【正文】 50 年代，我國工程技術人員創(chuàng)造性地吸收、消化、掌握了國外先進的繼電保護設備性能和運行技術，建成了一支具有深厚繼電保護理論造詣和豐富運行經驗的繼電保護技術隊伍，對全國繼電保護技術隊伍的建立和成長起了指導作用。在此期間，從 70 年代中，基于集成運算放大器的集成電路保護已開始研究。 國內目前在電力系統的計算機監(jiān)控、遠程、通信方面發(fā)展很快。電力系統發(fā)生故障后，會引起電流的增加和電壓的降低，以及電流與電壓間相位的變化。當然還可以根據非電氣量的變化來構成某些保護，如反應變壓器油在故障時分解產生的氣體而構成的瓦斯保護。在正常運行的情況下，當線路中電流通過最大負荷電流時，繼電保護不動作，當被保護線路 K點 發(fā)生短路時，線路上的電流突然增大，電流互感器 TA 二次側的電流大于整定值時，繼電器立即動作觸點閉合，接通邏輯電路中時間繼電器 KT 的線路回路，時間繼電器啟動并根據短路故障持續(xù)的時間，做出保護動作的邏輯判斷。各種短路均會產生很大的短路電流，同時使電力系統的電壓水平下降，從而引發(fā)如下嚴重后果。 系統事故的發(fā)生，除了由于自然條件的因素（如遭受雷擊等）以外，一般都是由于設備制造上的缺陷、設計和安裝的錯誤、 檢修質量不高或運行維護不當而引起的。這種保護裝置以前，大多是由單個繼電器或繼電器與其附屬設備的組合構成的，故稱為繼電保護裝置 。 電力系統中各種設備 之間都有電或磁的現象 ,當某一設備發(fā)生故障 ,在很短的時間內就會影響到其他統的其他部分 .因此 ,一旦電力系統出現故障 ,必須盡快將其切除 ,恢復正常運行 ,減少對用電單的影響 。不正常運行狀態(tài)是指電力系統中電氣元件的正常工作遭到破壞，但沒有發(fā)生故障的運行狀態(tài)。繼電保護裝置還應能防患于未然，當系統中出現異常運行狀態(tài)時，向運 行人員發(fā)出信號，以便及時采取對策，恢復系統正常運行。 大理變電所繼電保護設計（論文） 5 對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。 速動性 快速切除故障，可以提高電力系統運行的穩(wěn)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。 從上述理由可知，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。 （ 1）對于反應故障時參數量增加的保護裝置。這種性能稱為可靠性。 （ 2）按保護原理分類有電流保護、電 壓保護、距離保護、差動保護、方向保護、零序保護等。 主保護是指被保護元件內部發(fā)生各種短路故障時。其中遠后備是指主保護或斷路器拒絕動作時，由斷路器失靈保護實現后備。 輔助保護則是指為了補充主保護和后備保護的性能或當主保護和后備保護退出運行而增設的簡單保護。 60kV側的主接線形式為雙母線接線，并通過兩條平行雙回線路與地方電廠（西嶺電廠）相連接。 對過量保護來說，通常都是根據系統最大運行方式來確定保護的整定值，以保證選擇性，因為只要在最大運行方式下能保證選擇性，其他運行方式下也一定能保護其選擇性；靈敏性的校驗則要根據最小運行方式來進行，因為在最小運行方式下，靈 敏度仍然符合要求，那在其他運行方式下，靈敏度也一定能滿足要求。繼電保護中，通過保護的短路電流為最小運行方式。對于某特殊運行方式，運行時間很短，對保證保護的選擇性或靈敏度有困難時，且在保護拒動或誤動不會引起大面積停電的情況，可不予考慮。已知西嶺電廠最大和最小兩種運行方式的阻抗。 運行方式 3：變電所高壓側單母線運行，低壓側單母分段運行且母聯斷路器斷開運行，西嶺電廠以最大方式運行，大西雙回線運 行。 沈陽工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 10 3 繼電保護規(guī)程中對相關保護的配置要求 保護分類 電力系統中的電力設備和線路，應裝設短路故障和異常運行的保護裝置。當確定其配置和構成方案時，應綜合考慮以下幾個方面，并結合具體情況，處理好上述四性的關系： ； ； ； ； ； 。 對導致繼電保護和安全自動裝置不能保證電力系統安全運行的電力網結構形式、廠站主接線形式、變壓器接線方式和運行方式，應限制使用。 為便于運行管理和有利于性能配合，同一電力網或同一廠站內的繼電保護和安全自動裝置的型式，品種不宜過多。設計、運行單位應積極創(chuàng)造條件支持新產品的試用。 遠后備是當主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設備或線路的保護實現后備。 針對本設計的規(guī)程要求 同時性故障的配置方案 制定保護配置方案時，對兩種故障同時出現的稀有情況可僅保證切除故障。 沈陽工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 12 （主要針對 110KV 及以下電壓等級保護） 系統振蕩對保護的要求 電力設備或線路的保護裝置，除預先規(guī)定的以外，都不應因系統振蕩引起誤動作。 （ 3）技術上無特殊要求及無特殊情況 時，保護裝置中的零序電流方向元件應采用自產零序電壓，不應接入電壓互感器的開口三角電壓。 （ 6）繼電器和保護裝置的直流工作電壓，應保證在外部電源為 80%～ 115%額定電壓條件下可靠工作。 大理變電所繼電保護設計（論文） 13 4 各個保護的配置原則 變壓器的保護原則 變壓器常見故障及其處理方法 對電力變壓器的下列故障及異常運行方式，應按本節(jié)的規(guī)定裝設相應的保護裝置。 變壓器各種保護及其裝設條件 變壓器的主要保護有以下幾種 瓦斯保 護 800 千伏安及以下的油浸式變壓器，應裝設瓦斯保護。 縱差動保護 （ 1）用于 6300千伏安及以上并列運行的變壓器； （ 2）用于 10000 千伏安及以上單獨運行的變壓器； （ 3）用于 6300千伏安及以上 的廠用工作變壓器，對廠用備用變壓器可裝設電流速斷保護代替差動保護。 差動保護范圍一般包括變壓器套管以其引出線，但在某種情況下，如母線上進，出線回路較少的發(fā)電廠和變電所，差動保護可利用變壓器套管內部的電流互感器。 對由外部相間短路引起的變壓器過電流，一般采用下列保護方式： 過電流保護 一般用于降壓變壓器，保護裝置的整定值應考慮事故時可能出現的過負荷。 過負荷保護 400千伏安及以上變壓器，當臺數并列運行或單獨運行并作為其他復合的備用電源時，應根據可能過負荷的情況下裝設過負荷保護。 溫度保護 當變壓器的冷卻系統發(fā)生故障或發(fā)生外部短路和過負荷時，變壓器的油溫將升高。因此《變壓器運行規(guī)程》（ DLT5721995） 規(guī)定：上層油溫要進行監(jiān)視。當上述方式不符合靈敏度時則可在所有各側均裝設保護裝置。 線路的保護原則 110kV220kV 線路繼電保護配置的具體要求 220kV 線路保護應按加強主保護簡化后備保護的基本原則配置和整定。 簡化后備保護是指主保護雙重化配置，同時，在每一套全線速動保護的功能完整的條件下，帶延時的相間和接地Ⅱ，Ⅲ段保護 (包括相間和接地距離保護、零序電流保護 )，允許與相鄰線路和變壓器的主保護配合，從而簡化動作時間的配合整定。線路Ⅱ段保護是全線速動保護的近后備保護。在終端線路，保護段數可適當減少。 單側電源或受端為小電源的放射性線路的送電端，一般可裝設三相式多段電流保護或電流、電壓保護。 35kV 及以上中性點不直接接地的輸電線路繼電保護配置要求 下列情況應快速切除故障 （ 1） 如線路短路，使發(fā)電廠廠用母線電壓低于額定電壓的 60%時； （ 2） 如切除線路故障時間長，可能導致線路失去熱穩(wěn)定時； （ 3） 城市配電網絡的直饋線路，為保證供電質量需要時； （ 4） 與高壓電網鄰近的線路，如切除故障時間長，可能導致高壓電網產生穩(wěn)定問題時。照例，當采用電流平衡保護時，它僅用于平行線路的主電源側。 發(fā)電廠和變電所的 35kV～ 110kV 電壓的母線 在下列情況下應裝設專用的母線保護 （ 1） 110kV 雙母線； （ 2） 110kV 單母 線、重要發(fā)電廠或 110kV 以上重要變電所的 35kV～ 66kV 母線，需要快速切除母線上的故障時； （ 3） 35kV～ 66kV 電力網中，主要變電所的 35kV～ 66kV 雙母線或分段單母線需快速而有選擇地切除一段或一組母線上的故障，以保證系統安全穩(wěn)定運行和可靠供電。保護裝置由兩段組成，第一段采用無時限或帶時限的電流速斷保護，當靈敏系數不符合要求時，可采用電壓閉鎖電流速斷保護；第二段采用過電流保護，當靈敏系數不符合要求時，可將一部分負荷較大的配電線路接入差動回路，以降低保護的起動電流。 (a)對數字式母線保護裝置，可在起動出口繼電器的邏輯中設置電壓閉鎖回路，而不在跳閘出口接點回路上串接電壓閉鎖觸點； （ b）對非數字式母線保護裝置電壓閉鎖接點應分別與跳閘出口觸點串接。 （ 7）母線保護僅實現三相跳閘出口；且應允許接于本母線的斷路器失靈保護共用其跳閘出口回路。 （ 11）閉鎖元件起動、直流消失、裝置異常、保護動作跳閘應發(fā)出信號。 斷路器失靈保護的動作時限應大于故障線路或設備的斷路器時間及保護裝置返回時間之和。 電流互感器及電壓互感器 保護用電流互感器的要求 保護用電流互感器的準確性能應符合 DL/T 8662020 標準的有關規(guī)定。必要時應選擇能適應暫態(tài)要求的 TP類電流互感器，其特性應符合 GB 16847 標準的要求。 (2)220kV 系統保護、高壓側為 220kV 的變壓器和 100MW 級～ 200MW 級的發(fā)電機變壓器組差動保護用電流互感器可采用 P 類、 PR 類或 PX 類電流互感器。 (4)母線保護用電流互感器可按保護裝置的要求或按穩(wěn)態(tài)短路條件選用。電磁式電壓互感器應避免出現鐵磁諧振。對電壓及功率調節(jié)裝置的交流電壓回路，應采取措施，防止電壓互感器一次或二次側斷線時，發(fā)生誤強勵或誤調節(jié)。但對于有幾組電流互感器連接在一起的保護裝置，如母差保護、各種雙斷路器主接線的保護等，則應在保護屏上經端子排接地。 已在控制室一點接地的電壓互感器二次線圈 ,必要時，可在開關場將二次線圈中性點經放電間隙或氧化鋅閥片接地，應經常維護檢查防止出現兩點接地的情況。同時大容量的電力變壓器也是十分貴重的元件，因此，必須根據變壓器容量和重要程度 考慮裝設性能良好，工作可靠的繼電保護裝置。上述接地短路均系對中性點直接接地電力網的一側而言。這些大量氣體形成氣流并與油流混合沖向油枕的上部。如變壓器繞組的匝間短路，將在短路的線匝內產生環(huán)流，局部過熱，損壞絕緣，并可能發(fā)展成為單相接地故障或相間短路故障，但在變壓器外部電路中的電流值還不足以使變壓器的差動保護或過電流保護動作，但瓦斯保護卻能動作并發(fā)出信號，使運行人員及時處理，從而避免事故的擴大。變壓器內部發(fā)生故障，絕緣物和油分解時油箱內產生大量氣體都要通過氣體繼電器流向油枕，為保證氣體順利進入油枕，變壓器頂蓋與水平面之間應有 1%%的坡度，連接管道應有 2%4%的 坡度。 為了消除復合式瓦斯繼電器的下觸點在發(fā)生重瓦斯時可能有跳動 (接觸不穩(wěn)定 )現象，出口繼電器有自保持觸點，只要瓦斯繼電器的下觸點一閉和 ,KCO 就動作并自保持。因此，是靈敏度高、結構簡單、動作迅速的一種保護。 變壓器瓦斯保護的動 作過程 （ 1）輕瓦斯 動作過程，當變壓器內部發(fā)生匝間短路時，產生少量的瓦斯氣體，輕瓦斯繼電器 WST2動作，接點 WST2 接通給信號繼電器 KS3 勵磁，接通信號回路，進行報警。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。 雙繞組變壓器實現縱聯差動保護的原理接線圖： 大理變電所繼電保護設計（論文） 25 K DI II I II 1I 2I K DK 2K 1Q F 1Q F 2 圖 縱聯差動保護的原理接線圖 但是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，使其比值等于變壓器的變比。 由此可知，變壓器縱聯差動保護的保護范圍是構成變壓器差動保護的兩側電 流互感器之間的范圍。 沈陽工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 26 （ 1）穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流 ，該電流只流過變壓器的電源側，通過電流互感器反映到差動回路形成不平衡電流。在電力系統中大、中型變壓器大多采用 Yd11 接線，變壓器一、二次側線電流相位差為 30176。如下圖所示： 圖 變壓器電流互感器的接線圖 。 大理變電所繼電保護設計（論文） 27 。所以在整定計 算時要考慮躲過其影響。 （ 2）另外差動保護要躲過外部短路時暫態(tài)過程中的不平衡電流。過電流保護的測量元件為電流繼電器，延時元件時間繼電器，其保護單相原理如圖所示：當短路電流達到或超過電流繼電器的動 作定值時，電流繼電器動作并起動時間繼電器，經給定的延時后時間繼電器的動合觸點閉合，出口繼電器將變壓器從運行的設備中切除保證電網的正常運行。 低電壓繼電器的動作電壓應低于正常運行情況下母線上可能出現的最低工作電壓，同大理變電所繼電保護設計（論文） 29