1、前 言继电保护的发展是随着电力系统和自动化技术的发展而发展的.几十年来,随着我国电力系统向高电压、大机组、现代化大电网发展，继电保护技术及其装置应用水平获得很大提高。在 20 世纪 50 年代及以前，差不多都是用电磁型的机械元件构成。随着半导体器件的发展，陆续推广了利用整流二极管构成的整流型元件和半导体分立元件组成的装置。70 年代以后，利用集成电路构成的装置在电力系统继电保护中得到广泛的运用。到 80 年代,微型机在安全自动装置和继电保护装置中逐渐应用。在电力系统中，由于雷击或鸟兽跨接电气设备、设备制造上的缺陷、设计和安装的错误、检修质量不高或运行维护不当等原因，往往发生各种事故。为了保证电
2、力系统安全可靠地运行，电力系统中的各个设备必须装设性能完善的继电保护装置。继电保护是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信息量，当突变量达到一定值时，起动逻辑控制环节，发生相应的跳闸脉冲或信号。继电保护虽然种类很多，但是一般由测量部分、逻辑部分、执行部分三部分组成。测量部分是测量被保护元件工作状态的一个或几个物理量，并和已给的整定值进行比较，从而判断保护是否应该起动。逻辑部分是根据测量部分输出量的大小、性质、出现的顺序或它们的组合、使保护装置按一定的逻辑程序工作，最后传到执行部分。执行部分是根据逻辑部分送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如发生信号，跳闸或不动作等。继电保护的基本
3、性能要求是选择性、速动性、灵敏性、可靠性。随着新技术、新工艺的采用，继电保护硬件设备的可靠性、运行维护方便性也不断得到提高。继电保护技术将达到更高的水平。由于编者水平和时间所限，文中疏漏和不足之处在所难免，恳请老师批评指正。目 录摘 要1第 1 章 设计说明书 2第 2 章 主变压器保护设计 32.1 主变压器保护设计 32.2 变压器容量选择 42.3 变压器主保护 82.4 过电流保护 132.5 接地保护 142.6 其他保护 16第 3 章 母线保护 193.1 母线保护设计分析 193.2 220kV 侧母线保护203.3 110kV 侧母线保护213.4 10kV 侧母线保护 23
4、3.5 微机母线保护 23第 4 章 线路保护 254.1 线路保护分析 254.2 220kV 线路保护254.3 110kV 线路保护284.4 10kV 线路保护 32总 结 37参考文献38致谢391摘 要本文的内容有设计说明书、主变压器的保护、母线保护及线路保护。设计说明书简要的说明设计的性质、内容等。主变压器的保护设计，其中主要对主变压器的主保护、后备保护及其它保护进行设计分析，并阐述其优缺点。设计中所使用的保护有：气体保护、纵差动保护、过电流保护、接地保护、过负荷保护、励磁保护、断路器失灵保护、微机保护等。整定值的计算有 110kV 及 10kV 的短路电流计算。【关键词】：变电
5、站；主变压器保护；母线保护；线路保护2第一章 设计说明书主变压器的保护设计，其中主要对主变压器的主保护、后备保护及其它保护进行设计分析，并阐述其优缺点。第二章为主变压器配置的保护有：气体保护、纵差动保护、过电流保护、接地保护、过负荷保护、励磁保护、断路器失灵保护、变压器温度保护、冷却故障保护等。第三章为母线保护，虽然母线处于变电站内，发生故障的几率相对于其他设备小，但母线发生故障时，接于母线上的所有元件都要断开，会造成大面积停电。此外枢纽变电所的高压母线故障，如果动作迟缓，将会导致电力系统的稳定性遭到破坏，从而使事故扩大，因此，为母线选择合适的保护方式是本部分的重点。为母线配置我保护有：220
6、kV 侧母线为元件固定连接的母线完全差动保护；110kV侧母线为完全电流差动保护、10kV 侧母线为后备保护。为全部母线配备微机保护。第四部分为线路保护，电力线路如果继电保护配置不当，保护将不能正确动作，(误动或拒动)，从而会扩大事故停电范围，给国民经济带来严重后果，有时还会造成人身和设备安全事故，因此合理选择保护方式也是非常必要的。220kV 线路为高频保护和电流平衡保护、110kV 线路是以电流平衡保护为主，零序保护做后备的保护、10kV 线路为接地零序电流保护。3第 2 章 主变压器保护设计本设计主要针对变电站变压器保护配置进行设计分析，变压器是变电站重要设备之一。它的安全运行直接关系到
7、变电站安全、稳定、经济运行，特别是枢纽变电站一旦因故障损坏或者导致线路停电，造成的损失将无法估计，因此必须针对变压器可能出现的故障和异常工作情况，根据其容量、数量和重要程度，装设相应动作可靠，性能良好的继电保护，防止故障的发生，其中主要对主变压器的主保护、后备保护及其它保护进行设计分析，并阐述其优缺点。2.1 主变压器保护设计分析一、主变压器保护设计目的大型变压器的造价昂贵，一旦发生故障遭到损坏，其检修难度大，时间长，会造成巨大的经济损失，特别是单台容量占系统容量比例很大的情况下，发生故障后突然切除变压器，将给电力系统造成很大的扰动，因此，在考虑大型变压器继电保护的整体配置时，除了保证其安全运
8、行外，还应最大限度地缩小故障影响范围，特别要防止保护装置误动作或拒绝动作，这样，不仅要求有性能良好的保护继电器，还要求在继电保护的整体配置上尽量完善、合理。二、主变压器保护设计原则变压器继电保护整体配置设计时，必须清楚其可能发生的故障及异常运行状态，针对其可能发生的故障及异常运行状态进行相应的保护配置：(一)变压器可能发生的故障：油箱内部故障：绕组相间短路，接地短路匝间短路，及铁芯烧损。油箱外部故障：主要是套管及引出线上发生相间短路和接地短路（二）变压器的不正常工作状态：由外部短路引起过电流4由于电动机自启动及尖峰负荷等原因引起的过电流由于油箱漏油造成油面降低由于外加电压过高或频率降低引起的过
9、励磁三、主变压器保护配置变压器的保护可以分为短路保护和异常运行保护两类。短路保护用以反应被保护范围内发生的各种类型的短路故障，作用于断路器跳闸。为了防止保护装置或者断路器拒动，又有主保护和后备保护之分。异常运行保护用以反应各种可能给机组造成危害的异常工况，此保护作用于发信号，这类保护一般只装设一套专用继电器，不设后备保护。根据继电保护和安全自动装置技术规程规定变压器一般应装设下列继电保护装置：(一)反应变压器油箱内部故障和油面降低的气体保护（容量在 800kVA 及以上的油浸式变压器和 400kVA 及以上的车间内油浸式变压器，均应装设气体保护） 。(二)反应变压器绕组、引出线的相间短路，中性
10、点直接接地侧绕组、引出线和套管的接地短路，以及绕组匝间短路的电流速断保护或纵联差动保护。 （容量在 10000kVA及以上或 6300kVA 以上并列运行变压器应装设纵联差动保护，以代替电流速断保护） 。(三)反应外部相间短路的过电流保护、复合电压启动的过电流保护、负序电流保护和阻抗保护(四)反应中性点接地的电力网中，外部单相接地短路的零序电流保护。(五)变压器其他保护，如过负荷、过励磁、变压器高压侧断路器失灵保护、温度保护、冷却器故障保护等。2.2 变压器容量选择一、主变压器容量选择原则（一）主变压器容量一般按变电站建成后 510 年的规划负荷选择，并应考虑变5压器正常工作和事故时过负荷能力
11、。（二）根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电站；应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内应保证对一、二级负荷的供电。二、变压器容量选择整定计算变压器保护装置应根据变压器容量、数量配置相应保护，由原始资料分析该变电站主变压器为两台三绕组降压变压器，主要向 110kV 线路负荷、10kV 线路负荷、站用电负荷供电，据220kV500kv 变电所所用电设计技术规程规定，220kv 所用电宜从主变压器低压侧分别引接两台容量相同，可互为备用，分列运行的所用工作变压器，只有一台主变压器时，其中一台所用变压器宜从所外电源引线，本设计中主变
12、压器为两台三绕组降压变压器，变电所所用电宜从主变压器低压侧分别引入，因此所用电可当作 10kV 线路负荷来处理，110kV、10kV 线路负荷情况如下表：10kV 等效负荷 4000 0.9名称 最大负荷（KW） 功率因素 Cos氮肥厂 4000 0.85机械厂 4000 0.85纺织厂 3000 0.85化工厂 3000 0.85110kV 线 路 负 荷名 称 最大负荷(MW) 功率因数 Cos石化厂 32 0.9炼油厂 36 0.9甲县变 25 0.9乙县变 28 0.9丙县变 15 0.9丁县变 26 0.856造纸厂 2500 0.85水厂 6000 0.85建材厂 3000 0.8
13、5A 变 4000 0.85B 变 4000 0.9110kV 断路器冬天 4 1室外配电装置照明 15 1室内照明 8 1110kV 线路最大有功功率： KW0162 1026)+1528+53+(P 3110kV 线路最大无功功率： 变 3000 0.9主变风扇 0.1566 0.85主充电机 16 0.85浮充电机 15 0.85蓄电池进风 1.5 0.85蓄电池排风 2 0.85锅炉房水泵 2 0.85空 压 机 20 0.85载 波 室 2 1220kV 配电装置电源 18 1110kV 配电装置电源 18 1220kV 断路器冬天加热 4 17KVar CosSinCosSinCo
14、sSinP4.820 1062105)+28536+(Q 23131 其中 ,9.1Cos.s由于 110kV 线路各负荷间同时系数为 0.9, 110kV 负荷的最大输出复功率：j7380414580 )4.20j162(9.S10kV 线路负荷最大有功功率： KW4.40635.1 81541820251 60.3)4436.3(P 32 10kV 线路负荷最大无功功率 KVarCosSinCosSin CosSinCosSinosSinCosSinP835.2317 4.25650 )20.1161.( 10)365.234(03)4 Q 21 2 2332 上叙 10kV 等效负荷间同
15、时系数取为 0.85，其中 , ，变9.01s85.02os电站旋转设备的功率因数取 ，非旋转设备功率因数取 。85.0os 1C10kV 负荷的最大输出复功率： j19650.13450. )37.8352j4.43(8.S2已知 110kV、10kV 线路负荷同时系数为 0.9，主变压器总输出复功率：j8410.74 16230.1 j19650.1)350.3450(9. )SS2 主变压器的总最大视在功率：8KVA 6.18204 8410.73S 22max根据规定，对装有两台主变压器的变电所应能在一台主变停运时，另一台容量在及过负荷力允许时间内，仍能够保证一类及二类负荷连续供电，变
16、压器总容量一般有： max7.0SN其中 为变电所最大负荷，这样可以保证对 70%负荷的供电，考虑到变压器 40%的maxS事故过负荷能力，则可以保证对 98%负荷供电。 MVAS96.1270max台考虑将来的负荷可能会超出本来预算，为了有所发展的余地，选择的主变压器的容量为 150MVA。2.3 变压器主保护一、气体保护（一）气体保护定义油浸式变压器是利用变压器油作为绝缘盒冷却介质，当变压器内部发生短路故障时，故障点局部产生高温，使油温升高体积膨胀，甚至沸腾，油内溶解的空气就会被排出，变成气泡上升；故障点产生电弧，使变压器油及其他绝缘材料分解，产生气体（含气体成分） ，从油箱向油枕流动，反
17、应这种气流与油流动作得的保护称为气体保护。本次设计中每一台变压器额定容量为 150MVA。根据规程规定须装设气体保护。（二）气体保护原理气体保护原理接线图 2-1：9图 2-1气体保护的测量继电器为气体继电器，气体继电器安装在油箱与油枕之间的连接管道中，这样油箱内的气体都要通过瓦斯继电器，为了便于气体的排放，安装时需要有一定的倾斜度，变压器顶盖与水平间应有 1%1.5%的坡度，连接管道应有 2%4%的坡度。气体继电器油三种形式，即浮筒式、挡板式即开口杯与挡板构成的复合式。运行经验表明，浮筒式气体继电器存在着一些严重的缺点，如防震性差，且浮筒的密封性能不良使浮筒失去浮力，使水银触点闭合造成误动作
18、等。而用挡板代替下浮筒的挡板式气体继电器，仍保留上浮筒且克服了浮筒渗油的缺点，运行比较稳定，可靠性相对提高，但当变压器油面严重下降时，动作速度不快，因此目前通常采用开口杯与挡板构成的复合式气体继电器（ ） ，该继电器用磁力干簧触点代替水银触点， 。801QJ正常运行时，继电器内上开口杯内充满了油。在轴一侧的开口杯，同时受到杯内油的重力即油对开口杯浮力的作用。在轴另一侧的平衡锤，有重锤的重力及油对重锤的浮力。这些力平衡的结果，由于开口杯侧产生的力矩小于平衡锤的力矩，开口杯处于上升位置。和开口杯固定在一起的永久磁铁位于干簧接点的上方，干簧接点可靠断开。变压器内部发生轻微故障时，产生的气体在继电器上
19、部，迫使油面下降。开口杯在气体中的重量加上杯内油的重量所产生的力矩，超过平衡锤的力矩，使开口杯随着油面降低而下沉。当永久磁铁靠近干簧接点时，接点闭合，延时发出“轻瓦斯动作”信号。变压器内部发生严重故障时，产生大量气体，强烈油流冲击挡板，当油流速度达10到整定值时，挡板被冲击到一定位置，永久磁铁靠近干簧接点，接点闭合后发出重瓦斯跳闸脉冲，经信号继电器 KS 启动出口中间继电器 KOM，跳开变压器两侧断路器。变压器严重漏油使油面降低时，开口杯下沉到一定位置，干簧接点闭合，同样发出“轻瓦斯动作”信号。气体保护动作后，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，气体保护能反应油箱内各种故障
20、，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，所以气体保护是大、中、小型变压器必不可少的油箱内部故障最有效地主保护。但气体保护不能够反应油箱外的引出线和套管上的如何故障。因此不能够单独作为变压器的主保护，尚须与纵差动保护或电流速断保护配合使用。二、纵 差 动 保 护（一）纵差动保护定义纵差动保护是用辅助导线（或称引导线）将被保护设备两侧的电量连接起来，比较被保护设备始端与末端电流的大小及相位，在设备两侧装设电流互感器，两侧电流互感器一次回路的正极性端均置于远离设备的一侧，二次回路用电缆同极性相连，差动继电器则并联在电流互感器二次侧的环路上，在正
21、常运行情况下，引导线中形成环流，称为纵差动保护。（二）纵差动保护原理根据继电保护和安全自动装置技术规程的规定，容量在 10000kVA 及以上或 6300kVA 以上并列运行变压器应装设纵联差动保护，以代替电流速断保护。本次设计中，两台压器额定容量 150MVA 并列运行，它用来反应变压器绕组、套管及引出线的各种故障，且与气体保护配合作为变压器的主保护，使保护的性能更加全面和完善。三绕组变压器差动保护原理接线图如图 2-2：11图 2-2由此可见，变压器差动保护是通过比较变压器各侧电流的大小和相位而构成的保护，各侧电流互感器所包围的区域为差动保护的保护范围，保护区内故障，继电器动作于跳闸；保护
22、区外故障时，继电器不动作，因此，在满足选择性要求的同时，不需要于相邻元件的保护在整定值上相配合，从而构成不带延时的速动保护，用来反应变压器绕组、套管及引出线的各种故障。（三）差动回路不平衡电流变压器差动保护在正常运行和外部故障时，理想情况下流入差动继电器的电流为零,保护装置不动作，但实际上变压器差动保护与其他设备差动保护相比，在正常和外部短路时的故障行为有很大不同，因为变压器差动回路中不平衡电流大，形成不平衡电流的因素多，所以必须采取措施躲过不平衡电流或减小不平衡电流的影响，形成不平衡电流的因素及所采取的措施：1.变压器励磁涌流形成不平衡电流变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复过程中由于变压
23、器铁芯中的磁通急剧增大，是铁芯瞬间饱和，出现数值很大的励磁电流，此电流通过变压器的一次绕组，进入差动回路形成不平衡电流，如不采取措施纵差动保护将会误动作。励磁涌流的特点如下： 其值在初始很大，可达额定电流的 510 倍。 还有大量非周期分量和高次谐波分量，且随时间衰减。 其波形有间断角。12根据励磁涌流的特点可采取如下措施减小不平衡电流的影响： 利用延时动作或提高保护动作值来躲过励磁涌流。 利用励磁涌流中的非周期分量，采取速饱和变流器的差动继电器构成差动。 利用励磁涌流波形中的二次谐波分量，采用二次谐波制动的差动继电器。 利用励磁涌流中波形间断的特点，采用具有鉴别间断角差动继电器构成差动保护或
24、对称识别原理构成的差动保护2.变压器各侧接线组别不同引起不平衡电流由于变压器连接组别为 ，由于三角形侧的电流超前于星型侧同一电1/0dynYN流 如果各侧电流互感器都按通常接线接成星型，则使变压器各侧电流互感器二次电30流的数值相等，在差动回路中会出现不平衡电流 ，如图 2-3：umbI图 2-3为了消除不平衡电流，可采用相位补偿法，即将变压器星型侧的电流互感器的二次侧接成星型，从而将电流互感器二次侧的电流相位校正过来。3 电流互感器的实际变比与计算变比不等引起的不平衡电流由于电流互感器都是标准化的定型产品，所以选择电流互感器的变比于计算变比往往不相等，因此，在差动回路中会引起不平衡电流。这种
25、不平衡电流的影响，可采用电流补偿法来消除，将电流互感器二次电流大的那一侧，经电流变换器 TAA 变换后，是 TAA 的输出与另一侧电流互感器电流大小相等，从而消除电流互感器的实际变比与计算变比不等引起的不平衡电流。如图 2-4：13图 2-44.各侧互感器型号不同，产生不平衡电流此不平衡电流是由于两侧电流互感器的相对误差引起的，型号相同相对误差较小，型号不同相对误差较大，它们的特性差别较大，估引起较大的不平衡电流。此不平衡电流应在保护的整定计算中予以考虑，即适当增大保护的动作电流，其具体做法是在不平衡定电流计算中引入互感器同型系数，用以平衡由于各侧互感器型号不同，产生不平衡电流的影响。变压器调
26、压分接头改变产生的不平衡电流带负荷调节的变压器在运行中常常需要改变分接头来条电压，这样就改变了变压器变比，原已调整平衡的差动保护又会出现新的不平衡电流，一般再用提高差动保护动作电流的方法来解决。由于各种因素的存在，三绕组变压器差动保护不平衡电流比较大，为减小外部短路不平衡电流影响，提高保护的灵敏度，一般采用带制动特性的差动继电器构成差动保护。2.4 过电流保护为了反映外部短路引起的变压器过电流和作为变压器主保护的后备保护，根据变压器容量的不同和系统短路电流的不同，须装设不同的过电流保护，三绕组在外部故14障时应尽量减小停电范围，因此在外部发生短路时，要求仅断开故障侧的断路器，而使另外两侧继续运
27、行。二内部发生故障时，过电流保护应起到后备作用。为此，三绕组变压器的过电流保护按如下原则配置，单侧电源的三绕组变压器，一般只装设两套过电流保护，一套装在负荷侧，如下图所示侧，起整定的动作时间 t2 应比其他两侧的时限都小，动作后断开 QF2,另一套装于电源侧（I 侧） ，他设有两个时限 t3 和 t1，在时限配合上要求 t2t1t3。当 III 侧（负荷侧）故障时，经 t1 跳开 QF3 故障切除，I、侧继续运行。若变压器内部故障。则经 t1 跳 QF3，经 t3 在跳 QF1 和 QF2，将三侧断路器全部断开。如图 2-5：图 2-52.5 接 地 保 护对中性点直接接地电网中的变压器。在其
28、高压侧装设接地（零序）保护，用来反应接地故障，并作为变压器主保护的后备保护和相邻元件的接地故障的后备保护。拟建变电所的主变压器接线组别为：YN0/yn0/d11 的三绕组降压变压器两台。其主变压器 220kV、110kV 侧的中性点均采用经间隙接地和直接接地方式，实际运行只一台15直接接地。必要时可以可相互切换为直接接地运行，因此，可以根据其接地方式来配置不同的保护。变压器直接接地运行时，其接地保护可采用两段式零序电流保护。变压器非直接接地运行，而是通过放电间隙接地时，不仅须装设两段式零序电流保护，还须装设零序电流保护零序电压保护。非直接接地运行变压器当发生单相接地故障（差动保护拒动） ，放电
29、间隙放电，为了避免放电时间过长，还应装设专门反应间隙放电电流的零序电流保护，其任务是及时切除变压器，防止间隙长时间放电，造成中性点绝缘破坏。如果万一放电间隙拒动，变压器中性点出现工频过电压，为此还须设置零序电压保护，当放电间隙拒动时，由零序电压保护切除变压器。如图 2-6：图 2-6变压器中性点接地运行时，隔离开关 QS 合上，两段式零序电流保护投入工作。第I 段与相邻元件接地保护 I 段配合，以 t1（0.5s）延时断开高压侧分母联断路器，以延时断开变压器各侧断路器。第 II 段与相邻元件接地保护后备段配合，以)(12ttt3 和 t4 的延时分别断开母联断路器和各侧断路器。变压器中性点不接
30、地运行时，隔离开关 QS 打开，当发生单相接地故障且失去中性点时，中性点不接地的变压器的中性点将出现工频过电压，放电间隙击穿，放电电流使零序电流元件启动，瞬时跳开变压器，见故障切除，当放电间隙拒动时，零序电压保护启动将变压器切除，其动作之应低于变压器中性点绝缘的耐压水平。一、接地保护配置（一）变压器直接接地运行时，其接地保护可采用两段式零序电流保护。16（二）变压器非直接接地运行，而是通过放电间隙接地时，不仅须装设两段式零序电流保护，还须装设零序电流保护零序电压保护。非直接接地运行变压器当发生单相接地故障，放电间隙放电，为了避免放电时间过长，还应装设专门反应间隙放电电流的零序电流保护，其任务是
31、及时切除变压器，防止间隙长时间放电，造成中性点绝缘破坏。如果万一放电间隙拒动，变压器中性点出现工频过电压，为此还须设置零序电压保护，当放电间隙拒动时，由零序电压保护切除变压器。二、工作原理变压器中性点接地运行时，隔离开关 QS 合上，两段式零序电流保护投入工作。如图 2-7，第 I 段与相邻元件接地保护 I 段配合，以 t1（0.5s）延时断开高压侧分母联断路器，以 延时断开变压器各侧断路器。第 II 段与相邻元件接地保护后备段)(12tt配合，以 t3 和 t4 的延时分别断开母联断路器和各侧断路器。图 2-7变压器中性点不接地运行时，隔离开关 QS 打开，当发生单相接地故障且失去中性17点
32、时，中性点不接地的变压器的中性点将出现工频过电压，放电间隙击穿，放电电流使零序电流元件启动，瞬时跳开变压器，见故障切除，当放电间隙拒动时，零序电压保护启动将变压器切除，其动作之应低于变压器中性点绝缘的耐压水平。2.6 其 他 保 护一、过负荷保护变压器过负荷通常只对称性过负荷，变压器的过负荷保护反应变压器对称过负荷引起的过电流，通常过负荷保护只用一个电流继电器，接于任一相电流之中（一般为B 相电流） ，经过延时动作于信号。本次设计的变压器由高压侧向中、低压侧传送功率的降压变压器，至少要在高压侧和低压侧装设过负荷保护过负荷保护的动作电流按躲过变压器额定电流 即NI TNrelopIKI)/(式中
33、： 为可靠系数，通常取 1.05： 为返回系数，通常取 0.85。relKr微机保护中，过负荷保护保护通常设有 3 段，并且均取 B 相电流，一般 I 用于发告警信号，II 段用于启动风扇冷却器，III 段用于闭锁有载调压。 二、过励磁保护变压器过电压时会使发生发生过励磁，使铁芯饱和，铁损增加，温度增加，造成绕组绝缘损坏、油质污染，同时变压器励磁电流激增，可以引起差动误动作。因此必须装设过励磁保护，通常装设反时限过励磁保护，过励磁倍数越大，允许的过励磁持续时间越短。三、主变压器高压侧断路器失灵保护电力系统中，有时会出现系统故障、继电保护动作而断路器拒绝动作的情况。这种情况下，可导致设备烧毁，扩
34、大事故范围，甚至使系统得稳定运行遭到破坏。因此，对于较重要的设备，应装设断路器失灵保护。18断路器失灵保护有称后备接线，它是防止因断路器拒绝动而扩大事故的一项措施，断路器失灵保护的工作原理是，当线路、变压器或母线发生短路并伴随断路器失灵时。相应的继电保护动作，出口中间继电器发出断路器跳闸脉冲。由于短路故障未被切除，故障元件的继电器仍处于动作状态，此时利用装设在故障元件上的故障判别元件，来判别断路器仍处于合闸状态。如故障元件出口中间继电器触点和故障判别元件的触点同时闭合时，失灵保护被启动。在经过一个时限后失灵保护出口继电器动作，跳开与失灵的断路器相连的母线上的各个断路器，将故障切除。保护由启动元
35、件、时间元件、闭锁元件和出口回路组成，为了提高保护动作的可靠性，启动元件必须同时具备下列两个条件才能启动：（1）故障元件的保护出口继电器动作后不返回（2）在故障保护元件的保护范围内短路依然存在，即失灵判别元件启动。为防止失灵保护误动作，在失灵保护接线中加设了闭锁元件，常用的闭锁元件由负序电压。零序电压和低电压继电器组成，通过“与”门构成断路器失灵保护的跳闸出口回路。四、变压器温度保护变压器运行中，总有部分损失（如铜损、铁损、介质损失等）时变压器各部分温度升高，绕组温度过高时会加速绝缘的老化，缩短使用寿命，绕组温度越高，持续时间越长，会造成绝缘老化的速度越快，使用期限越短。因此变压器必须冷却系统
36、，保证在规定的环境温度下按额定容量运行时，使变压器温度不超过极限值。变压器温度保护在冷却系统发生个故障或其他原因引起变压器温度超过极限值时，发出告警信号（以便采取措施） ，或者延时作用于跳闸。五、冷却器故障保护当冷却器引起变压器温度超过安全期限时，并不是立即将变压器退出运行，常常允许其运行一段时间，以便处理冷却器故障，这期间变压器可以降负荷运行，使变压器温度恢复到正常水平，若在规定时间内温度不能降至正常水平，才切除变压器， 。冷却器故障保护一般监测变压器绕组的负荷电流，并与温度保护配合使用，构成两段时限保护。19当变压器冷却发生故障时，温度升高，超过限值后温度保护首先动作，发出报警的同时开放冷
37、却器故障保护出口。这时变压器电流若超过保护段整定值，先按继电器固有延时动作于减负荷，使变压器负荷降低，促使变压器温度下降，若温度保护返回，则变压器维持在较低负荷下运行，一减少停运机会；若温度保护仍不能返回，即说明减负荷无效，为保证变压器的安全，变压器冷却器故障保护将亿 II 段延时 t 动作于解列或程序跳闸，延时时间 t 值的大小通常按失去冷却系统后，变压器允许运行时间整定。第 3 章 母 线 保 护母线是电能集中和分配的主要设备，是变电站重要设备之一，与其他设备一样，母线也会存在各种故障，当母线发生故障时，有可能造成大面积的停电事故，并可能破坏系统的稳定运行。母线的故障的原因有母线绝缘子和断
38、路器套管的闪络，装于母线的电压互感器和装在母线和断路器之间的电流互感器故障，母线隔离开关和断路器的支持绝缘子损坏，运行人员的误操作等，虽然母线结构简单，且处于变电站内，发生故障的几率相对于其他设备小，但母线发生故障时，接于母线上的所有元件都要断开，会造成大面积停电。此外枢纽变电所的高压母线故障，如果动作迟缓，将会导致电力系统的稳定性遭到破坏，从而使事故扩大，因此，母线必须选择合适的保护方式。3.1 母线保护设计分析一、母线保护设计原则 母线保护的方式通常分为两种：一是利用供电元件的保护兼作母线故障的保护；二是采用专门的母线保护。20在不太重要的较低电压的厂、站中可以利用供电设备（发电机、变压器
39、、线路）保护的第 II 及第 III 段来反映并切除母线故障。在 DL400继电保护和安全自动装置技术规程中，非专门的母线保护装设原则：对于发电厂和主要变电所的 310KV 分段母线及并列运行的双母线，一般可由发电机和变压器的后备保护实现母线的保护。利用供电元件的后备保护来切除故障母线，简单、经济。但切除故障的时间长，此外当双母线同时运行或母线为分段单母线时，上述不能够保证只切除故障母线，因此，对于重要的母线根据“规程”要求装设专用的母线保护。二、母线保护配置 为了确定母线的保护，必须明确其母线运行方式。根据已知变电所的主接线运行方式为：220kV 侧采用双母线接线方式；110kV 侧采用双母
40、线接线方式；10kV 侧采用单母线分段接线方式。为了提高供电的可靠性，常采用双母线运行（将母联断路器投入），在每组母线上固定连接（约 1/2）供电和受电元件。因此 220kV 侧采用双母线同时投入运行方式（将母联断路器投入），而 110kV 侧采用一组母线投入运行方式，10kV 侧采用单母线运行方式。为满足快速性和选择性的要求，母线保护广泛采用差动保护原理构成。3.2 220kV 侧母线保护通过分析，220kV 侧采用双母线同时投入运行方式（将母联断路器投入），对于这种运行方式，为了有选择地将故障母线切除，可采用元件固定连接的母线完全差动保护。这时，当如何一组母线发生故障时，保护装置只将故障母
41、线切除，而另一组非故障母线及其连接的所有元件可继续运行。一、元件固定连接的双母线电流差动保护元件固定连接的双母线电流差动保护单相原理接线如图下，保护装置的主要部分由三组差动继电器组成。第一组由电流互感器 TA1、TA2、TA5 和差动继电器 KD1 组成，用以选择第 I 组母线上的故障；第二组由电流互感器 TA3、TA4、TA6 和差动继电器 KD221组成，用以选择第 II 组母线上的故障；第三组由电流互感器 TA1TA6 和差动继电器KD3 组成，它作为整套保护的启动元件，当任一组母线短路时，KD3 都启动，给KD1、KD2 加上直流电流，并跳开母联断路器 QF5.保护的动作情况分析如图
42、3-1：图 3-1（1）正常运行及元件固定连接方式下外部短路故障时各差动继电器 KD1KD3 仅流过不平衡电流，其值小于整定值，保护不动作。（2）元件固定连接方式下任一组母线短路时（如母线 I）差动保护继电器KD1KD3 流过全部的短路电流而动作，跳开母线断路器 QF5 和母线 I 上所有连接元件的断路器 QF1、QF2，从而将母线 I 切除。此时，由于差动继电器 KD2 不动作，无故障的 II 母线可继续运行。（3）元件固定连接方式破坏后（如将母线 I 上的 L2 切换到母线 II） ，区外短路时启动元件 KD3 中流过不平衡电流，故不动作，整套保护不会误动，当内部短路时，KD1、KD2、K
43、D3、都通过短路电流，因而他们启动跳开断路器，无选择性地将两组母线全部切除。从上面分析可知，元件固定连接的双母线电流差动保护能快速而有选择地切除故障母线，保证非故障母线继续供电，但在固定方式破坏后不能选择故障母线，限制了系统运行调度灵活性，这是该接线的不足之处。但对于进线较少的母线保护还是比较优越的。223.3 110kV 侧母线保护通过分析，110kV 侧采用双母线接线，单母线投入运行方式（母联断路器不投入），对于这种运行方式，双母线经常只有一组母线投入运行，可母线完全差动保护。一、完全电流差动保护单母线的完全电流差动保护的原理接线如图 3-2，在母线的所有连接元件上装设变比相等的电流互感器
44、，按环流发接线。从结构上看，母线实际上就是电路的一个节点在正常运行或母线范围以外故障时，母线上所有连接元件注入母线的电流向量和等于零，流入差动继电器的电流为各电流互感器特性不同产生的不平衡电流，即 umbII22图 3-2在母线故障时，所有连接的元件都向故障点提供电路电流，而供电给负荷的连接元件中电流等于零，则流入差动继电器的电流为 TAknII/22式中： 为流入短路点 k 的总电流； 为电流互感器的变比。kI TAn差动保护动作后，将故障母线的所有连接元件断开，切除故障。二、完全电流差动保护整定计算差动继电器的动作电流按以下原则整定：(1)躲过外部故障时流入差动回路的最大不平衡电流，即 T
45、Akrelundrelactk nIKII /1.0maxmax 23式中， 可靠系数，取 1.3。relK(2)由于母线差动保护电流回路中连接元件较多，接线复杂，因此，电流互感器二次回路断线的几率比较大，为了防止在正常运行情况下，任一电流互感器二次回路断线时引起保护误动作，启动电流应大于任一连接元件中最大的负荷电流 ，即max.LITArelkactnIKI/max灵敏度按下式计算 2/in.actKseI式中 母线短路时最小短路电流。min.KI3.4 10kV 侧母线保护通过分析，10kV 侧采用单母线运行方式对于这种运行方式，根据 DL400继电保护和安全自动装置技术规程中，非专门的母
46、线保护装设原则：对于发电厂和主要变电所的 310kV 分段母线及并列运行的双母线，一般可由变压器的后备保护实现母线的保护。对重要 310kV 分段母线，宜采用后备保护，保护仅接入有电源支路的电流。保护由两段组成：其第一段采用无时限或带时限的电流速断保护，当灵敏系数不符合要求时，可采用电流闭锁电压速断保护；第二段采用过电流保护，当灵敏系数不符合要求时，可将一部分负荷较大的配电线路接入差动回路，以降低保护的起动电流。3.5 微机母线保护拟建变电所的主接线运行方式为：220KV 侧采用双母线接线方式； 110KV 侧采用双母线接线方式；10KV 侧采用单母线分段接线方式。RCS915AB 型微机母线
47、保护装置，适用于各种电压等级的单母线、单母分段、双24母线等各种主接线方式，母线上允许所接的线路与元件数最多为21 个（包括母联） ，并可满足有母联兼旁路运行方式主接线系统的要求。结合要设计的变电所的主接线运行方式和RCS915AB 型微机母线保护装置的适用范围，该变电所的母线保护采用RCS915AB 型微机母线保护装置。一、RCS915AB 型微机母线保护装置简介保护配置：RCS915AB 型微机母线保护装置设有母线差动保护、母联充电保护、母联死区保护、母联失灵保护、母联过流保护、母联非全相保护以及断路器失灵保护等功能。二、性能特征1.允许TA 变比不同，TA 调整系数可以整定2.高灵敏比率差动保护3.新型的自适应阻抗加权抗TA 饱和判据4.完善的事件报文处理5.友好的全中文人机界面6.灵活的后台通讯方式，配有RS-485 和光纤通讯接口(可选)7.支持电力行业标准DL/T667-1999（IEC60870-5-103 标准）的通讯规约8.与 COMTRADE 兼容的故障录波25第 4 章 线 路 保 护电力线路承担着电能输送、分配作用，其安全稳定运行影响整个变电站，必须对输配电线路配置完善的继电保护，如果继电保护配置不当，保护将不能正确动作，(误动或拒动
