【正文】 2 1 緒論 繼電保護(hù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展的狀況 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)是隨 著電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展的。熔斷器就是最初出現(xiàn)的簡(jiǎn)單過(guò)電流保護(hù)。熔斷器的特點(diǎn)是融保護(hù)裝置與切斷電流的裝置于一體，因而最為簡(jiǎn)單。于是出現(xiàn)了作用于專門(mén)的斷流裝置， 19世紀(jì) 90年代出現(xiàn)了裝于斷路器上并直接作用于斷路器的一次式的電 磁型過(guò)電流繼電器。 1901年出現(xiàn)了感應(yīng)型過(guò)電流繼電器。 1910年方向性電流保護(hù)開(kāi)始得到應(yīng)用，在此時(shí)期也出現(xiàn)了將電壓與電流相比較的保護(hù)原理，并導(dǎo)致了 20世紀(jì) 20年代初距離保護(hù)裝置的出現(xiàn)。在20世紀(jì) 50年代，微波 中繼通信開(kāi)始應(yīng)用于電力系統(tǒng)，從而出現(xiàn)了利用微波傳送和比較輸電線路兩端故障電氣量的微波保護(hù)。顯然，隨著光纖通信在電力系統(tǒng)中的大量采用，利用光纖通道的繼電保護(hù)也必將得到廣泛的應(yīng)用。 20世紀(jì) 50年代以前的繼電保護(hù)裝置都是由電磁型、感應(yīng)型或電動(dòng)型繼電器組成的。由這 些繼電器組成的繼電保護(hù)裝置稱為機(jī)電式保護(hù)裝置。但這種保護(hù)裝置體積大，消耗功率大，動(dòng)作速度慢，機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分和觸點(diǎn)容易磨損或粘連，調(diào)試維護(hù)比較復(fù)雜，不能滿足超高壓、大容量電力系統(tǒng)的要求。這種保護(hù)裝置體積小，功率消耗小，動(dòng)作速度快，無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分，稱為電3 子式靜態(tài)保護(hù)裝置。但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究和實(shí)踐，抗干擾問(wèn)題從理論上和實(shí)踐上都得到了滿意的解決，使晶體管繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作率達(dá)到了和機(jī)電式保護(hù)裝置同樣的水平。 由于集成電路技術(shù)的發(fā)展，可以將數(shù)十個(gè)或更多的晶體管集成在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上，從而出現(xiàn)了體積更小、工作更加可靠的集成運(yùn)算放大器和集成電路元 件。 20世紀(jì) 80年代后期，標(biāo)志著靜態(tài)繼電保護(hù)從第一代（晶體管式）向第二代（集成電路式）的過(guò)渡。 在 20世紀(jì) 60年代末，就提出用小型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的設(shè)想。但由此開(kāi)始了對(duì)繼電保護(hù)計(jì)算機(jī)算法的大量研究，為后來(lái)微型計(jì)算機(jī)式繼電保護(hù)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。 20世紀(jì) 80年代微型計(jì)算 機(jī)保護(hù)在硬件結(jié)構(gòu)和軟件技術(shù)方面已趨成熟，并已在一些國(guó)家推廣應(yīng)用，這就是第三代的靜態(tài)繼電保護(hù)裝置。微型計(jì)算機(jī)保護(hù)可連續(xù)不斷地對(duì)本身的工作情況進(jìn)行自檢，其工作可靠性很高。微型計(jì)算機(jī)保護(hù)除了保護(hù)功能外，還有故障錄波、故障測(cè)距、事故順序紀(jì)錄和調(diào)度計(jì)算機(jī)交換信息等輔助功能，這對(duì)簡(jiǎn)化保護(hù)的調(diào)試、事故分析 和事故后的處理等都有重大意義?？梢哉f(shuō)微型計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為電力系統(tǒng)保護(hù)、控制、運(yùn)行調(diào)度及事故處理的統(tǒng)一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成部分 [1]。電力系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、輸配電線路及用電設(shè)備組成。短路總是伴隨著很大的短路電流，同時(shí)系統(tǒng)電壓大大降低。短路更嚴(yán)重的后果是因電壓下降可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)與發(fā)電廠之間并列運(yùn)行的穩(wěn)定性遭受破壞，引起系統(tǒng) 振蕩，直接使整個(gè)系統(tǒng)瓦解。故障和異常運(yùn)行情況若不及時(shí)處理或處理不當(dāng)，就可能在電力系統(tǒng)中引起事故，造成人員傷亡和設(shè)備損壞，使用戶停電、電能質(zhì)量下降到不能容許的程度。 35kV輸電線路承擔(dān)著供電、配電的任務(wù)。 伊河電網(wǎng)概述 恰甫其海地理接線圖 地理接線圖描述了電網(wǎng)的分布，包括發(fā)電廠、變電站的地理位置，以及線路的連接路徑。整個(gè)電網(wǎng)有四條主線路，一條是從恰甫其海水電5 站到青年變電站，電壓等級(jí)為 220kV，長(zhǎng)度為 的雙回線，一條是從青年變電站到海努克變電站， 電壓等級(jí) 110kV, 長(zhǎng)度為 70km 的單回線，一條是從青年變電站到硅鐵廠，電壓等級(jí)為 35kV，長(zhǎng)度為 7km的單回線，一條是從海努克變電站到八一大阪變電站，電壓等級(jí)為 35kV，長(zhǎng)度為 。用規(guī)定的電氣設(shè)備圖形符號(hào)和文字符號(hào)按工作 順序排列，詳細(xì)的表示電氣設(shè)備或成套裝置的全部基本組成和連接關(guān)系的單線接線圖，稱為主接線電路圖。在三相系統(tǒng)中發(fā)生短路的基本類型有三相短路、兩相短路、單相對(duì)地短路和兩相對(duì)地短路。 短路產(chǎn)生原因 產(chǎn)生短路的原因是電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞，例如絕緣材料的自然老化，設(shè)計(jì)、安裝及維護(hù)不良所帶來(lái)的設(shè)備缺陷發(fā)展成短路等；氣象條件惡化，例如雷電造成的閃絡(luò)放電，架空線路由于大風(fēng)或?qū)Ь€覆冰引起電桿倒塌等；人為事故，例如運(yùn)行人員帶負(fù)荷拉刀閘，線路或設(shè)備檢修后在未拆除接地線時(shí)加上電壓等；其他，例如挖溝損壞電纜，鳥(niǎo)獸跨接在裸露的載流部分等。 三相短路電流 * (1)*1dzI X?? ( 1 ) *X ? — 短 路 回 路 正 序 阻 抗 標(biāo) 幺 值 ； 10 *dzI — 三 相 短 路 電 流 標(biāo) 幺 值 ； 短路電流計(jì)算 本次設(shè)計(jì)所計(jì)算的短路電流主要是最大運(yùn)行方式下的 三相短路電流和最小運(yùn)行方式下的兩相短路電流。 （ 1） 最大運(yùn)行方式下青硅線 末端 三相 短路電流 圖 31 最大運(yùn)行方式下正序阻抗圖 最大運(yùn)行方式下的最小阻抗： ( 1 ) m in * 1 ( 0 .2 1 4 0 .1 3 5 0 .0 7 3 ) 0 .0 9 7 0 .0 6 4 0 .2 2 7 0 .5 5 92X ? ? ? ? ? ? ? ? 最大運(yùn)行方式下的青硅線末端的三相短路電流： * ( 1 ) m i n *11 1 . 6 6 90 . 5 9 9dzI X ?? ? ?標(biāo) 幺 值 ： ** 1001 . 6 6 9 2 . 6 5 13 3 3 7BBd z d z d z BSI I I I K AU? ? ? ? ? ? ??有 名 值 ： （ 2） 系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下青硅線末端的兩相短路電流 圖 32 最小運(yùn)行方下 正序阻抗圖 最小運(yùn)行方式下的最大 正序 阻抗： ( 1 ) m a x* 10. 21 4 0. 13 5 0. 07 3 0. 09 7 0. 06 4 0. 22 7 0. 69 72X ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 33 最小運(yùn)行方式下 負(fù)序阻抗圖 最小運(yùn)行方式下的最大 負(fù)序 阻抗： 11 ( 2 ) m a x* 10. 24 5 0. 13 5 0. 07 3 0. 09 7 0. 06 4 0. 22 7 0. 72 82X ? ? ? ? ? ? ? ? ? 最小運(yùn)行方式下青硅線末端兩相短路電流 ： * ( 1 ) * ( 2 ) *33 1 . 2 1 50 . 6 9 7 0 . 7 2 8dzI XX??? ? ???標(biāo) 幺 值 ： ** 1001 . 2 1 5 1 . 8 9 63 3 3 7BBd z d z d z BSI I I I K AU? ? ? ? ? ? ??有 名 值 ： （ 1） 系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下八一大阪變電站 5MVA 變壓器低壓側(cè)三相短路電流 圖 34 最大運(yùn)行方式下 正序阻抗 最大運(yùn)行方式下的最小正序阻抗： ( 1 ) m in* 1 ( 0 .2 1 4 0 .1 3 5 0 .0 7 3 ) 0 .0 9 7 0 .2 1 4 1 .1 0 1 0 .8 8 4 1 .32 8 3 .3 8 52X ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 最大運(yùn)行方式下三相短路電流： * ( 1 ) m i n *11 0 . 2 6 13 . 8 3 5dzI X ?? ? ?標(biāo) 幺 值 ： ** 1000 . 2 6 1 0 . 4 0 73 3 3 7BBd z d z d z BSI I I I K AU? ? ? ? ? ? ??有 名 值 ： （ 2） 系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下海八線末端兩相短路 電流 圖 35 最小運(yùn)行方式下 正序阻抗 圖 最小方式運(yùn)行下 最大正序阻抗： ( 1 ) m a x * 0 . 2 1 4 0 . 1 3 5 0 . 0 7 3 0 . 0 9 7 0 . 2 1 4 1 . 1 0 1 0 . 8 8 4 2 . 7 1 8X ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 36 最小運(yùn)行方式下 負(fù) 序阻抗圖 最小方式運(yùn)行下 最大負(fù)序阻抗： ( 2 ) m a x * 0 . 2 4 5 0 . 1 3 5 0 . 0 7 3 0 . 0 9 7 0 . 2 1 4 1 . 1 0 1 0 . 8 8 4 2 . 7 4 9X ? ? ? ? ? ? ? ? ? 12 最小運(yùn)行方式下海八線末端兩相短路電流： * ( 1 ) * ( 2 ) *33 0 . 3 1 72 . 7 1 8 2 . 7 4 9dzI XX??? ? ???標(biāo) 幺 值 ： ** 1000 . 3 1 7 0 . 4 9 53 3 3 7BBd z d z d z BSI I I I K AU? ? ? ? ? ? ??有 名 值 ： （ 3） 系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下八一大阪變電站 2MVA 變壓器低壓側(cè)兩相短路電流 圖 37 最小運(yùn)行方式下 正序阻抗圖 最小運(yùn)行方式下最大正序阻抗： ( 1 ) m a x * 0 . 2 1 4 0 . 1 3 5 0 . 0 7 3 0 . 0 9 7 0 . 2 1 4 1 . 1 0 1 0 . 8 8 4 3 . 3 2 5 6 . 0 4 3X ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 38 最小運(yùn)行方式下 負(fù)序阻抗圖 最小運(yùn)行方式下最大 負(fù) 序阻抗： ( 2 ) m a x * 0 . 2 4 5 0 . 1 3 5 0 . 0 7 3 0 . 0 9 7 0 . 2 1 4 1 . 1 0 1 0 . 8 8 4 3 . 3 2 5 6 . 0 7 4X ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 最小運(yùn)行方式下 2MVA 變壓器低壓側(cè)兩相短路電流： * ( 1 ) * ( 2 ) *33 0 . 1 4 36 . 0 4 3 6 . 0 7 4dzI XX??? ? ???標(biāo) 幺 值 ： ** 1000 . 1 4 3 0 . 2 2 33 3 3 7BBd z d z d z BSI I I I K AU? ? ? ? ? ? ??有 名 值 ： 13 4 線路保護(hù)配置及整定計(jì)算 青硅線線路保護(hù)配置及整定 青硅線是一條雙回線，線路長(zhǎng)度為 ，由于線路較短，用電流三段式不能保護(hù)線路全長(zhǎng)，所以考慮用光纖縱差保護(hù)作為該線路的主保護(hù) 。另外考慮到實(shí)際情況，還應(yīng)該配備過(guò)負(fù)荷保護(hù)和三相一次重合閘 。 保護(hù)方面的主要功能： 1）短線路光纖縱差保護(hù)； 2）三段可經(jīng)低電壓閉鎖的定時(shí)限方向過(guò)流保護(hù)（其中第三段可整定為反時(shí)限，有三種反時(shí)限特性可供選擇，反時(shí)限也可經(jīng)方向或低電壓閉鎖） ； 3）三段零序過(guò)流保護(hù)（零序電流可以外加，也可使用自產(chǎn)零序電流，其中第三段可通過(guò)整定選擇作為報(bào)警或者跳閘功能） /小電流接地選線（必須使用外加零序電流）； 4）三相一次重合閘（可選擇檢同期、檢無(wú)壓或不檢方式）； 5）過(guò)負(fù)荷保護(hù)（可通過(guò)整定選擇作為報(bào)警或者跳閘功能）；6﹚獨(dú)立的過(guò)流 /零序電流合閘加速保護(hù)（前加速或后加速）； 7）分散的低周減載保護(hù)功能； 8）獨(dú)立的操作回路。 （ 1） 光纖縱差保護(hù)原理 縱聯(lián)保護(hù)是利用線路兩端的電氣量在故障與非故障時(shí)的特征差異構(gòu)成的保護(hù)。 縱聯(lián)光纖差動(dòng)保護(hù)是用光導(dǎo)纖維作為通信道的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。當(dāng) 線路內(nèi)部短路（如 k1點(diǎn)）時(shí)，流經(jīng)輸電線兩側(cè)的故障電流均為正方向，且 M N kI I I? ? ???（ kI? 為 k1點(diǎn)短路電流）。 流過(guò)差動(dòng)繼電器的電流 是 電流互感器的二次側(cè)電流之差，由于兩個(gè)電流互感器總是具有勵(lì)磁電流，且勵(lì)磁特性不會(huì)完全相同 ，所以在正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，流過(guò)差動(dòng)繼電器的電流不等于零，此電流稱為不平衡電流。 在正常運(yùn)行及外部故障時(shí)， MNII???? ，因此流過(guò)差動(dòng)繼電器的電流即不平衡電流為 1 ()un b m n M NTAI I I I In ??? ? ? ? ?? ? ? ? ? 繼電器正確動(dòng)作時(shí)的差動(dòng)電流 Ir應(yīng)躲過(guò)正常運(yùn)行及外部故障時(shí)的不平衡電流，即 mnr unbI I I I??? ? ? 在理論上不平衡電流的穩(wěn)態(tài)值采用電流互感器的 10%誤差曲線按下式計(jì)算 15 .m np st k? ? ? ? ? 式中， Kst為電流互感器的同型系數(shù)，當(dāng)兩側(cè)電流互感器的型號(hào)、容量均相同時(shí)取 ，不同時(shí)取 1； Knp為非周期分量系數(shù)； 感器的最大短路電流。電流電壓保護(hù)中有一種是以反應(yīng)電流增大而動(dòng)作的電流測(cè)量元件為基礎(chǔ)構(gòu)成的電流保護(hù)，另一種是以反應(yīng)電流增大而動(dòng)作的電流測(cè)量元件和反應(yīng)電壓下降而動(dòng)作的電壓測(cè)量元件為基礎(chǔ)構(gòu)成的電流電壓保護(hù)。 所謂低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)是指在定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)中同時(shí)采用電流測(cè)量元件和低 于動(dòng)作電壓動(dòng)作的低電壓測(cè)量元件來(lái)判斷線路是否發(fā)生短路故障的保護(hù)。 為了提高該保護(hù)的靈敏度，其電流測(cè)量元件和低電壓測(cè)量元件的一次動(dòng)作電流分別為： rel .maxreset fhKK? ? ? 16 minset Lkel reUU KK?? 靈敏度為： ? ?2mindsen set????? 當(dāng)?shù)碗妷簡(jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)作為近后備時(shí)，電壓測(cè)量元件的靈敏度 為 Ksen≥ 而它作為遠(yuǎn)后備時(shí)，電壓測(cè)量元件的靈敏度要求 Ksen≥ 。當(dāng)線路因電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)而可能出現(xiàn)最大負(fù)荷電流時(shí)，電流測(cè)量元件可能誤動(dòng)作，但低電壓測(cè)量元件因保護(hù)安裝處母線電壓較高，不會(huì)動(dòng)作，從而保證了保護(hù)的選擇性和可靠性 [3]。不管是電磁型，晶體管型，還是集成電路型的三相一次自動(dòng)重合閘裝置一般主要由啟動(dòng)元件、延時(shí)元