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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 第1章 緒論1.1 繼電保護(hù)的概述研究電力系統(tǒng)故障和危及安全運(yùn)行的異常情況，以探討其對(duì)策的反事故自動(dòng)化措施。因在其發(fā)展過程中曾主要用有觸點(diǎn)的繼電器來保護(hù)電力系統(tǒng)及其元件（發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路等），使之免遭損害，所以稱其繼電保護(hù)。1.1.1 繼電保護(hù)的任務(wù) 當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時(shí)，在可能實(shí)現(xiàn)的最短時(shí)間和最小區(qū)域內(nèi)，自動(dòng)將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號(hào)由值班人員消除異常工況根源，以減輕或避免設(shè)備的損壞和對(duì)相鄰地區(qū)供電的影響。1.1.2 繼電保護(hù)的作用 由于電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣的老化、損壞或工作人員的誤操作、雷擊、外力破壞等原因，可能使運(yùn)行中的電力系統(tǒng)發(fā)生故障和

2、不正常運(yùn)行情況。常見的故障是各種形式的短路，如三相短路、兩相短路、兩相對(duì)地短路、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中的一相對(duì)地短路、電氣設(shè)備繞組層間和匝間短路等。各種短路均會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，同時(shí)使電力系統(tǒng)的電壓水平下降，從而引發(fā)如下嚴(yán)重后果。（1）短路電流產(chǎn)生的電弧將短路點(diǎn)的電氣設(shè)備燒壞；（2）短路電流通過非故障設(shè)備，由于發(fā)熱和電動(dòng)力的作用，很可能使非故障元件損壞或縮短其使用壽命；（3）電力系統(tǒng)電壓水平下降，影響用電單位的生產(chǎn)，出現(xiàn)次品及廢品，甚至燒毀電動(dòng)機(jī)；（4）電力系統(tǒng)電壓下降，可能破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，使系統(tǒng)振蕩而導(dǎo)致崩潰。故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，都可能在電力系統(tǒng)中引起事故。事故，就是指系統(tǒng)或其中一部分

3、的正常工作遭到破壞，并造成對(duì)用戶少送電或電能質(zhì)量變壞到不能容許的地步，甚至造成人身傷亡和電氣設(shè)備的損壞。系統(tǒng)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(shè)備制造上的缺陷、設(shè)計(jì)和安裝的錯(cuò)誤、檢修質(zhì)量不高或運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)而引起的。因此，只要充分發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性，正確地掌握客觀規(guī)律，加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)和檢修，就可以大大減少事故發(fā)生的幾率，把事故消滅在發(fā)生之前。在電力系統(tǒng)中，除應(yīng)采取各項(xiàng)積極措施消除或減少發(fā)生故障的可能性之外，故障一旦發(fā)生，必須迅速而有選擇性地切除故障元件，這是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的最有效方法之一。切除故障的時(shí)間常常要求小到十幾分之幾 甚至百分之幾秒，實(shí)踐證明只有裝

4、設(shè)在每個(gè)電氣元件上的保護(hù)裝置才有可能滿足這個(gè)要求。這種保護(hù)裝置以前，大多是由單個(gè)繼電器或繼電器與其附屬設(shè)備的組合構(gòu)成的，故稱為繼電保護(hù)裝置 。在電子式靜態(tài)保護(hù)裝置和數(shù)字式保護(hù)裝置出現(xiàn)以后，雖然繼電器已被電子元件或計(jì)算機(jī)所代替，但仍沿用此名稱。在電業(yè)部門常用繼電保護(hù)一次泛指繼電保護(hù)技術(shù)或由各種繼電保護(hù)裝置組成的繼電保護(hù)系統(tǒng)。繼電保護(hù)裝置一次則指各種具體的裝置。電力系統(tǒng)中各種設(shè)備之間都有電或磁的現(xiàn)象,當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生故障,在很短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)影響到其他統(tǒng)的其他部分.因此,一旦電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障,必須盡快將其切除,恢復(fù)正常運(yùn)行,減少對(duì)用電單的影響;而當(dāng)出現(xiàn)不正常運(yùn)行情況時(shí)要及時(shí)處理,以免引起故障。繼電保護(hù)

5、裝置是一種能反應(yīng)電力系統(tǒng)電氣設(shè)備發(fā)生故障或不正常工作狀態(tài)而作用于開關(guān)跳閘或發(fā)出信號(hào)的自動(dòng)裝置。 1.1.3繼電保護(hù)裝置具備的基本要求繼電保護(hù)裝置必須具備以下五項(xiàng)基本要求：（1）安全性；在不該動(dòng)作時(shí)，不發(fā)生誤動(dòng)作。（2）可靠性；在該動(dòng)作時(shí)，不發(fā)生拒動(dòng)作。（3）快速性；能以最短時(shí)限將故障或異常消除。（4）選擇性；在可能的最小區(qū)間切除故障，保證最大限度地向無故障部分繼續(xù)供電。（5）靈敏性；反映故障的能力，通常以靈敏系數(shù)表示。選擇繼電保護(hù)方案時(shí)，除設(shè)置需滿足以上五項(xiàng)基本性能外，還應(yīng)注意其經(jīng)濟(jì)性，即不僅考慮保護(hù)裝置的投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)，還必須考慮因裝置不完善而發(fā)生拒動(dòng)或誤動(dòng)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活造成的損失。

6、1.1.4繼電保護(hù)基本原理和保護(hù)裝置的組成 繼電保護(hù)裝置要求能反應(yīng)電氣設(shè)備的故障和不正常工作狀態(tài)并自動(dòng)快速地，有選擇性地動(dòng)作于斷路器，將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，保證無故障設(shè)備繼續(xù)正常運(yùn)行，將事故限制在最小范圍，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，最大限度地保證向用戶安全連接供電。繼電保護(hù)裝置的作用是起到反事故的自動(dòng)裝置的作用，必須正確地區(qū)分“正?！迸c“不正?！边\(yùn)行狀態(tài),被保護(hù)元件的“外部故障”與“內(nèi)部故障”，以實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的功能。因此，通過檢測(cè)各種狀態(tài)下被保護(hù)元件所反映的物理量的變化并對(duì)其鑒別。依據(jù)反映的物理量的不同，保護(hù)裝置可以構(gòu)成下述各種原理的保護(hù)： (1) 反映電氣量的保護(hù) 電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通常伴有

7、電流增大、電壓降低以及電流與電壓的比值(阻抗)和它們之間的相位角改變等現(xiàn)象。因此，在被保護(hù)元件的一端裝沒的種種變換器可以檢測(cè)、比較并鑒別出發(fā)生故障時(shí)這些基本參數(shù)與正常運(yùn)行時(shí)的差別就可以構(gòu)成各種不同原理的繼電保護(hù)裝置。例如: 反映電流增大構(gòu)成過電流保護(hù)；反映電壓降低(或升高)構(gòu)成低電壓(或過電壓)保護(hù)；反映電流與電壓間的相位角變化構(gòu)成方向保護(hù)；反映電壓與電流的比值的變化構(gòu)成距離保護(hù)。除此以外還可根據(jù)在被保護(hù)元件內(nèi)部和外部短路時(shí)，被保護(hù)元件兩端電流相位或功率方向的差別，分別構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)、高頻保護(hù)等。同理，由于序分量保護(hù)靈敏度高，也得到廣泛應(yīng)用。新出現(xiàn)的反映故障分量、突變量以及自適應(yīng)原理的保護(hù)也在應(yīng)

8、用中。(2) 反映非電氣量的保護(hù) 如反應(yīng)溫度、壓力、流量等非電氣量變化的可以構(gòu)成電力變壓器的瓦斯保護(hù)、溫度保護(hù)等。 繼電保護(hù)相當(dāng)于一種在線的開環(huán)的自動(dòng)控制裝置，根據(jù)控制過程信號(hào)性質(zhì)的不同，可以分模擬型(它又分為機(jī)電型和靜態(tài)型)和數(shù)字型兩大類。對(duì)于常規(guī)的模擬繼電保護(hù)裝置，一般包括測(cè)量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分。測(cè)量部分從被保護(hù)對(duì)象輸入有關(guān)信號(hào)，再與給定的整定值比較，以判斷是否發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)；邏輯部分依據(jù)測(cè)量部分輸出量的性質(zhì)、出現(xiàn)的順序或其組合，進(jìn)行邏輯判斷，以確定保護(hù)是否應(yīng)該動(dòng)作；執(zhí)行部分依據(jù)前面環(huán)節(jié)判斷得出的結(jié)果子以執(zhí)行：跳閘或發(fā)信號(hào)。繼電保護(hù)原理結(jié)構(gòu)框圖：（1）測(cè)量部分測(cè)量部分是測(cè)量

9、通過被保護(hù)的電氣元件的物理參量，并與給定的值進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，給出“是”“非”性質(zhì)的一組邏輯信號(hào)，從而判斷保護(hù)裝置是否應(yīng)該啟動(dòng)。 （2）邏輯部分邏輯部分使保護(hù)裝置按一定的邏輯關(guān)系判定故障的類型和范圍，最后確定是應(yīng)該使斷路器跳閘、發(fā)出信號(hào)或是不動(dòng)作及是否延時(shí)等，并將對(duì)應(yīng)的指令傳給執(zhí)行輸出部分。 （3）執(zhí)行部分執(zhí)行輸出部分根據(jù)邏輯傳過來的指令，最后完成保護(hù)裝置所承擔(dān)的任務(wù)。如在故障時(shí)動(dòng)作于跳閘，不正常運(yùn)行時(shí)發(fā)出信號(hào)，而在正常運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作等。1.2繼電保護(hù)的發(fā)展隨著電力系統(tǒng)容量日益增大，范圍越來越廣，僅設(shè)置系統(tǒng)各元件的繼電保護(hù)裝置，遠(yuǎn)不能防止發(fā)生全電力系統(tǒng)長期大面積停電的嚴(yán)重事故。為此必須從

10、電力系統(tǒng)全局出發(fā)，研究故障元件被相應(yīng)繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作切除后，系統(tǒng)將呈現(xiàn)何種工況，系統(tǒng)失去穩(wěn)定時(shí)將出現(xiàn)何種特征，如何盡快恢復(fù)其正常運(yùn)行等。系統(tǒng)保護(hù)的任務(wù)就是當(dāng)大電力系統(tǒng)正常運(yùn)行被破壞時(shí)，盡可能將其影響范圍限制到最小，負(fù)荷停電時(shí)間減到最短。此外，機(jī)、爐、電任一部分的故障均影響電能的安全生產(chǎn)，特別是大機(jī)組和大電力系統(tǒng)的相互影響和協(xié)調(diào)正成為電能安全生產(chǎn)的重大課題。因此，系統(tǒng)的繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置的配置方案應(yīng)考慮機(jī)、爐等設(shè)備的承變能力，機(jī)、爐設(shè)備的設(shè)計(jì)制造也 應(yīng)充分考慮電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的實(shí)際需要。為了巨型發(fā)電機(jī)組的安全，不僅應(yīng)有完善的繼電保護(hù)，還應(yīng)研究、推廣故障預(yù)測(cè)技術(shù)。1.3變電所基本情況介紹

11、 某縣有金河和青嶺兩座電站，裝機(jī)容量分別為12MW和8MW，各以單回35Kv輸電線路向城關(guān)變電所供電。金河電站還以一回35KV聯(lián)絡(luò)線經(jīng)110KV中心變電所與省電網(wǎng)連接。 35KV電網(wǎng)接線示意圖如下 圖1主要參數(shù)見下表：1. 發(fā)電機(jī)：額定容量Se(KW)額定電壓Ue(KV) 功率因數(shù)暫態(tài)電抗X"d標(biāo)么電抗X*F30006.30.80.20.3334000 6.30.80.24 2. 主變壓器：額定容量Se(kVA) 接線組別短路電壓Ud%標(biāo)么電抗X*B7500Y，dll7.5110000Y，dll7.50.7510000Y，dll7.50.7520000Yn, yno, dllX*1=

12、0.55X*2=0X*3=0.353. 輸電線路：名稱導(dǎo)線型號(hào)長度(km)電抗標(biāo)么值有名值()城中線LGJ-120401.16816金河線LGJ-120100.2924青嶺線LGJ-120300.87612最大運(yùn)行方式：兩電站的六臺(tái)機(jī)組全部投入運(yùn)行，中心變電所在地110kV母線上的系統(tǒng)等值標(biāo)么電抗為0.225。城關(guān)變電所總負(fù)荷為240A（35kV側(cè)），由金河電站供給110A、青嶺電站供給130A。剩余的110A經(jīng)中心變電所送入系統(tǒng)。最小運(yùn)行方式：兩電站都只有一臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行，中心變電所110kV母線上的系統(tǒng)等值標(biāo)么電抗為0.35，城關(guān)變電所總負(fù)荷為150A（35kV側(cè)），由金河電站供給40A、

13、青嶺電站供給65A。剩余的15A經(jīng)中心變電所送入系統(tǒng)。第2章 短路電流計(jì)算2.1在最大運(yùn)行方式下三相短路電流的計(jì)算將圖1電網(wǎng)進(jìn)行電抗轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的各電抗標(biāo)幺值如下圖2所示。 圖2將城關(guān)變電所排除，由其它電抗標(biāo)幺值合并整理得到圖3。圖3將青嶺發(fā)電站發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值合并：X22=X20/X21=2金河發(fā)電站發(fā)電機(jī)的電抗標(biāo)幺值合并：X23=X24=0.1665將青嶺電站和金河電站線路上各電抗標(biāo)幺值合并整理，如下圖4所示。 圖4將金河電站和青嶺電站線路電抗標(biāo)幺值合并得：X25=X9+X16+X19+X22=0.292+0.876+0.75+2=3.918金河電站線路電抗標(biāo)幺值合并得：X26=(X10+X

14、23)/(X11+X24)=(1.1665)/(1.1665)=0.583因?yàn)閄3=X6=0，所以20MVA變壓器處電抗標(biāo)幺值等值電路如圖5所示。圖5將20MVA變壓器電抗標(biāo)幺值X2和X5合并得：X27=X2/X5=0.275將20MVA變壓器電抗標(biāo)幺值X4和X7合并得：X28=X4/X7= =0.175系統(tǒng)電抗合并整理后如圖6所示。圖6以中心變電短路點(diǎn)K1為基準(zhǔn)合并系統(tǒng)電抗值：X29=X1+X27=0.225+0.275=0.5X30=X8+X25+=1.168+3.918+=12.935X31=X8+X26+=1.168+0.583+=1.925將系統(tǒng)進(jìn)行星型-三角形等值轉(zhuǎn)換如圖7所示。圖7最后化簡(jiǎn)的電抗: = （一）三相短路電流的計(jì)算取基準(zhǔn)功率=1000MVA，基準(zhǔn)電壓=。由此可算出基準(zhǔn)電流：對(duì)于系統(tǒng)：基準(zhǔn)條件下的電流標(biāo)幺值 系統(tǒng)三相短路電流 青嶺電站：發(fā)電機(jī)的額定容量，