【導(dǎo)讀】系別電氣工程及其自動(dòng)化。答辯時(shí)間2021年12月。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院。楊海龍、趙俊杰：元器件的校驗(yàn)計(jì)算。張躍錫、王黎明：二次繼電保護(hù)

　　

【正文】 冊(cè)選用 。 外部短路故障時(shí)的最大不平衡電流： . m a x . m a x( 0 .1 ) ( 0 .1 1 0 .0 5 0 .0 5 ) 7 1 .3 8 8 1 4 .2 7 7un b s t N KI K U f I k A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 式中 ： stK ：電流互感器同型系數(shù)，取為 1； 26 U? ：由變壓器調(diào)壓引起的誤差，取為 ； Nf? ：平衡線圈實(shí)際匝數(shù)與計(jì)算匝數(shù)不同引起的誤差，取為 ； ：外部短路流過(guò)基本側(cè)的最大短路電流，一次小組 給的電流值為。 躲過(guò)外部短路故障時(shí)的最大不平衡電流為： . m a x 1. 3 14 .2 77 18 .5 61op r e l un bI K I k A? ? ? ? 式中 ： relK ：可靠系數(shù)，取為 。 躲過(guò)電流互感器二次回路斷線時(shí)變壓器的最大負(fù)荷電流 (用 NI1 代替 maxLI? ) . m a x 1 1 .3 0 .7 0 4 0 .9 1 5O P r e l L r e l NI K I K I k A? ? ? ? ? ? ? 式中 ： maxLI? ：變壓器的最大負(fù)荷電流，在最大負(fù)荷電流不確定時(shí)，可取變壓器的額定電流； relK ：可靠系數(shù)，查閱工程手冊(cè)選用 。 綜上所述，選取 10kV 側(cè)一次動(dòng)作電流 kAIop ? （ 3）縱差動(dòng)保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗(yàn) 縱差動(dòng)保護(hù)的靈敏系數(shù)校驗(yàn)式為： . m i n . 2 7 1 3 8 8 0 . 8 6 6 3 . 4 3 4 21 5 1 2 0 0k r Ns e nopIKK I ?? ? ? ?? 式中 ：各種運(yùn)行方式下變壓器區(qū)內(nèi)端部故障時(shí)，流動(dòng)差動(dòng)繼電器的最小差動(dòng)電流； K2N：基本側(cè)電流互感器變比。 27 變壓器過(guò)電流保護(hù)的整定計(jì)算 DL21CE 型電流繼電器 DL20CE 系列電流繼電器用于電機(jī)、變壓器及輸電線路的過(guò)負(fù)荷與短路保護(hù)線路中，作為起動(dòng)元件。 （ 1） DL21CE 型電流繼電器有一個(gè)動(dòng)合觸點(diǎn)，動(dòng)作于過(guò)電流。 （ 2）動(dòng)作值極限誤差為 6%。 （ 3）動(dòng)作時(shí)間 倍實(shí)測(cè)動(dòng)作值時(shí)不大于 ； 2倍實(shí)測(cè)動(dòng)作值時(shí)不大于 。 （ 4）動(dòng)作一致性不大于 5%。 （ 5）環(huán)境溫度引起的變差不大于 5%。 （ 6）過(guò)載能力 電流繼電器測(cè)定最大整定值和最小整定值兩點(diǎn)，測(cè) 最小整定值時(shí)，繼電器線圈串聯(lián)；測(cè)最大整定值時(shí)，繼電器線圈并聯(lián)，輸入電流分別從最小和最大整定值上升相應(yīng)試驗(yàn)電流，經(jīng) 5 次試驗(yàn)，繼電器的動(dòng)合觸點(diǎn)不應(yīng)有不能工作的抖動(dòng)，取出輸入電流時(shí)不應(yīng)有不返回現(xiàn)象，每次試驗(yàn)時(shí)間不大于 5s。附加電阻表面溫度不超過(guò) 150℃。 （ 7）絕緣電阻不小于 300 MΩ。 （ 8）介質(zhì)強(qiáng)度為 2kV/50Hz/1min。 （ 9）動(dòng)作可靠性 當(dāng)對(duì)線圈突然施加整定值的 倍激勵(lì)量時(shí)，繼電器的動(dòng)合觸點(diǎn)應(yīng)無(wú)抖動(dòng)地閉合；當(dāng)無(wú)外來(lái)的碰撞和振動(dòng)，繼電器的整定值在刻度盤的中值時(shí)，過(guò)電流繼電 28 器激勵(lì)量為整定值的 倍時(shí)，繼電器的動(dòng)斷觸點(diǎn)應(yīng)可靠閉合，動(dòng)合觸點(diǎn)應(yīng)可靠斷開(kāi)。在動(dòng)作值或返回值下，繼電器動(dòng)作過(guò)程中的可動(dòng)系統(tǒng)不應(yīng)當(dāng)停滯在中間位置。 過(guò)電流保護(hù)整定原則 過(guò)電流保護(hù)一般用于容量較小的降壓變壓器上，其單相原理接線附錄所示。保護(hù)裝置的動(dòng)作電流應(yīng)按躲過(guò)變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流 .maxlI 來(lái)整定，即： relrelOP KIKI max.? 式中： Krel— 可靠系數(shù)，一般采用 ~； Kre— 返回系數(shù)，一般采用 ； — 變壓器的最大負(fù)荷電流。 可靠系數(shù) Krel 的引入可按其字面意思理解就可以了，一般電流保護(hù)按一定的原則計(jì)算，再乘以一定的可靠系數(shù)防止保護(hù)在計(jì)算值邊緣時(shí)誤動(dòng)，可靠系數(shù)大小的選取一般都是經(jīng)驗(yàn)值，沒(méi)有很嚴(yán)格的規(guī)定，大多都是 或 左右 ,計(jì)算準(zhǔn)確可靠的就選小點(diǎn)，估算成分或不確定因素比較多的就選大點(diǎn)。 公式中引入返回系數(shù) Krs的意義在于：可提高可靠性和靈敏度。因?yàn)楫?dāng)在最大負(fù)荷時(shí)若出現(xiàn)瞬時(shí)故障（時(shí)間小于保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限），電流達(dá)到了整定值，繼電器動(dòng)作。在這種情況下若考慮到了返回系數(shù)，則當(dāng)瞬 時(shí)故障消失后繼電器會(huì)可靠返回而不至于跳閘；若不考慮返回系數(shù)，則繼電器會(huì)由最大負(fù)荷電流的存在而不能反回，導(dǎo)致跳閘。 ： (1) 對(duì)并列運(yùn)行的變壓器，應(yīng)考慮切除一臺(tái)變壓器以后所產(chǎn)生的過(guò)負(fù)荷。若 29 各變壓器的容量相等時(shí)，可按下式計(jì)算為 Nl ImmI 1max. ?? 式中： m— 并列運(yùn)行的變壓器的臺(tái)數(shù)； IN— 變壓器的額定電流。 (2) 對(duì)降壓變壓器，應(yīng)考慮負(fù)荷中電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的最大電流，即 Nssl IKI ?max. 式中 ： KSS— 自起動(dòng)系數(shù)，其值與負(fù)荷性質(zhì)及用戶與電源間的電氣距離有關(guān)，在 110kV 降壓變電站，對(duì) 6～ 10kV 側(cè)，低壓 KSS=～ ；中壓 35kV 側(cè)， KSS=～。 過(guò)電流保護(hù)整定的動(dòng)作時(shí)限 動(dòng)作時(shí)限由變壓器供電的線路保護(hù)裝置的最大時(shí)限大一時(shí)限階段，一般取— ，這里取 (當(dāng)過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限大于 時(shí)，增設(shè)電流速斷保護(hù)。 保護(hù)裝置的靈敏校 驗(yàn) OPsen IIK min? 式中 Imin— 最小運(yùn)行方式下，在靈敏度校驗(yàn)發(fā)生兩相短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)裝置的最小短路電流。 在被保護(hù)變壓器受電側(cè)母線上短路時(shí)，要求 Ksen=；在后備保護(hù)范圍末端短路時(shí)，要求 ?senK 保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)與下一級(jí)過(guò)電流保護(hù)配合，要比下一級(jí)保護(hù)中最大動(dòng) 30 作時(shí)限大一個(gè)時(shí)限級(jí)差 Δ t。 過(guò)電流保護(hù)整定計(jì)算 保護(hù)的啟動(dòng)電流按照躲過(guò)變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流來(lái)整定，即 relrelOP KIKI max.? 考慮切除一臺(tái)變壓器后產(chǎn)生的過(guò)負(fù)荷，各臺(tái)變壓器容量相同時(shí)計(jì)算式為 150 6 . 2 7 53 3 * 1 3 . 8NNNSI k AU? ? ? 又因?yàn)? . m a x 2 * 6 . 2 7 5 1 2 . 5 5 11 2 1lNmI I k A k Am? ? ??? 3N N NS U I? 所以 . m a x 2 * 6 .2 7 5 1 2 .5 5 1l s s NI K I k A k A? ? ? 對(duì)降壓變壓器，應(yīng)考慮負(fù)荷中電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的最大電流，即 . m a x 1 . 2 * 1 2 . 5 5 1 1 7 . 7 1 90 . 8 5r e l lOPreKII k A k AK? ? ? 應(yīng)選 .max kA? 應(yīng)選 Iop= 最小運(yùn)行方式下，在靈敏度校驗(yàn)發(fā)生兩相短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)裝置的最小短路電流為 m i n 6 1 . 8 2 3 8 3 . 5 21 7 . 7 1 9se nOPIK I? ? ? ? 故選用的保護(hù)裝置滿足要求 31 （ 1） 繼電器延 時(shí)主觸點(diǎn)長(zhǎng)期允許接通電流為 5A，瞬時(shí)觸點(diǎn)長(zhǎng)期接通電流為5A。 （ 2） 電壽命為 5 103次。 （ 3） 機(jī)械壽命為 104次。 （ 4） 重量約為 1kg。 零序電流的整定計(jì)算 （ 1）零序電流保護(hù)的一次動(dòng)作電流的整定計(jì)算 0 . 1 1 150 7 8 7 . 33 * 3 * 1 1 0NO P N NSI I AU? ? ? ? 0 800 1605TAn ?? Nl ImmI 1max. ?? 其中： — 主變壓器零序過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作電流 — 零序過(guò)電流保護(hù)相關(guān)段最 大一次動(dòng)作電流（一般為額定電流） Krel— 可靠系數(shù)，一般取 — 系統(tǒng)最小運(yùn)行方式時(shí)主變壓器零序電流的最大分支系數(shù) nTAO— 主變壓器零序電流互感器 TA0 的變比，其值為 160 （ 2）零序過(guò)電流保護(hù)靈敏系數(shù)校驗(yàn) ( 1 )00. 0 . 0 7 1 . 3 8 8 * 0 . 8 6 6 * 1 0 0 0 6 5 . 5* 5 . 9 * 1 6 0ks e n o p T AIK In? ? ? 其中： )1(0kI — 線路出口單相接地時(shí)保護(hù)安裝處零序電流最小值（ A） — 其值應(yīng)大于等于 2 （ 3）動(dòng)作時(shí)間的整定值 : Sttt opop .. ?????? 其中： — 出線配合相關(guān)段零序過(guò)電流保護(hù)最長(zhǎng)動(dòng)作時(shí)間 32 t? — 動(dòng)作時(shí)間級(jí)差，微機(jī)保護(hù)取 故保護(hù)裝置滿足整定要求 輸電線路 縱聯(lián) 保護(hù) 縱聯(lián)保護(hù)是綜合反映線路兩側(cè)電氣量變化的保護(hù)，對(duì)本線路全長(zhǎng)范圍內(nèi)的故障均能瞬時(shí)切除。為了使保護(hù)能夠做到全線速動(dòng)，有效的辦法是讓線路兩端的保護(hù)都能夠測(cè)量到對(duì)端保護(hù)的動(dòng)作信號(hào)，再與本側(cè)帶方向的保護(hù)動(dòng)作信號(hào)比較、判定，以確定是否為區(qū)內(nèi)故障，若為區(qū)內(nèi)故障，則瞬時(shí)跳閘。這樣無(wú)論在線路的任何一處發(fā)生故障 ，線路兩側(cè)的保護(hù)都能瞬時(shí)動(dòng)作跳閘?？焖傩浴⑦x擇性都得到了保證。 在構(gòu)成保護(hù)上，是將對(duì)側(cè)對(duì)故障的判斷量傳送到本側(cè)，本側(cè)保護(hù)經(jīng)過(guò)綜合判斷，來(lái)決定保護(hù)是否應(yīng)該動(dòng)作。有將對(duì)側(cè)電氣量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)通過(guò)微波通道或光纖傳送到本側(cè)進(jìn)行直接計(jì)算（如縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)），有將對(duì)側(cè)對(duì)故障是否在本線路正方向的判斷量通過(guò)高頻（載波、微波）通道傳送到本側(cè)，本側(cè)保護(hù)進(jìn)行綜合判別（如縱聯(lián)方向保護(hù)、縱聯(lián)距離保護(hù)等等） 實(shí)現(xiàn)縱聯(lián)保護(hù)的方式 （ 1） 閉鎖式：也就是說(shuō)收不到高頻信號(hào)是保護(hù)動(dòng)作和跳閘的必要條件。一般應(yīng)用于超范圍式縱聯(lián)保護(hù)（所謂超 范圍即兩側(cè)保護(hù)的正方向保護(hù)范圍均超出本線路全長(zhǎng)）；高頻信號(hào)采用收發(fā)同頻，即單頻制。 （ 2） 允許式：也就是說(shuō)收到高頻信號(hào)是保護(hù)動(dòng)作和跳閘的必要條件。一般應(yīng)用于超范圍式縱聯(lián)保護(hù)（所謂欠范圍即兩側(cè)保護(hù)的正方向保護(hù)范圍均超過(guò)本線路全長(zhǎng)的 50%以上，但沒(méi)有超出本線路全長(zhǎng)）；高頻信號(hào)采用收發(fā)不同頻率，即雙頻制。 （ 3） 直跳式：也就是說(shuō)收到高頻信號(hào)是保護(hù)跳閘的充分必要條件。一般應(yīng)用 33 于欠范圍式縱聯(lián)保護(hù)。 （ 4） 差動(dòng)式：也就是說(shuō)將對(duì)側(cè)電氣量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳送到本側(cè)進(jìn)行直接計(jì)算。 本小組對(duì) 5km 的輸電線路采用縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)， 以下是設(shè)計(jì)過(guò)程。 不帶制動(dòng)特性的差動(dòng)繼電氣特性。其動(dòng)作方程為 setNmr IIII ??? 式中 ： Ir— 流入差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流 Iset— 差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流整定值 Iset— 值通常按以下兩個(gè)條件選取 躲開(kāi)外部短路時(shí)最大不平衡電流 m a IKKKKI ? 式中 ： Kerl— 可靠系數(shù)，取 ~。 Knp— 非周期分量系數(shù)，當(dāng)差動(dòng)回路采用速飽和變流器設(shè)時(shí)，為 1；當(dāng)差動(dòng)回路使用串電阻降低不 平衡電流時(shí)，為 ~2。 Ker— 電流互感器的 10%誤差系數(shù) Kst— 同型系數(shù)，在兩側(cè)電流互感器同型號(hào)時(shí)取 ，不同取 1: — 外部短路時(shí)流過(guò)電流互感器的最大短路電流的二次值； 躲過(guò)最大負(fù)荷電流。 IKI ? = (2700 5/6000)= 34 式中 ： Krel— 可靠系數(shù)， 可 取 ILmax— 線路正常運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電流的二次值。 保護(hù)應(yīng)滿足線路在單側(cè)電源運(yùn)行發(fā)生內(nèi)部故障有足夠靈敏度： 2min ??? setksetrsen IIIIK Ksen=Ikmin/Iset=80% 式中 ： Ikmin— 側(cè)電源作用且保護(hù)末端短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)的最小短路電流。 所以符合所需要求。 縱聯(lián)保護(hù)的通信方式 導(dǎo)引線通信 導(dǎo)引線保護(hù)常采用電流差動(dòng)原理：環(huán)流式和均壓式。 圖 61 導(dǎo)引線縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)原理示意圖 (a） 環(huán)流式； (b)均壓式 缺點(diǎn)： 1） 環(huán)流式：受導(dǎo)引線線芯電容影響小，容易實(shí)現(xiàn)兩側(cè)保護(hù)同時(shí)跳閘 ；導(dǎo)引線開(kāi)路故障時(shí)，誤動(dòng)；短路時(shí)，拒動(dòng) ； 2） 均壓式：受導(dǎo)引線線芯電容影響大 ；導(dǎo)引線開(kāi)路故障時(shí)，拒動(dòng)；短路時(shí)，誤動(dòng) 35 優(yōu)點(diǎn)：不受振蕩及非全相運(yùn)行的影響，簡(jiǎn)單可靠，維護(hù)工作量少 電力線載波通信 將線路兩端的電流相位（或功率方向）信息轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l信號(hào)，經(jīng)高頻耦合設(shè)備加載到輸電線路上，傳輸?shù)綄?duì)側(cè)后經(jīng)高頻耦合器將高頻信號(hào)接收，實(shí)現(xiàn)電流相位或功率方向的比較，即高頻保護(hù)或載波保護(hù)。 按照通道的構(gòu)成： “相－相”式：使用兩相線路 “相－地”式：使用一相一地 圖 62 載波通信示意圖 1阻波器； 2耦合電容器； 3連接濾波器； 4輸電線路 ； 5高頻 收發(fā)信機(jī)； 6接地開(kāi)關(guān) 各組成部分介紹： 1） 阻波器：并聯(lián)諧振回路，使載波信號(hào)不穿越到相鄰線路 ；2） 耦合電容器：阻隔工頻信號(hào) ； 3） 連接濾波器：與耦合電容器構(gòu)成帶通濾波器 ；4） 輸電線路：傳輸信號(hào) ；