沈阳工程学院毕业设计
4 继电保护及其自动装置的规划
4.1 继电保护及其设计
4.1.1 220kV及中性点直接接地电网线路保护配置
在220kV中性点直接接地电网,线路得相间短路及单相接地短路保护均应动作于短路器跳闸.
在下列的情况下,应装设一套全线速动保护: (1) 根据系统稳定要求有必要时. (2) 线路发生三相短路时,如使发电厂厂用母线电压低于允许值(一般约为70%额定电压),且其他保护不能无时限和有选择地切除短路时.
(3) 如电力网的某些主要线路采用全线速动保护后,不仅改善本线路保护性能,而且能够改善整个电网保护的性能时.
对220kV线路,符合下面条件之一时,可装设二套全线速动保护: (1) 根据系统稳定要求.
(2) 复杂网络中,后备保护整定配合有困难时.
对于需要装设全线速动保护的电缆短线路及架空短线路,可采用倒引线保护或光纤通道的纵联保护作为主保护,另装设多段式电流电压保护或距离保护作为后备保护.
220kV线路宜采用近后备方式.但某些线路,如能实现远后备,则宜采用远后备,或同时采用远近结合的后备方式.
220kV线路保护可按下列原则配置: (1) 反映接地短路的保护配置
对220kV线路,当接地电阻不大于100?时,保护应能可靠地,有选择地切除故障.如已满足装设一套或二套全线速动保护的条件,则除装设全线速动保护外,还应装设接地后备保护,宜装设阶段式反时限零序电流保护;也可采用接地距离保护,并辅以阶段式或反时限零序电流保护.
(2) 反映相间短路的保护装置
对于220kV线路,首先考虑是否装设全线速动保护.如装设全线速动保护.则除此,还要装设相间短路后备保护(如相间距离后备保护)和辅助保护(如电流速短保护). 对单侧电源单回220kV线路,如不装设全线速动保护,可装设三相多段式电流电压保护作为本线路的主保护及后备保护,如不能满足灵敏性及速动性的要求时,则应装设相间距离保护作为本线路的主保护及后备保护.
对双侧电源单源单回,如不装设全线速动保护,应装设相间距离保护作为本线路的主保护及后备保护.
正常运行方式下,保护安装对短路,电路速短保护的灵敏系数在1.2以上时,可装设电流速短保护作为辅助保护.
对于平行线间的相间短路,一般可装设横差动电流方向保护或电流平衡保护作为主
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保护.当灵敏度和速动性不能满足要求时,应在每一回线路上装设纵联保护作主保护,装设带方向后不带方向元件的多段式电流保护或距离保护作后备保护,并作为单回线运行时的主保护和后备保护.当采用近后备保护方式时,后备保护分别接于每一回线路上;当采用远后备方式时,则应接入双回线路的电流.
对于平行线路的接地短路宜装设零序横差动保护作为主保护;装设接于每一回线路的带方向或不带方向的多段式零序电流保护作为后备保护,当作远后备保护时,可接两线路零序电流之和,以提高灵敏度.
4.1.2 短线路纵差保护的整定计算
3～4km及以下的短线路（包括110kV及以上电压等级），无论是采用电流电压保护还是采用距离保护，常常都不能满足选择性、灵敏性和速动性的要求。在这种线路上经常需要采用纵差保护以适应系统运行的需要。发电厂厂用电源线（包括带电抗器电源线），一般距离较短，宜装设纵差动保护。
4.1.3 变压器保护的配置
变压器是电力系统普遍使用的重要电气设备。它的安全运行直接关系到电力系统供电和稳定运行，特别是大容量变压器，一旦因故障损坏造成的损失就更大。因此必须真对变压器的故障和异常工作情况，根据其容量和重要程度，装设动作可靠，性能良好的继电保护装置。一般包括：
（1）反映内部短路和油面降低的非电量（气体）保护，又称瓦斯保护。 （2）反映变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的差动保护，或电流速断保护
（3）作为变压器外部相间短路和内部短路的后备保护的过电流保护（或带有复合电压起动的过电流保护或负序电流保护或阻抗保护）。
（4）反映中性点直接接地系统中外部接地短路的变压器零序电流保护。 （5）反映大型变压器过励磁的变压器过励磁保护及过电压保护。 （6）反映变压器过负荷的变压器过负荷。 （7）反映变压器非全相运行的非全相保护。 1、纵联差动保护
纵联差动保护是变压器的主保护之一。对6.3MVA及以上厂用工作变压器和并列运行的变压器。10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器，应装设纵联差动保护。对高压侧电压为330kV及以上变压器，可装设双重差动保护。
2、变压器相间短路的后备保护
为防止外部相间短路引起的变压器过电流及作为变压器主保护的后备，变压器配置相间短路的后备保护。保护动作后，应带时限动作于跳闸。
（1）相关的规程规定：
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1）过电流保护宜用于将压变压器。
2）复合电压（包括负序电压及线路电压）起动的过电流保护，宜用于升压变压器、系统联络变压器和过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。
3）负序电流和单相式低压启动的过电流保护，可用于63MVA及以上升压变压器。 （2）外部相间短路保护应装于变压器下列各侧，各相保护的接线，宜考虑能反映电流互感器与断路器之间的故障。其中对双绕组变压器，应装于主电源侧，根据主接线情况，保护可带一段或两段时限，较短的时限用于缩小故障影响范围；较长的时限用于断开变压器各侧断路器。
3、变压器接地短路后备保护
在中性点直接接地系统中，接地短路是常见的故障形式，所以处于该系统中的变压器要装设接地保护，以反映变压器高压绕组、引出线上的接地短路，并作为变压器主保护和相邻母线、线路接地保护的后备保护。
电力系统接地保护时，国内，在220kV系统中，广泛采用中性点绝缘水平较高的分级绝缘变压器，其中性点可接地运行或不接地运行。如果中性点绝缘水平较低，则中性点必须直接接地运行。
4、变压器过负荷保护
对于6.3MVA及以上电力变压器，当数台并列运行或单独运行，并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。对自耦变压器和多绕组变压器，保护应能反映公共绕组及各侧过负荷的情况。过负荷保护采用单项式，带时限作用于信号。在无经常值班人员的变电所，必要时，过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷。 5、变压器非电量保护
变压器非电量保护主要包括瓦斯保护、温度及压力保护等。
由于非电量保护动作量不需电气量运算。通常根据运行经验、测试等方法获得。其配置原则为：
（1）瓦斯保护。瓦斯保护是油侵式变压器的主保护之一。当变压器壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当变压器壳内故障产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。
带负荷调压的油侵式变压器的调压装置，也应装设瓦斯保护。轻微瓦斯动作于信号，大量瓦斯动作于断开变压器各侧断路器。
（2）变压器温度及压力保护。对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行电力变压器标准的要求，装设可作用于信号或动作于跳闸的装置。
4.1.4变压器的保护配置方案
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。
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变压器的故障分为内部故障和外部故障。内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、绕组与铁芯或引出线与外壳发生的单项接地短路。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落或破碎通过油箱外壳发生的单项接地短路。变压器发生故障，必将对电网或变压器带来危险，特别是发生内部故障，短路电流产生发高温电弧不仅烧坏绕组绝缘和铁芯，而且使绝缘材料和变压器油受热分解产生大量气体，导致变压器外壳局部变形、破坏甚至引起爆炸。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。对于大容量变压器，因其铁芯额定工作磁通密度与饱和磁通密度比较接近，所以系统电压过高或系统频率降低时，容易过励磁。过励磁也是变压器的一种不正常运行状态，变压器处于不正常运行状态时，应发出信号。
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限制到最小范围，按照GB 14258—1993《继电保护和安装自动装置技术规程》的规定，变压器应装设以下保护装置。
对电力变压器的下列故障及异常运行状态，应按本节的规定装设相应的保护装置。 （1） 绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路; （2） 绕组的匝间短路；
（3） 外部相间短路引起的过电流；
（4） 中性点直接接地电力网中，外部接地短路引起的过电流及中性点过电压； （5） 过负荷； （6） 过励磁； （7） 油面降低；
（8） 变压器温度及油箱压力升高和冷却系统故障；
上述第一、第二款的保护装置应瞬时动作于跳闸，第三、第四的保护装置应带时限动作于跳闸，第五、第六款的保护装置一般作用于信号。
对变压器温度升高和冷却系统故障，应按现行电力变压器的标准规定，装设信号装置。
变压器保护部分：
初步装设方案（变压器B1﹑B2）：
主保护：变压器瓦斯保护﹑差动保护 主变高压侧零序保护 后备保护：复合电压起动的过电流保护﹑过负荷保护 其它保护：装设变压器油温监测
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4.2 主保护部分
4.2.1 气体保护(瓦斯保护)
对于0.8MVA及以上油侵式变压器和0.4MVA及以上车间内侵式变压器，均应装设气体保护。当壳内故障产生轻微气体或油面下降时，应瞬时动作于信号；当产生大量气体时，应动作于断开变压器各侧断路器。带负荷调压的油侵式变压器的调压装置，亦应装设气体保护。
查《继电保护和安装自动装置技术规程》的规定，第2.3.2条。 4.2.2 纵差动保护或电流速断保护
对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应按下列规定，装设相应的保护作为主保护，保护瞬时动作于断开变压器的各侧断路器。
对6.3MVA以下厂用工作变压器和并列运行的变压器，以及10MVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护时限大于0.5s时，应装设电流速断保护。
对6.3MVA以上厂用工作变压器和并列运行的变压器，10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器，以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不负荷要求的变压器，应装设纵联差动保护。对于高压侧电压为330kV及以上的变压器，可装设双重差动保护。
用于10000千伏安以下的变压器，且其过电流保护时限大于0.5s时，2000千伏安及以上的变压器，如电流速断灵敏性不符合要求，则宜装设差动保护。
上述各种保护装置动作后，应断开变压器各电源侧的断路器。 查《继电保护和安装自动装置技术规程》的规定，第2.3.3条。 变压器后备保护：
后备保护方案：过电流保护、复合电压保护、 过负荷保护。
4.2.3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，并作为其他负荷的电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。对自耦变压器和多绕组变压器，保护应能反应公共绕组及各侧过负荷的情况。
过负荷保护应能反映变压器各绕组的过负荷情况。对双绕组升压变压器应装设发电机电压侧；对双绕组降压变压器应设在高压侧，当三侧都有电源时，则三侧都应装过负荷保护，对于单侧电源的三绕组降压变压器，若三侧绕组容量相同，则过负荷保护只装在电源侧；若三绕组容量不同，则在电源侧和容量较小的一侧分别装设过负荷保护；对于双侧电源的三绕组降压变压器或联络变压器，三侧均应装设过负荷保护。
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