统，保证一次变电所的安全运行及供电质量。为运行设备和运行人员的安全提供保障。

关键词：继电保护；保护配置；差动保护；三段式电流保护；距离保护。

ABSTRACT

This article is designed to jinzhou baisha 66 kv substation main transformer and the relay protection of circuit design, the secondary substations may appear fault, the protection and installation configuration.

Through the analysis of the topic to understand first operation mode analysis, according to the GB14258-1993 \"technical specification\" relay protection and safety automatic device, installed gas protection, differential protection for transformer, overcurrent protection and overload protection device, make the stable operation of the transformer; For different lines, according to its complexity and connection mode, I for line configuration of three current protection and distance protection. Selected the WHB Xu Ji group - 810 - b, WHB - 815 - b as line protection and transformer protection device respectively.

Then short circuit current calculation and setting calculation, the last part is to draw a complete power supply a drawing and specification.

Above protection installation of substation relay protection system, guarantee a safe operation of substation and power supply quality. To run the equipment and guarantee the safety of operators.

Key Words: electric power system； protection ；Transformer differential motion protection；Crosses the electric current； Crosses the load

_x0001_ [选取日期]

0 前言

本论文是66KV白沙变电站继电保护系统设计，是为了了解变电站继电保护技

术的基本知识，最新现状以及未来的发展方向，是对我大学四年学习的检验。 本文共分七个章节。第一章概述，简要的介绍了继电保护的研究现状，白沙变电站的基本情况以及继电保护的相关基础知识。第二章进行了变电站的运行方式分析。第三章是参数计算以及短路计算。第四章选定了线路保护和变压器保护类型以及与原理的介绍。第五章对继电保护进行短路计算。第六章选定了保护装置。第七章为经济及技术分析。

在这次设计过程中，编者得到了汪玉凤教授耐心，细致的指导，编者在此向汪玉凤老师表示衷心的感谢。

由于新技术总在不断的发展，加之作者水平有限，难免有一些错误和缺点，希望各位老师提出宝贵意见。

1

1设计概述

1.1研究现状

电力工业是国民经济和社会发展的公用事业和基础性产业，是整个国民经济的命脉和基础。随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，对电力的依赖程度也越来越高。

变电站是电力系统实际运行中的一个重要组成部分，直接响到整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户之间的，起着变换和分配电能的作用，在电力系统中有着非常重要的地位。作为电力系统的重要组成部分，变电站直接影响整个电力系统的安全与经济运行。因此，为变电站进行继电保护设计保证电力系统安全稳定运行的重要环节。

由于继电保护装置对高压电网的稳定、安全运行有着极其重要的作用。随着电力系统的规模不断扩大和等级的不断提高，系统的运行方式和网络结构日趋复杂，对继电保护的要求也越来越高。传统的电磁和电磁感应原理的保护存在动作速度慢、灵敏度低、抗震性差以及可动部分有磨损等固有缺点。晶体管继电保护装置也有抗干扰能力差、判据不准确，装置本身的质量不是很稳定等明显的缺点。随着数字计算机技术的发展，大规模集成电路技术的飞速发展，微处理器和微型计算机进入实用化的阶段，微机保护开始逐渐趋于实用。微机继电保护装置一般以微处理器为基础，采用数字处理的方法用不同的模块化软件来实现各种功能。。随着微电子技术的发展，各种功能强大的微处理器及其他相关大规模集成电路器件的广泛应用，使得微机继电保护装置得到了很大的发展，其应用范围越来越大，功能也越来越强大。特别是在保护功能上，采用不同的装置可以有效地实现线路、变压器、发电机、电动机和母线等设备的保护功能，不仅如此．利用微处理器强大的数据处理能力，还能实现过去难以实现的很多保护功能。随着通讯网络技术的发展，采用微机保护技术使得变电站内的设备功能数字化实现成为可能。

1.2 白沙变电站概况

本次设计是对66KV白沙变电站进行继电保护设计。该变电站为枢纽变电站，

_x0001_ [选取日期]

有两条66KV进线港沙#1线，港沙#2线。变电站安装两台40MVA主变，变比为66±88×1.25%/10.5，Uk=9.3%.

1.3 主电路分析

1). 建设规模 66kV进线2回。

装有载调压变压器2台，单台容量为40MVA。 10kV出线15回。 2). 电气主接线

66kV侧采用单母线分段接线。 10kV采用单母线分段接线。 3). 变电所布置要求

66kV部分采用单母线分段接线方式，户外单列中型布置。10kV侧采用单母线分段接线方式，户内双列布置。 变电站电气图见图1-1。

1.4 继电保护的基本原理和任务

在电力系统发生短路故障时，许多参量比正常时候都有了变化，有的变化明显，有的不明显。明显的有电流剧增、电压大幅下降、线路测量阻抗减少、功率方向变化、负序或零序分量出现等，根据不同电气量的变化，可构成不同原理的继电保护配置。不论那种电气量变化，当其测量值超过一定数值时，继电保护将有选择地切除故障或显示电气设备的异常情况。如：根据短路电流较正常电流升高的特点，可构成过电流保护；利用电压与电流之间相位差的改变可构成方向保护等。

继电保护的任务是：

1）.当电力系统中某电气元件发生故障时，能自动、迅速，有选择地将故障元件从电力系统中切除，避免故障元件继续遭到破坏，使非故障元件迅速恢复正常运行。

3

港沙#2线港沙#1线护的条件发出信号或跳闸。

3460234601#2主变#1主变10kv二段主母204 20312011200123 122 121119120118 117116 115114 113112 111110 109108 10710610110kv一段主母2）.当电力系统中某电气元件出现不正常运行状态时，能及时反应并根据运行维

图1-1 白沙电气图

#2主二次母联#14#13线线#1一电段容PT#12智器线能接地218217 216219 2 15 214 213 212 211210 209208207206205202#1主二次#1所用#14#15#1#2天天变沙#10#11#12#13海线线线线线线线线玉新线线线#2所用#3智变线能接地二#2段电P容T器#4沙沙沙沙#9#8#7#6#5勃线线线线线线西龙天线线线线

_x0001_ [选取日期]

FIG. 1-1 Baisha electrical diagram

1.5继电保护装置的基本结构

继电保护装置一般由现场信号输入部分、测量部分、逻辑部分和执行部分组成。

1）.现场信号输入部分：现场信号送入继电保护装置一般要进行必要的前置处理，如隔离、电平转换、低通滤波等，使继电器能有效地检测各现场物理量。 2）.测量部分：是测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流，电压，阻抗，功率方向等），并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出逻辑信号，从而判断保护是否该起动。

3）.逻辑部分：是根据测量部分输出量的大小，性质，输出的逻辑状态，出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定逻辑关系工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。

4）.执行部分：是根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如：故障时跳闸，不正常运行时发信号，正常运行时不动作等。

1.6 继电保护的基本要求

根据继电保护任务，对动作于跳闸的继电保护其具有选择性、速动性、灵敏性和可靠性。这些要求是相辅相成、相互制约的，需要根据具体的使用环境进行协调保证。

1）.选择性：是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量减小停电范围。

2）.速动性：是指保护快速切除故障的性能，故障切除的时间包括继电保护动作时间和断路器的跳闸时间。

3）.灵敏性：是指在规定的保护范围内，保护对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。

4）.可靠性：是指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，而在不该动

5

作时，它能可靠不动。即不发生拒绝动作也不发生错误动作。

1.7互感器基础

1.7.1电压互感器

电压互感器是隔离高电压，供继电保护、自动装置和测量仪表获取一次电压信息的传感器。是一种特殊型式的变压器。电压互感器具有如下特点： 1）.容量小（通常只有几十伏安或几百伏安）。 2）.一次电压不受二次电压的影响。

3）.正常运行时近似空载，二次电压基本上等于二次感应电动势。

4）.二次侧严禁短路，二次一般接有熔断器保护。电压互感器是一个内阻极小的电压源，正常运行时负载阻抗很大，相当于开路状态，二次侧仅有很小的负载电流。当二次侧短路时，负载阻抗为零，将产生很大的短路电流，会将电压互感器烧坏。

电压互感器的接线方式常见的有四种方式，如图1.1所示。

ABC1Uabcn

图1.1 三相五柱式电压互感器接线方式

Figure 1.1 three-phase five pillar type voltage transformer connection mode

1）.单相式。用一个单相电压互感器接于电路中，供测量线电压。 2）.两个单相电压互感器接成V/V形，供测量各个线电压和测量电能。

_x0001_ [选取日期]

3）.三个单相电压互感器接成Y0/Y0形，供电给需要线电压的仪表、继电器，并供电给绝缘监察电压表。

4）.三个单相三线圈电压互感器或一个三相五芯柱三线圈电压互感器接成Y0/Y0/△(开口三角形)。接成Y0的二次线圈，供电给需要线电压的仪表、继电器及作为绝缘监察的电压表；辅助二次线圈接成开口三角形，构成零序电压过滤器，供电给监察线路绝缘的电压互感器。当某一相接地时，开口三角形两端将出现近100V的零序电压，使电压继电器动作，给予信号。

1.7.2电流互感器

电流互感器就是把大电流按比例降到可以用仪表直接测量的数值，并作为各种继电保护的信号源。电流互感器具有如下特点：

1）.二次侧接的是仪表和继电器的电流线圈，阻抗很小，接近于短路工作状态。 2）.二次侧阻抗很小，N1/N2也很小，故对一次侧的电流几乎无影响，一次侧电流取决于电网负载。

3）.I1=N1/N2I2，如测得I2，而N1，N2已知，就可得到I1。

4）.电流互感器在正常运行时，二次电流产生的磁通势起去磁作用，励磁电流甚小，铁芯中的总磁通很小，二次绕组的感应电动势不超过几十伏。如果二次侧开路，二次电流的去磁作用消失，其一次电流安全变为励磁电流，引起铁芯内磁通剧增，铁芯处于高度饱和状态，加之二次绕组的匝数很多，根据电磁感应定律E=4.44fNBS，二次绕组两端会产生很高的电压，不但可能损失二次绕组的绝缘，而且将严重危及人身安全。因此，应特别注意防止二次绕组开路。 电流互感器的接线方式常见的有三种方式，如图1.2所示。

UVWK1TA2TAKUVW1TAK2TA

图1.2 电流互感器接线方式

7

（a）两相不完全星形 （b）两相电流差 Figure 1.2 current transformer connection mode Two-phase incomplete star (a) (b) two phase current difference

1）.三相三继电器式接线方式又叫三相星形、安全星形接线方式。这种接线方式广泛用在负荷一般不平衡的三相四线制系统中，作三相电流、电能测量及电流继电器保护之用，如各种相间短路和单相接地短路故障。

2）.两相两继电器式接线方式又叫不完全星形接线方式。此种接法由两只电流互感器和两只电流继电器装在U、W（A、C）两相上对应连接起来。适用于变压器中性点不接地或经过消弧线圈接地的电力系统的线路电流保护。它能满足各种相间短路的要求。

3）.两相一继电器式接法方式又叫两相电流差式接法。此种接法由两只电流互感器分别装在U、W（A、C）两相上，采用一只电流继电器，接于两相电流差回路。对于不同形式的故障，流过继电器的电流不同。适用于三相三线制电力系统中的相间短路保护。

_x0001_ [选取日期]

2.运行方式分析

本次设计—66KV白沙变电站变压器继电保护设计，有三个电源，两台变压器

（SZ11—40000∕66），主接线是单母线分段。

在选择保护方式及对其进行整定运行时,都必须考虑系统运行方式变化带来的影响。所选用的保护方式，应在各种系统运行方式下都能满足选择性和灵敏性的要求。对过量保护来说,通常都是根据系统最大运行方式来确定保护的整定值，以保证选择性，因为只要在最大运行方式下能保证选择性，在其他运行方式也一定能保证选择性；灵敏度符合要求，在其他运行方式下，灵敏度也一定能满足要求。对某些保护，在整定计算时，还要按正常运行方式来决定动作值或计算灵敏度。

1).最大运行方式

根据系统最大负荷的需要,电力系统中的发电设备都投入运行(或大部分投入运行)以及选定的接地中性点全部接地的系统运行方式称为最大运行方式。对继电保护来说,是短路时通过保护的短路电流最大的运行方式。 2).最小运行方式

根据系统最小负荷，投入与之相适应的发电设备且系统中性点只有少部分接地的运行方式称为最小运行方式。对继电保护来说,是短路时通过保护的短路电流最小的运行方式。 3).正常运行方式

根据系统正常负荷的需要，投入与之相适应数量的发电机、变压器和线路的运行方式称为正常运行方式。这种运行方式在一年之内的运行时间最长。对更复杂的系统最大、最小运行方式的判断是比较困难的，有时需要经过多次计算才能确定。对于某些特殊运行方式，运行时间很短，对保证保护的选择性或灵敏性有困难时，且在保护拒动或误动不会引起大面积停电的情况下，可不予考虑。 4).本变电所供电的运行方式

9

系统最大运行方式，66千伏港沙#1、#2线并列运行，66千伏白沙变2台40MVA主变并列运行。本系统的最小运行方式是上级变电站只有一个变压器向本变电站送电。最大运行方式XS.max*0.4739 最小运行方式Xs.min*=0.4820。

3.短路计算

3.1 短路计算的目的、规定

3.1.1 短路计算的目的

短路计算的目的主要有以下几个方面：

1）.为了选择和校验电气设备

如断路器、隔离开关、熔断器、互感器、母线、瓷瓶、电缆、架空线等等。其中包括计算三相短路冲击电流、冲击电流有效值以校验电气设备电动力稳定，计算三相短路电流稳态有效值用以校验电气设备及载流导体的热稳定性，计算三相短路容量以校验断路器的遮断能力等。 2）.为继电保护装置的整定计算。

在考虑正确、合理地装设保护装置，在校验保护装置灵敏度时，不仅要计算短路故障支路内的三相短路电流值，还需知道其它支路短路电流分布情况；不仅要算出最大运行方式下电路可能出现的最大短路电流值，还应计算最小运行方式下可能出现的最小短路电流值；不仅要计算三相短路电流而且也要计算两相短路电流或根据需要计算单相接地电流等。

3）.在选择与设计系统电气之接成时，短路计算可为不同方案进行技术性比较以及确定是否采取短路电流措施等提供依据。

3.1.2 短路计算的规定

1）.验算导体和电器的动、热稳定及电器开断电流所用的短路电流、应按工程的设计手册规划的容量计算、并考虑电力系统5－10年的发展。

2）.接线方式应按可能发生最大短路电流和正常接线方式，而不能按切换中可能出现的运行方式。

_x0001_ [选取日期]

3）.选择导体和电器中的短路电流，在电气连接的电网中，应考虑电容补偿装置的充放电电流的影响。

4）.选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点应选择在正常接线方式时，Id最大的点，对带电抗器的6－10kV出线应计算两点，电抗器前和电抗器后的Id。

短路时，导体和电器的动稳定、热稳定及电器开断电流一般按三相电流验算，若有更严重的按更严重的条件计算。

3.2基准参数的选定

电力系统运行方式分为最大运行方式和最小运行方式，继电保护的最大运

行方式指电网在某个连接情况下通过保护的，而继电保护的最小运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最小，所以，系统的最大运行方式不一定就是保护运行方式。因此，应根据本设计自己的运行特点选择短路点，计算最大运行方式和最小运行方式下的三相短路电流。 1)基准值

基准容量：SB=100MVA 基准电压：UB=66KV 10KV

SB3UBIB

UB3ZBIB

基准电流：IB

IBBS3U

B基准阻抗：ZB

ZUBB3I

B2)额定值、有名值

11

3-1）3-2）3-3）3-4）（ （

（

（

额定值：电气设备在额定运行状态下的数值（铭牌值）。容量、电压、电流、转速等。

有名值：电气设备在非额定运行状态下的数值。 3)标幺值

标幺值=有名值/基准值。下标加*表示。 有名值＝标幺值×基准值

S*I*U* U*I*Z* U*＝66/66=1

I*1Z*；

电流标幺值等于阻抗标幺值的倒数。

电源的电抗（阻抗）标幺值+设备的阻抗标幺值=总阻抗标幺值。

3.3 短路点的选择

为校核开关的开断容量和电气设备在短路情况下的稳定性，必须计算可能通过变电所设备的最大短路电流，计算短路电流所采用的系统接线图应考虑严重的(即造成的短路电流最大的运行方式，对有发展可能的工程还应考虑其发展情况).

为了决定可能通过某一电气设备的最大短路电流，需要在系统接线图上选择对这一设备威胁最严重的短路点。较复杂的网络中选择电气设备的短路计算不一定能一次选择正确，往往需要选择两点或更多的情况分别进行计算，用其中对电气设备危害最大的一点作为计算的依据.

以下是变压器以及各个线路在最大运行方式下、最小运行方式下流过各个保护的短路电流

_x0001_ [选取日期]

3.4 变压器短路计算

3.4.1 变压器阻抗计算

66KV#110.5KV#2白沙变图3-1 主变系统阻抗图

Fig.2-1 The diagram of the main transformer system impedance

变压器电抗标幺值：

XU2K%UNSBT*100S2 NUB式中 XT*：变压器额定电抗标幺值；

UK%：变压器额定阻抗电压（短路电压）百分数； SN：变压器额定容量；

SB：系统基准容量；SB=100MVA。 UB：基准电压；UB=66kV。

U2B662ZBS0.0436K

B100000

（3-5）13

表3-1 #1、#2主变铭牌主要参数

Tablet.2-1 Table of the #1 main transformer nameplate main parameters

安装地点 型 式

白沙变电站

变压器类型

主变压器 40000kVA YNd11 35.6kW

变压器号 相数 额定频率 阻抗电压 Ｚ=0.1800

#1 三相 50HZ 9.3%

SZ11－40000/66 额定容量

66±8×

额定电压 接线组别

1.25%/10.5kV

空载电流 0.24% 空载损耗

阻 抗 标 幺 值 计 算 采 用 值

#1主变电抗标幺值：

XT1*=

9.31000.232

10040#2主变电抗标幺值：

XT2*=0.232

两台主变电抗有名值：XT1XT20.23243.610.137 

3.4.2 变压器短路计算

变压器短路电流估算公式为：

IU3XT 变压器的阻抗（m）。 (3-6)

3.5 线路短路计算

3.5.1 线路阻抗计算

66KV白沙变电所10KV出线使用的电缆型号为YJV22-3*300，导线型号为JKLYJ-240。66KV进线使用的导线型号为LGJ-150。由实用继电保护技术第6页表格查得，线路正序负序电抗平均值x1x20.4KM，零序电抗平均值

x01.2KM。具体参数见表3-2

_x0001_ [选取日期]

表3-2 线路参数表

Table 3-2 line parameter table

线路名称 电缆型号 电缆长度 电缆额定 导线型号 导线长度 导线额定线路最大

载流量(A) 载流量(A) 负荷 (km) (km)

港沙线 LGJ-150 5.349 960 沙天线 沙龙线 沙海线

YJV22-3* 0.86

300

YJV22-3* 1.301 300

YJV22-3* 0.86 300

5 5 5

JKLYJ-240 2.366 JKLYJ-240 1.882 JKLYJ-240 6.009

553 553 553

400 530 530

1）．66KV港沙线

66KVX1港沙线 LGJ-150/5.349KM66KV#1主变10.5KV港湾变白沙变

图3-2 港沙线阻抗图

Figure 3-2 sand port of the line impedance diagram

X1x1L0.45.3492..1396 XL12.1396 X01x0L1.25.3496.4188 XL016.4188

式中 L——线路距离 2 ）.10KV沙天线

KMYJV22-3 300/0.86 10KV沙天线白沙变X2X3JKLYJ-240/2.36KM图3-3 沙天线阻抗图

Figure 3-3 sand antenna impedance diagram

15

X2x1L0.40.860.344 X3x1L0.42.3660.94 XL2X2X31.2904

XL023.8712

3）.10KV沙龙线

YJV22-3 300/1.301KM10KV沙龙线JKLYJ-240/1.882KM白沙变X4X5图3-4 沙龙线阻抗图

Figure 3-4 absalom line impedance diagram

X4x1L0.41.3010.5204

X5x1L0.41.8820.7528 XL3X4X51.2732 XL033.16

4）. 10KV沙海线

YJV22-3 300/0.86KM10KV沙海线JKLYJ-240/6.009KM白沙变X6X7图3-5 沙海线阻抗图

Figure 3-5 sand line impedance diagram

_x0001_ [选取日期]

X5x1L0.40.860.344

X6x1L0.46.0092.4036

XL4X5X62.7476 XL048.2428

3.4.2 线路短路电流计算

1.三相短路

虽然三相短路发生的概率最小，但它对电力系统的影响最严重。 线路三相短路电流计算公式：

IUav3X

L式中 Uav——短路点所在级的网路平均电压；

X——短路电路总阻抗。

变压器短路电流估算公式为：

IU3X

T变压器的阻抗（m）。 1）66kV港沙线： 最大运行方式：

I（3）U661.max（3XL1XS3（2.13960.4739）14.5808KA.max*）

最小运行方式：

I（3）U661.min（3XL1XS3（2.13960.4820）14.5355KA.min*）2) 10kV沙天线: 最大运行方式：

（3-6）（3-7）17

U10I(3)2。max3(XL2XS.max*)3(1.29040.4739)3.2733KA

最小运行方式：

I(3)102。minU3(XL2XS.min*)3(1.29040.4820)3.2583KA

3)10kV沙龙线: 最大运行方式:

I(3)3.maxU（3X10L3XS.max*)3(1.27320.4739)3.3112KA

最小运行方式：

I(3)U3.min（3X10L3XS.min*)3(1.27320.4820)3.24KA

4）10kV沙海线: 最大运行方式：

I(3)4.maxU3(X10L4XS。max*)3(2.74760.4739)1.72KA

最小运行方式：

I(3)U4.min3(X10L4XS。min*)3(2.74760.4820)1.7879KA

5）变压器： 最大运行方式：

I(3)T.maxU3(X66TXS.max*)3(10.1370.4793)3.5908

最小运行方式：

I(3)T.minU3(XTX5885

S.min*)663(10.1370.4820)3.2.两相短路

两相短路电流计算公式：

I(2)UX

1X23-8）（

_x0001_ [选取日期]

1)66kV港沙线： 最大运行方式：

U66I(2)1.max2(XX12.6007KA

L1S。max*)2(2.13960.4739)最小运行方式：

I(2)U1.min2(XL1X6612.5877KAS。min*)2(2.13960.4820)2）10kV沙天线: 最大运行方式：

I(2)U2.max2(XX102.8253KA

L2S.max*)2(1.29040.4793）最小运行方式：

I(2)U2.min2(XL2X102.8210KA

S.min*)2(1.29040.4820) 3）10kV沙龙线: 最大运行方式

I(2)3.maxU2X102.8530KA

L3XS.max*2(1.27320.4793)最小运行方式

I(2)U3.min2XX102.8486KA

L3S.min*2(1.27320.4820)4）10kV沙海线: 最大运行方式：

I(2)4.maxU2(X101.94KA

L4XS.max)2(2.74760.4793)最小运行方式：

I(2)4.minU102(X1.81KA

L4XS.min)2(2.74760.4820)6)变压器：

19

(2)ITU663.25KA 2XT210.137表3-3 各线路短路电流列表

Table 3-3 the short circuit current list

线路名称 短路电流计算结果/KA （总电流） 三相短路 两相短路 最小运行方式 12.5877 2.8210 2.8486 1.81 12.6007 2.8253 2.8530 1.94 最大运行方式 最小运行方式 最大运行方式 港沙线 沙天线 沙龙线 沙海线 14.5808 3.2733 3.3112 1.72 14.5355 3.2583 3.24 1.7879

_x0001_ [选取日期]

4保护装置配置说明及保护原理

4.1电力变压器保护配置方案

电力变压器在电力系统中的地位非常重要，它的故障对供电可靠性和系统的正常运行带来严重后果。由于绝大部分安装在户外，受自然条件的影响较大，同时受到连接负荷的影响和电力系统短路故障的威胁，变压器在运行中有可能出现各种类型的故障和不正常运行状态。因此，必须根据变压器容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。

变压器的故障分为内部故障和外部故障。内部故障指的是变压器油箱内绕组之间发生相间短路、一相绕组中发生的匝间短路、绕组与铁芯或引线与外壳发生的单相接地短路。油箱内部故障包括相间短路、绕组的匝间短路和单相接地短路。油箱内部故障对变压器来说是非常危险的，高温电弧不仅会烧毁绕组和铁心，而且会使变压器油绝缘受热分解产生大量气体，引起变压器油箱爆炸的严重后果。外部故障指的是油箱外部引出线之间发生的各种相间短路，引出线因绝缘套管闪络或破碎通过油箱外壳发生的单相接地短路。变压器油箱外部故障包括引出线及套管处会产生各种相间短路和接地故障。因此，变压器发生故障时，必须将其从电力系统中切除 。

变压器不正常运行状态主要指过负荷、油箱漏油造成的油面降低以及外部短路引起的过电流。

对于上述故障和不正常工作状态，为了保证电力系统安全稳定运行，并将故障或不正常运行状态的影响到最小范围，按照DL400-91《继电保护和安全

自动装置技术规程》的规定，我为变压器配置了以下保护:

4.1.1气体保护（瓦斯保护）

在油浸式变压器油箱内发生故障时，短路点电弧使变压器油及其他绝缘材料分解，产生气体（含瓦斯成分），从油箱向油枕流动。

反应这种气体与油流动而动作的保护称为瓦斯保护。瓦斯保护的测量继电器

21

为气体继电器。气体继电器安装在变压器的油箱和油枕的通道上，为了便于气体排放，安装时需要一定的倾斜度：变压器顶盖与水平面间应有1%-1.5%的坡度；连接管道应有2%-4%的坡度；

瓦斯保护动作后，观察、分析从继电器上部排气口收集的气体，可判断故障的性质。瓦斯保护能反应油箱内各种故障，且动作迅速，灵敏度高特别对于变压器绕组的匝间短路（当短路匝数很少时），灵敏度好于其他保护，所以说瓦斯保护仍然是目前大、中、小型变压器必不可少的油箱内故障最有效的主保护。但瓦斯保护不能反应油箱外的引出线和套管上的任何故障。因此不能单独作为变压器的主保护，尚须于纵差动保护或电流速断保护配合使用。哪些原因可以引起变压器轻瓦斯保护动作：

1）.因滤油，加油或冷却系统不严密以致空气进入变压器； 2）.因温度下降或漏油致使油面缓慢下降; 3）.因变压器故障产生少量气体； 4）.由于发生穿越性短路故障而引起。

现代大型变压器的特点是电压高、容量大，并且有先进的冷却方式和有载调压等。这些特点给瓦斯保护的运行、操作及管理都带来了一些新的要求。为了防止误动，重瓦斯保护一般在下列情况下应由跳闸改为信号：

1）变压器虽停电或处于备用。但其重瓦斯保护动作后，仍可能使运行中的设备跳闸时。如由单相变压器组成的三相变压器，当运行项转为备用时；工作厂用变压器重瓦斯保护跳发电机一变压器组，该厂用变压器停电时；发电机变压器组停电后，重瓦斯保护动作可能使66%断路器接线“串”上运行断路器而误动作；

2）变压器在运行中加油、滤油或换硅胶时，或潜油泵、冷油器（散热器）放油检修后投入时；

3）需要打开呼吸系统的放气门或放油塞子，或清理吸湿器时； 4）有载调压开关油路上有工作时。

本设计的变压器容量为2×40MVA.因此在变压器上装设了瓦斯保护.

4.1.2纵差保护或电流速断保护

为反应变压器绕组和引出线的相间短路，以及中性点直接接地电网侧绕组和引出线的接地短路及绕组匝间短路，应装设纵差保护或电流速断保护。对于

_x0001_ [选取日期]

6.3MVA及以上并列运行变压器和10MVA及以上单独运行变压器、2MVA及以上厂用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，以及6.3MVA及以上的厂用变压器，应装设纵差保护。本设计的变压器应装设纵差保护。

4.1.3过电流保护

对由外部相间短路引起的变压器过电流，应按下列规定，装设相应的保护作为后备保护，保护动作后，应带时限动作于跳闸。本设计装设低电压过电流保护。

4.1.4 过负荷保护

0.4MVA及以上变压器，当数台并列运行或单独运行，并作为其它负荷的电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。过负荷保护采用单相式，带时限动作于信号。在双绕组降压变压器上，过负荷保护装于高压侧.

综合上面所叙述的各种继电保护的配置的方案说明，我为变压器配置了如下主保护和后备保护：

变压器的主保护

1）.瓦斯保护

2）.变压器的差动保护 变压器的后备保护:

1）.变压器的过负荷保护 2）.过电流保护

4.2线路的保护配置方案

电力系统是由发电机、变压器、输电线路以及负荷所组成的总体.因此，输电线路的保护也至关重要的. 中性点不接地电网故障的现象.

1)发生接地后，全系统出现零序电压和零序电流。

2)非故障线路保护安装处，流过本线路的零序电容电流.容性无功功率是由母线指向非故障线路。

3)故障线路保护安装处，流过的是所有非故障元件的零序电容电流之和.而容

23

性无功功率是由故障线路指向母线，即其功率方向与非故障线路方向相反。 根据以上线路故障是出现的现象

单侧电流单回路，可装设三段式电流保护，在复杂电网中，就必须采用性能更加完善的距离保护。;

根据以上规程的要求，我为66KV港沙线配置了三段式电流保护和距离保护，为10KV出线线路配置了三段式电流保护保护 线路配置方案:

1）. 一,二段距离保护; 2）. 一,三段电流保护

4.3线路保护原理

4.3.1三段式电流保护

无限时电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电流保护，它们各有优缺点，为了保证迅速可靠地切除故障，常常将无限时、限时电流速断及定时限过电流保护组合在一起，构成一整套保护，使之相互补充和配合，成为三段式电流保护，并通常将无限时电流速断保护称为Ⅰ段，限时电流速断保护称为Ⅱ段，定时限过电流保护称为Ⅲ段。Ⅰ段和Ⅱ段保护共同组成线路的主保护，Ⅲ段保护作本线路Ⅰ段、Ⅱ段保护的近后备，也作为下一线路保护的远后备。 以下图作为三段式电流保护工作原理分析。

信号+QFTQ-+1KAII2KA.1TA...3TAII3KA+II4KAII+ttII5KT6KTII7KTIItt-2KTQF++KCO1KSXB12KSXB23KSXB3+-_x0001_ [选取日期]

图4—1 三段式电流保护接线图

Figure 4-1 three-step current protection wiring diagram

保护采用不完全星形接线，它的第Ⅰ段保护由电流继电器1KA、2KA、信号继电器1KS组成；第Ⅱ段保护由电流继电器3KA、4KA、时间继电器KT1几信号继电器2KS组成；第Ⅲ段由电流继电器5KA、6KA、7KA、时间继电器2KT及信号继电器3KS组成。为了在Y，d接线变压器后两相短路时，提高Ⅲ段保护的灵敏性，采用了7KA电流继电器。为了便于分析故障，各段均有信号继电器，任一段保护动作都作用同一出口继电器KCO跳三相。保护中各段是工作的，可以通过压板投用或停用其中的某段。

在线路首端附近发生故障，由第Ⅰ段切除，线路末端附近发生短路故障，由第Ⅱ段切除，第Ⅲ段只起后备作用。因此输电线路任何处发生的短路故障，一般可在0.5s时限内优选则性的被切除。

三段式电流保护不一定三段都全部投入，这由整定和校验的结果来决定。当系统运行方式变化很大，无限时电流速断实际保护范围太短或无保护范围时，可不投入；在线路变压器组中，无时限电流速断已能保护线路全长，则Ⅱ段也可以不投入；处在电网末端的输电线路，可能出现限时电流速断与过电流保护的动作时限相等的情况，此时，Ⅱ段可不必投入。

4.3.2无限时电流速断保护

电流速断保护根据对继电保护速动性的要求，在简单、可靠和保证选择性的前提下，原则上力求装设快速动作的保护。无限时电流速断保护（又称I段电流保护）就是这样的保护，它是反应电流升高而不带时限的一种电流保护。其工作原理可用图4—2所示单侧电源线路的无时限电流保护为例来说明。

图4—2中曲线表示系统在最大运行方式下三相短路时，流过保护的最大三相短路电流

IK(3)随L的变化曲线。曲线2表示系统在最小运行方式下两相短路时，

(2)流过保护的最小两相短路电流IK随L的变化曲线。

无限时电流速断保护的选择性是靠动作电流来保证的，灵敏性是用其最小保护范围来衡量的，最小保护范围不应小于线路全厂的15%—20%。无限时电流速断保

25

护是有电流继电器KA，中间继电器KM和信号继电器KS组成。

正常运行时，负荷电流流过线路，反应到电流继电器中的电流小于KA的动作电流，KA不动作，起动合触点是断开的，KM动合触点也是断开的，信号继电器线圈和跳闸线圈TQ中无电流，断路器主触头闭合处正常送电状态。当线路短路时，短路电流超过保护动作电流，KA动合触点闭合起动中间继电器，中间继电器动合触点闭合将正电源接入KS线圈，并通过断路器的动合辅助触点QF1，接到跳闸线圈TQ构成通路，断路起跳闸后切除故障线路。

MIIkNIkI123IoperLminmaxIkmaxIk0

图4—2 无限时电流保护作用原理图

Figure 4-2 infinite current protection principle diagram

整定原则：了保证选择性，电流速断保护的动作电流应躲过下一线路首端（或本线路末端）短路故障时流过本保护的动作电流，则有：

(3) IoperKrelIK.max （4-1）

(3)IK.min——最大运行方式下，被保护线路末端发生三相短路时，流过保护装置的最大短路电

流；

Krel——可靠系数，它是考虑短路电流误差、继电器动作电流误差、短路电流中

非周期分量的影响和必要的裕度而引入的大于1 的系数，一般取1.2～1.3

4.3.3限时电流速断保护

由于无时限电流速断保护一般不能保护线路全长，无法切除本线路无实现电流速断保护范围以外的短路故障，为此增设了第二套电流速断保护必须带时限，一边和线路I段电流速断保

_x0001_ [选取日期]

护相配合，通常所带的时限只比瞬时电流速断保护大一个或两个时限级差，所以称它

为限时电流速断保护。此情况下，它的保护范围不超越相邻I段或Ⅱ段电流保护的范围。

由于要求限时电流速断保护必须保护线路全场，这样它保护范围必然延伸到下一条线路。当下一条线路出口处发生短路故障时，它就会起动，若不采取措施，就会失去选择性。为此必须使保护带有一定时限，此时限的大小与其延伸的范围有关。为尽量缩短这一时限，通常使保护范围不超出相邻线路无时限电流速断保护的保护区，其动作时限则比相邻线路无时限电流速断保护高出一个时间级差。

MIkI1NI2mnPⅠIoper1IⅡoper10IⅢoper2 图4—3 限时电流速断保护工作原理图

Figure 4-3 limit velocity fault protection principle diagram

整定原则：保护1的限时电流要与保护2的定时限电流相配合，保护1的限时电流速断不应超出保护2的无时限电流速断保护范围

Ioper.1KrelIoper.2 (4-2) 敏度校验 KsenIK.min1.31.5 IoperIK.min——在最小运行方式下被保护末端放生金属性短路故障时流经保护的电

流。

27

4.3.4定时限过电流保护

限时电流速断保护虽能保护线路全长，但不能作为下一线路保护的后备。而定时限过电流保护不仅能保护线路全长，还能保护相邻线路的全长，可以起到后备保护的作用。这是因为过电流保护不是按躲过某一短路电流，而是按躲过最大负荷电流来整定的，故它的动作电流值较低，灵敏度较高，保护范围大。同限时电流速断保护一样，定时限过电流保护也是适当选取动作电流和动作时限来获得选择性的。

定时限过电流保护动作电流的整定原则，定时限过电流保护动作电流的整定要考虑以下两个条件：

1）为确保过电流保护在正常运行情况下不动作，保护装置的动作电流应整定得大于该线路上可能出现的最大负荷电流，即Ioper>I1max

2）在外部短路故障切除后，已动作的电流继电器能可靠返回。

IoperI1.max——最大负荷电流；

KrelKSSI1.max (4-3) KresKrel——可靠系数，一般取1.15～1.25 Kres——电流继电器的返回系数，一般取0.85 Kss——自起动系数，其

4.3.5电网的距离保护

电流、电压保护的主要优点是简单、经济及工作可靠，但是由于这种保护装置的定值选择、保护范围及灵敏系数系数等方面都直接受电网接线方式及系统运行方式的影响，所以，在35KV以上电压的复杂电网中，常常不能满足选择性、灵敏性及快速切除故障的要求。为此，在结构复杂的高压电网中就必须采用性能更加完善的保护装置，距离保护就是其中之一。 一、距离保护的原理

_x0001_ [选取日期]

距离保护是通过测量被保护线路始端电压和线路电流的比值而动作的一种保护，这个比值被称为测量阻抗Zm，用来完成这一测量任务的的元件称为阻抗继电器KI。在线路正常运行时的测量阻抗称为负荷阻抗，其值较大；当系统发生短路时，测量阻抗等于保护安装处到短路点之间的线路阻抗，其值较小，而且故障点越靠近保护安装处，其值越小。当测量阻抗小于预先规定的整定阻抗Zset时，保护动作。因为在短路时的测量阻抗反应了短路点到保护安装点之间距离的长短，所以称这种原理的保护为距离保护，有时也称之为阻抗保护。 二、距离保护的时限特性

距离保护的动作时间与保护安装点至短路点之间距离的关系t=ƒ（l），称为距离保护的时限特性。为了满足速动性、选择性和灵敏性的要求，目前广泛采用具有三段动作范围的阶梯型时限特性，如图4-4所示，并分别称为距离保护的I、II、III段，基本上与第三章的三段式电流保护相似。

图4－4 距离保护的时限特性

Figure 4-4 curve of distance protection

三、距离保护的主要组成元件

三段式距离保护装置一般由以下元件组成，其逻辑关系如图4-4所示。

29

启动启动IZZI＆ IIZZIIIIttII出口出口跳闸>=1>=1IIIZZIIIIIIttIII

4－5 距离保护装置逻辑框图 4-5 distance protection logic diagram

1）．起动元件

起动元件的主要作用是在发生故障的瞬间起动整套保护，并和阻抗测量元件（ZI、ZII、ZIII）组成与门，起动出口回路动作于跳闸，以提高保护装置动作的可靠性。起动元件可由过电流继电器、低阻抗继电器或反应于负序和零序电流的继电器构成。

2）．阻抗测量元件（ZI、ZII、ZIII）

阻抗测量元件的作用是测量短路点到保护安装点之间的阻抗（亦即距离），它是距离保护中的核心元件，一般由阻抗继电器来担任。通常ZI和ZII采用带有方向性的方向阻抗继电器，ZIII采用偏移特性的阻抗继电器。 3）．时间元件

时间元件用以建立保护动作所必需的延时，根据测量元件的动作结果以相应的不同时间去发出跳闸脉冲，以保证保护动作的选择性。时间元件一般由时间继电器担任。 4）．出口执行元件

保护装置在动作后由出口执行元件去跳闸并且发出保护动作信号。 由图4-5所示逻辑框图可知保护装置的动作情况如下：正常运行时，起动元

_x0001_ [选取日期]

件不动作，保护装置处于被闭锁状态；当正方向发生生短路故障时，起动元件动作，如果故障位于距离I段范围内，则ZI动作，并与起动元件一起经与门瞬时作用于出口跳闸回路；如果故障位于距离II段范围内，则ZI不动而ZII动作，随即起动II段的时间元件tII，待tII延时到达后，通过与门起动出口回路动作于跳闸；如果故障位于距离III段范围内，则ZIII动作后起动tIII，在tIII的延时之内，若故障未被其它的保护动作切除，则在tIII延时到达后，仍然通过与门和出口回路动作于跳闸，起到后备保护的作用。

4.4变压器保护原理

4.4.1变压器瓦斯保护

瓦斯保护主要是有瓦斯继电器构成，它安装在油箱与油枕之间的管道上，如QJ1－80型复合式气体继电器。这类继电器有较好的防震功能。它是由挡板和开口杯复合而成的，上下方各有一个带干弹簧的开口杯。正常运行时，继电器开口杯内充满了油，开口杯及附件在油内的重力力矩小于平衡锤产生的力矩，以上开口杯向上倾斜，干弹簧点断开。当变压器内发生轻微故障时，产生少量气体在继电器上方，使气体继电器中油面下降，上开口杯露出油面。这时开口杯及附件在空气中的重力加上杯中油的重量产生的力矩大于油中平衡锤所产生的力矩。所以开口杯沿顺时针方向转动，带动永久磁铁靠近干弹点，干触点闭合，发出轻气体保护动作信号。当发生严重故障时，产生大量的气体形成从变压器冲向油枕的强烈气流，带油的气体直接冲击挡板，使挡板偏转，干弹簧触点闭合，重气体保护动作发出跳闸脉冲。当轻微漏油时，油面高度下降，上开口杯转动，轻气体保护动作也发出信号。

由于QJ1—80型气体继电器防震性能好，且调整方便，所以广泛应用于大型变压器和强迫油循环变压器的瓦斯保护中。

31

至延时信号KCO信号KSXBRKGRb由变压器其他保护来

图4－6气体保护原理接线图

Figure 4-6 gas protection principle diagram

瓦斯保护的原理接线：

瓦斯保护原理接线如图4—6所示。1是瓦斯继电器；2是信号继电器；3是出口继电器；4是连片。当变压器内部发生轻微故障时，有轻瓦斯产生，瓦斯继电器的上触点闭合，作用于延时信号；发生严重故障时，重瓦斯冲出，瓦斯继电器的下触点闭合，经信号继电器，发出报警信号，同时通过连片使出口继电器动作使断路器跳闸，瓦斯继电器的下触点闭合，也可以利用切换片切换位置，只给出报警信号。

为了消除复合式瓦斯继电器的下触点在发生重瓦斯时可能有跳动|（接触不稳定）现象，出口继电器有自保持触点，只要瓦斯继电器的下触点一闭合，KCO就动作并自保持。当断路器跳闸后，断路器的辅助触点断开自保持回路，使KCO恢复起始位置。

_x0001_ [选取日期]

4.4.2比率制动保护

UR4R3*U4VR40.30.4R5*0.50.6Rw1LUR2**C2C3U1C1R1U2R2R6UR1*2.5C4KP1R7.R8R9*UR3Rt0*4KPU3Rw2C3KCKC

图 4—7 LCD—15型差动继电器构成的变压器纵差动保护图

Figure 4-7-15 LCD type differential relay of transformer longitudinal differential

protection

图4—7示出由LCD—15型差动继电器构成变压器差动保护原理接线图。它由比率制动部分、差动部分、二次谐波制动部分、差动电流速断部分和极化继电器所组成。若将执行元件(极化继电器)换成零指示器，它就成为一晶体管型继电器。

比率制动部分是用于防止外部短路时，由于不平衡电流影响而造成误动作。二次谐波制动部分的作用，是防止变压器空载投入时出现励磁涌流而造成保护误动作。当变压器内部发生严重故障时，短路电流很大，使电流互感器严重饱和，其二次电流中可能出现很大的各次谐波分量。为防止差动继电器拒动和加快切除故障，继电器中设有差动电流速断部分。

4.4.3过负荷保护

变压器过负荷电流大多数情况下三相是对称的，因此只装设对称过负荷保

33

护。即只用一个电流继电器接于任一相电流之中，动作时经延时作用于信号。 过负荷保护应能反应变压器各绕组的过负荷情况。对双绕组升压变压器应装在发电机电压侧；对双绕组降压变压器应设在高压侧； 过负荷保护的动作电流应躲过变压器额定电流，即 IoperKrelIN (4-4) Kres式中 Krel--可靠系数，取1．05： Kres--返回系数，取0．85； IN--保护安装侧变压器额定电流。

过负荷保护的动作时限，应比过电流保护的最大时限增加一个时限阶差△t。以防止过负荷保护在外部短路故障及短时过负荷时误发信号。

4.4.4过电流保护

为了防止外部短路引起的过电流，并作为变压器相间短路的后备保护，一般在变压器上都应装设过电流保护。保护装置安装在变压器的电源侧，当发生内部故障时，若主保护拒动，应由过电流保护经延时动作于断开变压器各侧的断路器。根据变压器容量和对保护灵敏度的要求，实现后备保护的方式有：过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护和负序过电流保护等。本变电所选择过电流保护作为后备保护

_x0001_ [选取日期]

5.继电保护整定计算

5.1 变压器保护的整定计算

5.1.1主保护整定计算

1）.基础数据

66KV侧额定电流=

40000360000310349.91A

10KV侧额定电流=2309.46A

表5-1 设备接线表

Tablet.5-1 Table of Equipment wiring table

各侧数值

序号 1 2 3 4 5

数值名称

66kV侧

变压器一次侧额定电流 变压器接线方式 电流互感器接线方式 电流互感器变比 ＣＴ二次回路额定电流

349.91A 星型接线 角型接线 800/5=160 2.1869A

10kV侧 2309.46A 角型接线 星型接线 3150/5=630 3.6658A

以66KV侧为基本侧。 2）.差动电流速断保护：

按躲过变压器空投时的励磁涌流计算：

IOPKrelIN.T

（5-1）

式中 Krel——可靠系数，取Krel= 1.2~1.4；

IN.T——变压器基本侧额定电流。

35

IOP1.3349.910.48KA

3).比率差动保护:

按躲过正常的差动不平衡电流计算：

IOPKrelIL.unb

（5-2）

式中 IL.unb——最大负荷时的不平衡电流，由实测确定，一般取IOP=（0.2~0.3）

IN.T。初次投入时应取0.3。

则

IOP=0.3IN.T=0.1049KA

灵敏度校验

按最小运行方式下保护范围内两相金属性短路时最小的短路电流进行校验，即：

KsenIK.minI2 OPK.25sen30.487.15782

满足条件。

5.1.2 后备保护的整定计算

1）.主一次过流保护

使用不经复压和方向闭锁的高后备Ⅴ段保护，1.2S跳主变两侧开关，同时闭锁主变及分段备投装置。

按躲变压器最大负荷电流整定:

IrelIeOPKK re式中 Ie——变压器的额定电流；

Kre——返回系数。Kre=0.85～0.95。

IOP1.2349.91466.

0.9A5-3）

5-4）

（（_x0001_ [选取日期]

灵敏系数：

KsenIK.min1.2 （5-5）

IOP式中 IK.min——后备保护区末端两相短路故障时保护安装处测量到的最小短路电流。

KI(2)Tsen=I3.256.98581.2 OP0.466满足要求。 2).主二次过流保护

使用不经复压和方向闭锁的低后备Ⅴ段保护，0.9S跳主变低压侧开关，同时闭锁主变及分段备自投装置。

按变压器额定电流整定:

IKrelIeOPK fI1.22309.46OP0.952917.2A

灵敏系数：

K3.25sen2.9171.2091.2 满足要求。 3).过负荷 主一次：

IOPKrelIeK fI1.05349.91OP0.95386.74A

灵敏系数：

K3.25sen0.3868.43361.2

375-6）

（

满足要求。 主二次：

IOP灵敏系数：

1.052309.462552.56A

0.953.251.27561.2 2.552Ksen满足要求。

5.2线路整定计算

本设计中我为66KV进线配置了三段式电流保护和三段式距离保护，为10KV出线配置了一,三段式电流保护

5.2.1沙天线三段式电流保护

1）.无时限电流速断： 动作电流

I(3)oper.1KrelIKN.max1.253.27334.0916KA (5-7) I(3)KN.max——最大运行方式下，线路末端N发生金属性三相短路时，流过保护装置的最大短

路电流；

Krel——可靠系数，一般取1.2~1.3。

速断保护区计算：

I3Eop2Z

s.maxzi式中 Zs.max——系统最小运行方式下，保护背侧电源等值阻抗；

Zi——两相短路时保护安装处到保护区末端阻抗；

E——系统等值相电势。

32100001.29040.4820Z4091 i(5-8)

_x0001_ [选取日期]

可求出Zi=0.3444

0.34440.8611KM 0.40.8611Li%26.6%20%

3.226则Li保护I段，要求无限时动作，保护区不小于线路全长的20%。满足条件。 2）.定时限过电流保护

由表3- 可知本线路最大负荷I1.max=400A 保护1的过电流保护动作电流：

Ioper.1KreiKss1.21.2I1.max400677.A (5-9) Kres0.85KSS---自起动系数，其值大于1，根据网络具体情况和负荷性质确定取1.2 Krel---可靠系数，一般取1.15～1.25 Kres---电流继电器返回系数，一般取0.85

动作时限：t11.5S

作本线路近后备保护Ksen()IK2821.min4.161.5满足要求 Ioper.1677.IK.min--- 最小运行方式下被保护线路末端发生两舷短路时流经保护的电流

5.2.2 沙龙线三段式电流保护

1）.无时限电流速断：

动作电流

(3)IoperKI.1relKN.max1.253.31124.139KA

速断保护区计算：

3100004139 21.27310.4820Zi

39

可求出Zi=0.3371

0.33710.8429KM 0.40.8429Li%26.4%20%

3.183则Li保护I段，要求无限时动作，保护区不小于线路全长的20%。满足条件。 2）.定时限过电流保护

由表3- 可知本线路最大负荷I1.max=530A 保护1的过电流保护动作电流：

Ioper.1KreiKss1.21.2I1.max5307.88A Kres0.85 动作时限：t11.5S

作本线路近后备保护Ksen

IK min2848.63.17 1.5满足要求 Ioper.17.885.2.3 沙海线三段式电流保护

1）.无时限电流速断：

动作电流

(3)Ioper.1KrelIKN.max1.251.722.236KA

速断保护区计算：

3100002236 22.74760.4820Zi可求出Zi=0.2838

0.28380.7084KM 0.40.7084Li%21.4%20%

3.183则Li保护I段，要求无限时动作，保护区不小于线路全长的20%。满足条件。 2）.定时限过电流保护

_x0001_ [选取日期]

由表3- 可知本线路最大负荷I1.max=530A 保护1的过电流保护动作电流：

IreiKssoperKI1.21.2.1K1.max855307.88A res0. 动作时限：t11.5S

作本线路近后备保护KK minI18.1senI1.72oper.17.881.5满足要求5.2.4 66kV南唐线保护整定计算

电流保护

1）.电流速断保护整定计算： 按躲过线末故障整定：

IIOP.11.214.580817.496KA

速断保护区计算：

32660002.13960.4820Z17496 i可求出Zi=0.5979

则L0.5979i0.41.494KM L1.494i%5.34927.9%20%

满足要求

2).定时限过流保护整定计算

由表3- 可知本线路最大负荷I1.max=960A 保护1的过电流保护动作电流：

Iss1.21.2oper.1KreiKKI1.max.859601626.35A res0 动作时限：t11.5S

41

I12587.7作本线路近后备保护KK minsenI7.731.5满足要求 oper.11626.35距离保护

1）.距离I段

按躲过本线路末端故障整定：

ZIOP.1KrelZL

式中 ZIOP.1——距离I段动作阻抗；

Krel——可靠系数，取Krel =0.8~0.85；

ZL——线路正序阻抗。

ZIOP.10.852.13961.81

2）.距离II段

躲变压器其他侧母线：

ZIIK'OP.1KrelZLrel.TKbZT

式中 Krel——可靠系数，取Krel =0.8~0.85；

Krel.T——可靠系数，取Krel.T0.7； Kb——分支系数；

Z'T——终端变压器并联等值正序阻抗。

ZIIOP.10.852.13960.610.1377.9008

灵敏度计算：

KZIIOP.1senZ L式中 ZIIOP.1——距离保护II段整定阻抗；

ZL——本线路的正序阻抗；

Ksen——被保护线路末端故障保护的灵敏度。

K7.9008sen2.13963.691.5

(5-10)

(5-11)

(5-12)

_x0001_ [选取日期]

满足条件。

43

6.继电保护装置选型

6.1变压器保护装置

选用许继电气WBH-815B系列变压器保护装置（间隔层设备） 产品概述:

WBH-815B系列保护装置为微机实现的数字式超高压变压器保护装置，用于110kV及以下电压等级变压器的主保护及后备保护。满足“直采、直跳”接口要求，也支持SV过程层网络接收及GOOSE网络跳闸模式。模拟量采用FT3格式或IEC 61850-9-2点对点接入，开关量采用GOOSE接入。装置遵循Q/GDW 161—2007标准，功能配置接口以及保护定值（报告格式）均按照此标准进行设计。 产品优势:

1). 独特的空投主变过程中故障识别专利技术，采用按相综合开放判据，在空投故障变压器时差动保护可快速动作；

2）. 配置不受负荷电流影响的增量差动保护，灵敏度高，抗CT饱和能力强，能够灵敏反应轻微匝间短路及绕组经高阻接地等故障；

3）. 差动保护动作速度快，严重故障时动作时间小于20ms，区内典型金属性故障动作时间小于30ms；

4）. 可根据变压器调压分接头的档位自动调整差动保护的动作特性，能快速切除区内的各种严重故障，同时也保证轻微故障、复杂故障的灵敏度； 5）. 采用多重滤波算法相结合措施，能够有效避免电子式互感器采集回路不正常工作产生的异常采样数据对保护的影响；

6.1.1 应用范围

WBH-815B 变压器保护装置适用于110kV 电压等级数字化变电站的变压器保护。WBH-815B/R3 装置集成了一台变压器的全部电气量保护，可满足不同接线方式变压器的双主双后配置及非电量类保护完全的配置要求。此外，还配置有测控功能。

_x0001_ [选取日期]

6.1.2 产品特点

基于高性能、高冗余的许继新一代硬件平台，可视化的逻辑开发工具实现保护透明化设计，变动作特性原理使保护性能全面提升，装置定值、菜单、信息等简洁化设计是该保护装置的主要特点。

6.1.3 比率差动保护

比率差动保护能反映变压器内部相间短路故障、高（中）压侧单相接地短路及匝间层间短路故障，既要考虑励磁涌流和过励磁运行工况，同时也要考虑TA异常的情况。由于变压器联结组不同和各侧TA 变比的不同，变压器各侧电流幅值相位也不同，差动保护首先要消除这些影响。本保护装置利用数字的方法对变比和相位进行补偿。

差动软压板投入比率差动投入比率差动气动元件动作比率差动元件动作励磁涌流识别＆ ＆ 差动动作TA异常检测图6-1 比率差动保护逻辑图

TA异常动作 Figure 6-1 ratio differential protection logic diagram

45

6.2 线路保护装置

选用许继电气WXH-810B系列线路保护装置（间隔层设备） 产品概述:

WXH-810B系列超高压线路保护装置适用智能变电站110kV 及以下电压等级输电线路，主保护为光纤差动保护或距离，后备保护为距离保护及零序保护，配置自动重合闸。满足“直采、直跳”接口要求，也支持SV过程层网络接收及GOOSE网络跳闸模式。模拟量采用FT3格式或IEC 61850-9-2点对点接入，开关量采用GOOSE接入。装置遵循Q/GDW 161—2007标准，功能配置接口以及保护定值均按照此标准进行设计。 产品优势:

1）. 动作速度快，线路近端故障动作时间小于10ms，主保护全线内典型金属性故障小于20ms；

2）. 差动保护、距离保护采用多种特性继电器同时投入，在保证保护速动性基础上大大提高保护灵敏度；

3）. 纵联光纤通道通道传输采样值修补功能，利用插值算法修复通道偶尔丢帧或误码引起的坏采样点，提高保护抗通道误码的能力；

4）. 基于输电线路分布参数的双端故障精确测距，在高阻故障下测距误差＜5%。

5）. 纵联光纤通道采用分段CRC校验技术，能够检测出所有形式的误码，消除了纵联光纤通道的误码对造成的保护误动作；

6.2.1元件介绍

1）．启动元件

在保护装置中，启动元件主要用于系统故障检测、开放故障处理逻辑及开放出口继电器的正电源功能，启动元件动作后，在满足复归条件后返回。保护启动元件包含相电流突变量启动、零序电流启动、静稳破坏启动、差流启动等启动 元件，任一启动元件动作后开放故障处理逻辑。 2）．相间电流突变量启动元件

_x0001_ [选取日期]

通过实时检测各相电流采样的瞬时值的变化情况，来判断被保护线路是否发生故障；该元件在大多数故障的情况下均能灵敏启动，为保护的主要启动元件。 3）. 选相元件

本装置的选相元件包括单端量选相及基于双端的差流选相，在光纤通道良好两端数据正确下，选相元件将优先选用基于双端的差流选相；在无正确的两侧数据情况下采用单端量选相，单端量选相元件分为快速选相元件及延时选相元件，快速选相元件采用故障分量选相元件，延时选相元件采用稳态量选相元件。 4）. 电流差动元件

本装置差动元件针对线路保护区内各种故障类型配置了采样值差动、分相稳态量差动、分相故障分量差动及零序电流差动。稳态量差动元件设置快速区元件及灵敏区元件，快速区元件采用短窗相量自适应算法实现快速动作，使保护典型金属性故障小于20ms；灵敏区采用全周付氏向量算法作为快速区的补充。故障分量差动不受负荷影响，对于区内高阻故障及振荡中故障性能优越，元件本身采用全周付氏向量算法并略带延时保证其可靠性。对于经高过渡电阻接地故障，采用零序差动继电器具有较高的灵敏度，零序电流差动作为稳态量差动及故障分量的后备延时100ms 动作；零序电流差动主要针对缓慢爬升高阻故障，当任两相电流均大于2 倍额定值时退出零序差动继电器。 5）. 阶段式距离元件

装置设置了三段相间距离、三段接地距离保护及作为变压器远后备的距离Ⅳ段保护；三段式相间距离保护由圆特性阻抗复合躲负荷线构成，接地距离保护由多边形特性阻抗元件构成；距离Ⅳ段由负序阻抗及上抛圆构成。

6.2.2 保护配置

WXH-810B/G 装置包括以光纤电流差动保护为主体的全线速动主保护，由三段相间及接地距离保护、四段零序保护构成全套后备保护，此外，还配置有三相一次重合闸及测控功能。具体配置详见表6-1

47

保护 功能

功能名称 纵联光纤差动 三段相间及接地距离 四段零序电流 二段PT异常后过流 三相一次重合闸 测控功能 同期合闸功能 低周减载功能

WXH-811BG1

√ √ √ √ √ √ √

WXH-813BG

√ √ √ √ √ √ √

表6-1 WXH-810B/G 系列装置的保护配置

Table 6-1 WXH - 810 - b/G series device protection configuration

_x0001_ [选取日期]

7.经济技术分析

继电保护装置为电力系统的安全稳定运行提供可靠的保障.电力系统在发生故障时,如果继电保护装置不能正确的反应,可能会使停电范围扩大,造成更严重的损失,因此,在选择继电保护装置时必须要充分保证继电保护系统的可靠性,同时继电保护的可靠性和经济性有着密切的关联,在选择不同的配置方案是必须要平衡这两个因素的影响。

在本次设计中，通过分析白沙变电站的具体情况，根据DL400-91继电保护和安全自动装置技术规程,对比了多个厂家的继电保护设备,决定使用许继集团WHB-815B作为变压器保护装置,WHB-810B作为线路的保护装置。

许继电气已为750kV及以下电压等级的300多座智能变电站工程提供了设备和技术服务，具备了丰富可靠的运行经验，部分工程代表了当今国际先进技术水平。许继电气针对智能变电站领域关键技术开展了一系列科技项目研究工作，其部分关键技术达到国际先进水平。先进的“三网合一”、集中式保护、整合型智能组件等技术及产品，满足新一代智能变电站建设需求，代表了智能变电站技术发展的方向。可以很好地满足继电保护“四性”（可靠性，选择性，速动性，灵敏性）的要求，并且符合变电站微机继电保护系统的发展方式。

通过网络的查询，许继集团WHB-815B变压器保护装置的市场价位在9000元左右，WHB-810B线路保护装置的加个在8000元左右。综合其价位与性能得出其性价比较高，因此，选用WHB-185B,WHB-180B作为本次设计的微机保护装置。

49

8. 结论

变电站是电力系统实际运用中的重要组成部分，直接影响到整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户之间的环节，起着变换和分配电能的作用，在电力系统中有着非常重要的地位。作为电力系统的重要组成部分，变电站直接影响整个电力系统的安全与经济运行。

在本次设计针对66KV白沙变电站的继电保护系统，以DL400—91继电保护和自动安全装置技术规程为依据，从白沙变电站的实际情况出发，进行了短路计算，整定计算，最终为该变电站制定了一套继电保护的方案。为10KV出线配备了一，三段电流保护，为66KV港沙#1，#2线配备了一，三段电流保护和一，二段距离保护。选用的设备为许继集团生产的WHB—810B系列线路保护装置（间隔层设备），既满足继电保护的四性要求，又可以满足经济型。我为变压器选择了气体保护与差动保护配合作为主保护，过电流保护和过负荷保护作为后备保护，选用许继集团生产的WHB—815B系列变压器保护装置（间隔层设备）作为线路保护的设备。

由于继电保护装置对高压电网的安全、稳定运行有着极其重要的作用。随着电力系统规模不断扩大和等级的不断提高，系统的网络结构和运行方式日趋复杂，对继电保护的要求也越来越高。传统的电磁和电磁感应原理的保护存在动作速度慢、灵敏度低、抗震性差以及可动部分有磨损等固有缺点，微机继电保护已经成为了现如今继电保护的发展趋势。通过本次设计，我对变电站的微机继电保护有了初步的认识。

_x0001_ [选取日期]

致谢

在我毕业设计即将完成之际，我要在此感谢我的设计指导老师汪玉凤教授。感谢她能在百忙之中对我们无微不至的关心和辅导，使我的毕业设计能顺利的完成。在这里我诚挚的向您说一声“老师您辛苦了”。

光阴似箭，四年的大学生活即将结束了，在这里向四年来培养我、教育我的各位老师致以深深的谢意和诚挚的祝福。

本篇论文经过多次的修改，补充，增删，现已成稿。但由于本人水平有限，难免会有错误和遗漏，请各位批阅教师批评和指正。‘

51

参考文献